Bài giảng Truyền động điện

Bài giảng Truyền động điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện tự động; Đặc tính cơ của động cơ điện; Các mạch cơ bản của hệ thống điều khiển truyền động điện; Điều chỉnh tốc độ truyền động điện; Tính và chọn hệ truyền động điện.

MỤC LỤC Chương 1: Những khái niệm hệ thống truyền động điện tự động 1.1 Cấu trúc phân loại 1.2 Khái niệm 1.3 Đặc tính máy sản xuất 1.4 Các trạng thái làm việc động điện 1.5 Quy đổi moment cản, lực cản, moment quán tính khối qn tính 1.6 Phương trình động học hệ truyền động điện Chương 2: Đặc tính động điện 12 2.1 Kh|i niệm chung 12 2.2 Đặc tính động chiều kích từ độc lập 12 2.2.1 Phương trình đặc tính 13 2.2.2 Ảnh hưởng c|c thơng số đến dạng đặc tính 17 2.2.3 Đặc tính trạng thái hãm 20 2.3 Đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp 26 2.3.1 Phương trình đặc tính 26 2.3.2 Ảnh hưởng thơng số đến dạng đặc tính 28 2.3.3 Đặc tính trạng th|i h~m m|y 29 2.4 Đặc tính động khơng đồng 31 2.4.1 Phương trình đặc tính 31 2.4.2 Ảnh hưởng thông số đến dạng đặc tính 36 2.4.3 Các đặc tính hãm động ĐK: 39 2.4.5 Đảo chiều động ĐK: 47 2.5 Đặc tính động đồng 48 Chương 3: Các mạch hệ thống điều khiển truyền động điện 54 3.1 Mạch điều khiển khởi động động AC dùng rờ le 54 3.2 Mạch khóa lẫn động 59 3.3 Mạch hãm động 60 3.4 Mạch hãm ngược không đảo chiều 61 3.5 Mạch hãm ngược đảo chiều 62 i 3.6 Mạch hãm điện 62 3.7 Mạch hãm động điện chiều kích từ song song 63 Chương 4: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện 64 4.1 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 64 4.1.1 Khái niệm chung 64 4.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 65 4.1.3 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng 67 4.1.4 Phương pháp điều chỉnh từ thông 68 4.1.5 Các hệ truyền động động điện chiều 70 4.2 Điều chỉnh tốc độ động AC 77 4.2.1 Khái niệm chung 77 4.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 78 Chương 5: Tính chọn hệ truyền động điện 84 5.1 Vấn đề chung 84 5.2 C|c chế độ l{m việc truyền động điện 84 5.3 Chọn công suất động điện 86 5.3.1 Chọn công suất động điện làm việc dài hạn 86 5.3.2 Chọn công suất động điện làm việc ngắn hạn 87 5.3.3 Chọn công suất động làm việc ngắn hạn lặp lại 89 5.4 Chọn động điện điều chỉnh tốc độ 90 5.5 Kiểm nghiệm công suất động điện 92 5.5.1 Kiểm nghiệm động phương pháp tổn thất trung bình: 93 5.5.2 Kiểm nghiệm động theo đại lượng dòng điện đẳng trị 95 5.5.3 Kiểm nghiệm động theo đại lượng mô men đẳng trị 97 5.5.4 Kiểm nghiệm động theo đại lượng công suất đẳng trị 97 ii Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG (TĐĐ TĐ) 1.1 Cấu trúc phân loại 1.1.1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện tự động: * Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: + Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) tập hợp thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử phục vụ cho cho việc biến đổi lượng điện – gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng * 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 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: a) Theo đặc điểm động điện Ta có truyền động điện chiếu (dùng động điện chiều), truyền động điện không đồng (dùng động không đồng bộ), truyền động điện đồng (dùng động đồng bộ), truyền động điện bước (dùng động bước) Truyền động điện chiều sử dụng cho máy sản xuất có yêu cầu điều chỉnh tốc độ mơmen Nó có chất lượng điều chỉnh tốt, nhiên động điện chiều có cấu tạo phức tạp, giá thành cao, địi hỏi cần có nguồn chiều Do không yêu cầu cao điều chỉnh, người ta thường sử dụng truyền động điện không đồng Trong năm gần truyền động điện không đồng phát triển mạnh mẽ, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ chiều b) Theo tính điều chỉnh Ta có truyền động không điều chỉnh (động điện làm việc cấp tốc độ) truyền động điều chỉnh Các hệ truyền động không điều chỉnh thường phải kết hợp với hợp tốc độ để thực điều chỉnh khí, kết cấu phần phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành máy sản xuất cao Các hệ điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ mômen máy sản xuất cách điều chỉnh từ động điện, kết cấu máy đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao thuận tiện thao tác c) Theo mức độ tự động hóa Ta có hệ truyền động điện khơng tự động hệ truyền động điện tự động Các hệ truyền động không tự động thường đơn giản sử dụng đâu Lúc phần điện hệ có động điện khí cụ bảo vệ, đóng cắt Các hệ truyền động tự động hệ truyền động điều chỉnh vịng kín có mạch phản hồi Chất lượng điều chỉnh hệ cao, đáp ứng yêu cầu q trình cơng nghệ máy sản xuất d) Phân loại khác Như truyền động không đảo chiều truyền động đảo chiều, truyền động đơn (dùng động cơ) truyền động nhiều động cơ, truyền động vạn (có dung thiết bị biến đổi bán dẫn) 1.2 Khái niệm + Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mơmen động cơ: M = f(ω) + Nhìn chung có loại đặc tính loại động đặc trưng như: động điện chiều kích từ song song hay độc lập (đường ), động điện chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường ), động điện xoay chiều không đồng (đường ), đồng (đường ), hình 1.2 Hình 1.2: Các đặc tính bốn loại động điện * Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: + Đặc tính tự nhiên: đặc tính có động nối theo sơ đồ bình thường, khơng sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác thông số nguồn động 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 có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm, động có đặc tính tự nhiên + Đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh: đặc tính nhận thay đổi thơng số nguồn, động nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch (điện trở, điện kháng vào động cơ), sử dụng sơ đồ đặc biệt Mỗi động có nhiều đặ tính nhân tạo * Độ cứng đặc tính cơ: + Đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm “độ cứng đặc tính ” định nghĩa: M = ; đặc tính tuyến tính thì:  M = ; (1-1)  β lớn, ta có đặc tính cứng, β nhỏ đặc tính mềm, β→∞ đặc tính tuyệt đối cứng + Động khơng đồng có độ cứng đặc Hình 1.3: Độ cứng đặc tính tính thay đổi giá trị (β> 0, β< 0) Đường 1: đặc tính mềm; + Động đồng có đặc tính tuyệt Đường 2: đặc tính cứng; đối cứng (β ≈ ∞) Đường 2: đặc tính tuyệt đối cứng + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cứng (β ≥40) + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính mềm (β ≤10) 1.3 Đặc tính máy sản xuất + Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f(ω) + Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biếu diễn dạng biểu thức tổng quát:    M c  M co  ( M ®m  M co )    ®m  q (1-2) Trong đó: Mc - mơmen ứng với tốc độ ω Mco - mômen ứng với tốc độ ω = Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ωđm + Ta có trường hợp số mũ q ứng với tải: Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng cấu máy tiện, doa, máy dây, giấy, (đường  hình 1.4) Đặc điểm loại máy tốc độ làm việc thấp mơmen cản (lực cản) lớn Khi q = 0, Mc = Mđm= const, tương ứng cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt, (đường  hình 1.4) Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc với tốc độ, tương ứng cấu ma sát, máy bào, máy phát chiều tải trở, (đường  hình 1.4) Khi q = 2, mơmen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đường  hình 1.4) + Trên hình 1.4a biểu diễn đặc tính máy sản xuất: Hình 1.4: a) Các dạng đặc tính máy sản xuất : q=-1; : q=0; : q=1; : q=2 b) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính c) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính phản kháng + Ngoài ra, số máy sản xuất có đặc tính khác, như: - Mơmen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(φ) mơmen phụ thuộc vào đường Mc = f(s), máy công tác có pittơng, máy trục khơng có cáp cân có đặc tính thuộc loại - Mơmen phụ thuộc vào số vòng quay đường Mc = f(ω,s) loại xe điện - Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) máy nghiền đá, nghiền quặng Trên hình 1.4b biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mơmen cản dạng Trên hình 1.4c biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mơmen cản dạng phản kháng 1.4 Các trạng thái làm việc động điện + Trong hệ truyền động điện tự động có trình biến đổi lượng điện thành ngược lại Chính q trình biến đổi định trạng thái làm việc hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 1-1: Biểu đồ cơng suất Pđiện Pcơ ΔP Trạng thái làm việc >0 =0 =Pđiện Động không tải >0 >0 =Pđ - Pc Động có tải =0