TRUYỀN-ĐIỆN-ĐỘNG

Chức năng và nhiệm vụ: Hệ truyền động điện là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất c

LÝ THUYẾT TRUYỀN ĐIỆN ĐỘNG Câu 1: Chức năng và nhiệm vụ của hệ truyền động điện? Nêu cấu trúc cơ bản của hệ? Lấy ví dụ minh họa ở một máy sản xuất?

Chức năng và nhiệm vụ: Hệ truyền động điện là tổ hợp các thiết bị

điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đối năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ

Cấu trúc chung của hệ truyền động điện: gồm 2 phần là phần điện

(bao gồm: lưới điện, bộ biến đổi, mạch điện từ của động cơ và các thiết bị điều khiển) và phần cơ (gồm: roto và trục động cơ, khâu truyền lực và cơ cấu công tác) Có thể mô tả khải quát cấu trúc chung của hệ truyền động điện bằng sơ đồ dưới đây:

Trong đó:

- BĐ là bộ biến đổi dùng để biến đổi loại dòng điện (từ xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi số pha, tần số,…

- Đ là động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm điện)

- TL là khâu truyền lực dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc dùng để biển đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến,…) hoặc làm phù hợp về tốc độ, momen Để truyền lực có thể dùng bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền,…

- CT là cơ cấu công tác (cơ cấu sản xuất, cơ cấu làm việc) thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng hạ tải trọng, )

- ĐK là khối điều khiển, là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện, cơ cấu truyền lực

Câu 2: Thế nào là phụ tải của truyền động điện? Nêu các thành phần

cơ bản của phụ tải trong hệ?

Phụ tải của truyền động điện là cơ cấu công tác của hệ truyền động điện Đặc trưng của nó là sự hình thành momen cản tác động lên trục động

cơ Mỗi cơ cấu công tác khác nhau sẽ tạo ra momen cản khác nhau (momen cản thế năng, momen cản phản kháng,…)

Câu 3: Tại sao cần quy đổi lực cản, momen cản, momen quán tính của hệ truyền động điện về trục động cơ? Trình bày phương pháp quy đổi các đại lượng đó về trục động cơ?

Mỗi cơ cấu của hệ truyền động điện đều có các đại lượng như tốc độ, momen (M), vận tốc (v), lực (F), momen quán tính (J) nên để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán chúng ta quy đổi tất cả các đại lượng đó về trục động cơ Nguyên tắc của tính toán quy đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi thay đổi

1. Quy đổi momen và lực:

- Điều kiện quy đổi: Đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ truyền động điện tự động

- Trường hợp năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất, ta có:

Trong đó:

+ Ptr là công suất trên trục động cơ

+ Pc là công suất của máy sản xuất (công suất cản)

+ là tổn thất công suất trong các khâu cơ khí

- Nếu là chuyển động quay, ta có:

Trong đó:

+ là momen cản tĩnh quy đổi về trục động cơ

+ là tốc độ góc trên trục động cơ

+ là momen cản trên trục làm việc

+ là tốc độ góc trên trục làm việc

- Nếu tính theo hiệu suất hộp số tốc độ với chuyển động quay, ta có:

Trong đó:

+ là hiệu suất của hộp tốc độ

+ I =w/wlv là tỷ số truyền của hộp tốc độ

- Nếu là chuyển động tịnh tiến, ta có lực quy đổi:

Trong đó:

+ là hiệu suất bộ truyền lực

+ là hiệu suất của tang trống

+ là tỷ số quy đổi

2. Quy đổi momen quán tính và khối lượng quán tính:

- Điểu kiện quy đổi: Đảm bảo bảo toàn động năng tích lũy trong

hệ thống.

- ĐỘNG NĂNG CỦA CÁC DẠNG CHUYỂN ĐỘNG:

+ Chuyển động quay:

+ Chuyển động tịnh tiến:

- Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này gọi là Jqđ Lúc đó ta có phương trình động năng của hệ là:

Trong đó:

là động năng của động cơ

là động năng của các cơ cấu chuyển động quay

là động năng cảu các cơ cấu chuyển động tịnh tiến

- Biểu thức quy đổi momen quán tính:

Trong đó:

là momen quán tính quy đổi về trục động cơ

là tốc độ góc trên trục động cơ

là momen quán tính của động cơ

là momen quán tính của bánh răng thứ i

là khối lượng quán tính cảu tải trọng thứ i

là tỷ số truyền tốc độ từ trục thứ i

là tỷ số truyền vận tốc của tải trọng

Câu 4: Thiết lập phương trình chuyển động của hệ truyền động điện? Phân tích các trạng thái làm việc của hệ?

1. Phương trình chuyển động của hệ truyền động điện: là quan hệ

giữa các đại lượng (w,n,M, ) với thời gian Dạng tổng quát:

- Hệ truyền động có hai đại lượng momen tác động và thường ngược chiều nhau là momen động cơ M và momen cản Mc, ta có:

- Nếu M>Mc thì hệ tăng tốc

- Nếu M<Mc thì hệ giảm tốc

- Nếu M=Mc thì hệ làm việc ổn định với tốc độ không đổi

- Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ w làm chuẩn thì:

+ Momen động cơ: M(+) khi M↑↑w và M(-) khi M↑↓w

+ Momen cản: Mc(+) khi Mc↑↓w và Mc(-) khi Mc↑↑w

2. Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện:

- Trạng thái động cơ: Coi công suất điện Pđ có giá trị tương đương nếu

như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pc=M.w cấp cho máy sản xuất và

được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy Công suất cơ này có giá trị tương đ

- ương nếu như momen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay.

- Trạng thái máy phát: Cơ cấu công tác của máy sản xuất trong một

điều kiện nào đó có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động

cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện Câu 6: Momen quán tính là gì? Đơn vị đo lường của nó? Công thức tính quy đổi momen quán tính từ tốc độ góc nào đó về tốc độ của trục động cơ?

- Momen quán tính là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức quán tính

của các vật thể trong chuyển động quay.

- Đơn vị đo: Kg.m 2

- Công thức quy đổi momen quán tính Ji của phần tử thứ I làm việc với tốc đô wi về tốc độ w:

Đối với phần tử chuyển động thằng với tốc độ Vi, công thức quy đổi từ khối lượng m về momen quán tính ở tốc độ góc w như sau:

Câu 7: Momen cản được hình thành từ đâu? Đơn vị tính của nó? Công thức quy đổi momen cản từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ?

- Momen cản được hình thành tại cơ cấu công tác và phụ thuộc đặc

điểm công nghệ của máy sản xuất.

- Đơn vị đo: N.m

- Điều kiện quy đổi: Đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của

hệ truyền động điện tự động

- Công thức quy đổi momen cản:

Câu 8: Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiều kích

từ độc lập? Cách xác định các đại lượng cơ bản để vẽ đường đặc tính này?

Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính cơ có các tham số định mức và không

có điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ:

Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm:

Điểm định mức [Mđm; ωđm] ;

Điểm không tải lý tưởng [M = 0; ω = ω0 ];

Điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0]

Đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện DC kích từ độc lập được

vẽ dựa trên 2 hoặc 3 điểm: điểm định mức, điểm không tải lý tưởng và điểm ngắn mạch.

- Điểm định mức [M=Mđm,w=wđm]

+ là tốc độ góc định mức

+ là momen định mức

- Điểm không tải lý tưởng [M=0,w=wo]

+ là tốc độ không tải lý tưởng

+

- Điểm ngắn mạch [M=Mnm,w=0]

+ là momen ngắn mạch

Câu 9: Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng:

Trong đó:

+ U là điện áp nguồn

+ R = Ru + Rkt + Rf với Ru là điện trở phần ứng động cơ, Rkt là điện trở cuộn kích từ, Rf là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng

Từ phương trình cân bằng điện áp trên ta rút ra:

- Phương trình đặc tính cơ – điện:

- Phương trình đặc tính cơ:

Dạng đặc tính Câu 10: Thiết lập phương trình đặc tính cơ, vẽ dạng đặc tính và nêu các đại lượng đặc trưng cơ bản cho đặc tính cơ cảu động cơ không đồng bộ ba pha.