Hóm truyền động điện, thời gian hóm, dừng mỏy chớnh xỏc.

- Tớnh toỏn được thời gian mở mỏy trong cỏc quỏ trỡnh quỏ độ 3.1.Quỏ trỡnh quỏ độ khi mở mỏy.

4. Hóm truyền động điện, thời gian hóm, dừng mỏy chớnh xỏc.

Mục tiờu:

- Lắp đặt và vận hành được cỏc mạch hóm hệ truyền động điện. - Tớnh toỏn được thời gian hóm trong cỏc quỏ trỡnh quỏ độ. 4.1. Quỏ trỡnh quỏ độ khi hóm.

Hỡnh 5-6. Cỏc sơ đồ đặc tớnh hóm ngược

Hóm ngược, đối với động cơ điện một chiều (ĐM) thỡ thay đổi cực tớnh điện ỏp phần ứng, cũn động cơ khụng đồng bộ 3 pha (ĐK) thỡ thay đổi thứ tự pha điện ỏp Stator, vỡ dũng hóm ban đầu lớn nờn cần phải thờm điện trở phụ (Rưf, R2f) để hạn chế dũng hóm khụng được vượt quỏ dũng cho phộp (Ih.bđ ≤ Icp).

Cũng như khi tớnh toỏn quỏ trỡnh khởi động, đối với quỏ trỡnh hóm thỡ cỏc đặc tớnh cơ phi tuyến như ĐMnt hay ĐKdq cũng được thay thế bằng đoạn đặ tớnh tuyến tớnh hoỏ từ -M1 đến -M2 như hỡnh 4-8a. Phương trỡnh của một đoạn thẳng ấy cú dạng:

Mụmen hóm ban đầu cú giỏ trị cực đại: Mh.bđ = - M1 ≤ Mcp (M1 ≈ 2,5Mđm). Khi biết giỏ trị dũng điện cho phộp, ta cú thể xỏc định được điện trở phụ thờm vào để hạn chế dũng hóm ban đầu:

Trong đú: Ebđ là s.đ.đ ban đầu của động cơ khi hóm. Đối với ĐMđl, tại thời điểm ban đầu quỏ trỡnh hóm, s.đ.đ E vẫn giữ nguyờn giỏ trị trước đú:

Đối với ĐMnt, tại thời điểm ban đầu quỏ trỡnh hóm, dũngđiện phần ứng và từ thụng thay đổi đồng thời, lỳc đú:

Trị số Kệ(Icp) cú thể được xỏc định từ phương trỡnh cõn bằng điện ỏp phần ứng với I = I trờn đặc tớnh tự nhiờn:

Trong đú: ωtn1 là tốc độ trờn đặc tớnh cơ tự nhiờn khi I = Icp. Do đú:

+ Điểm cuối của quỏ trỡnh hóm được xỏc định bởi giỏ trị M2 (hoặc I2) và ω = 0. Đối với ĐMnt, M2 được xỏc định nhờ trị số dũng điện tương ứng:

Theo giỏ trị I2 và đặc tớnh vạn năng của ĐMnt: Ta xỏc định đ−ợc:

Đối với động cơ ĐK, điện trở phụ trong mạch rụto được xỏc định từ quan hệ tỉ lệ giữa độ trượt và điện trở khi M1 = const:

Trong đú: sbđ = (2 - sc) là độ trượt ban đầu khi hóm. Sc là độ trượt ở trạng thỏi xỏc lập trước khi hóm. Stn1 là độ trượt trờn đặc tớnh tự nhiờn khi M1 = const. Khi đú:

+ Đối với động cơ ĐK, mụmen M2 khi ự = 0 (s = 1) được xỏc định theo cụng thức:

Trong đú: St.btr- hệ số trượt tới hạn trờn đặc tớnh biến trở:

St.tn là độ trượt tới hạn trờn đặc tớnh tự nhiờn. Trong quỏ trỡnh hóm, sự biến thiờn của tốc độ và mụmen được xỏc định theo cụng thức (5-6), (5-7). Vỡ từ (5- 17):

Trờn hỡnh 5-8b trỡnh bày đồ thị tốc độ, mụmen và thời gian khi hóm. Cuối quỏ trỡnh hóm (ự ≈ 0) gia tốc vẫn khỏc khụng. Do đú muốn dừng động cơ thỡ lỳc đú ta phải cắt động cơ ra khỏi lưới.

4.1.2. Xột QTQĐ cơ học khi hóm động năng.

Cú thể coi quỏ trỡnh hóm động năng là trường hợp riờng của quỏ trỡnh hóm ngược khi M2 = 0 (I2 =0) lỳc ự = 0. Vỡ vậy cú thể khảo sỏt tương tự khi hóm ngược ta sẽ được kết quả tương tự khi hóm ngược nhưng với điều kiện cuối là: M2 = 0 (I2 = 0) và ω = 0.

4.2.Tớnh toỏn thời gian hóm, dừng mỏy. Thời gian hóm cú thể được xỏc định:

Trờn hỡnh 5-8b trỡnh bày đồ thị tốc độ, mụmen và thời gian khi hóm. Cuối quỏ trỡnh hóm (ω≈ 0) gia tốc vẫn khỏc khụng. Do đú muốn dừng động cơ thỡ lỳc đú ta phải cắt động cơ ra khỏi lưới.

Bài tập thực hành:

Bài 1.Một động cơ cú cỏc số liệu như sau :

Pđm = 25KW, Uđm = 220V,nđm = 420V/phỳt, Iđm = 120A, Jht =12,5 Đõy là động cơ điện một chiều kớch từ độc lập đang nõng tải, trọng tải điểm định mức trờn đường đặc tớnh cơ tự nhiờn.

Tớnh : Trị số Rf = ? Khi động cơ chuyển sang làm việc với n = 350V/phỳt. Hóy vẽ đặc tớnh quỏ độ cơ học n = f(t) và M = f(t) của

Bài 2.Một động cơ một chiều kớch từ độc lập đang kộo mỏy sản xuất tại điểm định mức. Số liệu của động cơ như sau :

Pđm = 16 KW, Uđm = 220V, nđm = 1400V/phỳt, Iđm = 84A, Momen quỏn tớnh động cơ = 0,95Kgm2, Momen quỏn tớnh của cơ cấu sản xuất bằng 0,625 Kgm2.

Momen cản của động cơ cú tớnh phản khỏng, để dừng động cơ người ta sử dụng biện phỏp hóm động năng kớch từ độc lập với dũng điện hóm ban đầu bằng 2,5Iđm. Hóy khảo sỏt quỏ trỡnh quỏ độ của quỏ trỡnh hóm trờn.

(n = f(t),M = f(t), I = f(t))và Tớnh Rhóm , thời gian hóm bằng bao nhiờu ?

Bài 3.Một động cơ điện một chiều kớch từ song song đang làm việc với phụ tải

cú tớnh phản khỏng cú trị số Mc = 80%Mđm trờn đặc tớnh cơ tự nhiờn. Đổi chiều di chuyển bằng phương phỏp đổi chiều cực tớnh điện ỏp đặt vào phần ứng, với dũng hóm ban đầu bằng 2,5 Iđm

Khảo sỏt quỏ trỡnh quỏ độ cơ học của quỏ trỡnh đổi chiều trờn. (n = f(t),M = f(t), I = f(t)) từ lỳc bắt đầu quay ngược với tốc độ mới. Động cơ cú số liệu như sau : Pđm = 19 KW, Uđm = 220V, nđm = 750V, Iđm = 93A, Mqt = 3,1Kgm2, Mqtccsx = 2,79Kgm2

Bài 4.Một động cơ một chiều kớch từ độc lập cú cỏc tham số sau :

Pđm = 4,2 KW, Uđm = 220V, Iđm = 20A, nđm = 1000v/phỳt, Jđ = 1Kgm2, Mc = 0,8Mđm, Jqđ = 2kgm2.

Động cơ khởi động qua cỏc cấp điện trở phụ Rf. Hóy xỏc định số cấp điện trở khởi động, thời gian khởi động.

Bài 5.Một động cơ một chiều kớch từ độc lập đang làm việc với tốc độ

1350V/phỳt, với Mc = Mđm, U = Uđm, ư = ưđm. Khảo sỏt quỏ trỡnh quỏ độ cơ học của động cơ (n = f(t), M = f (t), n = f(t)), khi động cơ tăng tốc từ tốc độ trờn đến tốc độ định mức. Động cơ cú cỏc tham số sau : Pđm = 15 KW, Uđm = 220V, Iđm = 81,5A, nđm = 1600v/phỳt Mqt của toàn hệ thống bằng 0,312Kgm2

Bài 6.Một động cơ kớch từ độc lập, đang nõng trọng tải tại điểm định mức trờn

đường đặc tớnh cơ tự nhiờn. Để hóm dừng động cơ người ta thực hiện phương phỏp hóm động năng kớch từ độc lập với Ihbđ = 3 Iđm. Hóy khảo sỏt quỏ trỡnh cơ học trờn (n = f(t),M = f (t), n = f(t)). Động cơ cú cỏc số liệu sau : Pđm = 20,5 KW, Uđm = 440V, Iđm = 55A, nđm = 1000V/phỳt, Jht = 1 Kgm2.

Bài 7.Một động cơ điện một chiều kớch từ độc lập đang nõng trọng tải tại điểm

trờn đường đặc tớnh cơ tự nhiờn, người ta thực hiờn hóm động năng kớch từ độc lập với Ihbđ = 3Iđm. Động cơ cú cỏc số liệu sau : Pđm = 13,5 KW, Uđm = 220V, Iđm = 73A, nđm = 1050V/phỳt, Jht = 1 Kgm2.

a/ Xỏc định điện trở hóm Rh ?

b/ Khảo sỏt quỏ trỡnh quỏ độ và thời gian quỏ độ.

Một động cơ kớch từ độc lập đang làm việc với tải phản khỏng cú trị số Mc = 0,8 Mđm trờn đường đặc tớnh cơ tự nhiờn, để dừng động cơ người ta sử dụng hóm động năng kớch từ độc lập với dũng điện hóm ban đầu bằng 2,5Iđm. Khảo sỏt quỏ trỡnh cơ học của quỏ trỡnh trờn (n = f(t),

M = f (t), n = f(t)). Số liệu của động cơ như sau : Pđm = 29 KW, Uđm = 440V, Iđm = 76A, nđm = 1000V/phỳt, Mqtđcơ = 0,568Kgm2, Mqtccsx = 0,625kgm2.

Bài 9. Một động cơ kớch từ độc lập đang nõng tải, trọng tải điểm định mức, thực

hiện đảo chiều quay để đưa tải trọng đi xuống cựng tốc độ như khi nõng lờn với dũng điện ban đầu khi đảo chiều là I = 2,5Iđm. Tham số của động cơ như sau : Pđm = 32 KW, Uđm = 220V, Iđm = 171A, nđm = 1000v/phỳt, Mqtđcơ = 5,9Kgm2, Mqtccsx = 5kgm2. Hóy khảo sỏt quỏ trỡnh quỏ độ cơ học của quỏ trỡnh trờn. (n = f(t), M = f (t), n = f(t)).

Bài 10.Một động cơ điện một chiều kớch từ độc lập cú cỏc tham số sau : Uđm =

220V, Iđm = 15A, nđm = 500v/phỳt, Jđ = 1Kgm2, Mc = 0,8Mđm, Jqđ = 2kgm2. Động cơ đang làm việc trờn đường đặc tớnh cơ tự nhiờn, để hóm dừng nhanh người ta sử dụng đảo cực tớnh điện ỏp đặt vào phần ứng và nối thờm Rf. Hóy tớnh toỏn thời gian hóm của động cơ biết rằng Ihbđ = 2,5Iđm

Bài 11.Một động cơ điện một chiều kớch từ song song đang nõng tải trọng trờn

đặc tớnh cơ tự nhiờn với Momen cản Mc = 85%Mđm. Để giảm tốc xuống bằng 1000V/phỳt, người ta thờm rf nối vào phần ứng. Vẽ đặc tớnh quỏ trỡnh cơ học (n = f(t),M = f (t), n = f(t)). Động cơ cú cỏc số liệu sau :

Pđm = 14,5 KW, Uđm = 220V, Iđm = 83A, nđm = 1500V/phỳt, Mqtđcơ = 2,25Kgm2, Mqtccsx = 2kgm2.

CÂU HỎI ễN TẬP

1.Trỡnh bầy nội dung đặc tớnh động của truyền động điện?

2.Trỡnh bày cỏc quỏ trỡnh quỏ độ cơ học, quỏ độ điện-cơ trong hệ truyền động điện vũng hở.?

3.Giải thớch cỏc quan hệ thời gian của cỏc đại lượng điện-cơ trong hệ truyền động điện.?

4. Trỡnh bầy cỏc bước lắp đặt và vận hành cỏc mạch khởi động hệ truyền động điện.?

5.Tớnh toỏn thời gian mở mỏy trong cỏc quỏ trỡnh quỏ độ?

6.Trỡnh bầy cỏc bước lắp đặt và vận hành cỏc mạch hóm hệ truyền động điện? 7.Tớnh toỏn được thời gian hóm trong cỏc quỏ trỡnh quỏ độ?

CHƯƠNG 6: CHỌN CễNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Mó chương: 20-06 Gới thiệu:

Trong hệ truyền động điện luụn cú sự thay đổi tải trong quỏ trỡnh làm việc của hệ. Việc lựa chọn động cơ sao cho phự hợp với sự thay đổi của phụ tải trong cỏc hệ truyền động điện là rất quan trọng. Trong bài học trỡnh bày cỏc chế độ làm việc của động cơ, cỏc phương phỏp chọn cụng suất động cơ làm việc trong cỏc chế độ và cỏch kiểm nghiệm cụng suất động cơ

Mục tiờu:

- Chọn đỳng cụng suất động cơ cho những truyền động cú điều chỉnh và khụng điều chỉnh tốc độ.

- Kiểm nghiệm cụng suất động cơ sau khi đó chọn cho phự hợp với mỏy sản xuất.

- Chủ động, nghiờm tỳc trong học tập và cụng việc

1.Phương phỏp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyờn lý phỏt nhiệt

Mục tiờu:

Trỡnh bầy được phương phỏp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyờn lý phỏt nhiệt

1.1.Phỏt núng và nguội lạnh của mỏy điện

a. Nguyờn nhõn phỏt núng động cơ

Trong quỏ trỡnh làm việc, thực hiện biến đổi điện năng thành cơ năng, một phần năng lượng bị tiờu tỏn bờn trong động cơ dưới dạng nhiệt, biểu diễn dưới dạng tổn thất cụng suất: P = Pđ - Pcơ

Pđ: Cụng suất điện mà động cơ tiờu thụ từ lưới. Pcơ ( Pc ): Cụng suất cơ động cơ đưa ra ở đầu trục.

Vỡ Pcơ = . PđP = (1-). Pđ = = .

(Nếu ở chế độ định mức)

Cụng suất tổn hao gồm ba phần:

- Tổn hao do ma sỏt ở cỏc ổ bi và Roto quay trong khụng khớ. - Tổn hao sắt từ, phụ thuộc và chất lượng lừi sắt rụto và Stator.

- Tổn hao trong cỏc cuộn dõy (tổn hao đồng) do hiệu ứng Jull. Tổn hao này tỉ lệ với bỡnh phương dũng chạy qua Roto, Stator -> phụ thuộc vào tải -> Tổn hao thuộc loại tổn hao biến đổi, chiếm tỉ lệ lớn trong P: Vậy P= Pkhụng đổi + P

biến đổi . Chớnh P sinh ra nhiệt lượng đốt núng động cơ làm t0 động cơ tăng lờn. Nếu động cơ khụng trao đổi nhiệt với mụi trường xung quanh thỡ t0 tăng mói đến

nếu động cơ làm việc lõu dài. Thực tế, nhiệt lượng toả ra mụi trường ngoài qua mặt ngoài động cơ làm hạn chế sự phỏt núng đú. Sau một thời gian làm

việc, t0 động cơ khụng tăng nữa mà đạt trị số ổn định. Lỳc đú, nhiệt lương tỏa ra mụi trường trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lượng sinh ra trong động cơ. Đú là trạng thỏi cõn bằng động về nhiệt của động cơ:

b. Cỏc phương trỡnh cõn bằng nhiệt

Giả thiết động cơ là một vật thể đồng nhất, nhiệt độ giống nhau ở mọi điểm và dẫn truyền nhiệt tức thời (hệ số dẫn nhiệt rất lớn). Nhiệt lượng sinh ra ở động cơ trong thời gian dt là: Pdt (J), nhiệt lượng này chia làm hai phần: Phần nhiệt lượng làm cho động cơ núng lờn là C.d (C: Nhiệt dung của động cơ, tức là nhiệt lượng cần thiết làm cho động cơ núng lờn 10c (J/0C)), : Nhiệt sai (nhiệt độ chờnh lệch giữa động cơ và mụi trường(0C). ). Phần nhiệt lượng từ động cơ toả ra mụi trường trong khoảng dt: A. . dt (A: Hệ số toả nhiệt, nhiệt lượng mà động cơ toả ra mụi trường trong 1 đơn vị thời gian khi chờnh lệch giữa nhiệt độ động cơ và nhiệt độ mụi trường là10C(w/0C)); A phụ thuộc vào điều kiện làm mỏt của động cơ, nếu làm mỏt tốt thỡ A lớn.

Vậy, phương trỡnh cõn bằng nhiệt: P.dt = Cd + Adt (1).

Dựng phương phỏp phõn ly biến số, giải (1) với , điều kiện đầu: t=0, = bđ ta cú nghiệm: =ụđ (1 - e-t/ )(2).

ụđ = : Nhiệt sai ổn định ; : Hằng số thời gian đốt núng : =

AC C

(thực chất, nghiệm là:  = ụđ + (bđ- ụđ). e-t/, nhưng tại t = 0 cú bd = 0: t0 động cơ = t0mụi trường) => = ụđ (1 - e-t/).

Đõy là phương trỡnh biểu diễn đường cong phỏt núng của động cơ.

Khi đang làm việc với một nhiệt sai nào đú, nếu cắt động cơ khỏi nguồn điện thỡ động cơ sẽ nguội dần. Lỳc này, nguyờn nhõn sinh ra nhiệt của động cơ chỉ cũn là lượng mất mỏt do ma sỏt rất nhỏ nờn xem nhiệt lượng phỏt ra: Q=0 (ụđ =0) => = bđ .e-t/.

Đõy là phương trỡnh biểu diễn đường cong nguội lạnh của động cơ.

Chỳ ý: bđ trong quỏ trỡnh nguội lạnh chớnh là ụđ trong quỏ trỡnh phỏt núng. Từ

đú, ta xõy dựng được đường cong phỏt núng và nguội lạnh: 1.2.Cỏc chế độ làm việc của truyền động điện

Để tiến hành chọn cụng suất động cơ điện dựa theo chế độ nhiệt của động cơ, người ta phõn loại cỏc chế độ làm việc của động cơ:

a. Chế độ làm việc dài hạn

Chế độ này động cơ làm việc cú phụ tải trong một thời gian dài. Do đú, khi làm việc, động cơ cú nhiệt độ đạt tới giỏ trị ổn định. Trong đú, nhiệt sai của động cơ cũng đạt tới trị số ổn định.

VD: Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn là cỏc động cơ kộo quạt giú, bơm nước, mỏy nộn khớ.

Giản độ phụ tải và đường cong nhiệt sai của động cơ như hỡnh vẽ.

Hỡnh 6-1. Giản độ phụ tải và đường cong nhiệt sai ở chế độ dài hạn

b. Chế độ làm việc ngắn hạn

Động cơ làm việc cú phụ tải trong 1 thời gian ngắn. Nhiệt sai của động cơ chưa đạt tới trị số ổn định thỡ mất phụ tải, thời gian nghỉ của động cơ rất dài, nhiệt sai của động cơ đủ để giảm xuống bằng nhiệt sai ban đầu.

VD: Động cơ đúng, mở cửa đập nước, động cơ trong cỏc cơ cấu nõng – hạ xà ngang, nờm chặt xà ở cỏc mỏy cắt gọt kim loại lớn (Tiện đứng, phay giường, bào giường…). Giản đồ phụ tải, đường cong nhiệt sai như hỡnh vẽ:

Hỡnh 6-2. Giản độ phụ tải và đường cong nhiệt sai ở chế độ ngắn hạn

c. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại.

Thời gian làm việc cú phụ tải và thời gian nghỉ xen kẽ nhau. Cỏc khoảng thời gian này tương đối ngắn. trong thời gian làm việc: tlv, nhiệt sai của động cơ chưa đạt tới trị số ổn định thỡ mất phụ tải.Trong thời gian nghỉ, nhiệt sai động cơ giảm nhưng chưa về trị số cũ thỡ lại cú phụ tải, nhiệt sai lại tăng lờn. Quỏ trỡnh cứ thế mà lặp lại, cuối cựng, nhiệt độ động cơ dao động xung quanh một nhiệt độ ổn định trung bỡnh tb nào đú giữa max và min.

VD: Cầu trục, mỏy hàn, cần trục…

% = . Cỏc trị số tiờu chuẩn của % là: 15%; 25%; 40%; 60%.

Hỡnh 6-3. Giản độ phụ tải và đường cong nhiệt sai ở chế độ ngắn hạn lặp lại

1.3. Phương phỏp chung chọn cụng suất động cơ.

a. Cỏc chỉ tiờu chọn động cơ điện.

Chọn động cơ điện phải đảm bảo hai mặt: Kinh tế và kỹ thuật.

* Về mặt kỹ thuật: