Giao Trình Thực Tập Điện

LỜI NÓI ĐẦU Truyền động điện môn sở kỹ thuật chuyên ngành Điện, điện tử, điện tử tự động hóa Mơn học cung cấp cho người học kiến thức việc sử dụng hợp lý động điện để trang bị cho máy sản xuất công nghiệp Theo đề cương mơn học, nội dung giáo trình chia thành chương sau: Chương 1: Cơ học truyền động điện Chương 2: Đặc tính động điện Chương 3: Điều chỉnh tốc độ hệ truyền động điện Chương 4: Chọn công suất động điện Chương 5: Quá trình độ hệ truyền động điện Trong chương, thường nêu khái quát nội dung sau trình bày chi tiết từ đơn giản đến phức tạp, từ khâu đến tổng thể, số mục quan trọng có thêm ví dụ để làm sáng tỏ thêm Cuối chương có câu hỏi tập cho người học luyện tập Trong q trình biên soạn giáo trình chúng tơi dựa vào tài liệu tham khảo nêu cuối sách, kết hợp kinh nghiệm giảng dạy Trường CĐSPKT Vĩnh Long Chúng tơi cố gắng trình bày vấn đề cách đơn giản, dễ tiếp thu bám sát nội dung môn học, gắn với thực tế Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn giáo trình khơng tránh khỏi có sai sót Rất mong đóng góp xây dựng đồng nghiệp sinh viên chuyên ngành CHƯƠNG 1: CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1.1 Định nghĩa hệ truyền động điện Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị điện phần tử điện – dùng để biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản xuất, đồng thời điều khiển dòng lượng tùy theo u cầu cơng nghệ máy sản xuất 1.1.2 Cấu trúc chung hệ truyền động điện Có thể mơ tả khái qt cấu trúc hệ truyền động điện sơ đồ khối hình 1.1 Lệnh đặt Lưới điện HTĐK BĐ ĐC Phần điện BTL CCCT Phần Hình 1 Cấu trúc hệ truyền động điện Trong đó: HTĐK – Hệ thống điều khiển gồm dụng cụ đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, thiết bị điều khiển, đóng cắt, phục vụ cơng nghệ cho người vận hành… BĐ – Bộ biến đổi để biến điện lưới xoay chiều công nghiệp thành đại lượng điện phù hợp loại động điện sử dụng, thường dùng biến đổi điện tử (chỉnh lưu tiristo, biến tần tranzito, tiristo) ĐC – Động điện thường có loại: động chiều, động không đồng bộ, động đồng loại động đặc biệt khác BTL – Bộ truyền lực để truyền từ động tới cấu cơng tác, tạo chuyển động quay có tốc độ khác tốc độ động tạo chuyển động thẳng theo phương ngang hay thẳng đứng CCCT – Cơ cấu công tác Để thuận tiện cho việc khảo sát chia khâu hệ truyền động điện thành phần: phần điện phần Phần điện gồm lưới điện, biến đổi BĐ, mạch điện – từ động ĐC thiết bị điều khiển HTĐK Phần gồm rô to trục động cơ, truyền lực BTL cấu công tác CCCT 1.1.3 Phân loại hệ truyền động điện Người ta phân loại truyền động điện theo nhiều cách tùy theo đặc điểm động điện, mức độ tự động hóa, đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi, công suất hệ thống, số lượng động cơ…Từ cách phân loại hình thành tên gọi hệ, ví dụ: a Theo đặc điểm động ta có truyền động điện chiều (dùng động điện chiều), truyền động điện không đồng (dùng động không đồng bộ), truyền động điện đồng (dùng động đồng bộ), truyền động bước (dùng động bước)… b Theo tính điều chỉnh ta có truyền động khơng điều chỉnh (khi động điện làm việc cấp tốc độ) truyền động điều chỉnh Các hệ truyền động không điều chỉnh thường phải kết hợp với hộp tốc độ để thực điều chỉnh khí nên kết cấu phần phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành máy sản xuất cao Các hệ truyền động điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ mô men máy sản xuất cách điều chỉnh từ động điện (phương pháp điều khiển điện), kết cấu máy đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao thuận tiện thao tác c Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động điện không tự động hệ truyền động tự động Các hệ không tự động thường đơn giản, phần điện có động vài khí cụ đóng cắt – bảo vệ áp tơ mát, khởi động từ nên sử dụng đâu Các hệ truyền động tự động hệ truyền động điều chỉnh vòng kín có vài mạch phản hồi Chất lượngđiều chỉnh hệ cao, đáp ứng yêu cầu q trình cơng nghệ máy sản xuất… 1.2 PHẦN CƠ CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.1 Định nghĩa phần hệ truyền động điện Phần hệ truyền động điện bao gồm phần tử chuyển động từ rô to động cơ cấu công tác Mỗi phần tử chuyển động đặc trưng đại lượng học sau: Chuyển động thẳng Chuyển động quay Lực tác động F – N (Niu tơn) Mô men tác động M – Nm (Niu tơn mét) Tốc độ dài (thẳng) v – m/s (mét/giây) Khối lượng m – kg (kilogam khối) Tốc độ góc ω – rad/s (radian/giây) Mơ men qn tínhJ – kgm2 (kilogam khối mét2) Quan hệ chuyển động thẳng chuyển động quay: Tốc độ dài (thẳng) v = ω D/2; với D đường kính vật thể quay Mô men quay M = F.D/2; Lưu ý: Nếu đại lượng bảng cho theo đơn vị khác, tính tốn cần đổi hệ đơn vị đo lường quốc tế (SI) nêu Ví dụ, lực cho theo KG, mơ men cho theo KGM, tốc độ cho theo vòng/phút, quán tính cho theo mơ men đà GD2 với đơn vị KGm2, : 1KG = 9,8 N; 1KGm = 9,8 N.m; vòng/phút = 9,55 rad/s; GD2 (KGm2) = 4J (Kgm2) 1.2.2 Mô men cản hệ truyền động điện Mô men cản hệ truyền động điện hình thành cấu cơng tác phụ thuộc đặc điểm công nghệ máy sản xuất đa dạng Mô men cản tác động lên trục động cơ, tính chất ảnh hưởng đến làm việc động hệ thống truyền động Vì vậy, khảo sát hệ truyền động, ta cần biết mơ men cản có dạng nào, thuộc loại Người ta thường phân loại mô men cản theo cách sau: a Theo đặc điểm chiều tác dụng mô men cản Mc so với chiều tốc độ ω người ta chia mô men cản thành loại: - Mơ men cản năng: loại có chiều khơng phụ thuộc vào chiều tốc độ có dự trữ lượng, ví dụ mơ men cản tải trọng sinh máy nâng, cần trục Nó có chiều hướng theo lực trọng trường không phụ thuộc vào chiều nâng hay hạ tải trọng Đồ thị biểu diễn mơ men cản vẽ hình 2, ta thấy mô men cản Mc không đổi dấu dù ω > hay ω < 0, nghĩa Mc chiều ngược chiều với tốc độ chuyển động ω ω Mc v Nâng tải G Mc M ω Mc Hạ tải v G Hình Đồ thị mơ men cản - Mô men cản phản kháng: loại luôn có chiều ngược lại với tốc độ, ví dụ mơ men lực ma sát sinh Các cấu cơng tác có mơ men cản loại ln tiêu thụ lượng ω Mc ω Mc Mc M ω Mc Hình Đồ thị mơ men cản phản kháng b Theo hàm số phụ thuộc mô men cản tốc độ người ta chia mô men cản thành loại: - Mô men cản loại máy tiện, có quan hệ tỷ lệ nghịch với tốc độ: M c  M co  M dm  dm M dm  dm    (1.1) Trong đó: Mco – mô men cản tốc độ ω = 0; Mđm, ωđm – mô men tốc độ định mức - Mơ men cản loại cần trục có giá trị không đổi, không phụ thuộc tốc độ làm việc: M c  M dm  const (1.2) - Mô men cản loại ma sát nhớt tỷ lệ bậc với tốc độ làm việc: M c  M co  M dm  M   dm   dm dm (1.3) - Mơ men cản loại quạt gió tỷ lệ với bình phương tốc độ:       M c  M co  M dm     M dm     dm   dm  (1.4) Các biểu thức (1.1), (1.2), (1.3), (1.4) gọi phương trình đặc tính máy sản xuất Đồ thị biểu diễn dạng đặc tính theo (1.1) ÷ (1.5) hình 1.4 ω ωđm Mco Mđm MC Hình Đặc tính máy sản xuất Mc = f(ω) c Theo hàm số phụ thuộc thời gian Mc = f(t), gọi “đồ thị phụ tải” Theo người ta phân mô men cản (hoặc phụ tải động cơ) thành loại chính: - Mơ men cản tác động dài hạn (Phụ tải dài hạn) trường hợp quạt gió, băng tải xi măng… - Mơ men cản tác động ngắn hạn (Phụ tải ngắn hạn) trường hợp cấu xiết nới xà máy bào giường, nâng hạ cánh cửa đập nước… - Mô men cản tác động ngắn hạn lặp lại (Phụ tải ngắn hạn lặp lại) trường hợp cấu nâng hạ hàng cầu trục, cánh cửa vào tự động bưu điện… 1.3 QUY ĐỔI MÔ MEN CẢN, LỰC CẢN, MƠ MEN QN TÍNH, KHỐI LƯỢNG 1.3.1 Ngun tắc quy đổi: i, η Jđ , ωđ , Mđ Jt , ωt , Mt V,F,G Hình Sơ đồ động học cấu nâng hạ hàng (1) động điện; (2) hộp tốc độ; (3) trống tời; (4) tải trọng Trên hình 1.3 mơ tả cấu trúc học tổng quát hệ truyền động, cấu truyền động có đại lượng ω, M, v, F mô men quán tính J Để dễ dàng cho việc nghiên cứu tính tốn người ta thường quy đổi tất đại lượng trục động Nguyên tắc tính tốn quy đổi đảm bảo lượng hệ trước sau quy đổi không thay đổi; phần tử khí coi cứng tuyệt đối, khơng biến dạng, khơng có khe hở khơng khí 1.3.2 Cơng thức quy đổi: Mơ men Mi tác động vào phần tử thứ i làm việc tốc độ ωi qui đổi tốc độ động ω: M i.qđ  M i  với: i  i  (1.5 )  tỉ số truyền tính từ trục động đến trục thứ i; i η hiệu suất truyền lực từ trục động đến trục thứ i Lực Fi tác động làm phần tử thứ i chuyển động thẳng với vận tốc vi qui đổi tốc độ động ω: M i.qđ  Fi  với   vi   tỉ số biến đổi tốc độ từ ω sang vi (1.6 ) Mơ men qn tính Ji phần tử thứ i làm việc với tốc độ ωi qui đổi tốc độ động ω: J i.qđ  J i  i2 (1.7) Phần tử i có khối lượng mi chuyển động thẳng với tốc độ vi qui đổi mơ men qn tính tốc độ góc ω: J i.qđ  mi  2 (1.8) Ví dụ 1.1: Cơ cấu nâng hạ cầu trục Hình 1.3 gồm động – biến đổi – tang trống có số liệu sau: Bộ biến đổi gồm cặp bánh răng, tỉ số truyền cặp i1 = i2 = 10, hiệu suất cặp bánh 1 = 2 = 0,95 Trống tời có đường kính Dt = 0,8m, hiệu suất trống tời t = 0,93 Trọng lượng vật nâng G = 20 KN, trọng lượng móc dây cáp Gc = 0,1G; vật nâng với vận tốc v = 16,5 m/s Hãy xác định mô men cản mơ men qn tính tải trọng dây cáp móc quy đổi trục động ? Giải: Lấy tốc độ tính tốn tốc độ động ω, mơ men động M giữ nguyên Tổng trọng lượng nâng hạ: Gt = G + Gc = 20 + = 22 KN = 22000 N Tốc độ góc trống tời: tt  2.v 2.16,5   41, 25 rad/s D 0,8 Tỉ số truyền hộp giảm tốc (tính từ trục động đến trục trống tời): i = i1 i2 = 10.10 = 100 Tốc độ góc trục động cơ:   i.tt  100.41, 25  4125 rad/s Tỉ số biến đổi tốc độ từ ω sang v:    4125   250  16,5 Hiệu suất hệ truyền động:   1.2 t  0,95.0,95.0,93  0,84 Mô men cản tải trọng dây cáp quy đổi trục động cơ: M c  Gt 1  22000  104, 76 N.m . 250.0,84 Khối lượng tải trọng dây cáp: m  Gt 22000   2242, kg 9,81 9,81 Mơ men qn tính tải trọng dây cáp quy đổi trục động cơ: J G.qd  m   2242,  0, 0359 kgm2 2502 1.4 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.4.1 Thành lập phương trình chuyển động hệ truyền động điện a Trường hợp hệ truyền động chuyển động quay: Ta có phương trình cân công suất hệ Pđg = Pđ - Pc đó: Pđ : Cơng suất động sinh để gây chuyển động Pc : Công suất phụ tải mà động phải khắc phục Pđg : Công suất động đặc trưng cho thay đổi động hệ Hệ quay với tốc độ góc ω động tích lũy A J 2 trường hợp tổng quát J phụ thuộc vào góc quay phận làm việc tức J = f (α ) ta có dA d  dJ  J   Pd  Pc dt dt dt d  dJ  Md  Mc  J  dt dt Pdg  M dg   d d nên phương trình viết lại sau  dt  dt  M dg  M d  M c  J d  dJ  dt d Trường hợp J = const ta có: M dg  M  M c  J d dt (1.9) Khi sử dụng phương trình (1.9) cần ý cách lấy dấu đại lượng sau: - Trước hết lấy chiều tốc độ ω làm chuẩn (ví dụ coi chiều dương) - Dấu mô men động cơ: Mđ>0 chiều ω; Mđ0 ngược chiều ω; Mc< chiều ω Từ phương trình (1.9) ta lấy chiều ω làm chuẩn dương: - Khi Mđ>Mc Mdg>0 dω/dt>0, hệ tăng tốc, ví dụ khởi động hệ thống - Khi Mđ