TRUYEN DONG DIEN bkdn

Hệ thống truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho

Trang 1

1 Danang University of Technology

Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ

HỆ THỐNG TRUYỀN

ĐỘNG ĐIỆN

1.1 Khái niệm chung

Truyền động cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng điện thì gọi là truyền động điện (TĐĐ).

Hệ thống truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như:

thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục

vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu chấp hành trên các máy sản xuất, đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.

Động cơ Đ biến đổi điện năng thành cơ năng tạo ra mômen M làm quay

trục máy và các cánh bơm Cánh bơm chính là cơ cấu công tác (CT) hay cơ

cấu sản xuất (CCSX), nó chịu tác động của nước tạo ra mômen MCTngược

chiều tốc độ quay  của trục, chính mômen này tác động lên trục động cơ, ta

gọi nó là mômen cản MC Nếu MCcân bằng với mômen động cơ: M = MCthì

hệ sẽ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi  = const.

Ví dụ

Hệ truyền động đơn giản

• Nguồn điện AC với tần số không đổi –> Máy bơm chạy với tốc độ là hằng số

• Không hiệu quả: Tỏa nhiệt trong động cơ và bắt buộc phải sử dụng van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng.

• Khó tự động hóa, không có điều chỉnh tự động.

Trang 2

Hệ truyền động có khả năng điều chỉnh tốc độ

Adjustable Speed Drives

(ASDs)

• Truyền động ở tốc độ phù hợp với tải.

• Hiệu quả cao, không cần sử dụng

van tiết lưu.

Một hệ thống truyền động điện được gọi là hệ hở khi không

có phản hồi, và được gọi là hệ kín khi có phản hồi, nghĩa là giá

trị của đại lượng đầu ra được đưa trở lại đầu vào dưới dạng

một tín hiệu nào đó để điều chỉnh lại việc điều khiển sao cho

đại lượng đầu ra đạt giá trị mong muốn.

Phân loại hệ thống truyền động điện

Người ta phân loại các hệ truyền động điện theo nhiều cách khác nhau tùy theođặc điểm của động cơ điện sử dụng trong hệ, theo mức độ tự động hoá, theođặc điểm hoặc chủng loại thiết bị của bộ biến đổi Từ cách phân loại sẽ hìnhthành tên gọi của hệ

a) Theo đặc điểm của động cơ điện

- Truyền động điện một chiều: Dùng động cơ điện một chiều Truyền động

điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ vàmômen, nó có chất lượng điều chỉnh tốt

- Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều không

đồng bộ Động cơ KĐB ba pha có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha

- Truyền động điện đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba pha.

Động cơ điện đồng bộ ba pha trước đây thường dùng cho loại truyền độngkhông điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máynén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v )

Trang 3

b) Theo tính năng điều chỉnh

- Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ quay máy sản xuất với một tốc

độ nhất định Các hệ truyền động không điều chỉnh thường phải kết hợp với một

hộp tốc độ để thực hiện điều chỉnh bằng cơ khí, do đó kết cấu của phần cơ phức

tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành của máy sản xuất cao

- Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có

truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo và

truyền động điều chỉnh vị trí

c) Theo thiết bị biến đổi

- Hệ máy phát - động cơ (F-Đ): Động cơ điện một chiều được cấp điện từ một

máy phát điện một chiều (bộ biến đổi máy điện)

- Hệ chỉnh lưu - động cơ (CL - Đ): Động cơ một chiều được cấp điện từ một bộchỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu có thể không điều khiển (Điôt) hay có điều khiển(Thyristor)

- Hệ biến tần - động cơ không đồng bộ

d) Theo mức độ tự động hóa

Ta có hệ truyền động điện không tự động và hệ truyền động tự động

1.3 Đặc tính cơ của máy sản xuất và của động cơ điện 1.3.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất

Đặc tính cơ của máy sản xuất biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mômencản của máy sản xuất

Mc= f() hoặc Mc= f(n)

Máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn đặc tính cơ của nó được biểu diễndưới dạng:

Trang 4

Constant power loads (q = -1)

Trang 5

1.3.2 Đặc tính cơ của động cơ

Đặc tính cơ của động cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay

của động cơ:

M = f() hoặc M = f(n)Nhìn chung có 4 loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc trưng như: Động cơ

điện 1 chiều kích từ song song hoặc độc lập (đường 1); Động cơ điện một chiều

kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường 2); Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ

(đường 3) và động cơ điện xoay chiều đồng bộ (đường 4)

1.4 Các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện

Trong hệ truyền động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năngthành cơ năng và ngược lại Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng tháilàm việc của hệ thống truyền động điện

Trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiệncó giá trị dương nếu như nó

có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điệnthành công suất cơ Pcơ= M cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại khâucông tác của máy

Ở trạng thái máy phát: Khi hệ TĐ làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ năngbao gồm động năng hoặc thế năng tích lũy trong máy sản xuất được truyền về lạitrục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phátđiện Công suất điện Pđiệncó giá trị âm nếu như nó có chiều từ động cơ về nguồn

Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động:

Mc

Pc = M®.

Tr¹ng th¸i h·mIV

M®

Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng (M, )

Trang 6

21 Danang University of Technology 22 Danang University of Technology

1.5.1 Mômen và lực quy đổi

Thường quy đổi mômen cản hoặc lực cản của khâu công tác của máy sản xuất vềtrục động cơ

Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác củamômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực

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

truyền động điện

Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:

Tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:

Rút ra:

Trong đó:

Đối với chuyển động tịnh tiến:

Trong đó:

Trang 7

1.5.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính

Điều kiện quy đổi: Bảo toàn động năng tích lũy trong hệ thống

Chuyển động quay:

Chuyển động tịnh tiến:

Các cơ cấu ghép

 Được yêu cầu khi

• Một động cơ (chuyển động quay) quay truyền động

cho một tải có yêu cầu chuyển động thẳng.

• Các động cơ có tốc độ chuyển động cao hơn yêu cầu

Trang 8

• Basic relationships: radius, speed, torque

Equal speeds at gear surfaces

Power transferred across gears

• Geared up: speed increased, torque decreased

• Geared down: speed decreased, torque

1.6 Phương trình động học của hệ truyền động điện tự động

Là quan hệ giữa các đại lượng (, n, L, M) với thời gian:

Nếu coi mômen do động cơ sinh ra và mômen cản là ngược chiều nhau, và coimômen quán tính J = const, thì ta có:

Mômen động:

Trang 9

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION!

Trang 10

Chương 2 ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC

TRẠNG THÁI LÀM VIỆC

CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung Trong chương 1 đã cho ta thấy, khi đặt 2 đường đặc tính cơ M() và Mc() lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định được trạng thái làm việc của động cơ và của hệ truyền động điện.

Trạng thái xác lập khi M = Mcứng với giao điểm của 2 đường đặc tính M() và Mc()

Trạng thái quá độ khi M  Mcvà tốc độ chưa đạt đến xác lập:

  xl.

Khi phân tích các hệ truyền động điện, ta thường coi máy sản

xuất đã cho trước, nghĩa là coi như đã biết trước đặc tính cơ

Mc() của nó Vậy muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với

những thông số yêu cầu như tốc độ, mômen, dòng điện động

cơ, … ta phải tạo ra những đặc tính cơ của động cơ tương

ứng Muốn vậy, ta phải nắm vững phương trình đặc tính cơ

và các đặc tính cơ của các loại động cơ điện, từ đó hiểu được

phương pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với

máy sản xuất đã cho Từ đó ta điều khiển động cơ sao cho có

được các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ.

Phần cảm:

Tạo ra từ trường

Phần ứng:

phần chuyển động quay

2.2 Đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Trang 11

2.2.1 Phương trình đặc tính cơ ở chế độ xác lập

2.2.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ

1, Trường hợp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Trang 12

2, Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng

3, Trường hợp thay đổi từ thông kích từ

2.2.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ độc

lập

2.2.4 Đảo chiều quay động cơ

Muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta có thể thực hiện một trong hai cách:

+ Đảo chiều từ thông.

+ Đảo chiều dòng điện phần ứng.

Trang 13

13 Danang University of TechnologyĐặc tính cơ khi đảo chiều đối xứng nhau qua gốc tọa độ.

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc điểm chung của cả 3 trạng thái hãm: Động cơ đều làm việc ở

chế độ máy phát, biến cơ năng của động cơ đang có qua động cơ

thành điện năng để trả về lưới (hãm tái sinh) hoặc tiêu thụ thành dạng

nhiệt trên các điện trở hãm (hãm ngược, hãm động năng).

I

U I

E

MC

Trang 14

Một số trường hợp xảy ra hãm tái sinh:

1) Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ: Máy sản xuất là nguồn động

lực quay rotor động cơ, làm >0.

Dòng điện đổi chiều  Mômen do động cơ sinh ra ngược với chiều chuyển

động của động cơ đang có  trở thành mômen hãm động cơ.

2) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng: Mclà dạng mômen thế năng.

Điện áp nguồn giảm đột ngột làm 0giảm trong khi  chưa kịp giảm Động năng tích lũy ở tốc độ cao sẽ tuôn vào động cơ và biến động cơ thành máy phát trả năng lượng về nguồn.

3) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng: Mclà dạng mômen thế năng

M M

N©ng t¶i

H¹ t¶icB

c d

b) Hãm ngược Xảy ra khi mômen hãm của động cơ ngược chiều tốc độ quay Hai trường hợp của hãm ngược:

1) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:

p u u p u u u hI K M

R R K U R R E U I





Trang 15

2) Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:

Động cơ đang làm việc với lưới điện, thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh Do động năng tích lũy trong động cơ nên nó vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng.





  R + R h

( K )2 M Phương trình đặc tính cơ:

Thời điểm hãm ban đầu:

Động cơ đang làm việc với lưới điện, thực hiện cắt cả phần ứng và phần kích từ

của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh.

Phương trình đặc tính cơ:

h®1 h®2

c M



b1

R b2

h2



h1 R

o

a KT§

§

R h

h I E Ikt

2.4 Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ 2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Trang 16

25 University of Ulsan(UoU)

Động cơ rôto dây quấn

Hộp đấu dây Chổi than

Quạt gió Nắp quạt gió

Động cơ KĐB rotor dây quấn

Cấu tạo của động cơ 3 pha KĐB rotor dây quấn

Cấu tạo của rotor lồng sóc và

trục quay

Cấu tạo lồng sóc của rotorĐộng cơ rôto lồng sóc

Trang 17

- Nh đã biết trong vật lý, khi cho dòng điện 3 pha vào 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200trong không gian thỡ từ trờng tổng do 3 cuộn dây tạo ra là một từ trờng quay Nếu trong từ trờng quay này có đặt các thanh dẫn điện thỡ từ trờng quay sẽ quét qua các thanh dẫn điện và làm xuất hiện một sức

điện động cảm ứng trong các thanh dẫn.

- Nối các thanh dẫn với nhau và làm một trục quay thỡ trong các thanh dẫn sẽ có dòng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải Từ trờng quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này một từ lực

có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra một mômen làm quay lồng trụ và các thanh dẫn theo chiều quay của từ trờng quay.

Cỏc giả thiết:

+ Ba pha của động cơ là đối xứng.

+ Cỏc thụng số của mạch khụng thay đổi nghĩa là khụng phụ thuộc

vào nhiệt độ, tần số, mạch từ khụng bảo hũa nờn điện khỏng khụng

thay đổi,…

+ Tổng dẫn của mạch vũng từ húa khụng thay đổi, dũng từ húa

khụng phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện ỏp đặt vào stator.

+ Bỏ qua cỏc tổn thất ma sỏt, tổn thất trong lừi thộp.

+ Điện ỏp lưới hoàn toàn sin và đối xứng.

Cỏc đại lượng mạch stator: U1, I1, R1, ….

Cỏc đại lượng mạch rotor: U2, I2, R2, ….

,

60 1

p f

n0=

Tốc độ từ trường quay (tốc độ đồng bộ, tốc độ khụng tải lý tưởng):

p f

0

2 60

0 2 0

0 2

Dũng điện cảm ứng trong rotor cũng là dũng xoay chiều với tần số xỏc định qua tốc độ tương đối của rotor với từ trường quay:

Trang 18

2.4.2 Phương trình đặc tính cơ

Sơ đồ thay thế 1 pha phía stator: Các đại lượng điện ở mạch rotor

đã quy đổi về stator.

m

X'2

R'22

Từ sơ đồ thay thế 1 pha phía stator, tính dòng điện rotor đã quy đổi

về stator:

 2 2 1 2 2 1

1 2

' '

'

X X s

R R

2 23

nm

ph

X s

R R s

R U M

' '

2 23

nm

ph

X s

R R s

R U M

' '

Trang 19

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K.

'

2

nm

X R

2

3

nm ph

X R R

KA: Đoạn đặc tính làm việc của động cơ.

N (Rotor speed)

Ns = Synchronism

Stator Rotor

Motor C = 0

Nn = Nominal

Stator Rotor

Motor C = Nominal

Resistive C = nominal

Stator Rotor

'

)

1 0 2

2 3

nm phX R R U





Mth=

Đường đặc tính cơ của động cơ KĐB được xác định bởi:

2.4.3.1 Ảnh hưởng của điện trở mạch rotor R’2

Trường hợp này chỉ thực hiện được với các động cơ rotor dây quấn.

'

)

1 0 2

2 3

nm phX R R U

Trang 20

2.4.3.2 Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stator: X1, R1

X R

Thay đổi giảm

2.4.3.3 Ảnh hưởng của số đôi cực p

0=

sth=

2 2 2

nm

X R

R

'

)

1 0 2

2 3

nm phX R R U

Do số đôi cực thay đổi nhờ đổi nối cuộn cảm stator nên các thông số như điện áppha, điện trở stator và điện kháng stator đều thay đổi

2.4.3.4 Ảnh hưởng của tần số f1

Khi thay đổi f1thì tốc độ đồng bộ 0sẽ thay đổi, đồng thời X1,X2

cũng bị thay đổi, kéo theo cả sự thay đổi của cả độ trượt tới hạn sth

U

11

Ở vùng f1>f1đmthì không được tăng điện

áp nguồn cấp mà phải giữ U1ph= const

2.5.4 Khởi động động cơ không đồng bộ

Nếu khởi động động cơ KĐB bằng cách đóng điện trực tiếp vào động

cơ thì do lúc đầu động cơ chưa quay, độ trượt lớn nên suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.

Dòng điện khởi động có giá trị đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ.

Tuy dòng điện mở máy lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ.

Vì vậy, cần phải có biện pháp mở máy gián tiếp đối với những động cơ công suất trung bình và lớn Mục đích: Hạn chế dòng điện và tăng mômen

mở máy.

Trang 21

2.5.4.1 Phương pháp mở máy dùng điện trở phụ ở mạch rotor

Phương pháp này chỉ sử dụng được đối với động cơ rotor dây quấn

2.4.4.2 Phương pháp mở máy dùng điện trở hoặc điện kháng nối

tiếp trong mạch stator

b a c

K1

X1 X1

K1 K2

~ 3

K2 K1

X1 K2

2.4.4.3 Phương pháp mở máy dùng MBA tự ngẫu

§

bac

2.4.4.4 Phương pháp mở máy bằng đổi nối Y - 

2.4.5 Đảo chiều quay động cơ không đồng bộ

CDA

CDB

a bc

Trang 22

2.4.6 Các đặc tính cơ khi hãm động cơ KĐB

2.4.6.1 Hãm tái sinh

Động cơ KĐB xảy ra hãm tái sinh khi tốc độ của động cơ lớn hơn tốc độ

đồng bộ:  > 0.Khi xảy ra hãm tái sinh thì động cơ làm việc như một

máy phát và có trả năng lượng về nguồn.



§

F N K'

K

M M

1

2

nm th

X R

X R R

U M

M §

P

§ M

A

MC

R K KB

A

MCEDD'

2 3

E'

E



C M

§

MF

M

§ C

M §

§ 

§ M

M C

K K

p R KB

~

Tại điểm D nếu tải là ma sát thì động cơ sẽ dừng lại khi cắt điện

Trang 23

2.4.6.3 Hãm động năng

Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải

cắt stator ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi cấp vào hai pha của stator dòng điện một

a) Hãy vẽ đặc tính cơ tự nhiên của động cơ.

b) Hãy vẽ đặc tính cơ nhân tạo khi có điện trở phụ mắc trong mạch phần ứng là Rưf= 0,78;

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	8,81 MB