Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan động cơ điện một chiều

Chia sẻ: Mr Yo Ko | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

0
149
lượt xem
73
download

Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan động cơ điện một chiều

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bước sang thế kỷ 21, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã trở thành nòng cốt của mọi sự tiến bộ xã hội, đặc biệt quan trọng là sự tiến bộ về kinh tế. Nhờ đó xã hội được thay đổi từng ngày, từng giờ. Đất nước ta đang từng bước chuyển mình, để theo kịp với thế giới. Trong những năm gần đây, xu thế CNH đã mang lại nhiều thay đổi cho đất nước, đặc biệt là lĩnh vực TĐH. Công nghệ TĐH đã mang lại rất nhiều lợi ích cho con người...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - Tổng quan động cơ điện một chiều

  1. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Bước sang thế kỷ 21, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã trở thành nòng cốt của mọi sự tiến bộ xã hội, đặc biệt quan trọng là sự tiến bộ về kinh tế. Nhờ đó xã hội được thay đổi từng ngày, từng giờ. Đất nước ta đang từng bước chuyển mình, để theo kịp với thế giới. Trong những năm gần đây, xu thế CNH đã mang lại nhiều thay đổi cho đất nước, đặc biệt là lĩnh vực TĐH. Công nghệ TĐH đã mang lại rất nhiều lợi ích cho con người như tăng năng suất lao động, giảm nhân công, hạ giá thành sản phẩm… hơn nữa giúp con người tránh phải làm việc ở môi trường bất lợi hay khó tham gia. Do đó yêu cầu CNH – HĐH trở thành vấn đề cấp thiết. Đất nước ta vốn là một nước nông nghiệp, nền nông nghiệp còn lạc hậu vì vậy vấn đề CNH CN trở nên hết sức quan trọng. Trước đây công nghiệp nước ta chủ yếu lao động thủ công, thô sơ, con người phải lao động nhiều. Do đó chất lượng và hiệu quả thấp. Ngày nay công nghiệp nước ta đang từng bước tiến hành TĐH. Các thiết bị TĐH đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thủy điện , giấy, đường… đang sử dụng ngày càng nhiều thành tựu của công nghiệp hiện đại với mục tiêu CNH – HĐH đất nươc, ngày càng có nhiều dây truyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi những cán bộ kỹ thuật, kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất, vi mạch, vi sử lý… trong công tác kỹ thuật hiện đại để đưa TĐH vào sản xuất. Để nâng cao năng suất chất lượng trước hết ta phải điều chỉnh những động cơ trong dây truyền sản xuất. Để điều chỉnh động cơ ta có nhiều cách: Điều chỉnh bằng phương pháp băm xung áp một chiều, biến tần, PLC… và bằng bộ chỉnh lưu điều khiển tiristo. SV Đinh Quang Hiệp 1 Lớp K9C – TĐH
  2. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Theo nhiệm vụ được giao của thiế kết tốt nghiệp là tề tài: ”Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều” Với kiến thức đã học, kiến thức thực tế, sự tìm tòi và với sự hướng dẫn tận tình của thầy Lưu Đức Dũng cùng các thấy trong trung tâm nghiên cứu và phát triển tự động hoá (CERDA), em đã hoàn thành quyển đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, em mong thầy cô và các bạn góp ý kiến để quyển đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! SV Đinh Quang Hiệp 2 Lớp K9C – TĐH
  3. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Máy điện là thiết bị điện tử, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điên). Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải… Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng… Phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng: máy điện tĩnh, máy điện quay. II/ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Máy điện có nhiều loại nhưng trong đồ án này theo đề tài được nhận em chỉ trình bày về động cơ điện một chiều. 1, Cấu tạo động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều là thiết bị điền từ quay, nó biến điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc của nó dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vì vậy nó được dùng nhiều trong công nghiệp cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (như máy cán thép, máy bơm, quạt gió, máy căt…) Ngoài dây quấn xếp ở máy điện một chiều còn kiểu dây quấn sóng. Các phần tử được nối thành mạch vòng kín ở dây quấn sóng đơn chỉ có hai mạch nhánh song song, thường thấy ở máy có công suất nhỏ. - cổ góp và chổi điện: Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạnh hình trụ gắn ở đầu trục rô to. Các đầu dây của phần từ nối với phiến góp. Chổi điện làm bằng than grafit. Các chổi tỳ đặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy. Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: - Phần tĩnh (stato) - Phần quay (roto) a, Phần tĩnh. Hay còn gọi là phần kích từ của động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm có mạch từ và dây quấn kích thích lồng ngoài mạch từ. - Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc) - Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (êmay). Các cuộn dây kích từ này được nối với nhau. SV Đinh Quang Hiệp 3 Lớp K9C – TĐH
  4. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp 1 2 1 – Mạch từ 2 – Cuộn dây kích từ H. 1-1: Cấu tạo động cơ điện 1 chiều B, Phần quay. Hay còn gọi là phần ứng, sinh ra sức điện động. Gồm có mạch từ được làm băng vật liệu sắt từ (các lá thép kỹ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có xẻ rãnh để lồng dây quấn phần ứng (được làm băng dây điện từ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối vơi nhau theo một quy luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối lên các phiến đồng gọi là các phiến góp. Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than, được làm bằng than graphit và được ép sát vào mặt cổ góp nhờ lò xo. Mạch roto 3. trục 1 chổi than Cổ góp 2. lõi thép cuộn dây a, b, H. 1-2: cổ góp 2, Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều. Ở động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ. - Nguồn phần ứng được đưa vào 2 chổi than để đưa vào cổ góp của phần ứng Fđt c Fđt b A d A a + n + n b c Fđt Fđt B a B q - SV Đinh Quang Hiệp 4 Lớp K9C – TĐH
  5. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp - H. 1-3: sơ đồ nguyên lý hoạt động. Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho roto quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab và cd đổi chỗ cho nhau. Do co phiến góp chiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không đổi. Đảm bảo động cơ co chiều quay không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư. Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều với chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp trong mạch vòng phần ứng: U = Eư + Rư Iư 3, Phân loại động cơ điện một chiều. Tuỳ theo cách kích từ động cơ điện một chiều mà được phân loại thành các động cơ sau: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Động cơ điện một chiều kích từ song song. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Trong động cơ điện một chiều kich từ song song ta có phương trình đặc tính cơ: ω01 U- R- ω= − μ Δω1 Kφ ( Kφ ) 2 Đặc tính cơ ứng với Uư1 là: ω02 (1) (1) Δω2 (2) ΔM 1 ΔM có độ cứng: β = 0 M Δϖ 1 M1 M2 đặc tính cơ ứng với Uư2 là: U- R- ϖ2 = − μ2 Hình 1-4 phương trình đặc tính cơ Kφ ( Kφ ) 2 ΔM có độ cứng: β = Δϖ 2 ta thấy β 1 > β 2 ( vì Δϖ 1 < Δϖ 2 ) vì động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song có điện trở phần ứng nhỏ do đó β rất lớn SV Đinh Quang Hiệp 5 Lớp K9C – TĐH
  6. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp R- Δϖ = ϖ 2 − ϖ 1 = ϖ 2 − ϖ 1 ( Kφ ) 2 R- Δϖ = ΔM ( Kφ ) 2 ΔM ( Kφ ) 2 => β= = Δϖ R- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập hoặc song song có độ cứng ứng với đặc tính cơ tự nhiên tương đối cứng nghĩa là động cơ có độ ổn định tốc độ tương đối tốt. độ cứng đặc tính cơ tương đối tốt nên sau này ta xây dưng hệ kín để nâng cao độ cứng lớn hơn độ cứng tự nhiên. III/ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT. Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng tuy vậy phần lớn được biểu diễn dưới dạng tổng quát. α ⎛ W ⎞ Mc = Mco + ( Mdm − Mco)⎜ ⎟ ⎝ Wdm ⎠ trong đó: Mco – Mô men ứng với tốc độ ω = 0 Mđm – Mô men ứng với tốc độ định mức Wđm Mc – Mô men ứng với tốc độ W - α = 0, Mc = Mđm = const, đặc tính cơ của các cơ cấu nâng hạ, bằng tải (đường 1 hình 1-6) - α = 2, mô men tỷ lệ bậc 2 với tốc độ là đường đặc tính của các máy bơm, quạt gió (đường 2 hình) - α = -1, mô men tỉ lệ nghịch với tốc độ là đường đặc tính cơ của các máy cắt gọt kim loại. ω (1) (2) (3) 0 M H. 1-5: Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất IV/ ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay W(n) và mô men của động cơ: ω = f (M) hoặc n = f(n) với: ω – tốc độ góc, rad/s N – tốc độ quay, vòng/ phút M – mô men, Nm có 2 loại đặc tính cơ: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. SV Đinh Quang Hiệp 6 Lớp K9C – TĐH
  7. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, từ thông định mức và không nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ) thì ta có đường đặc tính cơ tự nhiên. Trên đường đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị (Mđm, ωđm). Đặc tính nhân tạo là khi thay đổi các tham số nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. ω ω ω0 ωđm TN ω0 TN ωdm ωnt r≠0 ωcb NT (r lớn) 0 Iđm I 0 Mđm Mc M a, b, H, 1-6: a, đặc tính cơ điện của động cơ b, đặc tính cơ của động cơ. để đánh giá đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm về độ cứng của đặc tính cơ. ΔM β= ΔW + β lớn ta có đặc tính cơ cứng. + β nhỏ ta có đặc tính cơ mềm + β -> ∞ ta có đặc tính cơ tuyệt đối cứng Vậy động cơ có đặc tính càng cứng thì tốc độ thay đổi càng ít khi mô men thay đổi nhiều. Nghĩa là động cơ có khả năng tự ổn định tốc độ, ít phụ thuộc vào mô men cản trên trục động cơ. V/ SỰ PHÙ HỢP GIỮA ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ VÀ MÁY SẢN XUẤT Trong truyển động điện vấn đề quan trọng đặt ra là phải phối hợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản xuất. Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và của máy sản xuất là phải tìm ra được điểm chung giữa hai đặc tính cơ đó, để sao cho luôn đảm bảo được tính ổn định công tác trong chế độ làm việc. Phương trình động học của hệ truyển động: dw M − Mc = J dt với: M – mô men của động cơ. Mc – mô men cản của động cơ. SV Đinh Quang Hiệp 7 Lớp K9C – TĐH
  8. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp J – mô men quán tính. dw Nếu M > Mc thì > 0 ta có hệ tăng tốc dt dw M < Mc thì MA’ do đó dw MĐ - MT = J < 0 hệ giảm tốc dt * A (MA, ωA), A” (MA”, ωA”) MA < MA” do đó dw MĐ - MT = J > 0 hệ tăng tốc dt Vậy điểm A’, A” là điểm làm việc không ổn định, chỉ có điểm a là điểm làm việc ổn định tại đó thoả mãn phương trình cân bằng mô men dw MĐ - MT = J dt VI/ XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP SV Đinh Quang Hiệp 8 Lớp K9C – TĐH
  9. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Uư Rđ E Iư CKT Rk Ukt H. 1-8: sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớng thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau gọi là động cơ kích từ độc lập (Hình 1-8) 1, Phương trình đặc tính cơ của động cơ điên một chiều kích từ độc lập. Phương trình điện áp cân bằng của mạch phần ứng Uư = Eư + (Rư + Rf) Iư Trong đó: Uư - điện áp phần ứng (V) Eư – sức điện động phần ứng (V) Rư - điện trở mạch phần ứng (Ω) Iư – dòng điện mạch phần ứng (A) Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư - điện trở cuộn dây phần cứng rcf - điện trở cực từ phụ rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc chổi điện. Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: PN E− = ϕ W = kϕ W 2πα với: P – số đối cực từ chính N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ϕ - từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) ω– tốc độ góc (rad/s) PN k= : hệ số cấu tạo động cơ. 2πα Nừu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n thì: Eư = ke ϕ n SV Đinh Quang Hiệp 9 Lớp K9C – TĐH
  10. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp 2πn n Và: W = = 60 955 πN Vì vậy: E − = ϕn 60α Từ đó ta có: U − R − + Rf W= − I − (1) Kϕ Kϕ đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ mặt khác, mô men điện từ (Mđt) của động cơ được xác định bởi: Mđt = KϕI − Mdt => I− = (2) Kϕ từ (1) và (2) ta có: U − R − + Rf W= − Mdt Kϕ (Kϕ ) 2 bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất kép thì mô men trên trục động cơ sẽ bằng mô men điện từ (M) Mđt = Mcơ = M U − R − + Rf => W= − M Kϕ (Kϕ ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông ϕ = const thì phương trình đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ điện là tuyến tính. Đồ thị được biểu diễn trên hình (H. 1-9, 1-10) ω ω ωo ωo ωđm ωđm 0 Iđm Inm I 0 Mđw Mnm M H. 1-9: đặc tính cơ điện động cơ H. 1-10: đặc tính cơ của động cơ Trên đồ thị; khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì U− W= = Wo Kϕ SV Đinh Quang Hiệp 10 Lớp K9C – TĐH
  11. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Wo gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Khi W = 0 thì: U− I−= = Inm R − + Rf M = KϕInm = Mnm Inm, Mnm được gọi là dòng điện và mô men ngăn mạch phương trình đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có thể viết ở dạng: U− RM W= − = Wo − ΔW Kϕ (Kϕ ) 2 U− RI − W= − = Wo − ΔW Kϕ (Kϕ ) 2 Trong đó: R = Rư + Rf U− Wo = Kϕ ta có độ sụt tốc độ: R − + Rf ΔW = M (Kϕdm) 2 SV Đinh Quang Hiệp 11 Lớp K9C – TĐH
  12. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Như đã nói ở trên điều chỉnh động cơ một chiều có đặc tính cơ tự nhiên tương đối cứng nghĩa là có khả năng tự ổn định tốc độ tương đối tốt. Tuy nhiên trong những hệ TĐĐ của động cơ 1 chiều mà mô men cản của động cơ thay đổi nhiều thì tốc độ động cơ vẫn bị dao động theo nên hệ TĐĐ đó yêu cầu chất lượng ổn định tốc độ phải thật tốt nghĩa là tốc độ thực của động cơ phải rất gần với tốc độ đặt thì hệ TĐĐ hở chưa đáp ứng được do đó để nâng cao độ ổn định tốc độ người ta phải xây dựng hệ TĐĐ kín có phản hồi tốc độ để nâng cao độ ổn định tốc độ hay nói cách khác giảm sai số giữa tốc độ thực và tốc độ đặt. Sơ đồ khối của khệ thống này là: ωđặt Δω Rω đk U BBĐ Đ. cơ - ωt P. hồi ω Khâu phải hồi tốc độ đo tốc độ thực để đem so sánh với tốc độ đặt. Khâu so sánh sẽ so sánh ωđ và ωt sai số tốc độ đo được khâu điều chỉnh. tốc độ ω biến đổi thành tín hiệu điều chỉnh bộ biến đổi để điều chỉnh điện áp ra động cơ theo su hướng làm cho ωcđ gần ωđ nghĩa là giảm nhỏ sai số ωt và ωđ Do đó nếu ta điều chỉnh ω động cơ bằng dùng hệ Tiristo thì hoàn toàn có thể điều chỉnh bằng phương pháp trên do vậy đồ án này chính là làm điều đó. Trong trường hợp hệ thống TĐĐ cần chất lượng cao hơn. Ví dụ điều chỉnh dòng để giữ Mđcơ = Mphụ tải thì người ta còn phải thực hiện phản hồi dòng qua khâu RI. Khi đó ta có 2 mạch vòng phản hồi mà trong đồ án này không cần nên ta chỉ cần ổn định tốc độ. Chi tiết cụ thể được trình bày ở phần chỉnh lưu điều khiển. Để điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh dễ dàng mà cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản, đạt tốc độ điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. I/ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆ TRUYỀN ĐỘNG Để đánh giá chất lượng của một hệ truyển động điện thường phải căn cứ vào một số chỉ tiêu sau: SV Đinh Quang Hiệp 12 Lớp K9C – TĐH
  13. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp 1, Độ trơn của điều chỉnh tốc độ. W γ = i +1 Wi Trong đó: Wi – giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp i Wi+1 – giá trị tốc độ đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) W Hệ điều chỉnh vô cấp nếu γ = i +1 -> 1, tức hệ tự động có thể làm việc ổn Wi định ở mọi giá trị trong suốt giải điều chỉnh. Hệ điều chỉnh có cấp khi nó chỉ có thể làm việc ổn định ở một số giá trị của tốc độ trong dải điều chỉnh. 2, Độ rộng điều chỉnh (dải điều chỉnh) Dải điều chỉnh hay phạm vi điều chỉnh là tỷ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mo men tải đã cho: W D = max Wmin Giá trị tốc độ cực đại Wmax bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ và với động cơ một chiều nó còn bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp. Tốc độ nhỏ nhất Wmin bị chặn dưới bởi yêu cầu về mô men khởi động, khả năng quá tải và về sai số tốc độ làm việc cho phép. Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều: U − R − + Rf W= − M Kϕ (Kϕ ) 2 Ta thấy có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp sau: - Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ - Điều chỉnh điện trở trên mạch phần ứng - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ. II/ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TỪ THÔNG. ω ω01 ω0 ωB B ωA A TN φđm φ < φđm 0 Mc M H. 2-1: đặc tính động cơ khi biến đổi φ Thay đổi từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mo men điện từ của động cơ M = KφIư và sức điện động động cơ Eư = KφW. Mạch SV Đinh Quang Hiệp 13 Lớp K9C – TĐH
  14. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: e kt dw i kt = + Wkt rb + rkt dt với: rkt - điện trở dây quốn kích từ. Rb - điện trở của nguồn điện áp kích từ Wk – số vòng dây của dây quấn kt Trong chế độ xác lập ta có quan hệ: e i kt = kt rb + rk ϕ = f ( i kt ) Xét trường hợp φ < φđm. Khi φ giảm dần đến ω0 tăng và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần. Việc tăng tốc độ khi φ giảmchỉ dùng trong một giới hạn phụ tải nào đó thì việc giảm dẫn đến giảm tốc độ. Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức. Do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính cơ có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi à đặc tính cơ bản (có trường hợp chính là đặc tính tự nhiên của động cơ). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng xấu đi. Ưu nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ được bằng phương pháp này ta thu được ω >ωđm và chỉ chỉnh được giảm từ thông. Khi giảm từ thông ta thu được họ đặc tính cơ dốc hơn đặc tính cơ định mức, do đó độ cứng đặc tính giảm khi giảm từ thông chỉ làm việc trong phạm vi tải nhỏ chú không dùng cho tải lớn vì M = KφIư, giảm từ thông thì mô men giảm rất nhiều khi điều chỉnh bằng giảm từ thông rất dễ dẫn đến mất φ làm cho dòng điện tăng lên rất nhanh làm hỏng động cơ. III/ ĐIỀU CHỈNH BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ MẠCH PHẦN ỨNG. Giả sử: Uư = Uđm φ = φđm = const tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi Rf ω ω ωo ωo ωA A ωC C ωB B TN Rf= 0 ωB B TN Rf = 0 SV Đinh Quang Hiệp 14 Lớp K9C – TĐH
  15. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp ωC C Rf1 ωA A Rf1 Rf2 Rf2 0 M 0 M a, b, H. 2-2: đặc tính động cơ khi thay đổi R phần ứng a, khi giảm tốc độ; b, khi tăng tốc U W0 = = const Kϕ dm β= (kϕ ) dm 2 = var R − + Rf Khi thay đổi Rf trên mạch phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ biến đổi và ta được quan hệ đường đặc tính như hình H. 2-2 các đường đặc tính cơ luôn đi qua điểm (0, ωo), Rf càng lớn thì β càng nhỏ dần đến đặc tính cơ càng dốc. Ưu nhược điểm: Điện trở phụ càng lớn thì tố độ càng giảm. cách điều chỉnh này có cấp nên độ mịn điều chỉnh kén, không trơn. Sai lệch tĩnh lớn, không đo được tốc độ cơ bản ωo Độ cứng đặc tính giảm khi Rf tăng ,không thể điều chỉnh đến tốc độ nhỏ vì độ cứng rất dốc dẫn đến độ ổn định tốc độ kém, tổt thất năng lượng trên Rf rất lớn. Khi Rf tăng làm M mở máy giảmvì vậy khó khởi động phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, thường được sử dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm ω < ωđm IV/ ĐIỀU CHỈNH BẰNG THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ. ω ω MC MC ωo A ωo B WA TN ωB TN ω01 B Uđm ω01 A Uđm ωB Uư ωA UƯ M M A, Khi giảm U b, Khi tăng U H. 2-3: đặc tính động cơ khi thay đổi điện áp phần ứng Khi điều chỉnh tốc độ theo điện áp phần ứng động cơ thì điện áp kích từ là không đổi. để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ 1 chiều cần có thiết bị SV Đinh Quang Hiệp 15 Lớp K9C – TĐH
  16. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành 1 chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Phương trình cân băng điện áp ở chế độ xác lập. E b − E − = I − ( R b + R − dc ) Phương trình đặc tính cơ: E R + Rb W= b − − M Kϕ (Kϕ ) 2 M W = Wo − β Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: M Wmax = Wo max − dm β M dm Wmin = Wo min − β Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = Km Mđm Với KM hệ số quá tải về mô men. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nên theo độ cứng đặc tính cơ ta có: 1 M Wmin = ( M nm min − M dm ) = dm (K M − 1) β β M Wo β Wo max − dm −1 β M dm D= = M dm KM −1 (K M − 1) β Phạm vi điều chỉnh tốc độ D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng β . Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. SV Đinh Quang Hiệp 16 Lớp K9C – TĐH
  17. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Vậy với tải có tính mô men không đổi thì phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt quá ωđm. Do đó muốn nâng cao dải điều chỉnh cần phải cấu trúc theo hệ kín. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đặt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh. W − Wmin ΔW S o = o min = Wo min Wo min M dm S= < S cp β U o min Tron suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ đươc giữ nguyên. Do đó mô men cho phép của hệ sẽ là không đổi. M cp = Kϕ dm I dm = M dm Ưu điểm: Cấp điều chỉnh rất trơn, tinh . Dải điều chỉnh rộng nhưng không làm thay đổi độ cứng β nên độ ổn định tốc độ tốt. Mô men mở máy giảm ít do vậy dễ khởi động Trước khi giảm tốc độ thì quá chế độ hãm tái sinh nên trả lại năng lượng cho nguồn Không có tổn thất trong mạch phần ứng Phương pháp này có thể áp dụng cho non tải, đẩy tải, sử dụng rộng dãi Nhược điểm: Chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản. Muốn thay đổi được điện áp nguồn phải có nguồn thay đổi điện áp. V, PHƯƠNG PHÁP BĂM XUNG ÁP 1 CHIỀU U U Uđm Uđm Utb1 Utb2 tc tk t c tk T tc tk t c tk T tck tck a, thời gian có tăng b, thời gian có giảm H. 2-4: Đồ thị băm xung áp SV Đinh Quang Hiệp 17 Lớp K9C – TĐH
  18. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Thời gian có xung tăng, thời gian mất giảm thì Utb tăng làm tốc độ tăng và ngược lại. Ưu điểm: Phương pháp này có ưu điểm giống như thay đổi điện áp phần ứng và còn ưu điểm khác là giá trị trung bình giảm nhưng giá trị định mức không đổi do đó mo men mở máy cao dễ khởi động. Tuy nhiên cần phải có bộ điều chỉnh độ rộng xung. Nhận xét: Qua các phương pháp điều chỉnh trên ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ là phù hợp vì khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ ta được họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Khi thay đổi điện áp thì Mnm, Inm của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất định. VI/ BỘ BIẾN ĐỔI. Như đã trình bày ở trên, muốn thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng ta cần có nguồn điện áp phần ứng. Nguồn điện áp phần ứng đó chính là bộ biến đổi, để biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp 1 chiều cấp cho phần ứng động cơ điện 1 chiều bộ biến đổi là bộ phận rất quan trọng của hệ thống truyền động, nó quyết định khả năng và chất lượng điệu chỉnh các chế độ làm việc. Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ thống truyền động sau: - Dùng hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) - Dùng hệ thống chỉnh lưu Tiristor - động cơ (T - Đ) 1, Hệ thống máy phát động cơ (F - Đ) Đ F UF Ukt Phương trình đặc tính cơ: SV Đinh Quang Hiệp 18 Lớp K9C – TĐH
  19. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp E R + R UD W= − UF M Kϕ (Kϕ ) 2 Ưu nhược điểm: Khi sử dụng hệ thống F - Đ dải điều chỉnh rộng, trơn tính linh động cao. Tuổi thọ cao, chịu quá tải lớn. Tuy nhiên do sử dụng nhiều máy điện nên hiệu suất thấp, cồng kềnh, gây tiếng ồn lớn. Công suất, lắp đặt, vốn đầu tư, chi phí vận hành lớn. Do máy phát có từ dư nên đặc tính từ hoá rễ vì vậy khó điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp. 2, Hệ thống chỉnh lưu Tiristo - động cơ (T - Đ) ˜3 pha FX Uđk Phương trình đặc tính cơ: E wsα R − + R b W= o − Kϕ (Kϕ ) 2 Trong hệ thống chỉnh lưu - động cơ, bộ biến đổi làm nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều cung cấp cho điện áp động cơ truyển động. BBĐ tính trực tiếp biến từ xoay chiều thành 1 chiều qua khâu trung gian cơ học nào đó và bên cạnh chức năng biến đổi năng lượng đó, nó có chức năng điều chỉnh sức điện động ra vào bộ biến đổi. Ưu điểm của hệ thống này là: Thường sử dụng các linh kiện bán dẫn nên hệ thống tác động nhanh nhạy với tín hiệu điều khiển. Tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển nhỏ. Hệ số khuyếch đại lớn có khả năng tự động hoá ở trình độ cao, gọn nhẹ, không gây tiếng ồn. Giá thành hạ độ tin cậy cao, phạm vi điều chỉnh rộng. Nhược điểm: SV Đinh Quang Hiệp 19 Lớp K9C – TĐH
  20. Trường ĐHBK Hà Nội - - Đồ án tốt nghiệp Do sử dụng các linh kiện bán dẫn nên hệ số quá tải kém mạch, điều khiển phức tạp. Hệ thống đảo chiều phức tạp, điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu có dạng đập mạch, đây là nguyên nhân gây ra tổn hao phụ trong động cơ, hệ số cosφ thấp. Nhận xét: Qua phân tích ở trên ta thấy, hệ thống truyền động chỉnh lưu tiristo - động cơ rất phù hợp với đề tài đồ án vì vậy ta chọn phương pháp này cho đồ án. Ưu điểm của hệ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh. Hệ thống gọn nhẹ chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao V II/ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ. Ổn định tốc độ trong truyền động điện có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của truyền động điện người ta có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện 1 chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng do đó điều chỉnh được tốc độ động cơ. Phương pháp kích từ tốt nhất là cung cấp cho phần cảm một điện áp định mức qua bộ chỉnh lưu bán điều khiển, sẽ được trình bày ở phần sau. Điện áp trung bình của phần ứng quyết định tốc độ quay của động cơ. Quán tính của động cơ là đặt tất cả các mô men dao động cho các điều hoà của điện áp. Tốc độ quay động cơ do đó chỉ phụ thuộc vào góc mở bộ chỉnh lưu góc mở thường được điều chỉnh nhờ điện áp điều khiển. Tốc độ làm việc của truyển động điện do công nghệ yêu cầu và được gọi là tốc độ đặt. Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải do đó gây ra sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt. Biện pháp chủ yếu để ổn định tốc độ làm việc là tăng độ cứng của đặc tính cơ bằng điều khiển theo hệ kín. Được thực hiện bằng mạch phản hồi âm tốc độ, trong đó tín hiệu tốc độ được lấy trên máy phát tốc độ FT là máy phát có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ quay. Uw = Kt W Sơ đồ mạch phản hổi âm tốc độ. Nguồn động lực ωđặ ss Δω Rω t/h đk BBĐUư U Đ. cơ ωthực - P. hồi tốc độ SV Đinh Quang Hiệp 20 Lớp K9C – TĐH

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản