Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van động cơ một chiều không đảo chiều quay có 2 mạch vòng phản hồi

Lời nói đầu Đất nước ta đang trên đà phát triển vì vậy vấn đề tự động hóa sản xuất ngày càng quan trọng và bắt buộc phải làm. Nếu quá trình này được đảm bảo thì năng suất và chất lượng sản phẩm sẽ được nâng cao. Để giúp sinh viên they rõ tầm quan trọng của hệ thống cụ thể là của hệ thống truyền động điện để có thể nhận thức sâu sắc hơn có những tư duy nghiên cứu về nó. Sau khi hoàn thành môn học truyền động điện em được giao đề tài. Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van - Động cơ một chiều không đảo chiều quay có 2 mạch vòng phản hồi. Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của thầy giáo hướng dẫn “ Võ Quang Vinh” cùng các thầy cô trong bộ môn tự động hóa và các bạn cùng lớp đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 11/07/2009 Sinh viên thiết kế Đặng Xuân Sơn PHẦN I 1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN I. Giới thiệu chung Ngày nay trong lĩnh vực sản xuất ra của cải vật chất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hóa và điện khí hóa có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Hai yếu tố này quan hệ chặt chẽ với nhau trong sự phát triển của khoa học kỹ thuật chúng cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc tăng năng suất của máy, giảm giá thành, giảm sự cồng kềnh của thiết bị điện, chất lượng của máy là hai yếu tố quan trọng của hệ thống truyền động điệnvà tự động hóa nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau. Một bên đòi hỏi hệ thống phức tạp một bên yêu cầu hạn chế số thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp cho nên việc chọn một hệ thống truyền động thích hợp là một bài toán khó. Vì vậy ta phải đưa ra các phương án và so sánh chúng với nhau để chọn ra phương án thiết kế tốt nhất, phù hợp nhất có ý nghĩa quan trọng nó thể hiện qua các mặt sau. - Đảm bảo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất. - Đảm bảo làm việc lâu dài tin cậy. - Khi xảy ra sự cố có thể sửa chữa thay thế dễ dàng với các thiết bị có sẵn, dễ kiếm, dễ mua. - Có vốn đầu tư, chi phí vận hành nhỏ. II. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ. 1. Giới thiệu một số loại động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ. Việc phân tích lựa chọn động cơ cho một cơ cấu truyền động là một việc làm rất quan trọng, có ý nghĩa to lớn. Động cơ được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật và đáp ứng những yêu cầu đề ra xuất phát từ yêu cầu công nghệ. - Hệ thống truyền động không đảo chiều có phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt. - Đảm bảo khả năng quá tải cho phép. 2 - Phụ tải M c = const, mang tính chất phản kháng. - Dải điều chỉnh D = 20:1. - Khởi động, hãm êm, nhanh. - Động cơ thường dùng trong truyền động gồm. + Động cơ xoay chiều. + Động cơ một chiều. Theo yêu cầu đề tài, ta đi phân tích đặc điểm của từng loại động cơ để chọn được động cơ phù hợp. 1.1 Động cơ xoay chiều. Động cơ xoay chiều gồm. - Động cơ đồng bộ. - Động cơ không đồng bộ gồm. + Động cơ KĐB roto lồng sóc. + Động cơ KĐB roto dây quấn. 1.1.1 Động cơ đồng bộ. a) Sơ đồ nguyên lý. b) Đặc tính cơ. c) Nhận xét. Khi đóng stato của động cơ không đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f 1 động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải ω 0 = p f 1 2 π Trên đường đặc tính cơ ta thấy nếu động cơ làm việc với M ≤ M max thì độ cứng dặc tính cơ β = ∞, lúc đó động cơ sẽ làm việc ổn định tốt nhất. Tuy nhiên nếu M > M max thì tốc độ động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ và động cơ làm việc kém ổn định. 3 + - ~ ®b 1.1.2 Động cơ không đồng bộ. a) Sơ đồ nguyên lý b) phương trình đặc tính cơ. M =         +       + 2 2 2 10 , 2 2 ¦ 3 nm f x s r rs rU ω Trong đó: r , 2 = r 2 + r f X nm = x , 2 + x 1 c) Độ cứng đặc tính cơ. β = th th s M 0 ω 1.1.2.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ. a) Phương pháp điều chỉnh tần số. Động cơ KĐB lúc này được nối qua bộ biến tần chứ không nối trực tiếp vào lưới. Từ phương trình mômen. 2 1 2 11 2 )( 8 3 24 3 f U M p Mff pU M ï nm nm f th π ππ == Giả sử M th = const thì const f U ï = 1 Khi ta thay đổi f 1 → M th thay đổi → ω 0 = p f 1 2 π Đặc tính cơ. f 3 < f 2 < f 1 4  ®m  th  M ®m M th M TN (R f = 0) NT (R f = 0)  0  1  2  3  M M th M ®m k®b ~ K§B roto d©y quÊn k®b ~ K§B roto lång sãc •Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số bắt bộ phải kèm theo thay đổi điện áp và giữ ngưên từ thông kích từ ( kt φ = const). Từ biểu thức U i = 4.44W i . K dqi . f i. φ Nếu muốn thay đổi tần số f i mà muốn giữ U i = const ta phải điều chỉnh từ thông φ . + Muốn giảm f i phải tăng φ → làm dòng từ hóa tăng, cos ϕ ↓ → chỉ tiêu chất lượng xấu đi dẫn đến động cơ phát nóng giảm tuổi thọ. Khi + Muốn tăng f thì phải giảm φ , mà M = K ↓→= φϕφ khiconstI 2 cos thì mạch kích từ non tải, dây quấn roto bị quá tải. b) Phương pháp thay đổi điện áp. Khi điện áp lưới suy giảm thì M th sẽ giảm bình phương lần theo biểu thức. M th = nm f X U 1 2 2 3 ω Trong khi đó. S th = ± nm X r 2 = const ω 0 = p f 1 2 π = const * Đặc tính. Độ cứng của đặc tính cơ khi giảm u thì β = 2 0 ¦ 2 S SM thth ω giảm U đm > U 1 >U 2 * Nhận xét: Đặc tính tự nhiên của động cơ KĐB thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện tăng R f ở mạch roto để tăng độ trượt tổn hao → tăng giải điều chỉnh. - Khi điện áp đặt vào động cơ giảm → M th ↓ trong khi ω 0 = const nên tốc độ n giảm khi đó mômen tới hạn giảm nên khả năng quá tải, khả năng khởi động giảm khi Êy giảm u quá, thì hệ truyền động không thể khởi động được. 5  0  M ®m M nm M U ®m - Đối với động cơ công suất lớn thì ta có thể tăng điện áp đặt vào động cơ để làm giảm dòng điện khi khởi động. c) Phương pháp thay đổi số đôi cực. Khi thay đổi số đôi cực p ở stato thì ω 0 = p f 1 2 π thay đổi S th = nm x r , 1 = const. Do S th = const nên độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên. * Nhận xét: - Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc mà không dùng cho động cơ roto dây quấn. - Khi thay đổi p ta phải thay đổi tổ nối dây stato động cơ dẫn đến làm thay đổi một số thông số của động cơ nh U f , X 1 , r 1 → làm M th thay đổi - Phương pháp này làm cho tốc độ động cơ không trơn mà nhảy cấp. d) Phương pháp cho điện trở phụvào mạch roto. Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì: W 1 = const ; M th = const ; S th = nm f X Rr ,, 2 + Khi R f càng lớn thì S th càng lớn → độ cứng β giảm và đặc tính cơ càng mềm. * Nhận xét. - Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ roto dây quấn, khi mắc R f vào làm hạn chế dòng khởi động và điều chỉnh được tốc độ động cơ nhưng làm tăng tổnhao của động cơ làm giảm hiệu suất. 6  M M - M    M r f1 §Æc tÝnh dßng r f2 r f3   M §Æc tÝnh c¬ - Phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ về phía giảm, tốc độ càng giảm thì đặc tính cơ càng mềm tốc độ càng kém ổn định trước sự thay đổi của mômen tải, mômen tải càng nhỏ thì dảI điều chỉnh càng hẹp. - Khi điều chỉnh sâu( tốc độ nhỏ) thì độ trượt tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh lớn. e) Phương pháp cho R f , X f vào mạch stato. Khi cho R f , X f vào mạch stato thì w 0 = const, S th ,M th giảm. * Đặc tính cơ. Phương pháp này thường được áp dụng cho động cơ KĐB roto lồng sóc có công suất trung bình và lớn để hạn chế dòng điện khởi động. 1.2. Động cơ một chiều. 1 ) Động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Ta thấy loại cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng kích từ chính là dòng phần ứng động cơ. Do vậy khi I ư biến đổi thì từ thông φ cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng từ thông dư φ dư = (2ữ10) φ đm. Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ dạng phi tuyến nên đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải. Mặt khác từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả năng chịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây khó khăn trong qua trình điềukhiển tốc độ quá trình này chỉ có hiệu quả ở tốc độ thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này rất khó khăn. Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu. 7 § CKT   0 TN Mnm M M NT¹o  M 2 ) Động cơ một chiều kích từ độc lập. - Cuộn kích từ hoàn toàn độc lập với phần ứng động cơ và cần phải 2 nguồn. Nguồn cung cấp cho mạch kích từ. a) Phương trình đặc tính cơ. ω = M k RR k U f 2 )( φ φ + − Trong đó: U ư là điện áp phần ứng R ư là điện trở tổng phần ứng gồm điện trở cuộn dây p ư , r ư , điện trở cực từ phụ r cf , điện trở cuộn bù r cb , điện trở tiếp xúc R tx . R f là điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng. ỉ là từ thông kích từ. K hệ số cấu tạo động cơ K = a NP π 2 . M là mômen động cơ. - Dạng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập. Giả thiết rằng phản ứng phần ứng được bù đủ ỉ = const thì đường đặc tính cơ dạng tuyến tính. b) Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ * Ảnh hưởng bởi điện trở phần ứng. - Xuất phát từ phương trình đặc tính cơ ta thấy giả thiết U ư = U đm = const và ỉ = ỉ đm = const ω = M k RR k U f 2 )( φ φ + − 8 E U kt  0  M  ®m M mm M ®m 0  M 0  0 Ta thay đổi R ư tức là đưa R f vào mạch phần ứng của động cơ với trường hợp này thì ω 0 = dm dm k U φ = const. Nhưng độ cứng của đặc tính lại thay đổi theo biểu thức. β = ( ) fu dm RR k w M + −= ∆ ∆ 2 φ Nh vậy R f càng lớn thì đặc tính càng dốc và ứng với một phụ tải nào đó thì R f càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm theo. Nên sự ảnh hưởng của thông số này thường được ứng dụng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ thấp hơn tốc độ định mức ω < ω đm . * Ảnh hưởng của điện áp phần ứng. Từ phương trình đặc tính cơ ω = M k RR k U fu u 2 )( φ φ + − giả thiết ỉ = ỉ đm = const và U u = const, (R f = 0 ) khi đó φ ω k U u = sẽ thay đổi nếu U ư thay đổi và độ cứng β = ( ) fu dm RR k w M + −= ∆ ∆ 2 φ = const Ta dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện. Khi mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới dạng đặc tính cơ định mức ω < ω đm * ảnh hưởng của từ thông. Từ phương trình ω = M k RR k U fu u 2 )( φ φ + − Giả thiết U ư = const, R ư = const và ứ = var ta có ω 0 = φ k U dm = var 9   02  03  04 M(I) U ®m U 1 U 2 U 3  01 Mc  02   01  0 M M nm  ®m  1  2 M 1 M 2 và độ cứng var )( 2 =−= u R k φ β Do cấu tạo của động cơ điện nên thường điều chỉnh ỉ = ỉ đm nên khi ỉ giảm thì ta có w 0 tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm dần. c) Phương pháp chọn điều chỉnh tốc độ. Trước hết ta thấy được về phương diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ một chiều có nhiều ưu việt hơn hẳn so với loại động cơ khác. Nó không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà có cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. - Từ phương trình đặc tính cơ. ω = M k RR k U fu u 2 )( φ φ + − Ta thấy có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. - Đưa R f vào mạch phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ(phương pháp thay đổi từ thông). a) Nguyên lý điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều cần các thiết bị là nguồn một chiều nh máy phát, bộ biến đổi. Với bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều, muốn điều chỉnh được phải nhờ vào U đk Từ sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ta có: E b – E ư =I ư (R b + R ưđ ) Mà E ư = ω.k. ỉ đm → E b - I ư ( R b + R ưđ ) = ω.k. ỉ đm 10 Bé biÕn ®æi S¬ ®å khèi U ®k CK§ + - R u R ¦ E b E ¦ S¬ ®å thay thÕ U I [...]... trong s hai van T3 v T4 ang dn dũng Ti t = v1 = thỡ 2 van T1 v T2 ng thi cú tớn hiu iu khin, lỳc ú in ỏp trờn 2 van ny u thun ( u t1= ut2=u ) do vy c 2 van ny u m Hai van T 1, T2 m nờn st in ỏp trờn chỳng bng khụng, ta cú Ud = U2, UT3=UT4=-U2 v ti t = v1 = thỡ U2 > 0 tc l T3, T4 b khúa T thi im ny (t = v1 ) trong s ch cú 2 van T1, T2 dn dũng khi ú: iT1=iT2=id=Id, IT3=IT4= 0 n t = thỡ u2= 0 v bt u... xung +Ucc R7 R6 _ Uvss R5 C2 Ic2 Ursx + D2 Nguyờn lý lm vic -Ucc Gi thit ti thi im t = 0, tụ c 2 ó np y ( theo ng +ucc Ic2 c2 Tr2 mỏt) Tr2 m nh in ỏp nh thiờn trờn R7, lm ursx= 0, tụ c2 np y vi uc2= ucc v gi nguyờn giỏ tr n thi im t = v 1 thỡ urc< uk0 < urIc2 < 0 thỡ Ic2 bt u phúng ( + c2 Ic2 mỏt D - c2 ) in ỏp uc2 gim dn v 0 v c2 c np ngc li ( + u cc R7 c2 R5 Ic2 mỏt) Trong sut quỏ trỡnh... id=Id; iT3= 0 UT1= Ua; UT2= Ub; UT3 =Uc - T t = v1 van T1 dn dũng Ud = Ua ; iT3=iT2= 0; iT1 = id=Id; iDo= 0 UT3= Uca; UT2= Uba; UT1 = 0 - T t = v2 5/3 van T2 dn dũng Ud = Ub ; iT3=iT1= 0; iT2 = id=Id; iDo= 0 UT3= Ucb; UT1= Uab; UT2 = 0 - T t = v3 7/3 van T3 dn dũng 23 Ud = Uc ; iT1=iT2= 0; iT3 = id=Id; iDo= 0 UT1= Uac; UT2= Ubc; UT3 = 0 T t = v4 thỡ van T1 lai dn dũng lp li s trng thỏi lm vic ging... =2 v 3 do tớnh cht lp li khi s lm vic * Cỏc biu thc c bn: Ud=Ud0cos, Ud0= (2/ 2/ ).U2 0,9U2 Trong ú U2 giỏ tr hiu dng ca in ỏp bờn th cp BA 20 ITtb = Id /2; IT = Id /2 ; UTthmax = UTngmax = Id/ kba ; I2 = Id; I1 = Id/ kba - u im: s n gin, ít thit b Nhc im: chnh lu 2 na chu k nhng do 1 pha nờn cú p mch cao lm gim cht lng in ỏp u ra 2) S cu 3 pha IT3 IT1 iA iB * BA * iC * * Id a Rd *b Ud Ld *c IT2... tr lai ca t c2 thỡ Tr2 b khúa tc l ursx 0 thi gian xut hin xung ỳng bng thi gian phúng ca t c 2 nu thay i dung lng t ta s thay i c rng ca xung ra Sau khi tụ c2 np y theo chiu ngc li n u c2 = ucc thỡ gi nguyờn giỏ tr cho n v2 urc < uk ,uvIc2> 0 urIc2 = uvsx< 0 thỡ t c2 np theo chiu nh lỳc 33 u ( +ucc Ic2 Tr2 mỏt) cho n u c2 = +ucc thỡ gi nguyờn giỏ tr cho n khi uvsx = - ubh thỡ c2 phúng v np theo... Id(5/6 ) /2; IT = Id = 5 6 2 3 6 IDotb = Id.3( - /6)/ 2; IDo = Id 2 UTthmax = 2 U2; UTngmax = 6 U2 UDongmax = 2 U2 4) Nhn xột chung: Qua phõn tớch trờn ta rút ra kt lun sau S cu 3 pha cú cht lng in ỏp tng i bng phng, nhng s van nhiu mch iu khin phc tp Nu s cu v tia 3 pha u s dng it D 0 thỡ s tia 3 pha lm vic vi > 50o cũn s cu 3 pha lm vic vi gúc > 60o - Cựng in ỏp Ud thỡ: U2cu 3 pha < U2 tia... Uc Ub = Ucb iT1=iT2=iT3= iT4= 0; iT6=iT5= id=Id ; UT1= Uac; UT2= Ubc ; UT3= Ubc ; UT4= Uab; UT6=UT5= 0 - T t = v2 t =v3 hai van T1 v T2 dn dũng Ud = Ua Uc = Uac 21 iT1= id=Id; iT2= id=Id; iT3=iT4=iT5= iT6= 0 UT1=UT2= 0; UT3= Uba; UT4= Uca; UT5= Uca; UT6= Ucb - T t = v3 v4 hai van T2 v T3 dn dũng Ud = Ub Uc = Ubc iT1 = iT4=iT5= iT6= 0; iT2= id=Id; iT3= id=Id - T t = v4 v5 hai van T3 v T4 cựng dn... T 1 v T2 ng thi T3 v T4 cú in ỏp thun nhng T3 v T4 cha m vỡ cha cú tớn hiu iu khin vỡ vy T 1 v T2 tip tc dn dũng bi s t cm sinh ra trong L d do dũng ti cú xu hng gim D 0 T1 v T2 vn m nờn cỏc biu thc ỏp v dũng in vn gi nguyờn nh trờn - Ti t = v2 = + thỡ T3 v T4 ng thi cú tớn hiu iu khin trờn 2 van ang cú dũng in thun nờn T3 v T4 m nờn Ud=- U2, UT1=UT2=U2 v ti t = v2 = + thỡ U2 < 0 tc l T1,T2 b t... 01 2 02 02 01 0 1 đm Inm Đặc tính cơ điện đm > M2 M1 Mnm M đm > 0 > 2 > 2 I Đặc tính cơ Ngay khi gi nguyờn I thỡ cng c tớnh c cng b gim rt nhanh khi gim t thụng kớch t = ( k ) 2 Ru Nh vy thỡ phng phỏp ny khụng phự hp vi yờu cu c bit trong trng hp M = const c) Nguyờn lý thay i in tr phn ng Gi thit U = Um = const; kt = m const Thỡ phng trỡnh c tớnh c ca ng c 13 U R dm u M = k (k dm ) 2 dm... Uba iT1 = iT2=iT5= iT6= 0; iT3= id=Id; iT4= id=Id UT1= Uab; UT2= Uac; UT5= Ucb; UT6= Uab; UT3=UT4= 0 - T t = v7 s lp li trng thỏi lm vic ging nh t t = v1 Mt s biu thc tớnh toỏn Ud = Ud0cos, vi Ud0= (3 6 / ).U2 2, 34.U2 ITtb = Id/3; IT = Id/ 3 UTthmax = UTngmax = 6 U2 Dũng hiu dng cun dõy s v th cp mỏy bin ỏp khi t ni dõy Y/Y I2 = Id = Id 2 3 ; I2 = Id 2. 3 k ba Nhn xột: õy l mch chnh lu 2 na chu k, . truyền động điện em được giao đề tài. Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van - Động cơ một chiều không đảo chiều quay có 2 mạch vòng phản hồi. Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức. trong truyền động gồm. + Động cơ xoay chiều. + Động cơ một chiều. Theo yêu cầu đề tài, ta đi phân tích đặc điểm của từng loại động cơ để chọn được động cơ phù hợp. 1.1 Động cơ xoay chiều. Động cơ. hệ thống cụ thể là của hệ thống truyền động điện để có thể nhận thức sâu sắc hơn có những tư duy nghiên cứu về nó. Sau khi hoàn thành môn học truyền động điện em được giao đề tài. Thiết kế hệ