Tài liệu Những khái niệm cơ bản

Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp MỤC LỤC Nội dung Mục lục Đề cƣơng chi tiết học phần Trang 1-4 5-10 A. Phần lý thuyết 11 Chƣơng I 11 Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện 1.1.Cấu trúc và phân loại: 11-13 1.2. Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện 1.3.Đặc tính cơ của 13-15 máy sản xuất 1.4.Các trạng thái làm việc của động cơ điện sử dụng trong hệ thống TĐĐ 16-19 1.5.Tính toán quy đổi các khâu cơ khí của hệ thống truyền động điện 19-21 1.5.1.Quy đổi mômen cản Mc, lực cản Fc về trục động cơ 20-21 1.5.2.Tính toán mômen quán tính về trục động cơ 21-22 1.6.Phương trình chuyển động của truyền động điện 21-23 1.7.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện 23-25 1.8.Phương trình chuyển động của khớp nối mềm 25 Chƣơng II 26 Các đặc tính và các trạng thái làm việc của động cơ điện 2.1.Khái niệm chung 27-28 2.2.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 28 2.2.1.Sơ đồ và đặc điểm 28 2.2.2.Phương trình đặc tính cơ 28-36 a.Phương trình cân bằng điện áp b.Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ. 2.2.3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính. 36-41 2.2.4. Cách dựng đặc tính. 2.2.5.Khởi động và tính điện trở khởi động: a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đồ khởi động b.Các phương pháp tính toán điện trở khởi động - Phương pháp đồ thị - Phương pháp giải tích 2.2.6.Đặc tính cơ trong các trạ00ng thái hãm a. Hãm tái sinh Bài giảng Truyền động điện 1a 1 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp b. Hãm ngược c. Hãm động năng 2.3.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 2.3.1.Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ 2.3.2.Cách dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên, nhân tạo 2.3.3.Khởi động và tính điện trở khởi động 2.3.4.Các trạng thái hãm a. Hãm ngược b. Hãm động năng 2.4.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 2.4.1.Các đặc tính: a. Đặc tính dòng điện rôto của động cơ b. Đặc tính cơ của động cơ 2.4.2.Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ a.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp tới đặc tính cơ b.Ảnh hưởng của điển trở điện kháng phụ mạch stato c. Ảnh hưởng của số đôi cực d. Ảnh hưởng của tần số lưới điện cung cấp cho động cơ e. Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đối với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. 2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở a.Đặc tính cơ tự nhiên b.Đặc tính cơ biến trở đối với động cơ rôto dây quấn. 2.4.4.Khởi động và xác định điện trở khởi động 2.4.5.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm a. Hãm tái sinh b. Hãm ngược c. Hãm động năng 2.5.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ 2.5.1.Các đặc tính - Đặc tính cơ - Đặc tính góc 2.5.2.Khởi động và hãm động cơ đồng bộ a. Các phương pháp khởi động Bài giảng Truyền động điện 1a 2 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp b. Quá trình khởi động c. Các trạng thái hãm - Hãm động năng - Hãm tái sinh Chƣơng III Điều chỉnh tốc độ truyền động điện 3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ 3.2.Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện a. sai số tốc độ b. Độ trơn c. Dải điều chỉnh d. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải e. Chỉ tiêu kinh tế f. Tổn thất năng lượng g. Các chỉ tiêu khác Chƣơng IV Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 4.1.Khái niệm chung 4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 4.3. Nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch phần ứng 4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông 4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một chiều 4.5.1.Sơ đồ và các đặc tính cơ bản 4.5.2.Các chế dộ làm việc của hệ thống MF-Đ 4.5.3.Đặc điểm của hệ F-Đ 4.6.Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor - động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hệ T-Đ) 4.6.1.Hệ thống truyền động điện T-Đ đặc trưng 4.6.3.Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện Tiristor động cơ điện 1 chiều 1.Chế độ dòng liên tục 2.Chế độ biên liên tục 3.Chế độ dòng gián đoạn 4.Quá trình làm việc Bài giảng Truyền động điện 1a 3 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 4.6.4.Hệ thống truyền động điện T-Đ một chiều đảo chiều quay 4.6.4.1. Khái niệm chung 4.6.4.2. Hệ thống truyền động điện T – Đ đảo chiều điều khiển chung 4.6.4.3. Hệ thống truyền động điện T– Đ đảo chiều điều khiển riêng 4.6.4.4. Ưu điểm, nhược điểm của hệ T - Đ 4.6.5.Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp động cơ điện một chiều 4.6.5.1. Hệ xung áp mạch đơn 4.6.5.2. Đặc tính cơ 4.6.5.3. Điều chỉnh xung áp đảo chiều Chƣơng V Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 5.1.Khái niệm chung 5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ 5.3.Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto 5.4.Điều chỉnh công suất trượt 5.5.Điều chỉnh số đôi cực 5.6.Điều chỉnh tần số Chƣơng VI Chọn công suất động cơ 6.1.Khái niệm chung 6.2.Phương trình phát nóng và nguội lạnh của động cơ 6.3.Các chế độ làm việc của động cơ trong hệ thống truyền động điện 6.4.Chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện không điều chỉnh tốc độ 6.5. chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ 6.6 .Kiểm nghiệm công suất động cơ B. Phần thảo luận Bài giảng Truyền động điện 1a 4 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1a Mã số học phần: Số tín chỉ:3 Tính chất: Bắt buộc Học phần thay thế, tương đương: Không Ngành (chuyên ngành) đào tạo: TĐH, TBĐ. 1. Phân bổ thời gian giảng dạy trong học kì : 3(3.1.6)/13 (13 tuần thực học) Số tiết thực lên lớp : 4 tiết/tuần x 13 tuần= 52 tiết - Lý thuyết : 3 tiết/tuần x 13 tuần= 39 tiết= 39 tiết chuẩn - Bài tập, thảo luận : 1 tiết/tuần x 13 tuần= 13 tiết = 6,5 tiết chuẩn Tổng số : 39 tiết chuẩn + 6,5 tiết chuẩn = 45,5 tiết chuẩn Số tiết sinh viên tự học : 6 tiết/tuần 2. Đánh giá Điểm thứ nhất : 20% Kiểm tra viết giữa học kỳ Điểm thứ hai : 10% Thí nghiệm Điểm thứ ba : 10% Thảo luận Điểm thứ ba : 60% Thi kết thúc học phần 3. Điều kiện học Học phần tiên quyết: Lý thuyết điều khiển 1a; Máy điện; Lý thuyết mạch 1 Học phần học trước: Đại số , Giải tích, Vật lý, Toán chuyên ngành; Điện tử, Máy điện Học phần song hành: TĐĐ1, Lý thuyết điều khiển 2, Lý thuyết mạch 2 4. Mục tiêu của học phần Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về đặc tính cơ, các trạng thái hãm, quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, xoay chiều sử dụng trong các hệ thống truyền động điện cơ bản, hệ thống truyền động điện hiện đại. 5. Mô tả tóm tắt học phần - Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện - Đặc tính cơ, các trạng thái hãm, quá trình khởi động của động cơ điện một chiều, xoay chiều - Những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật khi điều chỉnh tốc độ truyền động điện - Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, xoay chiều. - Chọn công suất động cơ cho truyền động điện - Quá trình quá độ trong truyền động điện. Bài giảng Truyền động điện 1a 5 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 6. Tài liệu học tập 1. Giáo trình Truyền động điện 2.Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Cơ sở truyền động điện, Hà Nội 1983 3.Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Hà Nội 2000. 4.Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện Tử công suất Hà Nội 2004 5.Nguyễn Bính, Điện Tử Công suất, Hà Nội 2004 6.Võ Quang Lạp – Trần Xuân Minh, Kỹ Thuật biến đổi, Đại học kỹ thuật Công Nghiệp 1999 7.Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất bản Giáo Dục 1998. 7. Tài liệu tham khảo 8. Cán bộ tham gia giảng dạy Là giáo viên chính thức hoặc hợp đồng của bộ môn. 8.1 Giảng lý thuyết : Nhà giáo đã tốt nghiệp từ thạc sĩ trở lên có kinh nghiệm trong giảng dạy được bộ môn phân công 8.2 Hƣớng dẫn thảo luận, bài tập lớn, chữa bài tập: Nhà giáo đã tốt nghiệp đại họcđược bộ môn phân công. 9. Nội dung chi tiết (4 tiết/ tuần ) Người biên soạn: Th.S. Đào Thanh Th.S. Lâm Hùng Sơn Th.S. Nguyễn Vĩnh Thuỵ Th.S. Trương Thị Quỳnh Như Th.S. Hoàng Thị Thu Giang Th.S. Ngô Minh Đức KS. Nguyễn Thị Tuyết Chinh Tuần Nội dung giảng dạy học Hình TL học tập, thức học tham khảo Chƣơng I Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện 1 1.1.Cấu trúc và phân loại: 1,2,3 Giảng 1.2. Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện 1.3.Đặc tính cơ của máy sản xuất Bài giảng Truyền động điện 1a 6 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 1.4.Các trạng thái làm việc của động cơ điện sử dụng trong hệ thống TĐĐ 1.5.Tính toán quy đổi các khâu cơ khí của hệ thống truyền động điện 1.5.1.Quy đổi mômen cản Mc, lực cản Fc về trục động cơ 1.5.2.Tính toán mômen quán tính về trục động cơ 1.6.Phương trình chuyển động của truyền động điện 1.7.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện 1.8.Phương trình chuyển động của khớp nối mềm Chƣơng II 1,2,3 Các đặc tính và các trạng thái làm việc của động cơ điện 2.1.Khái niệm chung 2.2.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2.2.1.Sơ đồ và đặc điểm 2.2.2.Phương trình đặc tính cơ a.Phương trình cân bằng điện áp b.Phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ. 2.2.3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính. 2 2.2.4. Cách dựng đặc tính. Giảng 2.2.5.Khởi động và tính điện trở khởi động: a.Yêu cầu, đặc điểm, sơ đồ khởi động b.Các phương pháp tính toán điện trở khởi động - Phương pháp đồ thị - Phương pháp giải tích 2.2.6.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm a. Hãm tái sinh b. Hãm ngược c. Hãm động năng 2.3.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 1,2,3 2.3.1.Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ điện, đặc tính cơ 3 2.3.2.Cách dựng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ tự nhiên, nhân Giảng tạo 2.3.3.Khởi động và tính điện trở khởi động 2.3.4.Các trạng thái hãm Bài giảng Truyền động điện 1a 7 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp a. Hãm ngược b. Hãm động năng 2.4.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 2.4.1.Các đặc tính: a. Đặc tính dòng điện rôto của động cơ b. Đặc tính cơ của động cơ 4 Thảo luận+ Bài tập chương 1,2 T.luận 2.4.2.Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ 1,2,3 a.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp tới đặc tính cơ b.Ảnh hưởng của điển trở điện kháng phụ mạch stato c. Ảnh hưởng của số đôi cực d. Ảnh hưởng của tần số lưới điện cung cấp cho động cơ e. Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đối với động cơ 5 không đồng bộ rôto dây quấn. 2.4.3.Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở Giảng a.Đặc tính cơ tự nhiên b.Đặc tính cơ biến trở đối với động cơ rôto dây quấn. 2.4.4.Khởi động và xác định điện trở khởi động 2.4.5.Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm a. Hãm tái sinh b. Hãm ngược c. Hãm động năng 2.5.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ 1,2,3 2.5.1.Các đặc tính - Đặc tính cơ - Đặc tính góc 2.5.2.Khởi động và hãm động cơ đồng bộ 6 a. Các phương pháp khởi động b. Quá trình khởi động Giảng c. Các trạng thái hãm - Hãm động năng - Hãm tái sinh Chƣơng III Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Bài giảng Truyền động điện 1a 8 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 3.1.Khái niệm chung về điều chỉnh tốc độ 3.2.Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống truyền động điện a. sai số tốc độ b. Độ trơn c. Dải điều chỉnh d. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải e. Chỉ tiêu kinh tế f. Tổn thất năng lượng g. Các chỉ tiêu khác Chƣơng IV 1,2,3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 4.1.Khái niệm chung 4.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 4.3. Nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch phần ứng 4.4.Nguyên lý điều chỉnh từ thông 7 Giảng 4.5.Hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ điện một chiều 4.5.1.Sơ đồ và các đặc tính cơ bản 4.5.2.Các chế dộ làm việc của hệ thống MF-Đ 4.5.3.Đặc điểm của hệ F-Đ 8 Kiểm tra 9 Thảo luận + Bài tập chương 2,3,4 T. luận 4.6.Hệ thống chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor - động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hệ T-Đ) 1,2,3,4,5,6 4.6.1.Hệ thống truyền động điện T-Đ đặc trưng 4.6.2.Các chế độ làm việc và các quá trình xẩy ra trong hệ TĐ 10 4.6.3.Đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện Tiristor động cơ điện 1 chiều Giảng 1.Chế độ dòng liên tục 2.Chế độ biên liên tục 3.Chế độ dòng gián đoạn 4.Quá trình làm việc 11 4.6.4.Hệ thống truyền động điện T-Đ một chiều đảo chiều quay Bài giảng Truyền động điện 1a Giảng 1,2,3,4,5,6 9 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 4.6.4.1. Khái niệm chung 4.6.4.2. Hệ thống truyền động điện T - Đ đảo chiều điều khiển chung 4.6.4.3. Hệ thống truyền động điện T-Đ đảo chiều điều khiển riêng 4.6.4.4. Ưu điểm, nhược điểm của hệ T-Đ 4.6.5.Các hệ thống truyền động điện điều chỉnh xung áp động cơ điện một chiều 1,2,3,4,5,6 4.6.5.1. Hệ xung áp mạch đơn 4.6.5.2. Đặc tính cơ 4.6.5.3. Điều chỉnh xung áp đảo chiều Chƣơng V 12 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Giảng 5.1.Khái niệm chung 5.2.Điều chỉnh điện áp động cơ 5.3.Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto 5.4.Điều chỉnh công suất trượt 5.5.Điều chỉnh số đôi cực 5.6.Điều chỉnh tần số Chƣơng VI 1,2,3 Chọn công suất động cơ 6.1.Khái niệm chung 6.2.Phương trình phát nóng và nguội lạnh của động cơ 6.3.Các chế độ làm việc của động cơ trong hệ thống truyền 13 động điện Giảng 6.4.Chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện không điều chỉnh tốc độ 6.5. chọn công suất động cơ cho hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ 6.6 .Kiểm nghiệm công suất động cơ 14 Thảo luận+ Bài tập chương 4,5,6 Bài giảng Truyền động điện 1a T.luận 10 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp A. PHẦN LÝ THUYẾT CHƢƠNG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN * Mục tiêu: Cung cấp cho sinh viên những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện trong đó có cấu trúc hệ truyền động điện, đặc tính cơ của động cơ, đặc tính cơ của máy sản xuất, các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện... * Tóm tắt nội dung: Nêu các định nghĩa, các khái niệm về các loại đặc tính, việc tính toán quy đổi các đại lượng trong truyền động điện; phương trình chuyển động, cũng như điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện Bài giảng Truyền động điện 1a 11 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 1.1.CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI 1.1.1.Cấu trúc * Khái niệm về hệ thống truyền động điện: Hệ thống truyền động điện là tập hợp các thiết bị như: Thiết bị điện, thiết bị từ, thiết bị điện tử phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó. * Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện Lƣới BBĐ Đ TBL M ĐK Lệnh đặt Hình 1.1. Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện Tuy nhiên trong thực tế không phải hệ thống truyền động điện nào cũng có đầy đủ cấu trúc như hình 1.1 - Trong hệ thống truyền động điện gồm có 2 phần điện và phần cơ khí. a. Phần điện: + BBĐ: Là bộ biến đổi biến điện năng từ lưới công nghiệp có tần số và điện áp cố định thành dạng (điện) cần thiết với những thông số yêu cầu để cấp cho động cơ. Thường là bộ biến đổi máy điện (Máy phát 1 chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (Khuếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu thyristor, biến tần tranzitor). + Đ: Là động cơ điện là phần tử trung tâm không thể thiếu của truyền động điện nó có thể là: Động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, động cơ điện một chiều kích từ song song, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Động cơ điện xoay chiều: Động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ. Ngoài ra còn có thể sử dụng một số loại động cơ đặc biệt khác. + ĐK: Là bộ điều khiển. Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển đóng, cắt phục vụ công nghệ Bài giảng Truyền động điện 1a 12 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp và cho người vận hành. Một số hệ điều khiển tự động có mảnh ghép nối với các thiết bị tự động khác trong dây truyền sản xuất. b. Phần cơ khí + TBL: Khâu truyền và biến lực có nhiệm vụ là truyền năng lượng được cấp cho bộ phận làm việc của máy. + M: Máy sản xuất. * Nguyên lý chung: Điện năng của lưới điện công nghiệp có tần số và áp cố định được bộ biến đổi biến thành dạng điện cần thiết với các thông số yêu cầu để cấp cho động cơ, động cơ biến điện năng thành cơ năng rồi qua khâu truyền lực TBL năng lượng được cấp cho bộ phận làm việc của máy sản xuất, để điều khiển máy theo yêu cầu công nghệ người ta sử dụng bộ điều khiển. 1.1.2.Phân loại Truyền động điện có rất nhiều loại, ta có thể phân loại chúng bằng nhiều cách khác nhau: a. Phân loại theo loại động cơ sử dụng trong hệ - Truyền động một chiều: sử dụng động cơ một chiều - Truyền động xoay chiều: có 2 loại + Truyền động đồng bộ: sử dụng động cơ đồng bộ + Truyền động không đồng bộ: sử dụng động cơ không đồng bộ - Truyền động bước: sử dụng động cơ bước - Truyền động đặc biệt: sử dụng các loại động cơ đặc biệt khác. b. Phân loại dựa vào múc độ tự động hoá: - Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ làm việc ở một cấp tốc độ đặt - Truyền động điều chỉnh: Động cơ làm việc ở nhiều cấp tốc độ khác nhau - Truyền động bán tự động ứng dụng nguyên tắc điều khiển vòng hở - Truyền động tự động: ứng dụng các phương pháp điều khiển vòng kín c. Phân loại theo chiều quay của động cơ - Hệ truyền động đảo chiều: Khi động cơ làm việc ở cả hai chiều quay - Hệ truyền động không đảo chiều: Khi động cơ chỉ quay được một chiều 1.2. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.2.1. Khái niệm - Đặc tính cơ của động cơ điện: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ và mô men trên trục động cơ Bài giảng Truyền động điện 1a 13 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp  = f(M) Hay M = () n = f(M) M =  (n) - Đặc tính cơ điện của động cơ: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ với dòng điện trong mạch động lực ( dòng điện này tỷ lệ với phụ tải, khi tải thay đổi thì dòng cũng thay đổi). Nó cho phép ta biết được các giá trị dòng điện trong quá trình làm việc của hệ thống từ đó tính toán được các thiết bị đo lường, bảo vệ. 1.2.2. Phân loại - Đặc tính cơ tĩnh: Là biểu thị mối quan hệ  = f(M) ở những điểm làm việc xác lập ( d  0 ) của hệ thống truyền động điện. dt Mục đích: + Dùng đánh giá chất lượng tĩnh hệ thống + Xác định điều kiện đầu (bờ) của quá trình quá độ. - Đặc tính cơ động:  = f(M) ở những trạng thái không xác lập của hệ thống truyền động điện. Mục đích: Đánh giá chất lượng động của hệ thống. - Đặc tính cơ tự nhiên:  = f(M) với điều kiện: + Điện áp lưới, tần số định mức. + Sơ đồ đấu dây bình thường. + Không thêm vào hoặc bớt đi điện trở và điện kháng. + Điểm làm việc định mức Mđm, đm - Đặc tính cơ nhân tạo:  = f(M) vẽ được khi thay đổi các thông số của nguồn, các thông số của động cơ, thay đổi cách đấu dây hoặc dùng thêm các phần tử phụ. 1.2.3. Độ cứng đặc tính cơ Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ . Nó cho ta biết mức độ thay đổi của tốc độ khi mômen thay đổi. a. Định nghĩa Độ cứng đặc tính cơ biểu thị mức độ thay đổi tốc độ trong phạm vi phụ tải thay đổi cho phép. dM độ cứng đặc tính cơ của động cơ. d dMc c  độ cứng đặc tính cơ của máy sản xuất. d c  Bài giảng Truyền động điện 1a 14 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Vậy khi phụ tải thay đổi trong phạm vi cho  phép nếu tốc độ  thay đổi ít thì người ta nói rằng đặc tính cơ đó có độ cứng lớn. Ngược lại thì  người ta gọi đặc tính cơ đó mềm. Hệ thống truyền động điện trong phạm vi A làm việc mong muốn đường đặc tính cơ  lớn (cứng). 0 M Hình 1.2.Xác định độ cứng của đặc tính cơ bằng đồ thị b. Cách xác định Để xác định độ cứng đặc tính cơ có 2 cách: Cách 1: Bằng đồ thị Cách 2: Giải tích khi có phương trình đặc tính cơ. Ta đi vào phương pháp cụ thể là xác định độ cứng đặc tính cơ bằng đồ thị: Tại điểm A bất kỳ kẻ tiếp tuyến với điểm đó, tiếp tuyến kéo dài cắt trục tung(trục tốc độ) tạo thành góc  với quy ước chiều dương ngược chiều kim đồng hồ. Vậy  = tg c.Ví dụ cụ thể  + Đường đặc tính cơ của động cơ đồng bộ là đường thẳng nằm ngang (1 ): a (1) o (2)  = tg =  đặc tính cơ là cứng tuyệt đối (2) là đường đặc tính cơ của động cơ (3) điện một chiều kích từ độc lập ta thấy   không đổi và 2 >  tg2 < 0 2 (3) là đường đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. đặc tính  cơ dạng đường cong  3 >  tg3 < 2 b (4) 0 M Hình 1.3.Đặc tính cơ của một số động cơ 0   = var Đối với động cơ không đồng bộ đặc tính cơ có dạng như hình (4) ta thấy  biến đổi cả về dấu và trị số. Theo dấu của  người ta chia ra thành hai đoạn cơ bản: đoạn ab có  âm gọi là đoạn làm việc, và đoạn bc có  dương gọi là đoạn không làm việc. Bài giảng Truyền động điện 1a 15 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 1.3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT 1.3.1. Công thức tổng quát của đặc tính cơ của máy sản xuất. Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng nhưng phần lớn chúng đều có thể biểu diễn bằng biểu thức tổng quát sau: MC = MC0 + (MCđm - MC0)( c x )  cdm Trong đó: MC: Momen cản trên trục của máy sản xuất ứng với tốc độ C. MC0: Mômen cản của máy sản xuất khi không quay (C = 0) MCđm: Mômen cản định mức là mômen trên trục của máy sản xuất ứng với tốc độ góc định mức x: Những số tự nhiên đặc trưng cho từng dạng đặc tính cơ của máy sản xuất x = { 0, 1, -1, +2} (1) ứng với: x = 0; Mc = const  Mc = Mcđm  c = 0. + Các cơ cấu nâng hạ hàng (tời,cần trục, cần trục)  (1) + Truyền động ăn dao của máy cắt (2) (3) gọt kim loại. (2) Ứng với: x = 1 Mô men tỷ lệ bậc nhất với tốc độ c = const > 0. Trog đm thực tế rất ít gặp (4) +Là mô men cản trên trục của máy phát điện một chiều kích từ độc lập khi làm việc với phụ tải thuần trở. +Mômen cản do ma sát trượt sinh MC0 Mđm 0 M Hình 1.4.Đặc tính cơ của một số loại máy sản xuất ra. (3) Ứng với: x = 2, MC tỷ lệ bậc hai với tốc độ, C biến đổi và dương, mômen phụ tải của quạt gió của máy bơm ly tâm. (4) ứng với x = -1, MC tỷ lệ nghịch với tốc độ, C biến đổi và âm +Mômen của truyền động chính của máy tiện, phay, khoan +Mômen cản do ma sát nhớt sinh ra 1.4. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trong hệ thống truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình biến đổi năng lượng này quyết định trạng thái Bài giảng Truyền động điện 1a 16 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp làm việc của truyền động điện. Ta định nghĩa dòng công suất điện có giá trị dương nếu như có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ=M. cấp cho máy sản xuất. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mô men động cơ sinh ra có chiều cùng chiều với tốc độ quay. Ngược lại công suất có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mô men sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Mômen của máy sản suất được gọi là mômen phụ tải hay môme cản. Nó được định nghĩa dấu (-) và dấu (+) ngược lại với dấu mômen của động cơ. Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động là PĐ= PC + P Trong đó: PĐ: Công suất điện PC: Công suất cơ P: Tổn thất công suất Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thá động cơ và trạng thá hãm. - Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải - Trạng thái hãm bao gồm trạng thái hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược, và hãm động năng + Hãm tái sinh: PĐ < 0; PC <0 Cơ năng biến thành điện năng trả về lưới + Hãm ngược: PĐ = 0; PC < 0; Năng lượng biến thành công suất tổn thất P Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ P P§ 0 =0 = PĐ 0 0 = PĐ-PC Trạng thái làm việc Động cơ không tải P P§ PC Có tải P Bài giảng Truyền động điện 1a 17 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp PC =0 <0 = PC PC <0 <0 = PC -PĐ Hãm tái sinh PC 0 <0 = PC+ PĐ Hãm ngược =0 <0 =Pcơ Hãm không tải P P§ P P§ P PC P Hãm động năng 1.4.1. Khái niệm về trạng thái làm việc xác lập. - Từ phương trình: MĐ - MC = J dω dt Thì hệ thống sẽ làm việc xác lập khi MĐ - MC = 0  d  0   = xl = dt const. Quá trình này có thể bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân Ulưới, các thông số của hệ thống truyền động điện biến thiên, khi gia công kim loại gặp một chất liệu cứng hơn. - Theo quy ước về dấu của các mômen trong phương trình chuyển động thì ở mômen động cơ cùng chiều với tốc độ còn mômen cản ngược chiều với tốc độ vì vậy ta có thể biểu diễn trên cùng một hệ trục tọa độ. - Nếu M = f() ; MC = f(C)  thì 2 phương trình sẽ cắt nhau tại 1 điểm xác lập. Mc = f() ; M = f() tựa xác lập. 1.4.2. Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát. a. Trạng thái động cơ: Trạng thái mômen của động cơ cùng chiều với tốc độ nghĩa là M. > 0. Ở trạng thái này điện năng từ lưới qua động cơ sẽ biến thành cơ năng đưa ra trục động cơ. Vậy M > 0 ;  > 0  M. > 0 Bài giảng Truyền động điện 1a 18 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp M < 0 ;  < 0  M. > 0 Nếu biểu diễn trên hệ tọa độ [M, ] thì chế độ động cơ được biểu diễn ở góc phần tư thứ nhất và thứ 4.  (2) Trạng thái máy phát (1) Trạng thái động cơ M.  < 0 M<0;>0 M.  > 0 M>0;>0 0 M (3) Trạng thái động cơ (4) Trạng thái máy phát M.  > 0 M<0;<0 M.  < 0 M>0;<0 b. Trạng thái máy phát Trạng thái máy phát của động cơ là trạng thái mà mômen quay của động cơ ngược chiều với tốc độ nghĩa là M.  < 0. Ở trạng thái này động cơ sẽ làm việc như một máy phát, mômen hãm sinh ra do quá trình biến đổi năng lượng từ cơ ra điện và đóng vai trò là mômen hãm M hãm. Biểu diễn trên đồ thị ở góc phần tư thứ II và thứ V. 1.5. TÍNH TOÁN QUY ĐỔI CÁC KHÂU CƠ KHÍ CỦA HỆ THÔNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN * Cấu trúccủa hệ thống truyền động điện Jđ , đ, Mđ t,  Jqt , Mqt (1) (2) Mt , t , Jt (3) (4) v, F G Trong đó: 1. Động cơ điện 2. Khớp nối. Bài giảng Truyền động điện 1a 19 Bộ môn Tự động hóa – Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp 3. Hộp biến tốc: vào = đ; ra = t 4. Tang trống. 5. Tải. Vậy: - Phần cơ khí của hệ thống là từ trục động cơ và các bộ phận của máy sản xuất (2,3,4,5) - Quá trình truyền năng lượng cơ từ trục động cơ đến bộ phận cuối cùng của máy sản xuất sinh ra tổn hao năng lượng:  - Các bộ phận cơ khí của hệ thống truyền động điện ta coi là phần tử cứng tuyệt đối (ta chỉ nghiên cứu trường hợp này). Do vậy quá trình truyền lực từ bộ phận cơ khí này sang bộ phận cơ khí khác không bị biến dạng. - Thay thế toàn bộ các khâu cơ khí bằng mẫu cơ học đơn khối như: + MCqđ: Mômen cản qui đổi về trục động cơ. + Jqđ: Mômen quán tính qui đổi về trục động cơ. + Mđ, đ: Mômen quán tính và tốc độ quay của Mđ đ MCqđ động cơ. * Mục đích của việc tính quy đổi: Trong sơ đồ động học trên ta thấy: động cơ, các bánh răng, tang quay có chuyển động quay với các tốc độ khác nhau, có mômen quán tính J khác nhau, có mômen quay khác nhau. Các mômen và các lực tác dụng vào hệ thống cơ những điểm đặt khác nhau. Vì vậy muốn tính chọn được công suất của động cơ: viết phương trình cân bằng lực hay cân bằng mômen của toàn hệ: khảo sát sự chuyển động, các trạng thái làm việc của hệ trên các phần cơ khí của động cơ thì ta phải tính quy đổi tất cả các đại lượng cơ học như mômen, lực, mômen quán tính J, khối quán tính m của các phần tử cơ khí khác về trục động cơ. 1.5.1. Qui đổi mômen cản MC, lực cản FC về trục động cơ Nguyên tắc của tính toán qui đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi qui đổi không thay đổi hay công suất không đổi. a. Quy đổi mô men cản MC về trục động cơ Giả thiết tang quay có mômen là Mt, tốc độ góc t, hộp tốc độ có hiệu suất , tỉ số truyền i, động cơ có tốc độ góc đ Pt =t.Mt; PC = MC.đ. Theo định luật bảo toàn năng lượng: Bài giảng Truyền động điện 1a 20