Đồ án Hướng dẫn truyền động điện

Hướng dẫn đồ án truyền động điện Lời Cảm Ơn Chúng em xin cảm ơn thầy NGUYỄN PHAN THANH là người trực tiếp hướng dẫn,giúp đỡ và chỉ bảo chúng em trong ĐỒ ÁNMÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN. Thầy đã giúp chúng em giải quyết các vấn đề nảy sinh trong quá trình làm đồ án và hoàn thành đề tài đúng thời gian định hướng ban đầu. Đặc biệt là học hỏi được những kinh nghiệm và thái độ làm việc của thầy để chúng em áp dụng sau này. Chúng em xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô khoa Điện -Điện tữ của trường ĐH Sư Phạm KỹThuật TP Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên ngành nói chung và bộ môn TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN nói riêng. Đó là những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà chúng em đã học được trong suốt thời gian qua. Một lần nữa chúng em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến quý thầy cô đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án. Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe. Nhĩm sinh vin thực hiện: Nguyễn Minh Tn Lưu Hoàng Linh Lời Mở Đầu Ở nước ta, do yêu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa nền kinh tế,với những cơ hội thuận lợi và khó khăn thách thức lớn.Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực truyền động nói riên.Ngày càng xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hóa cao với những khâu truyền động hiện đại.Truyền động là khâu quan trọng trong dây chuyền sản suất.Đóng góp trực tiếp trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm nhằm tăng khả năng cạnh tranh với các nước trên thế giới. Ngày nay, do ứng dụng nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực:tin học,điện tử……nên các khâu truyền động ngày càng phát triển theo hướng hiện đại.Nâng cao mức độ tự động hóa tác động nhanh,độ chính xác cao và cón giảm kích thước và hạ giá thành chi phí đầu tư cho doanh nghiệp Một trong những khâu truyền động phổ biến là nâng hạ cầu trục.Nâng hạ cầu trục là khâu truyền động cơ bản của nền công nghiệp nước ta hiện nay. Được sử dụng rộng rải từ các hải cảng, khu công nghiệp đến các nhà máy xí nghiệp và các công trường xây dựng. Giúp con người hạn chế lao động bằng chân tay.Đồng thời góp phần đẩy nhanh quá trình vận chuyển và đảm bảo an toàn cho người lao động.Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được nhữngđiều kiện thực tiển trong quá trình điều khiển và vận hành đòi hỏi người kĩ sư phải có kiến thức cơ bản về chuynngành. Nội dung của đồ án này là trình bày những kiến thức cơ bản về truyền động điện. Bao gồm phân tích các đặc tính của hệ thống truyền động cho hệ thống nâng hạ cầu trục. Tính toán và thiết kế sơ đồ điều khiển hệ thống truyền động với động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn nội dung đồ án còn nhiều vấn đề sai sót nhất định và cần bổ sung . Mong các thầycơ cũng nhưnhư các bạn góp ý thêm để bài báo cáo chúng em được hoàn thiện hơn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................................................................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................. ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... Ngày . . . tháng . . . năm 2013 Giáo viên hướng dẫn NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC @&? Tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cần trục dùng động cơ AC không đồng bộ 3 pha có các số liệu sau đây: P đm (KW) Công suất động cơ 52 U 1đm (V) Điện áp định mức 400 2p Số cực từ 10 N1 Số vòng mỗi pha day quấn stator 62 N2 Số vòng mỗi pha day quấn rotor 32 K dq1 Hệ số dây quấn stator 0,952 K dq2 Hệ số dây quấn rotor 0,952 R1 (Ω) Điện trở dây quấn stator 0,22 R2 (Ω) Điện trở dây quấn rotor 0,03 X1 (Ω) Điên kháng dây quấn stator 0,32 X2 (Ω) Điện kháng dây quấn rotor 0,052 M1 Số pha dây quấn stator 3 M2 Số pha dây quấn rotor 3 I0 Dòng điện không tải 32 ç Hiệu suất 0,82 cosư Hệ số công suất 0,833 Dây quấn Rotor và Stator được đấu Y/Y Sức từ động trên stator > sức từ động trên rotor 20% Động cơ làm việc ở tần số 50Hz Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau: Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ. Tính điện trở phụ mở máy, biết rằng động cơ kéo tải định mức. Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với các tốc độ lần lượt là: 1/2nđm và 1/4nđm. Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải với các tốc độ lần lượt là: 1/4nđm, 1/2nđm, nđm, 2nđm. Biết rằng moment cản khi hạ tải là 0,8 lần Mđm PHỤ LỤC CHƯƠNG I :ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀUKHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 6 GIỚI THIỆU VỀĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 6 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ 7 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ 9 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ 15 MỞ MÁY VÀ TÍNH ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY 21 HÃM MÁY 24 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 33 TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BIẾT RẰNG ĐỘNG CƠ KÉO TẢI ĐỊNH MỨC 33 TÍNH TOÁN CÁC ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ NÂNG TẢI LÊN VỚI CÁC TỐC ĐỘ LẦN LƯỢT LÀ: ½ NĐM, ¼ NĐM 40 TÍNH TOÁN CÁC ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ HẠ TẢI VỚI CÁC TỐC ĐỘ LẦN LƯỢT LÀ: 1/4NĐM, 1/2NĐM, NĐM, 2NĐM. BIẾT RẰNG MOMENT CẢN KHI HẠ TẢI LÀ 0,8 LẦN MĐM 44 SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC DÙNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR DÂY QUẤN MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ VÀ NÂNG HẠ CẦU TRỤC VỚI NHIỀU CẤP TỐC ĐỘ 51 51 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐCĐ KĐB XOAY CHIỀU BA PHAROTO DÂY QUẤN CHƯƠNG 1:ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀUKHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA @&? GIỚI THIỆU VỀĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Cấu tạo: Động cơ không đồng bộgồm hai loại : Động cơ Rotor dây quấn và động cơ Rotor lồng sóc (động cơ Rotor ngắn mạch). Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm: Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ Rotor lồng sóc. So với động cơ một chiều,động cơ không đồng bộ giá thành hạ,vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. Nhược điểm: Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình khó khăn, riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ: L1 L3 L2 ĐC Sơ đồ nguyên lý X 2 I I i U 1P R 1 I 0 X 0 R 0 R S 2 Sơ đo tương đương Trong đó: R0, X0, I0 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch từ hoá. R1, X1, I1 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator. R’ ,X’2 ,I’2: điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã qui đổi về Stator. U1đm:Điện áp định mức đặt vào ba pha. U1p là điện áp pha đặt vào Stator. : là độ trượt (Hệ số trượt của động cơ). : tốc độ góc của từ trường quay (rad/s). : tốc độ góc của từ trường (rad/s). : Tốc độ của từ trường quay( vòng /phút). f : tần số của điện áp nguồn đặt vào Stator (Hz). p : số đôi cực từ của động cơ. n : tốc độ quay của Rotor (vòng /phút). I'2=KqđI.I2 : Dòng điện qui đổi. : Hệ số qui đổi dòng điện. : Hệ số qui đổi sức từ động. N1,N2:số vòng mỗi pha dây quấn stator,rotor. E2đm: sức từ động định mức xuất hiện trên 2 vòng trượt rotor khi Rotor hở mạch Đặt điện áp vào stator là Uđm Phương trình đặc tính tốc độ : Trong đó : : điện kháng ngắn mạch : điện trở qui đổi Khi mở máy tốc độ n = 0 nên hệ số trượt s=1 dòng điện khi mở máy : với : Thông thường : PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ : Giản đồ công suất: Hình a Hình b Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất động cơ. Công suất điện từ chuyển từ Stator sang Rotor Trong đó : Mđt :moment điện từ động cơ Nếu tổn hao phụ không đáng kể thì Mđt = Mcơ =M Mà: Thay vào ta được : (2) (2) là phương trình đặc tính cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. Đường biểu diễn của phương trình đặc tính cơ có dạng đường cong nên toạ độ điểm cực trị được xác định bằng cách giải phương trình ta được : Độ trượt tới hạn : (3) Thay phương trình (3) vào phương trình đặc tính cơ ta được moment tới hạn : (4) Trong đó : (+) : ứng với trạng thái động cơ (-) : ứng với trạng thái máy phát Hệ số quá tải về moment : Cách vẽ đặc tính cơ khi không biết R1,X1,R2,,X2 chỉ biết các tham số định mức của đông cơ trên nhãn máy và cần thực hiện các bước sau: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không bộ ba pha Bươc 1:Xác định toạ độ 3 điểm đặt biệt. Điểm đồng bộ của từ trường: A(M=0,n=n0) với Điểm tới hạn : B(Mmax , Smax ) Mặt khác: Giải phương trình ta được: Điểm mở máy : C(M=Mmm ,n=0) Thay S = 1 vào phương trình (2) ta được : Bước 2: Lấy nhiều giá trị S trong khoảng 01 thay vào biểu thức Ta sẽ được moment tương ứng. S 0 S1 S2 . . . . . . . 1 M M0 M1 M2 . . . . . . . Mmm Bước 3:Từ toạ độ (S , M) với 3 điểm đặc biệt nối lại ta sẽ được đường đặc tính cơ của động cơ. Các dạng khác của đặc tính cơ : Lập tỉ số và lấy dấu dương (+) ta được : (5) Trong đó : Đối với động cơ có công xuất lớn :R1<< Xnm thì Lúc này(5) có dạng gần đúng : (6) (7) (8) Cách vẽ đặc tính cơ khi không biết các thông số R1 , X1 ,R2 , X2 mà chỉ biết : Xác định toạ độ 3 điểm đặc biệt : Toạ độ điểm tới hạn : Thay toạ độ điểm làm việc định mức vào phương trình đặc tính cơ (6) giải phương trình bậc 2 theo Smax Ta được toạ độ điểm tới hạn B( Mmax , Smax) Thay S = 1 vào phương trình (6) ta được : Lấy tuỳ ý nhiều giá trị của S thay vào phương trình (6) ta tìm được M S S1 S2 S3………….Smax M M1 M2 M3……….M Hệ số moment mở máy : Hệ số dòng điện mở máy : Nhận xét: 2n0>n>n0 -1<s<0 Đoạn đặc tính hãm tái sinh(hãm máy phát) M<0 n0>n>0 0<s<1 Đoạn đặc tính động cơ quay thuận. M>0 -n0<n<0 1<s<2 Đoạn đặc tính động cơ quay ngược. M<0 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ Anh hưởng của điện áp : Khi điện áp đặt vào động cơ giảm : Từ phương trình : Ta thấy moment tới hạn sẽ giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp. - Trong khi tốc độ đồng bộ: không thay đổi - Và độ trượt tới hạn cũng không thay đổi. - Mmax nói lên khả năng quá tải của động cơ. - Moment mở máy (Mmm = K2U1P2 ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảm của điện áp. n n0 smax U2 U1 TN(Uđm) U2<U1<Uđm 0M(N.m) MC Đặc tính cơ của ĐC không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp. S Anh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator : Khi thêm điện trở phụ Rp vào Stator thì tốc độ đồng bộ n0 không đổi, trượt tới hạn Smax giảm, moment tới hạn Mmax giảm và moment mở máy Mmm cũng giảm. ĐC không đồng bộ 3 pha khi thêm điện trở phụ. Khi thêm điện kháng phụ Xp (giả sử Xp = Rp) vào mạch Stator ta thấy tốc độ đồng bộ n0 không đổi, độ trượt tới hạn giảm (nhưng vẫn còn lớn hơn khi thêm Rp), moment mở máy Mmm giảm(bằng với khi thêm Rp). ĐC không đồng bộ khi thêm điện kháng và điện trở phụ. Ta thấy khi thêm Xp ta tăng được khả năng quá tải của động cơ (Mth nói lên khả năng quá tải của động cơ). Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp có dạng: n n0 Smax 0 Mmax Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp Anh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor : L1 L3 L2 Rp ĐC KĐB 3 pha khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor. Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổi được điện trở mạch rotor .Việc thay đổi chỉ sử dụng đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt -chổi than.(như hình vẽ) Dễ thấy,điện trở mạch rotor R2do đó điện trở quy đổi R2'chỉ có thể thay đổi về phía tăng.Khi R2'tăng thì độ trượt tới hạn tăng,còn tốc độ đồng bộ và monmenttới hạn giữ nguyên. n n0 TN RP2> RP1 RP1 RP2 0 S Mmax M Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor. Anh hưởng của số đôi cực từ P : Ta có : Khi tăng(giảm) số đôi cực từ p thì tốc độ đồng bộ n0 giảm(tăng) nên tốc độ quay của Rotor giảm(tăng) còn Smax không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên.Nhưng khi thay đổi số đôi cực từ sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở Stator động cơ nên một số thông số như R1, X1 có thể thay đổi và do đó tuỳ trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến moment tới hạn Mmax của động cơ. Dạng của đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực từ p còn phụ thuộc vào yêu cầu của việc đổi tốc : Đổi tốc độ đảm bảo moment không đổi n n01 P=1 n02 P=2 0 M Đổi tốc đảm bảo công suất không đổi n n01 p = 1 n02 p = 2 M Đổi tốc đảm bảo moment và công suất không đổi n n01 p = 1 n02 p = 2 0 M Anh hưởng của tần số : Từ biểu thức : ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm tốc độ động cơ thay đổi. Từ biểu thức (7) Trong đó : f1l tần số điện áp đặt vào Stator Khi thay giảm f1 thì smax và Mmax tăng , nhưng Mmax tăng mạnh hơn. Do vậy độ cứng đặc tính cơ tăng khi f1 giảm Khi f1 giảm xuống dưới fđm.thì tổng trở các cuộn dây giản nên nếu giữ nguyên điện áp cấp Uđm thì dòng điện động cơ sẽ tăng ,đốt nóng động cơ quá mức . Từ biểu thức (8) khi thay đổi tần số sẽ làm thay đổi Mmax Khi tăng tốc độ thì khả năng quá tải của động cơ sẽ giảm đi. Muốn giữ cho khả năng quá tải không thay đổi thì ta phải kết hợp điều chỉnh tần số và điện áp sao cho tỷ số : . Như vậy Mmaxsẽ giữ không đổi ở vùng f1f1đm thì không thể tăng điện áp nguốn cấp mà giữ U1=U1đm nên ở vùng này Mmax sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phương tần số . Đặc tính cơ khi thay đổi tần số MỞ MÁY VÀ TÍNH ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY : Đối với động cơ Rotor dây quấn để hạn chế dòng khởi động, tăng moment khởi động người ta đưa điện trở phụ vào mạch Rotor trong quá trình khởi động sau đó loại dần các điện trở phụ này theo từng cấp. Khi đóng điện trực tiếp vào stator động cơ không đồng bộ thì thoạt đầu do rotor chưa quay ,độ trượt lớn (s=1) nên sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn: Dòng điện này có giá trị đặc biệt lớn ở các loại động cơ công suất trung bình và công suất lớn . Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động được biểu diễn trên hình vẽ. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính khởi động Để xác định trị số các cấp điện trở khởi động ta có thể sử dụng sơ đồ các đặc tính đã được tuyến tính hoá trong đoạn khởi động. Quá trình tính toán khởi động như sau : Bước 1 : Dựa vào các thông số định mức của động cơ tiến hành vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên. Bước 2: Chọn giá lớn nhất và nhỏ nhất cho phép trong quá trình mở máy : Chọn nếu MC> Mđm nếu MC< Mđm Đặt 2 giá trị M1, M2 lên trục hoành từ đó kẻ 2 đường thẳng I , II song song với trục tung nó sẽ cắt đường đặc tính cơ tự nhiên tại g ,h. Kẻ đường thẳng g h kéo dài cắt đường thẳng song song với trục hoành xuất phát từ n0 tại t (t là điểm xuất phát của tia mở máy). Từ g dựng đường thẳng song song với trục hoành cắt II tại f ,nối t và f kéo dài cắt I tại e(đường số 1). Từ e dựng đường thẳng song song trục hoành ,cắt II tại d,nối d và t kéo dài cắt I tại c(đường số 2). Từ c dựng đường thẳng song song trục hoành ,cắt II tại b ,nối b và t kéo dài cắt I tại a (đường số 3). Tia cuối cùng phải đi qua điểm a là giao điểm của trục hoành và đường thẳng song song với trục tung xuất phát từ M1. Nếu không phải tiến hành chọn lại M1, M2 hoặc cả hai. Bước 3 : Tính điện trở phụ bằng phương pháp đồ thị . Từ phương trình (7) : ta có : Lập tỉ số: - Trên đường số (1) ta có : - Trên đường số 2 ta có : -Tương tự trên đường số 3: Vậy: HÃM MÁY : Hãm tái sinh : Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ n > n0. Lúc này động cơ máy phát điện trả điện năng về lưới điện và tạo ra moment hãm ngược chiều với chiều mà dòng điện đang quay.Vì tốc độ hãm lớn nên hãm tái sinh không dùng để hãm dừng mà chỉ dùng trong trường hợp hãm ghìm. Hãm tái sinh có thể thực hiện một trong hai cách sau : Cách 1:Giảm tốc độ bằng phương pháp tăng số đôi từ cực đảm bảo moment không đổi. Lúc này hãm tái sinh xảy ra ở góc phần tư thứ hai. Ở góc phần tư thứ hai : Đoạn Bn02 : Ta có : n > n0 thay vào phương trình MĐ<0 Đoạn Bn02 là đoạn hãm tái sinh Đoạn n02C : Vì n 0 nên khi thay vào phương trình đặc tính cơ MĐ> 0 Đoạn n02C là đoạn đặc tính động cơ giảm tốc. Đến điểm C thì MĐ=MC và động cơ quay ổn định với tốc độ nhỏ Cách 2: Ta tiến hành hạ tải thế năng bằng phương pháp đảo cực tính 2 trong 3 pha nguồn đưa vào động cơ. Thì hãm tái sinh sẽ xảy ra ở góc phần tư thứ tư. Hãm ngược : Giống như động cơ một chiều kích từ độc lập, trạng thái hãm ngược của động cơ không đồng bộ cũng có hai cách : Cách 1 :Động cơ đang quay thuận thì tiến hành đảo thứ tự 2 trong 3 pha nguồn đưa vào động cơ thì hãm ngược xảy ra ở góc phần tư thứ hai. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính cơ 1 sang B trên đặc tính cơ với cùng tốc độ (do quán tính cơ ).Quá trình hãm nối ngược bắt đầu.Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính 2 tới điểm D thì . Lúc này nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng.Đoạn hãm ngược (MĐMCnên bắt đầu tămg tốc ,mở máy quay ngựơc lại theo đặc tính 2 và làm việc ổn định tại E với tốc độ theo chiều ngược lại Khi động cơ hãm nối ngược theo đặc tính 2,điểm B ứng với moment âm trị số nhỏ nên tác dụng hãm không hiệu quả.Thực tế phải tăng cường moment hãm ban đầu . Tới điểm L thì .Lúc này nếu cắt điện động cơ sẽ dừng .Nếu không cắt điện động cơ sẽ quay theo chiều ngược tới điểm N.Lúc này nếu lại cắt điện trở phụ thì động cơ sẽ chuyển điểm làm việc sang đặc tính cơ 2 và tăng tốc tiếp tới điểm E. Trường hợp Rp quá lớn ,động cơ có đặc tính 3 khi hãm nối ngược thì quá trình hãm kết thúc tại điểm I.Động cơ không thể tăng tốc chạy ngược vì Cách 2 :Ta thêm điên trở phụ vào mạch Rotor lúc đó hãm ngược xảy ra ở góc phần tư thứ tư. + Đoạn :là đoạn đặc tính cơ giảm tốc. + Đoạn :là đoạn đặc tính cơ hãm ngược thêm điện trở phụ RP Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ rotor dây quấn truyền động các cơ cấu nâng -hạ tải .Để dừng và hạ vật xuống,động cơ được nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng nhờ mở cáctiếp điểm K (công tắc tơ K thôi tác động ).Đặc tính cơ tương ứng là đường rất dốc. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đường 1 sang B trên đường 2 với tốc độ .Lúc này Moment động cơ MĐ=MBMĐnên vật bắt đầu tụt xuống.Chiều quay đảo lại.Động cơ vẫn sinh moment dương,nhưng vì MĐ<MC nên vật vẫn tiếp tục tụt xuống và lúc này động cơ làm việc ở trạng thái hãm ngược.Đặc tính hãm ngược nằm ở góc phần tư thứ IV.Điểm làm việc khi hãm của động cơ dịch chuyển theo đặc tính hãm từ D tới E. Tại E thì MĐ=ME=MC và động cơ quay đều ,hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ . Ởchế độ này động cơ làm việc ở chế độ máy phát. Đặc tính cơ khi ĐC làm việc ở chế độ MF Hãm động năng : Hãm động năng kích từ độc lập: Để hãm động năng kích từ độc lập một động cơ không đồng bộ đang làm việc ở chế độ đông cơ,ta phải cắt stator ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm k) cấp vào stator dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H).Thay đổi dòng kích từ nhờ Rkt (như hình vẽ 3.21). Giả sử trước khi hãm ,động cơ làm việc tại A trên đặc tính cơ 1 ,thì khi hãm động năng ,động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở góc phần tư thứ II (hình vẽ 3.22). Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. Hãm động năng tự kích từ: Trong cách hãm động năng kích từ độc lập,từ trường lúc hãm được tạo ra nhờ nguồn một chiều bên ngoài và có giá trị không đổi.Trong cách hãm động năng tự kích từ, từ trưòng lúc hãm được tạo ra do chính dòng điện cảm ứng của phần ứng.Dòng cảm ứng xoay chiều sẽ được chỉnh lưu rồi cấp lại kích từ qua điện trở hạn chế.Từ trường hãm sẽ yếu dần khi tốc độ động cơ giảm (vì sức điện động cảm ứng giảm)(vẽ hình 3.23). Hình 3.23. Ta có phương trình đặc tính cơ: Trong đó: : tốc độ tương đối : Điện kháng của mạch từ hoá phụ thuộc vào cách đấu dây stator khi cho nguồn DC vào để Hãm động năng. Y A C 0.82 0.44 I1: dòng điện đẳng trị khi thay IDC ở stator bằng dòng AC sao cho sức từ động ở 2 dòng này tạo ra là như nhau A :hệ số phụ thuộc vào sơ đồ nối mạch stator khi hãm động năng Hình 3.24 Nhận xét: - Đường số 1 và 2 có cùng IDC,nhưng khác Rp - Đường số 1 và số 3 cùng Rp ,nhưng khác IDC , IDC1 > IDC3 - Đường số 2 và đường số 4 cùng Rp,khác IDC ,IDC2 > IDC4 - Đường số 3 và đường số 4 có cùng IDC nhưng khác Rp - Đường số 1và đường số 4 có Rp4 > Rp1 nhưng IDC4 < IDC1 CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA @&? TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BIẾT RẰNG ĐỘNG CƠ KÉO TẢI ĐỊNH MỨC : Để tính điện trở mở máy cho động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn ta có nhiều cách tính.Để đơn giản khi tính điện trở phụ mở máy ta dùng phương pháp đồ thị. Phương tình đặc tính cơ tự nhiên của động cơ khi làm việc ở tải định mức : Vì phương trình đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha có đường biểu diễn là đường cong có điểm cực trị,nên khi vẽ đặc tính cơ của nó ta cần xác định 3 điểm đặc biệt. Tọa độ điểm tốc độ không tải lý tương khi M =0, n0=60fp (v/p) Toạn độ điểm cực trị (Mmax Smax) Tọa độ điểm mở máy (Mmm, S =1) Xác định tọa độ điểm n0=60fp =60.505 =600 (v/p) Xác định tọa độ điểm (Mmax ,Smax ) Hệ số quy đổi suấ điện động ==1,938 ke =UdmE2dm =N1.Kdq1N2.Kdq2 =68.0,95134.0,951=2 Hệ số quy đổi điện trở và điện kháng KdqR= KqđX=k2e Điện trở rotor quy đổi về stator : R’2=R2.KqđR=0,03.1.9382=0,113 Điện trở ngắn mạch: Rn=R1+R’2=0,22 +0,113 = 0,333 Điện kháng rotor qui đổi về stator: X’=X2.KqđX =0,052.1.9382 =0,195 Điện kháng ngắn mạch : Xn=X1+X’2=0,32 +0,195 =0,515 Zn=Rn2+Xn2=0.3332+0.5152 =0.613 Dịng điện stator định mức (I1đm): Pcơ=Pđm=ç.Pđ Mà Pđ=3 Uđm I1đm .cos I1đm=Pdmç3U1dmcos==111.35(A) Do stator đđấu Y nên: I1đđm=I1pđđm=I1đđm=111.35(A) Dòng điện qua rotor định mức (I2đm) Ta có sức từ động F=N.I Do sức từ đđộng phía stator lớn hơn phía rotor 20% nên : F1-F2 =0,2F1 =>0,8F1=F2 ó0,8I1pđm.N1=I2pđm.N2 I2đđm=0,8.I1pđđ.N1N2 ==172,59 Do rotor đấu Y nên : I2đm=I2pđm=I2đđm=172,59 (A) Dòng điện rotor quy đổi về stator : I’2đđm=KI.I2đđm=I2đđm.KqđE=172,59.1,938=89,06(A) Hệ số trượt ở chếđộ đđịnh mức : Từ pt đặc tính tốc độ : I2'U1pR1+R'S2+Xn2 =>R1+R'S=U1p2I2'2-Xn2 =>R'S=U1p2I2'2-Xn2-R1 =>S=R'U1pI2'2-Xn2-R1 Ởchế độ định mức thì Rp=0 = =0,049 Tốc độ định mức của động cơ : Sđm=n0-nđmn0 Nđđm=n0.(1-Sđm)=600(1-0,049)=571 (v/p) Hệ số trượt định mức Do động cơ có công suất lớn nên ta có : M=2.MmaxSSmax+SmaxS =>Mđm=2MđmSđmSmax+SmaxSđm SđmSmax+SmaxSđm=2.MmaxMđm=2.M(*) n=n0.(1-Smax)=600.(1-0,219)=469(v/p) Thay Smax=0,219 và Sđm= 0,095 thay vào pt (*): =>M=12.0,0490,219+0,2190,049=2,347 M: Mđm=9,55.Pđmnđm=9,55.52000571=870(N.m) Momen tới hạn của động cơ : Mmax=M.Mđm=2,347.870=2042(N.m) Tọa độ điểm tới hạn là : ( 2042 ;0,219) Momen mở máy của động cơ : khi mở máy Smm=1 Mmm=2Mmax1Smax+Smax=2.204210,219+0,219=853(N.m) Một số điểm cần biết khi vẽ đặc tính cơ: Khi S=0,005=> n=n0(1-S)=600(1-0,005)=597(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,0050,219+0,2190.005=93(N.m) Khi S=0,02=> n=n0(1-S)=600(1-0,02)=588(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,020,219+0,2190.002=370(N.m) Khi S=0,05=> n=n0(1-S)=600(1-0,05)=570(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,050,219+0,2190.05=886(N.m) Khi S=0,1 => n=n0(1-S)=600(1-0,1)=540(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,10,219+0,2190.1=1543(N.m) Khi S=0,5=> n=n0(1-S)=600(1-0,5)=300(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,50,219+0,2190.5=1500(N.m) Khi S=0,7=> n=n0(1-S)=600(1-0,7)=180(v/p) M=2.MmaxSSmax+SmaxS=2.20420,70,219+0,2190.7=1164(N.m) S N(v/p) M(N.m) 0 600 0 0,005 597 93 0,02 588 370 0,05 570 886 0,1 540 1543 0,219 469 2042 0,5 300 1500 0,7 180 1164 1 0 853 Do khi mở máy S=1 => I2 rất lớn I2'=I23.R1+R2'12-Xn2=40030,22+0,1132-0,5152=376,56(A) Để hạn chế dòng mở máy người ta đóng thêm điện trở phụ vào mạch rotor trong quá trình khởi động rồi sau đó ngắt dần diện trở phụ này ra theo từng cấp. Chọn giá trị trên và dưới cho phép trong quá trình mở máy : M1=0,8Mmax=1634 (N.m) M2=1,2Mđm=1044 (N.m) Mc=Mđm=870 (N.m) Từ M1,M2dựng đường thẳng song song với trục tung chúng sẽ cắt đường đặc tính tự nhiên tại 2 điểm g,h.Từ n0 kẻ đường thẳng song song với trục hoành, chng cắt đường thẳng g,h kéo dài tại t,t là chùm tia xuất phát các tia mở máy. Tính toán giá trị điện trớ mở máy : ứng với giá trị momen lớn nhất => SmaxNt=(R’2+R’p)/Xn ứng với M1=> STN=> SmxTN= R’2/Xn ứng với M1trên đường đặc tính cơ nhân tạo ta có : SmaxTNSmaxNT=STNSNT=R2'R2'+Rp'Rp=R2STNSNT-1 Từ đồ thị ta đo được : jg=23 mm eg = 19 mm cg=48 mm ag=957 mm RpI=R2je-jgjg=R2egjg=0,03.1923=0,025 (Ω) RpII=R2jc-jgjg=R2cgjg=0,03.4823=0,063(Ω) RpIII=R2ja-jgjg=R2agjg=0,03.95723=1,248 (Ω) TÍNH TOÁN CÁC ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ NÂNG TẢI LÊNVỚI CÁC TỐC ĐỘ LẦN LƯỢT LÀ NĐM , NĐM : Khi một cơ cấu nâng hạ thì không phải lúc nào cũng làm việc với một tốc độ nhất định mà chúng thường thay đổi tốc độ của nó để đáp ứng nhu cầu của quá trình sản xuất. Do đó muốn thay đổi tốc độ để đáp ứng quy trình sản xuất thì phải mắc thêm điện trở phụ vào mạch rotor. Nâng tải với tốc độ n=1/2nđm: n=0,5.571=286 (v/p) Vì động cơ có công suất lớn P=52kW nên: Hệ số trượt khi nâng tải: Phương trình đặc tính cơ khi nâng tải với tốc độ n=286 (v/p) Do động cơ làm việc ở chế độ định mức và đường biểu diễn qua điểm B nên : MB =Mđm=870 (N.m) Hay => S2maxB-2SB..SmaxB+S2B=0 Đặt X=SmaxB Điều kiện X>SB=0,523 =>X2-2.0,523.2,347.X+0,5232=0 =>X1=SmaxB= 2,34 X2=SmaxB=0,11 (loại) SmaxB1= = SmaxB1..Xn-R’2=2,34.0,515-0,113=1,09 (Ω) Mà =k2E.Rpn1=>Rpn1=(Ω) Khi nâng tải với tốc độn=1/4nđm n=0,25.571=143 (v/p) Vì động cơ có công suất lớn P=52kW nên: Hệ số trượt khi nâng tải: Phương trình đặc tính cơ khi nâng tải với tốc độ n=143 (v/p) Do động cơ làm việc ở chế độ định mức va đường biểu diễn qua điểm C nên : MC =Mđm=870 (N.m) Hay => S2maxc-2Sc..Smaxc+S2c=0 Đặt X=Smaxc Điều kiện X>Sc=0,762 =>X2-2.0,762.2,347.X+0,7622=0 =>X1=Smaxc= 3,406 X2=Smaxc=0,17 (loại) Smaxc1= = Smaxc1..Xn-R’2=3,406.0,515-0,113=1,641 (Ω) Mà=k2E.Rpn2=>Rpn2=(Ω) Kết luận :Khi nâng tải với tốc độ n=0,5nđm thì Rpn1=0,29(Ω) , còn khi hạ tảivời tốc độ n=0,25nđm thì Rpn2=0,437(Ω) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ CẦN THIẾT ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ KHI HẠ TẢI VỚI TỐC ĐỘ LẦN LƯỢT LÀ N=1/4NĐM ,N=1/2NĐM ,NĐM ,N=2NĐM Khi động cơ hạ tải phải đóng thêm điện trở phụ vào mạch rotor để đạt tốc độ theo mong muốn khi đó động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại để hạ tải. Khi hạ tải thì momen cản bằng 0.9 lần momen định mức nên : Mc=0,8Mđm=Mđ=0,8.870=696(N.m) Hạ tải với tốc độ n=1/4 nđm n=1/4.571=143(v/p) Hệ số trượt khi hạ tải với tốc độ: n=143(v/p) Vì đường biểu diễn qua điểm E nên : Phương trình đặc tính cơ khi hạ tải với tốc độ n=-143 (v/p):vì đường đặc tính cơ qua điểm E nên : ME= Mc=0,8Mđm=696 (N.m) => S2maxE-2SE..SmaxE+S2E=0 Đặt X=SmaxE Điều kiện X>S=1,238 =>X2-2.1,238. .X+1,2382=0 =>X1=SmaxE= 7,047 X2=SmaxE=0,217(loại) SmaxE1= = SmaxE1..Xn-R’2=7,047.0,515-0,113=3,516(Ω) M:=k2E.Rph1=>Rph1=(Ω) Hạ tải với tốc độ n=1/2 nđm: n=1/2.571=286 (v/p) Hệ số trượt khi hạ tải với tốc độ là: n=286(v/p) Vì đường biểu diễn qua điểm F nên : Phương trình đặc tính cơ khi hạ tải với tốc độ là n=-286 (v/p):Vì phương trình đặc tính cơ đi qua điểm F nên : MF= Mc=0,8Mdm=696 (N.m) => S2maxF-2SF..Smaxf+S2F=0 Đặt X=SmaxF Điều kiện X>S=1,477 =>X2-2.1,477. .X+1,4772=0 =>X1=SmaxF= 8,407 X2=SmaxF=0,259 (loại) SmaxF1= = SmaxF1..Xn-R’2=8,407.0,515-0,113=4,217(Ω) Mà =k2E.Rph2=>Rph2=(Ω) Hạ tải với tốc độ n=nđm n =571 (v/p) Hệ số trượt khi hạ tải với tốc độ la n=571 (v/p) Vì đường biểu diễn qua điểm S nên : Phương trình đặc tính cơ khi hạ tải với tốc độ n=-571 (v/p):vì phương trình đặc tính cơ qua điểm S nên : MS= Mc=0,8Mđm=696 (N.m) => S2maxS-2SS..SmaxS+S2S=0 Đặt X=SmaxS Điều kiện X>S=1,952 =>X2-2.1,952. .X+1,9522=0 =>X1=SmaxS= 11,111 X2=SmaxS=0,343 (loại) SmaxS1= = SmaxS1..Xn-R’2=11,111.0,515-0,113=5,609(Ω) Mà=k2E.Rph3=>Rph3=(Ω) Hạ tải với tốc độ n=2 nđm n =2.571=1142 (v/p) Hệ số trượt khi hạ tải với tốc độ la n=1142(v/p) Vì đường biểu diễn qua điểm K nên : Phương trình đặc tính cơ khi hạ tải với tốc độ n=-1142 (v/p):vì phương trình đặc tính cơ qua điểm Knên : MS= Mc=0,8Mđm=696 (N.m) => S2maxS-2SS..SmaxS+S2S=0 Đặt X=SmaxS Điều kiện X>S=2,903 =>X2-2.2,903. .X+2,9032=0 =>X1=SmaxS= 16,524 X2=SmaxS=0,51 (loại) SmaxS1= = SmaxS1..Xn-R’2=16,524.0,515-0,113=8,397(Ω) Mà=k2E.Rph4=>Rph4=(Ω) SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC DÙNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR DÂY QUẤN MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ VÀ NÂNG HẠ CẦU TRỤC VỚI NHIỀU CẤP TỐC ĐỘ: