ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

Để hiểu rõ hơn về truyền động điện và có kiến thức nhất định về vấn đề này.Chúng em đã được hướng dẫn làm đồ án : “Đặc Tính Cơ Của Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha và Ứng Dụng Tính Toán Cụ Thể”. Đồ án được chia làm 4 chương:Chương 1: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn.Nội dung chương trình này giới thiệu đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnh hưởng tới dạng đặc tính cơ, tính toán điện trở phụ mở máyChương 2 : Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn.Nội dung của chương trình này là tính toán điện trở mở máy qua 3 cấp điện trở, và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấnChương 3: Yêu cầu nâng tải Chương 4: Yêu cầu hạ tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

 -ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG

CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

GVHD: T.S Nguyễn Phan Thanh

SVTH: Huỳnh Ức Gia Thuận-MSSV:15142394

Lâm Văn Huy-MSSV:15142388

TP.Hồ Chí Minh – 05/2018

LỜI MỞ ĐẦU 1

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 11

PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA DÙNG DÂY QUẤN 13

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 13

I ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 13

1. Khái niệm 13

2. Cấu tạo 13

3. Ưu điểm 14

4. Nhược điểm 14

II PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ 14

II PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ 16

IV ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ 21

1 Ảnh hưởng của điện áp : 21

2 Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator : 22

3 Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor 24

4 Ảnh hưởng của số đôi cực từ P: 25

5 Ảnh hưởng của tần số : 26

V CÁC DẠNG KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 27

1 Khởi động động cơ không đồng bộ 27

2 Khởi động trực tiếp 28

a Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu 28

b Khởi động bằng điện trở phụ mạch rotor: 29

c Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 30

d Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ vào mạch rotor : 30

e Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch stator : 31

f Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp : 33

PHẦN B:TÍNH TOÁN NÂNG CẦN TRỤCBẰNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 34

CHƯƠNG II: YÊU CẦU MỞ MÁY QUA BA CẤP ĐIỆN PHỤ 34

1. Dòng điện định mức của stator 35

2. Dòng điện rotor ở chế độ định mức 35

3. Tính toán phần trở kháng ngắn mạch 35

4. Tính toán dòng điện mở máy 36

5. Bội số dòng điện mở máy K I 36

6. Tốc độ trượt định mức Sđm 36

7. Tốc độ định mức của động cơ n đm 37

8. Khả năng quá tải của động cơ 37

9. Moment định mức 37

III TÍNH ĐIỆN TRỞ PHỤ MỞ MÁY, ĐỘNG CƠ MỞ MÁY QUA 3 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ 38

1 Moment lớn nhất và nhỏ nhất trong quá tình mở máy 38

2. Tính điện trở phụ mở máy 38

CHƯƠNG III:YÊU CẦU NÂNG TẢI 40

I) TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ TÍNH ĐÓNG VÀO MẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 40

II TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ NÂNG TẢI BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 41

CHƯƠNG IV:YÊU CẦU HẠ TẢI 42

I TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ¼ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 42

II TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG ½ TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC: 43

III TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 44

IV TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐÓNG VÀO VẠCH ROTOR ĐỂ ĐỘNG CƠ HẠ TẢI BẰNG 2 LẦN TỐC ĐỘ ĐỊNH MỨC 45

 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ AC KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA KHI MỞ MÁY NÂNG VÀ HẠ TẢI 46

KẾT LUẬN 48

LỜI MỞ ĐẦU

 -LỜI TRI ÂN

Chúng em xin cảm ơn thầy là người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ chỉ dẫn chúng em làm đồ án môn học Truyền Động Điện Thầy đã tận tụy giúp đỡ chúng em giải quyết các vấn đề khó khăn trong quá trình làm đồ án và hoàn thành đồ án đúng thời gian quyđịnh Đặc biệt, chúng em còn được học hỏi nhiều kinh nghiệm và phong cách học tập

từ thầy để chúng em có áp dụng vào học tập trên trường và công việc ngoài xã hội

Chúng em xin gửi lời cám ơn đến các thầy-cô khoa Điện-Điện tử của Trường Đại Học

Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đã tận tụy giảng dạy, truyền đạt cho

chúng em những kiến thức chuyên nghành nói chung và bộ môn Truyền Động Điện nói riêng Đó là những kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà chúng em đã được học trong suốt thời gian qua

Kính chúc thầy-cô sức khỏe dồi dào

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:

Huỳnh Ức Gia Thuận

Lâm Văn Huy

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

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 lượng 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 được 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

Ngày nay, do ứng dụng nhiều tiến bộ khoa học kỉ thuật trong các lỉnh vực: tin

học, điện tử……nên các khâu truyền động ngày càng phát triển theo hướng hiện

đại Nâng cao mức độ tự động hóa tác động nhanh, độ chính xác cao và cón giảm

kích thước và hạ giá thành chi phí đầu tư cho doanh nghiệp

Môt trong nhửng khâu truyền động phổ biến là nâng hạ cầu trục Nâng hạ cầu

trục là khâu truyển động cơ bản của nền công ngiệp nước ta hiện nay Được sử

dụng rộng rải từ các hải cảng, khu công nghiệp đến các nhà máy xí nghiệp và các

công trường xây dựng Giúp con người hạn chế lao động bằng chân tay Đồng thời

góp phần đẩy nhanh quá trình vận chuyển và đảm bảo an toàn cho người lao

động.Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được nhửng điểu kiện thực tiển trong quá

trình điều khiển và vận hành đòi hỏi ngững kĩ sư phải có kiến thức cơ bản về

chuyện ngành

Nội dung của đồ án này là trình bày nhửng kiến thức cơ bản về truyền động

điện Bao gồm phân tích các đặc tính của hệ thống truyền động cho hệ thống nâng

hạ cầu trục Tính toán và thiết kế sơ đổ điểu khiện hệ thống truyền động với động

cơ điện một chiểu kích từ song song và động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3

pha rotor dây quấn

Do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn nội dung đổ án còn nhiều vấn để sai

sót nhất định và cần bổ sung Mong các thầy cô củng như các bạn góp ý thêm để

bài báo cáo chúng em được hoàn thiện hơn

Để hiểu rõ hơn về truyền động điện và có kiến thức nhất định về vấn đề này.Chúng

em đã được hướng dẫn làm đồ án : “Đặc Tính Cơ Của Động Cơ Không Đồng Bộ BaPha và Ứng Dụng Tính Toán Cụ Thể” Đồ án được chia làm 4 chương:

Chương 1: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor

dây quấn

Nội dung chương trình này giới thiệu đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnh hưởng tới dạng đặc tính cơ, tính toán điện trở phụ mở máy

Chương 2 : Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3

pha rotor dây quấn

Nội dung của chương trình này là tính toán điện trở mở máy qua 3 cấp điện trở, và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn

Chương 3: Yêu cầu nâng tải

Chương 4: Yêu cầu hạ tải

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Ngày …… Tháng………Năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. Ngày …… Tháng …… Năm 2018 Nhận xét giáo viên phản biện

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ

AC không đồng bộ 3 pha có các số liệu sau đây:

Dây quấn Rotor và Stator được đấu Y/Y

Sức từ động trên stator > sức từ động trên rotor 20%

Động cơ làm việc ở tần số 50Hz

Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:

động cơ kéo tải định mức

2. Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với các tốc

độ lần lượt là: 1/2nđm và 1/4 nđm

lần lượt là: 1/4nđm, 1/2nđm, nđm, 2nđm Biết rằng moment cản khi hạ tải là 0,8 lần

Mđm

trục mở máy qua 3 cấp điện trở phụ sử dụng PLC Omron CP1L

PHẦN A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG

HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU

BA PHA DÙNG DÂY QUẤN

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG

ĐỒNG BỘ BA PHA

I ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Khái niệm

- Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý

cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường trong máy

- Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì

chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, và gần

như không cần bảo trì Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10000hp, Các động

cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha

2 Cấu tạo

-Giống như các loại máy điện quay khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm có

các bộ phận chính sau

- Phần tĩnh hay còn gọi là stator

- Phần quay hay còn gọi là rotor

a) Stator

-Trên statorcó vỏ, lõi thép và dây quấn

-Võ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn

- Lõi sắt là phần dẫn từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm

ghép lại

-Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi

sắt

b) Rotor

- Phần này có 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn -Nói chung người ta sử

dụng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator

-Dây quấn rotor có 2 loại chính là rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc

c) Khe hở

- Vì rotor là 1 khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong mày điện không đồng bộ

rất nhò (từ 0,2 đến 1mm trong máy điện nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa

lấy từ lưới vào và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn

3 Ưu điểm

- Ưu 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, động cơ không đồng bộ giá thành thấp,

vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp lưới

điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo

4 Nhược điểm

-Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các

quá trình khó khăn; riêng với các động cơ rotor lồng sóc có các chỉ tiêu khởi

động kém hơn

II PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí động cơ ba pha và sơ đồ tương đương thay thế một pha

của động cơ không đồng bộTrong đó:

 R0, X0, I0 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch từ hóa

 R1, X1, I1 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện mạch Stator

 R’2, X’2, I’2 lần lượt là điện trở, điện kháng và dòng điện Rotor đã quy hồi

về Stator

 U1đm: điện áp định mức đặt vào ba pha

 U1p là điện áp pha đặt vào Stator

U1p

R1

R0

x0I0L1L2L3

s= ω0−ω

ω0 =

n0−n

n0 : là độ trượt (hệ số trượt động cơ)

 ω o : tốc độ góc của từ trường quay (rad/s)

 ω : tốc độ góc của từ trường (rad/s)



n0= 60 f

 I'2=Kqđ.I2 =Ki I2 : Dòng điện qui đổi

 N1,N2:số vòng mỗi pha dây quấn stator ,rotor

III PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ

Giản đồ công suất Giản đồ moment

 Pdt= PcoƠ+ ΔPPphuï+ ΔPPcu2

- Đường biểu diễn của phương trình đặc tính cơ có dạng đường cong nên toạ độ điểmcực trị được xác định bằng cách giải phương trình

Trong đó : (+) : ứng với trạng thái động cơ

(-) : ứng với trạng thái máy phát

- Hệ số quá tải về moment :

λM= Mth

Mñm

của đông cơ trên nhãn máy và cần thực hiện các bước sau:

bộ của từtrường :

Toạ độ điểm tới hạn :

Thay toạ độ điểm làm việc định mức vào phương trình đặc tính cơ (6)

max2−2 λM S dm Smax+S

dm2=0

giải phương trình bậc 2 theoSmax

Ta được toạ độ điểm tới hạn B( Mmax , Smax)

Thay S = 1 vào phương trình (6) ta được :

M mm= 2 M th

1

S th+S th

Lấy tuỳ ý nhiều giá trị của S thay vào phương trình (6) ta tìm được M

IV ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ

1 hưởng của điện áp :

Khi điện áp đặt vào động cơ giảm :

N2±R1] cũng không thay đổi.

- Mmax nói lên khả năng quá tải của động cơ

- Moment mở máy (Mmm = K2U1P2 ) giảm theo tỉ lệ bình phương lần độ suy giảmcủa điện áp

Hình 3.6: Đặc tính cơ của ĐC không đồng bộ 3 pha khi thay đổi điện áp.

2 hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator :

- Khi thêm điện trở phụ Rp vào Stator thì tốc độ đồng bộ n0 không đổi, trượt tớihạn Smax giảm, moment tới hạn Mmax giảm và moment mở máy Mmm cũng giảm

Ñ

R 1 L1 L2 L3

Hình 3.7: ĐC không đồng bộ 3 pha khi thêm điện trở phụ

- Khi thêm điện kháng phụ Xp (giả sử Xp = Rp) vào mạch Stator ta thấy tốc độđồng bộ n0 không đổi, độ trượt tới hạn giảm (nhưng vẫn còn lớn hơn khi thêm Rp),moment mở máy Mmm giảm(bằng với khi thêm Rp).

Ñ

R p

Hình 3.8: ĐC không đồng bộ khi thêm điện kháng và điện trở phụ

- Ta thấy khi thêm Xp ta tăng được khả năng quá tải của động cơ (Mth nói lên khảnăng quá tải của động cơ)

- Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp có dạng:

Hình 3.9: Đặc tính cơ khi thêm Rp và Xp

3 Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor

Rp

Hình 3.10:ĐC KĐB 3 pha khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor

- Động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc (hay rotor ngắn mạch) không thể thay đổiđược điện trở mạch rotor Việc thay đổi chỉ sử dụng đối với động cơ không đồng bộrotor dây quấn vì mạch rotor có thể nối với điện trở ngoài qua hệ vòng trượt-chổi than.(như hình vẽ)

- Dễ thấy ,điện trở mạch rotor R2-do đó điện trở quy đổi R2'-chỉ có thể thay đổi vềphía tăng Khi R2'tăng thì độ trượt tới hạn tăng ,còn tốc độ đồng bộ và môment tới hạngiữ nguyên

L1 L2 L3

Hình 3.11: Đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor.

4 Ảnh hưởng của số đôi cực từ P:

Ta có:

- Khi tăng(giảm) số đôi cực từ p thì tốc độ đồng bộ n0 giảm(tăng) nên tốc độ quay

cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên Nhưng khi thay đổi số đôi cực từ sẽ phải thayđổi cách đấu dây ở Stator động cơ nên một số thông số như R1, X1 có thể thay đổi và

việc đổi tốc :

Hình 3.12