mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở roto

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Mục lục Mục lục 1 Lời nói đầu 3 CHƯƠNG I :TổNG quan về công nghệ 5 I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục 5 II. Khảo sát đặc tính phụ tải 7 III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng 9 Chơng II:tính công suất động cơ truyền động 14 I. Chọn loại động cơ 14 II. Tính toán chọn động cơ : 15 III. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 15 IV. Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối 17 Chơng III:Chọn phơng án truyền động 18 I. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto 18 II. Chọn động cơ truyền động 21 i. Chọn sơ bộ loại động cơ 21 ii. Kiểm nghiệm lại động cơ 22 III. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto 25 Nguyên lý làm việc: 28 IV. Tính toán mạch lực 30 i. Tính điện trở điều chỉnh: 30 ii. Tính toán bộ chỉnh lu Roto 32 iii. Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor 36 iv. Tính toán các thiết bị đo: 38 Chơng IV:Tổng hợp mạch vòng 44 I. Khái quát chung 44 II. Tổng hợp mạch vòng: 47 i. Tổng hợp mạch vòng dòng điện 48 ii. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 51 Chơng V:Thiết kế tính toán mạch điều khiển 54 I. Giới thiệu chung về mạch điều khiển 54 i. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 54 Nguyên lý làm việc của sơ đồ: 55 II. Tính toán mạch điều khiển: 55 i. Bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện (khâu 1 và 2) 55 Chọn IC thuật toán loại TL084 56 ii. Khâu tạo xung răng ca: (khâu 3) 56 iii. Khâu so sánh (khâu 4) 57 iv. Khâu phát xung chùm (khâu 9) 58 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 v. Phần trở AND (khâu 7 và khâu 8) 59 vi. Phần tử cộng đảo NOR (khâu 6) 59 vii. Khâu đo điện áp tụ C (khâu 10) 60 viii. Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung (khâu 11 và 12) 61 ix. Sơ đồ nguyên lý 64 x. Tính toán thông số nguồn nuôi 64 Mô phỏng hệ thống bằng matlab 71 Kết Luận 74 Tài liệu tham khảo 75 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Lời nói đầu Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm. Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến bộ trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng đợc độ tác động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản xuất. Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động điện em đợc giao đề tài thiết kế môn học với nội dung: Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 CHƯƠNG I :TổNG quan về công nghệ Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác nhau nh các phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờng xây dựng, cầu cảng Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các nghành nói trên. Vì vậy, thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế. Trớc khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động cầu trục. I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục. Cần trục thờng có ba chuyển động: Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ). Chuyển động ngang của xe trục. Chuyển động dọc của xe cầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nâng hạ. Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục. Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn. Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơ không v- ợt quá (15 ữ 20)%M đm ; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50% M đm Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm, đặc biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách. Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu. Đối với cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s 2 để không giật đứt dây cáp. Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và có các đờng đặc tính cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ. Đó là các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều đờng đặc tính trung gian để mở hãm máy êm. Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông th- ờng D 3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ữ 1) hoặc lớn hơn. Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thờng trong khoảng 5%. Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vận hành và các bộ phận khác trong hệ thống sản xuất. Để đảm bảo an toan cho ngời và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vị Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 trí giới hạn. Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ. Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vợt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V. Điện áp chiếu sáng không vợt quá 220V. Không đợc dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa. Do đa số đều làm việc trong môi trờng nặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa Nên các khí cụ điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nâng hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất, an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác. Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lợng hàng bốc xúc trong mỗi chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60 ữ 70%) công suất định mức của động cơ. II. Khảo sát đặc tính phụ tải. Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa phơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ. Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (M đ ) do động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M c ) của phụ tải của máy quyết định. Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi thế nào. Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính M c =const và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động; tức là hớng ngợc chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau: Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau: + Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M đ là mômen hãm, M c là mô men gây chuyển động. + Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động. Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng l- ợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ. Khi hạ những tải M H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ M C Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định. III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng. Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu và vật nâng gây ra. Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng rãi trong các cần trục, palăng trong các phân xởng lắp ráp. a. Phụ tải tĩnh khi nâng tải. Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau: H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất P ; bộ truyền trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất 0 . Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc v n . Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát: T 0 = T 1 = T 2 = = u GG )( 0 + Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang nên: pp u G T T . ' 0 0 == Momen do vật nâng gây ra trên tang: p t p v u RGG u DGGD TM . ).( .2 ).( 2 . 0000 0 + = + == Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là: tpt v u GGM M )( 0 3 + == ( t : là hiệu suất của tang, hệ số này tính đến do việc: muốn nâng vật lên ta phải đặt vào trục III (trục tang) một momen lớn hơn momen M n trên tang , vì còn phải thắng lực cản trên tang do độ cứng của dây và do ma sát trong ổ trục). Tơng tự, momen trên trục II sẽ là; 22 0 22 3 2 ).( . tp t iu RGG i M M + == và momem trên trục I: 2121 0 11 2 1 ).( . tp t iiu RGG i M M + == [...]... mãn điều khiện về khởi động III Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto Phơng pháp điều chỉnh mạch điện trở mạch Roto là phơng pháp chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, nhờ nối tiếp cuộn dây Roto và điện trở nhờ bộ biến đổi mạch ngoài Sơ đồ mạch lực Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Hình 3.3,- Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở. .. và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Vì vậy, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô- men tải không đổi (x=0) Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều. .. dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh Mặt khác, việc điều chỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hởng đến công suất động cơ tiêu thụ đa vào stato; tức là không gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi động cơ khởi động nh ở phơng pháp điều chỉnh điện áp stato II Chọn động cơ truyền động i Chọn sơ bộ loại động cơ. .. sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau: Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 H3.1: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phơng pháp xung điện trở roto Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều:... nguyên dòng điện Roto thì khi thay đổi mạch điện trở Roto thì tỉ số R2 giữ không đổi có nghĩa là Momen không S đổi khi tốc độ động cơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào điện áp Do vậy phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto là phù hợp với cơ cấu nâng hạ Nguyên lý làm việc: Khi khoá K đóng điện trở trong mạch sẽ là R = R0 Khi khoá K mở thì điện trở trong mạch Roto là R Rt... Khi điều chỉnh ở tốc độ thấp nhất thì toàn bộ điện trở Rd đợc toả vào Roto nên = 1 Rd Rd = 2 R f 2 Vậy: Rf = Thay số: Rd = 2.1,956 = 3,912 () ii Tính toán bộ chỉnh lu Roto Bộ chỉnh lu phía Roto nhằm tạo ra dòng điện 1 chiền ổn định để điều khiển điện trở Rd đa vào mạch Roto Để giảm kích thớc bộ lọc, tín hiệu ra bằng phẳng hơn, giảm công suất tiêu thụ từ nguồn, ta chọn chỉnh lu cầu 3 pha không điều khiển. .. hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện) + Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô- men không đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô- men khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và. .. sẽ phụ thuộc rất nhiều vào dải điều chỉnh tốc độ của phơng pháp điều chỉnh Ta chọn trong đồ án này dải điều chỉnh là D = 10 : 1 Hình 3-8: Đặc tính điều chỉnh xung điện trở Roto Giả sử bình thờng động cơ sẽ làm việc trên đờng đặc tính cơ tự nhiên Khi điều chỉnh động cơ sẽ làm việc trên toàn giải điều chỉnh với giới hạn đặc tính cơ điều chỉnh thấp nhất đó chính là đờng đặc tính cơ hãm: Ta có tốc độ tại... thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động I Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto a Nguyên lý điều chỉnh: Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng đặc tính cơ bằng... tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết: s 0 s 0th R R = = 2 s = s 0 rd s sth Rrd R2 trong đó: s0 _ là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R 2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto) ; còn s _ là độ trợt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf Theo biểu thức mô- men thì: 2 M = 3U 1 f [( R1 + R2 ' s R2 ' 2 ) + X n.m ] s 2 = 3I 2 Rrd 1 s 0 Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I 2 không . động cơ truyền động 21 i. Chọn sơ bộ loại động cơ 21 ii. Kiểm nghiệm lại động cơ 22 III. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto 25 Nguyên lý làm việc: 28 IV. Tính toán. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto a. Nguyên lý điều chỉnh: Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng đặc tính cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động. toán chọn động cơ : 15 III. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 15 IV. Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối 17 Chơng III:Chọn phơng án truyền động 18 I. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto 18 II. Chọn động