Đang tải... (xem toàn văn)
+ Các quá trình quá độ trong các động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ roto dây quấn khi điều khiển bằng điện trở phụ trong các mạch chính như các quá trình khởi động, hãm, đảo ch[r]
(1)GV: Trương Xuân Linh Page 64 Bài 6: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1 Đặc tính động truyền động điện
Các trước trọng phân tích trạng thái làm việc xác lập hệ truyền động điện Đó trạng thái làm việc hệ momen động cân với momen cản: M = Mc Khi cac thơng số tốc độ, momen, dịng điện, động có giá trị khơng đổi Các đặc tính điện xét tương ứng với trạng thái
Tuy nhiên, hệ truyền động điện có khả rơi vào trạng thái cân học, M ≠ Mc Thậm chí có máy sản xuất mà hệ truyền động điện chúng chủ yếu làm việc trạng thái cân truyền động máy bào giường, máy xúc… Hoặc có loại máy làm việc trạng thái cân học truyền động búa máy, máy nén pittong… Người ta gọi trạng thái trạng thái độ Đặc tính trạng thái gọi đặc tính động truyền động điện
* Độ điều chỉnh ζmax (ζmax ≤ 40% nhỏ hơn) * Thời gian độ Tqđ (Tqđ nhỏ tốt)
* Số lần dao động n (n = 2†3 tốt)
2 Quá độ học; độ điện – hệ truyền động điện
2.1 Quá độ học:
a Khái niệm: Quá độ học trình độ xảy xét đến quán tính học
hệ, cịn qn tính điện từ bỏ qua Độ lớn quán tính học đặc trưng đại lượng „hằng số thời gian học‟:
Tc = J/β (s)
Trong đó, J – momen quán tính hệ (kgm2); β – độ cứng đặc tính động hệ (N.m.s)
Quá trình độ học thường ứng dụng để khảo sát cho trường hợp sau: + Khởi động, hãm, đảo chiều quay động khơng đồng lồng sóc cách đóng trực tiếp vào lưới điện qua điện trở phụ stator Trong trường hợp đó, điện cảm mạch stator động nhỏ nên quán tính điện từ động bỏ qua
+ Các q trình q độ động chiều động không đồng roto dây quấn điều khiển điện trở phụ mạch trình khởi động, hãm, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ…Khi đó, mạch (mạch phần ứng động chiều, mạch roto động không đồng bộ) có điện cảm nhỏ, mặt khác việc dùng
Hình 6.1: Đặc tính động
0 ωxl
Tqđ
± 5% ζmax
ω
(2)GV: Trương Xuân Linh Page 65 thêm điện trở phụ lại làm tăng điện trở tổng mạch điện, kết quán tính điện từ trở nên nhỏ, bỏ qua
Chú ý trình độ học đơn giản đặc trưng cho truyền động điện Còn số thời gian học Tc coi số có giá trị lớn ln ln xét đến loại trình độ
b Đặc tính q độ.
Ta có phương trình vi phân mơ tả q trình q độ học là:
(6 - 1)
Trong đó:
M – momen động cơ, M = f(ω) Mc – momen cản, Mc = f(ω)
Giả sử đặc tính động đường thẳng, ta có: M = Mnm – βω (6 - 2)
Ta xét trường hợp momen cản không đổi: Mc = const Thay (6 - 2) vào (6 - 1) ta có:
(6 - 3)
Với Mnm momen ngắn mạch động
– Độ cứng đặc tính
Biến đổi (6 - 3) ta phương trình vi phân viết cho tốc độ:
(6 - 4)
Hoặc: (6 - 5)
Trong đặt: Hằng số thời gian học (6 - 6)
Tốc độ xác lập, độ làm việc kết thúc trình độ hệ đạt trạng thái cân với M = Mc là:
(6 - 7)
Nếu biểu thị phương trình đặc tính theo quan hệ ngược với (6 - 2), dạng ω = f(M) lấy đạo hàm dω/đặc tính, thay vào phương trình (6 -1) sau biến đổi phương trình ta phương trình vi phân viết cho momen động với dạng hoàn toàn giống với (6 - 5):
(3)GV: Trương Xuân Linh Page 66 Giải phương trình (6 - 5) (6 - 8) với điều kiện ban đầu t = → ω = ωbđ M = Mbđ, ta nghiệm chúng phương trình đặc tính q độ:
(6 - 9) (6 - 10) Trong ta lấy Mxl = Mc (vì coi Mc const)
Các phương trình cho thấy trình độ học, momen tốc độ động biến thiên theo thời gian với quy luật hàm mũ từ giá trị ban đầu (Mbđ, ωbđ) giá trị xác lập (Mxl, ωxl)
2.3. Quá độ điện – cơ:
a Khái niệm:
Quá độ điện – trình độ phải xét đến quán tính học quán tính điện từ mạch điện Độ lớn quán tính điện từ đặc trưng „hằng số thời gian điện từ‟ Tđt xác định theo tính chất mạch điện:
Đối với mạch điện cảm: (s) Trong đó: L điện cảm mạch (H) R điện trở mạch (Ω) Đối với mạch điện dung: Tđt = RC (s)
Trong C điện dung mạch (F)
Như trường hợp hệ có hai loại qn tính, tương ứng với hai „kho lượng‟ Trong trình q độ, lượng tích phóng qua lại hai „kho‟ thường tạo trình dao động đại lượng dòng điện, momen tốc độ Quá trình độ điện – ứng dụng cho trường hợp trình xảy hệ mạch có điện cảm lớn, ví dụ điều khiển động chiều cách thay đổi từ thông, điều khiển động xoay chiều điện kháng phụ, hệ chỉnh lưu – động với chỉnh lưu có sử dụng biến áp cuộn kháng lọc…
Riêng quán tính nhiệt bỏ qua xét trình độ hệ truyền động Lý bỏ qua qn tính q lớn so với quán tính điện từ quán tính học
5%ωxl
Mxl = Mc2
ω =f(t)
tqđ
0 t
M=f(t)
5% Mxl
ωxl
(4)GV: Trương Xuân Linh Page 67
b Đặc tính cơ:
Xét trình độ hệ truyền động điện chiều có điều khiển điện áp phần ứng Ta có hai phương trình sau:
Đối với mạch điện: (6 - 11)
Đối với phần cơ: (6 - 12)
Hoặc: (6 - 13)
Trong đó, iư = M/KΦ, Ic = Mc/KΦ
Để đơn giản ta giả thiết xét q trình q độ khơng tải tức coi Ic = Mc = 0, thay (6 - 13) vào (6 - 11) ta phương trình vi phân bậc hai mơ tả cho q trình q độ điện – (viết cho tốc độ):
(6 - 14) Và phương trình tương tự viết cho dịng điện:
(6 - 15)
Trong số thời gian điện từ: ; tốc độ xác lập dòng điện xác lập Ixl ≈ Ic = viết cho trường hợp khởi động không tải
Các đặc tính độ ω = f(t) iư = f(t) nghiệm phương trình (5 - 14) (5 - 15) Nếu Tđt có giá trị khơng đủ lớn: Tđt có giá trị đủ lớn: đặc tính q độ có dạng hình 6.3
(5)GV: Trương Xuân Linh Page 68 3 Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mở máy
Khởi động hệ truyền động điện khởi động động truyền động cho hệ truyền động Trong trình khởi động xảy tượng độ học Khi khởi động (mở máy) động cơ, dòng điện mở máy tăng cao, thường từ † lần dòng điện định mức động Với động cơng suất lớn, dịng điện mở máy làm giảm điện áp lưới điện, ảnh hưởng đến làm việc bình thường thiết bị khác hệ thống truyền động điện
Thời gian mở máy khoảng thời gian từ bắt đầu khởi động hệ đến hệ làm việc ổn định Thời gian mở máy nhỏ hệ nhanh chóng vào làm việc, động thiết bị khác khơng bị phát nóng q mức (do dòng điện tăng cao thời gian mở máy)
4 Hãm hệ truyền động điện, thời gian hãm; dừng máy xác
4.1 Hãm hệ truyền động, thời gian hãm
Động chạy số vòng quay định mức, ta cắt mạch động khỏi lưới điện, động ngừng lúc đứng yên Động tích lũy khối chuyển động tiêu hao ma sát Nhưng tổn hao ma sát nhỏ, q trình mà số vịng quay giảm dần dến số không kéo dài Rút ngắn thời gian cách hãm hãm điện
Truyền động điện có trạng thái hãm:
- Hãm cưỡng khí: sử dụng phanh
- Hãm điện: hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động - Hãm dừng tự
4.2 Dừng máy xác
a. Ý nghĩa việc dừng xác:
Ở số máy có yêu cầu cao độ xác dừng máy, ví dụ máy khoan, doa, phay chuyên dùng…các phận làm việc bàn dao, bàn máy phải dừng vị trí yêu cầu (với lượng sai số cho phép) để đảm bảo chất lượng gia công suất Ở thang máy, máy nâng yêu cầu buồng máy phải dừng sàn tầng mặt lấy tải, tháo tải Độ xác dừng máy máy ảnh hưởng tới suất chất lượng cơng việc mà cịn ảnh hưởng tới an tồn người máy
b. Các biện pháp nâng cao độ xác dừng máy
Độ xác dừng máy tăng ta sử dụng số biện pháp sau đây:
Giảm thời gian tác động: Để giảm thời gian tác động mạch khống chế người ta sử dụng khí cụ tác động nhanh thiết kế sơ đồ khống chế tối giản có số lượng khí cụ tác động nối tiếp tối thiểu
Tăng lực hãm: Dùng phương pháp hãm cưỡng bức: hãm khí, hãm điện
Giảm momen quán tính khối lượng
Giảm vận tốc ban đầu
Giảm điện áp phần ứng động chiều
Giảm từ thông động chiều
Sử dụng điện trở phụ
(6)GV: Trương Xuân Linh Page 69 CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Phương trình để tính tốn trình độ học phương trình nào? Viết phương trình giải thích đại lượng phương trình Các đại lượng coi cho trước chúng lấy từ đâu? Có thể đơn giản hóa phương trình nào? Câu 2: Dạng chung đặc tính độ học ω = f(t), M = f(t) nào? Viết phương trình vẽ đường cong đặc tính đó, phân tích ý nghĩa số thời gian học hệ
(7)GV: Trương Xuân Linh Page 70
BÀI 7: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 Phương pháp chọn động truyền động cho tải theo nguyên lý phát nhiệt
1.1 Mục đích việc tính tốn cơng suất động
Nguồn động lực hệ thống truyền động điện động điện Các yêu cầu kỹ thuật, độ tin cậy q trình làm việc tính kinh tế hệ thống truyền động điện phụ thuộc vào lựa chọn động điện phương pháp điều khiển động Chọn động điện cho hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp ứng:
Động phải có đủ cơng suất kéo
Tốc độ phù hợp đáp ứng phạm vi điều chỉnh tốc độ với phương pháp điều chỉnh thích hợp
Thỏa mãn yêu cầu mở máy hãm điện
Phù hợp với nguồn điện sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp )
Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thơng thống, nhiệt độ, độ ẩm, khí độc hại, bụi bặm, trời hay nhà )
Việc chọn cơng suất động có ý nghĩa lớn hệ truyền động điện Nếu nâng cao công suất động chọn so với phụ tải động kéo dễ dàng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất làm tụt hệ số công suất cosθ lưới điện động chạy non tải Ngược lại chọn công suất động nhỏ cơng suất tải u cầu động không kéo tải hay kéo tải cách nặng nề, dẫn tới cuộn dây bị phát nóng mức, làm giảm tuổi thọ động làm động bị cháy hỏng nhanh chóng
Việc tính cơng suất động cho hệ truyền động điện phải dựa vào phát nóng phần tử động cơ, đặc biệt cuộn dây Muốn vậy, tính cơng suất động phải dựa vào đặc tính phụ tải quy luật phân bố phụ tải theo thời gian Động chọn công suất làm việc bình thường tải mức cho phép, nhiệt độ động không tăng trị số giới hạn cho phép ηcp
1.2 Sự phát nóng nguội lạnh động điện
Khi máy điện làm việc, phát sinh tổn thất ∆P tổn thất lượng Tổn thất đốt nóng máy điện
Đối với vật thể đồng nhất, ta có quan hệ:
∆Pdt = Cdη + Aηdt (7 - 1)
Trong đó:
η nhiệt sai máy điện môi trường (0C)
C nhiệt dung máy điện, nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ máy điện lên 10C (J/độ)
A hệ số tỏa nhiệt (W/độ) phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt khơng khí làm mát máy điện (ở máy điện có quạt làm mát, hệ số A phụ thuộc vào tốc độ quay)
(8)GV: Trương Xuân Linh Page 71
(7 - 2)
Trong đó:
η nhiệt sai ban đầu động ứng với t = ηođ nhiệt sai ổn định động ứng với t = ∞
(7 - 3)
Tn số thời gian phát nóng động
(7 - 4)
Như giả sử ban đầu động làm việc ổn định với phụ tải nhỏ Pc1, ứng với tổn thất công suất (nhỏ) ∆P1 nhiệt sai làm việc ổn định η1 = ∆P1/A Nếu ta tăng phụ tải động lên giá trị Pc2 (Pc2 > Pc1) tổn thất cơng suất động tăng lên ∆P2, tương ứng với nhiệt sai làm việc ổn định η2 = ∆P2/A Thay giá trị ηbđ = η1 η0đ = ηođ2 vào (7 - 2) ta biểu thức nhiệt sai η = f(t) trình tăng nhiệt động cơ, theo ta vẽ
„đường cong phát nóng‟ hình 7.1a
Ngược lại, giả sử động làm việc với tải Pc2, tương ứng với nhiệt sai η2 = η0đ2, ta giảm phụ tải xuống Pc1, nhiệt sai giảm từ giá trị ban đầu ηbđ = η2 = η0đ2 xuống giá trị ổn định Thay ηbđ = η2 = η0đ2 η0đ = η0đ1 vào biểu thức (7 - 2) ta nhận biểu thức tính nhiệt sai η = f(t) trình giảm nhiệt động cơ, theo ta „đường cong nguội lạnh‟ hình 7.1b
Biểu thức (7 - 2) cho thấy thời gian thay đổi nhiệt độ động phụ thuộc vào số thời gian phát nóng Tn Về lý thuyết, động đạt đến nhiệt sai ổn định η0đ thịi gian tiến đến vơ (t→∞) Nhưng thực tế nhiệt sai đạt đến 95 % η0đ người ta coi ổn định, tương ứng ta có thời gian phát nóng động là:
(7 -5)
Động lớn, Tn lớn tpn lâu Ngồi ra, Tn cịn phụ thuộc vào điều kiện làm mát động kiểu vỏ bảo vệ Đối với loại động tự quạt mát, Tn cịn phụ
Hình 7.1: Đường cong phát nóng (a) nguội lạnh động (b)
(9)GV: Trương Xuân Linh Page 72 thuộc vào tốc độ làm việc Sau giá trị số loại động cơ:
Động nhỏ, kiểu hở: Tn ≈ † 20 phút
Động cơng suất trung bình, kiểu hở, quạt gió ngồi: Tn ≈ 20 † 40 phút
Động công suất lớn, kiểu hở, quạt gió ngồi: Tn ≈ 30 † 50 phút
Động kiểu kín, làm mát bề mặt: Tn ≈ 50 † 120 phút
1.3 Các chế độ làm việc động
Căn vào đặc tính phát nóng nguội lạnh máy điện, người ta chia chế độ làm việc truyền động thành loại: Dài hạn, ngắn hạn ngắn hạn lặp lại
a) Chế độ dài hạn: Do phụ tải trì thời gian dài, nhiệt độ động đủ
thời gian đạt tới trị số ổn định
b) Chế độ ngắn hạn: Do phụ tải trì thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài,
nhiệt độ động chưa kịp đạt tới giá trị ổn định nhiệt độ động giảm giá trị ban đầu
c) Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc thời
gian nghỉ xen kẽ Nhiệt độ động chưa kịp tăng đến trị số ổn định giảm tải, nhiệt độ động suy giảm chưa kịp giá trị ban đầu lại tăng lên có tải Do người ta đưa khái niệm thời gian dùng điện tương đối:
(7 - 6)
Trong đó:
thời gian làm việc có tải
thời gian chu kỳ
2 Chọn công suất động cho truyền động không điều chỉnh tốc độ
Để chọn công suất động cơ, cần phải biết đồ thị phụ tải Mc(t) Pc(t) quy đổi trục động giá trị tốc độ yêu cầu
Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ động theo cơng suất; tra sổ tay tra cứu ta có đầy đủ tham số động Từ tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải xác
η t0 t P Pc Pc Pc tlv tck ηođ c) η t P Pc tlv ηođ b) t P Pc η ηođ a)
(10)GV: Trương Xuân Linh Page 73 Dựa vào đồ thị phụ tải xác, tiến hành kiểm nghiệm động chọn
2.1 Chọn công suất động làm việc dài hạn
Đối với phụ tải dài hạn có loại khơng đổi loại biến đổi
a. Phụ tải dài hạn không đổi:
Động cần chọn phải có cơng suất định mức Pđm ≥ Pc ωđm phù hợp với tốc độ u cầu Thơng thường Pđm = (1÷1,3)Pc Trong trường hợp việc kiểm nghiệm động đơn giản: Không cần kiểm nghiệm tải momen, cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động phát nóng
b. Phụ tải dài hạn biến đổi:
Để chọn động phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính giá trị trung bình momen công suất
(7 - 7)
(7 - 8)
Động chọn phải có: Mđm = (1÷1,3)Mtb Pđm = (1÷1,3)Ptb
Điều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phát nóng, tải momen khởi động
2.2 Chọn công suất động làm việc ngắn hạn
Trong chế độ làm việc ngắn hạn sử dụng động dài hạn sử dụng động chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn
a. Chọn động dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn:
Trong trường hợp động chuyên dụng cho chế độ ngắn hạn, ta chọn động thơng thường chạy dài hạn để làm việc chế độ ngắn hạn Nếu chọn động dài hạn theo phương pháp thông thường có Pđm = (1÷1,3)Pc làm việc ngắn hạn khoảng thời gian tlv nhiệt độ động tăng tới nhiệt độ η1 nghỉ làm việc sau hạ nhiệt độ đến nhiệt độ mơi trường ηmt Rõ ràng việc gây lãng phí không tận dụng hết khả chịu nhiệt (tới nhiệt độ ) động
Vì v ậy dùng động dài hạn để làm việc chế độ ngắn hạn, cần chọn công suất động nhỏ để động phải làm việc tải thời gian dùng điện tlv Động tăng nhiệt độ nhanh kết thúc thời gian làm việc, nhiệt độ động không nhiệt độ ηôđ cho phép
Nếu phụ tải biến đổi hình 7.3 giá trị momen tính cơng thức đẳng trị: