Đồ án truyền Động Điện Đề tài thiết kế 1 hệ truyền Động Điện với sơ Đồ nguyên lý

-Tính công suất và chọn động cơ điện Việc chọn đúng loại động cơ và tính dúng công suất của động cơ điện sẽ bảo đảm độ tin cậy và tính kinh tế của truyền động điện.. Thỏa mãn điều kiê

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CN QUẢNG NINH

KHOA ĐIỆN

 - ĐỒ ÁN

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

H G T

Đ

Giáo viên hướng dẫn :

NGUYỄN THỊ MẾN

Sinh viên thực hiện :

HOÀNG HẢI LONG CQ15DH0152

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất, góp phần nâng cao chất lượng và năng suất trong dây chuyền tự động hiện đại Ngày nay với sự phát triển của kĩ thuật và công nghệ, các hệ truyền động cũng trở nên phát triền và có nhiều thay đổi, đáp ứng được độ chính xác cao, giá thành rẻ và tác động nhanh hơn các thế hệ cũ

Sau thời gian học Truyền động điện được đề tài thiết kế

1 hệ truyền động điện với sơ đồ nguyên lý:

2

cơ dẫn trục

truyền trung gian

3 Tang tời

4 Vật nặng m

Các thông số ban đầu:

 Khối lượng hàng : m = 2000 kg

 Khối lượng một mét cáp : mc = 1kg

 Quãng đường vận chuyển : H= 50m

 Góc nghiêng nâng : α = 900

 Đường kính tang :D= 0,3 m

 Vận tốc nâng : v= 1 m/s

 Tỉ số truyền của bộ truyền trung gian : i=11,34

 Hiệu suất của bộ truyền : =0,92

 Mômen quán tính của tang : Jtg = 0,25 kg.m2

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH SỐ LIỆU

I.1: Tính toán thông số

-Momen tải tác dụng lên trục tang dây cuốn :

H

J gt

J ω tg tg

ω tg

ω dm

3

4

McCT= (m + mc .H) .G .D2 .1

η t

= (2000 + 1 .50) .10 .0 ,32 .1

η t

=3075.η1t(Nm) -Momen quy đổi về trục động cơ :

MC = MCT.i η1

h(Nm)

=3075.η1

t i η1h

Với: ηt : hiệu suất của tang dây cuốn

ηh: hiệu suất của hộp giảm tốc

Ta có η = ηt ηh là hiệu suất của bộ truyền:

=>MC = 3075 .i η1

= 3075 .11,34 0 , 921 = 29 4 ,75(Nm) -Trục động cơ bị tác động bởi momen cản chính MC khi mà

nó bị một lực cản FC tác dụng : FC = (m + mc H).G (N) với vận tốc v = 1 m/s

Có : MC ωđ = FC v .1η

=>MC = FC ω v

đ.1η

= FC.D2.i η1

=>ω v

đ=2i D<=>ω v

đ=D2 ω t

ω đ

<=> v = D2 ωt

<=> 1 = 0 ,32 .ωt

<=>ωt = 0 ,32

Do i = ω đ

ω t=>ωđ = i ωt=11,34 0 ,32 =75,6 (rad/s) Công suất cản cần tìm là :

PC = MC ωđ =294 ,75 75,6 =22283,1 (W)= 22,3 (kW)

Tính lực cản

+ Fc =( mh + mc) 10=(2000 + 1.50) 10 = 20500 (N)

xác định bởi:

M 2 = (m h + m c ).g.D/i.ŋ=( (2000 + 1 50).10 0,3)/ (11.34 0,25) = 2169 ,31(N.m)

-Mômen giữ hàng trên không

M4 = mh g.D/i.ŋ = 2000 10 0,3 /(11.34 0,25) = 2116,4(N.m)

-Mômen hạ không tải

M7= mc .g.D/i = 1 50 10 0,3 / 11,34 = 52, 9 1 (N.m)

-Các trị số mô men khác : được xác định theo và

bằng:

=1,5 =1,5. 2169,31=3253, 9 6 [Nm]

=0,8 =0,8 2169,31=2169,31 [Nm]

=0,85 =0,85 2116,4=1798, 9 4 [Nm]

= =2169,31 [Nm]

=1,5 =1,5.2432=3253, 96 [Nm]

-Thời gian nâng hàng

T2= h/V = 50/1 = 50s

CHƯƠNG II : LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

Tính chọn động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn và

điện trở khởi động cho cơ cấu nâng – hạ.

2.1 Những vấn đề chung

*Nguồn động lực trong một hê thống TÐÐ là động cơ điện Các yêu cầu kỹ thuật, độ tin cậy trong quá trình làm việc

và tính kinh tế của HT TÐÐ phụ thuộc chính vào sự lựa chọn đúng động cơ điện và phương pháp điều khiển động cơ

*Chọn một động cơ điện cho một HT TÐÐ bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp ứng:

- Ðộng cơ phải có đủ công suất kéo

- Tốc dộ phù hợp và dáp ứng duợc phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương pháp điều chỉnh thích hợp

- Thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm

- Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng diện, cấp điện áp )

- Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thông thoáng, nhiệt độ, độ ẩm, khí độc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà )

*)Nguyên nhân phải chọn đúng động cơ

Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ TÐÐ Nếu nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng nhưng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cosϕ của luới điện do động cơ chạy non tải

Ngược lại nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng

*)Cách chọn

Việc tính công suất động cơ cho một hệ TÐÐ phải dựa vào sự phát nóng các phần tử trong động cơ, đặc biệt là các cuộn dây Muốn vậy, tính công suất động cơ phải dựa vào đặc tính phụ tải và các quy luật phân bố phụ tải theo thời gian Ðộng cơ đuợc chọn đúng công suất thì khi làm việc bình thuờng cũng như khi quá tải ở mức cho phép, nhiệt dộ động cơ không đuợc tăng quá trị số giới hạn cho phép

-Tính công suất và chọn động cơ điện

Việc chọn đúng loại động cơ và tính dúng công suất của động

cơ điện sẽ bảo đảm độ

tin cậy và tính kinh tế của truyền động điện Ðộng cơ có công suất không phù hợp sẽ

gây lãng phí hoặc sẽ chóng hỏng

-Phân loại các chế dộ làm việc

Chế dộ làm việc của dộng cơ điện gồm: Dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại

-Chế dộ làm việc dài hạn:

Là chế độ động cơ làm việc liên tục trong thời gian dài, nhiệt

dộ tất cả các phần tử kể

cả phần tử truyền động đạt dến nhiệt độ xác lập Ðồ thị vẽ trên hình 2

-Chế dộ làm việc ngắn hạn:

Là chế độ động cơ chỉ làm việc trong thời gian ngắn, nhiệt dộ của các phần tử kể

cả phần tử truyền động chưa đạt đến nhiệt độ xác lập, thời gian nghỉ tương đối dài nên

nhiệt độ động cơ giảm đến nhiệt dộ của môi truờng xung

quanh

2.2 :Tính toán chọn động cơ làm việc ở chế độ dài hạn :

Hình 2 : Đồ thị phụ tải của cơ cấu nâng – hạ

Trong đó, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ bao gồm các giai đoạn sau: t 1 - thời gian tăng tốc chuẩn bị cho quá tŕnh nâng hạ; - thời gian nâng hoặc hạ hàng; t 3 - thời gian dừng sau lúc nâng hạ xong; - thời gian giữ cân bằng khi hàng về vị trí dỡ tải; t 5 - thời gian đổ tải; t 6 - thời gian tăng tốc khi hạ hàng; -thời gian hạ hàng với tốc độ không đổi; - thời gian hăm hàng trước khi hàng được hạ xuống.

+Số liệu cho quá cao,ta chọn giảm thông số cho phù hợp

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

Mô men động cơ sau khi chọn theo tỉ lệ đề bài(Nm)

Chu kì làm việc của động cơ(s) +Mô men cản trung bình của động cơ :

M

ctb=∑

i=1

8

M i t i

t i =M1t1+M2t2+M3t3+M4t4+M5t5+M6t6+M7t7+M8t8

t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8

¿178 ×1,25 +120×6+95×1,25+45×5+38×2+120 ×1+13×2+178×1

1 ,25+6+1,25+5+2+1+2+1 ¿86 ,5 ( Nm)

+ Momen định mức của động cơ :

Mdm=1,2× M ctb =1,2× 4296 ,5=103 ,8( Nm)

+Chọn số vận tốc quay của động cơ là :

ndm=1500( v / p)

+Công suất định mức cần để chọn cho động cơ là :

P dm =M dm wdm=103 ,8×0.105×n=103 ,8×0,105×1500 ≈ 16 ,5(kW )

+Theo thông số trong catalog ta chọn đông cơ điện xoay chiều

kích từ độc lập với các thông số :

M ã hi ệ u : II-71, Pdm=19(kW ),U dm =220(V ), I dm =102( A ),

n dm =1500( v / p), R∑❑=0,107 , L∑❑=0,0082( H ),G D2

=1(kg ,m2

)

CHƯƠNG III : KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN TỔN THẤT ĐIỀU KIỆN QUÁ TẢI,ĐIỀU KIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

3.1 Kiểm tra điều kiện tổn thất

Thời gian giữ tay gầu cân bằng khi quay gầu về vị trí dỡ tải

và thời gian đổ tải của cơ cấu năng hạ gầu có tốc độ bằng 0 nên ta có mô men đẳng trị của cơ cấu cần tính là :

M dt=√ ∑

i=1

8

M i t i

t i =√M12t1+M2

2t2+M3

2t3+M4

2t4+M5

2t5+M6

2t6+M7

2t7+M8

2t8

t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8

¿√17 8 2×1,25+120 2×6+95 2×1,25 +0×5+0×2+1202×1+13 2×2+17 8 2×1

1 ,25+6+1,25+5+2+1+2+1 ¿97( Nm)

M đ m ⟩ M dt ⇔103 , 8 ⟩ 97(lu ô n đ ú ng )

Thỏa mãn điều kiện tổn thất

3.2 Kiểm tra điều kiện quá tải

Khả năng quá tải của động cơ một chiều kích từ độc lập thường rất lớn nên ta có thể bỏ qua bước này

3.3 Kiểm tra điều kiện khởi động

+Mô men khởi động của động cơ là :

+Mô men cản khi mở máy là :

(luôn đúng)

+)Thỏa mãn điều kiện khởi động:

+ khởi động qua biến trở ( hạn chế dòng khởi động lớn) + hoặc khởi động sao tam giác

CHƯƠNG IV : VẼ ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ THEO THÔNG SỐ TRONG CATALOG

+Tốc độ góc đinh định mức :

+Từ thông kích từ :

K =1,33(Wb)

+Tốc độ không tải lí tưởng :

+Đặt

Phương trình đặc tính tự nhiên của động cơ

Mô phỏng trên phần mềm matlab

>> M=0:103.5;

>> w0=165.4;

>> a=0.06;

>> w=w0-a*M;

>> plot(M,w);

>> grid

159

160

161

162

163

164

165

166

M(Nm)

duong dac tinh co

HÌNH 5.1 : ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ THEO THÔNG SỐ TRONG CATALOG

>> I=0:102

>> w0=165.4;

>> b=0.08;

>> w=w0-b*I;

>> plot(I,w);

>> grid

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

I(A)

do thi dac tinh co dien

w=w0-0.08*I

HÌNH 5.2 : ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CƠ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ THEO THÔNG SỐ TRONG

CATALOG

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VỪA CHỌN CỦA ĐỘNG CƠ VỪA ĐƯỢC CHỌN ĐỂ PHỤC VỤ CHO TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG.

M ã hi ệ u : II-71, Pdm=19(kW ),U dm =220(V ), I dm =102( A ),

n dm =1500( v / p), R∑❑=0,107 , L∑❑=0,0082( H ),G D2

=1( kg ,m2

)

J qd=G D2

4 =1

4=0 ,25

w0=165 , 4(rad /s)

CHƯƠNG VI :LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHO VIỆC KHỞI ĐỘNG CHO ĐỘNG

CƠ TRUYỀN ĐỘNG.

1.Lựa chọn phương pháp

Từ phương trình cân bằng áp U= E+ Ta xác định dòng của động cơ khi làm việc ở chế độ động cơ

Tại thời điểm khởi động w=0 do đó dòng khởi động có giá

trị

Ở những động cơ có công suất trung bình và lớn có giá trị rất nhỏ ,nên dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn ,thường vào khoảng 20 25 lần dòng định mức Với giá trị dòng khởi động lớn như vậy sẽ phá hỏng động cơ và gây sụt áp ở lưới điện Để giảm dòng khởi động ta có hai biên pháp :

+Tăng điện trở mạch phần ứng

+Giảm điện áp đấu vào động cơ

Với những tiến bộ khoa học kĩ thuật và kinh nghiệm thực

tế ngày nay thường dùng em chọn phương pháp thứ 2 là giảm điện áp đấu vào động cơ với bộ biến đổi xung áp một chiều ,hệ điều chỉnh xung áp động cơ (XA-Đ)

Phương trình đặc tính cơ

Giả thiết

Khi thay đổi điện áp phần ứng ta có :

-Tốc độ không tải lý tưởng

-Độ cứng của đặc tính cơ

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng cho ta một họ đường đặc tính sau :

Với

Hình 5.1 :Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ

độc lập

KL:Khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một hon đặc tính cơ song song với đặc tính tự nhiên

-Ưu điểm :

+không gây ồn

+không gây tổn hao phụ trong động cơ

+dải điều chỉnh rộng D=10:1

+độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh -Nhược điểm :

+Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra

+Điều khiển khá phức tạp

2.Nguyên lý điều chỉnh

Để điều chỉnh điện áp phần ứng ,ta phải sử dụng một bộ biến đổi ,điều chỉnh được điện áp đầu ra cấp cho mạch phần ứng của động cơ

Hình 5.2 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ

Bộ biến đổi dung để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện và điều chỉnh được giá trị điện áp ban đầu theo yêu

cầu.Điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào thiết bị ,vì thông thường công suất của động cơ và bộ biến đổi thường bằng nhau nên cũng có giá trị đáng kể so với của động cơ

Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế :

Hình 5.3: Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ 3.Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ

Bộ biến đổi xung áp động cơ là bộ nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ,phần chủ yếu của nó

là bộ nguồn áp và bộ điều khiển

Sơ đồ nguyên lý và điện áp :

Hình 5.4 : Sơ đồ nguyên lý và điện áp của hệ xung áp động cơ

Để cải thiện dòng điện phần ứng ,người ta mắc them van đệm Giả thiết van đệm là van lý tưởng ,nghĩa là van có sự

sụt áp thuận và dòng =0,khóa k có thể

là van Tiristor hoặc Transistor.Đối với động cơ công suất lớn thì phải dùng Tiristor

Khi đóng,cắt khóa k trên phần ứng động cơ sẽ có điện áp biến đổi theo dạng xung vuông

Khi ở trạng thái dòng liên tục ,giá trị trung bình của điện áp đặt lên phần ứng của động cơ là :

Trong đó thời gian là thời gian khóa k đóng

là độ rộng của xung áp Như vậy,có thể coi bộ biến đổi xung đẳng trị với nguồn liên tục,có điện áp ra =var bằng cách thay đổi đội rộng xung áp .Vì thời gian một chu kỳ đóng cắt khóa k rất nhỏ so với hằng số thời gian cơ học của hệ truyền động nên ta có thể coi tốc độ và sức điện động phần ứng là không đổi trong khoảng thời gian T

Đặc tính hệ điều chỉnh xung áp - động cơ:

+Đặc tính cơ điện :

+Đặc tính cơ :

Khi thay đổi độ rộng xung ta được họ đường thẳng song song với tốc độ độ không tải lý tưởng và độ cứng

,đồ thị đặc tính cơ gồm 2 đoạn thẳng ứng với hai chế độ dòng liên tục và dòng gián đoạn

Hình 5.5 :Đồ thị đặc tính cơ của hệ xung áp - động cơ Đặc tính sẽ không còn đúng khi dòng điện đủ nhỏ ,hệ sẽ chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn

Nhận xét:

-Ưu điểm :

+Bộ nguồn điều áp thường cần ít van điều khiển nên vốn đầu tư nhỏ,hệ đơn giản,chắc chắn dễ điều khiển

+Độ cứng đặc tính cơ lớn

+Khi thay khóa k bằng van có điều khiển thì có thể thiết lập hệ tự động vòng kín

-Nhược điểm :Vì điện áp xung gây tổn thất phụ khá lớn trong động cơ thành phần xoay chiều của dòng điện nằm trong giải công suất nhỏ

4.Tính toán số liệu

+Tốc độ khi động cơ khởi động là :

+Vận tốc khi khởi động của động cơ là : (thời gian khởi động trong chu kì khởi động)

+Vận tốc góc khi không tải lí tưởng của động cơ là : (thời gian

1 chu kì T)

+ Thời gian khởi động trong chu kì khởi động)

(v/p) +Độ rộng của xung áp của bộ biến đổi khi khởi động là :

+Khi ở trạng thái dòng liên tục ,giá trị trung bình của điện áp đặt lên phần ứng của động cơ là :

CHƯƠNG VII :THỰC HIỆN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN

ĐỘNG VỚI MOMEN TẢI TRUNG BÌNH THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI NÊU TRÊN BẰNG MÔ PHỎNG NÊU TRÊN MATLAB SIMULINK.

Hình 8.1 : Sơ đồ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 8.2 : Đáp ứng tốc độ của động cơ

Hình 8.3 : Đáp ứng dòng điên của động cơ

I=102 (A)

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu,nghiên cứu,học hỏi,trau dồi kiến thức về cơ sở truyền động điện em đã hoàn thành đồ án của thày giáo cho Với sự hướng dẫn tận tình ngay từ những

bước đi đầu tiên của giảng viên NGUYỄN THỊ MẾN em đã

nắm được những kiến thức tốt nhất để thực hiện đồ án này

Cuối cùng em xin cảm ơn thày cô giáo trong khoa Cơ Điện

và bộ môn Tự Động Hóa của trường đã tạo điều kiện truyền thụ kiến thức cho em ,giúp em nắm vững các kiến thức trên cả lý thuyết và thực hành ,đó là hành trang vững chắc cho sau khi ra trường Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu còn hạn chế,nên đồ án này của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến giúp đỡ của các thầy cô và các bạn để đồ án của em hoàn thiện hơn