Giáo trình Truyền động điện (Nghề Điện công nghiệp)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Lào Cai, năm 2017 BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) tổ hợp thiết bị điện, điện tử, v.v phục vụ cho cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản suất, gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo u cầu cơng nghệ Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mơ 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 TĐ 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 cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: - Truyền động điện khơng 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 u cầu cơng 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 trinh - 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 - Ngồi ra, có hệ truyền động điện khơng đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v CHƯƠNG 1: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1- CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Các đại lượng đặc trưng cho phần tử học 1.2.2.1 Quy đổi mô men cản Mc lực cản Fc trục động + Quan niệm tính đổi việc dời điểm đặt từ trục trục khác mơmen hay lực có xét đến tổn thất ma sát truyền lực Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) phận làm việc trục động Hình 1-2- Mơ men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền i + Giả sử tính tốn thiết kế người ta cho giá trị mô men tang trống (trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền i hiệu suất ỗi Mô men tác tác động lên trục động có giá trị Mcqd gọi mô men quy đổi - Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân công suất phần hệ TĐĐTĐ: Pdc  M cqd   M cqd  M t t i Mt  i i Trong : ựt - tốc độ góc tang trống ự - tốc độ góc quy đổi trục động i d t ựd – tốc độ góc trục động Nếu tải trọng G sinh lực Fc có vận tốc chuyển động v xẽ tác động lên trục động mô men Mcqd Fc V  M cqd  d  i  t M cqd  Fc V F  c  i  t  d   Trong đó: ủ = ựd /Vgọi tỷ số quy đổi ỗ = ỗi.ỗt - hiệu suất hệ truyền lực gồm truyền lực tang trống ỗt - hiệu suất tang trống 1.2.2.1 Quy đổi mơ men qn tính trục động Các cặp bánh có moment qn tính J1,J2 Jk, mơ men qn tính Jt, khối lượng qn tính m mơmen qn tính động Jd có ảnh hưởng đến tính chất động học hệ truyền động Nếu xét điểm khảo sát đầu trục động quán tính chung hệ truyền động điểm gọi Jqd (mơ men qn tính quy đổi) lúc phương trình động hệ J qd J  J  mV  d2 2 2  J d d  ( J kd J  J k k )m t t  2 ( k )  t 2 2 J qd2  J d   2  ik it Trong đó: ik = ự /ựk - tỉ số truyền từ trục thứ i it = ự /ựt - tỉ số truyền từ trục tang trống Jqd - mơmen qn tính quy đổi trục động 1.3 Đặc tính động điện máy sản xuất 1.3.1 Đặc tính động điện Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay moment động Ta có đặc tính tự nhiên động cơ, động vận hành chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ) Trên đặc tính tự nhiên ta làm việc định mức có giá trị Mđm, đm Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi tham số nguồn thêm điện trở, điện kháng vào động Để đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính  tính β= ΔM Δω (1-1)  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 moment biến đổi lớn Truyền động có đặc tính mềm tốc độ giảm nhiều moment tăng (xem H.1-3)  M Hình 1-3 Độ cứng đặc tính 1- Đặc tính mền 2- Đặc tính cứng 3- Đặc tính tuyệt đối cứng 1.3.2 Đặc tính máy sản xuất Đặc tính máy sản xuất đa dạng Tuy phần lớn biểu diễn dạng biểu thức tổng quát: M C = M C + ( M ®m - M C0 )( ω α ) ω®m (1-2) Trong đó: M∞ – Moment ứng với tốc độ  = Mđm – Moment ứng với tốc độ định mức đm MC – Moment ứng với tốc độ  Ta có trường hợp: - ỏ = 0, MC = Mđm = const, cấu nâng hạ, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt thuộc loại (đường 1, H.1-4a) - ỏ = 1, moment tỉ lệ bậc với tốc độ, thực tế gặp, loại lấy ví dụ cho máy phát chiều tải trở (đường 2, H.1-4a) - ỏ = 2, moment tỉ lệ bậc hai với tốc độ, đặc tính máy bơm, quạt gió (đường 3, H.1-4a) - ỏ = -1, moment tỉ lệ nghịch với tốc độ, cấu máy dây, giấy, truyền động quay trục trính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc loại (đường 4, H.1-4a) Ngồi số cấu máy có đặc tính khác, ví dụ: - Moment phụ thuộc vào góc quay MC = f() moment phụ thuộc vào đường MC = f(S), thực tế máy công tác có pittơng, máy trục khơng có cáp cân có đặc tính thuộc loại - Moment phụ thuộc vào số vòng quay đường MC = f(,S) loại xe điện - Moment cản phụ thuộc vào thời gian MC = f(t), ví dụ máy nghiền đá, quặng Trên H.1-4b c biểu diễn đặc tính moment cản phản kháng moment cản - Moment cản (như cấu nâng hạ tải trọng), có đặc tính MC = const không phụ thuộc vào chiều quay (H.1-4b) - Moment cản phản kháng luôn chống lại chiều quay moment ma sát, moment cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại v.v (hình 1-4c)   đm M MC0 M Hình 1-4a Hình 1-4a   Mc Mc Mc M M Mc Hình 1-4b Hình 1-4c 1.4 Các trạng thái làm việc hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện, có q trình biến đổi lượng điện - Chính q trình biến đổi định trạng thái làm việc truyền động điện Ta định nghĩa: Dịng cơng suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ động biến đổi công suất điện thành công suất Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất Cơng suất có giá trị dương moment động sinh có chiều với tốc độ quay Ngược lại, cơng suất điện có giá trị âm có chiều từ động nguồn, cơng suất có giá trị âm truyền từ máy sản xuất động moment động sinh ngược chiều với tốc độ quay Moment máy sản xuất gọi moment phụ tải hay moment cản Nó định nghĩa dấu âm dương, ngược lại với dấu moment động Phương trình cân công suất hệ truyền động là: Pđ = PC + P Trong đó: Pđ - cơng suất điện PC - công suất P – tổn hao công suất Tuỳ thuộc vào biến đổi lượng hệ mà ta có trạng thái làm việc động gồm: trạng thái động trạng thái hãm, (xem bảng 1-1) - Trạng thái động bao gồm chế độ có tải khơng tải - Trạng thái hãm gồm hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược hãm động Hãm tái sinh Pđiện < 0, Pcơ > biến thành điện trả lưới Hãm ngược Pđiện > 0, Pcơ < điện chuyển thành tổn thất P Hãm động Pđiện = 0, P < biến thành công suất tổn thất P Pcơ P Trạng thái làm việc =0 = Pđiện - Động không tải Pc 0 = Pđ - Pc - Có tải Pc =0