Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Hãy tính toán và thiết kế tryền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ lần lượt là:
ü Động cơ điện một chiều kích từ song song ü Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:
phụ mở máy biết rằng động cơ kéo tải định mức
v Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải
lên với tốc độ lần lượt là: · ½ tốc độ định mức · ¼ tốc độ định mức
v Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải với tốc đo lần lượt là: ¼ tốc độ định mức, ½ tốc độ định mức,2 lần tốc độ định mức biết rằng moment khi hạ tải là 0.8 lần Mđm v Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ khi mở máy nâng và hạ tải .Biết rằng động cơ xoay chiều 3 pha có dây quấn stator và rotor đều được đấu tam gic/sao và sức từ động bên stator lớn hơn rotor 20%
kwP (
0151
.0
)
D
v Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ,hãy tính toán điện trở
895
.0=j
.0=h
Pck =
;
; cos
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 1
Các thông số đã cho : · Đối với động cơ điện một chiều kích từ song song thì:Pđm=95(kw); Uđm=220(v); Iđm=470(A); Iktđm=4.25(A); nđm=500(rpm) · Đối với động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn thì : Pđm=45(Kw); U1đm=500(V); 2p=8; N1=37(vòng); N2=27(vòng); kdq1=0.965; kdq2=0.965; m1=m2=3; R1=0.129( W ); R2=0.0283( W ); X1=0.485( W ); X2=0.0912( W ); PD Fe=1275(W); I0=23.35(A); 865 · Dây quấn rotor và stator được đấu sao/ tam giác · Sức từ động trên rotor > Sức từ động trên stator 15% · Động cơ làm việc ở tần số 50Hz
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn
…………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………
Ngày…tháng…
năm…
Giáo viên hướng
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 2
dẫn:
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 3
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
Lời cảm ơn Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, chúng em đã được sự dạy bảo tận tình của tập thể Thầy Cô của trường. Những kiến thức và sự thành đạt mà chúng em có được hôm nay chính là nhờ sự dạy bảo của các thầy cô. Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô , những người đã tận tâm truyền đạt những tri thức khoa học cơ bản cũng như những kiến thức chuyên ngành cho chúng em. Đặc biệt chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện, những người đã bỏ bao tâm huyết để truyền đạt những tri thức, những kỹ năng kỹ xảo, những kinh nghiệm quý báo trong chuyên môn để chúng em vững tin khi bước vào cuộc sống.
Chúng em xin gởi lời cảm ơn riêng đến Thầy Phan Quang Thanh, giảng viên khoa Điện trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, đã tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án môn học Truyền động điện. Xin gởi đến Thầy lời chúc sức khoẻ và ngày càng thành công trên bục giảng.
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 4
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
Lời mở đầu
Với tốc độ phát triển kinh tế ngày một tăng trưởng mạnh, khối lượng hàng hoá được vận chuyển và sản xuất ngày một tăng nhanh. Vì vậy, việc xuất hiện những cầu trục nâng dở hàng hoá ở những bến cảng, sân bay cho tới những xí nghiệp nhà máy là nhu cầu thiết yếu vì nó mang lại năng suất lao động rất cao. Xuất phát từ ý nghĩa này, chúng em chọn đề tài “ Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục” làm đề tài cho đồ án môn học Truyền động điện. Nội dung của đồ án bao gồm cả phần tóm tắt lý thuyết và
tính toán số liệu và được chia làm bốn chương chính :
Chương 1: Sơ lược về đặc tính cơ của động cơ một chiều. Chương 2: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động
cơ một chiều. Chương 3: Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không
đồng bộ 3 pha.
Chương 4: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.
Trong suốt quá trình biên soạn đồ án này, nhóm thực hiện đồ án cố gắng ứng dụng một phần nhỏ những phần mềm tin học để minh hoạ cho đồ án thêm trực quan. Đặc biệt trong chương 3, nhóm biên soạn đã sử dụng những phần mềm mô phỏng và tính toán hiện đại để vẽ được những đồ thị đặc tính của động cơ một cách chính xác.
Đồ án được thực hiện trong một thời gian ngắn dựa vào những kiến thức đã tích lũy được trong quá trình học tập nên không thể tránh được những sai sót về nội dung và hình thức. Nhóm thực hiện đồ án mong muốn và cảm ơn sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè.
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 5
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
Phần A Truyền Động Dùng Động Cơ Một Chiều Kích Từ Song Song
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 6
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
CHƯƠNG 1 SƠ LƯỢC VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ SONG SONG
1.1. Đặc tính cơ của động cơ dc kích từ song song:
Phương pháp đấu dây thông dụng của động cơ DC kích từ song song được minh hoạ như h́nh H.1-1
+
-
U
I
Rp
Iư
E
Rpkt
Ikt
Cuộn kích từ
H.1-1
Các phương trình khi động cơ làm việc xác lập:
=
ö+
_Phương trình cn bằng điện áp mạch phần ứng: RIEU
w.
.F
(1- 1)
_Sức điện động phần ứng (the back e.m.f): = EkE
(1- 2)
.F=M . kE
öI
_ Mômen điện từ:
(1- 3)
.2
=
w
=
n . p 60
n 55,9 Iư :dịng điện qua mạch phần ứng R :điện trở tổng của mạch phần ứng ().Bao gồm nội trở mạch
=
+
+
R ö
r cf
r ö
_ Mối quan hệ giữa vận tốc gốc (rad/s) và tốc độ quay n (ṿng/phút)
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 7
phần ứng Rư và điện trở phụ Rp gắn thm vo mạch phần ứng. r r + b ct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ rb : điện trở cuộn bù
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
pN
=
.2/ p a
rct : điện trở tiếp xúc của chổi than kE K :hệ số cấu trúc, phụ thuộc vào đặc điểm thiết kế của động cơ; p :số đôi cực từ chính a :số đôi mạch nhánh song song cùa cuộn dây phần ứng N:số cạnh tác dụng của cuộn dây phần ứng Ư:từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) :vận tốc gĩc (rad/s)
_ Thế E từ phương tŕnh (1-2) vào phương tŕnh (1-1) ta được
.
w
=
phương tŕnh:
RIU - ö . Ek F
(1-
)
4)
( öIf=w
Trong biểu thức (1-4), là một hàm của ḍng điện trong mạch phần thường được gọi là đặc tính cơ điện hay
ứng.Mối quan hệ đặc tính tốc độ của động cơ.
. M
=w
-
Để t́m được phương tŕnh đặc tính cơ, chúng ta cần xác định tốc độ của động cơ có liên quan như thế nào với moment của nó. Suy ra Iư từ phương tŕnh (1-3) rồi thế vào phương tŕnh (1-4), ta được phương tŕnh đặc tính cơ
k
U . F E
(
k
R 2F . )
E
(1-
.F=M k .
5)
öI
Từ phương tŕnh (1-5) ta thay
=w
-
. öI
k
k
U . F E
R . F E
và rút gọn ta sẽ được phương tŕnh đặc tính cơ điện của động cơ DC kích từ song song:
được giữ không đổi và độc lập với tải nếu động cơ Hệ số F.k
kích từ song song có cuộn bù.Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ th́ hệ số F.k có thể được xem là hằng số và đặc tính cơ của nó sẽ tuyến tính. Khi thay đổi các thông số U, Ư, và R, th́ đặc tính cơ vẫn tuyến
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 8
tính.
Đồ án Truyền Động Điện
GVHD : Lê Ngọc hội
H́nh bên dưới minh hoạ cho sự ảnh hưởng của các thông số điện
Rp1 4 0 n0đm Rp=0 Rp1 Rp2 Rp4 Rp3 M 0 Mc trở R đến tốc độ của động cơ khi động cơ kéo tải không đổi. Trong h́nh H.1-2 cho thấy họ đặc tính cơ của động cơ DC kích từ = song song.Họ đặc tính này có được bằng cách thêm những giá trị
khác nhau của điện trở vào mạch phần ứng.Từ phương tŕnh (1-5) có
thể thấy khi M=0 th́ tất cả các đường đặc tính cơ đều đi qua cùng
một điểm nằm trên trục tung. Tốc độ của động cơ ở điểm này có giá
trị xác định và không phụ thuộc vào điện trở của mạch phần ứng.
Tốc độ này thường được gọi là tốc độ không tải lư tưởng 0 và được
xác định bằng biểu thức: 0w ñm
F U
Ek ñm (1- 0=öI Ở chế độ không tải lư tưởng, khi ḍng điện qua phần ứng 6)
, sức phản điện động(e.m.f) của phần ứng bằng và trái dấu với điện áp
đặt vào phần ứng. Từ phương tŕnh (1-5) cho thấy độ giảm tốc độ đối với tốc độ .
M =Dw 2 ) ( k E R
.
ñmF không tải lư tưởng là: www D+ = 0 (1-
7)
V́ vậy, biểu thức tính tốc độ của động cơ c̣n được viết dưới dạng: (1-
8) SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 9 Đường đặc tính trên cùng của họ đặc tính cơ trong h́nh H.1-2
được gọi là đặc tính cơ tự nhiên. Đặc tính cơ tự nhiên là đường đặc
tính cơ được xác định khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức như Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội .
M =Dw 2 k ( R
ö
.
F E ñm )
Sử dụng biểu thức (1-7) chúng ta có thể xác định độ giảm tốc độ điện áp đặt vào phần ứng là điện áp định mức Uđm ,từ thông định
mức...và không có điện trở phụ đặt vào mạch phần ứng. Độ cứng
của đặc tính cơ phụ thuộc vào độ lớn của điện trở bên trong của
mạch phần ứng (Rarm)Điện trở bên trong của mạch phần ứng bao
gồm điện trở của dây quấn phần ứng, điện trở tiếp xúc giữa các cực
từ,điện trở của dây quấn cực từ phụ và điện trở của chổi quét. Ở đây
ta xem Rarm≈Rư .Như vậy độ giảm tốc độ đối với đặc tính cơ tự
nhiên là R + .
M =Dw của bất kỳ đặc tính cơ nào trong h́nh H.1-2 .Ví dụ khi thêm vào
mạch phần ứng bíến trở Rp th́ độ giảm tốc độ là: 2 ( k p
) R
ö
.
F E ñm (1- 9) Độ dốc của đặc tính cơ hay c̣n gọi là độ cứng của đặc tính cơ ( b = = được xác định theo biểu thức: dM
d
w .
F
+ 2)
đm
pR k
E
R
ö (1- 10) 1.2. Cách vẽ đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song Để xây dựng đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song, dù
là đặc tính cơ tự nhiên hay nhân tạo,chúng ta cần xác định hai điểm
bất kỳ trên đặc tính cơ bởi v́ theo lư thuyết th́ đặc tính cơ của động
cơ DC kích từ song song là những đường thẳng. M .F=
k
.
I
E ñm ñmö Thông thường để vẽ đặc tính cơ tự nhiên chúng ta chọn điểm làm
việc không tải lư tưởng (M=0 và =0) và điểm định mức của động cơ
(M=Mđm , =đm) . Giá trị tốc độ định mức có thể lấy trên nhăn của
động cơ và giá trị của moment điện từ định mức được tính toán theo
biểu thức : E k Tốc độ không tải lư tưởng có thể xác định từ biểu thức (1-6) IU
- .
w = = E ñm ñm ñm .
R
ö ñmö bằng cách nhân tử và mẫu số cho đm và sử dụng mối quan hệ
.
F SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 10 Suy ra Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội U = = .
w w
0 ñm V U
ñm
I
- k ñm
F ñm R
.
ö E ñm ñmö (1- 11) 1(5.0 .
U ) I . h- » ñm R
ö ñmö 2
ñmö 1(5.0 ). » h- Bởi v́ bảng thông số (data sheets) và catalog của động cơ thông
thường không cho giá trị điện trở của phần ứng (Rư),nên ta có thể
xác định gần đúng bằng cách giả sử rằng phân nửa tổn hao của động
cơ là do điện trở của dây quấn phần ứng.V́ vậy ta có thể viết
I . Kết quả là: R
ö ñm U
I ñm
ñmö (1- 12) =h
ñm P
ñm
.
IU
ñm ñmö (5.0 ) - dm P
dm R » Thay vào (1-12) ta được biểu thức: u IU
.
dm
2
I
udm (1- 13) Ru I ) ( + udm p - dm ww
= U é
10
ê
ë ù
ú
û Dựa vào đặc tính tự nhiên, ta có thể xây dựng đặc tính cơ nhân
tạo cho bất kỳ giá trị điện trở nào thêm vào mạch phần ứng.Đặc tính
cơ nhân tạo này có thể vẽ được dựa vào 2 điểm: điểm làm việc
không tải lư tưởng( M=0, =0) và điểm làm việc ổn định của động cơ
khi tải định mức (M=Mđm, =đm).Tốc độ ổn định của động cơ khi kéo
tải định mức ôđ được xác định từ biểu thức:
R (1- 14) ñm M = M nm I
.
ñm I ñm
Với Inm là ḍng điện ngắn mạch (có được khi mở máy) được tính Đặc tính cơ có thể được xây dựng bằng cách sử dụng 2 điểm:
điểm làm việc không tải lư tưởng và điểm ngắn mạch (khi M=Mngắn
mạch, =0).Điểm làm việc không tải lư tưởng xác định từ biểu thức (1-
11) và điểm ngắn mạch được xác định từ biểu thức: I nm = U
R bằng công thức pR+ = öRR pR nên các giá trị của moment ngắn mạch Bởi v́ tổng trở của mạch phần ứng sẽ thay đổi khi ta SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 11 sẽ thay đổi theo. thay đổi các giá trị của
nmM và ḍng điện ngắn mạch nmI Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội 0=pR Moment ngắn mạch sẽ đạt giá trị lớn nhất ở đặc tính cơ tự nhiên
chỉ bị cản trở bởi v́ điện trở phụ
và ḍng điện ngắn mạch nmI
bởi điện trở bên trong mạch phần ứng và dây quấn. Từ các biểu tức bên trên ta thấy rằng phương tŕnh đặc tính cơ có = - M
nmM æ
çç
10ww
è ö
÷÷
ø thể viết dưới dạng sau: (1-
15)
Theo biểu thức (2-14) khi M=0 , tốc độ =0 và Khi M=Mnm th́ =0. Để vẽ đặc tính cơ điện ta xác định hai điểm: U = ´ .
w w
0 ñm U U
ñm
I
- k ñm
F ñm E ñm ñmö .2 w = = ñm R
.
ö
· Điểm thứ hai: (I = Iđm , = đm)
n
.
p
ñm
60 n
ñm
55,9 · Điểm thứ nhất: (I = 0 , = 0) n .
I = - ö k . 55,9 U
.
F
E R
ö
k
F´
E =w - .
öI k k U
.
F
E Phương tŕnh đặc tính cơ điện c̣n được viết lại dưới dạng sau: 1.3. Mở máy động cơ DC kích từ song song:
Từ phương tŕnh đặc tính cơ điện
R
.
F
E
Với đặc tính cơ tự nhiên (R=Rư) khi khởi động động cơ, ta thấy = nmI U
ñm
R
ö 20( )25 I I = ¸ ḍng điện khởi động ban đầu là: nm đm Ở những động cơ có công suất trung b́nh và lớn, Rư thường khá
nhỏ, nên ḍng điện khởi động ban đầu thường rất lớn gọi là ḍng ngắn
mạch Với giá trị ḍng khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyển
mạch và phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện. Tác
hại này c̣n nhgiêm trọng hơn trong các hệ thống cần khởi động hay
hăm máy nhiều lần trong quá tŕnh làm việc. Để hạn chế ḍng điện khởi động ta có thể giảm điện áp nguồn đặt SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 12 vào phần ứng động cơ điện hoặc nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng. Phương pháp thứ nhất được sử dụng trong những hệ Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội thống có bộ biến đổi điện áp.Phương pháp thứ hai thường được sử
dụng khi động cơ được cung cấp điện áp cố định. H.1-3 Đồ thị mô tả quá tŕnh mở máy động cơ trực tiếp H.1-4 Đồ thị mô tả quá tŕnh mở máy động cơ qua 3 cấp điện trở phụ Sau đây ta sẽ khảo sát phương pháp dùng điện trở phụ gắn vào mạch phần ứng để khởi động động cơ. SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 13 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội U I E Iư Rp1 Rp2 Rp3 Rpkt Ikt Cuộn kích từ n Phương pháp xác định đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ DC
kích từ song song đă được tŕnh bày trong phần I.2. Ở đây ta chọn hai
điểm: điểm không tải lư tưởng và điểm làm việc định mức. n0 nđ RpII RpIII 0 Iư I ñmö ) ñm
- ñm ñm » R
ö ktI
-
ñm
IU
ñm
2
I
U ñmö
- ñm .
IR
ö ñmö k E =F
ñm n ñm SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 14 P Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội tŕnh mở máy động cơ: I I )5.28.1(
¸ = 1 Trị số của điện trở phụ tổng (R1+R2+R3) được chọn sao cho khi I I = )3.11.1(
¸ )3.11.1(
¸ 2 CI ñm =
Với: I1là ḍng điện lớn nhất cho phép trong quá tŕnh mở máy
I2 là ḍng điện nhỏ nhất cho phép trong quá tŕnh mở máy khởi động ( = 0) thì ḍng điện khởi động Inm không được vượt quá
2Iđm để đảm bảo an toàn cho động cơ và cơ cấu truyền động. Ngoài
ra Inm cũng không nên quá nhỏ để Mnm cũng nhỏ đi so với moment
cản. Trong trường hợp này ta chọn hai giới hạn chuyển ḍng điện
khởi động động cơ là I1 và I2 như sau:
ñm Lấy giá trị I1,I2 trên trục hoành (trục I). Từ I1,I2 kẻ hai đường
thẳng song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại hai điểm g,h.
Gọi a là điểm có toạ độ (I1,0) nằm trên trục hoành. Nối a với n0 ta
được đặc tính khởi động đầu tiên; đặc tính này cắt đường thẳng (2)
tại điểm b. Từ b gióng đưởng thẳng song song trục hoành cắt đường
(1) tại c. Nối c với n0 cắt (2) tại d. Từ d gióng đường thẳng song
song trục hoành và cắt (1) tại e. Nối e với n0 cắt (2) tại f. Từ f gióng
đường thẳng song song trục hoành và phải đi qua điểm g. Nếu điều
kiện này không thỏa th́ ta phải chọn lại các giá trị I1,I2 rồi vẽ lại cho
đến khi điều kiện trên thỏa. Ngoài ra số cấp khởi động cịn phải đảm
bảo số cấp khởi động theo yêu cầu. Trong quá tŕnh tính toán điện trở phụ cần thiết ta có thể bỏ qua
giá trị của điện trở tiếp xúc của chổi than , điện trở cuộn bu, điện trở
cuộn cực từ phụ, điện trở cuộn dây phần ứng,... Như vậy tổng trở
của động cơ chỉ c̣n lại Rư. I I nn
= - = Phương tŕnh đặc tính tốc độ tự nhiên: 0 n
DÞ
TN ö ö R
ö
.55,9
k R
ö
.55,9
k .
F E E .
F
Phương tŕnh đặc tính cơ điện nhân tạo (khi thêm điện trở phụ vào
mạch rotor) n n I n I = - DÞ = 0 NT ö ö R
+
ö
.55,9
k R
+
ö
.55,9
k R
p
.
F R
p
.
F E đm E đm (1-16) SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 15 (
1
-
1 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội 7
) n
TN R R
=Þ = - p p R
ö n
D
TN
n
D NT
D n
D
NT
n
D
TN NT p D-
n
TN nTN : độ giảm tôc độ của đặc tính cơ tự nhiên
(ṿng\phút)
nNT : độ giảm tốc độ của đặc tính cơ nhân tạo
(ṿng\phút) ö
=Þ÷÷
.1
R
ö
ø æ
çç
è ö
÷÷
.
ø öR
RöR
+ Chia 2 vế của biểu thức (1-16) và (1-17) ta được:
æ
n
D
çç
è (1- 18) Je Jg R R = Áp dụng (1-18) R pI ö ö. -
Jg eg
Jg Jc Jg R = (1-19) R pII R
ö ö. -
Jg cg
Jg æ
çç
.
è
æ
çç
.
è ö
=÷÷
ø
ö
=÷÷
ø
Jg Ja R R = (1-20) R pIII ö ö. -
Jg ag
Jg æ
çç
.
è ö
=÷÷
ø R R (1-21) pI R R R - pII R pI
R R - (1-22) pIII pII =1
p
=
2p
=3 p (1-23)
(1-24) 1.4. Các chế độ hăm của động cơ DC kích từ song song: SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 16 Trong các hệ thống truyền động hiện đại, việc dừng động cơ một
cách nhanh chóng, chính xác hay đảo chiều động cơ là yêu cầu cần
thiết, thường xuyên.Sự nhanh chóng và chính xác trong những
trường hợp này quyết định đến năng suất và thậm chí là chất lượng
của sản phẩm trong quá tŕnh sản xuất. Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội Hãm
tái sinh 0 R1 R2 R3 R1 R2 R1 R3 M Hăm
động
năng Mh 0 Hãm
ngược Đặc tính cơ của tất cả các trạng thái làm việc của động cơ được minh hoạ trong đồ thị h́nh H.1-7 . Đặc tính cơ của chế độ động cơ
nằm trong góc phần tư thứ I và đặc tính của các chế độ hăm nằm
trong góc phần tư thứ II và IV. Thông thường ta chia chế độ hăm ra
làm ba loại: · Hăm tái sinh
· Hăm ngược
· Hăm động năng
1.4.1. Hăm tái sinh: I 0 = < h EU
-
R I kM
h E h 0
V́ sơ đồ dấu dây của động cơ không thay đổi nên phương tŕnh đặt
tính cơ của động cơ không thay đổi nhưng moment mang giá trị âm. .
M - =w k U
.
F
E k ( E ). Hăm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ
không tải lư tưởng. Khi hăm tái sinh Eư > V, động cơ làm việc như
một máy phát đặt song song với lưới. So với chế độ động cơ ḍng
điện và moment hăm đă đổi chiều và được xác định theo biểu thức: R
2F
.
)
Trong quá tŕnh hăm tái sinh, ḍng điện hăm đổi chiều và công suất
( -
öIUE . Đây là phương pháp SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 17 được trả về lưới điện có giá trị
P
=
hăm kinh tế nhất v́ động cơ sinh ra điện năng hữu ích.Có hai khả
năng hăm tái sinh: Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội ¨ Điện áp U điều chỉnh được: ví dụ dùng bộ chỉnh lưu, với E 2 1 V1 a 4 3 V2 b 1 6 5 V3 0 c 7 V4 Giảm V
nguồn M M 0 MC 0 H.1-8a H.1-8b cho trước ta có thể điều khiển xung kích cho bộ biến đổi công
suất để giảm điện áp cung cấp cho phần ứng. Chế độ hăm tái
sinh trong trường hợp này được áp dụng để điều khiển giảm vận
tốc cho động cơ hoặc hăm nó dừng lại. Đặc tính cơ của chế độ
hăm tái sinh với điện áp U thay đổi được vẽ trong h́nh H.1-8a .
Trong h́nh H.1-8a ,giả thiết động cơ đang làm việc ổn định tại vị
trí 1, bằng cách giảm điện áp nguồn từ U1 xuống c̣n U2,U3,U4,
toạ độ điểm làm việc của động cơ chuyển dịch dần theo các
đoạn thẳng 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7. Tại vị trí 7, vận tốc động
cơ đạt giá trị xác lập với moment kéo bằng moment cản của tải.
¨ Điện áp U không thay đổi được: hăm tái sinh xảy ra khi
tác dụng của tải thế năng làm tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ
không tải.Chế độ hăm này không dừng động cơ được mà chỉ có
tác dụng không cho phép vận tốc động cơ vượt quá một giá trị
của tải thế năng (h́nh H.1-8b).Trong h́nh H.1-8b, tác dụng của
đối trọng P làm cho động cơ chạy vượt quá tốc độ không tải 0 và
nó làm việc ở chế độ hăm tái sinh. Moment hăm tăng dần để
hạn chế sự tăng vận tốc gây ra bởi đối trọng. Tại vị trí 1,
moment tác dụng của động cơ cân bằng với tác dụng của đối
trọng và vận tốc động cơ đạt trạng thái xác lập. Rh Arm + Hăm động năng được thực hiện bằng cách ngắt
phần ứng động cơ ra khỏi nguồn cung cấp và gắn nối
tiếp vào đó điện trở hăm Rh .Trong lúc này cuộn kích
từ vẫn phải đảm bảo được cấp nguồn. Cuộn kích từ SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 18 Trong hăm động năng, động cơ cũng đóng vai tṛ
như một máy phát. Năng lượng cơ năng tích trữ trong
rotor được chuyển đổi thành năng lượng điện. Nhưng thay v́ năng Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội lượng này được trả về nguồn như hăm tái sinh th́ trong chế độ hăm
động năng năng lượng này tiêu tán trên điện trở hăm Rh. 0 1.4.3. Hăm ngược: đtcTN 2 1 3 0 4 5 -0 Trường hợp nguồn DC đổi dấu:
Thực hiện bằng cách đảo vị trí đấu dây nguồn DC vào mạch phần
ứng, chú ý không đảo chiều cuộn kích từ. Khi đó sức điện động E và
nguồn DC sẽ cùng dấu và gây nên ḍng điện hăm rất lớn. Do đó để
hạn chế ḍng điện và moment hăm, cần lắp thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng trước khi đấu trở lại vào nguồn.Quá tŕnh hăm dừng
động cơ được minh hoạ bởi đặc tính cơ trên h́nh
H.1-9 . Động cơ chịu moment hăm ngược trong
gian đoạn 2-3. Trường hợp nguồn DC không đổi dấu:
Hăm ngược xảy ra khi thực hiện thả tải trọng (tải thế năng). Vận
tốc động cơ ngược chiều với vận tốc không tải của động cơ.Tương tự
trường hợp vừa khảo sát, cần lắp điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Trên h́nh H.1-9 , đặc tính hăm ngược xảy ra trong khoảng 4-5 và vận
tốc động cơ xác lập tại vị trí 5. Điện trở phụ phần ứng phải tính sao
cho moment hăm động cơ đủ lớn để giữ thăng bằng với tải trọng.
Quá tŕnh hăm ngược có hiệu suất thấp và năng lượng từ nguồn chuyển sang dạng nhiệt tiêu hao trên các điện trở phụ. 1.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ DC kích từ song song: w = ö
.
F RIU
-
ö
Ek Từ phương tŕnh đặc tính tôc độ của động cơDC kích từ song song:
. chúng ta có ba cách khác nhau để thay đổi tôc độ của động cơ: · Thay đổi điện trở mạch phần ứng.
· Thay đổi ḍng điện qua động cơ.
· Thay đổi điện áp đặt vào động cơ. SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 19 ứng: Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội 0 Rp1 n0đm Rp=0 Rp1 Rp2 Rp4 Rp3 M 0 Mc Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng đă được đề cập rất rơ trong phần 1.2 và 1.3. Đây là phương
pháp điều khiển vận tốc động cơ trong phạm vi dưới tốc độ định
mức. Điện áp nguồn DC và từ thông mạch kích từ có độ lớn không
đổi( bằng định mức). Điện trở phụ Rp mắc nối tiếp với mạch phần
ứng có thể được điều khiển nhảy cấp (sử dụng contactor) hay liên tục
(dùng điều khiển bán dẫn). V́ là phương pháp kém hiệu quả do gây ra
tổn hao trên điện trở nên chỉ thích hợp cho truyền động kéo moment
tải gián đoạn dạng xung. n . I = - H.1-10 ö k R
ö
55,9 U
.
F E R
+
p
k
.
F´
E Dựa vào phương tŕnh đặc tính cơ ,ta có nhận xét : ( b = = · Họ đặc tính nhân tạo khi thay thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng sẽ đồng qui tại điểm không tải lư tưởng. Điểm
không tải lư tưởng không thay đổi. dM
d
w .
F
+ 2)
đm
pR k
E
R
ö pR tăng th́ độ cứng của đặc tính cơ sẽ giảm (đặc tính cơ dốc
nhiều hơn). , v́ vậy khi · Độ cứng của đặc tính cơ SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 20 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội n . I = - ö k R
ö
55,9 U
.
F E R
+
p
k
.
F´
E R + R
ö n .
M = - k U
.
F E 55,9 ( k ´ p
2F
.
) E n const = = Để điều chỉnh vô cấp tốc độ và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng,
chúng ta sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ. 0 k U
.
F
E Khi U thay đổi th́ tốc độ không tải lư tưởng và họ đặc tính cơ nhân tạo lúc này là những đường thẳng song song với
đặc tính cơ tự nhiên(h́nh H.1-11) 0 n0đm Uđm U1 U2 M 0 Mc H.1-11 Điều chỉnh tốc độ bằng cách dùng hệ thống máy phát động cơ(Ward-Leonard) : H.1-12 SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 21 Trong hệ thống này, G đóng vai tṛ là máy phát cung cấp nguồn
DC trực tiếp cho động cơ M hoạt động. Phần ứng của máy phát G và
phần ứng của động cơ M được nối với nhau mà không thông qua điện Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội trở phụ. Máy phát E cung cấp nguồn cho mạch kích từ của máy phát
G và động cơ M. IM là động cơ sơ cấp kéo máy phát G và máy phát
E. IM có thể dùng động cơ không đồng bộ hay động cơ đồng bộ. Ưu điểm của hệ thống này là sự đơn giản và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. Tốc độ của động cơ M được điều chỉnh được bằng cách thay đổi
điện áp trên máy phát G. Phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể được mở
rộng nhờ điều chỉnh điện trở phụ mạch kích từ của động cơ M. Như
vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể được mở rộng theo chiều tăng
hay giảm tốc độ. Ngoài ra, khi muốn đảo chiều động cơ M th́ ta dùng cầu dao đảo
để đảo cực tính của cuộn kích từ ở máy phát G. Kết quả là điện áp do
máy phát G sinh ra sẽ đảo cực tính và làm động cơ M đảo chiều. 1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: Phương pháp này được sử dụng khi cần điều khiển tốc độ động cơ
lớn hơn giá trị định mức. Khi đó điện áp phần ứng động cơ được duy
tŕ không đổi bằng giá trị định mức và điều chỉnh tăng tốc độ bằng
cách giảm ḍng điện kích từ. n . I = - ö U
k đm
.
F R
+
p
k
.
F´
E
R
+ R
ö
55,9
R
ö n .
M = - E
U
k đm
.
F E 55,9 ( k ´ p
2F
)
. E SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 22 Phương tŕnh đặc tính cơ: Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội n 2 1 Ơđm > 1 > 2 0 Ơ1 Ơđm Ơ2 M 0 H.1-13 Khi điều khiển tăng vận tốc bằng cách giảm ḍng kích từ(tăng giá
trị điện trở phụ ở mạch kích từ), để động cơ không quá tải th́ moment
tải phải giới hạn trong một phạm vi cho phép thiết lập bởi đường
cong quá tải. u Uđm Ơđm Ơ n 0 H.1-14 SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 23 Kết hợp điều khiển thay đổi điện áp nguồn DC và từ thông kích
từ: duy tŕ từ thông bằng định mức và thay đổi điện áp nguồn DC cấp
cho phần ứng động cơ khi điều khiển vận tốc trong giới hạn nhỏ hơn
giá trị định mức. Duy tŕ điện áp phần ứng bằng định mức và thực
hiện giảm từ thông kích từ khi điều khiển vận tốc trên giá trị định
mức (Xem đặc tính điều khiển trên h́nh H.1-14 ). Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG
ĐỢNG CƠ MỘT CHIỀU Cho một động cơ kích từ song song với các số liệu định mức như sau: Uđm= 204 (v)
Iktđm=5,8 (A) Pđm= 94 (kW)
Iđm= 524 (A)
nđm=600(vòng/phút) n I
. = - u k U
.
F R
ö
.
k
F´
E E I. Viết phương trình đặc tính tốc độ(đặc tính cơ điện): I =u P ) - ´ ´ dm R 0, 024 ( = = = W
) u -
2 .
dmU I
I dm
2
dm U Ru I
. 3
0,5(204 524 94 10 )
524
´ - đm đm 0,32 k = = Þ F = đm 204 0, 024 524
600 n 637, 5 (vp/ph) = = = 0 -
n
đm
204
0,32 Uđm
.
K
F đm 3 đm M 9,55 9,55 1496 (N/m) = ´ = ´ = đm P
n 94 10
´
600 đm Momment định mức: n I
. - = u U
k k E E 637,5 R
đm
u
.
.
F
F
uI´
=614 – 0,04 II. Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên: III. Vẽ phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:n = f(I udm ) 1496 SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 24 A(0 ; 637,5) ; B(524; 600) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội R + R
ö n .
M = - U
k đm
.
F E ( k ´ p
2F
)
. 637,5 E M ´ - IV. Viết phương trình đặc tính cơ tự nhiên: 2 204
0,32 55,9
0, 024
9,55 0,32
´ 1496 n = n0 nđm =637,5 – 0. 245M
V. Vẽ phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
n = f(M)
C(0 , 637,5) ; D(1496 , 600)
Mở máy động cơ qua ba cấp điện trở phụ và tính điện trở phụ ở các cấp:
Tính R p bằng phương pháp đồ thị. RpI RpII RpIII 0 Iư SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 25 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội VI. Tính toán điện trở phụ cn thiết: (dựa vao sơ đồ đặc tính cơ tự nhiên) Trong quá tŕnh tính toán điện trở phụ cần thiết ta có thể bỏ qua
giá trị của điện trở tiếp xúc của chổi than , điện trở cuộn bu, điện trở
cuộn cực từ phụ, điện trở cuộn dây phần ứng,... Như vậy tổng trở
của động cơ chỉ c̣n lại Rư. I I nn
= - = Phương tŕnh đặc tính tốc độ tự nhiên: 0 n
DÞ
TN ö ö R
ö
.55,9
k R
ö
.55,9
k .
F .
F E E (1-16) n n I n I = - DÞ = 0 NT ö ö R
+
ö
.55,9
k R
+
ö
.55,9
k R
p
.
F R
p
.
F E đm E đm Phương tŕnh đặc tính cơ điện nhân tạo (khi thêm điện trở phụ vào
mạch rotor) (
1
-
1
7
) nTN : độ giảm tôc độ của đặc tính cơ tự nhiên
(ṿng\phút)
nNT : độ giảm tốc độ của đặc tính cơ nhân tạo
(ṿng\phút) n D n
TN R = R
=Þ - Chia 2 vế của biểu thức (1-16) và (1-17) ta được: p p R
ö n
D
TN
n
D NT
D NT n
D
NT
n
D
TN D-
n
TN æ
çç
è ö
=Þ÷÷
.1
R
ö
ø æ
çç
è ö
÷÷
.
ø öR
RöR
+
p
Áp dụng (1-18) Je Jg R R = (1-18) (W
) R pI ö ö. -
Jg eg
Jg æ
çç
.
è ö
=÷÷
ø Jc Jg R = =0.0135 (1-19) (W
) R pII R
ö ö. -
Jg cg
Jg æ
çç
.
è ö
=÷÷
ø SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 26 =0.04 (1-20) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội Ja Jg R R = (W
) R pIII ö ö. -
Jg ag
Jg æ
çç
.
è ö
=÷÷
ø R = 0.1 (1-21) (W
) =1
p pI R R R = 0.014 (1-22) = - (W
) 2p pII pI R = 0.026 (1-23) R R - (W
) pII p =3 R (1-24) = 0.06 mức. .
M = - Thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng:
Ta có: đm
.
F 55,9 R
u
(
k ´ E E R + .
M = - (1) nA= 55,9 ( p
2F
.
) R
u
´ E E (2) nB R + .
M = - Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
U
k
2F
)
.
Phương trình đặc tính cơ nhân tạo:
U
đm
k
.
F
k
Theo yêu cầu bài toán :
nB=1/2 nA (3)
từ (1),(2),(3): 2 U
k đm
.
F ( k ) 55,9 R
u
´ p
.
F E E 2 0.024 - nB =300 9,55(637,5 300)0.32
-
1496 =>Rp= Vậy Rp=0.2( W ) VIII. Cho Ikt=0.8Iktdm và Mc=0.8Mdm. tính n? dm Do Ikt thay đổi => dẫn đến thay đổi các thông số định mức
dmF =k. Iktdm
'F =k. Ikt = 0.8. Iktdm. K 'F =0.8 dmF ' = dm 1
8.0 n .
M = - c ' dm
F
F
U
k 55,9 k đm
.
F ´ E E .
F
´ ´ - => => dm 204
0.8 0.32
´ R
u
2'
8.0(
)
0.024 0.8 1496
2
9,55(0.8 0.32)
´ SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 27 =>n = =750(vg/ph) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội R + .
M = - IX. Hạ tải với tốc độ nc=500(v/p) và Mc=Mđm Biện pháp thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. 2 U
k đm
.
F ) 55,9 ( k R
u
´ p
.
F E 2 0.024 - nc E
9,55(637,5 500)0.32
-
1496 SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 28 = 0.065( W ) =>Rp= Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 29 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội ộng cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng răi trong thực tế.
Ưu điểm của loại động cơ này là: cấu tạo đơn giản, vận hành
ổn định và giá thành rẻ hơn động cơ một chiều. Về mặt cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại:
động cơ rotor dây quấn và động cơ rotor lồng sóc (c̣òn gọi là động cơ
rotor ngắn mạch). Động cơ không đồng bộ được sản xuất có công suất
từ vài chục watt đối với cấp điện áp thấp cho tới vài chục megawatt đối
với cấp điện áp cao. Phần lớn động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc và rotor dây quấn
được vận hành trong thực tiễn như khởi động, hăm, đảo chiều quay
bằng phương pháp điều khiển logic. SV TH: Tạ Văn Tiến Trang 30 Sự phát triển của điện tử công suất trong những năm gần đây đă đẩy
mạnh ứng dụng của động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền
động yêu cầu điều chỉnh nhuyễn tôc độ. Bộ biến đổi công suất được sử
dụng nhiều để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là bộ biến tần.
Với giá thành ngày càng rẻ và tính năng ngày càng được nâng cao của
các bộ biến tần, truyền động điều chỉnh tôc độ động cơ không đồng bộ
đă thay thế dần truyền động điều chỉnh tôc độ dùng động cơ một chiều. GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän U1p MM
M CHƯƠNG 3 : SƠ LƯỢC VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA =s 1) Các thông số cơ bản:
Các số liệu đặc trưng của động cơ:
Pđm: công suất định mức(W,KW,MW)
đm: vận tốc định mức (rad/s)
nđm :vận tốc định mức (ṿng/phút)
Mđm : moment định mức(Nm,KNm) ww -
0
w
0
.2 Độ trượt (slip) w =
0 f.
p
p Tốc độ đồng bộ p : số đôi cực
ƒ : tần số nguồn cung cấp (Hz) 2) Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: R ' 2
S Để thành lập đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng
sơ đồ tương đương gần đúng của động cơ không đồng bộ như h́nh
H.3-1 X = : điện áp pha mạch stator
: ḍng điện mạch stator
: ḍng điện mạch rotor qui đổi về stator
: điện trở và điện kháng mạch stator 1 X
+ 2 U1p
I1
I’2
R1, X1
R’2, X’2 : điện trở và điện kháng mạch rotor qui đổi về stator
R0, X0
Rp
Đặt : điện trở và điện kháng mạch từ hoá
: điện trở phụ thêm vào mạch rotor
X n Dựa vào sơ đồ mạch tương đương h́nh H.3-1 ta tính được ḍng SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 31 điện trong mạch rotor quy đổi về stator theo biểu thức sau: GVHD :Lê Ngọc Hội U 1 p I = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän '
2 2 X + + + (
X )2' R
1 1 2 '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø 3 (3- Pđt = 2'
RI
2 . '
2 Công suất điện từ: .3 U P . = đt 1)
(3-
2) '
R
2
s X + + R
1 2
n '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø (3- Thế (3-1) vào biểu thức (3-2) ta được:
2
1
p
2 3) đt MP = .wđt
0 Mà công suất điện từ c̣n được tính bằng công thức: (3-4) . '
2 M = đt 2
RU
1
p
2 X .
s + + 2
n R
1 '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø ö
÷
.
w
÷
0
÷
ø æ
ç
ç
ç
è Từ biểu thức (3-3) và (3-4) ta có:
.3 Nếu bỏ qua tổn hao do ma sát trong động cơ th́ moment của động . R .3 U '
2 M = cơ bằng với moment điện từ, nên ta có phương tŕnh đặt tính cơ sau: 2
1
p
2 X . s + + R
1 2
n .
w
0 '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
ç
è ö
÷
÷
÷
ø (3- 5) Đồ thị của phương tŕnh (3-5) được minh hoạ như h́nh(H.3-3.3) 3) Trong đồ thị ta thấy có hai đieåm tới hạn : Một điểm ứng với chế độ động cơ và một điểm ứng với chế độ SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 32 máy phát. GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän H.3-2 Để xác định vị trí hai điểm tới hạn ta t́m cực trị của hàm M theo 2 .2 R '
2 X 2 2 + + s
-×+ - R
1 2
n 2'
2
3 '
R
2
s RR
.
1
2
s s ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø . '
2 é
æ
ê
ç
ê
ç
è
ê
ë ù
ú
ú
ú
û -= × 2 dM
ds 2 2
RU
3
1
p
w
0 2 s X + + R
1 2
n '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
ç
è ö
÷
÷
÷
ø R X + - 2
R
1 2
n 2'
2
2 U
3 R '
2 s -= × 2 dM
ds 2 2
1 .
p
w
0 2 s X + + R
1 2
n '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
ç
è ö
÷
÷
÷
ø R R '
2 0 X 0 s +Þ= - ±=Þ= biến s trong phương tŕnh (3-5). Trước hết ta tính đạo hàm của M: 2
R
1 2
n 2'
2
2 dM
ds s X + 2
R
1 2
n R '
2 s ±= Cho max + 2
R
1 2
nX Vậy độ trượt tới hạn (3- SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 33 6) GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Thế smax trong biểu thức (3-6) vào phương tŕnh (3-5) ta tính được U
3 2
p
1 M = giá trị của moment tới hạn: max X ± + 2
w
0 R
1 2
R
1 2
n æ
ç
è ö
÷
ø (3- 7)
Trong biểu thức (3-5) và (3-6), dấu + ứng với trường hợp động cơ
và đấu - ứng với trường hợp máy phát. Qua hai biểu thức này ta cũng
thấy rằng độ trượt tới hạn smax phụ thuộc vào điện trở mạch rotor c̣n
Mmax th́ không phụ thuộc vào điện trở mạch rotor. s + × max M R
1
'
R
2 Khi chia hai vế của phương tŕnh (3-5) cho hai vế của biểu thức ö
÷
÷
ø = s s M max .2 s + + max s max
s max R
1
'
R
2 (3-7) ta được phương tŕnh sau:
æ
ç
12
ç
è (3- 8) max R
1 s
'
R
2 có giá trị nhỏ không đáng kể so với 1 và các phần tử V́ M M 2 = M
=Þ khác trong phương tŕnh(3-8) nên ta có thể viết phương tŕnh(3-8) theo
dạng gần đúng: s max
s s 2
s M max + + s max
s max
s s max max (3- 9) SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 34 Đường đặc tính cơ của động cơ ba pha không đồng bộ c̣n được
biểu diễn theo mối quan hệ giữa moment M và tốc độ n của động cơ
theo h́nh (H.3-3) GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän H.3-3 4) Khởi động động cơ không đồng bộ: Có rất nhiều phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ :
khởi động trực tiếp, khởi động bằng điện trở phụ, khởi động bằng
máy biến áp tự ngẫu, khởi động mềm, khởi động bằng cuộn kháng,
khởi động part-winding... Trong phần này chúng ta chỉ đề cập đến
một vài phương pháp cơ bản.
a) Khởi động trực tiếp: Đặc điểm của khởi động trực tiếp: · Điều khiển đơn giản, đóng các pha của động cơ trực tiếp vào nguồn ba pha bằng công tắt cơ khí hay dùng contactor.
· Ḍng khởi động lớn có thể gây sụt áp trên lưới điện quá mức cho phép, đặc biệt khi động cơ có công suất lớn. · Moment khởi động chứa thành phần xung khá lớn, do đó có thể gây sốc động cơ, động cơ khởi động không êm. b) Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu: H́nh H.3-4 SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 35 H́nh H.3-4 là sơ đồ nguyên lư của hai phương pháp khởi động
trực tiếp (dùng tiếp điểm K1) và khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
(dùng tiếp điểm K2, K3) GVHD :Lê Ngọc Hội , I I Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Lkđ 0 Lkđ
tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
I I , Gọi : lần lượt là ḍng điện qua lưới khi khởi động trực kđ kđ 0 lần lượt là ḍng điện khởi động khi khởi động trực kđ lần lượt là moment khởi động khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu
M ,
kđ M
0 tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu Nếu không khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu và thực hiện khởi U I I = = Lkđ kđ 0 0 ( ( X X + + + R
1 1 2'
)
2 2'
R
)
2
2 U M R = × × kđ '
2 0 2 ( X X ( + + + 3
ω
0 R
1 '
)R
2 1 động trực tiếp, ḍng điện qua lưới nguồn và moment động cơ được
xác định theo biểu thức: 2'
)
2
Nếu sử dụng máy biến áp tự ngẫu, điện áp khởi động giảm xuống
c̣n
U kđ I = kđ + 2'
)
2 1 (
R
1
nU R
I (
X
+
In
. 2'
)
2
In
. U +
=Þ= X
= kđ kđ kđ Lkđ 0 2 M R 2
Mn
. Þ = × × = kđ '
2 kđ 0 0
U
2 X ( + kđ
(
+ 3
ω
0 R
1 1 2'
)
2 '
)R
2 X
+
Giả sử máy biến áp không tiêu hao công suất và hệ số công suất I 2
In
. 2
In
. Þ = = = = .Ta có ḍng điện khởi động và moment khởi động theo Lkđ Lkđ kđ kđ Lkđ kđ 0 0 .3
IU phía sơ cấp và thứ cấp bằng nhau :
IU
In
3
.
.
kđ c) Khởi động bằng điện trở phụ mạch rotor: Phương pháp này được sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn (h́nh H.3-5) Khi bắt đầu khởi động các contactor K1,K2,K3 ở trạng
thái mở. Lần lượt thực hiện đóng K3,K2,K1 để lạoi bỏ dần
điện trở phụ ra khỏi mạch rotor. I = kđ ( X X ( R + + + + 1 2'
)
2 ph 2 U M ( R ) Þ = × × + kđ '
R
2 ph 2 ( ( X X + + + + U
2'
R
R
)
1
2
Moment khởi động :
3
ω
0 '
R
2 R
1 )R
ph 1 2'
)
2 SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 36 Ḍng điện qua stator lúc khởi động GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän 5) Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:
Trong phần điều chỉnh tốc độ, chúng ta sẽ xem xét sơ lược các phương
pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ. Chủ yếu trong
phần này chúng ta sẽ tập trung vào phương pháp điều chỉnh tốc độ
bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rotor. a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ vào mạch rotor :
Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ khi gắn điện pR2 vào mạch rotor (H-3-6) ' ' R + trở phụ '
pR
2 2 pR là điện trở phụ mạch rotor '
Đặt
R
=
2
đổi về stator. , với pR2 qui Áp dụng các công thức trong phần 1 và 2 của chương 3 cho mạch U 1 p điện thay thế tương đương trong h́nh H.3-6, ta viết lại một số công
thức cho phù hợp với mạch điện h́nh H.3-6: I = '
2 X + + + (
X )2' 1 2 R
1 R
s æ
ç
ç
è ' . .3 M = Ḍng điện rotor qui đổi về stator: 2'
ö
÷
÷
ø
2
RU
1
p
2 ' R X .
s + + R
1 2
n w
0 s ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
è æ
ç
ç
ç
è ö
÷
.
÷
÷
ø ' s = Momment của động cơ : max + R
2
R
1 2
nX SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 37 Độ trượt tới hạn: GVHD :Lê Ngọc Hội U
3 2
p
1 M = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän max X + + 2
w
0 R
1 2
R
1 2
n æ
ç
è ö
÷
ø M M = Momment tới hạn : max
s 2
s + max
s s max Momment của động cơ (dạng gần đúng) : Từ các biểu thức trên ta có nhận xét : · Momment tới hạn không phụ thuộc vào điện trở rotor. Do
đó động cơ có thể đạt được momment cực đại ngay khi tốc
độ chậm. · Độ trượt tới hạn smax phụ thuộc vào điện trở rotor và smax sẽ
tăng khi ta tăng R’p vào mạch roto. Như vậy tốc độ sẽ thay
đổi khi ta thêm điện trở phụ mạch rotor, cụ thể ta có thể
giảm tốc độ bằng cách tăng điện trở rotor và ngược lại. · Nhược điểm: phương pháp này gây tổn hao trên điện trở SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 38 rotor nên hệ thống truyền động đạt hiệu suất thấp,đặc biệt
khi tốc độ động cơ nhỏ.Phương pháp này áp dụng chủ yếu
cho các truyền động ngắn hạn, gián đoạn như cần trục. GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Nhận xét đồ thị (H.3-7) : khi điện trở phụ mạch rotor tăng lên th́ độ trượt tới hạn tăng nhưng moment tới hạn th́ không đổi. b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch stator :
Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ khi gắn điện pR1 vào mạch rotor (H-3-8) U1p R1p ' R = + pR
1 R
1 trở phụ Đặt
Áp dụng các công thức trong phần 1 và 2 của chương 3 cho mạch U 1 p I = điện thay thế tương đương trong h́nh H.3-8, ta viết lại một số công
thức cho phù hợp với mạch điện h́nh H.3-8: '
2 2 ' R X + + + (
X )2' 1 2 '
R
2
s æ
ç
ç
è . .3 '
2 M = Ḍng điện rotor qui đổi về stator: ö
÷
÷
ø
2
RU
1
p
2 ' R X .
s + + 2
n w
0 '
R
2
s ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
è æ
ç
ç
ç
è ö
÷
.
÷
÷
ø '
R
2 s = Momment của động cơ : max 2' R + 2
nX U
3 2
p
1 M = Độ trượt tới hạn: max ' 2' R R X + + 2
w
0 2
n æ
çç
è ö
÷÷
ø M M = Momment tới hạn : max
s 2
s + max
s s max Momment của động cơ (dạng gần đúng) : SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 39 Từ các biểu thức trên ta có một số nhận xét sau: GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän · Moment tới hạn Mmax phụ thuộc vào điện trở mạch stator. V́ pR1 tăng th́ moment tới hạn sẽ giảm. vậy khi · Độ trượt tới hạn smax cũng phụ thuộc vào điện trở mạch stator, v́ vậy khi
pR1 tăng th́ smax cũng giảm. · Nhược điểm của phương pháp này là tổn hao năng lượng
trên điện trở phụ nên hiệu suất của phương pháp này rất
thấp. H.3-9 Nhận xét đồ thị (H.3-9): khi tăng điện trở phụ mạch stator th́ độ
trượt tới hạn giảm rất chậm trong khi đó moment tới hạn của động cơ
giảm rất nhanh. c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp
Khi thay đổi điện áp stator của động cơ, đặc tính cơ sẽ bị thay đổi . R .3 U '
2 M = 2
1
p
2 X . s + + R
1 2
n .
w
0 '
R
2
s æ
ç
ç
è ö
÷
÷
ø æ
ç
ç
ç
è ö
÷
÷
÷
ø SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 40 và qua đó ta sẽ điều khiển được vận tốc động cơ. GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Phương tŕnh đặc tính cơ của động cơ có momment tỉ lệ với b́nh U
3 R 2
p
1 '
2 M = s = phương điện áp nguồn cung cấp. max max + X + + 2
R
1 2
nX 2
w
0 R
1 2
R
1 2
n æ
ç
è ö
÷
ø ; Momment tới hạn của động cơ tỉ lệ với b́nh phương điện áp stator, khi điện áp nguồn cung cấp giảm th́ moment tới hạn giảm rất nhanh.
Momment tới hạn xảy ra tại cùng giá trị smax khi U1p thay đổi và smax
không phụ thuộc vào sự thay đổi của U1p. Ưu điểm của phương pháp điều khiển này là tính đơn giản.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp stator
tương đối hẹp v́ điện áp nguồn chỉ có thể điều chỉnh nhỏ hơn giá trị
điện áp định mức hay hơn giá trị điện áp định mức một khoảng nhỏ
trong giới hạn cho phép. Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ ta có thể thêm điện trở phụ
mạch rotor ( đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn) để tăng
giá trị của ḍng điện cực đại cho phép qua mạch rotor quy đổi sang
stator . Ngoài ra khi động cơ mang tải gián đoạn ngắn hạn lặp lại, khả
năng quá tải và từ đó giá trị ḍng điện rotor cực đại cho phép có thể
thiết lập lớn hơn và phạm vi điều chỉnh tốc độ được mở rộng. H.3-10 Nhận xét đồ thị H.3-10 : Khi thay đổi điện áp nguồn cung cấp th́
độ trượt tới hạn của động cơ không thay đổi, nhưng moment tới hạn
của động cơ sẽ giảm rất nhanh khi giảm điện áp nguồn cung cấp và
ngược lại khi điện áp nguồn cung cấp tăng th́ moment tới hạn tăng rất
nhanh. SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 41 d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp : GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Trong phương pháp này người ta thường sử dụng bộ biến tần để thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ. Tốc độ không tải lư tưởng của động cơ quan hệ với tần số nguồn .2 w =
0 f.
p
p cung cấp theo công thức: 0w theo công thức : U
3 2
p
1 M = max X + + 2
w
0 R
1 2
R
1 2
n ö
÷
ø æ
ç
è
'
R
2 s = max + 2
R
1 2
nX Mà moment tới hạn và dộ trượt tới hạn của động cơ phụ thuộc vào 0w và Xn tăng theo nên smax giảm và Mmax giảm Khi tần số tăng th́ rất nhanh. Đồ thị h́nh (H.3-11) biểu diễn họ đặc tính cơ của động cơ MT-63- 10 khi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ. H.3-11 Nhận xét đồ thị H.3-11 : khi tăng tần số nguồn cung cấp th́
moment tới hạn của động cơ sẽ giảm rất nhanh và độ trượt tới hạn
giảm chậm hơn, nhưng khi giảm tần số nguồn cung cấp th́ momenttới
hạn sẽ tăng rất nhanh và độ trượt tới hạn sẽ tăng chậm hơn. SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 42 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực : GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Với tần số nguồn cho trước, tấn số đồng bộ sẽ tỉ lệ với số đôi cực.
V́ thế vận tốc có thể thay đổi bằng cách thay đổi số đôi cực.Việc thay
đổi này do cấu trúc quấn dây và thực hiện ở giai đoạn chế tạo của nhà
sản xuất.
Đối với động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, cấu tạo rotor là
đồng nhất không phụ thuộc vào số đôi cực. V́ thế thay đổi số đôi cực
thực hiện trong các cuộn dây stator. Đối với động cơ không đồng bộ
rotor dây quấn, thực hiện thay đổi số đôi cực đồi hỏi phải thực hiện
cả ở cuộn dây rotor, điều này làm cho việc thực hiện trở nên phức
tạp.V́ thế phương pháp thay đổi số đôi cực chỉ thực hiện với động cơ
không đồng bộ rotor lồng sóc. Cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có các số liệu định mức sau: 011 .0= 1050 = Pđm=54kw; U1đm=400(V); 2p=10; N1=24(vòng); N2=34(vòng), D feP h = P
, cosj=0.844. Sức từ động stator lớn hơn sức từ (kw); kdq1=0.954; kdq2=0.954; m1=m2=3; R1=0.24( W ); R2=0.05( W ) ;
(w);
X1=0.34( W ); X2=0.054( W );
Pcu
D
I0=34(A);
0.84
động rotor 20%.đấu dây trong động cơ D / U SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 43 Dòng điện stator và rotor ở chế độ định mức: GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Pñ
h 3 Pđ=3Up.Ip.Cos j = 3 .Ud.Id. Cos j = I 110 ( A
) = = = ñm
1 *3*84,0 .3. U 844,0* P
ñm
Cos
. 10*54
400 h j ñm
1 ñm Dòng diện stato 1 *85,0 .85,0 110 * I I . (66 A
) = = = ñm
1 ñm 2 Dòng diện Rotor
Do sức từ động của stator lớn hơn sức từ động của rotor 15% nên: 24
34 2 F1 - F2 = 0,15.F1 Þ F2 = 0,85.F1
Û N2.I2đm = 0,85N1.I1đm
N
N Các thành phần của trở kháng ngắn mạch: dq
1 k 7,0 = = = E 954,0*24
954,0*34 kN
.
1
kN
.
2 dq 2 - Tỷ số biến áp của động cơ: - Các đại lượng qui đổi từ rotor về stator: E.R2 = (0,7)2 * 0,05= 0,025 (W)
E.X2 = (0,7)2 * 0,054 = 0,026 (W) ñm I (94 A
) = = = '
2 ñm I
2
k 66
7,0 E R’2 = k2
X’2 = k2 Các thành phần trở kháng ngắn mạch: N arctg arctg 054 = = = Nj X
R 366,0
265
,0 N 2 2 Z R X ,0 265 366,0 (45,0 ) = + = + = W N 2
N 2
N U P1 I = '
2 2 X R + 2
N 1 RN = R1 + R’2 = 0.24+ 0.025 = 0.265 (W)
XN = X1 + X’2 = 0.34 + 0,026 = 0,366 (W) '
R
2
S ö
+÷÷
ø æ
çç
è SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 44 Độ trượt định mức:
Từ phương trình đặc tính tốc độ: GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän U Pñm1 I = '
ñm2 2 '
2 X R + 2
N 1 R
S ñm ö
+÷÷
ø æ
çç
è 2 X R - 2
N 1 '
R
2
=Þ
S U
Pñm1
'
I
ñm2 ö
÷
-÷
ø æ
ç
ç
è 006,0 » = S ñm
=Þ 025,0
2,4 '
R
2
2,4 mm '
2 k = = I I
I I ñm dm1 U P1 I I = = mm '
2 2 R X + 1 2
N '
R
2
S ö
+÷÷
ø æ
çç
è Ơ chế độ định mức: 2 + R'
P Bội số dòng điện mở máy:
I
Trong đó: U P I (513 A
) = = = = '
2 U
1
Z 400
45.0*3 N X R 1
P
+ 2
N 2
N 7,4 = =Ik 513
110 Với R' = R' Khi mở máy: n = 0 Þ S = 1
Nên:
Vậy:
Xác định khả năng quá tải: max =l M
m M ñm M M = .2
S + max
S
max
S S max Ta có: M.2 M = ñm ñm + max
S
max
S S
S ñm max ñm max .2 Þ = + m S
S S
max
S M
M max ñm ñm .2
l=
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 45 Ở trạng thái định mức: GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän S ,0 068 = = = max .0
.0 025
366 '
R
2
NX = = .2
Þ ml 068
006 006
068 ,0
,0 7,5=lm Trong đó: n n 0 ñm S n S1.(n ) = Þ = - ñm ñm 0 ñm -
n 0
f 1.( S ) 006 ) 596 pv
/( ) - = ,01(*
- = n
=Þ
ñm ñm .60
p 50*60
5 3 *55,9 (865 Nm ) Þ = = M ñm 10*54
596 M M
. *7,5 865 4931
( Nm ) = = max = l
m ñm M Mà: M (668 Nm ) Þ = = = M mm M = max
S 4931
,0 .2
1 .2
S + + + *2
1
068 ,0 068
1 S max
1 max max
S
max
S S max Ta có : Khi mở máy: n = 0 Þ s = 1 M1 £ 0,85Mmax £ 0,85*4931 =4191 (Nm)
M2 = 1,2Mđm = 1,2*865 = 1038 (Nm) je jg 05,0 (056.0 = = = = )
W RPI R
.
2 eg
R
.
2
jg 40
36 jc jg . R . 05,0 (17,0 ) = = = = W RPII 2 R
2 cg
jg 123
36 -
jg
-
jg Đồ thị đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ:
Từ đồ thị đặc tính cơ ta tính được các cấp điện trở phụ: ja jg (413 05,0 ,0 R ) . . W = = = = RPIII R
2 2 297
36 -
jg ag
jg
SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 46 )W )W GVHD :Lê Ngọc Hội SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 47 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän
Rp1=RpI=0,056(
Rp2= RpII - RpI =0,17 – 0,056 =0,114( W )
Rp2= RpIII -RpII - RpI=0,413– 0,17–0,056=0.187( GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän K1 K1 RPI RP K2 K2 RPIII RPII RP K3 K3 RP Sơ đồ nguyên lý động cơ mở máy được thiết kế như hình vẽ với K1, K2, K3 là các Khi bắt đầu mở máy, các tiếp điểm K1, K2, K3 đều mở, mạch phần
ứng của động cơ được nối với điện trở phụ RPIII= 0,413(W). Động cơ tãng
tốc trên đường số (3), khi tốc độ của động cơ tăng đến điểm b ,người ta
điều khiển cho tiếp điểm K3 đóng lại, loại điện trở phụ RP3 ra khỏi mạch
rotor, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm c , động cơ tiếp tục tăng tốc
trên đường đặc tính số (2), khi tốc độ tăng tới điểm d thì điều khiển tiếp
điểm K2 đóng lại, loại RP2 ra khỏi mạch rotor, động cơ chuyển sang làm
việc tại e và tiếp tục tăng tốc trên đường đặc tính số (1), khi tốc độ đạt
đến điểm f ứng với M1 ta điều khiển đóng tiếp điểm K1 loại điện trở RP1
ra khỏi mạch rotor, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm g và tiếp tục
tăng tốc trên đường đặc tính cơ tự nhiên cho đến khi moment của động cơ
bằng với moment của tải thì động cơ làm việc ổn định
TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ NÂNG TẢI
VỚI TỐC ĐỘ LẦN LƯỢT LÀ 1/2nđm VÀ 1/4nđm:VỚI MC =0,9 Mđm 1. Nâng tải với tốc độ n = 1/2nđm: Động cơ nâng tải định mức: MC =0,9 Mđm = 0,9*865 =778,5(Nm) n 600 298 0 n
1 503,0 = = = S B -
n -
600 Khi: n1 = 1/2nđm= 1/2*596 =298 (v/p) 0 SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 48 Ta có: GVHD :Lê Ngọc Hội M M = max
S Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän + S max
S max M .2 M = c B + max
S
max
S S
S max B max .2 S S 0 Þ + = - SS
.
.
B 2
max max 2
B M
M 2 503,0* 503,0 *2 S * S 0 Û = + - 2
max max c
4931
5,778 Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S Khi nâng tải với tốc độ n1 = 1/2nđm thì động cơ chuyển sang làm việc
tại B:
Þ ' R R '
P S = = max Smax1 =6,3
Smax2 = 0,03 '
+
2
X N N Nên ta chọn: Smax = 6,3
R
X P = Smax.XN –R’2= (6,3*0,366) -0.025 =2,28W) n n 600 298 0 2 '
P Mặt khác:
Þ R' qñEK .RP 5,0 = = = (6,4 ) = = W SC R
=Þ
P -
n -
600 28,2
2
7,0 0 R
2
k
qñE Vậy để nâng tải với tốc độ n1 = 1/2nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần
ứng một điện trở RP = 4,6(W). Mà R' P = 2 n n 600 149 0 2 75,0 = = = SC -
n -
600 0 M M = max
S + max
S S max 2. Nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm:
Khi n2 = 1/4nđm =1/4*596 = 149(v/p) SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 49 Ta có:
Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S
Khi nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm thì động cơ chuyển sang làm
việc tại C: M .2 M = C C + max
S
max
S S
S max C GVHD :Lê Ngọc Hội max S .2 S 0 - + = 2
max SS
.
.
C max 2
C Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän M
M 2 *75,0* S 75,0 0 S *2 + = - Û max 2
max C
4931
5,778 ' R R '
P S = = max R
X '
+
2
X N N Þ P = Smax.XN –R’2= 9,4*0,366 -0.025 = 3,4(W). 2 Þ Smax1 = 9,4
Smax2 = 0,06
Nên ta chọn: Smax = 9,4
Mặt khác: E.RP ) (9,6 = = W R
=Þ
P 4,3
2
7,0 '
R
P
2
k
qñE L3 L1 L2 2.59 k k 3.8 Þ R'
P = kqđ SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 50 Mà R'
Vậy để nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm ta phải dóng vào mạch rotor phần
ứng một điện trở RP = 6,9(W).
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ CỦA ĐỘNG CƠ KHI NÂNG TẢI GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän Sơ đồ nguyên lý nâng tải được thiết kế như hình vẽ trong đó K là tiếp điểm điều khiển: Khi nâng tải với tốc độ n1 = 1/2nđm, ta điều khiển cho tiếp
điểm K đóng khi đó RP = 4,6 (W) được nối tiếp vào mạch rotor
động cơ, động cơ làm việc trên đường đặc tính số (1), tải được
nâng lên với tố độ 298 (vòng/phút).
Khi nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm, ta điều khiển cho
tiếp điểm K mở, điện trở RP = 6,9 (W) được nối tiếp vào mạch
rotor, động cơ làm việc trên đường đặc tính số (2), tải được
nâng lên với tốc độ 149 (vòng/phút). TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH
ROTOR KHI HẠ TẢI: n 600 149 ) 0 25,1 = = = S D (
--
600 -
n 0 1. Hạ tải với tốc độ n1 = 1/4nđm:
Khi hạ tải thì: M = 0,9Mđm = 0,9*865 = 778,5 (Nm) M M = max
S Khi: n1 = 1/4nđm =1/4*596 = 149(v/p)
Hệ số trượt lúc hạ tải:
n
1 + S max
S max M .2 M = D D + max
S
max
S S
S max D max .2 S S 0 Þ = + - SS
.
.
D 2
max max 2
D M
M 2 Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S *25,1* S 25,1 0 S *2 + = Û - max 2
max D
4931
5,778 Khi hạ tải với tốc độ n1 = -1/4nđm thì động cơ chuyển sang làm
việc tại D: Þ SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 51 Smax1 = 15,73
Smax2 = 0,1 GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän ' R R '
P S = = max R
X '
+
2
X N N Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 15,73 P = Smax.XN - R' 2=15,73*0,366-0.025=5,7 Mặt khác: ) (6,11 = = W R
=Þ
P 7,5
2
7,0 '
R
P
2
k
qñE 2 E.RP P = kqđ Þ R' n 600 397 ) 0 2 66,1 = = = S E Mà R'
Vậy để hạ tải với tốc độ n1 = 1/4nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần
ứng một điện trở RP = 11,6(W).
2. Hạ tải với tốc độ n2 = 2/3nđm :
Khi: n2 = 2/3nđm =2/3*596 = 397(v/p) -
n 0 M M = max
S Hệ số trượt lúc hạ tải:
n
(
--
600 + S max
S max M .2 M = E 0 S S Þ = + 2
max max 2
E S
E
.2
-
S
max M
+
M 2 Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S *66,1* S 66,1 0 *2 S + = Û - max 2
max max
S
max
max
SS
.
.
S
E
E
E
4090
518
Þ Smax1 = 20
Smax2 = 0.1 Khi hạ tải với tốc độ n2 = -2/3nđm thì động cơ chuyển sang làm việc
tại E: ' R R '
P Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 20 = = max R
X '
+
2
X N N Khi đó: P = Smax.XN - R' 2= 20*0,366-0,025= 7,3 SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 52 Þ R' 2 P = kqđ (9,14 ) = = W R
=Þ
P 3,7
2
7,0 E.RP
'
R
P
2
k
qñE GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän
Mà R' Vậy để hạ tải với tốc độ n2 = 2/3nđm ta phải đóng vào mạch rotor n n 596 ) 600 0 3 99,1 = = = S F phần ứng một điện trở RP = 14,9(W).
3. Hạ tải với tốc độ n3 = nđm : 0 M M = max
S Hệ số trượt lúc hạ tải:
-
(
--
n
600 + S max
S max M .2 M = F F + max
S
max
S S
S max F max .2 0 S S Þ = + - SS
.
.
F 2
max max 2
F M
M 2 Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S *99,1* 99,1 *2 0 S S Û = - + 2
max max F
4090
518 Khi hạ tải với tốc độ n3 = -nđm thì động cơ chuyển sang làm việc
tại F: Þ Smax1 =25 Smax2 = 0,16 ' R R '
P S = = max R
X '
+
2
X N N Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 25 P = Smax.XN - R' 2= 25*0.366-0.025=9,125 Khi đó: 2 '
P P = kqđ E.RP (6,18 ) = = W R
=Þ
P 125,9
2
7,0 R
2
k
qñE Þ R' SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 53 Mà R' GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän
Vậy để hạ tải với tốc độ n3 = nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần ứng
một điện trở
RP = 18,6 (W). n n 1490 600 ) 0 4 5.3 = = = SG (
--
600 0 4. Hạ tải với tốc độ n4 = 2,5nđm : M M = max
S Khi: n4 = 2,5nđm =2,5*596 = 1490(v/p)
Hệ số trượt lúc hạ tải:
-
n + S max
S max M .2 M = G G + max
S
max
S S
S max G max .2 S 0 S Þ + = - SS
.
.
G 2
max max 2
G M
M 2 Từ phương trình đặc tính cơ:
.2
S *5.3* S 5,3 0 S *2 + = Û - max 2
max G
4931
5,778
Þ Smax1 = 44 Khi hạ tải với tốc độ n4 = -2,5nđm thì động cơ chuyển sang làm
việc tại G: ' R R '
P S = = max '
+
2
X R
X N N Smax2 = 0,27 P = Smax.XN - R' 2= 44*0,366-0,025=16 2 '
P Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 44
Khi đó: E.RP (7,32 ) W = = R
=Þ
P 16
2
7,0 R
2
k
qñE Þ R'
P = kqđ Mà R'
Vậy để hạ tải với tốc độ n4 =-2,5 nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần
ứng một điện trở RP = 32,7 (W). SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 54 § Khi hạ tải với tốc độ n1 =- 1/4nđm: ta điều khiển cho tiếp điểm K1
đóng, khi đó điện trở phụ RP = 11,6 (W) được nối vào mạch rotor,
động cơ làm việc trên đường đặc tính số (1), tải được hạ xuống với
tốc độ 186 (vòng/phút). GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän § Khi hạ tải với tốc độ n2 =- 2/3nđm: ta điều khiển cho tiếp điểm K2
đóng lại, khi đó điện trở phụ RP = 14,9 (W) được nối vào mạch
rotor, động cơ làm việc trên đường đặc tính số (2), tải được hạ
xuống với tốc độ 497(vòng/phút). § Khi hạ tải với tốc độ n3=- nđm: ta điều khiển cho tiếp điểm K3 đóng
lại, khi đó điện trở phụ RP = 18,6 (W) được nối vào mạch rotor,
động cơ làm việc trên đường đặc tính số (3), tải được hạ xuống với
tốc độ 746(vòng/phút). L1 L2 L3 K1 K1 3.9 10.2 K2 K2 18 K3 K3 SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 55 § Khi hạ tải với tốc độ n4 = -2,5nđm: ta điều khiển cho tiếp điểm K4
đóng lại, khi đó điện trở phụ RP = 32,7 (W) được nối vào mạch
rotor, động cơ làm việc trên đường đặc tính số (4), tải được hạ
xuống với tốc độ 1865 (vòng/phút). GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ MỞ MÁY NÂNG TẢI HẠ TẢI: SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 56 Khi mở máy:dựa theo sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ mà ta có
thể giải thích như sau:trước khi mở máy ta tiến hành mở các khóa
1K,2K,3K và đóng toàn bộ các khóa còn lại. Động cơ tang tốc dần tới đến
đương nhân tạo đầu tiên thì ta tiến hành đóng khóa 3K để loại bỏ điện trở
phụ RP3,động cơ tiếp tục tăng tốc đến đặc tính cơ nhân tạo thứ 2,ta tiếp
tục đóng khóa 2K để loại bỏ điện trở phu RP2,,động co tiếp tục tăng tốc
tới đặc tính cơ nhân tạo thứ 3,ta tiếp tục đóng khóa 1K để loại bỏ điện trở
phụ RP1.Và cuối cùng động cơ hoạt động ở chế độ định mức
Khi nâng tải: Khi tiến hành nâng tải ta để hở 4K hoặc 5K để nâng tải ở
½ hoặc ¼ tốc độ định mức,trước đó ta đống toàn bộ các khóa còn lại
Khi hạ tải:Tương tự như phần nâng tải ta tiến hành loại bỏ các phần điện
trở phụ không liên quan đến phần hạ tải bằng cách đóng các khóa
1K,2K,3K,4K,5K và để hở các khóa 6K ứng với n=1/2 nđm,hoặc 7K,8K
ứng voi n=1/4nđm,2nđm GVHD :Lê Ngọc Hội SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 57 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän
SÔ ÑOÀ ÑIEÀU K HIEÅN ÑOÄNG CÔ M ÔÛ M A ÙY QUA BA CA ÁP ÑIEÄN T R ÔÛ
BA ÊNG PL C ( V ÔÙI CHEÁ ÑOÄ T ÖÏ ÑOÂNG SA U 15S ÑOÄNG CÔ HOA ÏT
ÑOÄNG T R EÂN ÑA ËC T ÍNH CÔ T ÖÏ NHIEÂN) GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 58 Sau gần ba tháng thực hiện, đồ án truyền động điện “Cơ Cấu Nâng Hạ
Cầu Trục” dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Phan Quang Thanh.
Đồ án môn học này giúp chúng em hiểu rõ hơn về đặc tính cơ cũng như
đặc tính tốc độ khi một hệ thống truyền động đang làm việc,để từ đó biết
cách vận hành, điều khiển hệ thống có hiệu quả và kinh tế nhất.
Với đồ án này em đã tính toán và thiết kế được cơ cấu nâng hạ cầu trục
cho một hệ thống cầu trục dùng động cơ điện một chiều kích từ song song
và động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn như
tính toán điện trở phụ mở máy qua ba cấp,tính toán điện trở để có thể
nâng hạ cơ cấu cầu trục theo tốc độ yêu cầu và thiết kế sơ đồ nguyên lý
cho hệ thống. Tuy nhiên đây mới chỉ là kiến thức trên lý thuyết bài
giảng,muốn nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống ta phải áp dụng
nó vào thực tiễn và phải có kinh nghiệm nhất định về nó.
Vì thời gian có hạn và sự hiểu biết chưa sâu nên trong quá trình thực hiện
chắc chắn có mắc nhiều sai lầm,thiếu sót cần khắc phục và sữa chữa. Rất
mong nhận được sự phê bình,đóng góp ý kiến quý báo của Thầy Cô và
các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. GVHD :Lê Ngọc Hội Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 59 Nhiệm vụ đồ án môn học
Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn
Nhận xét của Giáo Viên phản biện
Lời cảm ơn
Lời mở đầu
Phần A: Truyền động dùng động cơ điện DC kích từ song song
Chương 1: Sơ lược về đặc tính của động cơ DC
Chương 2: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ DC
Phần B : truyền động dùng động cơ điện AC ba pha rotor dây quấn
Chương 3: Sơ lược về đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ a6
Chương 4: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ không đồng
bộ ba pha GVHD :Lê Ngọc Hội SV TH: Tạ Văn Tiến
Trang 60 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän
Một số ảnh có sử dụng cầu trục trong thực tế:H.1-2
1.2.1. Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên:
1.2.2. Vẽ đặc tính cơ nhân tạo:
1.2.3. Vẽ đặc tính cơ điện:
1.3.1. Sơ đồ nối dây:
+
-
H.1-5
1.3.2. Vẽ đặc tính cơ điện tự nhiên
(2)
(1)
J
g
h
f
Đặc tính cơ tự
e
d
nhin
RpI
c
b
a
IC
I2
I1
H.1-6
1.3.3. Xác định các thông số:
I
=
(5.0
1.3.4. Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của ḍng điện trong quá
1.3.5. Tính toán điện trở phụ cần thiết:
II
I
III
IV
H.1-7
1.4.2. Hăm động năng:
_
H.1-9
1.5.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần
1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ:
U2
Phần tính toán thiết kế:
55,9
Tính toán các thông số cần thiết :
I dm - I ktdm = 524-5,8 =518,2 (A)
0.5(
(2)
(1)
J
g
h
f
d
e
b
c
a
IC
I2
I1
H.1-6
Đặc tính cơ tự
nhiên
pIII
VII. Nâng tải lên bằng ½ nđm . Biện pháp gì? biết tải là thế năng định
Phần B:
Truyền động dùng động cơ
xoay chiều không đồng bộ
ba pha rotor dây quấn
Giới thiệu
Đ
Chương 4:
Tính toán thiết kế cơ cấu
nâng hạ cầu trục dùng động cơ
không đồng bộ ba pha
,0
4,11
+
,
,0
Moment định mức và moment cực đại, moment mở máy:
Tính điện trở mở máy:
Lấy nhiều giá trị của s trong khoảng từ (0 - 1) tính các giá trị M tương
ứng, kết hợp với các điểm đặc biệt n0, (Mmax, Smax), Mmm ta vẽ được
đường đặc tính mở máy tự nhiên của động cơ.
Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất trong quá trình mở máy:
Kết quả:
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHI MỞ MÁY
L1 L2 L3
tiếp điểm điều khiển quá trình mở máy của động cơ và được tiến hành như sau:
S
KẾT LUẬN
MUC LỤC
