Đồ án Truyền động điện

Tính toaùn ñieän trôû phụ caàn thieát ñoùng vaøo maïch rotor ñeå naâng taûi leân vôùi toác ñoä laàn löôït laø:.. Tính toaùn ñieän trôû phuï caàn thieát ñoùng vaøo rotor khi haï taûi x[r]

L i C m n ờ ả Ơ

Chúng em xin c m n th y L U VĂN QUANG là ngả ơ ầ Ư ười tr c ti p hự ế ướ ng

d n,giúp đ và ch b o chúng em trong đ án môn h c truy n đ ng đi n này.ẩ ở ỉ ả ồ ọ ề ộ ệ

Th y đ giúp chúng em gi i quy t các v n đ n y sinh trong quá trình làm đ ánầ ả ả ế ấ ể ả ồ

và hoàn thành đ tài đúng th i gian đ nh hề ờ ị ướng ban đ u.Đ c bi t là h c h i đầ ặ ệ ọ ỏ ượ c

nh ng kinh nghiêm và thái đ làm vi c c a th y đ chúng em áp d ng sau này.ữ ộ ệ ủ ầ ể ụ

Chúng em xin g i l i cám n đ n các th y cô khoa Đi n -Đi n t c a trử ờ ơ ế ầ ệ ệ ữ ủ ườ ng

ĐH S Ph m Kĩ Thu t TP H Chí Minh, đ t n tình gi ng d y truy n đ t choư ạ ậ ồ ả ậ ả ạ ề ạ chúng em nh ng ki n th c v chuyên ngành nói chung và b môn truy n đ ngử ế ứ ề ộ ề ộ

đi n nói riêng Đó là nh ng ki n th c và kình nghi m quý báu mà chúng em đệ ử ế ứ ệ ả

h c đọ ược trong su t th i gian quaố ờ

M t l n n a chúng em xin g i l i cám n sâu s c đ n các b n quà quý th y côộ ầ ử ử ờ ơ ắ ế ạ ầ

đ giúp đ chúng em hoàn thành đ án.ả ở ồ

Kính chúc quý th y cô d i dào s c kh e.ầ ồ ứ ỏ

Nhóm sinh viên th c hi n đ án:ự ệ ồ

Nguy n Th Duy ễ ế & Nguy n Duy Ph ng ễ ụ

L i M Đ u ờ ở ầ

n c ta , do yêu c u công nghi p hóa hi n đ i hóa n n kinh t ,v i nh ng

c h i thu n l i và khó khăn thách th c l n S phát tri n nhanh chóng c a khoaơ ộ ậ ợ ứ ớ ự ể ủ

h c k thu t nói chung và trong l nh v c truy n đ ng nói riêng Ngày càng xu tọ ỉ ậ ỉ ự ề ộ ấ

hi n nhi u dây chuy n s n xu t m i có m c đ t đông hóa cao v i nh ng khâuệ ề ề ả ấ ớ ứ ộ ự ớ ữ truy n đ ng hi n đ i.Truy n đ ng là khâu quan tr ng trong dây chuy n s nề ộ ệ ạ ề ộ ọ ề ả

su t.Đóng góp tr c ti p trong vi c nâng cao năng su t và ch t lấ ự ế ệ ấ ấ ượng s n ph mả ẩ

nh m tăng kh năng c nh tránh v i các nằ ả ạ ớ ước trên th gi i.ế ớ

Ngày nay , do ng d ng nhi u ti n b khoa h c k thu t trong các l nh v c :tinứ ụ ề ế ộ ọ ỉ ậ ỉ ự

h c ,đi n t ……nên các khâu truy n đ ng ngày càng phát tri n theo họ ệ ử ề ộ ể ướng hi nệ

đ i Nâng cao m c đ t đ ng hóa tác đ ng nhanh ,đ chính xác cao và cón gi mạ ứ ộ ự ộ ộ ộ ả kích thước và h giá thành chi phí đ u t cho doanh nghi pạ ầ ư ệ

Môt trong nh ng khâu truy n đ ng ph bi n là nâng h c u tr c Nâng hử ề ộ ổ ế ạ ầ ụ ạ

c u tr c là khâu truy n đ ng c b n c a n n công ngi p nầ ụ ể ộ ơ ả ủ ề ệ ước ta hi n nay Đệ ượ c

s d ng r ng r i t các h i c ng, khu công nghi p đ n các nhà máy xí nghi p vàử ụ ộ ả ừ ả ả ệ ế ệ các công trường xây d ng Giúp con ngự ườ ại h n ch lao đ ng b ng chân tay.Đ ngế ộ ằ ồ

th i góp ph n đ y nhanh quá trình v n chuy n và đ m b o an toàn cho ngờ ầ ẩ ậ ể ả ả ười lao

đ ng.Trong hoàn c nh đó, đ đáp ng độ ả ể ứ ược nh ng đi u ki n th c ti n trong quáử ể ệ ự ể trình đi u khi n và v n hành đòi h i ng ng kĩ s ph i có ki n th c c b n về ể ậ ỏ ữ ư ả ế ứ ơ ả ề chuy n ngànhệ

N i dung c a đ án này là trình bày nh ng ki n th c c b n v truy n đ ngộ ủ ồ ử ế ứ ơ ả ề ề ộ

đi n Bao g m phân tích các đ c tính c a h th ng truy n đ ng cho h th ngệ ồ ặ ủ ệ ố ề ộ ệ ố nâng h c u tr c Tính toán và thi t k s đ đi u khi n h th ng truy n đ ngạ ầ ụ ế ế ơ ổ ể ệ ệ ố ề ộ

v i đ ng c đi n m t chi u kích t song song và đ ng c đi n xoay chi u khôngớ ộ ơ ệ ộ ể ừ ộ ơ ệ ề

đ ng b 3 pha rotor dây qu n.ồ ộ ấ

Do ki n th c còn h n ch nên ch c ch n n i dung đ án còn nhi u v n đ saiế ứ ạ ế ắ ắ ộ ổ ề ấ ể sót nh t đ nh và c n b sung Mong các th y cô c ng nh các b n góp ý thêm đấ ị ầ ổ ầ ủ ư ạ ể bài báo cáo chúng em được hoàn thi n h nệ ơ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày

Giáo NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày

Giáo

Nội dun g đồ án :

Hãy tính toán và thiết kế truyền động điện cho một

cơ cấu nâng cầu trục dùng động cơ điện là :

Đ ng c DCộ ơ dùng kích từ song song

Đ ng c AC khơng đ ng b 3 pha rotor dây qu nộ ơ ồ ộ ấ

Có các so á liệ u như sau :

B ng s li uả ố ệ

Động cơ đi n ệ một chiều kích từ song song :

94 204 524 5,8 600

Đ ng c AC khơng đ ng b 3 phaộ ơ ồ ộ

P đm ( KW) U 1 đm (v) 2p N1(vịng) N2(vịng) K dq 1 K dq 2 cosφđm

m1 m1 R1(Ω) R2(Ω) X1(Ω) X2(Ω) I0(A) ŋ

Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:

1 Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ, tính các điện trở phụ mở máy b ng phằ ương pháp đ th ph t iồ ị ụ ả

2 Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với tốc độ lần lượt là:

a n =1/2 nđm

b n = 1/4 nđm

3 Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào rotor khi hạ tải xuống với tốc độ lần lượt là:

a n=1/2nđm

b.n=1/4nđm,

c.n=2nđm

4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý đđi u khi n đ m máy nâng h t i : sề ể ể ở ạ ả ơ

đ m ch đ ng l c.ổ ạ ộ ự

Trang

Ph n A ầ : TÍNH TỐN VÀ THI T K C C U NÂNG H Ế Ế Ơ Ấ Ạ

C U TR C DÙNG Đ NG C ĐI N M T CHI U KÍCH Ầ Ụ Ộ Ơ Ệ Ộ Ề

T SONG SONG Ừ

Ch ng ươ I:Đ C TÍNH C C A Đ NG C ĐI N KÍCH T Ặ Ơ Ủ Ộ Ơ Ệ Ừ

1.Xây dựng phương trình đặc tính tốc độ :

7

2 Phương trình đặc tính cơ 8

3 nh hả ưởng c a các thơng s đ n đ c tính c :ủ ố ế ặ ơ 9

7.Hãm động năng kích từ độc lập :

23

Ch ươ ng 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẦU TRỤC NÂNG

HẠ TẢI DÙNG ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ SONG SONG

26

1 Tính Rp bằng phương pháp đồ thị:

26

2 Tính toán điện trở phụ cần đóng vào mạch rotor khi nâng tải: 28

3 Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch khi hạ tải: 29

4 S đ đ ng l c đi u khi n đ ng c m máy qua ba c p đi n tr và ơ ổ ộ ự ề ể ộ ơ ở ấ ệ ở

ph n B ầ : TÍNH TỐN VÀ THI T K C C U NÂNG H Ế Ế Ơ Ấ Ạ

C U TR C DÙNG ĐCĐ KĐB XOAY CHI U BA PHA DÂY QU N Ầ Ụ Ề Ấ

Ch ươ ng 3: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU

KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

32

1.Phương trình đặc tính t c đ :ố ộ 32

3 nh hẢ ưởng c a các tham s đ n đ c tính c :ủ ố ế ặ ơ 38

Ch ươ 4: TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ng

ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

1.Tính tốn đi n tr máy qua 3 c p đi n tr ph bi tệ ở ấ ệ ở ụ ế r ng đ ng ằ ộ

2.Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor

để nâng tải lên với các tốc độ lần lượt là

2

1

nđm ;

4

1

3 Tính tốn đi n tr ph c n thi t đĩng vào m ch rotor đ thay đ i ệ ở ụ ầ ế ạ ể ổ

t c đ khi h t i v i t c đ l n lố ộ ạ ả ớ ố ộ ầ ượt là n=0,5 ndm ,n=1/3 ndm , n=3/2 ndm: 60 4.S đ đ ng l c dùng đ ng c xoay chi u khơng đ ng b ba pha rotor ơ ồ ộ ự ộ ơ ề ồ ộ dây qu n m máy qua 3 c p đi n tr và nâng h c u tr c v i nhi u c p ấ ở ấ ệ ở ạ ầ ụ ớ ề ấ

Ph n A: ầ TÍNH TỐN VÀ THI T K C C U NÂNG H Ế Ế Ơ Ấ Ạ

C U TR C DÙNG Đ NG C ĐI N M T CHI U KÍCH Ầ Ụ Ộ Ơ Ệ Ộ Ề

T SONG SONG Ừ

Ch ươ ng I:Đ C TÍNH C C A Đ NG C ĐI N KÍCH T Ặ Ơ Ủ Ộ Ơ Ệ Ừ

SONG SONG

1.Xây dựng phương trình đặc tính tốc độ :

Hình 1.1.ĐCĐ một chiều kích từ song song

Ta có : pt cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều

Uđm = Eư + RưIư

⇒ Eư = Uđm - RưIư

với Eư = KEφ đmn

⇒ KEφ đmn = Uđm - RưIư

⇒

đm E

ư ư đm E

đm

K

I R K

U n

Φ

Φ −

= : ( ph ng trình đ c t c đ t nhiên c a đ ng đi nươ ặ ố ộ ự ủ ộ ệ kích

t song song)ừ

Trong đó: n : tốc độ quay của động cơ

Uđm : điện áp định mức của ĐCĐ một chiều

KE = 60PNa : hệ số điện động của động cơ

Φđm:từ thông kích từ dưới 1 cực từ

Rư : điện trở của mạch phần ứng

Iư : dòng điện mạch phần ứng

RP :điện trở phụ trong mạch phần ứng

Nếu thêm điện trở phụ Rp vào phần ứng thì ta được phương trình đặc tính tốc độ nhân tạo :

Ckt

Iư

Eư

I

Ikt

+

Rp

Uđm

Rkp

( )

đm E ư p ư đm E đm K I R R K U n Φ + − Φ = Khi Iư = 0 :n = đm E đm 0 K U n Φ = :là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.

đm E ư TN K R a Φ = : là hệ số gốc hay độ dốc của đường đặc tính tốc độ tự nhiên

đm E ư ư TN K RưI aI n Φ Δ = = :là độ sụt tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên n0 nA =ndm

0 Ic Iư

Hình 1.3.Đặc tính cơ tự nhiên 1-3 = n0 : tốc độ không tải lý tuởng 2-3 = nA : tốc độ làm việc của đường đtc TN 1-2 = ∆nTN : độ sụt tốc độ Nếu Ic = Iđm thì nA = nđm 2 Phương trình đặc tính cơ : Ta có : n =f(Mđ) Moment điện từ của động cơ được xác định bởi công thức: Mđt = KMΦđmIư

đm M ư K M I Φ = ⇒

Thay Iư vào phương trình đặc tính tốc độ ta được :

đm 2 M E ư đm E đm K K M R K U n Φ Φ − = : (phương trình đặc tính cơ tự nhiên của ĐCĐ một chiều kích từ song song )

Trong đó : M :là moment điện từ của động cơ

a 60 PN

KE = : hệ số điện động của động cơ

a 2

PN

KM

Π

= : hệ số cấu tạo của động cơ

Hay

đm 2 E

ư đm

E

đm

9,55K

M R K

U n

Φ

Φ −

với KM =9.55KE

Khi Iư =0  Mđt =0



đm E

đm

U n

n

Φ

=

= :là tốc độ không tải lý tưởng

đm 2 E

ư TN

9,55K

R a

Φ

= :hệ số góc hay độ dốc của đặc tính cơ tự nhiên

đm 2 E

ư TN

TN

9,55K

M R M

a n

Φ

Δ = = : độ sụt tốc độ của đường đặc tính cơ tự

nhiên

3 nh h ả ưở ng c a các thơng s đ n đ c tính c : ủ ố ế ặ ơ

Ta có phương trình đặc tính cơ nhân tạo:

)

Φ

+

− Φ

=

E

ư

E 9,55K

M (R

K

U

Đặt:

đm E

đm

U n

n

Φ

=

= :là tốc độ không tải lý tưởng

đm 2 E

ư TN

9,55K

R a

Φ

= :hệ số góc hay độ dốc của đặc tính cơ tự nhiên

đm 2 E

ư TN

TN

9,55K

M R M

a n

Φ

Δ = = độ sụt tốc độ của đường đặc tính cơ tự

nhiên

a.Aûnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp trên mạch phần ứng :

E ư

CKT

R p

U đm

Ι

KT

Ι

ư Ι

Sơ đồ nguyên lý khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.

Giả sử Uư = Uđm = const

Φ=Φđm =const

Rp thay đổi

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần ứng

Phương trình đặc tính cơ :

2 đm

2 E

p ư đm E

đm

9,55K

M R R K

U n

Φ Φ

+

−

Khi điện trở phụ Rp thay đổi thì:

•

đm E

đm

U n

Φ

đm E

p ư NT

K 9,55

R R a

Φ

+

• độ dốc nhân tạo: ΔnNT =aNTM > ∆nTN.

K t lu n: ế ậ họ các đặc tính cơ là chùm đường thẳng xuất phát từ n0

n

n0 D

nđm = nA A

B RP = 0 (TN) Với RP2 >RP1

C RP1

RP2

0 MC=Mđm M

b.Aûnh hưởng của điện áp đặt lên phần ứng :

I Ikt

CKT

U

Iư

Giả sử: IKT = IKTđm = const

U2

Với U2 < U1

<Uđm

n0

n

Uđm(TN)

n 01

n02

Mc

n03

M

U1

Φ=Φđm =const

Rp =0

- Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm ta có :

đm M E

ư đm

M R K

U n

Φ

Φ −

=

- Khi giảm điện áp thì:

• tốc độ n giảm theo

• aNT = aTN = const

• ∆nNT=∆nTN=const

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động

cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên

- Khi giảm điện áp thì moment ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó, phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Hình 1.6: Họ các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng

c.Aûnh hưởng của từ thông :

E ư

CKT R pkt

U đm

Ι

KT

Ι

ư

Ι

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý khi thêm điện trở phụ kích từ.

- Khi thêm RPKT nối tiếp với cuộn kích từ thì:

IKT giảm xuống < IKTđm

⇒Φ giảm xuống < Φđm

Rp =0 U=Uđm

Đối với đặc tính tốc độ:

Xét phương trình đặc tính tốc độ :

Φ Φ

E

ư ư E

đm

K

I R K

U

n= −

+ Khi mở máy :

E

ưmm ư E

đm

K

I R K

U 0 n

⇒ 0 = Uđm – Rư Iưđm

⇒ Iưmm =

ư

đm

R

U

= const

+ Khi động cơ không tải:

x E

đm

U n

Φ

=

Khi Φxgiảm ⇒ n0x tăng và Iưmm = const.

2

Φ

1 Φ

2 Φ

<

Φ1 Với

0

n

Iưmm

Họ các đặc tính tốc độ khi thay đổi từ thông Φ

Đối với đường đặc tính cơ:

- Xét phương trình đặc tính cơ :

2 2

E

ư E

đm

9,55K

M R K

U n

Φ

Φ −

- Moment khi mở máy :

Mmm = KMΦIưmm

với KM , Iưmm: const

Khi Φ giảm thì : Φ

E

đm 0

K

U

n = tăng và Mmm giảm.

Thông thường để đảm bảo tuổi thọ động cơ thì :

MC < Mđm

⇒ Φ giảm ⇒ n tăng n(vòng /phút)

Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

4.Đ c tính khi đ o chi u quay đ ng c : ặ ả ề ộ ơ

a Đả o cực tính điệ n áp đa ë t lê n pha à n ứn g :

Sơ đồ nguyên lý khi đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng

Việc đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng nhờ các tiếp điểm T, N của các công tắc tơ

Khi T hoạt động (n > 0):

⇒Eư =KEΦđmn>0

R

) n n ( K R

E U I

ư

0 đm E ư

ư đm

⇒

B2

B 1

1

Φ

2

A 1

A 2

Iư thu ận

t

N N

+

Iư ngh ịch

m

N

-0 MC2 Mđm MC1 Mmm1 Mmm2

M(N.m)

n01

n02

⇒M=KMΦđmIư >0

Ta có phương trình đặc tính cơ :

đm

2 M E

ư đm

E

đm

K K

M R K

U n

Φ

Φ −

=

Khi N hoạt động, cực tính điện áp được đảo ta có : n < 0

⇒Eư =KEΦđmn<0

R

) n n ( K R

E ) U ( I

ư

0 đm E ư

ư đm

⇒

R

) n n ( K I

ư

0 đm E

⇒

Khi tiến hành đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng thì dòng điện qua phần ứng là Iư < 0 nên moment điện từ của phần ứng đảo chiều

⇒M=KMΦđmIư <0

- Phương trình đặc tính cơ :

K K

R K

U n

đm 2 M E

ư đm

E

đm

Φ

Φ +

−

=

K K

R n

đm 2 M E

ư 0

Φ +

−

=

- Đường biểu diễn đặc tính cơ : n

MĐ

n0

+U đm đường đặc tính cơ khi

động

cơ quay thuận chiều

-MC 0 MC

M

-U

n0

M Đ

đường đặc tính cơ khi động

cơ quay ngược chiều

Đặc tính cơ khi đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng

n

n

b Đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ ( đảo từ thông Φ)

Eư CKT

Uđm Ι

ư

Ι

T

N

T

N

Sơ đồ nguyên lý khi đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ

Việc đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ được thực hiện nhờ tiếp điểm T,

N của các công tắc tơ

Khi T hoạt động : n>0,Φđm

⇒Eư =KEΦđmn>0

R

) n n ( K R

E U I

ư

0 đm E ư

ư đm

⇒

⇒M=KMΦđmIư >0

- Phương trình đặc tính cơ:

đm M E

ư đm

E

đm

K K

R K

U

Φ

− Φ

=

Khi N hoạt động: từ thông Φđmđược đảo cực (chiều dòng điện qua cuộn kích từ được đảo) : n<0, (-Φđm)

⇒Eư =KE(−Φđm)n>0

R

) n n )(

( K R

E U I

ư

0 đm E

ư

ư đm

⇒

- Moment điện tư:ø

MĐ =KM(−Φđm)Iư <0

- Phương trình đặc tính cơ :

K K

R )

( K

U n

đm 2 M E

ư đm

E

đm

Φ

Φ +

−

K K

R K

U n

đm 2 M E

ư đm

E

−

=

Φ

- Đường biểu diễn đặc tính cơ cũng có dạng như khi

ta đảo chiều bằng cách đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng:

n

MĐ

n0

+U đm đường đặc tính cơ khi

động

cơ quay thuận chiều

-MC 0 MC

M

-Uđm

n0

M Đ

đường đặc tính cơ khi động

cơ quay ngược chiều

5 M máy và tính đi n tr m máy ở ệ ở ở

a.Mở máy :

- Ta có :Dòng điện phần ứng:

ư

đm E đm ư

R

n K

U

I = − Φ

- Khi mở máy n = 0⇒Eư =0 ⇒ dòng điện khi mở máy

ư

đm

U

I =

Vì điện áp phần ứng Eư lúc mở máy Eư <<1

⇒Rư = (0,04→0,05)

mm

đm

I U

⇒Imm = (20→25)Iđm

Tác hại củ a dò n g mơ û má y khi dò n g mở má y lớn :

+ Cháy cách điện dây quấn

+ Gây sụt áp lớn trên lưới điện

+ Lực điện động lớn có thể gây biến dạng kết cấu cơ khí của rãnh

n

n