Giáo trình Truyền động điện
MỤC LỤC
Trang
Chương 1 Những khái niệm cơ bản
về hệ thống truyền động điện (2 tiết) 1
1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện 1
1.1.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 1
1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 2
1.2 Đặc tính cơ của truyền động điện 3
1.2.1 Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất 3
1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện 4
1.2.3 Độ cứng của đặc tính cơ 5
1.2.4 Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ
của cơ cấu sản xuất 6
Chương 2 Các đặc tính và trạng thái làm việc
của động cơ điện (8 tiết) 7
2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 7
2.1.1 Phương trình đặc tính cơ 7
2.1.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 10
2.1.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ độc lập 12
2.1.4 Đảo chiều quay động cơ 13
2.2 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 14
2.2.1 Phương trình đặc tính cơ 14
2.2.2 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 16
2.2.3 Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 17
2.2.4 Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 17
2.3 Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều 18
2.3.1 Hãm tái sinh 19
2.3.2 Hãm ngược 20
2.3.3 Hãm động năng 22
2.4 Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ (KĐB) 24
2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 24
2.4.2 Phương trình đặc tính cơ 26
2.4.3 Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ 28
2.4.4 Mở máy (khởi động) động cơ điện KĐB 31
2.4.5 Đảo chiều quay động cơ điện KĐB 34
2.5 Các trạng thái hãm của động cơ điện KĐB 352.5.1 Hãm tái sinh 35
2.5.2 Hãm ngược 36
2.5.3 Hãm động năng 37
Chương 3 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện (8 tiết) 40
3.1 Các chỉ tiêu chất lượng điều chỉnh tốc độ 41
3.1.1 Dải điều chỉnh tốc độ 41
3.1.2 Độ trơn điều chỉnh 41
3.1.3 Độ ổn định tốc độ (độ cứng của đặc tính cơ) 41
3.1.4 Tính kinh tế 42
3.1.5 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải 42
3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song) (1t) 42
3.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 42
3.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 44
3.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng 45
3.3 Các hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện một chiều (4t) 46
3.4.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ) 46
3.4.1.1 Hệ F - Đ đơn giản 46
3.4.1.2 Hệ F - Đ có phản hồi âm áp, dương dòng. 47
3.4.1.3 Hệ F - Đ có phản hồi âm tốc độ 49
3.4.2 Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ) 49
3.4.3 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ 51
3.4.3.1 Giới thiệu Thyristor 51
3.4.3.2 Các sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 55
3.4.3.3 Hệ truyền động T - Đ 56
3.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB (2t) 58
3.5.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. 58
3.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato. 59
3.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. 59
3.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ. 60
Chương 4 Tính chọn công suất động cơ (2 tiết) 61
4.1 Những vấn đề chung 61
4.2 Phát nóng và nguội lạnh của động cơ 61
4.3 Các chế độ làm việc của truyền động điện 62
4.4 Tính chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ 63
4.4.1 Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn 63
4.4.2 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn 644.4.3 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 65
4.5 Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ 65
4.6 Kiểm nghiệm công suất động cơ 66
Chương 5 Các phần tử khống chế
tự động truyền động điện (3 tiết) 67
5.1 Các phần tử bảo vệ 67
5.1.1 Cầu chảy 67
5.1.2 Rơle nhiệt 68
5.1.3 Áptômat 69
5.2 Các phần tử điều khiển 70
5.2.1 Công tắc 70
5.2.2 Nút ấn 71
5.2.3 Cầu dao 72
5.2.4 Bộ khống chế 73
5.2.5 Công tắc tơ 74
5.3 Rơle 74
5.3.1 Rơle điện từ 74
5.3.2 Rơle trung gian 76
5.3.3 Rơle dòng điện và rơle điện áp 77
5.3.4 Rơle thời gian 78
Chương 6 Các nguyên tắc điều khiển tự động
truyền động điện (3 tiết) 79
6.1 Khái niệm chung 79
6.2 Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian. 79
6.3 Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ. 82
6.4 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện. 84
6.5 Các nguyên tắc điều khiển khác. 86
Chương 7 Các sơ đồ hệ thống điều khiển
truyền động điện điển hình (19 tiết) 87
7.1 Trang bị điện - điện tử máy doa (2t) 87
7.1.1 Đặc điểm công nghệ, yêu cầu về truyền động điện và TBĐ 87
7.1.2 Sơ đồ truyền động chính của máy doa ngang 2620 87
7.2 Trang bị điện - điện tử máy tiện (4t) 89
7.2.1 Đặc điểm công nghệ 89
7.2.2 Sơ đồ truyền động chính máy tiện 1A660 89
7.3 Trang bị điện - điện tử máy bào giường (3t) 94
7.3.1 Đặc điểm công nghệ 947.3.2 Sơ đồ truyền động chính máy bào giường hệ F-Đ 95
7.4 Trang bị điện - điện tử máy mài (2t) 99
7.4.1 Đặc điểm công nghệ 99
7.4.2 Sơ đồ truyền động chính máy mài 3A161 99
7.5 Trang bị điện - điện tử lò hồ quang (4t) 101
7.5.1 Khái niệm chung và phân loại 101
7.5.2 Sơ đồ điện thiết bị chính mạch lực lò hồ quang 101
7.5.3 Nguyên lý làm việc của lò hồ quang 102
7.5.4 Sơ đồ 1 pha khống chế dịch cực lò hồ quang 104
7.6 Trang bị điện - điện tử thang máy (4t) 105
7.6.1 Đặc điểm công nghệ 105
7.6.2 Vấn đề dừng chính xác thang máy 105
7.6.4 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình 107
Tài liệu tham khảo 110
của cáp, tăng độ an toàn. Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm, mục đích để giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20÷40)% tốc độ định mức. Ngoài ra một số thang máy còn trang bị bộ phận phanh hãm làm việc theo nguyên tắc: khi động cơ Đ kéo buồng thang chưa có điện thì phanh hãm kẹp chặt trục động cơ. Khi động cơ Đ có điện thì phanh hãm giải phóng trục động cơ để cho buồng thang di chuyển. Bố trí các nút ấn trên thang máy: Ở mỗi cửa tầng có nút ấn gọi tầng, bên trong buồng thang có các nút ấn đến tầng. 7.6.2 Vấn đề dừng chính xác thang máy Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hậu quả sau: Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 106 - Đối với thang máy chở khách sẽ làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng suất. - Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. * Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang. Trong khoảng thời gian ∆t (là thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là: S' = Vo.∆t, [m] Trong đó Vo là tốc độ của buồng thang lúc bắt đầu hãm. Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S''. S'' = )( Cph o FF mV ±2 2 , [m] Trong đó: m - Khối lượng các thành phần chuyển động của buồng thang, [kg]. Fph - Lực phanh, [N] FC - Lực cản tĩnh. Dấu (+) hoặc (-) trong biểu thức phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực FC: khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-). Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là: S = S' + S'' = Vo.∆t + )( Cph o FF mV ±2 2 m Vo Smin Smax S A' A A'' Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải (Smax) và phanh buồng thang không tải (Smin) theo cùng một hướng di chuyển. Như vậy, công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường Smax và Smin. Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là: ∆S = 2 minmax SS − Ta thấy sai số này phụ thuộc chủ yếu vào các tham số: tốc độ thang máy trước khi dừng, thời gian trễ của các tín hiệu điều khiển, khối lượng buồng thang, lực cản khi hãm. Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 107 7.6.3 Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình Hệ thống truyền động điện dùng cho thang máy tốc độ trung bình thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ 2 cấp tốc độ. Hệ này đảm bảo dừng chính xác cao, thực hiện bằng cách chuyển tốc độ của động cơ xuống thấp (Vo) trước khi buồng thang sắp đến sàn tầng. Cầu dao CD và áptômát Ap: Đóng nguồn cung cấp cho hệ truyền động. Đ: Động cơ quay buồng thang. Khi các tiếp điểm của các công tắc tơ: N +C : Buồng thang sẽ được nâng lên với tốc độ cao. N + T : Buồng thang được nâng lên với tốc độ thấp. H + C : Buồng thang được hạ với tốc độ cao. H + T : Buồng thang được hạ với tốc độ thấp. NCH: Nam châm của phanh hãm điện từ. Khi công tắc tơ N hoặc H có điện sẽ làm cho NCH , phanh hãm giải phóng trục cho động cơ Đ kéo buồng thang di chuyển. Các đèn Đ1 ÷ Đ5 là 5 đèn ở các cửa tầng. Đ6 là đèn chiếu sáng ở trong buồng thang. 1CT ÷ 5CT là các công tắc ở các cửa tầng. Các công tắc chuyển đổi tầng 1CĐT ÷ 5CĐT có 3 vị trí, đây là các cảm biến dừng buồng thang và xác định vị trí thực của buồng thang so với các tầng. Khi buồng thang ở dưới một tầng nào thì công tắc CĐT tương ứng mà buồng thang đã đi qua được gạt về bên trái. Khi buồng thang ở trên tâng nào thì các công tắc CĐT tương ứng mà buồng thang đã đi qua được gạt về bên phải. Điều khiển hoạt động của thang máy được thực hiện từ hai vị trí: Tại cửa tầng bằng nút ấn gọi tầng 1GT÷5GT và trong buồng thang bằng các nút bấm đến tầng 1ĐT÷5ĐT. Để dừng buồng thang tại mỗi sàn tầng, trong sơ đồ dùng hãm cuối HC đặt trong buồng thang. HC có thể bị ấn hở ra do các chốt cơ khí đặt ở các sàn tầng hoặc khi cuộn dây 2NC (17) sẽ hút tiếp điểm HC(14). Hãm cuối 1HC(1) và 2HC(1) liên động với sàn buồng thang. Nếu trong buồng thang có người, tiếp điểm của chúng mở ra. 1HC nối song song với công tắc cửa buồng thang CBT, nên dù 1HC mở nhưng mạch vẫn được nối liền qua CBT. Khi có người vào trong buồng thang thì HC2 (1), làm cho cuộn dây rơle trung gian RTr (1), tiếp điểm thường kín của nó RTr làm các đèn Đ1÷Đ6 sáng lên báo hiệu buồng thang đang làm việc và chiếu sáng buồng thang. HC2 (1) cũng sẽ làm các nút ấn gọi tầng 1GT÷5GT mất tác dụng. 2PK÷5PK: Các chốt then cài cửa tầng. 1PK: Được đóng bởi nam châm (cuộn dây) 1NC(16). FBH: Công tắc hành trình liên động với phanh hãm điện từ. Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 108 * Điều kiện làm việc: Thang máy chỉ được phép làm việc khi đã có đủ các điều kiện liên động: + 1D kín, 2D kín, 3D kín, CT kín, FBH kín. + 1CT ÷ 5CT kín (các cửa tầng đã đóng). + Cửa buồng thang đóng: CBT kín. * Nguyên lý hoạt động a) Buồng thang đang ở tầng số 1, hiện có một khách ở tầng 1 muốn lên tầng 5: Khách vào buồng thang, các điều kiện làm việc đã đủ: tiếp điểm HC2 (1) làm cuộn dây RTr (1) -> tiếp điểm thường kín RTr -> các đèn Đ1÷Đ6 sáng lên, các nút gọi tầng mất tác dụng. Khách ấn vào nút đến tầng 5ĐT trong buồng thang -> có xung 5ĐT(2) -> cuộn dây 5RT (2) -> tiếp điểm 5RT (3) -> cuộn dây C (12) -> tiếp điểm C (15) -> cuộn dây 2NC (17) hút tiếp điểm HC(14) (đặt ở trên buồng thang) hở ra để cho tiếp điểm HC(14) không bị gạt bởi các chốt cơ khí ở các sàn tầng 1,2,3,4. Đồng thời tiếp điểm C (15) sẽ làm cho cuộn dây 1NC (16) -> hút tiếp điểm cơ khí PK1 (12) -> cuộn dây N (13) (do tiếp điểm 5RT (20) + tiếp điểm 5CĐT đang nằm về bên trái). Kết quả ta có các công tắc tơ N +C : Động cơ quay đưa buồng thang đi lên với tốc độ cao. Khi khách thả nút ấn 5ĐT(2) ra, cuộn dây của công tắc tơ nâng N(13) được duy trì bởi tiếp điểm T (13) + N (13). Buồng thang di chuyển nhanh qua các tầng 1,2,3,4 làm các công tắc chuyển đổi tầng 1CĐT, 2CĐT, 3CĐT, 4CĐT bị gạt về bên phải. Khi buồng thang chạy đến gần sàn tầng số 5, nó sẽ gạt 5CĐT vào giữa, làm cho cuộn dây C (12) và cuộn dây 5RT (2) -> tiếp điểm C (15) -> cuộn dây 2NC (17) -> tiếp điểm cơ khí HC (14): phục hồi tiếp điểm có khí HC để chuẩn bị cho HC gạt vào chốt cơ khí ở sàn tầng 5. Đồng thời lúc này tiếp điểm thường kín C (18) -> cuộn dây công tắc tơ T (18). Kết quả các công tắc tơ sau có điện: N + T , buồng thang được nâng lên với tốc độ thấp. Mạch duy trì lúc này là HC (14) + N (13). Khi động cơ chạy đến ngang sàn tầng 5, chốt cơ khí ở sàn tầng 5 gạt vào HC(14) làm HC (14) làm mạch duy trì bị mất, cuộn dây N (13) -> tiếp điểm N (17) -> cuộn dây công tắc tơ T (18). Cả 2 công tắc tơ N và T đều mất điện làm động cơ Đ mất điện và phanh hãm kẹp chặt trục động cơ Đ làm động cơ Đ dừng lại. Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 109 b) Buồng thang đang ở tầng số 5, hiện có một khách ở tầng 2 muốn dùng thang máy: Khách bấm nút gọi tầng 2GT, lúc này nút gọi tầng chỉ có hiệu quả khi trong thang máy không có người, do đó tiếp điểm HC2 (1). Khi ấn 2GT(9) thì cuộn dây 2RT (8) -> tiếp điểm 2RT (9) -> cuộn dây C (12) -> tiếp điểm C (15) -> cuộn dây 2NC (17) hút tiếp điểm cơ khí HC(14) (đặt ở buồng thang) hở ra để nó không gạt vào các chốt cơ khí ở các sàn tầng 5,4,3. Đồng thời tiếp điểm C (15) cũng sẽ làm cuộn dây 1NC (16) làm hút tiếp điểm PK1 (12), do đó cuộn dây công tăc tơ H (14). Kết quả H +C : Buồng thang được hạ với tốc độ cao. Khi hành khách thả nút ấn 2GT thì mạch được duy trì bởi tiếp điểm H (14) + T (13). Buồng thang hạ nhanh qua các tầng 5,4,3 làm gạt các công tắc chuyển đổi tầng 5CĐT, 4CĐT, 3 CĐT về bên trái. Khi buồng thang gần đến sàn tầng số 2 từ phía trên làm gạt công tắc 2CĐT vào giữa, làm cho các cuộn dây C (12) + 2RT (8), do đó tiếp điểm C (15) -> cuộn dây nam châm 2NC (17) làm cho tiếp điểm HC(14) được phục hồi để chuẩn bị gạt vào chốt cơ khí ở tầng 2. Đồng thời tiếp điểm thường kín C (18) làm cho cuộn dây T (18). Kết quả là các công tắc tơ H + T : buồng thang được hạ với tốc độ thấp. Mạch duy trì lúc này là các tiếp điểm HC (14) + H (14). Khi buồng thang hạ đến sàn tầng số 2, chốt cơ khí ở sàn tâng 2 ấn vào HC(14) làm HC (14), làm hở mạch duy trì, các công tắc tơ H và T mất điện làm động cơ Đ bị cắt điện, nam châm điện kẹp chặt trục động cơ làm buồng thang dừng lại. Khách vào buồng thang, nếu chọn đến tầng nào thì quá trình diễn ra tương tự như trường hợp đi từ tầng 1 đến tầng 5 đã phân tích ở trên. Tài liệu tham khảo 1. Trang bị điện - điện tử công nghiệp, Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục - 2000. 2. Điều khiển tự động truyền động điện, Trịnh Đình Đề, Võ Trí An, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp - 1983. 3. Giáo trình truyền động điện tự động, ThS. Khương Công Minh, Tài liệu lưu hành nội bộ Bộ môn Tự động-Đo Lường, ĐHBK - Đại học Đà Nẵng. 4. Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, NXB KH và KT - 2001. 5. Trang bị điên- điện tử máy gia công kim loại, Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi, NXB Giáo Dục. 6. Trang bị điên- điện tử máy scông nghiệp dùng chung, Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, NXB Giáo Dục. 7. Cơ sở truyền động điện tự động, Tsilikin M. G. (sách dịch), NXB KH và KT - 1977. 8. Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện, Cyril W. Lander (sách dịch), NXB Khoa học và Kỹ thuật - 1993. 9. Điện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB Khoa học và Kỹ thuật - 2000
File đính kèm:
giao_trinh_truyen_dong_dien.pdf
