Bài giảng truyền động điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GIẢNG VIÊN: ĐỖ QUANG HUY - ĐỖ CÔNG THẮNG HƯNG YÊN – 2015 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Chương1: KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1 Ccấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện * Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: Hệ truyền động điện tổ hợp thiết bị điện, điện tử, điện từ, phục vụ cho cho việc biến đổi lượng điện – gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển trình biến đổi lượng theo yêu cầu công nghệ * Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung hệ TĐĐ TĐ BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động điện; MSX: Máy sản xuất; R RT: Bộ điều chỉnh truyền động công nghệ; K KT: Bộ đóng cắt phục vụ truyền động công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành Cấu trúc hệ TĐĐ gồm phần chính: - Phần lực (mạch lực): từ lưới điện nguồn điện cung cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các biến đổi như: biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, điều áp chiều, biến tần transistor, tiristor) Động có loại như: động chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ truyền động có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển dây truyền sản xuất Phân loại hệ thống truyền động điện: ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - Truyền động điện không điều chỉnh: thường có động nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ hệ truyền động điện tự động nhiều động - Theo cấu trúc tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình - Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động điện chiều, động điện xoay chiều, động bước, v.v - Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động hệ truyền động điện tự động - Ngoài ra, có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v 1.2 Cơ sở động học ht tđđ 1.2.1 Đặc tính máy sản xuất + Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f() (1-1) + Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biểu diễn dạng biểu thức tổng quát:     M c  M c  ( M đm  M c ).   đm   Trong đó: Mc - mômen ứng với tốc độ  Mco - mômen ứng với tốc độ = Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức đm (1-2) ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN b) a) c) Hình 1.2: a) Đặc tính số MSX b) Dạng đặc tính số MSX có tính c) Dạng đặc tính số MSX có tính phản kháng + Ta có trường hợp số mũ  ứng với tải: - Khi  = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt, (hình 1-2 đường 1) - Khi  = 1, mômen tỷ lệ bậc với tốc độ, tương ứng cấu ma sát, máy phát chiều tải trở, (đường 2) - Khi  = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng cấu máy bơm, quạy gió, máy nén khí(đường 3) - Khi  = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng cấu máy dây, giấp, truyền động trục máy cắt gọt kim loại (đường 4) + Ngoài ra, số máy sản xuất có đặc tính khác, như: - Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f();hoặc mômen phụ thuộc vào đường Mc = f(s), máy công tác có pittông, máy trục cáp cân có đặc tính thuộc loại - Mômen phụ thuộc vào số vòng quay đường Mc = f(,s) loại xe điện - Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) máy nghiền đá, nghiền quặng Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mômen cản dạng (Như cấu nâng hạ tải trọng) có đặc tính Mc = const không phụ thuộc chiều quay Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng ( chống lại chiều quay mô men ma sát, mô men cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại…) ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.2 Đặc tính động điện: Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: M = f() (1-3) * Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: + Đặc tính tự nhiên: Là đặc tính động vận hành chế độ định mức (động nối theo sơ đồ bình thường, không sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác thông số nguồn động định mức) Như động có đặc tính tự nhiên + Đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh: đặc tính nhận có thay đổi thông số nguồn, động nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, sử dụng sơ đồ đặc biệt Mỗi động có nhiều đặc tính nhân tạo Độ cứng đặc tính cơ: + Đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm “độ cứng đặc tính ” tính:  M  đặc tính tuyến tính thì:   (1-4) M  Hoặc theo hệ đơn vị tương đối:   (1-5) dM lượng sai phân mômen M d  Hình 1.3: Độ cứng đặc tính  lớn ta có đặc tính cứng,  nhỏ đặc tính mềm  đặc tính tuyệt đối cứng Truyền động có đặc tính cứng tốc độ thay đổi mô men biến đổi lớn Truyền động có đặc tính mềm tốc độ giảm nhiều mô men tăng ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.3 trạng thái làm việc hệ TĐĐ + Trong hệ truyền động điện có trình biến đổi lượng điện thành ngược lại Chính trình biến đổi định trạng thái làm việc hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 1-1: TT Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ P Trạng thái làm việc >0 =0 = Pđiện - Động không tải >0 >0 = Pđ - Pc - Động có tải =0  hệ tăng tốc dt - Khi Mđg < hay M < Mc , thì: d <  hệ giảm tốc dt - Khi Mđg = hay M = Mc , thì: d =  hệ làm việc xác lập, hay hệ làm dt việc ổn định:  = const 1.2.6 Điều kiện ổn định tĩnh hệ TĐĐ Như phần trước nêu, điểm làm việc ổn định giao hai đặc tính của động cấu sản xuất: M() Mc() Tuy nhiên, điểm làm việc động với loại tải điểm làm việc ổn định, mà điều kiện cần, điều kiện đủ điểm giao phải thỏa mãn điều kiện ổn định, người ta gọi ổn định tĩnh làm việc phù hợp động với tải Để xác định điều kiện đó, ta dựa vào phương trình động học giao điểm: d M J dt Hình 1.5: Minh họa điểm làm việc ổn định  Mc Suy ra, điều kiện để ổn định là: ( M Mc )x  ( )x    Hay: (1-16) (1- 17) Vậy, điều kiện cần đủ để hệ thống truyền động điện làm việc ổn định điểm là: Tại điểm phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: Điều kiện 1: MĐ – Mc = Điều kiện 2: Đ - c < Ví dụ: Xét xem điểm A có phải điểm làm việc ổn định không? Theo hình vẽ trên, dễ nhận thấy: Hình 1.6: Minh họa cách xét điểm làm việc ổn định ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 3.13 : Đồ thị dòng điện khoảng dẫn van Các khóa S khóa ban dẫn ,ở truyền động công suất nhỏ thường ding tranzito , truyền động công suât lớn thường dùng van thyritor ,khi việc khóa (ngắt) khóa thực mạch đặc biệt dùng tụ điện van thyritor phụ … thời gian gần sử dụng thyritor đặc biệt van khóa xung điều khiển(GTO) 91 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 3.14 : Phương pháp điều chỉnh điện áp nghịch lưu tần số - điện áp a) Điều chỉnh biên độ b) Điều chỉnh độ rộng xung; c) Điều chỉnh độ rộng điều chế cực tính; d) Điều chế độ rộng xung hai cực tính Giá trị điện áp động điều chỉnh biên độ điện áp chiều –bằng chỉnh lưu điều khiển băm xung áp (H5.14a) Điện áp điều chỉnh điều chỉnh thời gian đóng khóa S (H5.14b) điều chế độ rộng xung áp băng nghịch lưu (H5.14c,d) Chương CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.1 Những vấn đề chung 4.1.1 Đặt vấn đề Khi thiết kế hệ thống TĐĐ, người ta phải tiến hành bước sau: - Tính chọn công suất động truyền động - Chọn loại động loại truyền động: Một chiều, xoay chiều, có hay điều chỉnh tốc độ, có đảo chiều quay không, dùng hệ F - Đ, V - Đ hay BBT - Đ v.v… 92 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - Tính chọn thiết bị mạch lực như: BBĐ, thiết bị đóng cắt, mạch lọc v.v … - Tính chọn mạch điều khiển - Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ, đo lường, tín hiệu hoá Như vậy, yếu tố hàng đầu cần quan tâm công suất động HTTĐĐ Bởi vì, để hệ thống truyền động điện làm việc tốt, thỏa mãn tiêu kỹ thuật, kinh tế an toàn, cần chọn công suất động điện Sự làm việc tin cậy kinh tế HTTĐĐ phụ thuộc vào lựa chọn xác công suất đông điện biện pháp điều khiển động phù hợp với yêu cầu truyền động Các tiêu chuẩn để chọn động là: Chọn đủ công suất kéo, tốc độ phù hợp với phạm vi điều chỉnh D phương pháp điều chỉnh tốc độ, thoả mãn yêu cầu mở máy hãm, phù hợp với nguồn điện, điều kiện làm việc v.v … Trong đó, tiêu chuẩn chọn công suất động có ý nghĩa lớn Nếu chọn Pđm động lớn công suất yêu cầu phụ tải thì: Động kéo tải dễ giá thành cao, hiệu suất truyền động thấp, cos  thấp động non tải làm ảnh hưởng đến chất lượng lưới điện Ngược lại chọn Pđm nhỏ công suất yêu cầu phụ tải động không kéo tải bị làm việc tải gây phát nóng cuộn dây làm cháy hỏng giảm tuổi thọ động Tuy nhiên, dựa vào đâu để tính chọn công suất động ? Người ta dựa vào thông tin sau: - Dựa vào đặc tính phụ tải quy luật phân bố tải theo thời gian: Mc (t);Qc (t); Pc(t) Từ dó, biết đặc điểm phụ tải làm việc chế độ nào: Ngắn hạn, dài hạn, ngắn hạn lặp lại …, Có yêu cầu đảo chiều, điều chỉnh chế độ tốc độ không ? Chế độ khởi động? … - Dựa vào tính toán nhiệt độ cho phép động cơ: Động chế độ làm việc bình thường tải cho phép nhiệt độ không vượt nhiệt độ cho phép: Tcp - Ngoài ra, phải xem xét đến yêu cầu khả tải cho phép động để xác định mômen tải chọn công suất động theo mômen tải 4.1.2 Phát nóng làm nguội động điện * Nguyên nhân phát nóng động cơ: Trong trình làm việc, thực biến đổi điện thành năng, phần lượng bị tiêu tán bên động dạng nhiệt, biểu diễn dạng tổn thất công suất:  P = Pđ - Pcơ Pđ: Công suất điện mà động tiêu thụ từ lưới Pcơ ( Pc ): Công suất động đưa đầu trục Vì Pcơ =  Pđ   P = (1-) Pđ = (1   ) Pc  = (Nếu chế độ định mức) 93 (1   đm ) Pc  đm Pcđđ ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Công suất tổn hao gồm ba phần: - Tổn hao ma sát ổ bi roto quay không khí - Tổn hao sắt từ, phụ thuộc chất lượng lõi sắt rôto stato - Tổn hao cuộn dây (tổn hao đồng) hiệu ứng Jull Tổn hao tỉ lệ với bình phương dòng chạy qua roto, stato -> phụ thuộc vào tải -> Tổn hao thuộc loại tổn hao biến đổi, chiếm tỉ lệ lớn P : Vậy P = P không đổi + P biến đổi Chính P sinh nhiệt lượng đốt nóng động làm t0 động tăng lên Nếu động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh t0 tăng đến  động làm việc lâu dài Thực tế, nhiệt lượng toả môi trường qua mặt động làm hạn chế phát nóng Sau thời gian làm việc, t0 động không tăng mà đạt trị số ổn định Lúc đó, nhiệt lương tỏa môi trường đơn vị thời gian nhiệt lượng sinh động Đó trạng thái cân động nhiệt động cơ: * Các phương trình cân nhiệt: Giả thiết động vật thể đồng nhất, nhiệt độ giống điểm dẫn truyền nhiệt tức thời (hệ số dẫn nhiệt lớn) Nhiệt lượng sinh động thời gian dt là: P dt (J), nhiệt lượng chia làm hai phần: Phần nhiệt lượng làm cho động nóng lên C.d (C: Nhiệt dung động cơ, tức nhiệt lượng cần thiết làm cho động nóng lên 10c (J/0C)), : Nhiệt sai (nhiệt độ chênh lệch động môi trường(0C) Phần nhiệt lượng từ động toả môi trường khoảng dt: A  dt (A: Hệ số toả nhiệt, nhiệt lượng mà động toả môi trường đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ động nhiệt độ môi trường là10C(w/0C)); A phụ thuộc vào điều kiện làm mát động cơ, làm mát tốt A lớn Vậy, phương trình cân nhiệt: P dt = Cd + Adt (6-1) Dùng phương pháp phân ly biến số, giải (7-1) với , điều kiện đầu: t=0, = bđ ta có nghiệm: ôđ = =ôđ (1 - e-t/ ) (6-2) C P : Nhiệt sai ổn định ; : Hằng số thời gian đốt nóng : = (thực chất, A A nghiệm là:  = ôđ + (bđ- ôđ) e-t/, t = có bd = 0: t0 động = t0môi trường) => = ôđ (1 - e-t/) Đây phương trình biểu diễn đường cong phát nóng động Khi làm việc với nhiệt sai đó, cắt động khỏi nguồn điện động nguội dần Lúc này, nguyên nhân sinh nhiệt động lượng mát ma sát nhỏ nên xem nhiệt lượng phát ra: Q=0 (ôđ =0) => = bđ e-t/ Đây phương trình biểu diễn đường cong nguội lạnh động 94 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Chú ý: bđ trình nguội lạnh ôđ trình phát nóng Từ đó, ta xây dựng đường cong phát nóng nguội lạnh: 4.1.3 Phân loại chế độ làm việc truyền động điện: Để tiến hành chọn công suất động điện dựa theo chế độ nhiệt động cơ, người ta phân loại chế độ làm việc động cơ: * Chế độ làm việc dài hạn: - Chế độ động làm việc có phụ tải thời gian dài Do đó, làm việc, động có nhiệt độ đạt tới giá trị ổn định Trong đó, nhiệt sai động đạt tới trị số ổn định VD: Động làm việc chế độ dài hạn động kéo quạt gió, bơm nước, máy nén khí Giản độ phụ tải đường cong nhiệt sai động hình vẽ P ∆ Pc ∆ P ∆ P ∆ ∆ ôđ ∆ ôđ ôđ tlv t0 t tck b Phân loại chế độ làm việc truyền động điện a Dài hạn; b Ngắn hạn; c Ngắn hạn lặp lại t a Pc Pc tlv c * Chế độ làm việc ngắn hạn: Động làm việc có phụ tải thời gian ngắn Nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải, thời gian nghỉ động dài, nhiệt sai động đủ để giảm xuống nhiệt sai ban đầu VD: Động đóng, mở cửa đập nước, động cấu nâng – hạ xà ngang, nêm chặt xà máy cắt gọt kim loại lớn (Tiện đứng, phay giường, bào giường…) Giản đồ phụ tải, đường cong nhiệt sai hình bên: * Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Thời gian làm việc có phụ tải thời gian nghỉ xen kẽ Các khoảng thời gian tương đối ngắn thời gian làm việc: tlv, nhiệt sai động chưa đạt tới trị số ổn định phụ tải.Trong thời gian nghỉ, nhiệt sai động giảm 95 t ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN chưa trị số cũ lại có phụ tải, nhiệt sai lại tăng lên Quá trình mà lặp lại, cuối cùng, nhiệt độ động dao động xung quanh nhiệt độ ổn định trung bình tb max min VD: Cầu trục, máy hàn, cần trục… Chế độ đặc trưng hệ số thời gian đóng điện tương đối: %= tlv t  100%  lv  100% Các trị số tiêu chuẩn  % là: 15%; 25%; 40%; tlv  tng Tck 60% *Phương pháp chung chọn công suất động * Các tiêu chọn động điện Chọn động điện phải đảm bảo hai mặt: Kinh tế kỹ thuật * Về mặt kỹ thuật: - Động chọn phải có cấp điện áp phù hợp với nguồn - Động phải thích ứng với môi trường làm việc (khô ráo, ẩm ướt, bụi bẩn, nóng lạnh…) - Động đựơc chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng (Điều kiện nhất), cho làm việc bình thường tải cho phép, t0 động không vượt t0 cho phép - Động phải đảm bảo tốc độ yêu cầu, xem có hay không điều chỉnh tốc độ, có cấp hay vô cấp - Phải đảm bảo điều kiện khởi động tốt theo yêu cầu phụ tải * Về mặt kinh tế Động điện chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao, vốn đầu tư rẻ chi phí vận hành, bảo quản sửa chữa thấp, sử dụng hết công suất động * Các bước chọn công suất động Động điện muốn kéo đựơc cấu sản xuất cần phải sản mômen Mđ có khả khắc phục mômen sau: Mômen phụ tải cấu sản xuất: Mpt; Mômen không tải M0; Mômen động Mđg, nghĩa Mđ  Mpt + M0 + Mđg Muốn tìm Mđ cần có điều kiện ban đầu bước tính toán * Điều kiện ban đầu - Phải có biểu đồ phụ tải cấu sản xuất: Mc = f1(t) Pc = f2(t) nhiệt lượng tiêu hao Q= f3(t) hay dòng điện I= f4(t) - Phải có biểu đồ biến thiên tốc độ qúa trình làm việc: n= f5(t)  = f6(t) Giả thiết biểu đồ cho hình vẽ trang bên * Các bước tính toán 96 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trước hết vào biểu đồ phụ tải tĩnh: Mc = f(t), tính mômen trung bình theo biểu n M t i i thức: M tb  i 1 n t i i 1 Sau đó, chọn sơ động có Mđm  Mtb - Tính mômen động: Mđg ( xuất trình độ: Mở, hãm, đảo chiều quay d  J ht  tg động v.v…): M đg  M Đ  M c  J ht dt Jht: Mômen quán tính hệ thống quy đổi đầu trục động - Vẽ biểu đồ Mđg = f(t) hình vẽ - Vẽ biểu đồ phụ tải động hệ thống hình vẽ: Mcđg= Mpt+ Mo + Mđg - Dựa vào biểu đồ phụ tải động, kiểm tra khả tải động theo điều kiện: M Mđm  Mmax Trong đó: Mđm: Mô men định mức động chọn sơ đồ Mmax: Mô men max biểu đồ phụ tải M: Bội số mômen (hệ số tải) - Kiểm tra lại suất động theo điều kiện phát nóng Nếu kiểm tra không thoả mãn => Chọn lại động 4.2 Chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ Để chọn công suất động cơ, ta cần phải biết đồ thị phụ tải Mc(t) Pc(t) quy đổi trục động giá trị tốc độ yêu cầu Từ đồ thị phụ tải, chọn sơ công suất động cơ, tra sổ tay tham số, từ đó, xây dựng đồ thị phụ tải xác Sau đó, tiến hành kiểm nghiệm động chọn 4.2.1 Chọn động làm việc dài hạn Đối với phụ tải dài hạn, có loại không đổi, có loại biến đổi * Phụ tải dài hạn không đổi: Động cần chọn phải có công suất định mức lớn công suất yêu cầu: Pđm ≥ Pc tốc độ định mức phù hợp với yêu cầu Thường chọn Pđm = (1  1,3)Pc Trong trường hợp này, việc kiểm nghiệm động đơn giản, không cần kiểm nghiệm tải mômen, cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động phát nóng * Phụ tải dài hạn biến đổi: Để chọn động phải xuất phát từ đồ thị phụ tải, tính giá trị trung bình mômen công suất: 97 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN n  M t i M tb  i o i ; n t  P t i t i i o Động chọn phải có: i Ptb  i Mđm = (1  1,3).Mtb Pđm = (1  1,3).Ptb Điều kiện kiểm nghiệm: Kiểm nghiệm phát nóng, khởi động, tải mômen 4.2.2 Chọn công suất động cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Biểu đồ phụ tải hình vẽ: Sau thời gian, nhiệt sai động ổn định biến thiên khoảng min, max Tương tự trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại chọn động chuyên dùng ngắn hạn lặp lại * Chọn công suất động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại Thường động dài hạn chọn: Pđm  Plv Hệ số tải nhiệt: = Plv   od Pdm  max  od  e t /  'v   max  e t / v lv Từ đường cong phát nóng, ta có  = lv Trong đó: : Hằng số thời gian phát nóng   t v C ;  '  lv ;   tlv   vo A : Hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu thời gian nghỉ t0 ( = 0,5: Động chiều,  = 0,25: Động KĐB) Dựa vào đồ thị phụ tải, xác định Plv yêu cầu, tlv, to từ chọn sơ công suất động để có  o tính ’ suy  Dùng phương pháp tính lặp cho: Plv   Pdm * Chọn công suất động ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Động ngắn hạn lặp lại chế tạo chuyên dùng, độ bền khí tốt, quán tính nhỏ, khả tải lớn (từ 2,53,5), đồng thời chế tạo chuẩn với % = 15%; 25%; 40%; 60% Động chọn cần thỏa mãn hai điều kiện: + Pđm chọn ≥Plv + %đm chọn phù hợp với %lv Trường hợp chưa phù hợp hiệu chỉnh lại Pđm theo công thức: 98 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN  lv % Pđmchọn ≥Plv  %dmchon Chú ý: Trường hợp phụ tải biến đổi phải dùng công thức đại lượng đẳng trị: Pđt = Pt t i i i ;  dt %  t t  t i i io Sau kiểm tra tải mômen, mômen khởi động phát nóng 4.3 Chọn công suất động cho truyền động có điều chỉnh tốc độ Để tính chọn công suất động trường hợp này, cần phải biết yêu cầu bản: + Đặc tính phụ tải: Pyêu cầu (); Myêu cầu(); đồ thị phụ tải: Pc(t); Mc(t); (t) + Phạm vi điều chỉnh tốc độ: max, min + Loại động (một chiều xoay chiều) dự định chọn + Phương pháp điều chỉnh BBĐ hệ thống truyền động cần định hướng trước Như vậy, để tính chọn công suất động ta phải biết phụ tải Trong nhiều trường hợp, phụ tải khác Ta chia thành hai nhóm + Nhóm 1: tốc độ, điều chỉnh Mc = const, công suất cản tỉ lệ bậc với tốc độ + Nhóm 2: tốc độ, điều chỉnh công suất không đổi (Pc = const), Mc tỉ lệ nghịch với tốc độ: M c  Po  Đối với động điện, phương pháp điều chỉnh tốc độ theo tải cho phép chia hai nhóm: + Nhóm 1: Điều chỉnh tốc độ với mômen cho phép động không biến đổi tốc độ, thường gọi phương pháp điều chỉnh tốc độ mômen cho phép không đổi, Rp tỉ lệ bậc với  Các phương pháp thường thực cách thay đổi điện áp Rp mạch phần ứng động điện chiều KTĐL, thay đổi Rp mạch rôtor số đôi cực ĐCKĐB + Nhóm 2: Điều chỉnh tốc độ với Pcp = const; M cp  Pcp  , thực cách giảm (ĐCMC) thay đổi số đôi cực (1 số trường hợp ĐCKĐB) * Chọn công suất động cho truyền động điều chỉnh tốc độ có: Mc = const * Trường hợp: Mcp = const Động chọn phải có: Mđm = Mc đm = max (điều chỉnh tốc độ thấp tốc độ bản) 99 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Pđm = Mđm.đm = Mcmax = Pcmax * Trường hợp: Pcp = const Động chọn phải có: Pđm = Pcmax =Mcmax đm = min (điều chỉnh n>ncb Pcp = const) Mđm = Pdm dm  Pc max min  Mc max  M c D mim Cho thấy: Những truyền động yêu cầu Mc = const, chọn động theo phương pháp điều chỉnh tốc độ có: Pcp = const (không phù hợp yêu cầu tải) => Mđm = D.Mc => Tăng kích thước, giá thành động * Chọn công suất động có Pc = const - Pcp = const: Phù hợp với yêu cầu phụ tải Yêu cầu: Pđm = Pc; Mđm = Pdm dm Riêng ĐCMCKTĐL: Pcp = const (thực nghiệm với n>ccb cách ) Yêu cầu chọn: đm = min Mđm = Pc min  M c max * Mcp = const (không phù hợp với yêu cầu tải) Yêu cầu chọn: Mđm = Mcmax Với M c max  Pc min Mcp = const => thực với  < cb phải chọn: đm = max Pđm = Mđm đm = Pc max  Pc D min 4.4 Các phương pháp kiểm nghiệm công suất động Để khẳng định chắn việc tính chọn sơ công suất động chấp nhận được, ta cần phải kiểm nghiệm lại việc tính chọn Yêu cầu kiểm nghiệm: - Kiểm nghiệm phát nóng: P  Pcp - Kiểm nghiệm tải mômen: M.Mđm đông > Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ đông ≥ Mc mở máy * Để kiểm nghiệm công suất động theo điều kiện phát nóng, người ta dùng phương pháp sau: - Phương pháp nhiệt sai cực đại - Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb - Phương pháp đại lượng đẳng trị 100 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN * Phương pháp tổn thất trung bình: Ptb Phương pháp tổn thất trung bình xuất phát từ giả thiết Trong trình làm việc với phụ tải biến đổi, điều kiện toả nhiệt không đổi, số thời gian phát nóng  không đổi, tổn thất công suất trung bình chu kỳ làm việc không đượt vượt tổn thất công suất định mức động nghĩa nhiệt độ cuộn dây không vượt nhiệt độ cho phép Tổn thất công suất trung bình tính cho chu kỳ làm việc với phụ tải biến đổi xét: P1 t1  P2   Pn t n t1  t   t n Ptb  Động chọn phải thoả mãn điều kiện: Pđm ≥ Ptb Trong đó: Pđm xác định từ trước: Pdm  Pdm   dm  dm Trong thực tế, để xác định Ptb, ta dựa vào quan hệ Pcơ(t) đường cong (Pcơ): Pcơ : Công suất đầu trục động  = f(Pcơ): Vẽ từ lý lịch máy điện biểu diễn hình vẽ Tổn hao công suất động phụ tải Pi xác định i Pi  Pi ; i = 1, 2, i Pi i: Công suất trục hiệu suất động thời gian ti, xác định hình vẽ - Tổn thất công suất trung bình, tính cho chu kỳ có n đoạn là: n  P t i Ptb  i i 1 n t i i 1 n  P t i i i 1 Chú ý: Với quạt gió tự làm mát, Ptb    t k    to   tu Trong đó: to : Là thời gian nghỉ : Hệ số, : hệ số giảm truyền nhiệt khởi động hãm ( = 0,75: ĐCMC;  = 0,5: ĐCXC) 101 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN tk: Thời gian khởi động hãm * Kiểm nghiệm điều kiện phát nóng phương pháp dòng điện đẳng trị: Iđt Ta biết: Tổn thất động gồm phần: Tổn thất biến đổi tổn thất không đổi, đoạn phụ tải thứ n ta có: Pn = K + Vn = K + b.I2n Từ biểu thức tổn thất trung bình: Ptb  P1 t1  P2 t   Pn t n t1  t   t n Nếu xem: Ptb = K + b.I2đt thì: Ptb = K + b.I2đt = Trong đó: ( K  b.I12 ).t1  ( K  b.I 22 ).t   ( K  b.I n2 ) t1  t   t n K: tổn thất không đổi V: Tổn thất biến đổi: V = b.I2 B: Hệ số Xem tổn thất không đổi K phụ tải biến đổi nhau, ta được: Iđt = I12 t1  I 22 t   I n2 t n t1  t   t n Điều kiện kiểm nghiệm: Iđt  Iđm động Để tính toán giá trị Iđt, ta giải tích trình độ Giả thiết ta có kết tình dòng điện i(t) dạng đường liên tục, dùng phương pháp bậc thang xác định ii; ti Trường hợp đường cong dòng điện có dạng tăng trưởng lớn, ta dùng công thức gần đúng: I i  I di I ci  I Trong đó: Iđi Ici xác định theo hình C * Phương pháp mômen đẳng trị: Kiểm tra theo điều kiện phát nóng gián tiếp, mômem suy từ phương pháp dòng đẳng trị Khi mômen tỉ lệ với dòng điện: M = C.I (C: Hệ số tỉ lệ) Đối với động chiều: Động thoả mãn động không đổi Đối với động xoay chiều KĐB: M = CM.I2.2.cos2 Ta cần phải có 2 = const cos2 = const Công thức kiểm nghiệm: Mđt = n  M i2 t i TcK Mđm động ≥ Mđt *Phương pháp công suất đẳng trị 102 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ở truyền động tốc độ thay đổi P  M -> dùng công suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng: Pđđộng ≥ Pđt Pđt = n  Pi ti TcK i 1 Thực tế đồ thị phụ tải, tốc độ truyền động có thay đổi lớn, trình khởi động hãm Do cần phải tính toán , hiệu chỉnh P(t) (Dùng TĐ tốc độ thay đổi M  P) 103 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Chương1: KHÁI NIỆM, CƠ SỞ ĐỘNG HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.1 Ccấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện 1.2 Cơ sở động học ht tđđ 1.2.1 Đặc tính máy sản xuất 1.2.2 Đặc tính động điện: 1.2.3 trạng thái làm việc hệ TĐĐ 1.2.4 Tính đổi đại lượng học 1.2.5 Phương trình động học hệ truyền động điện 1.2.6 Điều kiện ổn định tĩnh hệ TĐĐ 1.3 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 10 1.3.1 Phương trình đặc tính - ảnh hưởng tham số 11 1.3.2 Vẽ đặc tính 16 1.3.3 Khởi động tính toán điện trở khởi động 19 1.3.4 Đặc tính trạng thái hãm 24 1.4 Đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp 29 1.4.1 Phương trình đặc tính 29 1.4.2 Cách vẽ đặc tính cơ: 31 1.4.3 Khởi động xác định điện trở khởi động 33 1.4.4 Trạng thái hãm động kích từ nối tiếp: 33 1.5 Đặc tính động KĐB 35 1.5.1 Phương trình đặc tính 36 1.5.2 Ảnh hưởng thông số đến đặc tính 41 1.5.3 Cách vẽ đặc tính 43 1.5.4 Khởi động cách xác định điện trở khởi động 44 1.5.5 Đặc tính trạng thái hãm 45 Chương : ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 53 2.1 Vấn đề điều chỉnh tốc độ tiêu chất lượng hệ thống TĐ Đ 53 2.1.1 Các định nghĩa: 53 2.1.2 Các tiêu chất lượng: 55 2.2 Các nguyên lý điều chỉnh 57 2.2.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ: 57 2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông kích từ động cơ: 59 2.2.3 Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng: 60 2.3 Hệ Máy phát - Động chiều (F-Đ): 60 2.3.1 Cấu trúc hệ F - Đ đặc tính 60 2.3.2 Chế độ làm việc hệ F - Đ 61 2.3.3 Hệ Chỉnh lưu - Động chiều (CL – Đ) 64 2.3.4 Các hệ TĐ điều chỉnh xung áp - động ĐC.(XA-Đ) 67 2.4 Ổn định tốc độ làm việc TĐĐ chiều 70 Chương ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 73 104 ĐỀ CƯƠNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 Điều chỉnh điện áp động 74 3.2 Điều chỉnh điện trở mạch rotor biến đổi xung thysistor 82 3.3 Điều chỉnh công suất trượt PS 84 3.4 Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động không đồng 87 Chương CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 92 4.1 Những vấn đề chung 92 4.1.1 Đặt vấn đề 92 4.2 Chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ 97 4.2.1 Chọn động làm việc dài hạn 97 4.2.2 Chọn công suất động cho phụ tải ngắn hạn lặp lại 98 4.3 Chọn công suất động cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 99 4.4 Các phương pháp kiểm nghiệm công suất động 100 105 ... dng phng phỏp ny hn ch dũng in v iu chnh tc ng c phớa di tc c bn Hình 1.10: Đặc tính thay đổi điện trở phụ b nh hng ca in ỏp phn ng: Gi thit: dm const , Ru const Khi thay i in ỏp theo