Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ một chiều không đảo chiều quay

Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ một chiều không đảo chiều quay

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ http://www.ebook.edu.vn 1 SVTK: Trần Minh Công LI NểI U Trong cụng cuc cụng nghip hoỏ v hin i hoỏ hin nay, ng nh t ng hoỏ úng mt vai trũ h t sc quan trng. Ng y nay, vi s phỏt trin mnh m ca khoa hc, c bi t l ng nh in t cụng sut. Vi vic phỏt minh ra cỏc linh kin bỏn dn ó v ang ng y c ng ỏp ng c cỏc yờu cu ca cỏc h thng truyn ng. u im ca vic s dng cỏc linh kin bỏn dn m l m cho h thng tr nờn gn nh hn, giỏ th nh thp hn v cú chớnh xỏc tỏc ng cao hn. Vi nhu cu sn sut v tiờu dựng nh hin nay, thỡ vic t ng hoỏ cho xớ nghip trong ú s dng cỏc linh kin gn nh l mt nhu cu ht sc cp thit. ỏp dng lý thuyt vi thc t trong hc k n y c hỳng em c giao ỏn mụn hc t ng hp h in c vi yờu cu Thit k h thng t ruyn ng Van - ng c mt chiu khụng o chiu quay . Vi s n lc ca b n thõn v s giỳp tn tỡnh ca cụ giỏo h ng dn: Nguyn Th Mai H ng v cỏc thy cụ giỏo t rong b mụn, n nay ỏn ca em ó c ho n th nh. Do kin t hc chuyờn mụn cũn hn ch, cỏc t i liu tham kho cú hn, nờn ỏn ca em khụng trỏnh khi nhng t h iu sút. Em rt mong c s ch bo, gúp ý ca cỏc thy, cụ giỏo cựng cỏc bn bn ỏn ca em c ho n thin hn. Em xin chõn th nh cm n cỏc thy cụ giỏo trong b mụn, c bit l cụ Nguyn Th Mai H ng ó tn tỡnh giỳp em bn thit k ho n th nh ỳng thi hn. Sinh viờn thit k Trn Minh Cụng http://www.ebook.edu.vn 2 SVTK: Trần Minh Công Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Phần I Phân tích lựa chọn ph ơng án truyền động điện I. t v n : Trong sn xu t giỏ tr , ch t l ng v nng su t c a sn phm ph thu c vo r t nhiu yu t . M t trong nhng yu t ú l dõy truyn sn xu t, dõy truyn cng hin i thỡ h thng cng ph c t p. B t k m t dõy truyn sn xu t no c ng cú cỏc b phn truyn ng, nú c ú th c t o ra t s ph i hp nhiu thi t b khỏc nhau. ng v i m i m t cụng ngh yờu c u cú th a ra r t nhiu phng ỏn truyn ng khỏc nhau. Vỡ vy vn t ra ph i phõn tớc h v l a chn m t phng ỏn t i u nh t. M t phng ỏn truyn ng c g i l t i u khi s dng hp lý cỏc thi t b v khai thỏc t i a kh nng c a chỳng ỏp ng c cỏc y ờ u c u k thu t quỏ trỡnh xỏc l p v quỏ trỡnh quỏ ng th i ph i ỏp ng c ch tiờu v kinh t (chi phớ u t , ch t l ng v nng su t sn phm). Hin nay hu h t cỏc cụng ngh u s dng cỏc ng c i n lm truyn ng. I.1. Chn ng c i n ng c l m t phn t r t quan tr ng trong dõy truyn truyn sn xu t, thng xuyờn ph i lm vi c v i nhiu t rng thỏi nh l kh i ng (quỏ trỡnh quỏ ), tr ng thỏi quỏ t i, tr ng thỏi hóm. Hin nay chia ra lm hai lo i ng c chớnh l : + ng c i n xoay chi u . + ng c i n 1 chi u . I.1.1. ng c i n xoay chi u I. ng c khụng ng b ng c khụng ng b 3 pha c s dng rng rói trong cụng nghip t cụng su t nh n cụng su t trung bỡnh v chi m t l r t l n so v i ng c khỏc. S d nh vy : l do ng c khụng ng b cú k t c u n gin, d ch t o, v t 1 + X 1 nm http://www.ebook.edu.vn 3 SVTK: Trần Minh Công Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ hnh an ton, s dng ngun c p tr c ti p t l i i n xoay chi u 3 pha, v v kinh t giỏ thnh nh hn so v i ng c m t chi u. ng c khụng ng b cú hai lo i chớnh l ng c rụto l ng súc v ng c rụ to dõy cun. (hỡnh 1). 1. S nguyờn lý 2 ' Phng trỡ nh c tớnh c : M = 3 U f . R 2 R ' 2 .s . r + 2 2 Trong ú : s U f : i n ỏp pha t vo stato c a ng c X nm : i n khỏng ngn mch (X nm =X 1 +X 2 ) r 1 ,X 1 : i n tr v i n khỏng mch rụ to . R 2 ,X 2 : i n tr v i n khỏng rụ to ó quy i v phớa stato. 2 f 1 : T c khụng ng b s :l h s tr t s = 1 1 = 1 1 P : l t c lm vi c c a ng c U ~ U ~ 0 th = f( M ) Đ Đ 0 M mm M th M Hỡnh 1.1:S nguyờn lý v c tớnh c C khụng ng b Thụng thng ta hay sột phng trỡnh c tớnh c nh hỡnh 1 cú giỏ tr s th v M th xỏc nh nh sau: R ' 2 2 M = 2 M th (1 + a .S th ) S S th S + th S R ' + 2 a .S th S th = 2 r 2 + X 2 Trong đó : a = r 1 2 - Độ c ứng đặ c tính c ơ β = − 1 mm M th ω 1 .S th 2. Các phương pháp đ i ều chỉnh t ố c độ a. Phương pháp đ i ều chỉnh t ần số nguồn (f 1 ) Vớ i sự ra đờ i c ủ a các bộ biến t ần kiểu mớ i có thể thay đổ i t ần số đ i ện áp ra 3 pha rấ t linh hoạ t nên hiện nay nhiều công nghệ đ ã sử dụng phương pháp này để đ i ều chỉnh t ố c độ động c ơ truyền động. Đ i ều này đượ c thự c hiện trên nguyên t ắ c sau : t ừ công thứ c ω 2 πf = − 1 vầ M = − 3 P U 1 P th 8 πL nm f 1 ta thấy khi thay đổ i t ần số sẽ làm t ố c độ t ừ tr ường quay thay đổ i và mô men động c ơ c ũng thay đổ i . Nều f 1 > f đm thì t ố c độ không đồng bộ t ăng còn M th giảm khi giữ nguyên đ i ện áp không đổ i . Nếu f 1 <f đm thì t ố c độ không đồng bộ giảm còn M th t ăng nhanh vì M th ˜f 1 khi giữ nguyên đ i ện áp không đổ i . Đặ c tính c ơ thay đổ i t ần số (hình1. 2) ω ω 0 ω 2 ω th ω 3 ω = f( M ) f1 f2 f3 0 M mm M th M Hình 1.2 Đặ c tính c ơ khi thay đổ i t ần số ω Nhận xét : Phương pháp đ i ều c hỉnh t ố c độ thay đổ i t ần số khi giữ nguyên đ i ện áp phần ứng khi đ i ều c hỉnh giảm t ần số sẽ làm cho mô men khở i động l ớn và dòng đ i ện rấ t l ớn sẽ làm hỏng động c ơ khi khở i động vì vậy khi đ i ều chỉnh t ần số không đượ c giữ nguyên đ i ện áp mà phả i thay đổ i theo mộ t quy luậ t nhấ t định. Thậ t vậy ta có U 1 =4,44w 1. K dq1 .f 1 .Φ =C.f 1 .Φ Khi đ i ều chỉnh t ần số phả i giữ cho Φ =const nên sự thay đổ i đ i ện áp theo t ần số theo quy l uậ t sau: U 1 = const. f 1 Khi đ i ều chỉnh t ố c độ theo phương pháp này c ần phả i có bộ biến t ần do đó làm t ăng giá thành đầu t ư công nghệ. b. Phương pháp thay đổ i đ i ện áp phần ứng 3 U 2 M th = f 1 2 ω .(r + r 2 + X 2 ) 1 1 1 nm R ' S th = 2 =const r 2 + X 2 1 mm khi đ i ện áp l ướ i suy giảm mô men t ớ i hạn giảm nhanh M th ˜U 2 còn hệ số tr ượ t t ớ i han không đổ i . Đặ c tính c ơ thay đổ i đ i ện áp (hình 1.3) ω ω = f( M ) 0 U dm ω th U 2 U 1 0 M mm M th M Hình 1.3 Đặ c tính c ơ không đồng bộ khi thay đổ i đ i ện áp R R P X X Nhận xét : Đặ c tính c ơ t ự nhiên c ủ a động c ơ không đồng bộ thường có hệ số tr ượ t t ớ i hạn nhỏ nên không t hự c hiện đ i ều chỉnh cho động c ơ rô t o l ồng sóc. Còn khi thự c hiện cho động c ơ rô t o dây quấn c ần nố i th ê m đ i ện t rở phụ vào mạch rô to để mở rộng dả i đ i ều chỉnh t ố c độ và mô men. - Đố i vớ i phương pháp này c ần phả i thi ế t kế thêm bộ biến đổ i đ i ện áp xoay chi ều thành xoay chi ều . - Khi đ i ện áp đặ t vào phần ứng động c ơ giảm M th giảm trong khi đó giữ nguyên f 1 =const khi giảm đ i ện áp thì độ c ứng β giảm nên độ sụ t t ố c độ l ớn làm t ố c độ động c ơ không ổn định khi t ăng t ả i độ t ngộ t đồng thờ i mô me n khở i động và mô men t ớ i hạn giảm dẫn đến tr ường hợp không thể khở i động đượ c. - Phương pháp này có thể đượ c ứng dụng cho các động c ơ có công suấ t l ớn khi yêu c ầu dòng đ i ện khở i động nhỏ. c. Phương pháp thay đổ i số đôi c ự c .(P) Ta có công thứ c : 2 π f ' ω = 1 =var và S = 2 const 1 th nm ' Vì đố i vớ i các công suấ t l ớn thì r <<X nên có S = 2 =const do đó độ c ứng đặ c tính c ơ β không đổ i . Đặ c tính c ơ khi thay đổ i số đôi c ự c (hình 1.4) ω th nm ω 0 p=1 p=2 ω = f( M) ω th 0 M mm M th M Hình 1.4 .Đặ c tính c ơ Khi thay đổ i số đôi c ự c P Nhận xét : - Phương pháp này thay đổ i số đôi c ự c bằng cách t hay đổ i cách đấu dây stato c ủ a động c ơ do đó sẽ làm thay đổ i mộ t số thông số c ủ a động c ơ như U f1 ,r 1 ,X 1 … làm cho M th động c ơ thay đổ i vì vậy nó t hường dùng cho động c ơ rô t o l ồng sóc -Số c ấp t ố c độ đ i ều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chế t ạo hai c ấp do đó không t hể đ i ều chỉnh tr ơn t ạo ra rung giậ t khi đ i ều chỉnh t ố c độ. d.Phương pháp đư a đ i ện tr ở phụ vào mạch rô to (đố i v ớ i động c ơ rô to dâyquấn) 3 U 2 M th = f 1 =const 2 ω .(r + r 2 + X 2 ) 1 1 1 nm R ' S th = 2 =var r 2 + X 2 β = − 1 M th ω 1 .S th mm =var khi đư a đ i ện tr ở vào mạch rô to thì mô men t ớ i hạn không thay đổ i còn hệ số tr ượ t t ăng và độ c ứng đặ c tính c ơ β giảm . Đặ c tính c ơ đ i ều chỉnh (hình 1.5) ω ω 0 ω th ω = f(M) R f = 0 § R f1 R R f1 R f2 0 M mm M th M f2 Nhận xét: Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý, đặ c tính c ơ Đ CK Đ B rô to dây quấn có R f - Phương pháp này chỉ dùng cho động c ơ không đồng bộ rô to dây quấn X - Khi đư a đ i ện tr ở phụ vào mạch rô to động c ơ thì dòng đ i ện và mô men khở i động giảm và có thể đ i ều chỉnh nhiều c ấp t ố c độ nhưng vẫn là đ i ều chỉnh có c ấp - Đ i ều chỉnh theo phương pháp này còn có thêm t ổn hao công suấ t trên các đ i ện tr ở phụ. - Dả i đ i ều c hỉnh phụ thuộ c vào mô men t ải.Mô men t ả i càng nhỏ th ì dả i đ i ều chỉnh càng hẹp. e. Phương pháp đư a R f và X f vào mạch stato (Đố i v ớ i động c ơ rô to l ồng sóc ) T ừ các công thứ c: M th 3 U 2 = f 1 =const 2 ω .(r + r 2 + X 2 ) 1 1 1 nm R ' S th = 2 =var r 2 + X 2 β = − 1 mm M th ω 1 .S th Khi đư a đ i ện tr ở phụ và đ i ện kháng phụ vào mạch stato động c ơ ta thấy Độ c ứng đặ c tính c ơ giảm ,M th và S th đều giảm . Đặ c tính c ơ (Hình 1.6) ω ω 0 ω th R f f ω = f( M ) 0 M mm M th M Hình 1.6 Đặ c tính c ơ động c ơ rô to l ồng sóc khi đưa R f và X f vào mạch stato Nhận xét : - Phương pháp này áp dụng cho động c ơ không đồng bộ rô to l ồng sóc có công xuấ t trung bình và l ớn khi yêu c ầu c ần giảm dòng đ i ện khở động tuy nhiên sẽ kéo theo mô men khở i động c ũng nhỏ . - Khi c ần t ạo ra đặ c tính c ơ có mô men khở i động là M nm thì đặ c tính c ơ khi đư a X f vào c ứng hơn khi đư a R f .Đ i ều này chứng t ỏ t ổn hao năng l ượng khi đư a đ i ện tr ở vào mạch stato là l ớn . 2. Động c ơ đồng bộ Động c ơ đồng bộ đượ c sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suấ t trung bình và l ớn, có yêu c ầu ổn định t ố c độ cao .Động c ơ đồng bộ thường dùng cho m á y bơm quạ t gió ,hệ truyền động trong nhà m á y luyện kim và c ũng thường dùng làm động c ơ sơ c ấp trong các t ổ máy phát -Động c ơ công suấ t l ớn. - Động c ơ đồng bộ có độ ổn định t ố c độ cao hệ số cosφ và hiệu suấ t l ớn ,vận hành tin c ậy. a. Sơ đồ nguyên lý và đặ c tính c ơ (hình 1.7) U ~ ω ω 0 § 0 M ®m M max M Nhận xét : Hình 1.7 .sơ đồ nguyên lý và đặ c tính sơ đồng bộ Khi đóng stato c ủ a động c ơ đồng bộ vào l ướ i đ i ện xoay chi ều có t ần số f 1 =const động c ơ sẽ làm việ c vớ i t ố c độ đồng bộ c ủ a t ả i . 2πf ω = 1 1 P không phụ thuộ c vào tí nh chấ t [...]... chn BB van ng c lm h truyn ng Phần II Thiết kế mạch động lực * Đặt vấn đề: Mạch động lực trong hệ thống truyền động điện l mạch cung cấp điện năng cho động cơ điện biến điện năng thnh cơ năng trên trục động cơ Tải ở đây có thể l các máy công cụ trong công nghiệp, hoặc các hệ thống nâng hạ, cẩu Điện năng cung cấp ở đây có thể l dòng 1 chiều hay xoay chiều Mạch động lực của hệ thống truyền động điện... mạch động lực của hệ thống truyền động điện B Chọn phơng pháp hm Để hãm một hệ TĐĐ có thể: - Hãm theo phơng pháp cơ - Hãm theo phơng pháp điện Hãm theo phơng pháp cơ l dùng phanh cơ hoặc phanh điện -cơ, phanh điện cơ thờng đặt ở cổ trục động cơ v có nhiều kiểu,nhiều loại nhng nguyên tắc hoạt động chung tơng tự nhau.Đó l khi cấp điện cho động cơ chạy thì cuộn phanh cũng đợc cấp điện v cổ trục động cơ. .. thái hãm của động cơ l trạng thái động cơ sinh ra mômen điện từ ngợc với chiều quay m rôto dang có Phanh hãm cơ v điện -cơ có má phanh tỳ ép vo trục động cơ khi phanh.Khi hãm điện, trục động cơ không bị phần tử no tỳ vo cả m chỉ có mômen điện từ tác dụng vo rôto động cơ để cản lại chuyển động quay đó của động cơ Có 3 trạng thái hãm : Hãm tái sinh (hãm trả năng lợng về lới) Hãm ngợc Hãm động năng Đặc... cổ trục động cơ đợc nới lỏng Khi cắt điện để động cơ dừng thì cuộn phanh cũng mất điện v cổ trục động cơ bị ép lại Hãm một hệ TĐĐ nhằm một trong các mục đích sau : Dừng hệ TĐĐ Giữ hệ thống đứng yên khi hệ thống dang chịu một lực có hớng gây chuyển động Giảm tốc hệ TĐĐ Ghìm cho hệ TĐĐ lm việc với tốc độ ổn định Hai mục đích sau không dùng phanh điện -cơ vì rất khó thực hiện.Phơng pháp hãm bằng điện... thống truyền động điện đã cho theo đề ti l hệ thống van ộng cơ bao gồm động cơ điện, bộ biến đổi v các thiết bị phụ khác Động cơ điện theo đề ti l động cơ điện một chiều, kích từ độc lập, không đảo chiều, phạm vi điều chỉnh tốc độ 400/1 với sai lệch tĩnh [St]% = 5% Phơng pháp điều chỉnh tốc độ ta lựa chọn l phơng pháp thay đổi điện áp đặt vo phần ứng động cơ Với phơng pháp ny ta có thể điều chỉnh vô... điều khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lu không điều khiển kết hợp với một bộ biến đổi một chiều- một chiều Trong đề ti ny ta chọn sơ đồ chỉnh lu có điều khiẻn cho gọn nhất, đơn giản nhất, còn phơng án dùng một sơ đồ chỉnh lu không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi một chiều - một chiều không sử dụng vì nó cồng kềnh, kích thớc lớn, tốn nhiều van v giá thnh lại cao Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì... thái hãm điện l động cơ đều lm việc oẻ chế độ máy phát,biến cơ năng m hệ TĐĐ đang có qua động cơ thnh điện năng để hon trả về lới (hãm tái sinh) hoặc tiêu thụ ở dạng nhiệt trên điện trở (hãm ngợc, hãm động năng) Mômen để quay động cơ ở chế độ máy phát sẽ l mômen hãm đối với hệ TĐĐ Đối với động cơ 1 chiều KTĐL ta có các phơng pháp hãm l : Hãm tái sinh Hãm ngợc Hãm động năng : Hãm động năng : kích... chiu cp cho phn ng ca ng c Hin nay ngi ta thng s dng cỏc b bin i sau: - H thng mỏy phỏt - ng c (F-), - H thng xung ỏp, - B bin i van - ng c * Nhn xột: - u im ni bt ca h F - l s chuyn i trng thỏi lm vic rt linh hot, kh nng quỏ ti ln Do vy thng s dng h truyn ng F- cỏc mỏy khai thỏc trong hm m Nhc im ln nht ca h F - l dựng nhiu mỏy in quay trong ú ớt nht l hai mỏy in mt chiu, gõy n ln, cụng sut lp t mỏy... pháp hãm kinh tế nhng do ta chọn loại bộ biến đổi l cầu một pha tức l bộ biến đổi đơn Bộ biến đổi đơn khôngcho phép dẫn dòng ngợc m chỉ cho dẫn dòng theo một chiều nên hệ truyền động của ta không thực hiện đợc hãm tái sinh a2 Hãm ngợc Hm ngợc l trạng thái máy phát của động cơ, m khi rôto của động cơ quay ... pha l một sơ đồ hon chỉnh, chất lợng điện áp ra tốt hơn sơ đồ hình tia 2 pha, nhng số van nhiều hơn v mạch điều khiển phức tạp hơn sơ đồ hình tia 2 pha, do đó ta không sử dụng sơ đồ ny cho đề ti Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 3 pha l một sơ đồ chỉnh lu tốt Cho phép sử dụng ở hệ thống truyền động công suất lớn, chất lợng điện áp ra tốt, điện áp đặt trên van nhỏ hơn một nửa so với điện áp đặt trên mỗi van của . trong các hệ truyền động t ừ công suấ t nhỏ đến công suấ t l ớn .Tuỳ thuộ c vào yêu c ầu hệ truyền động mà động c ơ mộ. hế t các công nghệ hiện nay chư a có hệ thống t ruyền động thích hợp vớ i loạ i động c ơ này vì vậy m à động c ơ đồng