Tính toán và thiết kế tryền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục

g tŕnh đặc tính cơ điện c̣n được viết lại dưới dạng sau: ö ö I k R k Un EE . .55,9. F´ - F = 1.3. Mở máy động cơ DC kích từ song song: Từ phương tŕnh đặc tính cơ điện öIk R k U EE . .. F - F =w Với đặc tính cơ tự nhiên (R=Rư) khi khởi động động cơ, ta thấy ḍng điện khởi động ban đầu là: ö ñm R U nmI = 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 đmnm II )2520( ¸= 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 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 SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 13 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. 1.3.1. Sơ đồ nối dây: Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 14 1.3.2. Vẽ đặc tính cơ điện tự nhiên 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. 1.3.3. Xác định các thông số: ñmñmñmö ktIII -= ñmö ñmñmñm ö 2 )(5.0 I PIU R -» ñm ñmööñm ñm n IRU kE .- =F IC I2 I1 J e g c a h f d b 0 Iư n RpI RpII RpIII Đặc tính cơ tự nhin n0 nđ (2) (1) H.1-6 Rpkt Cuộn kích từ E Iư Ikt I + - U Rp1 Rp2 Rp3 H.1-5 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 15 1.3.4. Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của ḍng điện trong quá tŕnh mở máy động cơ: Trị số của điện trở phụ tổng (R1+R2+R3) được chọn sao cho khi 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: CIII II )3.11.1()3.11.1( )5.28.1( 2 1 ¸=¸= ¸= ñm 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 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. 1.3.5. Tính toán điện trở phụ cần thiết: 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. Phương tŕnh đặc tính tốc độ tự nhiên: ö ö ö ö I k R nI k R nn E TN E F =DÞ F -= ..55,9..55,90 (1-16) Phương tŕnh đặc tính cơ điện nhân tạo (khi thêm điện trở phụ vào mạch rotor) ö ö ö ö I k RR nI k RR nn đmE p NTđmE p F + =DÞ F + -= ..55,9..55,90 ( 1 - 1 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 16 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) Chia 2 vế của biểu thức (1-16) và (1-17) ta được: ö TN TNNT pö TN NT p pNT TN R n nnRR n nR RöR öR n n ..1 ÷÷ ø ö çç è æ D D-D =Þ÷÷ ø ö çç è æ - D D =Þ + = D D (1- 18) Áp dụng (1-18) Jg eg R Jg JgJe RR pI ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . (1-19) Jg cg R Jg JgJc RRpII ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . (1-20) Jg ag R Jg JgJa RR pIII ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . (1-21) pIp RR =1 (1-22) pIpII2p RRR -= (1-23) pIIpIIIp RRR -=3 (1-24) 1.4. Các chế độ hăm của động cơ DC kích từ song song: 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 SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 17 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: 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: 0 0 <F= < - = hEh h IkM R EU I 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 k R k U EE . ).(. 2F - F =w Trong quá tŕnh hăm tái sinh, ḍng điện hăm đổi chiều và công suất được trả về lưới điện có giá trị öIUEP ).( -= . Đây là phương pháp hăm kinh tế nhất v́ động cơ sinh ra điện năng hữu ích.Có hai khả năng hăm tái sinh: M 0 R1 R2 R3 R1<R2<R3 0 R1 R2 R3 Mh I II III IV H.1-7 Hăm động năng Hãm ngược Hãm tái sinh Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 18 ¨ Điện áp U điều chỉnh được: ví dụ dùng bộ chỉnh lưu, với E 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. 1.4.2. Hăm động năng: 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. 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 1 3 5 7 6 4 2 a b c M MC Giảm V nguồn V1 V2 V3 V4 0 1 0 M 0 H.1-8a H.1-8b Cuộn kích từ Arm _ + Rh Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 19 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. 1.4.3. Hăm ngược: 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: Từ phương tŕnh đặc tính tôc độ của động cơDC kích từ song song: F - = . . Ek RIU ööw 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. 1.5.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng: 0 đtcTN 1 2 3 0 4 5 -0 H.1-9 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 20 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. H.1-10 Dựa vào phương tŕnh đặc tính cơ öö Ik RR k Un E p E . .55,9. F´ + - F = ,ta có nhận xét : · 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. · Độ cứng của đặc tính cơ pRR k d dM đmE + F == ö 2).( w b , v́ vậy khi pR tăng th́ độ cứng của đặc tính cơ sẽ giảm (đặc tính cơ dốc nhiều hơn). 1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ: M 0 Mc Rp=0 Rp1 Rp2 Rp3 Rp4 Rp1<Rp2<Rp3< Rp4 n0đm 0 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 21 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. ö ö I k RR k Un E p E . .55,9. F´ + - F = M k RR k Un E p E . ).(55,9. 2F´ + - F = ö Khi U thay đổi th́ tốc độ không tải lư tưởng const k Un E = F = .0 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) H.1-11 Điều chỉnh tốc độ bằng cách dùng hệ thống máy phát động cơ(Ward-Leonard) : H.1-12 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 M 0 Mc Uđm U1 U2<U1< Uđm n0đm U2 0 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 22 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. Phương tŕnh đặc tính cơ: ö ö I k RR k U n E p E đm . .55,9. F´ + - F = M k RR k U n E p E đm . ).(55,9. 2F´ + - F = ö Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 23 Uđm Ơđm u Ơ n 0 H.1-14 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. 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 ). M 0 n 0 1 2 Ơđm Ơ1 Ơ2 Ơđm > 1 > 2 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 24 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: Pđm= 94 (kW) Uđm= 204 (v) Iđm= 524 (A) Iktđm=5,8 (A) nđm=600(vòng/phút) Phần tính toán thiết kế: I. Viết phương trình đặc tính tốc độ(đặc tính cơ điện): u ö . .55,9. I k R k Un EE F´ - F = Tính toán các thông số cần thiết : I =u I dm - I ktdm = 524-5,8 =518,2 (A) 3 dm dm u 2 2 dm 0.5( . ) 0,5(204 524 94 10 ) 0,024 ( ) 524 dmU I PR I - ´ - ´ = = = W . 204 0,024 524 0,32 600 đm đm đm đm U Ru I k n - - ´ Þ F = = = 0 204 637,5 (vp/ph) . 0,32đm Uđm n K = = = F Momment định mức: 394 10 9,55 9,55 1496 (N/m) 600 đm đm đm P M n ´ = ´ = ´ = II. Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên: u u . .. I k R k U n EE đm F - F = =614 – 0,04 uI´ III. Vẽ phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:n = f(I udm ) A(0 ; 637,5) ; B(524; 600) 637,5 1496 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 25 IC I2 I1 J e g c a h f d b 0 Iư n RpI RpII RpIII Đặc tính cơ tự nhiên n0 nđm (2) (1) H.1-6 IV. Viết phương trình đặc tính cơ tự nhiên: M k RR k U n E p E đm . ).(55,9. 2F´ + - F = ö = 2 204 0,024 0,32 9,55 0,32 M- ´ ´ =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. 637,5 1496 Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 26 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. Phương tŕnh đặc tính tốc độ tự nhiên: ö ö ö ö I k R nI k R nn E TN E F =DÞ F -= ..55,9..55,90 (1-16) Phương tŕnh đặc tính cơ điện nhân tạo (khi thêm điện trở phụ vào mạch rotor) ö ö ö ö I k RR nI k RR nn đmE p NTđmE p F + =DÞ F + -= ..55,9..55,90 ( 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) Chia 2 vế của biểu thức (1-16) và (1-17) ta được: ö TN TNNT pö TN NT p pNT TN R n nnRR n nR RöR öR n n ..1 ÷÷ ø ö çç è æ D D-D =Þ÷÷ ø ö çç è æ - D D =Þ + = D D (1-18) Áp dụng (1-18) Jg eg R Jg JgJe RR pI ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . =0.0135 )(W (1-19) Jg cg R Jg JgJc RRpII ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . =0.04 )(W (1-20) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 27 Jg ag R Jg JgJa RR pIII ö.ö =÷÷ ø ö çç è æ - = . = 0.1 )(W (1-21) pIp RR =1 = 0.014 )(W (1-22) pIpII2p RRR -= = 0.026 )(W (1-23) pIIpIIIp RRR -=3 = 0.06 )(W (1-24) VII. Nâng tải lên bằng ½ nđm . Biện pháp gì? biết tải là thế năng định mức. Thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng: Ta có: Phương trình đặc tính cơ tự nhiên: nA= M k R k U E u E đm . ).(55,9. 2F´ - F = (1) Phương trình đặc tính cơ nhân tạo: nB M k RR k U E pu E đm . ).(55,9. 2F´ + - F = (2) Theo yêu cầu bài toán : nB=1/2 nA (3) từ (1),(2),(3): nB =300 M k RR k U E p E đm . ).(55,9. 2 u F´ + - F = =>Rp= 29,55(637,5 300)0.32 0.024 1496 - - Vậy Rp=0.2(W ) VIII. Cho Ikt=0.8Iktdm và Mc=0.8Mdm. tính n? Do Ikt thay đổi => dẫn đến thay đổi các thông số định mức dmF =k. Iktdm dm 'F =k. Ikt = 0.8. Iktdm. K => 8.0 1 ' = F F dm dm => dm'F =0.8 dmF c EE đm M k R k U n . ).8.0(55,9. 2' u ' F´ - F = =>n = 2 204 0.024 0.8 1496 0.8 0.32 9,55(0.8 0.32) ´ ´ - ´ ´ =750(vg/ph) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 28 IX. Hạ tải với tốc độ nc=500(v/p) và Mc=Mđm Biện pháp thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. nc M k RR k U E p E đm . ).(55,9. 2 u F´ + - F = =>Rp= 29,55(637,5 500)0.32 0.024 1496 - - = 0.065(W ) Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 29 Phần B: Truyền động dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 30 Giới thiệu 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. 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. Đ Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 31 CHƯƠNG 3 : SƠ LƯỢC VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 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) Độ trượt (slip) 0 0 w ww - =s Tốc độ đồng bộ p f..2 0 pw = p : số đôi cực ƒ : tần số nguồn cung cấp (Hz) 2) Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: 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 S R 2' U1p : điện áp pha mạch stator I1 : ḍng điện mạch stator I’2 : ḍng điện mạch rotor qui đổi về stator R1, X1 : điện trở và điện kháng mạch stator R’2, X’2 : điện trở và điện kháng mạch rotor qui đổi về stator R0, X0 : điện trở và điện kháng mạch từ hoá Rp : điện trở phụ thêm vào mạch rotor Đặt 21 XXXn += Dựa vào sơ đồ mạch tương đương h́nh H.3-1 ta tính được ḍng điện trong mạch rotor quy đổi về stator theo biểu thức sau: M U1p Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 32 ( )2'21 2' 2 1 1' 2 XX s R R U I p ++÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = (3- 1) Công suất điện từ: '22'2 .3 RIPđt = (3- 2) Thế (3-1) vào biểu thức (3-2) ta được: s R X s R R U P n p đt ' 2 2 2' 2 1 2 1 . .3 +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = (3- 3) Mà công suất điện từ c̣n được tính bằng công thức: (3-4) Từ biểu thức (3-3) và (3-4) ta có: sX s R R RU M n p đt .. ..3 0 2 2' 2 1 ' 2 2 1 w ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Nếu bỏ qua tổn hao do ma sát trong động cơ th́ moment của động cơ bằng với moment điện từ, nên ta có phương tŕnh đặt tính cơ sau: sX s R R RU M n p .. ..3 0 2 2' 2 1 ' 2 2 1 w ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = (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 máy phát. 0.wđtđt MP = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 33 H.3-2 Để xác định vị trí hai điểm tới hạn ta t́m cực trị của hàm M theo biến s trong phương tŕnh (3-5). Trước hết ta tính đạo hàm của M: 2 2 2' 2 1 2 3 2' 2 2 ' 212 2' 2 1 0 ' 2 2 1 2 ..2 2 .3 ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + ú ú ú û ù ê ê ê ë é ÷ ÷ ø ö ç ç è æ --×++÷ ÷ ø ö ç ç è æ + ×-= n n p X s R Rs s R s RR sX s R R RU ds dM w 2 2 2' 2 1 2 2 2' 222 1 0 ' 2 2 1 .3 ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + -+ ×-= n n p X s R Rs s R XR RU ds dM w Cho 22 1 ' 2 2 2' 222 1 00 n n XR R s s R XR ds dM + ±=Þ=-+Þ= Vậy độ trượt tới hạn 22 1 ' 2 max nXR R s + ±= (3- 6) Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 34 Thế smax trong biểu thức (3-6) vào phương tŕnh (3-5) ta tính được giá trị của moment tới hạn: ÷ ø öç è æ +± = 22 110 2 1 max 2 3 n p XRR U M w (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. Khi chia hai vế của phương tŕnh (3-5) cho hai vế của biểu thức (3-7) ta được phương tŕnh sau: max' 2 1max max max' 2 1 max .2 12 s R R s s s s s R R M M ++ ÷ ÷ ø ö ç ç è æ ×+ = (3- 8) V́ max' 2 1 s R R có giá trị nhỏ không đáng kể so với 1 và các phần tử khác trong phương tŕnh(3-8) nên ta có thể viết phương tŕnh(3-8) theo dạng gần đúng: s s s s M M s s s sM M max max max max max max 22 + =Þ + = (3- 9) 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) Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 35 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 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) Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 36 Gọi : LkđLkđ II ,0 lần lượt là ḍng điện qua lưới khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu kđkđ II ,0 lần lượt là ḍng điện khởi động khi khởi động trực tiếp và khi khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu kđkđ MM ,0 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 bằng máy biến áp tự ngẫu và thực hiện khởi động trực tiếp, ḍng điện qua lưới nguồn và moment động cơ được xác định theo biểu thức: 2' 21 2' 21 00 )()( XXRR U II kđLkđ +++ == ' 22' 21 2 21 2 0 0 )(( 3 R XX)RR U ωM 'kđ ×+++ ×= Nếu sử dụng máy biến áp tự ngẫu, điện áp khởi động giảm xuống c̣n 1,. <nUn .Ta có ḍng điện khởi động và moment khởi động theo biểu thức : 2' 21 2' 21 )()( XXRR U I kđkđ +++ = 00 .. Lkđkđkđkđ InInInUU ==Þ= 0 2' 22' 21 2 21 2 0 . )(( 3 kđ' kđ kđ MnR XX)RR U ωM =×+++ ×=Þ Giả sử máy biến áp không tiêu hao công suất và hệ số công suất phía sơ cấp và thứ cấp bằng nhau : 0 2 0 2 ....3.3 LkđkđkđLkđkđkđLkđ InInInIIUIU ===Þ= 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. Ḍng điện qua stator lúc khởi động 2' 21 2' 21 )()( XXRRR U I ph kđ ++++ = Moment khởi động : )( )(( 3 ' 22' 21 2 21 2 0 ph ph 'kđ RRXX)RRR U ωM +×++++ ×=Þ Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 37 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 trở phụ pR2 vào mạch rotor (H-3-6) Đặt '2'2' pRRR += , với '2 pR là điện trở phụ mạch rotor pR2 qui đổi về stator. Áp dụng các công thức trong phần 1 và 2 của chương 3 cho mạch 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: Ḍng điện rotor qui đổi về stator: ( )2'21 2' 1 1' 2 XX s R R U I p ++÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Momment của động cơ : sX s R R RU M n p .. ..3 0 2 2' 1 '2 1 w ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Độ trượt tới hạn: 22 1 ' max nXR R s + = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 38 Momment tới hạn : ÷ ø öç è æ ++ = 22 110 2 1 max 2 3 n p XRR U M w Momment của động cơ (dạng gần đúng) : s s s s M M max max max2 + = 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 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. Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 39 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 trở phụ pR1 vào mạch rotor (H-3-8) R1p U1p Đặt 11' pRRR += Áp dụng các công thức trong phần 1 và 2 của chương 3 cho mạch 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: Ḍng điện rotor qui đổi về stator: ( )2'21 2' 2' 1' 2 XX s R R U I p ++÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Momment của động cơ : sX s R R RU M n p .. ..3 0 2 2' 2' ' 2 2 1 w ÷÷ ÷ ø ö çç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Độ trượt tới hạn: 22' ' 2 max nXR R s + = Momment tới hạn : ÷÷ ø ö çç è æ ++ = 22'' 0 2 1 max 2 3 n p XRR U M w Momment của động cơ (dạng gần đúng) : s s s s M M max max max2 + = Từ các biểu thức trên ta có một số nhận xét sau: Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 40 · Moment tới hạn Mmax phụ thuộc vào điện trở mạch stator. V́ vậy khi pR1 tăng th́ moment tới hạn sẽ giảm. · 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 và qua đó ta sẽ điều khiển được vận tốc động cơ. sX s R R RU M n p .. ..3 0 2 2' 2 1 ' 2 2 1 w ÷ ÷ ÷ ø ö ç ç ç è æ +÷ ÷ ø ö ç ç è æ + = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 41 Phương tŕnh đặc tính cơ của động cơ có momment tỉ lệ với b́nh phương điện áp nguồn cung cấp. ÷ ø öç è æ ++ = 22 110 2 1 max 2 3 n p XRR U M w ; 22 1 ' 2 max nXR R s + = 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 th ́ 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. d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp : Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 42 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 cung cấp theo công thức: p f..2 0 pw = Mà moment tới hạn và dộ trượt tới hạn của động cơ phụ thuộc vào 0w theo công thức : ÷ ø öç è æ ++ = 22 110 2 1 max 2 3 n p XRR U M w 22 1 ' 2 max nXR R s + = Khi tần số tăng th́ 0w và Xn tăng theo nên smax giảm và Mmax giảm 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. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực : Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 43 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. Chương 4: Tính toán thiết kế cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ không đồng bộ ba pha Cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn có các số liệu định mức sau: Pđm=54kw; U1đm=400(V); 2p=10; N1=24(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 ); PPcu 011.0=D (kw); 1050=D feP (w); I0=34(A); 0.84h = , cosj =0.844. Sức từ động stator lớn hơn sức từ động rotor 20%.đấu dây trong động cơ D /U Dòng điện stator và rotor ở chế độ định mức: Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 44 Pđ=3Up.Ip.Cosj = 3 .Ud.Id. Cosj = h Pñ Dòng diện stato Dòng diện Rotor Do sức từ động của stator lớn hơn sức từ động của rotor 15% nên: F1 - F2 = 0,15.F1 Þ F2 = 0,85.F1 Û N2.I2đm = 0,85N1.I1đm Các thành phần của trở kháng ngắn mạch: - Tỷ số biến áp của động cơ: - Các đại lượng qui đổi từ rotor về stator: R’2 = k 2 E.R2 = (0,7) 2 * 0,05= 0,025 (W) X’2 = k 2 E.X2 = (0,7) 2 * 0,054 = 0,026 (W) Các thành phần trở kháng ngắn mạch: RN = R1 + R’2 = 0.24+ 0.025 = 0.265 (W) XN = X1 + X’2 = 0.34 + 0,026 = 0,366 (W) Độ trượt định mức: Từ phương trình đặc tính tốc độ: )(110 844,0*400*3*84,0 10*54 ..3. 3 1 1 A CosU P I ñmñm ñm ñm === jh )(66110* 34 24 *85,0..85,0 1 2 1 2 AIN N I ñmñm === 7,0 954,0*34 954,0*24 . . 22 11 === dq dq E kN kN k )(94 7,0 662' 2 Ak I I E ñm ñm === )(45,0366,0265,0 2222 W=+=+= NNN XRZ 054 265,0 366,0 === arctg R X arctg N N Nj 2 N 2' 2 1 P1' 2 X S R R U I +÷÷ ø ö çç è æ + = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 45 Ơ chế độ định mức: Bội số dòng điện mở máy: Trong đó: Với R' = R'2 + R'P Khi mở máy: n = 0 Þ S = 1 Nên: Vậy: Xác định khả năng quá tải: Ta có: Ở trạng thái định mức: 2 N 2 ñm ' 2 1 Pñm1' ñm2 X S R R U I +÷÷ ø ö çç è æ + = 1 2 N 2 ' ñm2 Pñm1 ' 2 RX I U S R --÷÷ ø ö çç è æ =Þ 006,0 2,4 025,0 2,4 ' 2 »==Þ R Sñm dm1 ' 2 ñm mm I I I I I k == 2 N 2' 2 1 P1 mm ' 2 X S R R U II +÷÷ ø ö çç è æ + == )(513 45.0*3 4001 22 1' 2 AZ U XR U I N P NN P === + = 7,4 110 513 ==Ik ñm max m M M =l S S S S M M max max max.2 + = ñm max max ñm max ñm S S S S M.2 M + = m ñm max ñm max max ñm .2 M M .2 S S S S l==+Þ Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 46 Trong đó: , 7,5=lm Moment định mức và moment cực đại, moment mở máy: Mà: Ta có : Khi mở máy: n = 0 Þ s = 1 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: M1 £ 0,85Mmax £ 0,85*4931 =4191 (Nm) M2 = 1,2Mđm = 1,2*865 = 1038 (Nm) 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: Kết quả: 068,0 366.0 025.0'2 max === NX R S 4,11 006,0 068,0 068,0 006,0 .2 =+=Þ ml )S1.(nn n nn S ñm0ñm 0 ñm0 ñm -=Þ - = )/(596)006,01(* 5 50*60 )1.( .60 pvS p f n ñmñm =-=-=Þ )(865 596 10*54 *55,9 3 NmM ñm ==Þ )(4931865*7,5.max NmMM ñmm === l )(668 1 068,0 068,0 1 4931*2 1 1 .2 max max max Nm S S M M mm = + = + =Þ S S S S M M max max max.2 + = )(056.005,0 36 40 .. 22 W=== - = R jg eg R jg jgje RPI )(17,005,0 36 123 .. 22 W=== - = R jg cg R jg jgjc RPII )(413,005,0 36 297 .. 22 W=== - = R jg ag R jg jgja RPIII Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 47 Rp1=RpI=0,056( )W Rp2= RpII - RpI =0,17 – 0,056 =0,114(W ) Rp2= RpIII -RpII - RpI=0,413– 0,17–0,056=0.187( )W Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 48 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHI MỞ MÁY L1 L2 L3 Sơ đồ nguyên lý động cơ mở máy được thiết kế như hình vẽ với K1, K2, K3 là các tiếp điểm điều khiển quá trình mở máy của động cơ và được tiến hành như sau: 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) Khi: n1 = 1/2nđm= 1/2*596 =298 (v/p) Ta có: RP RP RP RPI RPII K1 K1 K2 K3 K2 K3 RPIII 503,0 600 298600 0 10 = - = - = n nn SB Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 49 Từ phương trình đặc tính cơ: Khi nâng tải với tốc độ n1 = 1/2nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại B: Þ Smax1 =6,3 Smax2 = 0,03 Nên ta chọn: Smax = 6,3 Mặt khác: Þ R'P = Smax.XN –R’2= (6,3*0,366) -0.025 =2,28W) Mà R'P = 2qñEK .RP 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). 2. Nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm: Khi n2 = 1/4nđm =1/4*596 = 149(v/p) Ta có: Từ phương trình đặc tính cơ: Khi nâng tải với tốc độ n2 = 1/4nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại C: S S S S M M max max max.2 + = B B c S S S S M M max max max.2 + = 0503,0*503,0* 5,778 4931 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S BB c N ' P ' 2 N ' max X RR X RS + == 5,0 600 298600 0 20 = - = - = n nn SC)(6,4 7,0 28,2 22 ' W===Þ qñE P P k R R 75,0 600 149600 0 20 = - = - = n nn SC S S S S M M max max max.2 + = Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 50 Þ Smax1 = 9,4 Smax2 = 0,06 Nên ta chọn: Smax = 9,4 Mặt khác: Þ R'P = Smax.XN –R’2= 9,4*0,366 -0.025 = 3,4(W). Mà R'P = kqđ 2 E.RP 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 C C C S S S S M M max max max.2 + = 075,0*75,0* 5,778 4931 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S CC C N ' P ' 2 N ' max X RR X RS + == )(9,6 7,0 4,3 22 ' W===Þ qñE P P k R R L1 L2 L3 2.59 k k 3.8 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 51 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: 1. Hạ tải với tốc độ n1 = 1/4nđm: Khi hạ tải thì: M = 0,9Mđm = 0,9*865 = 778,5 (Nm) Khi: n1 = 1/4nđm =1/4*596 = 149(v/p) Hệ số trượt lúc hạ tải: Từ phương trình đặc tính cơ: Khi hạ tải với tốc độ n1 = -1/4nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại D: Þ Smax1 = 15,73 Smax2 = 0,1 25,1 600 )149(600 0 10 = -- = - = n nn SD S S S S M M max max max.2 + = D D D S S S S M M max max max.2 + = 025,1*25,1* 5,778 4931 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S DD D Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 52 Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 15,73 Mặt khác: Þ R'P = Smax.XN - R'2=15,73*0,366-0.025=5,7 Mà R'P = kqđ 2 E.RP 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) Hệ số trượt lúc hạ tải: Từ phương trình đặc tính cơ: Khi hạ tải với tốc độ n2 = -2/3nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại E: Þ Smax1 = 20 Smax2 = 0.1 Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 20 Khi đó: Þ R'P = Smax.XN - R'2= 20*0,366-0,025= 7,3 N ' P ' 2 N ' max X RR X RS + == )(6,11 7,0 7,5 22 ' W===Þ qñE P P k R R 66,1 600 )397(600 0 20 = -- = - = n nn SE S S S S M M max max max.2 + = E E E S S S S M M max max max.2 + = 066,1*66,1* 518 4090 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S EE E N ' P ' 2 N ' max X RR X RS + == Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 53 Mà R'P = kqđ 2 E.RP Vậy để hạ tải với tốc độ n2 = 2/3nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần ứng một điện trở RP = 14,9(W). 3. Hạ tải với tốc độ n3 = nđm : Hệ số trượt lúc hạ tải: Từ phương trình đặc tính cơ: Khi hạ tải với tốc độ n3 = -nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại F: Þ Smax1 =25 Smax2 = 0,16 Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 25 Khi đó: Þ R'P = Smax.XN - R'2= 25*0.366-0.025=9,125 Mà R'P = kqđ 2 E.RP )(9,14 7,0 3,7 22 ' W===Þ qñE P P k R R 99,1 600 )596(600 0 30 = -- = - = n nn SF S S S S M M max max max.2 + = F F F S S S S M M max max max.2 + = 099,1*99,1* 518 4090 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S FF F N ' P ' 2 N ' max X RR X RS + == )(6,18 7,0 125,9 22 ' W===Þ qñE P P k R R Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 54 Vậy để hạ tải với tốc độ n3 = nđm ta phải đóng vào mạch rotor phần ứng một điện trở RP = 18,6 (W). 4. Hạ tải với tốc độ n4 = 2,5nđm : Khi: n4 = 2,5nđm =2,5*596 = 1490(v/p) Hệ số trượt lúc hạ tải: Từ phương trình đặc tính cơ: Khi hạ tải với tốc độ n4 = -2,5nđm thì động cơ chuyển sang làm việc tại G: Þ Smax1 = 44 Smax2 = 0,27 Vì động cơ đang hạ tải nên ta chọn: S > 1 Þ Smax = 44 Khi đó: Þ R'P = Smax.XN - R'2= 44*0,366-0,025=16 Mà R'P = kqđ 2 E.RP 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). § 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). 5.3 600 )1490(600 0 40 = -- = - = n nn SG S S S S M M max max max.2 + = G G G S S S S M M max max max.2 + = 05,3*5.3* 5,778 4931 *2 0...2 2 max 2 max 2 max max2 max =+-Û =+-Þ SS SSS M M S GG G N P N X RR X R S '' 2 ' max + == )(7,32 7,0 16 22 ' W===Þ qñE P P k R R Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 55 § 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). § 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). K1 K1 K2 K3 K3 K2 3.9 10.2 18 L1 L2 L3 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 56 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ MỞ MÁY NÂNG TẢI HẠ TẢI: 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 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 57 SÔ ÑOÀ ÑIE ÀU K HIEÅN ÑOÄNG CÔ MÔÛ MA ÙY QUA BA CA ÁP ÑIEÄN TR ÔÛ BA ÊNG PLC ( VÔÙI CHEÁ ÑOÄ TÖÏ ÑOÂNG SA U 15S ÑOÄNG CÔ HOA ÏT ÑOÄNG TR EÂN ÑA ËC TÍNH CÔ TÖÏ NHIEÂN) Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 58 KẾT LUẬN 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. Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 59 MUC LỤC 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 Ñoà aùn Truyeàn Ñoäng Ñieän GVHD :Lê Ngọc Hội SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 60 Một số ảnh có sử dụng cầu trục trong thực tế: