CHƯƠNG 1: CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MH 19.01 Giới thiệu: Một hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều phần tử cơ khí cấu tạo nên, chúng chuyển động với các tốc độ khác nhau tạo thành một sơ đồ động học phức tạp. Các mômen và lực tác động lên hệ thống có các điểm đặt khác nhau. Vì vậy muốn tính chọn được công suất của động cơ, hay viết các phương trình cân bằng lực.ta phải qui đổi các đại lượng này về trục động cơ. Mục tiêu: - Nhận dạng được các khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền động điện.
- Tính toán qui đổi được mô men cản, lực cản, mô men quán tính về trục động cơ. - Xây dựng được phương trình chuyển động của hệ truyền động điện. - Phân biệt được các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện. - Chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc.
Các khâu cơ khí của hệ truyền động điện 1.1 Tính toán qui đổi mômen Mc và lực cản Fc về trục động cơ. Sơ đồ dộng học qui đổi ( hình 1-1) Hình 1-1. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng Khi tiến hành qui đổi thì phải đảm bảo thỏa mãn các điều kiện: Điều kiện 1: Năng lượng của hệ thống trước và sau khi qui đổi phải bằng nhau. Đây chính là việc bảo toàn năng lượng.
Điều kiện 2: Hệ thống phải được giả thiết là tuyệt đối cứng. Giả sử khi tính toán và thiết kế người ta cho giá trị của Momen tang trống Mt qua hộp giảm tốc có tỷ số truyền là i và hiệu suất là i. Momen này sẽ tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqđ 9 M t t d Mcq đ. = i= i t 1 1 Ta có: Mcq đ = M t i i Trong đó: i là hiệu suất hộp tốc độ - Giả thiết tải trọng G sinh ra lực FC có vận tốc chuyển động là v, nó sẽ tác động lên trục động cơ một Momen Mcqđ Ta có: FC Mcq đ. d = i t FC F 1 Mcq đ = C i t d Trong đó: i t Ví dụ 1: Hãy tính Momen cản của tải trọng và dây cáp về trục động cơ, biết rằng cơ cấu nâng hạ có sơ đồ động học như hình vẽ.
Trong đó bộ truyền gồm một cặp bánh răng có tỷ số truyền i = 5, trọng lượng của vật nâng G = 10kN, trọng lượng dây cáp GC = 10%G, tốc độ nâng v = 16,5 m/s, hiệu suất cặp bánh răng 0,95, hiệu suất trống tời 0,93, đường kính trống tời Dt = 0,6m. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng Giải Lấy tốc độ tính toán là tốc độ động cơ ω khi đó moomen động cơ M được gi nguyên. -Tổng trọng lượng được nâng hạ: Gt= G + Gc = 10+ 1 = 11 (KN) = 11000 (N) - Mô men cản do tổng trọng lượng gây ra trên trống tời: 10 Dt 1 Mct = Gt 2 Mct = 3548(N) - Tỷ số truyền của hộp giảm tốc ( tính từ trục động cơ đến trục trống tời) i = i1 i2 = 5*5 = 25 - Hiệu suất của hộp giảm tốc: η = η1 η2 = 0,952 = 0,9 - Mô men cản tĩnh của tải trọng và dây cáp quy về trục động cơ sẽ là 1 Mc = Mct i Mc = 157,7(Nm) - Khối lượng cuả tải trọng tính theo kg Gt M = 9,81 = 1121 (kg) - Quan hệ gi a tốc tộ quay của trống tời và tốc độ nâng của tải trọng 60v nt = Dt 60 Thay nt = t 2 2 2 ρ= 3.33(1 / m) v Dt 0,6 - Tỷ số truyền từ trục động cơ đến dây cáp t ρ= i 25 * 3,33 83,25(1 / m) v t v - Mô men quán tính của tải trọng và dây cáp quy đổi về trục động cơ sẽ là 1 JG.qd = 0,16 Kgm2 Ví dụ 2: Cho hệ truyền động điện như hình vẽ. Tính Momen cản qui đổi về trục động cơ.
Biết tỷ số truyền của hai cặp bánh răng i1 = i2 = 5, trọng lượng vật nâng G = 22kN, trọng lượng dây cáp GC = 10%G, vận tốc nâng v = 22m/s. Hiệu suất các cặp bánh răng 0,95, hiệu suất trống tời 0,93. Sơ đồ động học của cơ cấu cần trục 1. Tính toán qui đổi mômen quán tính.
Các cặp bánh răng có Momen quán tính J1 .JK Momen quán tính tang trống Jt, khối lượng quán tính m và Momen quán tính động cơ Jđ đều có ảnh hưởng đến tính chất động học của hệ truyền động điểm này ta gọi là Jqđ 12 J 2 J 2 m 2 Jqd d J d d + (J1 2 2 ) +. + K K ) + t t + 2 2 2 2 2 2 K J Jt M Jqd = Jđ + ( 2K ) + + 2 1 iK it2 2. Đặc tính cơ của máy sản xuất, động cơ điện 2. Đặc tính cơ của động cơ điện.
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ gi a tốc độ quay và mômen của động cơ: =f(M). Đặc tính cơ của động cơ điện chia ra đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. Dạng đặc tính cơ của mỗi loại động cơ khác nhau thì khác nhau và sẽ được phân tích trong chương 2. Đặc tính cơ tự nhiên: Đó là quan hệ = f(M) của động cơ điện khi các thông số như điện áp, dòng điện.
của động cơ là định mức theo thông số đã được thiết kế chế tạo và mạch điện của động cơ không nối thêm điện trở, điện kháng. Đặc tính cơ nhân tạo: Đó là quan hệ = f(M) của động cơ điện khi các thông số điện không đúng định mức hoặc khi mạch điện có nối thêm điện trở, điện 12 kháng. hoặc có sự thay đổi mạch nối. Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện.
Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ gi a tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: = f(I) hay n = f(I). Chú ý: + Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính tự nhiên + Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo. Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm “Độ cứng đặc tính cơ ”, được tính: M M Nếu đặc tính cơ tuyến tính thì: Khi giá trị tuyệt đối của đặc tính cơ có giá trị lớn đặc tính cơ cứng nhỏ đặc tính cơ mềm đặc tính cơ nằm ngang và tuyệt đối cứng - Đường 1: Đặc tính cơ mềm - Đường 2: Đặc tính cơ cứng - Đường 3: Đặc tính cơ tuyệt đối cứng Hình 1-4. Đặc tính cơ của động cơ điện Đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi Momen biến đổi lớn.
+ Đặc tính cơ mềm tốc độ giảm nhiều khi Momen tăng. Đặc tính cơ của máy sản xuất. Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ gi a tốc độ quay và mômen quay: = f(M) hoặc n = f(M) Trong đó: 13 - Tốc độ góc (rad/s). Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ gi a tốc độ quay và mômen cản của máy sản xuất: Mc = f().
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát: M C M CO ( M đm M CO ) đm Trong đó: Mc là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ . Mco là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ = 0. Mđm là mômen cản của cơ cấu SX ứng với tốc độ định mức đm Hình 1-5. Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất ứng với các trường hợp máy sản xuất khác nhau.
Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các trường hợp tải: Q MC P Loại tải - 1 ứng dụng đặc tính cơ của cơ cấu máy quấn dây, cuốn giấy, Const 1 CC truyền động chính của máy cắt gọt kim loại (máy tiện) Cơ cấu nâng hạ, băng tải, máy nâng vận chuyển, truyền 0 Const động ăn dao máy gia công kim loại 14 Máy phát điện một chiều với tải thuần trở, cơ cấu ma sát, 1 2 máy bào 2 2 3 Thủy khí: Bơm, quạt, chân vịt tàu thủy Ngoài ra còn một số máy sản xuất có các đặc tính cơ khác: - Momen phụ thuộc vào góc quay MC =f() ; hoặc Momen phụ thuộc vào đường đi MC =f(s) Ví dụ : Các máy công tác có pittong, các máy trục không có cáp cân bằng,. - Momen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi MC =f(s, ) như các loại xe điện - Momen phụ thuộc vào thời gian MC =f(t), Ví dụ: máy nghiền đá, nghiền quặng 3: Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện 3.Trạng thái động cơ. - Định nghĩa: Là trạng thái biến điện năng thành cơ năng Pcơ = M. cung cấp cho máy sản xuất.
- Pcơ > 0 nếu Mđc sinh ra nó cùng chiều - Pđiện < 0 nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn - Pcơ < 0 khi nó truyền từ máy sản suất về động cơ, Momen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. - M của máy sản xuất được gọi là M phụ tải, hay M cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với Momen của động cơ - Phương trình cân bằng công suất của hệ thống truyền động là: Pđ = Pc + P Trong đó: + Pđ: Công suất điện + Pc: Công suất cơ + P: Công suất tổn thất - Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ. - Trạng thái động cơ là trạng thái động cơ điện làm việc với Pcơ = M.
Hay Momen do động cơ sinh ra có chiều trùng với tốc độ quay của động cơ điện. - Trạng thái động cơ có hai chế độ làm việc : + Chế độ không tải. 15 Trạng thái hãm (máy phát) là trạng thái động cơ điện làm việc với P cơ = M. Hay Momen do động cơ sinh ra có chiều ngược với tốc độ quay của động cơ điện, hay có chiều truyền từ máy sản suất về động cơ.
Trạng thái hãm gồm, hãm táí sinh, hãm ngược và hãm động năng.