Đồ án Tính toán và thiết kế truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ----@&?--- ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC GVHD: TS.Nguyễn Thị Mi Sa SVTH: Bùi Thanh Tú-MSSV:11142155 Lê Thanh Trình-MSSV:11142151 NHÓM:5 Tp.Hồ Chí Minh – 04/2014 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU @&? LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, em đã được sự dạy bảo tận tình của tập thể Thầy Cô của trường. Những kiến thức và sự thành đạt mà em đạt được hôm nay chính là nhờ sự dạy bảo của các Thầy Cô. 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 nghành cho em. Đặc biệt em xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện - Điện Tử, những người đã bỏ bao tâm huyết để truyền đạt những tri thức, những kỹ năng, những kinh nghiệm quý báu trong chuyên môn để chúng em vững tin khi bước vào cuộc sống. Chúng em xin gửi lời cảm ơn riêng đến Cô Nguyễn Thị Mi Sa giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng dẫn em thực hiện đồ án môn học Truyền Động Điện. Chúng em xin gửi đến Thầy lời chúc sức khỏe và ngày càng thành công trên bục giảng. Cuối cùng, chúng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè thân mến đã động viên, góp ý để mình hoàn thành tốt đồ án này. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong bối cảnh Việt Nam đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới (WTO),xu thế hội nhập ngày càng sâu rộng dẫn đến sự giao lưu hợp tác trên nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Các dây chuyền sản xuất mới có kỹ thuật hiện đại đã dần thay thế những dây chuyền lạc hậu, lỗi thời. Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động giữ một vai trò quan trọng. Tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực hiện các công đoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất. Do đó nó ảnh hưởng tới việc nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất. Để hiểu rõ hơn về truyền động điện và có kiến thức nhất định về vấn đề này.Chúng em đã được hướng dẫn làm đồ án : “Đặc Tính Cơ Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha và Ứng Dụng Tính Toán Cụ Thể”. Đồ án được chia làm 4 chương: Chương 1: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Nội dung chương trình này giới thiệu đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnh hưởng tới dạng đặc tính cơ, tính toán điện trở phụ mở máy và vấn đề hãm máy của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Chương 2 : Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Nội dung của chương trình này là tính toán điện trở mở máy qua 3 cấp điện trở, và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Kho tàng kiến thức là vô hạn, dù đã được trang bị một lượng kiến thức chưa sâu, kinh nghiêm thực tế chưa nhiều nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai lầm thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô và bạn bè. Chương 3: Yêu cầu nâng tải Chương 4: Yêu cầu hạ tải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP Hồ Chí Minh, ngày.tháng. năm. Giáo viên hướng dẫn MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động giữ một vai trò quan trọng. Tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực hiện các công đoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất. Do đó nó ảnh hưởng tới việc nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất. Nhằm nâng cao tính linh hoạt cũng như khâu điều khiển vận hành các dây chuyền truyền động, chính vì thế đề tài này sẽ giúp cho chúng em hiểu rõ hơn về cách điều khiển các động cơ để vận hành một cách chính xác, đem lại hiểu quả kinh tế cao trong hoạt động kinh doanh cũng như thời gian hoạt động của động cơ AC. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Trình bày các đặc tính cơ tự nhiên Trình bày đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn mở máy qua 3 cấp điện trở . Các vấn đề liên quan đến đặc tính cơ. Xác định mở máy bằng phương pháp đồ thị Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục Ví dụ ứng dụng thực tế. PHẦN I: TÍNH TOÁN VÀ THẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐCĐ KĐB XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR DÂY QUẤN CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA @&? I)ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1) Khái niệm -Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều , làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường trong máy -Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản ,giá rẻ ,độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , và gần như không cần bảo trì. Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10000hp, Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha. 2) Cấu tạo -Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm có các bộ phận chính sau - Phần tỉnh hay còn gọi la stator - Phần quay hay còn gọi la rotor a)stator -Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn -Võ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn - Lõi sắt là phần dẫn từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ghép lại -Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt b)rotor - Phần này có 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn -Nói chung người ta sử dụng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator -Dây quấn rotor có 2 loại chính là rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc c.khe hở -Vì rotor là 1 khối tròn nên khe hở đều.Khe hở trong mày điện không đồng bộ rất nhò (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 3 )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. 4 )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. II)PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ U1p R1 I1 I’2 x1 x’2 R0 x0 I0 L1 L2 L3 Rp Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của dộng cơ ba pha và sơ đồ tương đương thay thế một pha của động cơ không đồng bộ 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’2,X’2 ,I’2: điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã qui đổi về Stator. Rp : điện trở phụ thêm vào mạch rotor 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=Kqđ.I2 =Ki 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 : III)PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Giản đồ công suất Giản đồ moment Hình 3.3 Hình 3.4 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: Hình 3.5: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không bộ ba pha Bưóc 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 0 S1 S2 S3.Smax M M1 M2 M2 M3M 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 IV)ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ 1.Ảnh 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 (N.m) 0 MC M Hình 3.6: Đặc tính cơ của ĐC không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp. 2. Ảnh 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. Hình 3.7: 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). Hình 3.8: 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 Hình 3.9: Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp 3. Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor : L1 L3 L2 Rp Hình 3.10: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 R2-do 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 môment tới hạn giữ nguyên. n n0 TN RP2 > RP1` RP1 RP2 0 S Mmax M Hình 3.11: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor. 4. 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 Hình 3.12 Đổi tốc đảm bảo công suất không đổi n n01 p = 1 n02 p = 2 0 M Hình 3.13 Đổi tốc đảm bảo moment và công suất không đổi n n01 p = 1 n02 p = 2 0 M Hình 3.14 5. 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 : f1: 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 . Hình 3.15: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số. V)CÁC DẠNG KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 1)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 chúngta chỉ đề cập đến một vài phương pháp cơ bản. 2)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. Dòng 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. 3)Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu Hình H.3-5 là sơ đồ nguyên lý 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) Gọi : lần lượt là dòng điện qua lưới khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu lần lượt là moment khởi động khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu Nếu không khởi động trực tiếp thì dòng điện qua lưới nguồn và moment động cơ được xác định theo biểu thức: khi mở máy thì: n = 0 & s = 1 Nếu sử dụng máy biến áp tự ngẫu, điện áp khởi động giảm xuống còn với .Ta có dòng điện khởi động và moment khởi động theo biểu thức : 4)Khởi động bằng điện trở phụ mạch rotor: Phương pháp này được sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn (hình H.3-6) Khi bắt đầu khởi động các contactor K1,K2,K3 ở trạng thái đóng. Lần lượt thực hiện mở K3,K2,K1 để loại bỏ dần điện trở phụ ra khỏi mạch rotor. Dòng điện qua stator lúc khởi động Moment khởi động : 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. 6)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 trở phụ vào mạch rotor (H-3-7) Đặt , với là điện trở phụ mạch rotor qui đổi về stator. Dòng điện rotor qui đổi về stator: Momment của động cơ : 0 smax TN NT 1 s M MmmTN MmmNT n Độ trượt tới hạn: Momment tới hạn : Khi thêm Rp vào mạch rotor thì : + Smax tăng lên do R tăng + Mmax =const + Mmm luôn luôn biến đổi chưa kết luận được khi s = 1 Họ các đường đặc tính cơ là : 7)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 trở phụ vào mạch rotor (H-3-9) Đặt Dòng điện rotor qui đổi về stator: Momment của động cơ : n 0 smax TN NT 1 s M MmmTN MmmNT Độ trượt tới hạn: Momment tới hạn : Khi thêm Rp vào mạch stator thì : + Smax giảm do R tăng + Mmax =giảm + Mmm giảm khi s = 1 8)Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp : Moment của động cơ 0 smax TN NT1 1 s M MmmTN MmmNT NT2 U2 < U1 <Uđm Độ trượt tới hạn: Momment tới hạn : Momment mở máy: Khi thay đổi điện vào mạch stator thì : + Smax không thay đổi + Mmax =giảm + Mmm giảm khi s = 1 VI)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. j III t nđb h TN g f 1 d e RpI 2 NT1 b c RpII 3 NT2 NT3 a RpIII 0 1 MC M2 M Mmax M1 Mmm s Hình 3.16: 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 I 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 VII)HÃM MÁY 1. 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. 0 MĐ n n(Y) B A MC n MĐ p =1(Y) n02 Hãm tái sinh C MC p =2() 1 0 MC M S Hình 3.17 - 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. nn n n B A MĐ MC B’ hãm ngược C 0 MC M hãm tái sinh MĐ -n0 D MC - nD Động cơ quay ngược Hình 3.18 2. 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 . Hình 3.19 - 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=MBMĐ nên 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 . - Ở chế độ này động cơ làm việc ở chế độ máy phát. Hình3.20: Đặc tính cơ khi ĐC làm việc ở chế độ MF 3. Hãm động năng VI.3.1. 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). Hình 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). Hình 3.22 :Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. 4. 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 cach 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 PHẦN II: TÍNH TOÁN NÂNG CẦN TRỤCBẰNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA CHƯƠNG II: YÊU CẦU MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ I)SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ AC KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR DÂY QUẤN: Dây quấn Rotor và Stator đều được đấu ∆ /Y Sức từ động trên dây quấn Stator lớn hơn Rotor là 20% BÀI TẬP: Tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn. -Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau -Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ, hãy tính điện trở phụ mở máy biết rằng động cơ kéo tải định mức. Tính điện trở cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với tốc độ lần lượt là: -1/2 tốc độ định mức -1/4 tốc độ định mức Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải với tốc độ lần lượt là: -1/4 tốc độ định mức -1/2 tốc độ định mức - 1 lần tốc độ định mức -2 lần tốc độ định mức -Biết rằng moment cản khi hạ tải là 0,8 lần moment định mức. 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 được đấu tam giác và hình sao và sức bền từ động bên stator lớn hơn rotor 20%. Các thông số đã cho: Pđm = 54 (Kw); Uđm = 400(V); 2p = 10; N1 =64(Vòng); N2 = 34(Vòng),Kdq1 = 0,954; Kdq2 = 0,954; m1 = m2 =3; R1 = 0,24( W ); R2 = 0,05( W ); X1 = 0,34( W ), X2 = 0.054( W ); I0 = 34( A ); h = 0.84; cosj = 0.844 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC: 1)Dòng điện định mức của stator Hiệu suất của động cơ = Do động cơ sartor đấu sao nên: I1đm = I1dđm = I1pđm = 109.94 (A) 2)Dòng điện rotor ở chế độ định mức Ta có : sức từ động F=I.N Vì sức từ động của stator lớn hơn sức điện động của rotor là 20% Nên : F1 – F2 = 0,2F1 0,8.F1 = F2 0,8.I1đm.N1 = I2đm.N2 (A) Do rotor đấu sao nên: I2đm = I2dđm = I2pđm = 165.56(A) 3)Tính toán phần trở kháng ngắn mạch Điện kháng ngắn mạch : Với X1: điện kháng stator X2’: điện kháng rotor quy đổi về stator Ta có: hệ số quy đổi sức điện động ngắn mạch : KqdE = = = điện trở rotor quy về stator: Điện trở ngắn mạch: Điện kháng rotor quy về stator: Điện kháng ngắn mạch: Tổng trở ngắn mạch : Góc lệch pha : 4)Tính toán dòng điện mở máy Khi mở máy : n=0, S=1 Imm= I’2mm = 5)Bội số dòng điện mở máy KI Hệ số mở máy và dòng định mức: Dòng điện stator đã qui đổi : 6)Tốc độ trượt định mức Sđm (R1 + )+ (XN )2=()2 ==7,55.10-2 7)Tốc độ định mức của động cơ nđm ; với f=50 Hz , 2p=10 8)Khả năng quá tải của động cơ Đối với động cơ công suất lớn Mà Smax= 9)Moment định mức =1853,94(N/m) Moment tới hạn max : Moment mở máy : =1222,2(Nm) ======= Động cơ có thế mở máy khi có tải hoạt động Vậy ta có : Toạ độ điểm đồng bộ (M=0,S=0, n = n0 =555 vòng / phút ) Toạ độ điểm tới hạn (Mmax, Smax) = (2546;0,4) Điểm mở máy S=1, n=0 , Mmm = 1222,2( Nm) Vậy không thể mở máy có tải được vì moment mở máy lớn hơn moment cản II)TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ Moment lớn nhất và nhỏ nhất trong quá tình mở máy M1 0,8Mmax M1 0,8x2546 = 2036,8(N.m) chọn M1=2000(Nm) 1,1Mđm M2 1,3Mđm 1022,12 M2 1207,96 chọn M2= 1100 (N.m) Với: MC = Mđm = 929,2 (N.m) Tính điện trở phụ mở máy Ta có : Lặp tỉ số: j Nđb(v/ph) 555 t b TN h g RPI a f 1 e RPIlI NT1 do 2 NT2 c ĐTCTN RPIII 3 NT3 0 00 a M2 1100N.m Mmm M(N.m) M1 2000N.m Mmax S MC 929,2N/m 2546Nm 1222,2N/m Trên đường số (1) ta có : Trên đường số( 2) ,ta có: Tương tự trên đường số (3): CHƯƠNG III: YÊU CẦU NÂNG TẢI TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG 1/2 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC n1=1/2 nđm =555/2 =278vòng/ phút Phương trình đặc tính cơ đường số 1 Với tốc độ đồng bộ Nđb= 60.fp = 60.505 = 600(vòng/phút) Vì đi qua điểm B: Với S1= Đặt: Smax1 = X1 (X1>S1=0,54) X21 - 2,96X1 += 0 Þ X1 = 2,86(nhận ) X1 = 0,102(loại) Þ Smax = X1 = 2,86= Þ R’p1 = 2,86XN - R’2 = 2,86x0,4415- 0,177= 1,086(W) Điện trở phụ : TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG 1/4 TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC n2 = ¼ nđm = ¼ . 555= 139vòng /phút Phương trình đặc tính cơ đường số 2 Vì đi qua điểm C: Với S2= Đặt: Smax2 = X2 (X2>S2=0,76) X22 - 4,21X2+= 0 Þ X2 = 4,065(nhận ) X2 = 0,145( loại) Þ Smax2 = X2 = 4,065= Þ R’p2 = 4,065XN - R’2 = 4,065x0,4415 - 0,177 = 1,62(W) Điện trở phụ: III) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC n3= nđm=555 (vòng/phút) Phương trình đặc tính cơ đường số 3 Vì đi qua điểm C: Với Đặt: Smax3 = X3 (X3>S3=0,075) X23 - 0,411X3+= 0 Þ X3 = 0,014(loại) X3 = 0,406( nhận) Đặt Smax3=X3 Þ Smax3 = X3 = 0,4= Þ R’p3 = 0,406XN - R’2 = 0,406x0,4415- 0,177= 2,249. (W) Điện trở phụ: CHƯƠNG VI: YÊU CẦU HẠ TẢI Theo yêu cầu đề bài ta có: Mc=0,8xMđm=0,8x 929,2 =743,36(Nm) Phương trình đặc tính cơ khi hạ tải : Û TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC: n4= -1/2.nđm= -278(vòng/phút) Phương trình đặc tính cơ đường số 4: Vì đi qua điểm E: Với Đặt: Smax4 = X4 (X4>S4=1,46) X24 - 8X4 += 0 Þ X4 = 7,724(nhận ) X4 = 0,276( loại) Þ Smax = X4 = 7,724= Þ R’p4 = 7,724 XN - R’2 = 7,724x0,4415- 0,177 = 3,23 (W) Điện trở phụ: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC N5= -1/4.nđm=-139(vòng/phút) Phương trình đặc tính cơ đường số 5: Vì đi qua điểm D: Với S5= Đặt: Smax5 = X5 (X5>S5=1,23) X25 – 6,74X5 += 0 Þ X5 = 6,5(nhận ) X5 = 0,23( loại) Þ Smax5 = X5 = 6,5= Þ R’p5 = 6,5 XN - R’2 = 6,5x0,4415- 0,177= 2,69(W) Điện trở phụ: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC n6=-nđm=-555(vòng/phút) Phương trình đặc tính cơ đường số 6: Vì đi qua điểm D: - Độ trượt : Đặt: Smax6 = X6 (X6>S6=1,925) X26 – 10,55X6 += 0 Þ X6 =10,186(nhận ) X6 =0,364( loại) Þ Smax6 = X6 =10,186= Þ R’p6 =10,186XN - R’2 =10,186x0,4415-0,177 =4,32(W) Điện trở phụ: TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG 2 LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC N7= -2.nđm= - 1110(vòng/phút) Phương trình đặc tính cơ đường số 7: Vì đi qua điểm D: Độ trượt : Đặt: Smax7 = X7 (X7>S7=2,85) X27 – 15,62X7 += 0 Þ X7 =15,08(nhận ) X7 =0,54( loại) Þ Smax7 = X7 =15,08= Þ R’p7 =15,08XN - R’2 =15,08x0,4415-0,177 =6,48(W) Điện trở phụ: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ AC KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA KHI MỞ MÁY NÂNG VÀ HẠ TẢI ĐC 3 pha · · · 1H 2H 3H Rf1 R’’f1 R’’f2 R’’f3 R’’f4 R’f1 R’f2 Rf2 Rf3 1K 2K 3K 1N 2N Việc mở máy động cơ, nâng tải và hạ tải bằng cách đóng điện trở phụ vào mạch phần ứng đối với động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn, cũng giống như đóng điện trở phụ vào động cơ DC kích từ song song. Nhưng chỉ khác nhau về sơ đồ động lực. Rf1, Rf2 , Rf3: là các điện trở phụ đóng vào mạch rotor để hạn dòng khi mở máy. Rf1', Rf2': là các điện trở phụ đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với những tốc độ khác nhau. Rf1'', Rf2'', Rf3'': là các điện trở phụ đóng vào mạch rotor để hạ tải xuống với những tốc độ khác nhau. Các tiếp điểm: 1k, 2k, 3k là các tiếp điểm dùng để đóng các điện trở phụ Rf1, Rf2 , Rf3 khi mở máy động cơ. Các tiếp điểm: 1N, 2N là các tiếp điểm dùng đề đóng điện trở phụ: Rf1', Rf2' khi động cơ nâng tải lên với tốc độ khác nhau. Các tiếp điểm: 1H, 2H, 3H là các tiếp điểm dùng để đóng các điện trở phụ: Rf1'', Rf2'', Rf3'' khi động cơ hạ tải xuống ở những tốc độ khác nhau. KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian học tập và rèn luyện, những kiến thức mà các Thầy Cô đã truyền đạt và tận tình trao dồi những nền tản cơ bản về bộ môn truyền động điện, cũng như những kiến thức đã được áp dụng vào trong thực tế giúp cho chúng em có những bài học hay vô cùng quý báu cho những công việc sau này trong cuộc sống. Nhờ những yếu tố thuận lợi mà Thầy Cô đã hết lòng truyền đạt kiến thức và những buổi thực tập thực tế, chúng em đã ứng dụng và hoàn thành tập đồ án truyền động với đề tài: Đặc tính cơ và những ví dụ về động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn. Qua quá trình thực hiện cuốn đồ án môn truyền động này chúng em đã được thầy Nguyễn Phan Thanh hết lòng tận tình giúp đở thực hiện. Cũng qua việc làm đồ án này đã giúp chúng em có được những kiến thức hết sức hữu hiệu và hiểu thêm nhiều mặt về vấn đề thực hành, thực hiện các cơ cấu nâng hạ tải hay những cơ cấu vận hành khác. Trong quá trình thực hiện,chúng em cũng mắc phải những thiếu sót. Chúng em mong Thầy và các bạn thông cảm và có những ý kiến đóng góp để cho chúng em hoàn thiện cuốn đồ án này hơn cũng như trau dồi thêm những kiến thức riêng cho chúng em khi các em đi làm. Chúng em sẽ trình bày với nội dung rộng hơn, thiết thực hơn và nâng cao hơn với thời gian cho phép. Chúng em chân thành cảm ơn Thầy, các Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật và các bạn học chung lớp đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung giúp đở cho quyển đồ án được thực hiện thành công. Tài liệu tham khảo: Sách truyền động điện 1 và 2 + tài liệu học lý thuyết do Cô Đinh Thị Yên Hòa giảng dạy. Tài liệu Cơ Cấu Nâng Hạ Cầu Trục của Thầy Nguyễn Phan Thanh.