Giáo trình chuyên đề Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2020)

Chia sẻ: Đàm Tuyết Hạ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình chuyên đề Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp học viên trình bày được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; so sánh được ưu, nhược điểm của từng phương pháp; lựa chọn được phương án điều chỉnh tốc độ phù hợp với hệ truyền động điện thực tế; chọn đúng công suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh và không điều chỉnh tốc độ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình chuyên đề Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2020)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH CHUYÊN ĐỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo quyết định số 546 ngày 11 tháng 8 năm 2020) NĂM TUYÊN BỐ2020 BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI MỞ ĐẦU Chuyên đề Truyền động điện là một trong các môn học cơ sở kỹ thuật của các chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, cơ điện… Nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các kỹ năng: làm việc nhóm, quản lý thời gian, thuyết trình, tiếp cận nhà tuyển dụng... Với mục tiêu trên, nội dung môn học được chia thành 2 bài như sau: - Bài 1: Nội dung thực hiện - Bài 2: Báo cáo kết quả thực hiện chuyên đề Các bài học trên được sắp xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức và phát triển nhận thức của người học nghề, tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao hơn khi đọc giáo trình này người học cần nắm vững các kiến thức cơ bản của các môn học cơ sở khác, đặc biệt là các môn như máy điện, điện tử công suất, trang bị điện. MỤC LỤC
BÀI 1: NỘI DUNG THỰC HIỆN .................................................................. 4 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ. ................................................................................. 5 1. 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. .................................................................................. 5 1.1.1. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 5 1.1.2. Nhận xét và đánh giá chung .................................................................. 7 1.1.3. Ví dụ minh họa...................................................................................... 8 1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi tần số nguồn sử dụng bộ biến tần. ............................................................................................... 12 1.2.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................... 12 1.2.3. Ví dụ minh họa (sử dụng biến tần GD10-2R-2G-4-B) ........................... 13 1.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha Rôto dây quấn bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto. ..................................................................................... 25 1.3.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................... 25 1.3.2. Nhận xét và đánh giá chung ................................................................ 30 2. Chọn công suất động cơ cho một hệ truyền động điện..................................... 32 2.1.Chọn công suất động cơ cho truyền động không điều chỉnh tốc độ. .......... 32 2.1.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................... 32 2.1.2. Nhận xét và đánh giá chung ................................................................ 32 2.1.3. Ví dụ minh họa.................................................................................... 33 2.2. Chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ. ............... 35 2.2.1. Cơ sở lý thuyết .................................................................................... 35 2.2.2. Nhận xét và đánh giá chung ................................................................ 37 2.2.3. Ví dụ minh họa.................................................................................... 38 BÀI 2: BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHUYÊN ĐỀ ................................... 39 2.1. Mẫu báo cáo ................................................................................................... 39 2.2. Phân chia nhóm báo cáo ................................................................................ 39 2.3.Thực hiện báo cáo ........................................................................................... 39 BÀI 1: NỘI DUNG THỰC HIỆN Mục tiêu:
- Trình bày được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ - So sánh được ưu, nhược điểm của từng phương pháp - Lựa chọn được phương án điều chỉnh tốc độ phù hợp với hệ truyền động điện thực tế. - Chọn đúng công suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh và không điều chỉnh tốc độ. - Kiểm nghiệm công suất động cơ sau khi đã chọn cho phù hợp với máy sản xuất. - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo Nội dung: 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ. 1. 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. 1.1.1. Cơ sở lý thuyết Sơ đồ điện, động cơ điện một chiều được kí hiệu như hình vẽ. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ được cấp điện từ nguồn một chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rôto. Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Theo sơ đồ nguyên lý có thể viết phương trình
cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau: - Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng Uư = Eư + (Rư + Rf). Iư Trong đó: Uư : Điện áp phần ứng Eư : Sức điện động phần ứng Rư : Điện trở của mạch phần ứng Rf : Điện trở phụ trong mạch phần ứng Iư : Dòng điện mạch phần ứng Với: Rư = rư + rcf + rb + rct P.N Eư =  . = K  . 2. .a Trong đó: P : Số đôi 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 : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ  : Tốc độ góc P.N K= : Hệ số cấu tạo của động cơ 2. .a - Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (V/p’) thì: P.N Eư = KC.  . n = . .n 60.a - Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập UU ' Ru  R f =  .I u K . K .
- Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Uu ' Ru  R f =  .M K . K . 2 Hình 1-2 : Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điện áp phần ứng thay đổi Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính tự nhiên. 1.1.2. Nhận xét và đánh giá chung * Ưu điểm :
+ không gây ồn + không gây tổn hao phụ trong động cơ + dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1 +độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh + dễ tự động hố * Nhược điểm: + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra + điều khiển phức tạp Kết luận: Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp này càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác. 1.1.3. Ví dụ minh họa Đặc tính điều chỉnh : Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng một bộ biến đổi, điều chỉnh được điện áp đầu ra cấp cho mach phần ứng của động cơ. Hình 1-3 : Sơ đồ ngyên lý điều chỉnh động cơ Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều và điều chỉnh được giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu. Điện trở trong của bộ biến đổi Rbđ phụ thuộc vào loại thiết bị, vì thông thường công suất của bộ bến đổi và động cơ
xấp xỉ bằng nhau nên Rbđ cũng có giá trị đáng kể so với Rư của động cơ. Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế Hình 1-4 : Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp. Eư = Ubđ – (Rbđ + Rư )Iư (20) Sức điện động của động cơ: Eư = kφđmω (21) Từ biểu thức (20) và (21) ta có kφđmω = Ubđ – ( Rbđ + Rư )Iư (22) Từ phương trình (22) ta có phương trình đặc tính cơ điện. Phương trình đặc tính cơ
Với M =kφđmIư Trong đó φđm là từ thông định mức của động cơ, φđm = const. Tốc độ không tải lý tưởng Độ cứng của đặc tính cơ Ta thấy tốc độ không tải lý tưởng không phụ thuộc vào M, I mà phụ thuộc vào Ubđ Ubđ = kaUđk Trong đó : ka là hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi Uđk là điện áp điều khiển Từ đó suy ra: Từ phương trình (23) và (24) ta có đồ thị đặc tính được biểu diễn như sau.
Hình 1-5 : Đồ thị đặc tính cơ điện khi Ubđ thay đổi Từ đồ thị ta thấy, khi Ubđ thay đổi thì ta có những tốc độ không tải lý tưởng khác nhau, còn độ cứng đặc tính cơ không đổi và đặc tính điều chỉnh dốc hơn đặc tính tự nhiên. • Nhận xét : - Điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả không tải lý tưởng , đặc tính cơ điều chỉnh tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn phương pháp dùng biến trở và thay đổi φkt - Tốc độ lớn nhất - Điều khiển phước tạp, vốn đầu tư lớn
1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi tần số nguồn sử dụng bộ biến tần. 1.2.1. Cơ sở lý thuyết Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato thực hiện bằng bộ biến đổi tần số. Ta có: Phương trình điện áp dây quấn stato U1 = I1Z1 - E1 (1) Trong đó: Z1 = R1 + JX1 là tổng trở dây quấn stato X1 = 2πfL1 là điện kháng tản dây quấn stato đặc trung cho từ thông tản stato f: Tần số dòng điện stato L1: Điện cảm tản stato E1: Sức điện động pha stato do từ thông của từ trường quay sinh ra có trị số là: E1= 4.44 fW1Kdq1Φmax W1 : số vòng dây quấn Kdq1: hệ số dây quấn của một pha stato, hệ số dây quấn của một pha stato Kdq1
Từ phương trình (1) ta nhận thấy Φmax tỷ lệ thuận với U1/f khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho Φmax không đổi để mạch từ máy ở tình trạng định mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp, giữ cho tỉ lệ điện áp U1 và điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi f, tần số f không đổi. Việc điều chỉnh tốc độ quay bằng thay đổi tần số thích hợp khi điều chỉnh cả nhóm động cơ lồng sóc. có nghĩa là phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt, đó là các bộ máy biến tần công nghiệp. 1.2.2. Nhận xét và đánh giá chung Do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ máy biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau ( quy luật U1/f, điều khiển véc tơ..) đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ motor – động cơ điện có các tính năng vượt trội. Từ biểu thức U1/f = const. Vậy ta thay đổi tần số thì tốc độ thay đổi theo Với việc thực hiện thay đổi tần số nguồn áp thì ta sử dụng bộ biến tần thì có những ưu điểm sau: Điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu. Hệ thống điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ dàng. Thay đổi tốc độ động cơ cùng một lúc. Cho phép mở rộng dải đều chỉnh. Đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tiết kiệm điện năng. Nhược điểm Sử dụng linh kiện bán dẫn có giá thành đắt. 1.2.3. Ví dụ minh họa (sử dụng biến tần GD10-2R-2G-4-B)
Hình 1.7: Hình dáng bên ngoài của biến tần * Sơ đồ đấu dây biến tần
Hình 1.8: Sơ đồ đấu dây biến tần INVT Chân kết nối Chức năng R, S, T Nguồn điện ba pha cấp cho biến tần ( Điện áp 380V hoặc 220V tùy loại biến tần) P1, (+) Kết nối với cuộn DC Reactor Hạn chế dòng ngắn mạch và duy trì điện áp khi có sự biến thiên đột ngột của điện lưới PB, (+) Kết nối với điện trở thắng bên ngoài (+), (-) Điện áp DC Bus. Có thể cấp nguồn cho biến tần bằng cách cấp điện áp DC vào hai chân này. U, V, W Điện áp xoay chiều ngõ ra của biến tần dùng để kết nối với động cơ PE Chân nối đất Bảng giải thích chân kết nối động lực
* Sơ đồ kết nối phần mạch điều khiển Sơ đồ kết nối ngõ vào Hình 1.9: Sơ đồ đấu dây ngõ vào Loại Tên Thông số kỹ thuật Ngõ vào số S1 Điện áp vào 12-30V. S2 Chân điều khiển chạy thuận, chạy nghịch, chạy S3 đa cấp tốc độ, báo lỗi, … Nguồn cấp + 24V Cấp nguồn cho các chân ngõ vào hoặc cảm biến 24V COM bên ngoài. Dòng điện tối đa 200mA. Ngõ vào tương +10V,GND Điện áp tham chiếu +10V dùng để cấp nguồn tự cho các điện trở ngoại. AI2 Ngõ vào tương tự dạng điện áp: 0 ÷ 10V hay - AI3 10V ÷ 10V, dạng dòng điện: 0 ÷ 20mA. Dùng để tham chiếu cho tần số cài đặt. Bảng các chân ngõ vào biến tần INVT Sơ đồ kết nối ngõ ra
Hình 1.10: Sơ đồ đấu dây ngõ ra Loại Tên Thông số kỹ thuật Ngõ ra số Y1 Ngõ ra số dạng transitor Ngõ ra relay RO1A, RO2A Thường hở của relay1, relay2 RO1B, RO2B Thường đóng của relay1, relay2 RO1C, RO2C Chân chung của relay1, relay2
Ngõ ra tương AO1 tự Ngõ ra tương tự dạng điện áp 0 – 10V AO2 hoặc 0 – 20mA. Bảng các chân ngõ ra biến tần INVT Keypad: được sử dụng để điều khiển dòng biến tần GD10, đọc trạng thái dữ liệu và điều chỉnh thông số.
 Hiển thị Keypad: Trạng thái hiển thị của GD10 được chia thành các trạng thái tại chế độ chạy, dừng thông số. Trạng thái lỗi, cảnh báo …