Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Truyền động điện – Trường Trung cấp Kinh tế Kỹ thuật Quận 12 được biên soạn gồm 6 bài học với các nội dung: cơ học truyền động điện; các đặc tính và các trạng thái làm việc của động cơ điện; điều khiển tốc độ truyền động điện; ổn định tốc độ làm việc của hệ thống truyền động điện; đặc tính của hệ thống truyền động điện; chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện.
Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 LỜI GIỚI THIỆU Giáo Trình Truyền động điện là tài liệu dùng để dạy cho học sinh, sinh viên chun ngành điện dân dụng và cơng nghiệp. Nhằm hình thành các kiến thức ứng dụng, kỹ năng phân tích các trạng thái làm việc của động cơ và thái độ nghề nghiệp cơ bản ở trình độ trung cấp, cao đẳng trong phạm vi mơn học. Ngồi ra, nó có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các kỹ thuật viên, học sinh, sinh viên, cơng nhân trong các lĩnh vực nghề nghiệp có nội dung thực hành liên quan Nội dung giáo tình bao gồm các phần: Đặc tính cơ của động cơ điện, Điều chỉnh tốc độ truyền động điện, Chọn công suất động cơ điện Tài liệu do các giáo viên bộ mơn điện dân dụng và cơng nghiệp, khoa cơng nghệ điệnđiện lạnh, Trường Trung cấp Kinh Tế Kỹ Thuật Quận 12 thành phố Hồ Chí Minh biên soạn, theo chương trình khung của sở Lao Động Thương Binh Xã Hội. Hy vọng giáo trình này sẽ giúp cho các giáo viên và học sinh, sinh viên trong việc giảng dạy, học tập mơn học đạt kết quả tốt, với chất lượng và hiệu quả cao Với kinh nghiệm và trình độ cịn hạn chế, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các chun gia, giáo viên, giảng viên, và các bạn đọc quan tâm, để bổ sung điều chỉnh cho giáo trình ln được cập nhật và hồn thiện theo hướng cơ bản, hiện đại phù hợp với điều kiện Việt Nam và nhu cầu xã hội Mọi ý kiến xin gửi về : Khoa Cơng Nghệ điện – điện lạnh Trường trung cấp kinh tế kỹ thuật Quận 12 Số 36HT11 – Phường Hiệp Thành – Quận 12 Chúng tơi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp trong khoa cơng nghệ điện – điện lạnh, trường Trung cấp kinh tế Kỹ Thuật Quận 12 đã có những đóng góp q báu để cuốn giáo trình được hồn thành TP.HỒ CHÍ MINH, ngày… tháng…. năm 2017 Tham gia biên soạn GV. Nguyễn Thành Cơng Chủ biên . . Trang 1 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 MỤC LỤC . . Trang 2 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 TÊN MƠ ĐUN: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mã mơ đun: MH15 I. Vị trí, tính chất của mơn học: Vị trí: Trước khi học mơn học này cần hồn thành các mơ đun và mơn học cơ sở, đặc biệt các mơ đun và mơn học: Mạch điện; Trang bị điện; Máy điện Tính chất: Là mơn chun ngành thuộc các mơn học đào tạo nghề bắt buộc II. Mục tiêu mơn học Về kiến thức: Trình bày được ngun tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện Đánh giá được đặc tính động của hệ điều khiển truyền động điện Về kỹ năng: Tính chọn được động cơ điện cho hệ truyền động khơng điều chỉnh Lựa chọn được các bộ biến đổi phù hợp với u cầu hệ truyền động Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Ren luyên tinh cân thân, ti mi, chinh xac, t ̀ ̣ ́ ̉ ̣ ̉ ̉ ́ ́ ư duy khoa hoc va sang tao ̣ ̀ ́ ̣ III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian (giờ) Thực Số TT Tên chương mục hành, thí Tổng Lý nghiệm, Kiểm số thuyết thảo tra luận, bài tập Bài mở đầu: Khái quát chung về hệ truyền động điện Bài 1. Cơ học truyền động điện 1 2 . . Trang 3 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Bài 2. Các đặc tính và trạng thái làm 10 10 việc của động cơ điện Bài 3. Điều khiển tốc độ truyền 10 10 động điện Bài 4. Ổn định tốc độ của hệ thống truyền động điện Bài 5. Đặc tính động của hệ truyền 8 động điện Bài 6. Chọn công suất động cơ cho 7 hệ truyền động điện Cộng: 45 43 . . Trang 4 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1. Khái qt chung về hệ truyền động 1.1.1. Định nghóa: Truyền động điện (TĐĐ) là quá trình dùng năng lượng điện (điện năng) biến đổi thành năng lượng cơ học (cơ năng) để truyền động lực nhằm làm vận hành một hệ thống máy móc thiết bị hoặc một dây chuyền sản xuất trong công nghiệp Hệ thống TĐĐ là một tập hợp bao gồm các thiết bị dùng để biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ và cả các thiết bị dùng để điều khiển, hỗ trợ quá trình biến đổi đó 1.1.2. Cấu trúc: Một hệ thống TĐĐ, trong trường hợp tổng quát, bao gồm các phần tử cơ bản sau: Hình1.1: Sơ đồ cấu trúc một hệ thống truyền động điện * Nguồn năng lượng: Cung cấp toàn bộ năng lượng đầu vào để làm cơ sở vận hành cho cả hệ thống truyền động * Bộ biến đổi công suất: Biến đổi và điều khiển năng lượng nguồn sang dạng thích hợp với động cơ và yêu cầu của tải . . Trang 5 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 * Bộ điều khiển: Có chức năng theo dõi và điều khiển để đảm bảo sự hoạt động và tính ổn định của hệ truyền động * Tín hiệu đặt: Bao gồm các thông số, chỉ tiêu, các tín hiệu đã được chuẩn hóa theo các yêu cầu điều khiển * Động cơ điện: Dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng (chế độ động cơ) hay cơ năng thành điện năng (chế độ máy phát khi thực hiện các trạng thái hãm điện) * Máy sản xuất hay cơ cấu chấp hành: Dùng để thực hiện các quy trình sản xuất cụ thể cũng như các yêu cầu công nghệ nhất định 1.1.3. Phân loại hệ thống TĐĐ: Các hệ thống TĐĐ được phân loại theo nhiều hình thức khác nhau: 1.1.3.1. Theo số lượng động cơ truyền động: Truyền động nhóm : Là hệ truyền động trong đó chỉ gồm một động cơ kéo một nhóm gồm nhiều máy sản xuất Truyền động đơn động cơ: Trong hệ thống TĐĐ này, một động cơ điện kéo toàn bộ hệ truyền động của một máy sản xuất. Các chuyển động phức tạp khác nhau trong máy đều lấy từ động cơ duy nhất đó thông qua các kết cấu cơ khí tương thích Truyền động đa động cơ: Làhệ thống mà trong đó mỗi chuyển động riêng biệt của một máy sản xuất (lớn) là do một động cơ riêng biệt nhất định thực hiện 1.1.3.2. Theo đặc điểm của chuyển động truyền động: Truyền động quay: Việc truyền động hệ thống thực hiện dưới dạng các chuyển động quay tròn, có hoặc không có các trạng thái thay đổi chiều quay của động cơ Truyền động thẳng: Việc truyền động trong hệ thống được thực hiện dưới dạng các chuyển động thẳng, tịnh tiến, qua lại, chuyển động trượt… 1.1.3.3. Theo chế độ làm việc của hệ thống: Chế độ làm việc liên tục: Hệ thống truyền động điện vận hành liên tục trong thời gian lâu dài . . Trang 6 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Chế độ làm việc gián đoạn: Hệ thống truyền động điện làm việc trong những khoảng thời gian ngắn hạn, gián đoạn, có thể lặp lại hoặc không lặp lại 1.1.3.4. Theo phân loại nguồn điện cung cấp: Truyền động điện xoay chiều: Nguồn năng lượng cung cấp cho toàn bộ hệ thống truyền động điện là nguồn điện xoay chiều và việc truyền động điện được thực hiện bằng các động cơ điện xoay chiều Truyền động điện một chiều: Nguồn năng lượng cung cấp cho toàn bộ hệ thống truyền động là nguồn một chiều và việc truyền động điện được thực hiện bằng các động cơ điện một chiều. Loại này còn được phân ra 2 loại hình dựa theo thiết bị biến đổi nguồn như sau: * Hệ Máy phát Động cơ (FĐ): Động cơ điện một chiều được cấp nguồn từ một máy phát điện một chiều * Hệ Chỉnh lưu Động cơ (CLĐ): Động cơ điện một chiều được cấp nguồn một chiều thông qua một bộ chỉnh lưu từ lưới xoay chiều 1.1.3.5. Theo đặc tính thay đổi các thông số điện của hệ thống: Truyền động không điều chỉnh: Động cơ truyền động được nối trực tiếp với nguồn điện và làm việc với một tốc độ nhất định. Các thông số điện của hệ thống chỉ bị thay đổi do ảnh hưởng của các nhiễu loạn bên ngoài Truyền động có điều chỉnh: Các thông số điện của hệ thống có thể được thay đổi nhờ các thiết bị điều khiển. Tùy theo từng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất mà có truyền động điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh vị trí, điều chỉnh lực hoặc moment 1.2. Các khái niệm cơ bản về đặc tính cơ của máy sản xuất: 1.2.1. Đặc tính cơ của máy sản xuất: Đặc tính cơ của máy sản xuất hay đặc tính cơ của phụ tải là quan hệ giữa moment của phụ tải với tốc độ quay. Theo các kết quả thực nghiệm, đặc tính cơ của phụ tải được biểu diễn dưới dạng phương trình tổng quát sau: Mc = Mco + (Mcđm – Mco) ( (1.1) Trong đó: . . Trang 7 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Mc : Moment cản ứng với tốc độ (Còn gọi là moment phụ tải) Mco : Moment cản ứng với tốc độ = 0 Mcđm : Moment cản (định mức) ứng với tốc độ = đm : Hệ số làm việc phụ thuộc vào tính chất của từng loại máy sản xuất 1.2.2. Các dạng đặc biệt của đặc tính cơ của máy sản xuất: 1.2.2.1. Đồ thị đặc tính cơ của máy sản xuất: Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất 1.2.2.2. Các dạng đặc biệt của đặc tính cơ: Từ phương trình tổng quát của đặc tính cơ của máy sản xuất (hay đặc tính cơ phụ tải): Mc = Mco + (Mcđm – Mco) ( Ta có các trường hợp sau: = 0: Phương trình (1.1) trở thành: Mc = Mcđm Đặc tính cơ là đường (1) trên hình 1.2. Đó là đặc tính cơ của các cơ cấu nânghạ các tải trọng lượng, các băng tải khi khối lượng di chuyển không thay đổi trong suốt quá trình truyền động, cơ cấu ăn dao của máy cắt gọt kim loại,… Trường hợp này moment cản không phụ thuộc vào tốc độ = 1: phương trình (1.1) trở thành : . . Trang 8 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Mc = Đặc tính cơ là đường (2), đây chính là đặc tính cơ của máy phát điện một chiều với tải thuần trở. Trường hợp này moment cản tỉ lệ bậc nhất với tốc độ = 2: phương trình (1.1) trở thành: Mc = Đặc tính cơ là đường (3), là đặc tính cơ của các máy bơm ly tâm, máy quạt gió, Trường hợp này moment cản tỉ lệ bậc hai với moment tốc độ = 1: phương trình (1.1) trở thành: Mc = Đặc tính cơ là đường (4), đây là đặc tính cơ của cơ cấu các máy cuốn dây, cuộn giấy, truyền động quay trục chính của các máy cắt gọt kim loại, Moment cản ở đây tỉ lệ nghịch với tốc độ Đặc tính moment của phụ tải được phân biệt thành hai loại: Đặc tính của moment cản phản kháng (moment cản thụ động) và đặc tính của moment cản thế năng (moment cản tích cực) Moment cản thế năng không phụ thuộc vào chiều quay như các tác động của tải tạo ra từ lực đàn hồi của các lò xo,… Moment cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như moment ma sát, moment của cơ cấu ăn dao trong các máy cắt gọt kim loại … . . Trang 9 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 2. Phụ tải và phần cơ của truyền động điện Phần cơ của hệ truyền động điện bao gồm các phần tử chuyển động từ rotor động cho đến cơ cấu cơng tác. Mỗi phần tử chuyển động được đặc trưng bởi các đại lượng sau: Lực tác động (F): N (Niuton) - Momen tác động (M): Nm (Niuton mét) - Tốc độ góc (ω): rad/s (radian/giây) - Tốc độ thẳng (v): m/s (mét/giây) - Momen qn tính (J): kgm2 (kilogam khối mét bình phương) - Khối lượng (m): kg (kilogam khối) Chú ý: Nếu các đại lượng trên cho theo các đơn vị khác thì khi tính tốn cần đổi về hệ đơn vị đo lường quốc tế (SI) như đã nêu trên. Ví dụ, nếu lực cho theo KG, momen cho theo 2 KGm, tốc độ cho theo vịng/phút, qn tính cho theo momen đà GD với đơn vị là KGm , thì: 2 1KG = 9.8 N; 1KGm = 9.8 Nm; 1 vịng/phút = 9,55 rad/s; GD [KGm2] = 4J [Kgm ] . . Trang 10 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Câu 2: Dạng chung của các đặc tính q độ cơ học như ω = f(t), M = f(t) như thế nào? Viết phương trình và vẽ đường cong các đặc tính đó, phân tích ý nghĩa hằng số thời gian cơ học của hệ. Câu 3: Định nghĩa q trình q độ điện – cơ. Lấy một vài ví dụ về q trình q độ điện – cơ trong các hệ truyền động điện BÀI 6: CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mục tiêu Chọn đúng cơng suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh và khơng điều chỉnh tốc độ Kiểm nghiệm cơng suất động cơ sau khi đã chọn cho phù hợp với máy sản xuất Nội dung 1. Phương pháp chọn động cơ truyền động cho tải theo ngun lý phát nhiệt. Việc chọn công suất động cơ điện có ý nghóa rất quan trọng. Nếu công suất động cơ được chọn nhỏ hơn công suất phụ tải yêu cầu thì khi đưa vào vận hành cơ cấu truyền động cho phụ tải, động cơ sẽ luôn luôn bị làm việc ở trạng thái quá tải, có thể bị phát nóng quá mức quy định (quá nhiệt), dẫn đến sự cố cháy dây quấn hoặc giảm thời gian sử dụng. Ngược lại, nếu chọn công suất động cơ lớn hơn công suất phụ tải yêu cầu sẽ làm tăng vốn đầu tư không cần thiết, đồng thời động cơ có thể luôn phải làm việc ở trạng thái non tải, hiệu suất thấp, ngoài ra, đối với động cơ không đồng bộ thì khi làm . . Trang 106 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 việc non tải sẽ dẫn đến hiện tượng giảm hệ số công suất cosf, gây ra các ảnh hưởng xấu đến lưới điện cung cấp Để chọn công suất động cơ, cần phải tính toán phụ tải trong cả 2 trạng thái làm việc: quá độ và ổn định. Do vậy cần phải thiết lập các đồ thị phụ tải mô tả các quan hệ giữa moment quay M, công suất P và dòng điện i theo thời gian: M = (t) ; P =(t) ; i =(t) Công suất chọn cho động cơ phải có giá trị tương ứng với đồ thị phụ tải đã cho, nghóa là động cơ phải được đảm bảo là luôn luôn vận hành đầy tải mà không bị phát nóng quá mức giới hạn cho phép, chịu được trạng thái quá tải về dòng điện trong thời gian nhất định, có moment mở máy đủ lớn để đảm bảo khởi động tốt một cơ cấu truyền động phù hợp với công suất đã chọn 1.1. Hiện tượng phát nóng và nguội lạnh động cơ điện: a. Nguyên nhân phát nóng: Khi động cơ điện thực hiện quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng, có một phần năng lượng bị tổn hao là: W = P dt (4.1) Trong đó P là công suất tổn hao trong động cơ Công suất tổn hao bao gồm 3 thành phần : * Tổn hao dưới dạng nhiệt do ma sát trên các ổ bi làm điểm tựa cho trục rotor, ma sát giữa rotor với không khí khi rotor quay * Tổn hao sắt từ phụ thuộc vào chất lượng của lõi sắt từ. Hai thành phần tổn hao trên đây không phụ thuộc vào phụ tải nên không thay đổi theo phụ tải và được gọi chung là tổn hao không đổi * Tổn hao trong các bộ dây quấn (gọi là tổn hao đồng). Tổn hao này phụ thuộc vào phụ tải nên được gọi là tổn hao biến đổi (theo phụ tải). Tổn hao này chiếm tỉ lệ rất lớn trong tổng tổn hao công suất chung của động cơ Nếu gọi: Pđ là công suất điện mà động cơ nhận vào từ lưới cung cấp Pc là công suất cơ sinh ra trên trục động cơ . . Trang 107 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Tổn hao công suất P có giá trị: P = Pđ Pc Ở chế độ định mức: (4.2) Pđm = Pđ đm Pc đm Vì: (4.3) P = . Pđ (Với là hiệu suất của động cơ) Nên: P = (1 ). Pđ P = Suy ra: Pđm = . Pc đm (4.4) (4.5) Chính công suất tổn hao P đã sinh ra nhiệt lượng làm phát nóng động cơ. Nhiệt lượng sinh ra trong động cơ trong thời gian 1 giây có công thức tính là: Q = 0,24 . P [ Kcal/s ] ( 4.6 ) Vì nhiệt lượng được sinh ra này mà nhiệt độ của động cơ tăng lên. Trong quá trình làm việc lâu dài, nếu động cơ không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài thì nhiệt độ động cơ sẽ tăng lên vô cùng. Tuy nhiên, trên thực tế luôn luôn diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa động cơ với môi trường xung quanh, và vì thế nhiệt lïng của động cơ tỏa ra môi trường xung quanh với một tốc độø tăng tỷ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ của động cơ. Sau một khoảng thời gian làm việc nào đó, nhiệt độ động cơ không tăng nữa và đạt đến trị số ổn định. Ở trị số nhiệt độ ổn định này, toàn bộ nhiệt lượng sinh ra trong động cơ trong một đơn vị thời gian sẽ tỏa hết ra môi trường xung quanh trong cùng thời gian đó. Trạng thái này được gọi là trạng thái cân bằng nhiệt của động cơ b. Phương trình cân bằng nhiệt của động cơ: Do động cơ được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau và mỗi loại vật liệu đó có thể có cấu tạo không đồng nhất, nên trong quá trình vận hành, nhiệt độ sinh ra trong động cơ tại nhiều vị trí là không giống nhau. Để đơn giản hóa cho việc tìm ra quy luật chung cho sự phát nóng, ta cần có các giả thiết: + Động cơ là một vật thể có cấu tạo đồng nhất và có nhiệt độ giống nhau tại mọi điểm + Hệ số dẫn nhiệt của động cơ là vô cùng lớn . . Trang 108 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 + Môi trường xung quanh có nhiệt dung vô cùng lớn, nên trong quá trình phát nóng của động cơ, xem như nhiệt độ môi trường không đổi Với các giả thiết như trên, nếu gọi: * C là nhiệt dung của động cơ, tức là nhiệt lượng sinh ra cần thiết để nhiệt độ của động cơ tăng lên thêm 1oC (J/ oC) * A là hệ số tỏa nhiệt của động cơ, tức là nhiệt lượng mà động cơ tỏa ra môi trường xung quanh trong một đơn vị thời gian khi chênh lệch nhiệt độ giữa động cơ và môi trường là 1oC (J/ s oC). Hệ số này phụ thuộc vào điều kiện làm mát của động cơ. (khi điều kiện làm mát càng tốt thì hệ số tỏa nhiệt càng lớn) * Q là nhiệt lượng do động cơ sinh ra trong một đơn vị thời gian, đơn vị tính bằng (J/s) * là nhiệt sai của động cơ, tức nhiệt độ chênh lệch giữa động cơ và môi trường, đơn vị (oC) * t là thời gian khảo sát, đơn vị tính bằng giây (s) Phương trình cân bằng nhiệt giữa động cơ và môi trường xung quanh được viết như sau: Q.dt =C.d + A .dt (4.7) Trong đó: Q.dt : Nhiệt lượng động cơ sinh ra trong thời gian dt C.d : Phần nhiệt lượng dùng để làm gia tăng nhiệt độ của động cơ A .dt : Phần nhiệt lượng từ động cơ tỏa ra môi trường trong thời gian dt Nếu đặt: = : Nhiệt sai ổn định của động cơ, tức là nhiệt sai ứng với lúc t = ôđ = : Hằng số thời gian phát nóng, tức thời gian cần thiết để đưa nhiệt sai của động cơ từ 0 đến nhiệt sai ổn định khi động cơ không tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh Giải phương trình (4.7) với điều kiện ban đầu: t = 0 , = bđ Ta có phương trình nhiệt sai của động cơ là: = + ( ôđ bđ ôđ ) e (4.8) . . Trang 109 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Khi bđ = 0 , tức ở thời điểm t = 0, nhiệt độ của động cơ bằng nhiệt độ của môi trường, ta có: = ( 1 e) ôđ (4.9) (4.8) và (4.9) là các phương trình biểu diễn đường cong phát nóng của động Khi động cơ đang làm việc với một nhiệt sai nào đó, nếu bị cắt ra khỏi nguồn điện, động cơ sẽ nguội dần. Tác nhân sinh nhiệt của động cơ lúc này chỉ còn là phần năng lượng tổn hao do ma sát và có trị số rất nhỏ. Ta có thể xem như động cơ không sinh nhiệt (Q = 0) vàkhi đó phương trình (4.8) chỉ còn lại thành phần: = bđ . e (4.10) (4.10) được gọi là phương trình biểu diễn đường cong nguội lạnh của động Ta cần chú ý rằng giá trị nhiệt sai ban đầu cũng chính là nhiệt sai ổn định ôđ bđ của quá trình nguội lạnh của quá trình phát nóng động cơ Về mặt lý thuyết, khi = thì nhiệt sai của động cơ mới đạt đến trị số ổn định . Nhưng thực tế quá trình tăng nhiệt của động cơ kết thúc khi nhiệt ôđ sai của nó là: = (0,95 0,98) và thời gian tăng nhiệt sai của động cơ là: ôđ t = (3 4) Đồ thị biểu diễn các đường cong phát nóng và nguội lạnh của động cơ theo thời gian có dạng như hình vẽ sau đây: . . Trang 110 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 2. Chọn cơng suất động cơ cho truyền động khơng điều chỉnh tốc độ. Đề chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phụ tải Mc(t) và Pc(t) đã được quy đổi về trục động cơ và trị số tốc độ yêu cầu ( yc ) Dựa vào đồ thị phụ tải, ta tính toán sơ bộ và chọn động cơ theo công suất 2.1. Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn: a. Các dạng đồ thị phụ tải tổng quát: + Chế độ làm việc dài hạn: Phụ tải không đổi hay thay đổi đều có tính duy trì liên tục trong thời gian dài, do đó đồ thị phụ tải là một đường thẳng hoặc đường cong liên tục, hoặc là đường bao gồm các đoạn thẳng, gấp khúc, liền nhau và kéo dài + Chế độ làm việc ngắn hạn: Do phụ tải chỉ duy trì trong những khoảng thời gian ngắn, do đó đồ thị phụ tải là các đoạn gấp khúc ngắn + Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: Phụ tải có tính chất chu kỳ, các trạng thái làm việc và nghỉ xen kẽ nhau trong những khoảng thời gian ngắn, do đó đồ thị phụ tải là các đoạn thẳng gấp khúc ngắn và rời rạc từng phần . . Trang 111 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 b. Phụ tải dài hạn không đổi: Dựa vào dạng đồ thị phụ tải dài hạn không đổi đã quy đổi về trục động cơ (hình 4.5(a)), tra sổ tay kỹ thuật ta có thể chọn được một động cơ điện có công suất định mức và tốc độ định mức tương ứng thỏa mãn điều kiện: Pđm Pc đm (Với Thông thường chọn: yc yc (4.12) là tốc độ yêu cầu) Pđm = (1 1,2) Pc (4.13) Việc kiểm nghiệm động cơ trong trường hợp này chỉ cần quan tâm đến điều kiện khởi động và điều kiện phát nóng mà không cần kiểm nghiệm khả năng quá tải về moment. c. Phụ tải dài hạn biến đổi: Với trường hợp phụ tải dài hạn biến đổi, căn cứ vào dạng đồ thị phụ tải (hình 4.5(b)), ta có thể tính toán trị số trung bình của moment cản hoặc công suất như sau: Mtb = Tổng quát: Mtb = (4.14) Công suất trung bình: Ptb = Tổng quát: Ptb = Động cơ được chọn cần phải thỏa mãn điều kiện: Hoặc: Đồng thời tốc độ (4.15) Mđm = (1,1 1,3) Mtb (4.16) Pđm = (1,1 1,3) Ptb (4.17) (hay nđm) phải phù hợp (bằng) với tốc độ yêu cầu ( đm ) yc Công suất động cơ sau khi được chọn bắt buộc phải kiểm nghiệm các điều kiện khởi động, điều kiện phát nóng và kiểm tra khả tải về moment 2.2. Chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn: . . Trang 112 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Trong phần này chỉ xét chọn công suất động cơ chuyên dụng để làm việc ở chế độ ngắn hạn. Thời gian làm việc của loại động cơ này được tiêu chuẩn hóa là 15, 30, 60, 90 phút Các dạng đồ thị phụ tải ngắn hạn không đổi vàbiến đổi tổng quát được biểu diễn trên hình 4.6 a. Phụ tải ngắn hạn không đổi: Trong trường hợp này, động cơ được chọn cần phải thỏa điều kiện: Hoặc: Mđm = (1,1 1,3) Mc (4.18) Pđm = (1,1 1,3) Pc (4.19) Và thời gian làm việc tiêu chuẩn (ttc) của động cơ phải bằng hoặc đủ lớn hơn thời gian làm việc (tlv) của phụ tải, thông thường chọn: ttc tlv (4.20) b. Phụ tải ngắn hạn biến đổi: Làm việc với phụ tải ngắn hạn có trị số biến đổi, ta cần phải tính toán các giá trị đẳng trị của phụ tải để làm cơ sở chọn công suất động cơ Moment đẳng trị và công suất đẳng trị được tính như sau: Mđt = Pđt = Tổng quát: Mđt = (4.21) Pđt = (4.22) Động cơ chọn cần thỏa mãn: Mđm = (1,25 1,5) Mđt Hoặc: Pđm = (1,25 1,5) Pđt (4.23) Tương tự như (4.20), thời gian làm việc tiêu chuẩn của động cơ thường được chọn: ttc tlv Trong đó: tlv = t1+t2+ +tn 2.3. Chọn công suất động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Trong phần này chỉ tính toán và chọn công suất cho các động cơ chuyên dụng được chế tạo chỉ để làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Các động cơ . . Trang 113 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 này được thiết kế với độ bền cơ học cao, quán tính nhỏ để thích ứng với điều kiện mở máy và hãm dừng thường xuyên, có khả năng chịu quá tải lớn (cho phép từ 2,5 3,5 lần), thời gian đóng điện tương đối tiêu chuẩn là tc 15 , 25 , 40 và 60 Động cơ được chọn cần phải thỏa mãn điều kiện sau: Pđm Plv Trong đó: (4.24) Plv = Pc khi phụ tải ngắn hạn lặp lại là không đổi Plv = Pđt khi phụ tải ngắn hạn lặp lại là biến đổi Công suất đẳng trị Pđt được tính theo công thức (4.22) Tỷ số tc phù hợp với phải phù hợp với làm việc thực tế. Trường hợp tc không làm việc thực tế với sai lệch ít nhất, ta cần hiệu chỉnh lại công suất định mức của động cơ theo phương án sau: Pđm Plv Trường hợp tc không phù hợp với (4.25) làm việc thực tế với sai lệch lớn, việc chọn công suất động cơ là không khả thi 3. Kiểm nghiệm công suất động cơ: Việc tính toán và chọn công suất động cơ trên đây là giai đoạn chọn sơ bộ bước đầu. Giai đoạn kế tiếp là cần phải kiểm nghiệm lại động cơ đã được chọn dựa trên 3 tiêu chuẩn sau: Kiểm nghiệm về tình trạng phát nóng động cơ Kiểm nghiệm khả năng quá tải về moment Kiểm nghiệm khả năng khởi động (và khởi động lại) của động cơ Nếu quá trình kiểm nghiệm lại, cho ra các số liệu không thỏa mãn được các điều kiện yêu cầu cụ thể cho từng trường hợp và từng chế độ làm việc của động cơ như đã chỉ ra trên đây, việc chọn động cơ xem như không đạt và phải tiến hành chọn lại động cơ khác 3.1. Kiểm nghiệm phát nóng động cơ: Công suất động cơ được lựa chọn phải thỏa mãn yêu cầu: cp (4.26) Với: cp là nhiệt sai cho phép đối với động cơ . . Trang 114 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Việc tính toán phát nóng của động cơ rất khó thực hiện một cách chính xác. Tuy vậy có thể thực hiện kiểm nghiệm phát nóng một cách gián tiếp thông qua các đại lượng điện i) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tính tổn thất công suất trung bình: Căn cứ vào đồ thị phụ tải P= f (t) , xác định tổn thất công suất Pi trong từng khoảng thời gian ti ứng với phụ tải Pi theo công thức: Pi = Pi (4.27) Trong đó: i là hiệu suất động cơ khi làm việc với phụ tải Pi được xác định dựa vào tương quan giữa các đồ thị: P = f (t) và = (P) Sau đó tính tổn thất công suất trung bình theo biểu thức: Ptb = (4.28) Theo yêu cầu kiểm nghiệm, nếu: Ptb Pđm (4.29) Thì động cơ thoả mãn điều kiện phát nóng Trong đó tổn thất công suất định mức của động cơ được xác định theo biểu thức: Pđm = Pđm . Với: (4.30) Pđm : Công suất định mức của động cơ : Hiệu suất định mức của động cơ đm Đối với các động cơ có gắn cánh quạt trên trục rotor để tự làm mát, thì trong biểu thức (4.28) khi tính toán cần phải tính đến sự suy giảm truyền nhiệt khi động cơ dừng, khi khởi động vàhãm dừng . . Trang 115 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Ta có thể tính giá trị tổn thất công suất trung bình theo công thức sau: Ptb = (4.31) Trong đó: * : Hệ số suy giảm truyền nhiệt khi khởi động và hãm động cơ = 0.75 đối với động cơ điện một chiều = 0.5 đối với động cơ điện xoay chiều * tk : Thời gian khởi động hay hãm dừng * : Hệ số suy giảm truyền nhiệt khi dừng động cơ = 0.5 đối với động cơ điện một chiều = 0.25 đối với động cơ điện không đồng bộ * to : Thời gian nghỉ * tlv: Thời gian làm việc ii) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng trị (Iđt) : Biểu thức tính tổn thất công suất của động cơ: Ptb = K +V = K + I2đt .R (4.32) V= I2đt .R Trong đó: Với: V: K: Tổn thất không đổi Tổn thất biến đổi Thay (4.32) vào (4.28) ta được : K + I2đt .R = K + I2đt .R = + R Ta được biểu thức dòng điện đẳng trị: Iđt = (4.33) Điều kiện kiểm nghiệm phát nóng của động cơ là: Iđt Iđm Với: (4.34) Iđm là dòng điện định mức của động cơ Iđt là dòng điện đẳng trị được xác định dựa vào đồ thị i = f (t) . . Trang 116 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Trong trường hợp đồ thị là đường cong i= f (t) biến thiên liên tục như hình (4.8), ta xác định dòng điện đẳng trị Iđt bằng cách phân chia đường cong i= f (t) thành các đường bậc thang và sử dụng công thức: Iđt = (4.35) iii) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp moment đẳng trị: Việc kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo phương pháp moment đẳng trị được suy ra từ phương pháp dòng điện đẳng trị khi moment động cơ tỷ lệ với dòng điện: M = C. I (với C là hằng số tỷ lệ) * Đối với động cơ điện một chiều thì điều kiện này chỉ thỏa mãn khi động cơ vận hành với từ thông không đổi * Đối với động cơ không đồng bộ ta có: M = Cm . I2 . 2 . cos 2 Với điều kiện từ thông 2 không đổi; hệ số công suất cos 2 là hằng số Công thức tính moment đẳng trị được suy ra từ biểu thức (4.35) như sau: Mđt = (4.36) Động cơ được kiểm nghiệm theo điều kiện: Mđm Mđt (4.37) iv) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp công suất đẳng trị: . . Trang 117 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Đối với các hệ thống truyền động có tốc độ ít thay đổi thì công suất P tỷ lệ với moment M, vì vậy có thể dùng đại lượng công suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng Công suất đẳng trị được xác định theo biểu thức sau: Pđt = (4.38) Động cơ được kiểm nghiệm theo điều kiện: Pđm Pđt (4.39) Đây là phương pháp có phạm vi ứng dụng hạn chế và chỉ dùng được trong trường hợp động cơ làm việc trên đặc tính cơ khá cứng. Khi động cơ làm việc với tốc độ thay đổi nhiều, đặc tính cơ có độ dốc lớn, phương pháp này không còn chính xác 3.2. Kiểm nghiệm quá tải về moment và kiểm nghiệm moment khởi động: i) Kiểm nghiệm quá tải về moment: Điều kiện kiểm nghiệm quá tải về moment đối với động cơ nói chung là: Mđm Mmax Trong đó Mmax là moment lớn nhất của phụ tải, được xác định từ đồ thị phụ tải * Đối với động cơ điện một chiều, có thể kiểm nghiệm theo tỷ số dòng điện: Với: Imax i là trị số lớn nhất của dòng điện xác định trên đồ thị phụ tải i là hệ số quá tải cho phép về dòng điện Trong trường hợp động cơ điện một chiều kết cấu bình thường thì: i = 2 2,5 * Đối với động cơ không đồng bộ, ta có thể kiểm nghiệm quá tải về moment cho phép theo biểu thức: .Mđm Mmax Với: là hệ số quá tải về moment của động cơ ii) Kiểm nghiệm về moment khởi động: . . Trang 118 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Muốn động cơ khởi động được thì moment khởi động Mkđ của động cơ phải lớn moment cản Mc phụ tải khởi động, ta có điều kiện kiểm nghiệm về moment khởi động của động cơ là: Mkđ > Mc khi khởi động Ví dụ: Cho một cơ cấu máy sản xuất trong công nghiệp có đồ thị phụ tải được biểu diễn trên hình vẽ sau đây. Biết rằng tốc độ quay định mức của cơ cấu theo yêu cầu công nghệ là: nđm = 1440 v/ph, và chế độ khởi động là khởi động không tải. Hãy tính toán và chọn động cơ điện truyền động chính để kéo cơ cấu sản xuất đó Các trị số công suất của phụ tải trên hình vẽ là: P1 = 10,9 KW; P2 = 0,55 KW; P3 = 6,55 KW; P4 = 0,55 KW tương ứng với các khoảng thời gian: t1 = 17s ; t2 = 6s ; t3 = 10s ; t4 = 25s Bài giải: Công suất đẳng trị của phụ tải : Pđt = Pđt = Ta chọn động cơ không đồng bộ lồng sóc kiểu A0–52–4 có các thông số kỹ thuật như sau: Pđm = 7KW, nđm = 1440 v/p, = 2 Ở đây ta có: Pđm = 7KW > Pđt = 6.9KW Như vậy điều kiện phát nóng của động cơ chọn đã được thỏa mãn . . Trang 119 Giáo trình truyền động điện Tr ường TC KTKT Q12 Vì động cơ khởi động không tải cho nên không cần kiểm tra điều kiện khởi động Phần còn lại, ta chỉ cần kiểm tra điều kiện quá tải của động cơ Ta có moment định mức của động cơ: Mđm = 9550. = 9550 Moment lớn nhất của phụ tải: Mmax pt = 9550 . N.m = 72,4N.m Ta có: .Mđm = 2 x 46,4 = 92,8 N.m Vậy: .Mđm = 98,2 > Mmax pt = 72,4 Điều kiện quá tải như vậy đã được thỏa mãn Kết luận: Động cơ được chọn như trên là phù hợp với yêu cầu truyền động đề ra. TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2006 [3] Nguyễn Tiến Ban, Thân Ngọc Hoàn, Điều khiển tự động các hệ thống truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2007 [4] Võ Quang Lạp,Trần Thọ, Cơ sở truyền động điện – Nxb Khoa học Kỹ thuật 2004 . . Trang 120 ... Bài 3. Điều khiển tốc độ? ?truyền? ? 10 10 động? ?điện Bài 4. Ổn định tốc độ của hệ thống truyền? ?động? ?điện Bài 5. Đặc tính? ?động? ?của hệ? ?truyền? ? 8 động? ?điện Bài 6. Chọn cơng suất? ?động? ?cơ cho 7 hệ? ?truyền? ?động? ?điện Cộng:... 1.1.3.4. Theo phân loại nguồn? ?điện? ?cung? ?cấp: Truyền? ?động? ?điện? ?xoay chiều: Nguồn năng lượng cung? ?cấp? ?cho toàn bộ hệ thống? ?truyền? ?động? ?điện? ?là nguồn? ?điện? ?xoay chiều và việc? ?truyền? ?động? ? điện? ?được thực hiện bằng các? ?động? ?cơ? ?điện? ?xoay chiều... 1.1.3.1. Theo số lượng? ?động? ?cơ ? ?truyền? ?động: Truyền? ?động? ?nhóm : Là hệ? ?truyền? ?động? ?trong đó chỉ gồm một? ?động? ?cơ kéo một nhóm gồm nhiều máy sản xuất Truyền? ?động? ?đơn? ?động? ?cơ: Trong hệ thống TĐĐ này, một? ?động? ?cơ? ?điện? ?