TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Truyền động lực cho máy, dây chuyền sản xuất dùng lượng điện gọi truyền động điện Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị: Thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dòng lượng theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất Các hệ thống truyền động điện tự động ngày thường dùng mạch điều khiển kỹ thuật số với chương trình phần mềm linh hoạt, dễ thay đổi luật điều khiển cấu trúc tham số mạch tác động nhanh có độ xác cao Cấu trúc hệ thống truyền động điện nói chung gồm khâu sau: Bộ biến đổi: Dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành chiều ngược lại, biến đổi mức điện áp dòng điện, biến đổi số pha, biến đổi tần số Các biến đổi thường dùng biến đổi máy điện (máy biến áp, máy phát - động cơ), biến đổi điện từ (cuộn kháng bão hoà, khuếch đại từ), biến đổi điện tử (chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần ) Động điện: Dùng để biến đổi điện thành (chế độ động cơ) hay thành điện (chế độ máy phát hãm điện) Các động có loại: Động điện xoay chiều không đồng đồng bộ; động điện chiều loại động đặc biệt khác 3.Thiết bị hay cấu truyền lực: Dùng để truyền lực từ trục động điện đến cấu sản xuất để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) để làm phù hợp tốc độ, mô men, lực Các thiết bị bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, li hợp điện từ Cơ cấu sản xuất: Dùng để thực thao tác sản xuất công nghệ (máy gia công chi tiết, máy nâng hạ tải trọng, dịch chuyển ) Thiết bị điều khiển: Dùng để điều khiển biến đổi, động điện, thiết bị truyền lực Thiết bị điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (cầu dao, áp tô mát, công tắc tơ, nút ấn, công tắc chuyển mạch, rơ le ) hay tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Một số hệ truyền động tự động có mạch ghép nối tiếp với thiết bị tự động khác máy tính, vi xử lý, điều khiển theo chương trình (CPU, PLC, CNC, NC) Các thiết bị đo lường, cảm biến dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Một hệ thống truyền động điện không thiết phải có đầy đủ khâu nêu trên, nhìn chung, gồm hai phần sau: - Phần lực: Động điện, có biến đổi; - Phần điều khiển: Các thiết bị điều khiển Một hệ thống truyền động điện gọi hệ hở phản hồi (sơ đồ khối hình 1-1a) Ví dụ: Động bơm nước quay sau đóng điện, tốc độ động không bị kiểm soát tự động Một hệ thống truyền động điện gọi hệ kín có phản hồi Ví dụ : Động điện sơ đồ khối hình 1-1b ký hiệu ĐTĐK kéo máy sản xuất cần phải ổn định tốc độ đầu đại lượng tốc độ n ω đo đưa trở lại đầu vào dạng tín -1- hiệu điện để so sánh với tín hiệu đặt (ký hiệu THĐ) Giả sử THĐ điều khiển động quay với tốc độ n Vì lý tốc độ động tăng lên lớn n tín hiệu phản hồi (PH) quay thiết bị điều khiển (TBĐK) so sánh với THĐ sai lệch hai tín hiệu làm TBĐK điều khiển động quay chậm lại Nếu tốc độ động giảm trình diễn ngược lại động điều khiển quay nhanh lên để trở tốc độ n ban đầu Tín hiệu PH có tác dụng ngược với THĐ nên gọi phản hồi âm, ký hiệu dấu (-) THĐ THĐ TBĐK ĐTĐK n ω (-) TBĐK ĐTĐK n ω PH a) b) Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ truyền động điện Người ta phân loại hệ thống truyền động điện theo yếu tố sau: - Theo số lượng động sử dụng: + Truyền động nhóm: Là hệ truyền động điện dùng động điện để kéo nhóm máy sản xuất Hình thức truyền động không dùng cồng kềnh, an toàn, khó tự động hoá động thường chạy non tải; + Truyền động đơn: Là hệ truyền động dùng động để kéo máy sản xuất Trong truyền động đơn, chuyển động khác máy động đảm nhiệm thông qua phận truyền lực Hình thức truyền động tốt truyền động nhóm kết cấu máy phức tạp việc tự động hoá mức cao gặp nhiều khó khắn Hiện hệ dùng; + Truyền động nhiều động cơ: Trong hệ truyền động này, chuyển động riêng biệt máy động đảm nhiệm Hình thức truyền động làm đơn giản nhiều kết cấu khí, giảm kích thước trọng lượng máy, công suất động tận dụng triệt để, dễ tự động hoá mức độ cao mạch điện phức tạp nhiều Hiện hình thức truyền động dùng phổ biến - Theo đặc điểm chuyển động: + Chuyển động quay; + Chuyển động thẳng - Theo chế độ làm việc: + Chế độ làm việc liên tục; + Chế độ làm việc gián đoạn - Theo chiều quay động cơ: + Truyền động không đảo chiều quay; + Truyền động có đảo chiều quay - Theo loại dòng điện: + Truyền động điện xoay chiều: Dùng động xoay chiều; + Truyền động điện chiều: Dùng động chiều - Theo đặc điểm thay đổi thông số điện: + Truyền động điện không điều chỉnh: Động nối thẳng với nguồn điện kéo máy với tốc độ định, thông số điện hệ thay đổi nhiễu bên ngoài; + Truyền động có điều chỉnh: Thông số điện hệ thay đổi nhờ thiết bị điều khiển Tuỳ theo công nghệ máy sản xuất mà có truyền động điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh vị trí, điều chỉnh lực hay mô men; -2- - Theo thiết bị biến đổi: + Bộ biến đổi máy điện: Hệ máy phát – động (F – Đ) động điện chiều cấp điện từ máy phát điện chiều; Hệ máy điện khuếch đại - động (MKĐ – Đ) có máy điện khuếch đại từ trường ngang; + Hệ chỉnh lưu - động (CL - Đ) động chiều cấp điện từ chỉnh lưu Chỉnh lưu có điều khiển điều khiển 1.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.1 Hệ thống chuyển động quay Trong chuyển động quay, phương trình động học hệ truyền động điện tổng quát có dạng: MĐ – M c = Jdω dJ + ω dt dt (1-1) MĐ – Mô men quay động (Nm); Mc – Mô men cản (Nm); Jdω dJ + ω - Mô men động học hệ truyền động điện dt dt Thường dJ = nên: dt MĐ – M c = Nếu: Jdω dt (1-2) MĐ > Mc: Hệ tăng tốc; MĐ < Mc: Hệ giảm tốc; MĐ = Mc: hệ làm việc ổn định 1.2.2 Hệ thống chuyển động tịnh tiến Trong hệ chuyển động tịnh tiến, thường vật chuyển động có khối lượng không đổi coi không đổi, ta có phương trình: dv FĐ – Fc = Fa = ma = m (1-3) dt FĐ - Lực phát động động tạo (N); Fc - Lực cản chuyển động cấu (N); Fa - Lực tạo gia tốc chuyển động (N); m - Khối lượng quán tính vật chuyển động (kg); a – Gia tốc chuyển động (m/s 2); v - Vận tốc chuyển động (m/s); t - Thời gian tốc độ biến đổi (s) 1.3 MÔ MEN CẢN Các máy sản xuất tạo nên mô men cản động Có hai loại mô men cản: Mô men cản mô men cản phản kháng 1.3.1 Mô men cản phản kháng M Mcquay động cơ, có Mô men cản phản kháng có chiều ngược với chiều chiều thay đổi đổi chiều quay động (đường hình 1-2) Ví 4dụ mô men cản máy gia công khí, mô men ma sát v.v 1 McH ω Mco Hình 1-2 Mô men cản tác dụng phản kháng -3- ωH Hình 1-3 Đặc tính máy công tác ω 1.3.2 Mô men cản Mô men cản có chiều không đổi thay đổi chiều quay động Do vậy, chiều quay động cơ, mô men cản trở chuyển động chiều quay ngược lại, hỗ trợ chuyển động Ví dụ phụ tải cấu nâng hạ gây mô men cản Mô men cản lại chuyển động động nâng tải hỗ trợ cho động hạ tải Mô men biểu diễn đường hình 1-2 1.4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đặc tính truyền động điện gồm đặc tính động điện đặc tính máy sản xuất Đặc tính động điện trình bày kỹ chương sau Đặc tính cấu sản xuất Mối quan hệ mô men cản cấu sản xuất với tốc độ: M c = f(ω) gọi đặc tính cấu sản xuất Đặc tính cấu sản xuất đa dạng, phần lớn biểu diễn dạng tổng quát: α  ω   Mc = Mco + (McH – Mco)  (1-4) ω  H Mco – Mô men cản cấu sản xuất ứng với tốc độ ω = 0; McH – Mô men cản cấu sản xuất ứng với tốc độ ω = ωH; Mc – Mô men cản cấu sản xuất ứng với tốc độ ω; α - Số mũ đặc trưng cho phụ tải (α = 0; ±1; 2) Có trường hợp: - α = ⇒ Mc = McH = const Mô men cản không phụ thuộc vào tốc độ: Đặc tính cấu nâng hạ, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại (đường hình 1-3) - α = ⇒ Mc = aω + b Mô men cản tỷ lệ bậc với tốc độ (thực tế gặp): Đặc tính máy phát điện chiều kích thích độc lập có tải không đổi (đường hình 1-3) - α = ⇒ Mc = cω2 + b Mô men cản tỷ lệ bậc hai với tốc độ: Đặc tính máy bơm, quạt gió (đường hình 1-3) d - α = -1 ⇒ Mc = + b Mô men tỷ lệ nghịch với tốc độ: Đường đặc tính ω cấu dây, giấy, truyền động quay trục máy cắt gọt kim loại (đường hình 1-3) Ngoài ra, có số đặc tính máy công tác: - Mô men cản phụ thuộc vào góc quay đường đi: M = f(ϕ) M = f(s): Các pitton, trục cáp cân có đặc tính thuộc loại -4- - Mô men cản phụ thuộc vào thời gian M = f(t): Đặc tính máy nghiền đá, quặng… 1.5 TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trong hệ truyền động điện, có trình biến đổi lượng điện cơ, trình định trạng thái làm việc truyền động điện Tuỳ thuộc vào trình biến đổi lượng hệ mà ta có trạng thái làm việc động cơ: Trạng thái động trạng thái hãm Trạng thái động gồm chế độ có tải không tải Trạng thái hãm gồm hãm tái sinh, hãm ngược hãm động Trạng thái hãm có P điện dương có chiều truyền từ nguồn đến động cơ, động biến đổi công suất điện thành công suất cấp cho máy sản xuất, ngược lại công suất điện âm P dương mô men động sinh chiều với tốc độ quay, ngược lại mang giá trị âm M Trạng thái hãm Trạng thái ĐC II I ω III Trạng thái ĐC IV Trạng thái hãm Hình 1-4 Các trạng thái làm việc TĐĐ CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 Định nghĩa nêu cấu trúc chung hệ truyền động điện Phân loại hệ thống truyền động điện Viết giải thích phương trình động học hệ truyền động điện Phân loại đặc tính máy sản xuất số dạng -5- ... 1-1 Sơ đồ khối hệ truyền động điện Người ta phân loại hệ thống truyền động điện theo yếu tố sau: - Theo số lượng động sử dụng: + Truyền động nhóm: Là hệ truyền động điện dùng động điện để kéo nhóm... khiển điều khiển 1.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.1 Hệ thống chuyển động quay Trong chuyển động quay, phương trình động học hệ truyền động điện tổng quát có dạng: MĐ – M... quay động cơ: + Truyền động không đảo chiều quay; + Truyền động có đảo chiều quay - Theo loại dòng điện: + Truyền động điện xoay chiều: Dùng động xoay chiều; + Truyền động điện chiều: Dùng động