CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1. Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện. Giới thiệu chung.
Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu.
Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn. Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất.
Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trước. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ. Lựa chọn động cơ.
Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất, là đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện. Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ : Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại: Động cơ điện xoay chiều : - Động cơ không đồng bộ. - Động cơ đồng bộ. Động cơ điện một chiều : - Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp. - Động cơ một chiều kích từ song song. - Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp. Ưu nhược điểm từng loại động cơ: Đối với động cơ xoay chiều: + Động cơ không đồng bộ: Ưu điểm : - Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rôto lồng sóc.
So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác - Giá thành rẻ, vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện. - Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. Nhược điểm: - Điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn. - Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải.
- Khó điều chỉnh tốc độ. - Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). - Momen mở máy nhỏ. + Động cơ đồng bộ.
Ưu điểm: - Có độ ổn định tốc độ cao hệ số cos và hiệu suất lớn , vận hành có độ tin cậy cao. - Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động. - Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng bộ. Nhược điểm: -Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc.
Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao.gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao. Đối với động điện một chiều: Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều. Ưu điểm: - Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. - Có nhiều phương pháp hãm tốc độ.
Nhược điểm: - Tốn nhiều kim loại màu. - Chế tạo bảo quản khó khăn. - Giá thành đắt. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai loại trên.
Trong 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nên ít được sử dụng. Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng điện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi. Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm thừ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại kích từ độc lập.
Ở đây em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau : Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. - Phương trình đặc tính cơ điện : I - Phương trình đặc tính cơ: Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý, đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện * Nhận xét : - Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao - Khi động cơ làm việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục động cơ. - Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau : - Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ. - Phương pháp thay đổi từ thông. - Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ.
Vì nó có những đặc điểm như sau : Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ n u ®k nomax = no1 bb® no2 no3 no4 nomin = no5 ®c ckt m Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng Ux R Ux R ω= − I= − M Kφ dm Kφ dm Kφ dm ( Kφ dm )2 Khi U giảm thì tốc độ không tải giảm Ux ω0 x = Kφ dm cũng giảm khi U giảm. Độ cứng đặc tính cơ không đổi. |β| ω0 max −1 Mdm D= Dải điều chỉnh lớn : Kqt−1 Trong đó Kqt: hệ số quá tải Kqt < 2 ωi +1 ψi= →1 Độ trơn điều chỉnh : ω i * Nhận xét: - Đây là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh triệt để , nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng , phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít. - Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao.
- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh - Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và bằng hằng số ( Mc = const ). Phân tích chọn bộ biến đổi. Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từ của động cơ. Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính: - Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại.
- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ - Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều: Tranzitor hoặc Tiristor * Nhận xét - Sau khi đưa ra 4 phương án sử dụng bộ biến đổi trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật. Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ). Vì phương án này có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ như sau : Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ) + Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi Uđk + Nguyên lý điều khiển: - Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận được điện áp chỉnh lưu. bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T và thay đổi được giá trị điện áp đầu ra.
+ Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau: - Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến pi, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk do hiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên.