Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất, Đặc biệt trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để dáp ứng các yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hoá cao. Ngày nay, do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và thay đổi đáng kể. Ở nước ta, do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế, ngày càng xuất hiện nhiều dây truyền sản xuất mới ccó mức độ tự động hoá cao với những hệ truyền động điện hiện đại.
LỜI NĨI ĐẦU Truyền động điện có nhiệm vụ thực công đoạn cuối công nghệ sản xuất, Đặc biệt dây truyền sản xuất tự động đại, truyền động điện đóng góp vai trị quan trọng việc nâng cao xuất chất lượng sản phẩm Vì hệ truyền động điện luôn quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để dáp ứng yêu cầu công nghệ với mức độ tự động hoá cao Ngày nay, ứng dụng tiến kỹ thuật điện tử tin học, hệ truyền động điện phát triển thay đổi đáng kể Ở nước ta, yêu cầu công nghiệp hoá đại hoá kinh tế, ngày xuất nhiều dây truyền sản xuất ccó mức độ tự động hoá cao với hệ truyền động điện đại Để đáp ứng nhu cầu dậy học tốt cho giáo viên học sinh – sinh viên, mơn Điện - Tự động hố Trường Cao đẳng Hoá chất biên soạn tập tài liệu với nộ dung sau: Chương 1: Những khái niệm hệ truyền động điện Chương 2: Đặc tính động điện Chương 3: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Chương 4: Ổn định tốc độ hệ truyền động điện Chương 5: Tính chọn công suất động cho hệ truyền động điện Trong q trình biên soạn, có nhiều cố gắng, khơng tránh khỏi hết thiếu sót, mong nhận góp ý đồng nghiệp em học sinh – sinh viên Tác giả -1- PHỤ LỤC Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN…………… 1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện (TĐĐ) 1.1.1 Khái niệm: 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 1.2 Đặc tính truyền hệ ®éng ®iÖn 1.2.1 Đặc tính cấu sản xuất 1.2.2 Đặc tính ®éng c¬ ®iƯn 1.3.Các trạng thái làm việc hệ truyền động điện 3.1.Các khái niệm chung: 1.3.2 Các trạng thái làm việc hệTĐĐ 1.3.3 Độ cứng đặc tính 10 1.3.4 Các tính chất mơ men cản: .10 1.3.5 Sự phù hợp đặc tính động điện đặc tính cấu sản xuất 11 1.4 Phương trình động học hệ truyền động điện 11 1.4.1 Chuyển động tịnh tiến: .11 1.4.2 Chuyển động quay 12 1.5 Tính quy đổi mơmen cản, lực cản, mơ men qn tính, khối qn tính trục động 13 1.5.1 Tính quy đổi mơ men Mc, lực cản Fc trục động 13 1.5.2 Tính quy đổi mơ men qn tính: 14 Bài tập chương 14 Chương ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ……………………………………15 2.1 Khái niệm chung .15 2.2 Đặc tính động điện chiều 15 2.2.1 Động điện chiều kích từ độc lập 15 2.2.2 Động điện chiều kích từ nối tiếp 27 2.2.3 Các trạng thái hÃm động điện chiều .31 2.3 Đặc tính động điện xoay chiều ba pha không đồng (KĐB) 37 2.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .37 2.3.2 Phơng trình đặc tính .38 2.3.3 ¶nh hởng thông số điện đặc tính 41 2.3.4 Mở máy (khởi động) động điện KĐB .44 2.3.5 Đảo chiều quay động điện KĐB .47 2.3.6 Các trạng thái hÃm động điện K§B 47 Bài tập chương 51 Chương 3.ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ……………………53 3.1 Các tiêu đánh giá trình điều chỉnh tốc độ 54 3.1.1 Dải điều chỉnh tốc độ 54 3.1.2 Độ trơn điều chỉnh 54 3.1.3 Độ ổn định tốc độ (độ cứng đặc tính cơ) 54 -2- 3.1.4 Tính kinh tế 55 3.1.5 Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh đặc tính tải .55 3.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 56 3.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng 56 3.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông .58 3.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch phần ứng 59 3.3 Các hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ động điện chiều 60 3.3.1 Hệ truyền động máy phát - động (F - Đ) 60 3.3.2 Hệ truyền động khuếch đại từ - động (KĐT - Đ) 63 3.3.3 Hệ truyền động T - Đ 64 3.3 Điều chỉnh tốc độ động xoay chiều 67 3.3.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto .67 3.3.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato 68 3.3.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn xoay chiều 68 3.3.4 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực động .70 Chương ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN …………… 71 4.1 Khái niệm chung .71 4.2 Nguyên lý điều khiển tự động hệ BĐ- Đ 71 4.2.1 Nguyên lý chung 71 4.2.2 Điều khiển Eb theo dòng phần ứng .73 4.2.3 Điều khiển Eb theo điện áp phần ứng 75 4.3.4 Điều chỉnh Eb theo tốc độ động 76 4.3 Nguyên lý điều khiển tự động hệ F – Đ 78 4.3.1 Hệ F – Đ có kích từ nối tiếp 78 4.3.2 Hệ F – Đ có khuếch đại máy điện từ trường ngang 79 4.3.3 Hệ F- Đ có kích từ tiristor 80 4.4 Nguy ên lý điều khiển tự động hệ V- Đ, VT- Đ 80 4.4.1 Hệ V – Đ tự động .80 4.4.2 Hệ VT – Đ tự động 81 Chương5 TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ……………………………………………………………………………………83 5.1 Những vấn đề chung .83 5.2 Phát nóng nguội lạnh động .83 5.3 Các chế độ làm việc động .84 5.3.1.Chế độ dài hạn: 84 5.3.2 Chế độ ngắn hạn: 84 5.3.3 Chế độ ngắn hạn lặp lại: 84 5.4 Tính chọn cơng st động cho hệ truyền động không điều chỉnh tốc độ 85 5.4.1 Chọn công suất động làm việc dài hạn .85 5.4.2 Chọn công suất động làm việc ngắn hạn 86 5.4.3 Chọn công suất động làm việc ngắn hạn lặp lại 87 5.5 Tính chọn cơng suất động cho hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ 88 -3- 5.6 Kiểm nghiệm công suất động .89 Bài tập chương 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….92 Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện (TĐĐ) 1.1.1 Khái niệm: Truyền động cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyền động điện (TĐĐ) Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng theo u cầu công nghệ máy sản xuất Về cấu trúc, hệ thống TĐĐ nói chung bao gồm khâu: Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F-Đ), chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: động xoay chiều KĐB ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc; động điện chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cữu; động xoay chiều đồng -4- TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mômen, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BBĐ, động điện Đ, cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, cơng tắc tơ) hay khơng có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác máy tính điều khiển, vi xử lý, PLC Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Một hệ thống TĐĐ khơng thiết phải có đầy đủ khâu nêu Tuy nhiên, hệ thống TĐĐ ln bao gồm hai phần chính: - Phần lực: Bao gồm biến đổi động điện - Phần điều khiển: Một hệ thống truyền động điện gọi hệ hở khơng có phản hồi, gọi hệ kín có phản hồi, nghĩa giá trị đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện Người ta phân loại hệ truyền động điện theo nhiều cách khác tùy theo đặc điểm động điện sử dụng hệ, theo mức độ tự động hoá, theo đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi Từ cách phân loại hình thành tên gọi hệ a Theo đặc điểm động điện: - Truyền động điện chiều: Dùng động điện chiều, truyền động điện chiều sử dụng cho máy có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ mơmen, có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động điện chiều có cấu tạo phức tạp giá thành cao, địi hỏi phải có nguồn chiều, trường hợp khơng có u cầu cao điều chỉnh, người ta thường chọn động KĐB để thay -5- - Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều không đồng Động KĐB ba pha có ưu điểm có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước hệ truyền động động KĐB lại chiếm tỷ lệ nhỏ việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn động điện chiều Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ công nghiệp chế tạo thiết bị bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng phát triển mạnh mẽ khai thác ưu điểm mình, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động chiều - Truyền động điện đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều đồng ba pha Động điện đồng ba pha trước thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v ) Ngày phát triển mạnh mẽ công nghiệp điện tử, động đồng nghiên cứu ứng dụng nhiều công nghiệp, loại giải công suất từ vài trăm W (cho cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cấu chuyển động tay máy, người máy) đến hàng MW (cho truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao ) b Theo tính điều chỉnh: - Truyền động không điều chỉnh: Động quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo truyền động điều chỉnh vị trí c Theo thiết bị biến đổi: - Hệ máy phát - động (F-Đ): Động điện chiều cấp điện từ máy phát điện chiều (bộ biến đổi máy điện) Thuộc hệ có hệ máy điện khuếch đại - động (MĐKĐ - Đ), hệ có BBĐ máy điện khuếch đại từ trường ngang - Hệ chỉnh lưu - động (CL - Đ): Động chiều cấp điện từ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu khơng điều khiển (Điơt) hay có điều khiển (Thyristor) d Một số cách phân loại khác: Ngồi cách phân loại trên, cịn có số cách phân loại khác truyền động đảo chiều không đảo chiều, truyền động đơn (nếu dùng động cơ) -6- truyền động nhiều động (nếu dùng nhiều động để phối hợp truyền động cho cấu công tác), truyền động quay truyền động thẳng, 1.2 Đặc tính truyền hệ động điện 1.2.1 Đặc tính cấu sản xuất Đặc tính biểu thị mối quan hệ tốc độ quay mômen quay: ω = f(M) n= F(M) Trong đó: ω - Tốc độ góc (rad/s) n - Tốc độ quay (vg/ph) M - Mômen (N.m) 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: Trong đó: Mc mômen cản cấu SX ứng với tốc độ ω Mc0 mômen cản cấu SX ứng với tốc độ ω = Mđm mômen cản cấu SX ứng với tốc độ định mức ωđm 1: Đặc tính ứng với q = -1 2: Đặc tính ứng với q = 3: Đặc tính ứng với q = 4: Đặc tính ứng với q = H×nh 1.2 - Đặc tính cấu sản xuất ứng với trờng hợp máy sản xuất khác Ta có trờng hợp số mũ q ứng với trờng hợp tải: -7- 1.2.2 c tớnh c ca ng điện Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: ω=f(M) Đặc tính động điện chia đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo Dạng đặc tính loại động khác khác phân tích chương Đặc tính tự nhiên: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thơng số điện áp, dịng điện động định mức theo thông số thiết kế chế tạo mạch điện động không nối thêm điện trở, điện kháng Đặc tính nhân tạo: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thông số điện khơng định mức mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng có thay đổi mạch nối Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta sử dụng đặc tính điện Đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) hay n = f(I) 1.3.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 3.1.Các khái niệm chung: a Dịng cơng suất điện Pđiện: Dịng cơng suất Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ động biến đổi thành công suất Pcơ = Mω cấp cho máy sản xuất Ngược lại cơng suất điện có giá trị âm có chiều từ động nguồn b Công suất cơ: -8- Là công suất trục động Công suất có giá trị dương mơ men động sinh chiều với tốc độ quay, cơng suất có giá trị âm truyền từ máy sản xuất nguồn mô men động sinh ngược chiều với tốc độ quay động c Mô men máy sản xuất: Được gọi mô men phụ tải hay mô men cản Nó định nghĩa dấu âm dương ngược lại với dấu mô men động 1.3.2 Các trạng thái làm việc hệTĐĐ Phương trình cân công suất hệ truyền động là: Pd = Pc + ∆P (1.2) Tuỳ thuộc vào trình biến đổi lượng điện – hệ mà ta có trạng thái làm việc động gồm: trạng thái động trạng thái hãm + Trạng thái động bao gồm chế độ có tải không tải + Trạng thái hãm gồm hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược hãm động - Hãm tái sinh Pd < 0, Pc < biến thành điện trả lưới - Hãm ngược Pd > 0, Pc < điện chuyển thành tổn thất ∆P - Hãm động Pd = 0, Pc Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ đcơ ≥ MC mở máy Ta thấy việc kiểm nghiệm theo yêu cầu q tải mơmen mơmen khởi động thực dễ dàng Riêng yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng khó khăn, khơng thể tính tốn phát nóng động cách xác (vì tính tốn phát nóng động tốn phức tạp) Bài tập chương Bài Cho đồ thị phụ tải tĩnh máy sản xuất có tham số sau : - 91 - - Hệ thống yêu cầu tốc độ 1800V/phút - Động để kéo hệ thống có : Pđm = 13KW, nđm = 1000V/phút, λm = 2,2 - Hãy kiểm tra tính hợp lý động Bài Cho đồ thị phụ tải sau : - Có tốc độ yêu cầu nyc = 720V/phút - Động kéo máy có thơng số : Pđm = 11KW, nđm = 720V/phút, Uđm = 220/380V, εđc = 60% đấu - Hãy kiểm tra công suất động Bài Hãy xác định công suất động kéo máy sản xuất có đồ thị phụ tải sau : - Có tốc độ yêu cầu 1450V/phút Bài Cho đồ thị phụ tải sau : - Dùng cho động dài hạn có Pđm = 10 KW, nđm = 750V/phút, - 92 - Uđm = 220/380V kéo phụ tải tốc độ định mức - Hãy kiểm tra công suất động Bài Cho đồ thị phụ tải sau : Công suất động 14KW, εtc = 60% Kiểm tra công suất động theo đồ thị phụ tải tĩnh cho Nếu giữ công suất động khơng thay đổi, giảm hệ số đóng điện động xuống 45% động có đạt yêu cầu không ? Bài Cho đồ thị phụ tải sau : Tốc độ yêu cầu = 720V/phút Động kéo máy có số liệu sau : Pđm = 16KW, nđm = 720V/phút, Uđm = 230/380V, εđc = 40% đấu Hãy kiểm nghiệm công suất động - 93 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Điều khiển tự động truyền động điện, Trịnh Đình Đề, Võ Trí An, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp - 1983 Giáo trình truyền động điện tự động, ThS Khương Công Minh, Tài liệu lưu hành nội Bộ môn Tự động-Đo Lường, ĐHBK - Đại học Đà Nẵng Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, NXB KH KT -2001 Cơ sở truyền động điện tự động, Tsilikin M G (sách dịch), NXB KH KT - 1977 Điện tử công suất điều khiển động điện, Cyril W Lander (sách dịch), NXB Khoa học Kỹ thuật - 1993 Điện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB Khoa học Kỹ thuật 2000 - 94 -