Tài liệu đồ án truyền động điện

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Đồ án Truyền động điện Trang 1 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 3 CHƢƠNG 1.............................................................................................................. 4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA............................................................................................................. 4 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .................................................................... 4 CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 31 ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ, TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ Ở TỪNG CẤP BIẾT RẰNG ĐỘNG CƠ KÉO TẢI ĐỊNH MỨC: .......................................................................................................... 31 Trang 2 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải LỜI NÓI ĐẦU Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công nghệ tự động. Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất lƣợng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng: Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Truyền động điện là một hệ thống máy móc đƣợc thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng. Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc thay đổi. Hiện nay khoảng 70-80% các hệ truyền động là loại không đổi, với các hệ thống này tốc độ hoạt động của động cơ hầu nhƣ không cần điều khiển, trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại 20-25% các hệ thống điều khiển đƣợc tốc độ động cơ để phối hợp đƣợc các đặc tính động cơ với đặc tính tải yêu cầu. Với sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn và kĩ thuật vi xử lý, các hệ thống điều tốc đƣợc sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa sản xuất. Do đó nội dung của tập đồ án chủ yếu tính toán và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Tập đồ án này có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến vấn đề liên quan đến động cơ không đồng bộ ba pha. Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên tập đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và bạn bè. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Hồng Thái Trang 3 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải CHƢƠNG 1 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1: Cấu tạo:  Động cơ không đồng bộ gồm hai loại: Động cơ Rotor dây quấn và động cơ Rotor lồng sóc (Động cơ Rotor ngắn mạch)  Động cơ điện không đồng bộ đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. 2: Ƣu điểm:  Ƣu 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 thì động cơ không đồng bộ giá thành hạ, vận hành tinh cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lƣới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. 3: Nhƣợc điểm  Nhƣợc điểm của động cơ không động bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình khó khăn. Riêng với các động cơ Rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động kém hơn. Trang 4 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải II. PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý Ii R1 I'2 X'2 R0 U1p I0 X0 R'/S Hình 3.2 Sơ đồ tƣơng đƣơng Trong đó: o R0 , X 0 , I 0 lần lƣợt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator. Trang 5 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải o R1 , X1 , I1 lần lƣợt là điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã quy đổi về Stator. o U 1đm : Điện áp định mức đặt vào ba pha. o U1P : Điện áp pha đặt vào Stator.  S 0 0 0 n0 n : là độ trƣợt (Hệ số của động cơ) n0 : tốc độ góc của từ trƣờng quay (rad/s) : tốc độ góc của từ trƣờng (rad/s)  n0 60 f : tốc độ của từ trƣờng quay (vòng/phút) p f : tần số của điện áp nguồn đặt vào Stator (Hz) p : là số đôi cực từ của động cơ. n tốc độ quay của Rotor (vòng/phút)  I '2 K qđ I 2 : Dòng điện quy đổi.  K qđ 1 :Hệ số quy đổi dòng điện. K qđ  K qđ U1đm E2 đm N1.K dq1 N 2 .K dq2 : Hệ số quy đổi sức từ động. N1 , N 2 :Số vòng mỗi pha dây quấn Stator, Rotor.  E2 đm : Sức từ động định mức xuất hiện trên hai vòng trƣợt Rotor khi: - Rotor hở mạch - Đặt điện áp vào Stator là U đm Trang 6 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Phƣơng trình đặc tính tốc độ: U 1P I '2 2 R' S R1 X N2 Trong đó: XN X1 X '2 : điện kháng ngắn mạch : điện trở qui đổi R' R'2 R' P Khi mở máy tốc độ n 0 nên hệ số trƣợt S 1 U 1P I '2 m m R1 R' 2 X N2 U 1P Zmm dòng điện khi mở máy : I '2 m m Với : Zmm X N2 R1 R' Thông thƣờng : I '2 m m (4 7) I nm I. PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Để tìm phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất động cơ. Công suất điện từ chuyển từ Startor sang Rotor Pđt M đt . 1 Trong đó : M đt : monment điện từ động cơ Pđt = Pcơ + ΔPphụ + ΔPcu2 Trang 7 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải Nếu tổn hao phụ không đáng kể ΔPphụ = 0 thì Mđt= Mcơ= M Pđt = Pcơ + ΔPcu2 Mđm.ω0 = Mcơ.ω + 3P’.I’22 M 3P'.I '22 0 0 Mà : S 3R' I '2 0S M 0 Thay I '2 vào ta đƣợc: 3R'.U 12P M n0 S 9.55 R1 R' S (2) 2 2 X nm (2) là phƣơng trình đặc tính cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. - Đƣờng biểu diễn của phƣơng trình đặc tính cơ có dạng đƣờng cong nên tọa độ điểm cực trị đƣợc xác định bằng cách giải phƣơng trình - Độ trƣợt tới hạn: S max R' 2 1 R (3) X N2 Thay phƣơng trình (3) vào phƣơng trình (2) ta có: M 3R'.U 12P 2n0 9.55 2 1 R X (4) 2 N R1 Trong đó: (+) : ứng với trạng thái động cơ (-) : ứng với trạng thái máy phát - Hệ số quá tải về moment: dM ds M Trang 8 M max M nm 0 ta đƣợc: Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải  Cách vẽ đặt tính cơ khi không biết R1,X1,R2,X2 chỉ biết các tham số định mức của động cơ trên nhãn máy và cần thục hiện các bƣớc sau: n (vòng/phút) n0 b Smax 0 Mmm 1 MC Mmax S Hình 3.3 Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ ba pha Bƣớc 1: Xác định tọa độ ba điểm đặc biệt.  Điểm đồng bộ của từ trƣờng: A( M Với n0= 0, n 60 f p  Điểm tới hạn : B (Mmax ,Smax) M M max M đm n0 60 f p Mặt khác : M S đm M max M đm 1 S đm 2 S max S max S đm n0 nđm n0 Trang 9 n0 ) M (N.m) Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN S đm S max S max S đm 2 S max 2 M 2 GVHD: Trần Văn Hải M 2 S đm S max S đm 0 Giải phƣơng trình ta đƣợc: S max1, 2 S đm (  Điểm mở máy : C (M 2 M M 1) M m m, n 0) Bƣớc 2: Thay S 1 vào phƣơng trình (2) ta đƣợc: M mm 3R'.U 12P n0 R1 9,55 R' 2 X N2 Bƣớc 3: lấy nhiều giá trị của S trong khoảng 0 M mm 1 thay vào biểu thức : 2M max S max 1 S max 1 Ta sẽ đƣợc moment tƣơng ứng: S M 0 S1 S2 ………. 1 M0 M1 M2 ………. Mmm Bƣớc 3: Từ tọa độ ( S, M ) với 3 điểm đặc biệt nối lại ta sẽ đƣợc đƣờng đặc tính cơ của động cơ.  Các dạng đặc tính cơ: Lập tỉ số và lấy dấu (+) ta đƣợc: Trang 10 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2M th (1 aS th ) S S th 2aS th S th S M Trong đó: a GVHD: Trần Văn Hải (5) R1 R'2 aS max R1 R12 2 X nm Đối với động cơ có công suất lớn: R1 <Rp1 n n0 Smax 0 TN Smax1 Rp1 Smax2 Rp2 0 Mmax M S Hình 3.7: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn rotor. 4. Ảnh hƣởng của số đôi cực từ P. Ta có : n n0 (1 S ) 60 f (1 S ) p - Khi tăng (giảm) số đôi cực từ p thì tốc độ n0 giảm (tăng) nên tốc độ quay của Rotor giảm (tăng) . Còn S max không phụ thuộc vào P nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên.Nhƣng khi thay đổi số đôi cực từ sẽ thay đổi cách đấu dây ở Stator động cơ nên một số thông số nhƣ R1 , X 1 có thể thay đổi. Do đó tùy vào trƣờng hợp sẽ ảnh hƣởng khác nhau dến moment tới hạn M max 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 độ. Đổi tốc độ đảm bảo moment không đổi.( /YY) Trang 16 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải n n02 P=2 n01 P=1 0 S Hình 3.8 Đổi tốc đảm bảo công suất không đổi. (YY/ ) n n01 p=1 n02 p=2 0 M Hình 3.9 Đổi tốc đảm bảo moment và công suất không đổi. (YY/Y) Trang 17 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải n n01 p=1 n02 p=2 0 M Hình 3.10 5. Ảnh hƣởng của tần số: - Từ biểu thức n0 60 f ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm tốc độ động cơ thay p đổi. - Từ biểu thức (7) S max R' X nm R' 2 f1 Lnm Trong đó: f1 là tần số điện áp đặt vào Stator. Khi thay giảm f1 thì S max và M max tăng nhƣng M max tăng mạnh hơn. Do đó độ cứng đặc tính cơ tăng khi f1 giảm. - Khi f1 giảm xuống dƣới f đm thì tổng trở các cuộn dây giảm nên giữ nguyên điện áp cấp U đm thì dòng điện động cơ sẽ tăng đốt nóng động cơ quá mức. - Từ biểu thức (8) M max 3U 12P P 2 60 2 f1 Lnm 9,55 đổi sẽ làm thay đổi M max . Trang 18 3 pU 12P 2 60 2 9,55 khi tần số thay Lnm f1 Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: Trần Văn Hải - Khi tăng tốc độ thì khả năng quá tải của động cơ sẽ giảm đi. Muốn giữ khả năng quá tải không thay đổi thì phải kết hợp điều chỉnh tần số và điện áp sao cho tỷ số: U 1P f const . Nhƣ vậy M max sẽ giữ không đổi ở vùng f1 f (hình 3.15). ở vùng f1>fđm thì không thể tăng điện áp nguôn cấp mà giữ U1 U đm nên ở vùng này M max sẽ giảm tỉ lệ nghịch với bình phƣơng tần số. S max 1 f1 M max 1 f12 n(vòng/phút) n0 f>f 1dm f=f 1dm f - Xem thêm -