Bài tập lớn cơ cấu chấp hành và điều khiển Haui nhóm 4

1. Phần thuỷ khí thuỷ khí: Cửa kho đông lạnh được mở và đóng bằng xy lanh thuỷ lực. Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là 150 kg, vận tốc chuyển động ổn định của pittong là 0.05 ms, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05ms là 1 (s); thời gian giảm tốc ở cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 4s; áp suất của chất lỏng làm việc p=30at. Bình tích thuỷ lực được lắp cho phép cửa đóng mở được trong cả trường hợp hỏng nguồn điện. Van 43 được sử dụng để điều khiển xy lanh. Van này có thể được nối theo cách mà nó làm cần piston đi ra khi van ở vị trí thường. Hệ thống dự phòng cho an toàn cắt mạch để tránh cho người bị mắc kẹt ở cửa trong trường hợp này không cần thiết. Chức năng ngắt này thông thường được thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện dùng cho hệ thống thuỷ lực. Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vgphút. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

-

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Tuấn Anh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đăng Dương 2019605406

Đặng Trường Giang 2019606080

Vũ Đức Dương 2019606857

Hà Nội-2021

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

2 Tên nhóm: Nhóm 4

3.Họ và tên thành viên: Nguyễn Đăng Dương - 2019605406

Đặng Trường Giang - 2019606080

Vũ Đức Dương - 2019606857

II Nội dung học tập

1 Phần thuỷ khí thuỷ khí: Cửa kho đông lạnh được mở và đóng bằng

xy lanh thuỷ lực Tải trọng tĩnh cực đại

tác dụng lên pittong là 150 kg, vận tốc

chuyển động ổn định của pittong là 0.05

m/s, thời gian tăng tốc từ 0 tới 0.05m/s là

1 (s); thời gian giảm tốc ở cuối hành trình

bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong

thực hiện được một hành trình bằng 4s; áp

suất của chất lỏng làm việc p=30at Bình

tích thuỷ lực được lắp cho phép cửa đóng

mở được trong cả trường hợp hỏng

nguồn điện Van 4/3 được sử dụng để điều khiển xy lanh Van này có thể được nối theo cách mà nó làm cần piston đi ra khi van ở vị trí thường Hệ thống dự phòng cho an toàn cắt mạch để tránh cho người bị mắc kẹt ở cửa trong trường hợp này không cần thiết Chức năng ngắt này thông thường được thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện dùng cho hệ thống thuỷ lực

Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?

- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài?

2 Phần động cơ điện

Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW;

Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính

cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 

Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng

đm

max

mm 200%M

M = , mở máy với 3 cấp điện trở

Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW;

Uđm = 440 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động cơ  khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75

Câu 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau:

Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/

(Tần số nguồn điện f = 50 Hz)

Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút

Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6

Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án theo đúng thời gian quy định

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên

và những sinh viên khác

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng hệ thống tự động thủy khí, tài liệu Fluid Sim

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

TS Nguyễn Anh Tú TS Vũ Tuấn Anh

ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Giáo viên nhận xét

MỤC LỤC

MỤC LỤC………V

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC 6

1.1 B IỂU ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG 6

1.2 L ƯU ĐỒ TIẾN TRÌNH CỦA HỆ THỐNG 7

1.3 T ÍNH TOÁN CHỌN XY LANH , CHỌN BƠM DẦU PHÙ HỢP VỚI ĐỀ BÀI 8

1.3.1 Tính chọn xy lanh 8

1.3.2 Tính chọn bơm dầu 9

1.4 T HIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC ĐÁP ỨNG YÊU CẦU ĐỀ BÀI 11

CHƯƠNG 2: BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 12

2.1 B ÀI 1: 12

2.2 B ÀI 2: 13

2.3 B ÀI 3 15

2.4 B ÀI 4 16

2.5 B ÀI 5 17

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ MẠCH THUỶ LỰC

1.1 Biểu đồ trạng thái của hệ thống

1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

1.3 Tính toán chọn xy lanh, chọn bơm dầu phù hợp với đề bài

1.3.1 Tính chọn xy lanh

Các kích thước cơ bản của xy lanh lực là: đường kính trong của xy lanh, đường kính cần của xy lanh, chiều dài hành trình của pittong Để xác định các kích thước cơ bản của xy lanh lực trước tiên ta phải xác định tải trọng cực đại tác dụng lên pitong Tải trọng đó bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động Tải trọng tĩnh đề bài cho là 150 kg tức 1500 N tức xy lanh phải chịu 1500N Tải trọng động xuất hiện khi pitong tăng tốc hay giảm tốc và có thể xác định bằng công thức:

Pd = m.a Trong đó:

m: khối lượng vật thể chuyển động tịnh tiến

a: gia tốc của vật thể chuyển động trước khi đạt vận tốc ổn định Đường kính xy lanh được xác định theo công thức:

D = √4P

πp k Trong đó:

P = Pt+ Pd

k: hệ số ảnh hưởng của tổn thất (k=1.3)

p: áp suất chất lỏng làm việc

Tải trọng động:

Pd = ma = m ∆v

∆t = 150

0.05

1 = 7.5 N Tải trọng tổng cộng: P = Pt +Pd = 1500 + 7.5 = 1507.5 N

Vậy:

D = √4P

πp k = √

4 1507,5 3,14 294,2 1,3 = 2.91 cm

Lấy tròn đường kính D theo tiêu chuẩn D = 22 mm Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng

p = 4Pk

πD2 = 4.1507,5.1,3

3,14 2,22 = 515.81 N/𝑐𝑚2 = 52,6at Đường kính cần pitong d được xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số

d

D= 0,3 ÷ 0,35

d

D= 0,5

d

D= 0,7

Đường kính pitong có giá trị bằng d= 0,7 × 𝐷 = 15,4(𝑚𝑚)

Theo tiêu chuẩn ta lấy d =16mm

Xác định hành trình pittong:

Đoạn đường pitong chuyển động có gia tốc là:

2S1 = 2at

2

2 = 0,05 1

2 = 0,05m = 50mm Đoạn đường pitong chuyển động đều là:

S2 = Vp t = 0,05 2 = 0,1m = 100mm Hành trình pitong:

S = 2S1 + S2 = 50 + 100 = 150mm

=> Chọn thông số xi lanh

Đường kính ngoài của xi lanh: D=22mm

Đường kính trong của xi lanh: d=16mm

Chiều dài cần xi lanh: S=150mm

Khối lượng dịch chuyển của xilanh (Moving mass): M=150Kg

1.3.2 Tính chọn bơm dầu

Lưu lượng của động cơ mà hệ thống cung cấp cho động cơ để có thể cho xy lanh đi ra với vận tốc trung bình 0,05 m/s Bỏ qua tổn thất rò rỉ trong xy lanh, ta có:

Q1max = Vmax × A1

Qbơm > 2Q1max A1 = π × D

2

4 = 3.8013 × 10

−4(m2)

Q1max = 1.9007 × 10−5 ( m3/s) = 1.1404 (l/ph)

Qbơm = 2.2807(l/ph)

pbơm = p = 30at

=>Chọn thông số bơm

Lưu lượng bơm(Flow): Qb = 2.2807 (l/ph)

Áp lực của chất lỏng: p=30at=30.3975bar

1.4 Thiết kế mạch thuỷ lực đáp ứng yêu cầu đề bài

CHƯƠNG 2: BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1 Bài 1: Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW; Uđm = 110V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 

Lời giải

Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:

Điểm định mức [ 𝑀đ𝑚 ; 𝜔đ𝑚 ]; Điểm không tải lí tưởng [ M = 0; 𝜔 =

𝜔𝑜]

Tốc độ góc định mức:

𝜔đ𝑚 = 2𝜋 𝑛

60 =

2.3,14.1430

60 = 149,67 ( 𝑟𝑎𝑑/𝑠 ) Mômen ( cơ ) định mức:

𝑀đ𝑚 = 𝑃đ𝑚

𝜔đ𝑚 =

2200 149,67 = 14,69 ( 𝑁 𝑚 )

=> Điểm định mức: [ 14,69 ; 149,67 ]

Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính được:

𝐾 Ø đ𝑚 = 𝑀đ𝑚

𝐼đ𝑚 =

14,69 25,6 = 0,57 ( 𝑊𝑏 ) Lại có:

𝐾 Øđ𝑚 = 𝑈 − 𝐼ư 𝑅ư

𝜔đ𝑚 = 0,57 => 𝑅ư = 0,96 ( Ω ) Tốc độ không tải lí tưởng:

𝜔0 = 𝑈đ𝑚

𝐾 Ø đ𝑚 =

110 0,57= 192,98 (

𝑟𝑎𝑑

𝑠 )

=> Điểm không tải lí tưởng: [ 0 ; 192,98 ]

Tốc độ góc nhân tạo (với mômen định mức):

𝜔đ𝑚1 = 𝑈đ𝑚 − 𝐼đ𝑚 ( 𝑅ư + 𝑅ư𝑓)

𝐾 Øđ𝑚 =

110 − 25,6 (0,96 + 0,78 )

0,56

= 114,84 ( 𝑟𝑎𝑑/𝑠 )

=> Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [ 14,69 ; 114,84 ] Dựng đường đặc tính cơ

Đường đặc tính cơ tự nhiên

Đường đặc tính cơ nhân tạo

2.2 Bài 2: Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 110 V; Iđm = 146 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng

đm

max

mm 200%M

M = , mở máy với 3 cấp điện trở

Lời giải

𝜔 đ𝑚 = 𝑛

9,55 =

1050 9.55 = 110 (

𝑟𝑎𝑑

𝑠 )

=> 𝑀đ𝑚 = 𝑃đ𝑚

𝜔đ𝑚 =

13,5 103

110 = 122(𝑁 𝑚)

𝜔 (rad/s)

𝑀 ( 𝑁𝑚 )

192,98

149,67

114,84

14,69

Với số cấp khởi động:

𝑚 = 3 => 𝜆 = √𝑅1

𝑅ư 3

𝑀𝑎 𝑅1 = 𝑈đ𝑚

𝐼1 =

𝑈đ𝑚

2 𝐼đ𝑚 =

110 2.145 = 0,379Ω

𝑅ư = 0,5 (1 − 𝑃đ𝑚

𝑈đ𝑚𝐼đ𝑚)

𝑈đ𝑚

𝐼đ𝑚 = 0,5 (1 −

13500 110.145)

110

145 = 0,058Ω

=> 𝜆 = √0,379

0,058

3

= 1,867Ω

Từ đây suy ra:

R3 = 𝜆Rư = 1,876.0,058= 0,108Ω

R2 =λ2Rư =1,8762.0,058=0,202Ω

R1 = λ3Rư=1,8763.0,058=0,175Ω Vậy trị số các cấp mở máy là:

Rưf1 = R3 – Rư = 0,108 – 0,058 = 0,05Ω

Rưf2 = R2 – R3 = 0,202 – 0,108 = 0,094Ω

Rưf3 = R1 – R2 = 0,377 – 0,202 = 0,175Ω

2.3 Bài 3: Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW;

Uđm = 440 V; Iđm = 80 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđm làm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Lời giải

Phương trình tái sinh:

𝐼ℎ = 𝑈𝑢 − 𝐸𝑢

𝐾 ∅ 𝜔0 − 𝐾 ∅ 𝜔

Tốc độ quay khi hãm:

𝜔 = −𝐼ℎ 𝑅

𝐾∅ + 𝜔0 Tại 𝐼ư = 0 ta có:

𝜔0 = 𝑈𝑑𝑚

𝐾 ∅𝑑𝑚 =

𝑈𝑑𝑚 𝜔𝑑𝑚 𝐼𝑑𝑚

440.1000.79 9,55.29000 = 125 (𝑟𝑎𝑑 𝑠⁄ ) Với:

𝑅ư = 𝑅 = 0,05.440

79 = 0,28 (Ω)

𝐾 ∅ = 𝐾 ∅𝑑𝑚 = 𝑃𝑑𝑚

𝜔𝑑𝑚 𝐼𝑑𝑚 =

29000.9,55 1000.79 = 3,5 (𝑇) Vậy 𝜔 tại 𝐼ℎ = −60 (𝐴) là:

𝜔 = −(−60).0,28

3,5 + 125,45 = 130,25 (𝑟𝑎𝑑 𝑠⁄ )

2.4 Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1460vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động cơ  khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75

Lời giải

2 𝑅2𝛴

𝑆𝜔0 [(𝑅1 +𝑅2 )2

2

+ 𝑋𝑛𝑚2 ]

(1)

Trong đó:

𝑈1𝑓 = 380

√3 = 220(𝑉)

𝑅22′ = 𝑟2′ + 𝑟2𝑓′ = 0,24 + 1,2 = 1,44Ω

R1 = 0,2Ω

Xnm=X1+𝑋2′+ X1f = 0,39+0,46+0,75 = 1,6Ω

𝑀 = 𝑅đ𝑚

𝜔0 = 22500

𝜔0

Thay tất cả kết quả vào (1):

2 1,44

𝑆 [(0,2 +1,44𝑠 )

2

+ 1,6]

(0,2s + 1,44).2+1,6s = 9,3s

 0,4s2 – 7,12s + 2,074 = 0

𝑠 = 178 > 1 𝑙𝑜𝑎𝑖 Vậy chọn s = 0,29

Ta có:

𝜔 = 𝜔0(1 − 𝑠) = 1460.2𝜋

60 (1 − 0,29) = 108,5 𝑟𝑎𝑑/𝑠 Vậy tốc độ góc tại vị trí làm việc: 𝜔 = 108,5 rad/s

2.5 Bài 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông

số sau:

Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50

Hz)

Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút

Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6

Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15%

tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

Lời giải

Pđm = P2 = 55 KW

𝑛1 = 60 𝑓

𝑝 =

60 50

3 = 1000 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡

𝑠 = 𝑛1 − 𝑛2

𝑛1 =

1000 − 980

1000 = 0,02

f2 = s.f1 = 0,02 50 = 1 Hz

𝑃1 = 𝑃2

𝜂 =

55000 0,935 = 58823,5 𝑊

𝑃1 = 3 𝑉1 𝐼1 𝑐𝑜𝑠 𝜑 => 𝐼1 = 𝑃1

3 𝑉1 𝑐𝑜𝑠 𝜑 =

58823,5 3.380.0,86 = 60𝐴

P2 tổn hao = P1 – P2 = 3823,5 W

=> Png = 0,15 3823,5 = 573,525 W

Pth = 0,25 3823,5 = 955,87 W

𝑃đ𝑡 = 𝑃𝑐ơ

1 − 𝑆 =

𝑃2 + 𝑃𝑛𝑔

1 − 𝑆 =

55000 + 573,525

1 − 0,02 = 56707,68 𝑊

Pj2 = S.Pđt = 0,02 56707,68 = 1134,15 W

Pj1 = P1 – Pth – Pđt = 58823,5 – 955,87 – 56707,68 = 1159,95 W

𝑃𝑗1 = 3 𝑅1 𝐼12 =>> 𝑅1 = 𝑃𝑗1

3 𝐼12 =

1159,95

3 602 ≈ 0,1 Ω