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 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. 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.
- Sản xuất với nhiều cấp điện áp khá nhau nên đáp ứng được nhu cầu sử dụng Nhược điểm: - 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. Trong 2 loại động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ ta thấy loại động cơ điện đồng bộ có kết cấu phức tạp giá thành cao nên ít được sử dụng. Động cơ điện một chiều giá thành cao và chế tạo bảo quản khó khăn.
Động cơ không đồng bộ thì giá thành rẻ,cấu tạo đơn giản và được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn động cơ không đồng bộ 3 pha. Ở đây em chọn động cơ không đồng bộ ba pha làm động cơ cho truyền động chính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay điều chỉnh điện áp động cơ vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau : Động cơ không đồng bộ. - Momen tới hạn : hay Mth.u* = ub*2 - Tốc độ quay của động cơ không đổi: Mu*= ub*2 ; =const ; 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 khi điều chỉnh điện áp * Nhận xét : - Đặc tính cơ có dạng đường cong và uốn mềm - Khi động cơ làm việc với tốc độ không đổi thì mômen tới hạn bằng điện áp đầu ra.
Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc tính mômen tới hạn của phụ tải Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. Từ yêu cầu của đề bài ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng bộ điều áp xoay chiều ba pha như sau: - Điều áp ba pha với 6 Thyristor nối thành nhóm Thyristor song song ngược liên hệ giữa nguồn và tải. - Nốt tam giác 3 bộ điều áp một pha. - Nối hỗn hợp 3 Thyristor và 3 điốt Đối với các thiết bị có công suất trung bình và lớn, các dòng điện điều hòa có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn bộ điều áp.
Việc lựa chọn giới hạn bởi hai sơ đồ 6 thyristor. - Bộ điều áp ba pha - Ba bộ điều áp một pha ghép tam giác. Sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác không tốt đối với dòng điện tải so với bộ điều áp ba pha, nhƣng đối với dòng điện lưới lại tốt hơn. Sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác một pha nối tam giác làm cho dòng điện pha có điều hòa bâc ba và bội ba nhưng trong dòng điện dây chúng bị triệt tiêu.
Do vậy ta có thể đi đến kết luận : - Khi việc giảm các điều hòa dòng điện lưới đóng vai trò quan trọng thì thường chọn các sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác - Khi chất lượng điện áp trên tải quan trọng thì thƣờng chọ bộ điều áp ba pha. Đó là trường hợp cung cấp cho các máy điện quay, bởi vì các may điện quay sẽ là việc xấu khi điện áp bậc ba hoặc bội ba. Các điện áp này tạo nên hệ thống thứ tự không. Khi công suất giảm đi, cần giảm chi phí dối với các thyristor và mạch điều khiển, khi đó bộ điều áp ba pha có nhiều khả năng ; - Đặt giữa lƣới và tải, cho phép thay đổi pha khi chuyển từ tam giác sang hình sao mà không cần thay đổi điện áp.
- Đặt sau tải cho phép nối hình tam giác ba nhóm thyristor, làm giảm dòng và cho phép giảm kích cỡ của thyristor - Đặt sau tải và có một cực chung cho tất cả các thyristor, điều này làm cho việc điều khiển dễ dàng, nhất là khi thay thế 6 thyristor bằng 3 triac. Khi vấn đề các điều hòa dòng điện không không quan trọng thì bộ điều áp ba pha và các phương án của nó có lợi hơn phương án nối tam giác.ba bộ điều áp một pha. - Bộ điều áp ba pha hỗn hợp chỉ được sử dụng trong các sơ đồ công suất nhỏ vì ảnh hưởng quan trọng của các điều hòa. Điều hòa bậc cao sẽ tạo nên moomen phản kháng lớn đối với máy điện quay.
Vì vậy ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách sử dụng bộ diều áp xoay chiều ba pha bằng cách sử dụng 6 thyristor nối thành nhóm song song ngược liên hệ giữa nguồn và tải Vì nó có những đặc điểm như sau : Sơ đồ nguyên lý cho như hình vẽ Hình 1. Bộ điều áp ba pha Tổn thất khi điều chỉnh là : = Pcơ Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng gần đúng: Thì tổn thất trong mạch khi điều chỉnh là: Tổn thất cực đại khi =0 : * 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 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 ( Mth = 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. Theo yêu cầu của đề tài là sử dụng bộ điều áp xoay chiều nên ta sẽ đi phân tích bộ điều áp xoay chiều.