Tập bài giảng Truyền động điện - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định

mdm    Sức điện động của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ định mức là Edmax= Ud0.cosαmin = K đmuCLđm IRR )(max   Ud0* cosαmin = 0,88 . 230,4 + (0,065 + 0,47) . 35,3 = 221,6 cosαmin = 1 225 6,2216,221 0  dU 0 min 0 * Tính góc mở αmax ứng với tốc độ 1/10 định mức Sức điện động của bộ chỉnh lưu tương ứng với tốc độ min là Edmin= Ud0.cosαmax =   đmuclđm IRRK  . = 0,88 . 23,04 +(0,065 + 0,47). 35,3= 39,2 cosαmax = 174,0 225 2,392,39 0  dU αmax = 80o * Tính tốc độ động cơ ứng với các góc α bằng 600, 450 ứng với tốc độ định mức Khi α = 60o Mômen định mức của động cơ là: )(6,28 4,230 610,610. 33 Nm P M đm đm đm   Tốc độ động cơ:   )/(456,28 88,0 54,0 88,0 60cos.225cos. 22 0 sradM K RR K U o dm CLu dm d         hay )/(18,106 88,0 3,35.54,05,0.225)(cos.0 srad K IRRU đm đmuCLd          α = 45o   )/(85,1606,28 88,0 54,0 88,0 45cos.225cos. 22 0 sradM K RR K U o đm CLu đm d         * Tính độ cứng của hệ chỉnh lưu β =   45,1 47,0065,0 )88,0( 2 2       clu đm cl RR K  213 * Vẽ dạng đặc tính cơ của hệ Bài 3-3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ (KĐB) 3 pha bằng phương pháp biến đổi tần số. Ứng dụng trong bài tập sau: Một cơ cấu truyền động chính của máy tiện được trang bị hệ thống Biến tần - Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc , có đặc tính cơ đủ cứng. Yêu cầu điều chỉnh tốc độ với yêu cầu cho trong bảng số : Cho trước n (v/ph) 1200 600 300 Xác định f1 (Hz) U1 (v) Cho biết động cơ : Pđm = 40kw , nđm = 1500v/ph , U1đm = 380v , fđm = 50Hz Yêu cầu xác định tần số và điện áp đầu ra của bộ biến tần ? Giải: Vì phụ tải là loại máy tiện , có momen cản tỷ lệ nghịch với tốc độ, do vậy để đảm bảo phù hợp với đặc tính momen tải cho phép của độnh cơ và đặc tính của máy sản xuất ta sử dụng luật điều khiển cò hệ số quá tải không đổi λ = const. Luật hệ số quá tải không đổi được thể hiện như sau: λ = Mth Mc =const Đối với luật điều khiển U f = const chỉ phù hợp với phụ tải có momen cản không đổi. nếu căn cứ vào điều khiển về sự phù hợp giũa momen cho phép và momen của động cơ thì luật λ = const ưu việt hơn. Ta có : α = 0 α = 5п/6 α = п/2 α = п/4 α = п/3 Giới hạn max   M, I 240 45 110 240 214 U1 U1đm = f1 fđm . Mc Mcđm ↔ U1* = f1*. Mc* Lại có : Mc* = 1 ω* ω* = f* Để điều khiển theo luật này ta lấy tín hiệu đặt tần số làm chủ đạo Uđf kết hợp với hàm số : Mc = f(ω) = f ‘(f1) để tạo ra tín hiệu đặt điện áp Uđu . Ưu điểm của luật này là momen tới hạn cũng thay đổi phù hợp với momen của phụ tải. Từ lý thuyết trên ta áp dụng vào bài tập: Ta có : ωđm = nđm 9,55 = 157 rad/s Với tốc độ cần điều chỉnh là n=1200 v/ph ta có: ω = n 9,55 = 125,65 rad/s Vậy : ω* = ω ωđm = 125,65 157 = 0,8 → f* = 0,8 → Mc* = 1 ω* = 1,25 f1đm Mc* = 1 ω* Mc* = ω*2 215 → U1* = f* . Mc* = 0,89 Vậy : U1 = U1* . Uđm = 0,89.380 = 338,2 V f1 = f* .fđm = 0,8.50 = 40Hz Tương tự ta tính được U1 và f1 đối với các tốc độ n = 600 v/ph và n = 300 v/ph Với các giá trị điền trong bảng sau : Cho trước n (v/ph) 1200 600 300 Xác định f1 (Hz) 40 20 10 U1 (V) 338,2 240,33 170 III.Bài tập tự giải 3-1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có Uđm = 220V, Iđm = 5A. Dùng hệ thống chỉnh lưu có điều khiển một pha mắc theo kiểu cầu. Hãy vẽ sơ đồ nối hệ thống CL-Đ? Tính chọn các van chỉnh lưu và công suất biến áp chỉnh lưu. 3-2. Hệ thống T-Đ có bộ chỉnh lưu 3 pha nối hình tia, động cơ một chiều có : Pđm = 10KW, Uđm= 440V, đm= 0,86. Hãy vẽ sơ đồ hệ thống T - Đ; Tính toán và chọn các van chỉnh lưu và công suất máy biến áp chỉnh lưu. 3-3. Hệ thống T-Đ có bộ chỉnh lưu nối hình cầu 3 pha, động cơ một chiều kích từ song song có: Pđm= 65KW, Uđm= 440V, đm= 0,88. Hãy vẽ sơ đồ hệ thống T- Đ; Tính chọn các van chỉnh lưu và máy biến áp chỉnh lưu. 3-4. Thiết kế mạch đảo chiều quay động cơ một chiều dùng hệ thống T- Đ với các phần tử không tiếp điểm . 3-5. Lập sơ đồ thay thế hệ thống CL- Đ và xác định phạm vi điều chỉnh góc mở van min, max để điều chỉnh tốc độ động cơ trong dải D = 10:1. Số liệu cho trước của động cơ: Pđm = 13,5kW; Uđm = 220V; nđm = 1050 v/ph; Iđm = 73A; Rư = 0,12 . Chỉnh lưu tiristo cầu 3 pha, có máy biến áp chuyên dùng là 20kVA, nối Y/Y. Điện áp U1 = 380/220v; U2 = 220/127v; Rnm = 0,15; Xnm = 0,87 (khi ngắn mạch thứ cấp). 3-6. Động cơ điện KĐB Rôto xoay chiều 3 pha dây quấn có R2’ = 0,0278  ; nđm = 970 vòng/phút; đm = 0,85. Tính Rf mắc vào mạch Rôto để tốc độ động cơ là 700 vòng/phút. Biết rằng mômen tải không phụ thuộc vào tốc độ. 3-7.Bộ biến tần trực tiếp 3 pha có bộ chỉnh lưu nối hình tia. Số đoạn hình sin có trong 1 nửa chu kỳ tần số đầu ra là N = 3, f1 = 50 Hz. Tính toán tần số đầu ra f2 ? 216 Hãy vẽ dạng sóng điện áp đầu ra U2 theo tần số f2. 3-8.Bộ biến tần trực tiếp 3 pha có bộ chỉnh lưu nối hình cầu. Số đoạn hình sin trong nửa chu kỳ tần số đầu ra là Nmin = 6, f1 = 50Hz. Tính tần số đầu ra f2max. Vẽ dạng sóng điện áp ra U2 ứng với tần số f2. 3-9.Bộ nghịch lưu cung cấp điện cho động cơ KĐB xoay chiều 3 pha Rôto lồng sóc có 2p = 4, Uđm = 380V, nđm = 1450 vòng/phút. Hãy tính toán điện áp đầu ra U2 và tần số f2 khi tốc độ động cơ có giá trị sau: a, n = 900 vòng/phút b, n = 1200 vòng/phút c, n = 1500 vòng/phút d, n = 1800 vòng/phút 3-10. Một cơ cấu truyền động chính máy tiện được điều chỉnh tốc độ bằng hệ thống “ Biến tần – Động cơ không đồng bộ lòng sóc” có đặc tính cơ đủ cứng. Yêu cầu điều chỉnh tốc độ với các giá trị cho trong bảng số. Hãy xác định tần số và điện áp đầu ra của bộ biến tần để cấp vào stato động cơ. Cho biết động cơ không đồng bộ roto lòng sóc : Pđm= 30KW, nđm=1500 vòng/phút, U1 = 380V, f1= 50Hz; Phụ tải : * * 1  cM ; coi * 1 * 1 * f Cho trước n (Vòng/phút) 1500 1200 900 600 300 150 Xác định f1(Hz) U1(V) 3.11.Bài tập chia theo nhóm N1...N10. Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập ( phân theo nhóm N1.N10) người ta dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển . Bộ chỉnh lưu nối theo sơ đồ cầu 1 pha ( N1,2,3,4) có máy biến áp cấp nguồn 380/220V.Bộ chỉnh lưu nối theo sơ đồ tia 3 pha ( N5,6,7) có máy biến áp cấp nguồn 380/220V.Bộ chỉnh lưu nối theo sơ đồ cầu 3 pha ( N8,9,10) có máy biến áp cấp nguồn 380/220V. Điện trở ngắn mạch máy biến áp của các nhóm Rnm = 0,1 , điện kháng ngắn mạch Xnm = 0,3 ( N1,2,3,4); Xnm = 0,5 ( N5,6,7); Xnm = 0,7 ( N8,9,10): 217 Phương án Thông số Pđm ; kW Uđm ; V nđm ;vg/ph đm N.1 6,6 220 2200 0,85 N.2 4,4 220 1500 0,85 N.3 2,5 220 1000 0,80 N.4 9 220 1500 0,85 N.5 10 220 2250 0,87 N.6 15 220 1560 0,83 N.7 13,5 220 1050 0,84 N.8 21 220 1500 0,86 N.9 33,5 220 1580 0,87 N.10 46,5 220 1500 0,88 Yêu cầu : - Vẽ sơ đồ nguyên lý, mạch điện thay thế - Tính các thông số của mạch điện thay thế - Tính góc mở min ứng với tốc độ định mức - Tính góc mở max ứng với tốc độ 1/10 định mức - Tính tốc độ động cơ ứng với các góc  bằng 600, 450 ứng với tải định mức - Tính độ cứng của hệ chỉnh lưu - Vẽ đặc tính cơ của hệ và nhận xét 218 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN Chọn động cơ để trang bị cho máy sản xuất là một trong các mục tiêu của môn học truyền động điện. Để chọn được động cơ ta cần xét đến các yếu tố sau: - Loại động cơ một chiều, không đồng bộ, đồng bộ - Khả năng điều chỉnh và phương pháp điều chỉnh - Cấp điện áp - Kiểu cấu tạo và loại vỏ bảo vệ - Tốc độ định mức và phạm vi điều chỉnh tốc độ - Công suất yêu cầu và một số yêu cầu riêng tùy theo từng loại máy hoặc môi trường làm việc Nói chung, phần lớn các yếu tố trên được lựa chọn bằng cách căn cứ vào yêu cầu của quá trình công nghệ trên máy sản xuất, đặc điểm của nguồn điện, đặc điểm của môi trường làm việc để quyết định phương án chọn công suất động cơ truyền động. Yếu tố công suất động cơ đòi hỏi phải tính toán từng bước chặt chẽ và được coi là yếu tố quyết định cho việc chọn đúng đắn động cơ truyền động cho máy sản xuất. Mục đích của việc tính toán công suất động cơ theo yêu cầu của máy sản xuất là việc làm quan trọng để lựa chọn động cơ trang bị cho máy sản xuất. Nếu tính chọn đúng công suất, thì hệ truyền động sẽ làm việc an toàn, kinh tế, động cơ sẽ làm việc đúng tuổi thọ thiết kế của nó, và máy sản xuất sẽ phát huy hết công suất. Nếu chọn công suất động cơ quá lớn so với yêu cầu của máy ( sau đây gọi là của phụ tải) thì kích thước và trọng lượng của động cơ của cả hệ truyền động sẽ lớn lên, làm tăng vốn đầu tư ban đầu. Mặt khác, động cơ thường xuyên làm việc non tải nên hiệu suất thấp, và nếu hệ sử dụng điện xoay chiều thì hệ số công suất cos cũng sẽ thấp. Ngược lại, nếu chọn công suất động cơ quá nhỏ so với yêu cầu của phụ tải, thì động cơ sẽ phát nóng quá nhiệt độ cho phép, cách điện của động cơ chóng gia tuổi thọ của động cơ sẽ giảm xuống . Có thể lượng hóa nội dung trên bằng quan hệ sau: Nếu chọn đúng công suất động cơ thì 00max cptt  Trong đó : 0maxt nhiệt độ lớn nhất của động cơ trong quá trình làm việc 219 0cpt nhiệt độ cho phép của động cơ, được qui định bởi nhiệt độ cho phép của cấp cách điện sử dụng trong động cơ ,ví dụ cấp A : 0105 ; cấp E: 0120 ; cấp B : 0130 . Như vậy việc tính chọn công suất động cơ thực chất là tính toán nhiệt độ làm việc của động cơ khi đã cho trước công suất đòi hỏi của máy sản xuất. 4.2.CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Căn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của các máy điện, người ta chia chế độ làm việc của truyền động điện thành ba loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. a) Chế độ dài hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian dài, cho nên nhiệt độ của động cơ đủ thời gian dạt tới trị số ổn định o t PC PC 0 o Hình 4.1 Chế độ làm việc dài hạn b) Chế độ ngắn hạn : Do phụ tải duy trì trong thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài cho nên nhiệt độ động cơ chưa đạt tới giá trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm về giá trị ban đầu. Đồ thị như hình 4.2. t PC (t) PC o tlV0 Hình 4.2 Chế độ làm việc ngắn hạn c) Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa tăng đến trị số ổn định thì được giảm do mất tải; Nhiệt độ động cơ suy giảm chưa về giá trị ban đầu thì lại tăng lên do có tải. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian đóng điện tương đối: %100% ck lv t t  (4-2) Trong đó: tlv thời gian làm việc có tải ôd 220 tck= tlv+ t0 là thời gian của một chu kỳ t0 là thời gian nghỉ t 0 PC T«® PC(t) T(t) Hình 4.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại 4.3.CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO NHỮNG TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Để chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phụ tải Mc(t) và Pc(t) đã qui đổi về trục động cơ và giá trị tốc độ yêu cầu. Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ động cơ theo công suất; tra ở trong số tay tra cứu ta có đầy đủ các tham số của động cơ. Từ đó xây dựng đồ thị phụ tải chính xác ( trong các chế độ tĩnh, khởi động và hãm). Dựa vào đồ thị phụ tải chính xác kiểm nghiệm động cơ đã chọn. 4.3.1. Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn Đối với phụ tải dài hạn có loại không đổi và có loại biến đổi : a) Phụ tải dài hạn không đổi: Đồ thị phụ tải như hình 4- 4 PC PC(t) t Hình 4.4 Đồ thị phụ tải không đổi Động cơ cần chọn phải có công suất định mức Pđm ≥ Pc và đm phù hợp với tốc độ yêu cầu. Thông thường Pđm = (1 1,3)Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm động cơ đơn giản : Không cần kiểm nghiệm quá tải về mômen, nhưng cần kiểm nghiệm điều kiện khởi động và phát nóng. 221 b) Phụ tải dài hạn biến đổi: T1 T2 T3 T5T4 T 6 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P1 P2 t0 Pc Hình 4.5 Đồ thị phụ tải biến đổi Để chọn được động cơ phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình của momen hoặc công suất.    n i n i tb t M M 0 0    n i n ii tb t tP P 0 0 (4-3) Động cơ chọn phải có : Mđm= (1 1,3) Mtb Pđm= (1 1,3) Ptb (4-4) Điều kiện kiểm nghiệm: Kiểm nghiệm phát nóng, quá tải về mômen và khởi động 4.3.2. Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn Trong chế độ làm việc ngắn hạn có thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc sử dụng động cơ chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn. Biểu đồ phụ tải ngắn hạn tính tại trục động cơ được trình bày như hình vẽ 4-6. 222 t Pcnh(t) 0 T«®1 T«®2 T2(t) T1(t) tLV Hình 4.6 Đồ thị phụ tải ngắn hạn không đổi và đường cong phát nóng nguội lạnh của động cơ đường T1(t) ứng với Pđm = Plv , đường T2(t) ứng với Pđm < Plv. a) Chọn công suất động cơ dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn Giả thiết động cơ dài hạn được chọn có công suất định mức Pđm và mômen định mức Mđm. Chắc chắn rằng trong chế độ ngắn hạn với thời gian tlv, có thể tăng công suất phụ tải đến giá trị Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm, khi đó phải tính toán thời gian làm việc tlv sao cho phát nóng động cơ đạt giá trị cho phép. đm đmđm đm đm cp A VK A P     (3-5) Trong đó Kđm là tổn thất định mức bất biến Vđm là tốn thất định mức biến đổi Gia trị phát nóng định khi động cơ làm việc với công suất Plv là: đm đmđm đm lv ođ A VxK A P 2,    (4-6) Xuất phát từ đường công phát nóng của động cơ, có thể xác định           T t ođcp lv e1,max  (4-7) Đồng thời ta đặt đm đm V K  và đmM M x  sau khi biến đổi, tìm được giá trị mômen làm việc Mlv cho phép trong thời gian tlv        T tđmlv lv e MM 1 1 (4-8) 223 Giá trị Mlv tìm được không được vượt qúa giá trị cho phép theo điều kiện quá tải về momen động cơ. Từ biểu thức (4-8) tìm được thời gian làm việc, trong thời gian này động cơ có thể làm việc với Mlv 22 2 .1 đmlv lvđm lv MM MM T t   (4-9) t P1 P2 P1 P2 P3 P3 Pc t1 t2 t3 tng tck Hình 4.7 Đồ thị phụ tải ngắn hạn biến đổi Nếu phụ tải biến đổi như hình 4-7 thì giá trị mômen có tính bằng công thức đẳng trị lv nn đt t tMtMtM M 2 2 2 21 2 1 .  (4-10) Để chọn công suất động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn ta phải dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv và giả thiết hệ số quá tải công suất x để chọn sơ bộ động cơ dài hạn. Từ đó có thể xác định thời gian làm việc cho phép động cơ vừa chọn. Việc tính chọn đó được tính chọn đó được tính lặp lại nhiều lần làm sao cho tlv tính toán ≤ tlv yêu cầu. b) Chọn động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn Động cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phút. Như vậy ta phải chọn tlv = tchuẩn và công suất động Pđm chon ≥ Plv hay Mđm chọn ≥ Mlv Nếu tlv ≠ tchuẩn thì sơ bộ chọn động cơ có tchuẩn và Pđm gần với giá trị tlv và công suất Plv. Sau đó xác định tổn thất động cơ đmP với công suất Pđm và lvP với Plv. Qui tắc chọn động cơ là 224 lv T t T t đm P e e P ch lv       1 1 (4-11) Đồng thời tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về mômen và momen khởi động, cũng như điều kiện phát nóng. 4.3.3. Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại Biểu đồ phụ tải ngắn hạn lặp lại được trình bày trên hình vẽ. Sau một thời gian, nhiệt sai động cơ sẽ ổn định có hai giá trị maxmin   và . PC(t) PC t tLV tng tCK Hình 4.8 Đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp lại. a) Tính chọn công suất động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại: Thường động cơ dài hạn được chọn ở công suất Pđm ≤ Plv để tận dụng hết khả năng phát nóng cho phép của động cơ. Như vậy hệ số qua tải về nhiệt độ được tính. max ,          ođ đm lv P P (4-12) Trong đó max ,   vàođ được định nghĩa trong (4-6) và (4-7) Xuất phát từ đường cong phát nóng ta có      lv lv t t đ e e         1 1 . max , 0 , (4-13) Trong đó  là hằng số thời gian phát nóng của động cơ 0 ,         và t t tôlv lv (4-13) 225  là hệ số xét đến điều kiện làm mát xấu đi trong thời gian nghỉ t0 ( 5,0 đối với máy một chiều; 25,0 đối với máy điện không đồng bộ Để chọn được công suất động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, ta dựa vào đồ thị phụ tải để có Plv yêu cầu tlv, t0 từ đó chọn sơ bộ công suất động cơ để có 0 và để tính , và cuối cùng là  .Sử dụng phương pháp tính lặp sao cho đm lv P P    của động cơ chọn thì kết thúc việc tính chọn. b) Tính chọn công suất động cơ ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại. Động cơ ngắn hạn lặp lại, được chế tạo chuyên dùng có độ bền cơ khí cao, quán tính nhỏ (để đảm chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá trải lớn (từ 2,53,5). Đồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện Tương đối %60%,40%,25%,15% và . Động cơ được chọn cần có hai tham số Pđm chọn ≥ Plv % chọn phù hợp với % làm việc Trong trường hợp %lv không phù hợp với % đm chọn thì cần hiệu chỉnh lại công suát định mức theo công thức: % % chonđm lv lvchonđm PP    (4-15) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P1 t Pc tLV1 tLV2 tng1 tng2 t1 t2 t3 t4 t5 t6 Hình 4.9 Đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi Trong trường hợp phụ tải biến đổi, thì ta phải dùng công thức tính các đại lượng đẳng trị 226    i n ii đt t tP P 0 2 (4-16)      0 % ii i đt tt t  (4-17) Sau đó phải kiểm nghiệm về mômen quá tải, mômen khởi động và phát nóng. 4.4. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CÓ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Để tính chọn được công suất động cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu cơ bản sau: a) Đặc tính phụ tải Pyc(), Myc() và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), (t) b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ :max và min c) Loại động cơ chọn ( một chiều hoặc xoay chiều d) Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyenf động đó cần phải đính hướng xác định trước. Hai yêu cầu trên nhằm xác định những tham số Pycmax và Mycmax . Ví dụ đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh , P = hằng số. Ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax = Pđm = const, nhưng momen yêu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh min max  đmPM  . Đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, M = const. Ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax= Mđm.max. Hai yêu cầu về loại động cơ và loại truyền động có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Nó xác định kích thước công suất lắp đặt truyền động, bởi vì hai yêu cầu này cho biết hiệu xuất truyền động và đặc tính điều chỉnh Pđc(), Mđc() của truyền động. Thông thường các đặc tính điều chỉnh này thường phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(), Myc(). Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền động có đặc tính điều chỉnh không phù hợp chỉ vì mục đích đơn giản cấu trúc điều chỉnh. Ví dụ đối với tải P = const, khi sử dụng động cơ điện một chiều, phương pháp điều chỉnh thích hợp là điều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta chọn phương pháp đieuù chỉnh điện áp phần ứng thì khi tính chọn công suất động cơ cần phải xét đến yêu cầu Mmax. Như vậy công suất động cơ cần phải xét đến yêu cầu Mmax. Như vậy công suất 227 động cơ lúc đó không phái là Pđm = Pyc mà là Pđm= Mmax.max= ycyc PDP .. min max    (4-18) Như vậy công suất đặt sẽ lớn hơn D lần công suất yêu cầu Pyc.  max min Mc,Pc Pcmax Mc PC  min Mc,Pc Pcmax Mcmax PC Hình 4.10.Đồ thị công suất và momen cản tĩnh của các truyền động điều chỉnh với Mc = const. và Pc = const   max min M ,P Mcp PCp Mdm  M,P P cmax Pdm MCP min ω Hình 4.11.Đặc tính chọn công suất động cơ với điều chỉnh phù hợp và không phù hợp Mát khác việc tính chọn công suất động cơ còn phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh tốc độ, ví dụ cùng một loại động cơ không đồng bộ, mỗi phương pháp điều chỉnh khác nhau có đặc tính hiệu suất truyền động khác nhau , phương pháp điều chỉnh điện áp dùng tiristo có hiệu suất rất thấp so với phương pháp điều chỉnh tần số dùng bộ biến đổi tiristo. Vì vậy khi tính chọn công suất động cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất P và tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải điều chỉnh. Do vậy việc tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ cần phải gắn với một hệ truyền động chọn trước để có đầy đủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. 228 4.5. KIỂM NGHIỆM CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ Việc tính chọn công suất động cơ ở trên được coi là giai đoạn chọn sơ bộ ban đầu. Để khảng định chắc chắn việc tính chọn đó là chấp nhận được ta phải kiểm nghiệm lại việc tính chọn đó. Yêu cầu kiểm nghiệm việc tính chọn công suất động cơ gồm có - Kiểm nghiệm phát nóng: cf  - Kiểm nghiệm quá tải về mômen maxcđcđm MM  -KIểm nghiệm mômen khởi động mmcđckđ MM  Ta thấy rằng điều kiện kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi động có thể thực hiện dễ dàng. Riêng yêu cầu kiểm nghiệm về phát nóng là khó khăn, không thể tính toán phát nóng động cơ một cách chính xác được ( vì tính toán phát nóng động cơ là bài toán khá phức tạp). Tuy vậy gần đúng có thể sự dụng các phương pháp kiểm nghiệm phát nóng gián tiếp qua đại lượng điện. a) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tổn thất trung bình: Xuất phát từ biểu thức :   t bđđ t i i ee A P     .)1( (4-19) Thay thế các giá trị tổn thất công suất Pi ở các giai đoạn vào biểu thức (4-19) và tính toán gần đúng ta có tổn thất trung bình: i ii tb ttt tPtPtP P    ... ...... 21 2211 Như vậy điều kiện kiểm nghiệm, nếu đcđmtb PP  (4-20) Thì động cơ thỏa mãn điều kiện phát nóng Việc tính iP dựa vào đồ thị P(t) và P() của động cơ. 229 P1 P2 P3 P4 P5 P1 t1 t2 t3 t4 t5 1   t P Pc  2 η 43 5 Hình 4.12 Đường cong hiệu suất của động cơ và đồ thị phụ tải. Xác định tổn thất công suất định mức của động cơ theo biểu thức: đm đm đmđcđm PP    1 (4-21) Chú ý với động cơ có quạt gió tự làm mát trong biểu thức (4-20) phải tính đến khả năng suy giảm truyền nhiệt khi dừng máy, khởi động và hãm. Ta có biểu thức tính:       lvk n ii tb ttt tP P 0 1 .  (4-22) Trong đó:  là hệ số giảm truyền nhiệt khi khởi động và hãm 75,0 đối với động cơ điện một chiều 5,0 đối với động cơ điện xoay chiều tk là thời gian khởi động và hãm  là hệ số xét đến điều kiện làm mát xấu đi trong thời gian nghỉ t0  = 0,5 đối với máy điện một chiều  = 0,25 đối với máy điện không đồng bộ b) Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lược dòng điện đẳng trị: Xuát phát từ biểu thức: 2bIKVKP  (4-23) Trong đó : K là tổn thất không đổi V là tổn thất biến đổi, V = bI2 b là hệ số Như vậy tương đương với biểu thức tbP ta có biểu thức dòng điện đẳng trị 230       lvk n ii đt ttt tI I 0 1 2 .  (4-24) Điều kiện kiểm nghiệm: đcđmđt II  Để tính toán giá trị Iđt ta phaỉ tính toán quá trình quá độ. Giả thiết ta có kết quả dòng điện i(t) trên đồ thị dạng đường dòng điện là liên i t t1 t5 t3 t4 t2 I3 I2 I1 I4 I5 Hình 4.13 Đồ thị dòng điện có dạng đường cong liện tục Dùng phương pháp bậc thang để xác định ii và ti Trong trường hợp đường cong dòng điện có dạng tăng trưởng lớn ta dùng công thức tính gần đúng 3 . 2I III ciđii   (4-25) Trong đó Iđi, Ici là dòng điện đầu và cuối của một hình thang khảo sát, còn I là độ chênh lệch dòng điện đầu và cuối của một hình thang dòng điện I khảo sat. c) Phương pháp mô men đẳng trị Phương pháp kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng gián tiếp là mômen được suy ra từ phương pháp dùng điện đẳng trị, khi mômen tỷ lệ với dòng điện M = C.I (C là hệ số tỷ lệ). Đối với động cơ điện một chiều điều kiện này khi từ thông động cơ không đổi. Đối với động cơ xoay chiều không đồng bộ M = Cm I22 cos2 (4-26) Ta cần có từ thông 2 và hệ số công suất cos2 là hằng số. Công thức kiểm nghiệm Mđc ≥ Mđt (4-27) 231  n ii ck đt tM T M 1 2 . 1 (4-28) d) Phương pháp công suất đẳng trị Ở truyền động tốc độ ít thay đổi thì P tỷ lệ với M do vậy có thể dùng đại lượng công suất đẳng trị để kiểm nghiệm phát nóng Pđm đc ≥ Pđt (4-29)  n ii ck đt tP T P 1 2 . 1 (4-30) Trong thực tế ở giản đồ phụ tải, tốc độ truyền động sẽ có thay đổi lớn trong quá trình khởi động và hãm. Do vậy phải tính toán và hiệu chỉnh công suất động cơ chọn. *Ví dụ bài tập chọn công suất động cơ: Tính chọn công suất động cơ cho truyền động của xe trục trên cần trục của kho bãi bốc dỡ. Kết cấu cơ khí của xe trụco ch trên hình vẽ: Yêu cầu sử dụng động cơ không đồng bộ roto dây quấn, khởi động bằng các cấp điện trở phụ trên mạch roto, hãm dừng xe bằng phanh hãm cơ khí còn động cơ được cắt điện. Các số liệu cho trước : Trọng lượng xe G0 = 10 tấn; tải trọng định mức Gđm = 10 tấn; tốc độ xe v = 55 m/ phút; lực cản chuyển động khi có tải trọng định mức Fc = 6480 N và xe chạy không tải Fc0 = 3240 N; hiệu suất hộp giảm tốc khi tải định mức đm = 0,85 và không tải  = 0,78; tỷ số truyền của hộp tốc độ i = 18; đường kính bánh xe D = 0,35m; momen quán tính của các bộ phận chuyển động quay lắp trên trục động cơ Jq= 0,15 kgm2 ; momen quán tính của các khâu trong hộp tốc độ lấy bằng 15% (Jđ + Jq) . Thời gian xe dừng lấy tải t01= 150 s và tháo tải t02 = 100s; momen của phanh hãm cơ khí Mph = 78,5 Nm, hành trình mỗi chiều xe chạy của xe l = 50m. Khi chạy theo chiều tiến xe mang tải trọng định mức, còn khi chạy về không tải. Gải : +.Lập đồ thị phụ tải tĩnh Một chu kỳ làm việc của xe có 4 gia đoạn - Dừng để lấy tải: thời gian t1 = t01 = 150s Công suất phụ tải Pc= 0 - Chuyển tải trọng đến vị trí, hành trình l = 50m - Vận tốc di chuyển : v = 55/60 = 0,916m/s - Thời gian : t2 = l/v = 50/0,916 = 55s - Công suất định mức trên trục động cơ khi mang tải trọng định mức: 232 KW vF P đm c c 98,6 85,0.1000 916,0.6480 .1000 .   - Dừng để tháo tải: Tthời gian t3 = t02 = 100s Công suất phụ tải Pc = 0 - Xe chạy không về vị trí ban đầu, hành trình 50 m: - Thời gian : t4 = t2 = 1/v = 55s - Công suất trên trục động cơ khi xe chạy không tải: KW vF P đm co co 8,3 78,0.1000 916,0.3240 .1000 .   Theo các số liệu đã tính ta xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh như hình vẽ. Đó là đồ thị phụ tải của chế độ ngắn hạn lặp lại, có 2 bậc công suất xen kẽ nhau và thời gian đống điện tương đối là: %30%100. 360 55.2 %100.% 42    ckt tt TĐ + Chọn sơ bộ công suất động cơ Với phụ tải có TĐ% = 30% không trùng với thời gian đống điện tiêu chuẩn nào. Ta dự kiến chọn động cơ ngắn hạn lặp lại chuyên dùng có thời gian đông điện tương đối qui chuẩn TĐ% = 25%. Tính qui đổi đồ thị phụ tải bậc 2 về bậc 1 không đổi: KW tt tPtP P cocttc 62,5 5555 55.8,355.98,6.. 22 42 4 2 2 2        Công suất định mức của động cơ được chọn sơ bộ bằng: KW TĐ TĐ PKP qc ttcdtđm 26,7 25 30 .62,5.1,1..  Trong đó Kdt =1,1 là hệ số dự trữ lúc tính chọn. Để chọn công suất động cơ, ngoài công suất định mức, thời gian đóng điện tương đối, còn phải biết tốc độ yêu cầu. Tốc độ của động cơ sẽ được tính toán dựa vào tốc độ của xe, đường kính bánh xe và tỷ số truyền của hộp giảm tốc: nđc = i.nbx; ; .D V nbx   do đó D Vi nđc . .   Trong đó nbx là tốc độ quay trên trục bánh xe ( vòng/phút) V là tốc độ dài của xe (m/phút) Thay số vào ta có: 233 phútvòngnđc /900 35,0. 55.18    sradđc /2,94 55,9 900  Theo số liệu Pđm, nđc, TĐqđ, ta chọn được động cơ roto dây quấn: MT-22-6, Uđm = 380V, TĐqđ = 25%, Pđm = 7,5 KW, nđm = 945 vòng /phút; hệ số quá tải 8,2 đm th M M  ; Jđ = 0,26 Kgm2. Từ các số liệu catalo trên đây ta có thể xác định thêm một số thông số khác của động cơ như sau: Momen định mức và momen tới hạn: Nm P M đm đm đm 76 2,94 5,7.1000.1000   NmMM đmth 21376.8,2.   Độ trượt định mức : 055,0 1000 9451000 1 1      n nn s đmđm Tốc độ góc định mức: srad nđm đm /9,98 55,9  + Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần Đối với đồ thị phụ tải toàn phần, xây dựng theo momen động cơ thì sẽ thuận tiện hơn. Vì vậy ta chuyển từ công suất trên trục (phụ tải tĩnh) về momen: - Momen cản tĩnh trên trục động cơ khi xe chạy có tải định mức ( quy đổi từ cơ cấu công tác về trục động cơ): Nm i DF i M M co đm ct c 74 85,0.18.2 35,0.6480 ..2 . .   Trong đó momen cản tác dụng lên trục bánh xe là 2 .DF M cct  (momen trên cơ cấu công tác). Nm i DF M coco 40 78,0.18.2 35,0.3240 ..2 .   Để xá định phụ tải động và thời gian quá trình quá độ khởi động, đối với động cơ roto dây quấn điều khiển bằng điện trở phụ ở mạch roto, ta chọn: - Momen lớn nhất lúc khởi động và tăng tốc: NmMM th 167213.81,0.9,0 2 1  234 - Momen chuyển cấp điện trở trong thời gian khởi động: M2= 1,2.Mc=1,2.74= 88Nm Vậy momen trung bình trong thời gian khởi động (coi không đổi) sẽ là: constNm MM M Kđ      5,127 2 88167 2 21 Để xác định được thời gian các quá trình quá độ lúc khởi động và hãm, ta phải tính toán momen quán tính của hệ thống truyền động qui đổi về trục động cơ, trong đó Jđ = 0,26Kgm2 , momen của các bộ phận chuyển động quay lắp trên trục động cơ Jq = 0,15Kgm2 , vậy cần xác định thêm momen quán tính của các bộ phận chuyển động thẳng, đó là khối lượng của xe và tải trọng: Momen quán tính của xe khi có tải trọng định mức qui đổi về tốc độ động cơ: 2 22 0. 9,1 2,94 916,0 )1000010000()( Kgm V mmJ đc đmqđx               Momen quán tính của xe hki chạy không tải qui đổi về tốc độ động cơ: 2 22 . 94,0 2,94 916,0 10000 Kgm V mJ đc oqđxo               Trong đó mđm = mo = 10000 kg là khối lượng của tải trọng định mức và của xe. Vậy momen quán tính cảu toàn hệ thống truyền động sẽ là: Khi xe chạy có tải: 2. 37,29,1)15,026,0(15,1)(15,1 KgmJJJJ qđxqđt  Khi xe chạy không tải: 2. 42,194,0)15,026,0(15,1)(15,1 KgmJJJJ qđxoqđo  Trong đó hệ số 1,15 dùng để xét đến momen quán tính các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc. Để tính thời gian khởi động và hãm, ta sử dụng phương trình chuyển động viết dưới dạng sia phân: M - Mc = J t  Trong đó  là gia số tốc độ, khi khởi động sẽ là 0 đm và khi hãm sẽ là đm  0 , tương ứng với các t là thời gian khởi động và thời gian hãm Do đó: - Thời gian khởi động hki xe chạy chiều tiến (có tải) s MM J t ckđ đmt kđ 4,4 745,127 9,98.37,2.       - Thời gian khởi động khi xe chạy về (không tải) 235 s MM J t cokđ đm okđ 62,1 405,127 9,98.42,1.0 .       - Thời gian hãm máy (nhờ phanh cơ khí) khi chạy chiều tiến (có tải) s MM J t cph đmt h 55,1 745,78 9,98.37,2.       - Thời gian hãm máy khi chạy về (không tải) s MM J t coph đm ho 34,1 405,78 9,98.42,1.0       Ta gọi tốc độ xe chạy trong thời gian khởi động và hãm dừng tốc độ trung bình 2 đm tb V V  .Trong đó Vđm là tốc độ độ xe tương ứng với tốc độ định mức của động cơ: phútm i nD V đmđm /96,0 18.60 945.35,0. .60 ..      - Vậy chiều dài quãng đường xe đi được trong thời gian khởi động có tải là: mt V l kđ đm kđ 12,24,4. 2 96,0 . 2  - Chiều dài quãng đường xe đi được trong thời gian khởi động không tải là: mt V l kđ đm okđ 78,062,1. 2 96,0 . 2 0..  - Tương tự, chiều dài quãng đường xe đi được trong thời gian hãm dừng có tải và không tải là: mt V l h đm h 75,055,1. 2 96,0 . 2  mt V l ho đm oh 65,034,1. 2 96,0 . 2 .  - Chiều dài quãng đường xe đmchạy với tốc độ ổn định hki có tải ( chiều tiến): mllll hkđođ 13,47)75,012,2(50)(  - Chiều dài quãng đường xe chạy với tốc độ ổn định khi không tải (chiều về): mllll hokđđoođ 57,48)65,078,0(50)(.  Tốc độ động cơ phụ thuộc vào phụ tải trên trục của nó theo đặc tính cơ. Do đó tốc độ khi xe chạy tiến và chạy về sẽ khác nhau. Nếu coi đoạn đặc tính công tác của động cơ là đường thẳng, ta có thể sử dụng phương trình đặc tính cơ dạng tuyến tính s s M M đm đm . để xác định độ trượt tương ứng với momen khi có tải Mc và khi không tải Mco, từ đó xác định được tốc độ động cơ và tốc độ xe khi chạy chiều tiến và khi chạy về. 236 Độ trượt và tốc độ động cơ khi xe chạy chiều tiến (khi có tải Mc): 0537,0055,0. 76 74 .  đm đm c c s M M s phútvòngsnn cc /946)0537,01(1000)1(1  Độ trượt và tốc độ động cơ khi chạy về ( khi không tải Mco) 029,0055,0. 76 40 .  đm đm co co s M M s phútvòngsnn coco /971)029,01(1000)1(1  Tương ứng tốc độ của xe khi chạy tiến và khi chạy về sẽ là: sm i nD V cc /96,0 18.60 946.35,0. .60 ..      sm i nD V coco /99,0 18.60 971.35,0. .60 ..      Thời gian xe di chuyển với tốc độ ổn định khi có tải (chạy chiều tiến) va khi không tải (chạy về): s oV l t c ođ c 49 96, 13,47  s oV l t co oođ co 49 99, 57,48.  Từ các giá trị momen và thời gian đã tính toán ở trên, ta vẽ được đồ thị phụ tải toàn phần. + Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng Thời gian đóng điện tương đối lấy trên đồ thị phụ tải toàn phần là:     %2,29%100. 253104 104 %100).( %100.% 0201            hohcokđđckđ cokđđckđ olv lv tttttttt ttt tt t TĐ Áp dụng phương pháp momen đẳng trị, trong đó có xét đến hiện tượng kém tản nhiệt trong thời gian khởi động vì khi đó động cơ chạy với tốc độ thấp, ta lấy hệ số kém tản nhiệt  = 0,5 cockđđkđ cococcokđkđkđ đt tttt tMtMttM M    )( ..)( 22. 2      Nm3,66 494962,14,45,0 49.4049.7462,14,45,127 222     237 Qui đổi mômen này từ hệ số đóng điện TĐ% = 29,2% về thời gian động điện tương đối qui chuẩn của động cơ TĐ%qc = 25%, ta có: Nm TĐ TĐ MM qc đtqcđt 7,71 25 2,29 3,66.  So với mômen định mức của động cơ Mđm = 76 Nm, ta thấy: Mđm > Mđt.qđ Do đó động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng. 4.6. HƯỚNG DẪN TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.6.1. Khái quát chung Động cơ điện ngày nay được dùng nhiều để truyền động cho các cơ cấu của một máy sản xuất, cho một dây tryền sản xuất tự động công nghiệp. Để hoàn chỉnh một hệ thống thiết kế gồm có : Động cơ chấp hành; thiết bị điều khiển ta phải nắm bắt được đầy đủ các yêu cầu của quá trình công nghệ cụ thể như: - Số liệu của phụ tải - Phạm vi điều chỉnh tốc độ - Đặc điểm của truyền động dùng động cơ điện ( Một chiều, xoay chiều, đặc biệt) . Một số hệ khi thiết kế có thể cho biết trước các thông số của động cơ hoặc yêu cầu phương án chọn bộ biến đổi , và phương án điều chỉnh tốc độ. - Các chỉ tiêu chất lượng ( như sai lệch tĩnh , lượng quá điều chỉnh, tổn thất năng lượng khi điều chỉnh) 4.6.2. Trình tự các bước khi thiểt kế 1. Dựa vào sơ đồ động học của hệ truyền động và đồ thị phụ tải tính qui đổi mô men cản, lực cản, mô men quán tính, khối lượng quán tính về trục động cơ 2. Tính chọn công suất động cơ ( Một chiều; Xoay chiều) theo chế độ làm việc dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại theo yêu cầu công nghệ 3. Thiết kế tính chọn bộ biến đổi ( Bộ chỉnh lưu có điều khiển; Bộ biến đổi tần số), phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải của máy. 4. Khảo sát và đánh giá chất lượng hệ thống - Lập sơ đồ điều khiển của hệ thống - Khảo sát độ ổn định của hệ thống - Tính sai lệch tĩnh và sai lệch động của hệ thống - Tìm được các hàm của các bộ điều chỉnh của mạch vòng điều chỉnh tốc độ, bộ điều chỉnh của mạch vòng điều chỉnh dòng điện để đảm bảo chất lượng yêu cầu. 238 4.6.3. Thiết kế hệ truyền động một chiều dùng chỉnh lưu - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : * Tính chọn thyristor. Tính chọn thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính đến như sau - Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu: 2 maxng maxU = 6.U - Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Udo = Ud + Uv + Udn + Uba Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên van. Udn = 0: sụt áp trên dây nối. Uba = 6 % . 220 =13,2(V) = Ur + Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA. Thay số ta có : d0U = U + + U + U =220+1,8+13,2=235 (V)d V dn baU    U 2 do doU U 235 = 200,8 1,17 1,173 6/2π    (V)  2 ng maxU = 6.U = 6.200,8 = 491,86 (V)  dt ng maxng vanU = K .U = 1,8 . 491,86= 885,34 (V) Kdt = 1,8 : hệ số dự trữ của điện áp. - Dòng điện làm việc của van là: lv d 1 1 I = .I = .24,06= 8,02 (A) 3 3 Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn : i lvtbv = I k .I Ki - hệ số dự trữ dòng điện, chọn Ki = 3,2 i lv tbv = =I k .I 3,2 . 8,02= 25,66(A) 239 Từ thông số Ungv và Ilv ta chọn 3 thyristor có kí hiệu sau 36RAC100A do Mỹ sản xuất. Ký hiệu Ung max (V) Iđm max (A) Ipik max (A) Ig max Ug max (v) Ih max (A) Ir max (A) U max (V) tcm max (s) du/dt V/  Tmax oc 0C A36RC1 00A 1000 80 1000 70m 2,5 20m 2m 1,8 30  500 125 Trong đó: Ung - Điện áp ngắn mạch cực đại. Iđm - Dòng điện làm việc cực đại . Ipik - Dòng điện đỉnh cực đại. Ig - Dòng điện xung điều khiển. Ug - Điện áp xung điều khiển. Ih - Dòng điện tự giữ. Ir - Dòng diện rò. maxU - Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn. du/dt - Tốc độ biến thiên điện áp. Tcm - thời gian chuyển mạch ( mở và khoá). Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại. * Tính toán MBA chỉnh lưu. 1. Tính các thông số cơ bản. Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây Y/ làm mát bằng không khí tự nhiên. - Điện áp pha sơ cấp MBA: U1= 380(V). - Điện áp pha thứ cấp MBA:  2 do doU U 235 U = 200,8 1,17 1.173 6/2π V   - Công suất tối đa của tải: max 235.24,06 5654,1( )d do dP U I w   - Công suất biến áp nguồn được tính: 240 maxba s dS K P Sba là công suất biểu kiến của máy biến áp (KVA). Ks - là hệ số công suất theo sơ đồ mạch lực ( Ks=1,05). - Công suất của máy biến áp: max 1,05.5,6541 5,94( )ba s dS K P kva   - Dòng điện hiệu dụng phía thứ cấp MBA: 2 hd dI K I Khd là hệ số dòng điện hiệu dụng. 1 3 hdK  2 1 = = I .24,06 13,95(A) 3 - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MB: 2 2 1 1 2ba 200,8U I =K .I = .I = .13,95 = 7,37 (A) U 380 * Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ ). Tiết diện sơ bộ trụ: bafe= S Q k m.f k là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát (chọn k = 6) m - Số trụ của MBA , m=3 f - Tần số nguồn xoay chiều f=50(hz) Thay số: fe 5940 2Q = 6. = 37,76(cm ) 3.50 - Đường kính của trụ: fe 4.Q 4.37,76 d 6,94 (cm) π π   Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d=7,5 (cm). Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5mm. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT=1(T). * Tính toán dây quấn. 241 - Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA: W1= 1 -4 Tfe U 380 453,31 4,44.f.Q B 4,44.50.37,76.10 .1   (vòng)  W1= 453 (vòng) 453 vòng chia thành 6 lớp (5.78 + 63 vòng ). - Giữa hai lớp đặt một lớp giấy cách điện dày 0,1 mm . - C họn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 1 mm. - Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp là a01 = 1cm. - Đường kính trong của ống cách điện là: Dt = d + 2. a01-2.S01 = 9,3 (cm). - Đường kính trong của cuộn sơ cấp: D11 = Dt +2.S01 = 9,5 (cm). - Bề dày của cuộn sơ cấp : Bd1 = 5,4 (mm) = 0,54 (cm). - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = D11 + 2.Bd1 = 10,58 (cm). - Đường kính trung bình cuộn sơ cấp : Dtb = (D11 + Dn1 )/2 = 10,04(cm). - Chiều dài dây quấn sơ cấp :    1 1 1 453. .10,04 14281,09 142,81tbl w D cm m     - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: 22 1 1 U 200,8 W .W .453,21 239,48 U 380    (vòng). 239 vòng chia thành 4 lớp (3.75 + 14 vòng ). - Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 10,58 + 2.1 = 12,58(cm). - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22= 0,1(mm). - Bề dầy cuốn thứ cấp: Bd2 = ( a2+cd22) .n12= (0,116 +0,01).4 = 0,504 (cm). - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 12,58 + 2.0,504 = 13,084 (cm). - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : t2 n2tb2 D +D 12,58+13,084 D 12.832(cm) 2 2    - Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = .W2.Dtb2 = . 239 .12,832 = 9629,9(cm) = 96,29(m). 242 Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng và loại MBA khô J =(2 2,75) A/ mm 2 chọn J=2,75A/mm. - Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: 211 1 I 7,37 S = = =2,68 (mm ) J 2,75 Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 2,8 m2 . Kích thước dây có kể cách điện là: S1cd = a1 . b1 = 0,8 . 2,63 (mm . mm). * Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp. J1= 211 2 I 7,37 J 2,63 (A/mm ) S 2,8    - Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA. 222 2 13,95I S 5,07 (mm ) J 2,75    Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điên cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 =3,07 (mm2). Kích thước dây có kể cách điện là: S2cd = a2 . b2= 1,16 . 2,83 (mm . mm) *Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp. 22 2 2 13,95 5,07 I J 2,75(A/mm ) S    4. Tính các thông số của máy biến áp. - Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 75 0 C. 1 1 2 1 l 142,81(m) R = ρ = 0,02133. = 1,14 (Ω) S 2,68(mm ) 2ρ = 0,02133(Ωmm /m) - Điển trở cuộn thứ cấp ở 75 0 C. 2 2 2 2 l 96,29(m) R = ρ = 0,02133. = 0,41 ( ) S 5,07(mm )  - Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp: 243 2 22 2 1ba 1 W 239 R = R +R .( ) = 0,41+1,14.( ) = 0,73(Ω) W 453 - Sụt áp trên điện trở biến áp: r ba dΔU = R .I = 0,73.24,06=17,49 (V) - Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp: 2 2 -7d1 d2 2ba 12 qd B +Br X =8.π (W ) .( ).(a + ). ω . 10 h 3 = 2 2 -2 -7 6,29 0,54+0,504 8π (329) .( ).(0,01+ .10 ).314.10 = 1,02 (Ω) 22,34 3 r - Bán kính trong cuộn dây thứ cấp [m2]. h - Chiều cao cửa sổ lõi thép [m]. a12- Bề dầy cách điện các cuộn dây với nhau. - Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp: -3ba ba X 1,02 L 3,25.10 ω 314    [H] = 3,25[mH] - Sụt áp trên điện kháng MBA: dba 3 3 ΔU = .X .I = .1,02.24,06 =23,45 (V)x π π - Sụt áp trên MBA: 2 2 2 2 ba ΔU = ΔU +ΔU = 17,49 +23,45 = 29,25 (V)xr * Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu. * Chọn máy phát tốc Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: Mã hiệu nđm (v/ph) Pđm (w) Iđm (A) Uđm (V) ZYS231/110 1900 23,1 0,01 110 d d 220.24,06 5940 U I η = = = 96,42% S 244 * Tính chọn các thiết bị bảo vệ . - Bảo vệ quá dòng điện Bảo vệ ngắn mạch và quá tải về dòng điện dùng Aptômat hoặc cầu chì. Nguyên tắc chọn thiết bị này là theo dòng điện với Ibv = (1,11,3)Ilv. Dòng bảo vệ của A- Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van thyristor . Khi van làm việc thì dòng điện chạy qua van nên có sụt áp trên van, do đó có tổn hao công suất P.Tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó . Nếu quá nhiệt độ cho phép thì van sẽ bị phá hỏng. Do đó để van bán dẫn làm việc an toàn không bị chọc thủng về nhiệt thì ta phải chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý. - Tổn thất công suất trên một thyristor: lv ΔP ΔU.I 1,8.8,02=14,436 (W)  - Diện tích bề mặt toả nhiệt: .m tn ΔP S = K τ Trong đó : ΔP - Tổn hao công suất (W).  - Độ chênh lệch so với môi trường. Chọn nhiệt độ môi trường : 0mtT =40 C nhiệt độ làm việc cho phép của thyrsitor. 0 cpT =125 C .Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt : 0 lv T =70 C Ta có: 0mth T T -T 70 - 40 30 C   Km - Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ . Chọn Km = 6 [W/m 2 . 0C ]  2tn 14,436 S 0,0802(m ) 6.30   * Bảo vệ quá dòng điện cho van . Aptomat dùng để đóng ngắt mạch động lực, tự động bảo vệ quá tải và ngắn mạch thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Chọn 1 aptomat có: 245 1dm I 1,1.I 1,1.7,37 8,107 (A)   Uđm = 220 (V) có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng điện ngắn mạch: Inm = 1,2 .2,5 .I1=1,2 . 2,5 . 7,37 = 22,11 (A) Dòng quá tải : Iqt = 1,5 . I1 = 1,5 . 7,37= 11,055 (A) Dùng cầu chì dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch cho các thyiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu . - Nhóm 1CC. Dòng định mức dây chảy nhóm 1CC: I1cc=1,1.I2 =1,1.13,95 =13,345 (A) - Nhóm 2CC. Dòng định mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 . Ilv = 1,1 . 8,02 = 8,822 (A) - Nhóm 3CC. Dòng định mức dây chảy nhóm 3CC: I1cc = 1,1Id = 1,1.24,06 = 24,466 (A) Vậy chọn cầu chì có dây chảy là : với nhóm 1CC loại 15(A) với nhóm 2CC loại 10(A) với nhóm 3CC loại 25(A) Bảo vệ quá điện áp cho van . Do quá trình đóng cắt các thyristor được thực hiện bằng cách mắc các R,C song song với thyristor. Khi có chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng này gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anốt và katốt của thyristor. Khi có mạch R,C mắc song song với thyristor sẽ tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá áp. 246 Theo kinh nghiệm chọn: R1 = (3050)   ta chọn R1 = 50 () C1 = (0,22  0,3) F  ta chọn C1 = 0,25 F - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện. Ta mắc mạch R,C như hình vẽ, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . Trị số R,C chọn theo kinh nghiệm R2 = 15, C2 = 4F *Tính toán các thông số của mạch điều khiển. - Việc tính toán mạch điều khiển được tính từ tầng khuếch đại xung ngược trở lên. Các bước thiết kế mạch điều khiển tham khảo tài liệu điện tử công suất. CÂU HỎI ÔN TẬP I.Câu hỏi ôn tập: 2.2. Hãy nêu các điều kiện để chọn công suất động cơ cho truyền động điện 2.3. Nêu các chế độ làm việc chế độ làm việc của truyền động điện 2.4. Hãy trình bày phương pháp tính chọn công suất động cơ dài hạn cho hệ truyền động điện. 2.5. Hãy trình bày phương pháp tính chọn công suất động cơ ngắn hạn cho hệ truyền động điện. 2.6. Hãy trình bày phương pháp tính chọn công suất động cơ ngắn hạn lặp lại cho hệ truyền động điện. 2.7. Nêu các yêu cầu cơ bản để chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ. 2.8. Trình bày nội dung kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tổn thất trung bình. T R1 C1 R2 C2 R2 C2 R2 C2 247 2.9. Trình bày nội dung kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng trị. 2.10. Trình bày nội dung kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo công suất đẳng trị. II. Bài tập: 2.10.2. Cho một hệ truyền động một chiều dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập có phụ tải thay đổi theo chu kỳ. Hãy kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo điều kiện phát nóng và quá tải. Cho biết phụ tải thay đổi theo thời gian : P1 = 65KW, t1 = 10s; P2 = 40 KW, t2 = 5s P3 = 30 KW, t3 = 15s: P4 = 20 KW, t4 = 20s thời gian chạy không tải t0 = 5s, P0 = 5KW. Động cơ Pđm= 55KW; nđm = 1500 vòng/phút; Uđm = 220V; đm = 0,9 ; hệ số quá tải M = 2. 2.10.3. Một máy công tác làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với phụ tải Mc = 150Nm, thời gian làm việc : tlv = 35s, thời gian nghỉ tng = 85s. Động cơ truyền động có công suất Pđm = 12KW; Uđm = 380/220V, nđm = 950 vòng/phút, hệ số quá tải M = 2,3; hệ số đóng điện tiêu chuẩn TC% = 25%. Hãy kiểm nghiệm công suất động cơ theo điều kiện phát nóng và quá tải. 2.10.4. Hãy tính chọn động cơ không đồng bộ, cho truyền động một máy cắt gọt kim loại có chế độ làm việc dài hạn và phụ tải dài hạn biến đổi: P1 = 8 KW; t1 = 2s; P2 = 6KW, t2 = 3s, P3 = 3 KW, t3 = 5s, P4 = 7 KW, t4 = 7 KW, t4 = 2s, tốc độ định mức của máy sản xuất yêu cầu 1410 vòng/phút. 2.10.5. Hãy tìm công suất cần thiết để nâng thang máy có tải trọng G = 1,5 tấn trong 2 trường hợp : - Thang máy làm việc với đối trọng 2 tấn - Thang máy không có đối trọng - Biết hiệu suất của cơ cấu thang máy  = 0,5. 248 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà nội năm 1996 2. Bùi Đình Tiếu – Phạm Duy Nghi- Nguyễn Dư Xứng Cơ sở truyền động điện tập I, II- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà nội năm 1974. 3. Nguễn Bính Điện tử công suất – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà nội năm 1982. 4. Bùi Đình Tiếu Truyền Động điện – Nhà xuất bản giá dục năm 2004 5. Nguyễn Phùng Quang Điều khiển truyền động điện xoay chiều ba pha – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà nội năm 1996. 6. Bùi Quốc Khánh – Phạm Quốc Hải – Nguyễn Văn Liễn – Dương Văn Nghi Điều chỉnh tự động truyền động điện – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 1996 7. Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà – Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu Máy điện I, II – Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà nội năm 1998.