ĐỒ án môn học Truyền động điện

Trong thời gian gần đây, do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ không đồng bộ đã khai thác đợc các u điểm của nó và trở thành h

Phần thứ nhất

Phân tích chọn phơng án truyền động

Đặc trng cho công nghệ gia công chi tiết bằng phơng pháp mài có yêu cầu rất cao về độ chính xác kích thớc, độ nhẵn bề mặt Khi gia công các chi tiết khác nhau

đòi hỏi phải có tốc độ khác nhau.Việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy

sẽ đảm bảo chất lợng sản phẩm và an toàn trong sản xuất, đạt năng suất cao Do vậy đa số các máy trong quá trình gia công kim loại đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ

Đối với máy mài vì nó là khâu thực hiện nguyên công cuối cùng nên đòi hỏi độ chính xác và độ bóng cao nên viẹc điều chỉnh tốc độ cũngđòi hỏi cao.ở máy mài việc thực hiện điều chỉnh tốc độ quay chi tiết gia công đó là yêu cầu không thể thiếu và hết sức quan trọng trong khi thiết kế cũng nh vận hành

I Chọn động cơ

Trớc khi đi chọn động cơ ta đi phân tích 2 loại động cơ thông dụng :

+ Động cơ điện xoay chiều :

+ Động cơ điện 1 chiều :

1 Động cơ điện xoay chiều

a Động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ 3 pha đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác Sở dĩ nh vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật hành an toàn,

sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều 3 pha ( Hình 2)

Xét đặc tính cơ:

a S

th

 

2 ( 1 )

.

S S

S S

th

Hình2 Sơ đồ nguyên lý động cơ không

đồng bộ

Hình 3 Đặc tính cơ của động cơ không

đồng bộ =f(M) trong chế độ động cơf(M) trong chế độ động cơ

Trong đó

R X

th

mm





2

12 2

'

R R X mm



2

1=f(M) trong chế độ động cơ2  f1

P

Tuy nhiên nhợc điểm của loại động cơ này là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ gặp khó khăn, mômen khởi động nhỏ, dòng khởi động lớn Mặt khác

do đặc tính cơ có dạng đờng cong (Hình 3) nên việc ổn định tốc độ gặp khó khăn Nếu tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc thì chỉ có thể ổn định tốc độ ở điểm làm việc từ 0 đến điểm A trên hình vẽ Còn từ điểm A đến Mkđ là đoạn đặc tính làm việc không ổn định của động cơ

Trong thời gian gần đây, do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ không đồng bộ đã khai thác đợc các u

điểm của nó và trở thành hệ truyền động có khả năng cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động Tiristor - động cơ một chiều Tuy nhiên việc ứng dụng các kỹ thuật mới này còn rất hạn chế ở nớc ta do giá thành còn cao

b Động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ 3 pha trớc đây thờng dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ , công suất trung bình và lớn ( hàng trăm KW đến hàng MW ) , có yêu cầu ổn định tốc độ cao

Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ

đ-ợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất, từ vài trăm W ( cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cơ cấu truyền động của tay máy, ngời máy v.v ) đến hàng MW ( trong truyền động kéo tàu GTV tốc độ cao, máy cán v.v )

Nhận xét:

Ưu điểm của loại động cơ này là có độ ổn định tốc độ cao ( đặc tính cơ tuyệt đối cứng ở vùng mômen cho phép M  Mmax ), hệ số cos và hiệu suất lớn , vận hành

có độ tin cậy cao

Nhợc điểm của loại động cơ này là việc động cơ tốc độ gặp khó khăn do chỉ có phơng pháp duy nhất là biến tần nguồn điện Tuy nhiên, do sự phát triển mạnh mẽ của

kỹ thuật điện tử thì nhợc điểm này đã đợc khắc phục bằng các bộ biến tần công nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nổi tiếng trên thế giới nh SIEMENT ( Đức ) , OMRON (Pháp) v.v nhng do giá thành còn cao cũng nh công nghệ truyền thống nên chúng cha đợc sử dụng rộng rãi ở nớc ta

2 Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều do có hai cách mắc cuộn kích từ (mắc nối tiếp và mắc song song) nên chúng đợc chia làm hai loại động cơ : động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp và động cơ điện một chiều kích từ song song Ta xét đặc tính của từng loại

động cơ một

a Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với

cuộn dây phần ứng (hình 4.a) , nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ , số

vòng ít, chế tạo dễ dàng

Phơng trình đặc tính cơ:



 

 U  K

R

K M

u u

( ) 2

Nhận xét:

Dạng đặc tính cơ biểu diễn trên hình vẽ Ta thấy đặc tính có dạng hypenbol và

rất mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức ở vùng dòng điện lớn, do

mạch từ bão hoà nên từ thông hầu nh không thay đổi và đạc tính có dạng gần tuyến

tính Hơn nữa đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có độ cứng thay đổi

Hình 4.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Hình 5-b) Đặc tính tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

c) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

phụ tải Vì vậy ta không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có yêu cầu

ổn định cao mà nên sử dụng cho những truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo

tải

Vậy ta không thể dùng động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp cho công nghệ mài

b Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thờng có cuộn kích từ mắc vào nguồn

một chiều độc lập (hình 6.a)

(đối nguồn có công suất

không đủ lớn) và cũng có

thể cuộn kích từ mắc song

song với mạch phần ứng

(đối nguồn một chiều có

công suất vô cùng lớn)

Phơng trình đặc tính cơ:



 

 U  K

R

K M

u u

( ) 2

Nhận xét:

So với động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ điện 1 chiều kích

từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và

điện trở của mạch kích từ nên khẳ năng ổn định tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích

từ độc lập cao hơn Mặt khác đặc tính cơ của nó có dạng đờng thẳng do đó có thể ổn

định ở mọi cấp tốc độ Động cơ loại này có dải điều chỉnh rộng do :

M =f(M) trong chế độ động cơ kI;  =f(M) trong chế độ động cơ const; M =f(M) trong chế độ động cơ const

Kết luận:

Xét về công nghệ và các nhận xét ở trên thì động cơ một chiều kích từ độc lập rất

phù hợp với yêu cầu kinh tế cà kỹ thuật Do vậy em đã chọn loại động cơ này

II Chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ

Hình 6.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp b) Đặc tính cơ của một động cơ điện

một chiều kích từ nối tiếp

(Với động cơ 1 chiều kích từ độc lập )

Từ phơng trình đặc tính cơ:

n =f(M) trong chế độ động cơ U Ce

M r r

C C



ta thấy có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ :

+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ + Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi từ thông

+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện ápđạt vào phần ứng động cơ

1 Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Tốc độ không tải lý tởng: 



0  U K

dm dm

var

K

dm

u f 2

Nhận xét:

Khi thêm điện trở phụ vào mạch mạch phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ  giảm

đi Với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm (hình 7) Nh vậy phơng pháp này không thể ổn định tốc độ cho toàn dải điều chỉnh

2 Điều chỉnh từ thông

Khi điều chỉnh từ thông:

Hình 7 Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện

trở phụ mạch phần ứng



ox dm x

U K

Độ cứng đặc tính cơ:

var

K R

x u 2

Nhận xét:

Do cấu tạo động cơ, thực tế thờng điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thông

giảm thì ox tăng, còn  sẽ giảm Ta có đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứng của

đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 8)

Nh vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc độ

lớn hơn tốc độ định mức Vì vậy ta cũng loại bỏ phơng pháp này

3 Điều chỉnh điện áp động cơ đặt vào phần ứng động cơ

Khi thay đổi điện áp ta có:

Tốc độ không tải lý tởng:





ox

x dm

U K

Hình 8 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

Độ cứng đặc tính cơ:

const R

) K (

u

2 dm









Nhận xét:

Nh vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính

song song với đặc tính cơ tự nhiên (=f(M) trong chế độ động cơconst) (xem hình 9), khi thay đổi điện áp : mô

men ngắn mạch của động cơ giảm, độ cứng =f(M) trong chế độ động cơ const,tốc độ động cơ thay đổi Mặt

khác ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động là có thể điều chỉnh đợc tuỳ ý Do vậy ta

có thể điều chỉnh và ổn định tốc độ ở mọi dải điều chỉnh

Kết luận:

Từ công nghệ quay chi tiết và qua phân tích ở trên, để phù hợp ta chọn động cơ

1 chiều kích từ độc lập và chọn phơng pháp điều áp đặt vào phần ứng động cơ

III Chọn bộ biến đổi để cấp điện áp cho phần ứng

động cơ

Về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn so

với loại động khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu

trúc mạnh động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lợng cao

trong dải điều chỉnh rộng

Có hai phơng pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

-Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

-Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:

-Bộ biến đổi máy điện: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều

-Bộ biến đổi điện từ: khuyếch đại từ

-Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu Tiristor

Hình 9 Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm điện áp

đặt vào phần ứng động cơ

Và tơng ứng với bốn bộ biến đổi trên có bốn loại truyền động Trong đồ án này

em chỉ xét 2 loại truyền động là:

Hệ truyền động máy phát động-động cơ và hệ truyền động chỉnh lu động cơ

1 Hệ truyền động máy phát động-động cơ (F-Đ)

-Cấu trúc hệ F-Đ và các đặc tính cơ bản

Hệ thống máy phát-động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát

điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thờng do động cơ sơ cấp không đồng

bộ 3 pha điều khiển quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

b) Hình 10 Hệ thống máy phát động cơ a) Sơ đồ nguyên lý;

b) Các đặc tính từ hoá và đặc tính tải