Tài liệu Chương 1 : Cơ sở Truyền động điện pdf

Tr-ờng đại học kỹ thuật công nghiệp
Khoa Điện
Bộ Môn Tự Động hoá xncn

Bài giảng
Học phần:

Trang bị điện

Ng-ời thực hiện: Nguyễn Thị Chinh
Bộ môn

: Tự động hoá - Khoa Điện

Năm 2008


Ch-ơng 1 : Cơ sở Truyền động điện
1. Khái niệm chung về hệ truyền động điện

1.Cấu trúc chung và phân loại
a. Cấu trúc chung :
- Định nghĩa: Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị
nh-: Thiết bị ®iƯn, thiÕt bÞ ®iƯn tõ, thiÕt bÞ ®iƯn tư, phơc vụ cho
việc biến đổi năng l-ợng điện - cơ cũng nh- gia công truyền tín
hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng l-ợng đó.
- Truyền động lực cho một máy, một dây truyền sản xuất mà
dùng năng l-ợng điện gọi là truyền động điện
Cấu trúc của một hệ truyền động điện gồm 2 phần chính:

BBĐ

MSX

ĐC

R

RT

K

GN

KT

VT

Hình 1: Mô tả cấu trúc của hệ truyền động.
BBĐ- Bộ biến đổi; ĐC- Động cơ truyền động; MSX- Máy sản xuất;
RT- Bộ đ.chỉnh công nghệ; KT- Các bộ đóng cắt phục vụ công nghệ;
R- Các bộ điều chỉnh truyền động; K- Các bộ đóng cắt phục vụ
truyền động; VH- Ng-ời vận hành; GN- Mạch ghép nối.


ã Phần mạch lực: gồm bộ biến đổi và động cơ
truyền động.
ã Các bộ biến đổi th-ờng dùng là bộ biến đổi máy
điện (máy phát một chiều, xoay chiều), bộ biến đổi
điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bÃo hoà), bộ biến

đổi điện tử (chỉnh l-u tiristơr, biến tần tranzitor,
tiristơr).
ã Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều,
xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loại động
cơ điện đặc biệt khác


ã Phần mạch điều khiển: gồm các cơ cấu đo l-ờng,
các bộ điều chỉnh công nghệ, ngoài ra còn có các
thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và
cho ng-ời vận hành.
ã Đồng thời một số hệ truyền động điện có cả mạch
ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dây
chuyền sản xuất.
Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, không phải hệ
truyền động điện nào cũng có đầy đủ cấu trúc nhvậy


b. Phân loại hệ thống truyền động
* Phân loại theo số động cơ sử dụng:
Truyền động nhóm : Là hệ truyền động dùng một động cơ điện
để kéo một nhóm gồm nhiều máy sản xuất.
Truyền động đơn : Là hệ truyền động dùng một động cơ điện
để kéo toàn bộ một máy sản xuất.
Truyền động nhiều động cơ : Trong hệ truyền động này, mỗi
chuyển động riêng biệt của máy SX do một động cơ riêng đảm
nhiệm.
* Phân loại theo đặc điểm chuyển động:
- Chuyển động quay
- Chuyển động tịnh tiÕn (th¼ng)

* Phân loại theo chế độ làm việc:
- Chế dộ làm việc liên tục
- Chế dộ làm việc gián đoạn

* Phân loại theo chiều quay của động cơ:
-Truyền động có đảo chiều quay
-Truyền động không đảo chiều quay

* Phân loại theo dòng điện :
-Truyền động xoay chiều
-Truyền động một chiều


* Phân loại theo đặc điểm thay đổi các thông số điện
- Truyền động không điều chỉnh: Th-ờng chỉ có động cơ nối trực
tiếp với l-ới điện và kéo máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
- Truyền động có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc vào yêu
cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc ®é, trun
®éng ®iỊu chØnh momen, lùc kÐo vµ trun ®éng ®iỊu chØnh vÞ trÝ.
Trong cÊu tróc hƯ trun ®éng cã điều chỉnh có thể là truyền động
nhiều động cơ. Ngoài ra, tuỳ thuộc vào cấu trúc và tín hiệu điều
khiển ta có hệ truyền động điều khiển số, t-ơng tự hoặc truyền
động điều khiển theo ch-ơng trình.


2. Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa
momen và tốc độ quay của động cơ.

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: là đặc tính của
động cơ, nếu nh- động cơ vận hành ở chế độ định
mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối
thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ). Trên đặc
tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị
Mđm, đm.
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ: là đặc tính khi ta
thay đổi tham số nguồn hoặc nối thêm điện trở, điện
kháng vào động cơ.


Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, ng-ời ta đ-a ra khái
niệm độ cứng đặc tính cơ và đ-ợc tính :


M


lớn, ta có đặc tính cơ cứng, nhỏ, đặc tính cơ mềm,
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
Truyền động có đặc tính cơ cứng, tốc độ ít thay đổi khi
momen thay đổi lớn. Truyền động có đặc tính cơ mềm tốc độ
giảm nhiều khi momen
tăng.

1

2

2

1

M
0

3
M

Hình 2. Độ cứng đặc tính cơ.

1: đặc tính cơ cứng tuyệt đối; 2: đặc tính cơ cứng; 3: đặc
tính cơ mềm


3. Đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn
nó đ-ợc biểu diễn d-ới dạng biểu thức tổng quát:


c 

Mc  Mc0  (Mcdm  Mc0 )
 cdm

Trong đó:

Mc: Mômen ứng với tốc độ .
Mc0: Mômen ứng với tốc độ = 0.
Mdm: Mômen ứng với tốc độ đm

: Số mũ đặc tr-ng cho phụ tải


Ta có các tr-ờng hợp :
+ = 0, Mc = Mcdm = const: Ph-ơng trình đặc tính
của các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy
cắt gọt thuộc loại này. (đ-ờng 1)
+ = 1, Mômen tØ lƯ bËc nhÊt víi tèc ®é, thùc tÕ rÊt
Ýt gặp, về loại này có thể lấy ví dụ về máy phát một
chiều tải thuần trở. (đ-ờng 2)
+ = 2, Mô men tỉ lệ bậc hai với tốc độ, đây là đặc
tính của máy bơm, quạt gió (đ-ờng 3)


+  = -1, momen tØ lƯ nghÞch víi tèc độ, các cơ cấu
máy cuốn dây, cuốn giấy, các truyền động quay trục
chính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc loại này
(đ-ờng 4)
c

1

cđm

2
3

4
0

Mc
MCD

Mcđm


4. Trạng thái làm việc của truyền động điện.
Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá
trình biến đổi năng l-ợng điện - cơ. Chính quá trình
biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền
động điện.
Công suất điện Pđ điện có giá trị d-ơng nếu nhnó có chiều truyền từ nguồn về động cơ biến đổi công
suất điện thành công suất cơ Pc= M. cấp cho máy
sản xuất.
Công suất cơ Pc có giá trị d-ơng nếu momen
động cơ sinh ra có chiều cùng chiều với tốc độ quay.


Ng-ợc lại, công suất điện Pđ có giá trị âm nếu nó có
chiều từ động cơ về nguồn
Công suất cơ Pc có giá trị âm khi nó truyền từ máy
sản xuất về động cơ và momen động cơ sinh ra ng-ợc
chiều với tốc độ quay.
Momen của máy sản xuất đ-ợc gọi là phụ tải hay
momen cản. Nó cũng đ-ợc định nghĩa dấu âm và
d-ơng, ng-ợc lại với dấu momen động c¬.


Ph-ơng trình cân bằng công suất của hệ truyền động
điện là:

Pđ = Pc + P
Trong đó: Pđ: Công suất đi
Pc: Công suất cơ
P: Tổn thất công suất.
- Tuỳ thuộc vào biến đổi năng l-ợng trong hệ mà
ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái
động cơ và trạng thái hÃm
- Trạng thái động cơ: gồm chế độ có tải và chế độ
không tải.


- Trạng thái hÃm gồm: hÃm không tải, hÃm tái
sinh, hÃm ng-ợc và hÃm động năng.
HÃm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0 cơ năng biến
thành điện năng trả về l-ới.
HÃm ng-ợc: Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và
cơ năng chuyển thành tổn thất P.
HÃm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0 cơ năng
biến thành công suÊt tæn thÊt P.


Trạng thái hÃm và trạng thái động cơ đ-ợc phân bố trên đặc tính
cơ (M) ở góc phần t- II, IV: trạng thái hÃm, góc phần t- I, III

II



Trạng thái hÃm

I

Trạng thái động cơ
Mc

Mđ


Mc

PC = Mđ. < 0

M
đ

PC = Mđ. > 0

M
Mđ



Mc

PC = Mđ. > 0
III

Trạng thái động cơ

PC = Mđ. < 0

Mc

Mđ

IV

Hình 4. Trạng thái làm việc của TĐĐ trên các góc phần t- của đặc tính
cơ.


5. Ph-ơng trình động học của truyền động điện
Ph-ơng trình cân bằng năng l-ợng của hệ truyền động điện.
W = Wc + W
Trong đó:W là năng l-ợng đ-a vào động cơ.
Wc là năng l-ợng tiêu thụ của máy sn xut.
W: là mức chênh năng l-ợng giữa năng l-ợng đ-a vào và năng
l-ợng tiêu thụ chính là động năng của hệ:
W

1
J 2
2

Đạo hàm ph-ơng trình và chia 2 vế cho  ta cã :
1 dW 1 dWc 1 d 1 2


( Jω )
ω dt ω dt

ω dt 2


1 dW
M
dt

M: là momen của động cơ.

1 dWc
Mc
dt

Mc : là momen cản.

1d 1 2
( J ) Mdg
dt 2

Mdg : Momen động

Ph-ơng trình động học của hệ truyền động tổng quát có dạng:
d 1 dJ
M J. Mc
dt 2 dt
Thông th-ờng dJ/dt = 0, vì vậy ta có ph-ơng trình động học
th-ờng dùng là:

d
M J.

Mc
dt