tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (435.61 KB, 65 trang )
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Hãy tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng
động cơ lần lượt là:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn.
Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:
1. Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ, hãy tính điện trở mở máy biết rằng
động cơ kéo tải định mức.
2. Tính điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với tốc độ lần
lượt là:
a. ½ tốc độ định mức.
b. ¼ tốc độ định mức.
3. Tính toán các điện trở phụ cần thiết để đóng vào mạch rotor để hạ tải với tốc độ
lần lượt là:
a. ½ tốc độ định mức.
b. 2 lần tốc độ định mức.
Biết rằng moment cản khi hạ tải bằng 0,8 lần moment định mức.
4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ khi mở máy nâng tải và hạ tải. Biết
rằng động cơ xoay chiều ba pha có dây quấn stator và rotor đều được đấu hình sao và sức
từ động trên stator lớn hơn rotor 10%.
Các thông số cho trước:
* Động cơ điện một chiều kích từ song song:
P (kW)
U (V)
I (A)
IKT (A)
N (vg/ph)
101
232
482
4,37
512
* Động cơ xoay chiều KĐB ba pha rotor dây quấn:
P (kW)
U1 (V)
2p
(từ cực)
N1 (vg)
N2 (vg)
Kdq1
Kdq2
m1
m2
46
500
8
28
38
0,966
0,966
3
3
R1(Ω)
R2(Ω)
X1(Ω)
X2(Ω)
ΔpCK
ΔpFE
I0 (A)
η
cosφ
0,13
0,0284
0,486
0,0913
0,015P
1276
23,36
0,896
0,866
Trang 1/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
Ngày .....tháng ..... năm 2011
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Trang 2/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................................................................
Ngày .....tháng ..... năm 2009
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Trang 3/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án môn học Truyền động điện thì ngoài những nỗ lục của bản
thân, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều thầy và chúng em không biết nói gì
hơn ngoài những lời cảm ơn chân thành của chúng em đến:
- Khoa Điện – Điên tử trường đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ chí Minh đã
không ngừng cập nhật những kiến thức mới có giá trị vào bài học của chúng em trong tất
cả các môn học nói chung và môn Truyền động điện nói riêng, đã tạo nhiêu điều kiện
thuận lợi cho sinh viên chúng em trong vấn đề học tập.
- Trường Trung cấp nghề Gia Lai đã tạo điều kiện cho chúng em trong suốt thời
gian qua.
- Thầy Lưu Văn Quang, người đã truyền đạt trực tiếp cho chúng em kiến thức quý
giá về môn học này và thầy cũng đã chỉ dẫn cho chúng em rất nhiệt tình trong quá trình
làm đồ án này./.
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Trang 4/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay do yêu cầu về công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước nên ngày càng xuất
hiện nhiều dây chuyền sản xuất mới có kỹ thuật hiện đại để thay hế những dây chuyền lạc
hậu, lỗi thời. Để đáp ứng được những yêu cầu này thì trước mắt là phải đào tạo nguồn nhân
lực con người có trình độ và kỹ thuật cao ngay từ khi còn học dưới mái trường đại học.
Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động điện giữ vai trò rất quan
trọng, nó thực hiện được các công đoạn cuối cùng của một quy trình sản xuất và có ảnh
hưởng lớn đến việc nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất. Chính vì vậy truyền
động điện là một môn học không thể thiếu đối với những sinh viên khoa điện. Một trong
những biện pháp giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về môn học truyền động điện là làm đồ án
môn hoc. Đề tài của đồ án mang tên là: “Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ cần trục”.
Nội dung của đồ án gồm 4 chương xoay quanh vấn đề tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ
cần trục dùng động cơ điện một chiều kích từ song song và động cơ điện không đồng bộ xoay
chiều ba pha rotor dây quấn.
Chương I: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song.
Nội dung của chương này giới thiệu về đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnh
hưởng đến dạng đặc tính cơ, đặc tính cơ khi đảo chiều quay, tính toán điện trở phụ mở máy
và vấn đề hãm máy của động cơ điện một chiều kích từ song song.
Chương II: Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ điện một chiều kích từ song
song.
Nội dung chương này là tính toán điện trở mở máy qua ba cấp điện trở, tính toán các
điện trở phụ để nâng tải, hạ tải và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động
cơ điện một chiều kích từ song song.
Chương III: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây
quấn.
Nội dung chương này là giới thiệu về đặc tính cơ, đặc tính tốc độ, các thông số ảnh
hưởng đến dạng đặc tính cơ, tính toán điện trở phụ mở máy và vấn đề hãm máy của động cơ
điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn.
Chương IV: Tính toán và thiết kế cơ cấu dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ
ba pha rotor dây quấn.
Nội dung chương này là tính toán điện trở mở máy qua ba cấp điện trở, tính toán các
điện trở phụ để nâng tải, hạ tải và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho cơ cấu bằng cách dùng động
cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do kiến thức chưa sâu, kinh nghiệm thực tế chưa
nhiều và thời gian hạn hẹp không thể tránh khỏi những sai lầm thiếu sót. Rất mong nhận được
sự đóng góp chân thành của quý thầy cô và bạn bè.
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Trang 5/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
MỤC LỤC
Trang
Phần A: Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ cần trục dùng động
cơ điện một chiều kích từ song song
Chương I: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song
07
1. Phương trình đặc tính tốc độ
07
2. Phương trình đặc tính cơ
08
3. Ảnh hưởng của các thông số đến dạng đặc tính cơ
09
4. Đặc tính cơ khi đảo chiều quay động cơ
12
5. Tính toán điện trở phụ mở máy
14
6. Hãm máy
16
Chương II: Tính toán và thiết kế
25
1. Tính điện trở mở máy qua ba cấp điện trở mở máy
25
2. Tính điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải
27
3. Tính điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải
29
4. Sơ đồ nguyên lý
30
Phần B: Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ cần trục dùng động
cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn
Chương III: Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng
bộ ba pha rotor dây quấn
32
1. Phương trình đặc tính tốc độ
32
2. Phương trình đặc tính cơ
34
3. Ảnh hưởng của các thông số đến dạng đặc tính cơ
39
4. Tính toán điện trở phụ mở máy bằng phương pháp đồ thị
43
5. Hãm máy
44
Chương IV: Tính toán và thiết kế
48
1. Tính điện trở mở máy qua ba cấp điện trở mở máy
48
2. Tính điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải
55
3. Tính điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải
59
4. Sơ đồ nguyên lý
63
Tài liệu tham khảo
64
Trang 6/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
PHẦN A
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG
Chương I: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG
1. Phương trình đặc tính tốc độ:
- Phương trình đặc tính tốc độ là phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ
và dòng điện phần ứng của động cơ:
n = f(Iư)
- Theo định luật Kirchoff 2 ta có:
∑ E=∑ U
→ Eư = Uđm – RưIư
mà: Eư = Ke.Φđm.n
Trong đó:
+ KE=
p.N
: là hệ số sức điện động
60a
* P: là số đôi cực từ
* N: Tổng số thanh dẫn Rotor
* a: Số đôi mạch nhánh song song trên Rotor
+ Φđm= K.Iktđm: là từ thông kích từ định mức
* Iktđm: là dòng điện kích từ định mức
* K: hệ số kích từ
+ n: Tốc độ động cơ (vòng/phút)
→ Ke.Φđm.n = Uđm – RưIư
→ n=
U đm
K E .Φ đm
-
R .I
K E .Φ đm
(1)
Phương trình (1) gọi là phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên của động cơ điện một
chiều kích từ song song (độc lập).
- Khi Iư=0 (lúc động cơ không kéo tải)
n=
U đm
K E .Φ đm
= n0
Trang 7/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
n0: được gọi là tốc độ không tải lý tưởng
- Khi Iư ≠ 0:
R
Đặt: a TN = K .Φ
E
∆n TN = a TN .I =
: là hệ số góc (độ dốc) của đường đặt tính tốc độ tự nhiên.
đm
R .I
K E .Φ đm : là độ sụt áp của đường đặt tính tự nhiên.
Đoạn 1-3 = n0: Đoạn đặt tính tốc độ không tải.
Đoạn 2-3 = n2 = nđm: Đoạn đặt tính tốc độ định mức.
Đoạn 1-2 = n0.n2 = ΔnTN: Độ sụt tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên.
2. Phương trình đặt tính cơ:
- Phương trình đặt tính cơ là phương trình thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và
moment phát sinh của động cơ:
n = f(MĐ)
- Moment điện từ của động cơ:
M = KM.Φđm.Iư
P.N
: gọi là hệ số moment cản của động cơ
2π.a
M
⇒ I =
K M .Φ đm , thay vào phương trình tốc độ (1)
Với: K M =
n=
U đm
K E .Φ đm
-
R
.M
K E .K M .Φ 2đm
(2)
Phương trình (2) gọi là phương trình đặt tính cơ tự nhiên của động cơ một chiều
kích từ độc lập.
-
p.N
60.a
p.N
KE =
2π.a
K E 2π
1
⇒
= =
K M 60 9,55
⇒ K M =9,55K E
Ta có: K E =
Thay KM vào (2) ta có:
Trang 8/65
Đồ án Truyền động điện
n=
GVHD: Lưu Văn Quang
U đm
-
(
R
K E .Φ đm 9,55. K .Φ
E
đm
)
2
.M
(3)
Phương trình (3) gọi là phương trình đặt tính cơ tự nhiên của động cơ một chiều
kích từ độc lập nhưng không phụ thuộc vào hệ số KM.
Đoạn 1-3=n0: đoạn đặt tính tốc độ không tải
Đoạn 2-3=nA=nđm: Đoạn đặt tính tốc độ định mức
Đoạn 1-2=n0.n2=ΔnTN: Độ sụt tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên
3. Ảnh hưởng của các thông số đến dạng đặt tính cơ:
a. Ảnh hưởng của điện áp U:
- Với UKT=Uđm, Φ = Φđm, Rp=0 thì:
n=
U đm
K E .Φ đm
-
R
.M
K E .K M .Φ 2đm
U: là điện áp đặc lên phần ứng.
+ n=
U đm
K E .Φ đm
sẽ giảm theo.
+ aNT = aTN = const
+ ΔnTN = ΔnTN = const
- Kết luận: Họ các đường đặc tính cơ khi giảm điện áp là chùm đường thẳng song
song với đường đặc tính tự nhiên.
Trang 9/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
b. Ảnh hưởng của Rp trên mạch rotor:
- Với: U = Uđm, Φ = Φđm
⇒ n=
U đm
-
R + Rp
K E .Φ đm K E .K M .Φ 2đm
.M
- Khi Rp tăng thì:
+ n0 =
U đm
K E .Φ đm
= const
+ aNT > aTN
+ ΔNT > ΔTN
- Kết luận: Họ các đường đặc tính cơ là chùm đường thẳng xuất phát từ n 0.
c. Ảnh hưởng của từ thông (Φ):
Trang 10/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
- Khi tăng dần RpKT thì:
+ Ikt
+ Rp= 0
+ U=Uđm
⇒ n=
U đm
K E .Φ
-
R
.M
K E .K M .Φ 2
- Xét đặc tính tốc độ:
n=
U đm
K E .Φ đm
-
R I
K E .Φ đm
+ Khi mở máy thì: n=0
⇒ 0 = U đm − R I
U đm
R
+ Khi Φ ⇒ Iư=const và tốc độ n
⇒ I =
- Kết luận: Họ các đường đặc tính cơ là chùm đường thẳng đồng quy tại Iưmm
- Xét đặc tính cơ:
M mm = K M .Φ.Φ mm
Mmm tỉ lệ bậc nhất với từ thông nên: Φ ⇒ n0 và Mmm
Trang 11/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
- Kết luận: Đối với đặc tính cơ, việc giảm từ thông Φ sẽ làm tốc độ tăng hay giảm
tuỳ theo trị số tải.
Thường để sử dụng động cơ được bền thì phải thoả điều kiện:
Mc ≤ Mđm
Φ n
4. Đặc tính cơ khi đảo chiều động cơ:
Để đảo chiều quay động cơ điện một chiều, người ta có thể đảo cực tính điện
áp đặt lên phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ.
a. Đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng:
- Trạng thái động cơ quay thuận (T): Động cơ quay thuận khi Contactor T hoạt
động, lúc đó ta có:
+ nT > 0
+ EưT = KE.Φmm.nT > 0
+ I =
U đm − E T
=
R
K Eđm
.Φ
R
. ( n 0 -n T ) > 0
+ MĐT = KM.Φđm.IưT > 0
+ nT =
U đm
K Eđm
.Φ
R
.M > 0
.K đm
.Φ 2
EK M
−
- Trạng tháiđộng cơ quay nghịch (N): Động cơ quay nghịch khi Contactor N hoạt
động, lúc đó ta có:
+ Uư = (-Uđm)
+ nN < 0
+ EưN = KE.Φđm.nN < 0
Trang 12/65
Đồ án Truyền động điện
+ I N =
GVHD: Lưu Văn Quang
-U đm − E N
R
=
-U đm + E N
R
<0
+ MĐN = KM.Φđm.IưT < 0
+ nN =
-U đm
K E .Φ đm
+ n N = −n 0 +
−
R
.M
K E .K Mđm
.Φ 2
R
.M
K E .K Mđm
.Φ 2
b. Đảo chiều quay bằng cách đảo chiều Ikt:
- Trạng thái đông cơ quay thuận (T): Động cơ quay thuận khi Contactor T hoạt
động, lúc đó ta có:
+ nT > 0
+ EưT = KE.Φmm.nT > 0
+ I =
U đm − E T
=
R
K Eđm
.Φ
R
. ( n 0 -n T ) > 0
+ MĐT = KM.Φđm.IưT > 0
+ nT =
U đm
K Eđm
.Φ
R
.M > 0
.K đm
.Φ 2
EK M
−
- Trạng thái động cơ quay nghịch (N): Động cơ quay nghịch khi Contactor N hoạt
động, lúc đó ta có:
+ nN < 0
+ Φ = (-Φđm)
+ EưN = KE.(-Φđm).nN > 0
Trang 13/65
Đồ án Truyền động điện
+ I N =
GVHD: Lưu Văn Quang
U đm − E N
R
>0
+ MĐN = KM.(-Φđm).IưN < 0
+ nN =
-U đm
K E .(-Φ đm )
+ n N = −n 0 +
−
R
.M> 0
K E .K Mđm
.(−Φ 2 )
R
.M
K E .K Mđm
.Φ 2
5. Tính Rp mở máy:
a. Vấn đề mở máy:
Phương trình đặc tính tốc độ:
n =
U đm
K Eđm
.Φ
R
.Φ
EK đm
−
.I
- Khi mở máy n = 0
⇒ I mm =
U đm
R
Thường R = 1
R = ( 0, 04 − 0, 05 )
I mm = ( 20 − 25 ) Iđm
U đm
Iđm
Tác hại của dòng điện mở máy lớn:
+ Mmm mạnh
Trang 14/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
+ Dòng điện lớn sẽ cháy cách điện dây quấn động cơ
+ Tạo sụt áp trên lưới điện
+ Tạo lực điện động làm biến dạng rãnh.
Khắc phục:
+ Giảm dòng điện I maxđm
mm ≤ 2,5I
+ Muốn Imm ≤ Icp thì phải thêm Rp nối tiếp trên mạch Rotor
U đm
I mm =
=Icp
R + Rp
- Khi động cơ mở máy thì n>0
⇒ n ↑ , ⇒ E ↑ =K .Φ đm .n ↑
U đm − E
Nên: I = R + R sẽ giảm xuống, để tránh động cơ làm việc ổn định ở tốc độ
p
thấp người ta phải ngắt dần điện trở phụ ra khỏi mạch phần ứng.
b. Phương pháp tính Rp mở máy:
* Các điều kiện ban đầu: Để tính được điện trở mở máy ta cần phải biết trước các điều
kiện sau:
- Các thông số định mức: Pđm , U đm , Iđm , nηđm, đm
- Trị số tải Ic, Mc.
- Số cấp điện trở mở máy m.
* Tính Rp bằng phương pháp đồ thị.
- Bước 1: Ta tiến hành vẽ đường đặc tính tốc độ tự nhiên chọn giá trị lớn nhất và
giá trị nhỏ nhất cho phép trong quá trình mở máy.
I1đm
= ( 1,8 − 2,5 ) I
I 2đm
= ( 1,1 − 1,3) I , nếu Iđm > Ic , hoặc I2 = (1,2-1,3)Ic, nếu Icđm> I
Từ I1 và I2 dựng hai đường thẳng song song với trục tung, hai đường thẳng này cắt
đường tự nhiên tại hai điểm g và h, từ g kẻ đường thẳng song song với trục I cắt I2 tại
điểm f, nối n0f cắt đường (I) tại e. Sau đó tiếp tục từ e kẻ song song với I cắt đường (II)
tại điểm d, nối n0d cắt đường (I) tại điểm c, từ c kẻ đường song song với trục I cắt đường
(II) tại b, nối n0b cắt đường (I) tại a, a là giao điểm giữa trục I và đường (I).
- Bước 2: Tính Rp mở máy
+ Từ n0 kẻ đường song song với trục I cắt đường (I) tại điểm j
+ Tính độ sụt áp trên đường đặt tính:
Trang 15/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
* Tự nhiên: Δn TN =n 0 -n TN =
* Nhân tạo: Δn TN =n 0 -n TN =
R .I
K Eđm
.Φ
R +R p
K Eđm
.Φ
.I
Với cùng một giá trị phụ tải thì:
Δn
Δn TN
R
=
⇒ R p = R TN − 1
Δn NT R + R p
Δn NT
je-jg
eg
= R
(1) R pI = R
jg
jg
jc-jg
cg
ja-jg
ag
(2) R pII =
= R jg
jg
(3) R pIII =
= R jg
jg
Từ đó ta tính được:
Rp1 = RpI
Rp2 = RpII - RpI
Rp3 = RpIII - RpII
c. Giải thích quá trình mở máy:
- Đầu tiên để mở máy ta đưa đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng, dòng điện mở
máy được hạn chế xuống bằng giá trị I1
I mm = I1đm=
U đm
= (1,8 − 2,5).I
R + R p1 +R p2 +R p3
- Tại a, do I > Ic nên động cơ tăng tốc trên đường số (3), lúc này thì n > 0,
⇒ E = K Eđm
.Φ .n ↑ >0 , nên dòng I =
U đm − E
giảm dần để cuối cùng làm việc
R + R p1 +R p2 +R p3
ổn định tại b. Để tránh động cơ làm việc với tốc độ thấp tại b thì người ta tiến hành đóng
tiếp điểm 3G lại để loại điện trở R p3, điểm làm việc chuyển từ b sang c rồi tiếp tục tăng
tốc đến điểm d thì tiếp điểm 2G đóng lại để loại điện trở R p2, động cơ tăng tốc đến đường
số (1) cho đến điểm f thì tiếp điểm 1G đóng lại loại điện trở R p1, điểm làm việc chuyển từ
f sang g để cuối cùng làm việc ổn định tại A, kết thúc quá trình mở máy.
6. Hãm máy:
Hãm máy là trạng thái tại đó tốc độ và moment động cơ ngược chiều nhau. Hãm
máy được dùng trong các trường hợp sau:
- Hãm máy dùng trong các trường hợp dừng nhanh động cơ.
- Giữ cho một tải thế năng hạ tải với tốc độ không đổi.
- Giữ cho một tải thế năng đứng yên trên cao.
Trạng thái động cơ khi tiến hành hãm máy:
+ n>0
.Φ .n>0
+ E = K Eđm
Trang 16/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
U đm − E
>0
R
.Φ .n>0
+ MÐ= K Mđm
R
.M > 0
+ n = n0 K E .K Mđm
.Φ 2
+ PÐC =U đm .I >0
+ I =
a. Hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái hãm xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ
lý tưởng: n > n0
* Giảm tốc độ bằng phương pháp giảm điện áp
- Tại điểm B thì:
+ nB > 0
.Φ
U1 − E B K Eđm
=
.(n o1 -n B )<0
R
R
.Φ .I <0
+ MÐ= K Mđm
R
.M > 0
+ n = n 01 9,55(K Eđm
.Φ ) 2
+ I =
Kết luận: B là điểm bắt đầu hãm tái sinh
- Tại đoạn Bn01 thì:
+ n > n01 > 0
.Φ .n>0
+ E = K Eđm
Trang 17/65
Đồ án Truyền động điện
.Φ
U1 − E B K Eđm
=
R
R
.Φ .I <0
+ MÐ= K Mđm
+ I =
GVHD: Lưu Văn Quang
.(n o1 -n B )<0
Kết luận: Từ n > n01 > 0 và MÐ < 0 ta suy ra Bn01 là đoạn đặc tính hãm tái sinh,
nằm ở góc phần tư thứ hai.
Do hãm tái sinh nên khi n ↓→ M ↓ nên phương trình đặc tính cơ là:
Ð
R
.M
9,55(K Eđm
.Φ ) 2
R
.M
Hay n = n 01 +
9,55(K Eđm
.Φ ) 2
n = n 01 -
Công suất động cơ trên đoạn Bn01:
P=U1.I <0 , gọi là chế độ hãm tái sinh hay còn gọi là hãm máy phát.
- Tại điểm n01 thì :
+ n = n01 > 0
.Φ .n>0
+ E = K Eđm
+ I =
.Φ
U1 − E B K Eđm
=
R
R
.(n o1 -n B )<0
+ MÐ= 0
- Tại đoạn n01c thì:
+ n = n01 > 0
.Φ .n>0
+ E = K Eđm
.Φ
U1 − E B K Eđm
=
R
R
.Φ .I >0
+ MÐ= K Mđm
+ I =
.(n o1 -n B )>0
Kết luận: Đoạn n01c là đoạn đặc tính động cơ giảm tốc
Phương trình đặc tính tốc độ là:
n = n 01 −
R
.M
9,55(K Eđm
.Φ ) 2
Khi giảm điện áp điểm làm việc chuyển từ A sang B bắt đầu quá trình hãm tái sinh,
do hãm tái sinh nên tốc độ động cơ giảm nhanh về n 01 MÐ = 0 do tải thế năng cản trở
chuyển động nên tốc độ tiếp tục giảm về C đồng thời M Ð tăng dần đến điểm C thì cân
bằng MÐ và Mc hệ thống làm việc ổn định ở tốc độ mới.
Kết luận: Khi giảm điện áp để giảm tốc độ động cơ thì hãm tái sinh nằm ở góc
phần tư thứ 2.
* Đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng để đảo chiều quay nhằm hạ tải thế năng:
- Tại điểm B1 thì:
+ nB1 > 0
.Φ B1.n >0
+ E B1 = K Eđm
(-U đm ) − E B1
<0
R
.Φ .I B1 < 0
+ MÐB1= K Mđm
+ I B1 =
Trang 18/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
Kết luận: B1 là điểm bắt đầu hãm ngược.
- Tại đoạn B1C1 thì:
+n>0
.Φ .n > 0
+ E = K Eđm
(-U đm ) − E
<0
R
.Φ .I < 0
+ MÐ = K Mđm
+ I =
Kết luận: Đoạn B1C1 là đoạn đặc tính hãm ngược.
Giải thích quá trình hãm ngược: Hệ thống đang làm việc ổn định tại điểm A, để
nâng tải thì người ta tiến hành đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng để hạ tải thế năng.
Do quán tính, tốc độ vẫn quay theo chiều cũ, điểm làm việc chuyển từ A sang B 1 lúc này
dòng điện phần ứng và moment động cơ đảo chiều, quá trình hãm ngược xảy ra làm giảm
nhanh tốc độ về 0 (C1)
- Tại điểm C1 thì:
+ nc1 = 0
.Φ .n < 0
+ E 1 = K Eđm
+ I C =
1
(-U đm ) − E -U đm + E
=
<0
R
R
+ MÐC1 < 0
Kết luận: Điểm C1 bắt đầu quá trình mở máy ngược
- Tại đoạn C1 (-n0) thì:
+ nc1 < 0
+ E C = 0
1
U đm
= I mmN < 0
R
.Φ .I < 0
+ MÐC1 = K Mđm
+ I C =1
Kết luận: Đoạn C1(-n0) là đoạn đặt tính động cơ quay ngược
- Tại điểm (-n0) thì:
Trang 19/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
+ n < 0 và n = -n 0
.Φ .n < 0
+ E = K Eđm
+ I =
(-U đm ) − E -U đm + E (K E .Φ đm )
=
=
(-n 0 + n ) = 0
R
R
R
.Φ .I = 0
+ MÐ = K Mđm
- Tại đoạn (-n0) E1 thì:
+ n < 0 và n = -n 0
.Φ .n < 0
+ E = K Eđm
(-U đm ) − E (-U đm ) + E
=
R
R
K Eđm
.Φ
.(-n 0 + n ) > 0
Hay: I =
R
+ I =
.Φ .I > 0
+ MÐ = K Mđm
Khi n ↑→ n ↑→ I ↑ >0 ⇒ M ↑ >0
Kết luận: Đoạn (-n0)E1 là đoạn đặc tính tái sinh.
Ð
Giải thích: Trên đoạn C1D1 động cơ đảo chiều, do tác dụng của M c và MÐ động cơ
tăng tốc và làm việc ở trạng thái quay ngược cho đến (-n 0) thì moment động cơ bằng 0,
nhưng do sự hỗ trợ của tải thế năng nên động cơ tiếp tục tăng tốc từ -n 0 đến E1. Trên đoạn
–n0E1 thì moment động cơ dương trở lại, quá trình hãm tái sinh diễn ra, nhưng do M Ð <
Mc nên ảnh hưởng của Mc lớn hơn nên động cơ tiếp tục tăng tốc cùng với M Ð tăng dần trị
số cho đến điểm E1 thì MÐ = Mc, tải được hạ xuống với tốc độ không đổi (-nE1).
b. Hãm ngược:
Hãm ngược xảy ra trên rotor của động cơ do động năng tích luỹ trong các bộ phận
khi chuyển động hoặc do tải thế năng làm cho nó quay ngược chiều với moment điện từ ở
lúc đó.
* Hãm ngược bằng cách đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng
- Khi hãm ngược bằng cách đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng thì:
n > 0 ⇒ Eư > 0
⇒ IưHN =
(− U dm ) − E u
<0
Ru
Kết luận: MĐ < 0 , B1C1 là đoạn đặc tính hãm ngược bằng cách đảo cực tính
điện áp lên phần ứng.
Giải thích: Khi hệ thống đang làm việc nếu tiến hành đảo cực tính điện áp lên phần
ứng thì lúc này do quán tính tốc độ vẫn quay theo chiều cũ nhưng moment động cơ đã đảo
chiều nên quá trình hãm ngược làm giảm nhanh tốc độ về 0.
Trang 20/65
Đồ án Truyền động điện
Mà:
Iưmm
GVHD: Lưu Văn Quang
U dm
Ru
[ I uHN ] = (− U dm ) − E u
Ru
=> [ I uHN ] > [ I umm ]
Vì dòng hãm ngược lớn hơn dòng mở máy nên người ta phải tìm cách hạn chế
dòng hãm ngược không được vượt quá 2,5 lần dòng định mức. Để khắc phục người ta
thêm điện trở phụ vào phần ứng.
(− U dm ) − E u
I uBHN
≤ 2,5I dm
R u + R PHN
Tuy nhiên nếu thêm điện trở phụ để hạn chế dòng điện hãm ngược thì cuối cùng
động cơ hạ tải với tốc độ (-nE2) cao hơn yêu cầu. Để tránh trường hợp này thì khi động cơ
tăng tốc đến D2 thì ta tiến hành ngắt điện trở phụ ra khỏi mạch phần ứng, chuyển điểm
làm việc sang D1 để cuối cùng làm việc ổn định tại E1.
Phương trình đặc tính cơ (1) và (2)
(1) n =
− U dm
Ru
−
.M
K E .Φ dm 9,55.(K E .Φ dm ) 2
(2) n =
− U dm
R u + R PHN
−
.M
K E .Φ dm 9,55.(K E .Φ dm ) 2
* Hãm ngược bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạ tải:
* Tại điểm B: Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì:
+ IưB ↓ =
(− U dm ) − E u
>0
Ru + RP
+ MĐB ↓= K M .Φ đm. IưB > 0
Kết luận: MĐ < MC nên hệ thống giảm tốc.
Giải thích: Để hạ tải người ta thêm điện trở phụ vào mạch rotor điểm làm việc
chuyển sang B, tốc độ vẫn quay theo chiều cũ nhưng lúc này M Đ < MC nên hệ thống bắt
đầu quá trình giảm tốc từ B C→
* Tại đoạn BC thì:
+ n↓ > 0
+ Eư ↓ = KM. Φ đm . n > 0
+ Iư
↑=
U dm − E u K E .Φ dm
=
.(n o − n) > 0
Ru + RP Ru + RP
Trang 21/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
+ MĐ ↑= Κ Μ .Φ dm .I u ↑> 0
Kết luận: BC là đoạn đặc tính động cơ quay thuận giảm tốc độ.
- Tại điểm C: Tốc độ bằng 0 nhưng trên động cơ còn M Đ và MC ngược chiều nhau
nhưng vì MC có giá trị lớn hơn nên nó kéo rotor theo chiều của nó, nhờ thế tải được hạ
xuống.
- Tại điểm CE1 thì:
+n<0
+ Eư = KE. Φ đm. n < 0
U
−E
dm
u
+ Iư = R + R > 0
u
p
+ MĐ > 0
Kết luận: CE1 là đoạn đặc tính hãm ngược theo điện trở phụ.
Phương trình đặc tính cơ là:
n=
Ru + Rp
U dm
−
.M
K E .Φ dm 9,55.(K E .Φ dm ) 2
c. Hãm động năng:
* Hãm động năng kích từ độc lập
Trang 22/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
- Động cơ đang làm việc để thực hiện hãm động năng kích từ độc lập người ta tiến
hành ngắt phần ứng ra khỏi lưới điện, cuộn kích từ vẫn còn được cung cấp điện. Lúc đó ta
có:
+n>0
+ Eư = KE . Φ đm . n > 0
+ Iư
=
0 − Eu
<0
R u + R HDN
+ MĐ = Κ Μ .Φ dm .I u < 0
- Phương trình đặc tính khi hãm động năng kích từ độc lập.
n= −
(R u + R HDN )
.M
9,55.(K E .Φ dm ) 2
Kết luận: Hãm động năng kích từ độc lập nằm ở góp phần tư thứ 2 trong hệ
trục toạ độ Mon.
- Dòng điện bắt đầu hãm động năng:
Iư =
− Eu
≤ 2,5I dm
R u + R HDN
- Giải thích: Quá trình hãm động năng diễn ra làm giảm tốc độ động cơ về 0. Tại
đây nếu ngắt nguồn hoặc tải phản kháng thì động cơ sẽ dừng, nếu tải thế năng thì sẽ thêm
đoạn OC.
+ Đoạn BO là đoạn đặc tính hãm động năng kích từ độc lập đối với tải phản kháng.
+ Đoạn BOC là đoạn đặc tính hãm động động năng kích từ độc lập đối với tải thế
năng.
* Hãm động năng tự kích từ
+
_
CKT
Iktdm
Ødm
n
+
A
EU
Iu
IH
R HÐN
Trang 23/65
B
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
- Để có thể thực hiện hãm động năng ngay khi cả mất điện ta dùng hãm động năng
tự kích từ: động cơ đang làm việc ta ngắt phần ứng và cuộn kích từ ra khỏi lưới điện và
đóng qua điện trở hãm. Lúc đó ta có:
+n>0
+ Eư = Kư. Φ dư. n > 0
+ Iư =
− Eu
< 0 (vì U = 0)
R u + (R HDN //R CKT )
+ MĐ = KM.Фdư.Iư < 0
- Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích:
R .R
R u + HDN CKT
R HDN + R CKT
n
=
9,55.(K E .ΦΦ2
.M
Do hãm động năng nên n ↓→ Ε u ↓→ Ι u ↓→ Ι KT ↓→ Φ ↓
n≡
Μ
Φ2
Vì n còn phụ thuộc tỉ lệ bậc hai với Ф nên đường biểu diễn là một đường cong đi
qua góc O. Nếu tải phản kháng thì đoạn hãm động năng tự kích từ là đoạn BO, còn nếu tải
thế năng là đoạn BOC.
Trang 24/65
Đồ án Truyền động điện
GVHD: Lưu Văn Quang
CHƯƠNG II:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
1. Tính điện trở phụ mở máy biết rằng động cơ kéo tải định mức và động cơ mở máy
qua 3 cấp điện trở phụ:
*- Dòng điện định mức chạy qua phần ứng:
Iưđm = Iđm - Iktđm = 490482 – 4,4537 = 48577,556 (A)
* Điện trở phần ứng:
Pđiện
Động cơ
Pcơ = Pđm
Trang 25/65
