Tài liệu CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN docx

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

CHƯƠNG 1

Giới thiệu tổng quan

• Hệ thống truyền động điện (TĐĐ): biến đổi điện năng thành cơ năng

hoặc ngược lại

• Các hệ thống TĐĐ tiêu thụ khoảng 50% lượng điện năng được sản xuất

• Khoảng 20-25% các hệ thống TĐĐ có yêu cầu điều chỉnh tốc độ Tỉ lệ này đang gia tăng cùng với sự phát triển của điện tử công suất (ĐTCS)

• Các hệ thống TĐĐ có điều chỉnh tốc độ giúp nâng cao chất lượng và năng suất của máy sản xuất, góp phần tiết kiệm điện năng

Giới thiệu tổng quan

Tỉ lệ động cơ DC & động cơ AC trong các ứng dụng TĐĐ

Giới thiệu tổng quan

Bơm nước(Thủy điện tích

năng) Nhà máy cement,Máy nghiềnBơm ly tâm

Máy bơmMáy làm giấyXe điện

Quạt gióCầu trục Máy luyện kim Thang máy

Máy inMáy trộn

Băng chuyền

Máy dệtMáy đóng góiMáy sưởi,

Quạt thông gió hệ thống điều

RobotMáy công cụ

Chất lượng đáp ứng

CaoTrung bình

Công suất (kW)

Ứng dụng của hệ thống TĐĐ có điều khiển tốc độ

Một số bộ điều khiển động cơ công nghiệp

Bộ điều khiển động cơ DC (ABB)

Một số bộ điều khiển động cơ công nghiệp

Bộ điều khiển động cơ không đồng bộ (Hitachi)

Một số bộ điều khiển động cơ công nghiệp

Bộ khởi động mềm (Softstarter)

Nguồn lưới Động

Van tiết lưu

Bộ điều khiển tốc độ

+Động cơ

BơmNguồn

lưới

a Hệ thống bơm kiểu truyền thống b Hệ thống bơm có điều chỉnh tốc độ

Ví dụ: Tiết kiệm năng lượng với bộ biến tần điều khiển bơm nước

Nhà máy nhiệt

Tổn hao truyền tải

Tổn hao trên Động cơ

& Van tiết lưu

Tổn hao trênbơm

Tổn hao

Bơm

Tín hiệu đặt

Một số định nghĩa

• Đặc tính cơ: quan hệ M()• Đặc tính cơ tự nhiên

• Đặc tính tốc độ: quan hệ I()

Đặc tính cơ động cơ DC kích từ độc lập

Đặc tính cơ động cơ KĐB

JPhương trình tổng quát biểu diễn momen cản:

MMBM  CMB

 M : Momen cơ do yêu cầu của tải t

 B: Momen ma sát nhớt (viscous friction)

 Mms C : Momen ma sát khô (Coulomb friction)

Phân loại momen tải

Tổng quát, momen tải có thể chia thành hai loại chính:

• Momen tải chủ động: momen tải luôn tác động lên động cơ, cả khi hệ thống ở trạng thái tĩnh (tải thế năng, tải do lực nén, lực đàn hồi trong hệ thống sinh ra…) Momen tải không đổi chiều khi tốc độ đổi chiều.

• Momen tải thụ động: momen tải có khuynh hướng chống lại chuyển động và thay đổi chiều khi tốc độ thay đổi (tải ma sát, tải của máy cắt gọt kim loại…)

Đặc tính cơ một số loại tải

Tải máy nâng (thang máy, bộ phận nâng hạ cẩu trục )

Tốc độ cao

Tốc độ thấp

Động

McM 

Khâu cơ khí quy đổi của TĐĐ

Chuyển động của bộ phận làm việc là chuyển động quay Quy đổi momen tải về trục động cơ

Động

cơ Bộ giảm tốc Tải

(Flv vlv)lv

Động

McM 

J

Khâu cơ khí quy đổi của TĐĐ

Chuyển động của bộ phận làm việc là chuyển động thẳng

Quy đổi lực của tải về trục động cơ

LV LVc

F vM

Động

McM 

J

Khâu cơ khí quy đổi của TĐĐ

Quy đổi momen quán tính của các bộ phận chuyển động về trục động cơ Nguyên tắc quy đổi : bảo toàn động năng của hệ thống

 Jm : momen quán tính của động cơ,

 Ji : momen quán tính phần tử quay thứ i,

 m : khối lượng phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j, j

 ii : tỉ số tốc độ từ trục động cơ đến phần tử quay thứ i,  j : bán kính quy đổi tốc độ

từ phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j  trục động cơ

Hiệu suất của hệ truyền động cơ khí là  0.8 Tính :

1 Momen quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ

2 Momen và công suất cần thiết trên trục động cơ trong trường hợp có đối trọng và không có đối trọng

Đối trọng

Ví dụ: Quy đổi hệ thống truyền động thang máy về trục động cơ

Gọi J là momen quán tính của cabin và đối trọng c

quy đổi về trục động cơ :

Ví dụ: Quy đổi hệ thống truyền động thang máy về trục động cơ

2 Momen tải quy đổi về trục động cơ

Khi không có đối trọng :

.1200 9.81 1

90.71.162.22 0.8

m g v

  

m g v

  

Sự ổn định của điểm làm việc xác lập

• Hệ thống động cơ – tải đạt trạng thái xác lập khi: M = Mc• Điều kiện để điểm làm việc xác lập là ổn định:

Ví dụ: Xét các điểm làm việc ở hình bên.

Điểm làm việc:• A, C: ổn định,• B: không ổn định

P = M

Động

P = M

Động

P = M

Động

P = M

Chế độ động cơ

Chế độ động cơChế độ hãm

Chế độ hãm

Các phần tư làm việc của hệ thống truyền động điện

Chế độ làm việc của động cơ

Công suất điện cung cấp cho động cơ P d

Công suất động cơ sinh ra: Pc MĐộng cơ có thể làm việc ở :

 Chế độ động cơ : Pd 0 àv Pc  0 Chế độ hãm :

- Hãm tái sinh : Pd  0 àv Pc  0 - Hãm ngược : Pd 0 àv Pc  0

- Hãm động năng : Pd 0 àv Pc  0

TÓM TẮT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐTCS THÔNG DỤNG

Miền khóa ngượca Ký hiệu

b Đặc tuyếnc Đặc tuyến lý tưởng

Điện áp khóa ngược

Thyristor (SCR)

Miền khóa ngược

Điện áp khóa ngược

Điện áp khóa thuận

TắtDẫnTắtà Dẫnkhi có xung

b Đặc tuyến

c Đặc tuyến lý tưởng

BJT (Bipolar Junction Transistor)

Transistor ghép Darlington

DẫnTắt

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

GTO (Gate-Turn Off)a Ký hiệub Đặc tuyến

c Đặc tuyến lý tưởng

Dẫn

GTO (Gate Turn-Off Thyristor)

Mạch đệm (snubber)

để giảm dv/dt khi tắt dòng

Mạch kích

a GTO và mạch đệmb Chuyển trạng thái dẫn à tắt của GTO

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

MCT (MOS-Controlled Thyristor)

Khả năng tải & đóng cắt của các linh kiện ĐTCS hiện nay

BÀI TẬP

Bài tập

Khảo sát hệ truyền động gồm : động cơ DC nam châm vĩnh cửu với đặc tính cơ :  188.4 0.1M kéo một máy phát DC cấp nguồn cho tải trở

Đặc tính cơ của máy phát là :  2M

Tính tốc độ và momen tại điểm làm việc xác lập và khảo sát tính ổn định của điểm làm việc này