Giáo trình môn Truyền động điện tự động - Chương 1: Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động - Khương Công Minh
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
ThS. kh−¬ng c«ng minh
bé m«n: tù ®éng - ®o l−êng - khoa ®iÖn
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa ®µ n½ng
gi¸o tr×nh
truyÒn ®éng ®iÖn
tù ®éng
(L−u hµnh néi bé)
§µ n½ng 2005
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
lêi nãi ®Çu
Ch−¬ng 1:
§Ó phôc vô kÞp thêi cho viÖc häc tËp vµ gi¶ng d¹y cña sinh viªn
vµ gi¸o viªn khoa §iÖn tr−êng §¹i häc B¸ch khoa §µ n½ng còng nh−
sinh viªn c¸c trung t©m, vµ lµm tµi liÖu tham kh¶o cho c¸c kü s− ®iÖn
vµ c¸c ngµnh cã liªn quan, chóng t«i ®· biªn so¹n gi¸o tr×nh “truyÒn
®éng ®iÖn tù ®éng” (tËp1, 2). Gi¸o tr×nh gåm hai phÇn:
Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn
tù ®éng.
§ 1.1. Môc ®Ých vµ yªu cÇu:
+ N¾m ®−îc cÊu tróc chung cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù
®éng (HT-T§§T§).
PhÇn 1 (TËp1): Tr×nh bµy nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ: c¸c ®Æc
tÝnh cña m¸y s¶n xuÊt, cña ®éng c¬; c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc
®é ®éng c¬, c¸c hÖ “bé biÕn ®æi - ®éng c¬”; qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong hÖ
thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng; chän c«ng suÊt ®éng c¬...
+ N¾m ®−îc ®Æc tÝnh cña tõng lo¹i ®éng c¬ trong c¸c hÖ thèng
truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng cô thÓ.
+ Ph©n tÝch ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ vµ
vÊn ®Ò ®iÒu chØnh tèc ®é trong c¸c hÖ “bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ”.
PhÇn 2 (TËp2): Tr×nh bµy hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng (§KT§) truyÒn
®éng ®iÖn nh−: ph©n tÝch c¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng; c¸c phÇn
tö ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ; tæng hîp hÖ T§§T§ theo ®¹i sè logic...
+ Kh¶o s¸t ®−îc qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña HT-T§§T§ víi c¸c th«ng
sè cña hÖ hoÆc cña phô t¶i.
Néi dung cña gi¸o tr×nh (PhÇn 1) gåm 6 ch−¬ng:
Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng.
Ch−¬ng 2: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn.
+ TÝnh chän c¸c ph−¬ng ¸n truyÒn ®éng vµ n¾m ®−îc nguyªn
t¾c c¬ b¶n ®Ó chän c«ng suÊt ®éng c¬ ®iÖn.
Ch−¬ng 3: §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn theo c¸c th«ng sè.
Ch−¬ng 4: §iÒu chØnh tèc ®é hÖ "Bé biÕn ®æi - §éng c¬ ®iÖn".
Ch−¬ng 5: Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn.
Ch−¬ng 6: TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬.
+ N¾m ®−îc c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n ®iÒu khiÓn tù ®éng HT-
T§§T§.
+ Ph©n tÝch vµ ®¸nh gi¸ ®−îc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng ®iÓn
h×nh cña c¸c m¸y hoÆc hÖ thèng ®· cã s½n.
Néi dung cña gi¸o tr×nh (PhÇn 2) gåm 5 ch−¬ng:
Ch−¬ng 1: Kh¸i niÖm chung vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng
truyÒn ®éng ®iÖn (HT §KT§ T§§).
+ N¾m ®−îc nguyªn t¾c lµm viÖc cña phÇn tö ®iÒu khiÓn logic.
+ Tæng hîp ®−îc mét sè m¹ch ®iÒu khiÓn logic.
Ch−¬ng 2: Nh÷ng nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tù ®éng.
Ch−¬ng 3: C¸c m¹ch b¶o vÖ vµ tÝn hiÖu hãa.
Ch−¬ng 4: PhÇn tö ®iÒu khiÓn logic - sè.
+ ThiÕt kÕ ®−îc c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng cña c¸c m¸y hoÆc
hÖ thèng theo yªu cÇu c«ng nghÖ.
Ch−¬ng 5: Tæng hîp hÖ ®iÒu khiÓn logic.
Do h¹n chÕ vÒ th«ng tin còng nh− kh¶ n¨ng nªn néi dung gi¸o
tr×nh ch¾c ch¾n cßn nhiÒu vÊn ®Ò cÇn hoµn thiÖn.
RÊt mong c¸c b¹n ®ång nghiÖp vµ ®éc gi¶ ®ãng gãp ý kiÕn. Th−
gãp ý xin göi vÒ cho ThS. Kh−¬ng C«ng Minh, Gi¸o viªn khoa ®iÖn,
Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa, §¹i häc §µ n½ng.
Trang 1
T¸c gi¶
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
CÊu tróc cña hÖ T§§ T§ gåm 2 phÇn chÝnh:
§ 1.2. CÊu tróc vµ ph©n lo¹i hÖ thèng
- PhÇn lùc (m¹ch lùc): tõ l−íi ®iÖn hoÆc nguån ®iÖn cung cÊp
®iÖn n¨ng ®Õn bé biÕn ®æi (BB§) vµ ®éng c¬ ®iÖn (§C) truyÒn ®éng
cho phô t¶i (MSX). C¸c bé biÕn ®æi nh−: bé biÕn ®æi m¸y ®iÖn (m¸y
ph¸t ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu, m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i), bé biÕn ®æi
®iÖn tõ (khuÕch ®¹i tõ, cuén kh¸ng b¶o hoµ), bé biÕn ®æi ®iÖn tö, b¸n
dÉn (ChØnh l−u tiristor, bé ®iÒu ¸p mét chiÒu, biÕn tÇn transistor,
tiristor). §éng c¬ cã c¸c lo¹i nh−: ®éng c¬ mét chiÒu, xoay chiÒu, c¸c
lo¹i ®éng c¬ ®Æc biÖt.
truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (t®® t®)
1.2.1. CÊu tróc cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng:
* §Þnh nghÜa hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng:
+ HÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng (T§§ T§) lµ mét tæ hîp c¸c
thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn tö, v.v. phôc vô cho cho viÖc biÕn ®æi ®iÖn n¨ng
thµnh c¬ n¨ng cung cÊp cho c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c trªn c¸c m¸y s¶n
suÊt, còng nh− gia c«ng truyÒn tÝn hiÖu th«ng tin ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸
tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®ã theo yªu cÇu c«ng nghÖ.
- PhÇn ®iÒu khiÓn (m¹ch ®iÒu khiÓn) gåm c¸c c¬ cÊu ®o l−êng,
c¸c bé ®iÒu chØnh tham sè vµ c«ng nghÖ, c¸c khÝ cô, thiÕt bÞ ®iÒu
khiÓn ®ãng c¾t phôc vô c«ng nghÖ vµ cho ng−êi vËn hµnh. §ång thêi
mét sè hÖ T§§ T§ kh¸c cã c¶ m¹ch ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ tù ®éng
kh¸c hoÆc víi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn.
* CÊu tróc chung:
PhÇn ®iÖn
PhÇn c¬
1.2.2. Ph©n lo¹i hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng:
L−íi
- TruyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®iÒu chØnh: th−êng chØ cã ®éng c¬ nèi
trùc tiÕp víi l−íi ®iÖn, quay m¸y s¶n xuÊt víi mét tèc ®é nhÊt ®Þnh.
msx
Rt
Bb®
®c
- TruyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh: tuú thuéc vµo yªu cÇu c«ng nghÖ
mµ ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn
tù ®éng ®iÒu chØnh m« men, lùc kÐo, vµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng
®iÒu chØnh vÞ trÝ. Trong hÖ nµy cã thÓ lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng
nhiÒu ®éng c¬.
R
k
kt
- Theo cÊu tróc vµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn mµ ta cã hÖ truyÒn ®éng
®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn sè, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn
t−¬ng tù, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh ...
vh
gn
- Theo ®Æc ®iÓm truyÒn ®éng ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng
®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu, ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu, ®éng c¬ b−íc, v.v.
H×nh 1-1: M« t¶ cÊu tróc chung cña hÖ T§§ T§
- Theo møc ®é tù ®éng hãa cã hÖ truyÒn ®éng kh«ng tù ®éng vµ
hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng.
BB§: Bé biÕn ®æi; §C: §éng c¬ ®iÖn; MSX: M¸y s¶n xuÊt; R vµ RT: Bé
®iÒu chØnh truyÒn ®éng vµ c«ng nghÖ; K vµ KT: c¸c Bé ®ãng c¾t phôc vô
truyÒn ®éng vµ c«ng nghÖ; GN: M¹ch ghÐp nèi; VH: Ng−êi vËn hµnh
- Ngoµi ra, cßn cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®¶o chiÒu, cã ®¶o
chiÒu, hÖ truyÒn ®éng ®¬n, truyÒn ®éng nhiÒu ®éng c¬, v.v.
Trang 2
Trang 3
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
§ 1.3. §ÆC TÝNH C¥ CñA M¸Y S¶N XUÊT Vµ §éNG C¥
ω
1.3.1. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt:
ω
ω
c
d
+ §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ
m«men c¶n cña m¸y s¶n xuÊt: Mc = f(ω).
e
M'c
Mc
M
Mc
M
f
+ §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng, tuy nhiªn phÇn lín
chóng ®−îc biÕu diÔn d−íi d¹ng biÓu thøc tæng qu¸t:
ω®m
q
⎛
⎞
ω
ωđm
M'c
⎜
⎜
⎟
⎟
Mc = Mco + (M®m - Mco)
(1-1)
⎝
⎠
Trong ®ã:
Mc - m«men øng víi tèc ®é ω.
Mco - m«men øng víi tèc ®é ω = 0.
M®m
M
a)
b)
c)
H×nh 1-2: a) C¸c d¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y s¶n xuÊt
c: q = -1; d: q = 0; e: q = 1; f: q = 2.
b) D¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã tÝnh thÕ n¨ng.
c) D¹ng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã tÝnh ph¶n kh¸ng.
M®m - m«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc ω®m
+ Ta cã c¸c tr−êng hîp sè mò q øng víi c¸c t¶i:
Khi q = -1, m«men tû lÖ nghÞch víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu
m¸y tiÖn, doa, m¸y cuèn d©y, cuèn giÊy, ... (®−êng c h×nh 1-2).
+ Ngoµi ra, mét sè m¸y s¶n xuÊt cã ®Æc tÝnh c¬ kh¸c, nh−:
§Æc ®iÓm cña lo¹i m¸y nµy lµ tèc ®é lµm viÖc cµng thÊp th×
m«men c¶n (lùc c¶n) cµng lín.
- M«men phô thuéc vµo gãc quay Mc = f(ϕ) hoÆc m«mne phô
thuéc vµo ®−êng ®i Mc = f(s), c¸c m¸y c«ng t¸c cã pitt«ng, c¸c m¸y
trôc kh«ng cã c¸p c©n b»ng cã ®Æc tÝnh thuéc lo¹i nµy.
Khi q = 0, Mc = M®m = const, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu m¸y n©ng
h¹, cÇu trôc, thang m¸y, b¨ng t¶i, c¬ cÊu ¨n dao m¸y c¾t gät, ...
(®−êng d h×nh 1-2).
- M«men phô thuéc vµo sè vßng quay vµ ®−êng ®i Mc = f(ω,s)
nh− c¸c lo¹i xe ®iÖn.
Khi q = 1, m«men tû lÖ bËc nhÊt víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬
cÊu ma s¸t, m¸y bµo, m¸y ph¸t mét chiÒu t¶i thuÇn trë, (®−êng e h×nh
1-2).
- M«men phô thuéc vµo thêi gian Mc = f(t) nh− m¸y nghiÒn ®¸,
nghiÒn quÆng.
Trªn h×nh 1-2b biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã
m«men c¶n d¹ng thÕ n¨ng.
Khi q = 2, m«men tû lÖ bËc hai víi tèc ®é, t−¬ng øng c¸c c¬ cÊu
m¸y b¬m, qu¹y giã, m¸y nÐn, (®−êng f h×nh 1-2).
Trªn h×nh 1-2c biÓu diÔn ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt cã
m«men c¶n d¹ng ph¶n kh¸ng.
+ Trªn h×nh 1-2a biÓu diÔn c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt:
Trang 4
Trang 5
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
1.3.2. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn:
∂M
∂ω
∆M
∆ω
β =
; nÕu ®Æc tÝnh c¬ tuyÕn tÝnh th×: β =
;
(1-2a)
(1-2b)
+ §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ
m«men cña ®éng c¬: M = f(ω).
dM*
HoÆc theo hÖ ®¬n vÞ t−¬ng ®èi: β* =
;
+ Nh×n chung cã 4 lo¹i ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c lo¹i ®éng c¬ ®Æc
tr−ng nh−: ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song hay ®éc lËp
(®−êngc), vµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp hay hçn hîp
(®−êngd), ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu kh«ng ®ång bé (®−ênge), ®ång
bé (®−êngf), h×nh 1-3.
dω*
Trong ®ã: ∆M vµ ∆ω lµ l−îng sai ph©n cña m«men vµ tèc ®é
t−¬ng øng; M* = M/M®m ; ω* = ω/ω®m ; hoÆc ω* = ω/ωcb .
mM
mω
ω
HoÆc tÝnh theo ®å thÞ: β =
tgγ ; (h×nh 1- 4)
(1-3)
f
Trong ®ã:
ω
e
c
+ mM lµ tØ lÖ xÝch
cña trôc m«men
γ
d
+ mω lµ tØ lÖ xÝch
cña trôc tèc ®é
XL
mω
M(ω)
M
+ γ lµ gãc t¹o thµnh
gi÷a tiÕp tuyÕn víi
trôc ω t¹i ®iÓm xÐt
cña ®Æc tÝnh c¬.
H×nh 1-3: C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña bèn lo¹i ®éng c¬ ®iÖn
* Th−êng ng−êi ta ph©n biÖt hai lo¹i ®Æc tÝnh c¬:
mM
M
+ §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: lµ ®Æc tÝnh cã ®−îc khi ®éng c¬ nèi theo
s¬ ®å b×nh th−êng, kh«ng sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ phô trî kh¸c vµ
c¸c th«ng sè nguån còng nh− cña ®éng c¬ lµ ®Þnh møc. Nh− vËy mçi
®éng c¬ chØ cã mét ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn.
H×nh 1- 4: C¸ch tÝnh ®é cøng
®Æc tÝnh c¬ b»ng ®å thÞ
+ §éng c¬ kh«ng ®ång bé cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ thay ®æi gi¸
trÞ (β > 0, β < 0).
+ §Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o hay ®Æc tÝnh c¬ ®iÒu chØnh: lµ ®Æc tÝnh
c¬ nhËn ®−îc sù thay ®æi mét trong c¸c th«ng sè nµo ®ã cña nguån,
cña ®éng c¬ hoÆc nèi thªm thiÕt bÞ phô trî vµo m¹ch, hoÆc sö dông
c¸c s¬ ®å ®Æc biÖt. Mçi ®éng c¬ cã thÓ cã nhiÒu ®Æ tÝnh c¬ nh©n t¹o.
+ §éng c¬ ®ång bé cã ®Æc tÝnh c¬ tuyÖt ®èi cøng (β ≈ ∞).
+ §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬
cøng (β ≥ 40).
+ §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã ®é cøng ®Æc tÝnh c¬
mÒm (β ≤ 10).
1.3.3. §é cøng ®Æc tÝnh c¬:
+ §¸nh gi¸ vµ so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬, ng−êi ta ®−a ra kh¸i niÖm
“®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ” vµ ®−îc ®Þnh nghÜa:
Trang 7
Trang 6
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
§ 1.4. C¸C TR¹NG TH¸I LµM VIÖC CñA HÖ T§§T§
ë tr¹ng th¸i ®éng c¬: Ta coi dßng c«ng suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ
d−¬ng nÕu nh− nã cã chiÒu truyÒn tõ nguån ®Õn ®éng c¬ vµ tõ ®éng c¬
biÕn ®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬: Pc¬ = M.ω cÊp cho m¸y
s¶n xuÊt vµ ®−îc tiªu thô t¹i c¬ cÊu c«ng t¸c cña m¸y. C«ng suÊt c¬
nµy cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu nh− m«men ®éng c¬ sinh ra cïng chiÒu víi
tèc ®é quay.
+ Trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng bao giê còng cã qu¸ tr×nh
biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng hoÆc ng−îc l¹i. ChÝnh
qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy quyÕt ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña hÖ truyÒn
®éng ®iÖn. Cã thÓ lËp B¶ng 1-1:
ë tr¹ng th¸i m¸y ph¸t: th× ng−îc l¹i, khi hÖ truyÒn ®éng lµm
viÖc, trong mét ®iÒu kiÖn nµo ®ã c¬ cÊu c«ng t¸c cña m¸y s¶n xuÊt cã
thÓ t¹o ra c¬ n¨ng do ®éng n¨ng hoÆc thÕ n¨ng tÝch lòy trong hÖ ®ñ
lín, c¬ n¨ng ®ã ®−îc truyÒn vÒ trôc ®éng c¬, ®éng c¬ tiÕp nhËn n¨ng
l−îng nµy vµ lµm viÖc nh− mét m¸y ph¸t ®iÖn. C«ng suÊt ®iÖn cã gi¸
trÞ ©m nÕu nã cã chiÒu tõ ®éng c¬ vÒ nguån, c«ng suÊt c¬ cã gi¸ trÞ ©m
khi nã truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt vÒ ®éng c¬ vµ m«men ®éng c¬ sinh ra
ng−îc chiÒu víi tèc ®é quay.
BiÓu ®å
c«ng suÊt
Tr¹ng th¸i
lµm viÖc
TT
1
P®iÖn
Pc¬
∆P
P®
- §éng c¬
kh«ng t¶i
0
= 0
= P®iÖn
∆P
P®
Pc
- §éng c¬
cã t¶i
M«men cña m¸y s¶n xuÊt ®−îc gäi lµ m«men phô t¶i hay
m«men c¶n. Nã còng ®−îc ®Þnh nghÜa dÊu ©m vµ d−¬ng, ng−îc l¹i víi
dÊu m«men cña ®éng c¬.
2
3
4
5
6
0
0
= P® - Pc
= ⏐Pc¬ ⏐
∆P
+ Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng c«ng suÊt cña hÖ T§§ T§ lµ:
Pc
H·m
= 0
< 0
0
< 0
< 0
< 0
∆P
∆P
kh«ng t¶i
P® = Pc + ∆P
(1-4)
Trong ®ã: P® lµ c«ng suÊt ®iÖn; Pc lµ c«ng suÊt c¬; ∆P lµ tæn
thÊt c«ng suÊt.
P®
H·m
Pc
= ⏐Pc - P®⏐
= ⏐Pc + P®⏐
= ⏐Pc¬ ⏐
- Tr¹ng th¸i ®éng c¬ gåm: chÕ ®é cã t¶i vµ chÕ ®é kh«ng t¶i.
Tr¹ng th¸i ®éng c¬ ph©n bè ë gãc phÇn t− I, III cña mÆt ph¼ng ω(M).
t¸i sinh
- Tr¹ng th¸i h·m cã: H·m kh«ng t¶i, H·m t¸i sinh, H·m ng−îc
vµ H·m ®éng n¨ng. Tr¹ng th¸i h·m ë gãc II, IV cña mÆt ph¼ng ω(M).
P®
H·m
Pc
Pc
ng−îc
∆P
∆P
- H·m t¸i sinh: P®iÖn < 0, Pc¬ < 0, c¬ n¨ng biÕn thµnh ®iÖn n¨ng
tr¶ vÒ l−íi.
H·m
- H·m ng−îc: P®iÖn > 0 , Pc¬ < 0, ®iÖn n¨ng vµ c¬ n¨ng chuyÓn
thµnh tæn thÊt ∆P.
= 0
< 0
®éng n¨ng
Trang 8
Trang 9
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
- H·m ®éng n¨ng: P®iÖn = 0, Pc¬ < 0, c¬ n¨ng biÕn thµnh c«ng
suÊt tæn thÊt ∆P.
§ 1.5. TÝNH §æI C¸C §¹I L¦îNG C¥ HäC
1.5.1. M«men vµ lùc quy ®æi:
* C¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc trªn mÆt ph¼ng [M, ω]:
+ Quan niÖm vÒ sù tÝnh ®æi nh− viÖc dêi ®iÓm ®Æt tõ trôc nµy vÒ
trôc kh¸c cña m«men hay lùc cã xÐt ®Õn tæn thÊt ma s¸t ë trong bé
truyÒn lùc. Th−êng quy ®æi m«men c¶n Mc, (hay lùc c¶n Fc) cña bé
phËn lµm viÖc vÒ trôc ®éng c¬.
Tr¹ng th¸i ®éng c¬: t−¬ng øng víi c¸c ®iÓm n»m trong gãc phÇn
t− thø nhÊt vµ gãc phÇn t− thø ba cña mÆt ph¼ng [M, ω], h×nh 1 - 5.
Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t: t−¬ng øng víi c¸c ®iÓm n»m trong gãc
+ §iÒu kiÖn quy ®æi: ®¶m b¶o c©n b»ng c«ng suÊt trong phÇn c¬
cña hÖ T§§T§:
phÇn t− thø hai vµ gãc phÇn t− thø t− cña mÆt ph¼ng [M, ω], h×nh 1 -
5. ë tr¹ng th¸i nµy, m«men ®éng c¬ chèng l¹i chiÒu chuyÓn ®éng, nªn
®éng c¬ cã t¸c dông nh− bé h·m, vµ v× vËy tr¹ng th¸i m¸y ph¸t cßn cã
tªn gäi lµ "tr¹ng th¸i h·m".
- Khi n¨ng l−îng truyÒn tõ ®éng c¬ ®Õn m¸y s¶n xuÊt:
Ptr = Pc + ∆P
(1-5)
Trong ®ã: Ptr lµ c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬, Ptr = Mcq®.ω,
Mc
Mc
ω
M
ω
M
(Mcq® vµ ω - m«men c¶n tÜnh quy ®æi vµ tèc ®é gãc trªn trôc
®éng c¬).
ω
II
Pc lµ c«ng suÊt cña m¸y s¶n xuÊt, Pc = Mlv.ωlv ,
(Mlv vµ ωlv - m«men c¶n vµ tèc ®é gãc trªn trôc lµm viÖc).
∆P lµ tæn thÊt trong c¸c kh©u c¬ khÝ.
M(ω)
I
G
Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t
Mω < 0 ; Mcω > 0 ;
Tr¹ng th¸i ®éng c¬
Mω > 0 ; Mcω < 0 ;
M
Tr¹ng th¸i m¸y ph¸t
Mω < 0 ; Mcω > 0 ;
Mc(ω)
* NÕu tÝnh theo hiÖu suÊt hép tèc ®é ®èi víi chuyÓn ®éng quay:
II I
III IV
Mc(ω)
P
ηi
Mlv .ωlv
c
Tr¹ng th¸i ®éng c¬
Mω > 0 ; Mcω < 0 ;
P =
=
= Mcqd .ω
(1-6)
(1-7)
tr
ηi
Mc
Mc
M(ω)
Mlv .ωlv Mlv
ηi .ω
M
M
ω
ω
III
IV
Rót ra:
Mcq®
=
=
;
ηi .i
Trong ®ã: ηi - hiÖu suÊt cña hép tèc ®é.
ω
ωlv
i =
- gäi lµ tû sè truyÒn cña hép tèc ®é.
H×nh 1 - 5: BiÓu diÔn c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc
trªn mÆt ph¼ng [M, ω]
Trang 10
Trang 11
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
* NÕu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn th× lùc quy ®æi:
Trong ®ã: Jq® - m«men qu¸n tÝnh quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬.
ω§ - tèc ®é gãc trªn trôc ®éng c¬.
F
lv
Mcqâ
=
(1-8)
J§ - m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬.
η.ρ
Ji - m«men qu¸n tÝnh cña b¸nh r¨ng thø i.
mj - khèi l−îng qu¸n tÝnh cña t¶i träng thø j.
ii = ω/ωi - tØ sè truyÒn tèc ®é tõ trôc thø i.
ρ = ω/vj - tØ sè quy ®æi vËn tèc cña t¶i träng.
* VÝ dô: S¬ ®å truyÒn ®éng cña c¬ cÊu n©ng, h¹ :
Trong ®ã: η = ηi.ηt - hiÖu suÊt bé truyÒn lùc.
ηt - hiÖu suÊt cña tang trèng.
ρ = ω/vlv - gäi lµ tû sè quy ®æi.
- Khi n¨ng l−îng truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt ®Õn ®éng c¬:
Ptr = Pc - ∆P
(tù chøng minh).
1.5.2. Quy ®æi m«men qu¸n tÝnh vµ khèi l−îng qu¸n tÝnh:
J® , M® , ω®
i, ηi
1
+ §iÒu kiÖn quy ®æi: b¶o toµn ®éng n¨ng tÝch luü trong hÖ
thèng:
c
d
2
n
ωt , Jt , Mt , ηt
W =
W
(1-9)
∑
i
3
4
1
e
ω2
2
v2
2
f
ChuyÓn ®éng quay:
W = J.
(1-10)
(1-11)
vlv,Flv
G
ChuyÓn ®éng tÞnh tiÕn: W = m.
H×nh 1- 6: S¬ ®å ®éng häc cña c¬ cÊu n©ng h¹
NÕu sö dông s¬ ®å tÝnh to¸n phÇn c¬ d¹ng ®¬n khèi, vµ ¸p dông
c¸c ®iÒu kiÖn trªn ta cã:
c ®éng c¬ ®iÖn; d hép tèc ®é;
e tang trèng quay; f t¶i träng
v2j
2
ω2Â
2
ω2Â
2
ωi2
2
q
n
Jqâ ⋅
= JÂ ⋅
+
J ⋅
+
m ⋅
(1-12)
(1-13)
∑
∑
i
j
4
mj
Ji Jt
1
1
Ta cã:
J = J +
+
+
(1-14)
∑
qâ
Â
ii2 i2t ρ2j
1
q
n
mj
Ji
⇒
j = J +
+
∑ ∑
qâ
Â
ii2
ρ2j
1
1
ω
ωt
Trong ®ã: it =
- tØ sè truyÒn tèc ®é tõ trôc tang trèng.
Trang 13
Trang 12
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
* NÕu chän vµ lÊy chiÒu cña tèc ®é ω lµm chuÈn th×: M(+) khi
M↑↑ω vµ M(-) khi M↑↓ω. Cßn Mc(+) khi Mc↑↓ω; Mc(-) khi Mc↓↓ω.
§ 1.6. PH¦¥NG TR×NH §éNG HäC CñA HÖ T§§ T§
+ Lµ quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng (ω, n, L, M, ...) víi thêi gian:
r
§ 1.7. §IÒU KIÖN æN §ÞNH TÜNH CñA HÖ T§§ T§
n
r
d(Jω)
D¹ng tæng qu¸t:
M =
(1-15)
∑
i
Nh− ë trªn ®· nªu, khi M = Mc th× hÖ T§§T§ lµm viÖc x¸c lËp.
§iÓm lµm viÖc x¸c lËp lµ giao ®iÓm cña ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn
ω(M) víi ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n suÊt ω(Mc). Tuy nhiªn kh«ng ph¶i
bÊt kú giao ®iÓm nµo cña hai ®Æc tÝnh c¬ trªn còng lµ ®iÓm lµm viÖc
x¸c lËp æn ®Þnh mµ ph¶i cã ®iÒu kiÖn æn ®Þnh, ng−êi ta gäi lµ æn ®Þnh
tÜnh hay sù lµm viÖc phï hîp gi÷a ®éng c¬ víi t¶i.
dt
i=1
+ NÕu coi m«men do ®éng c¬ sinh ra vµ m«men c¶n ng−îc
chiÒu nhau, vµ J = const, th× ta cã ph−¬ng tr×nh d−íi d¹ng sè häc:
dω
dt
M − Mc = J
(1-16)
§Ó x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc, dùa vµo ph−¬ng tr×nh ®éng häc:
Theo hÖ ®¬n vÞ SI: M(N.m); J(kg.m2); ω(Rad/s); t(s).
⎡
⎤
d
dt
∂M
∂ω
∂M
∂ω
⎛
⎞
⎟
⎛
⎜
⎞
⎟
c
Theo hÖ kü thuËt: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s):
GD2 dn
J
=
−
⋅(ω− ωx )
(1-20)
⎜
⎢
⎣
⎥
⎦
⎝
⎠
⎝
⎠
x
x
M − Mc =
⋅
(1-17)
Ng−êi ta x¸c ®Þnh ®−îc ®iÒu kiÖn x¸c lËp æn ®Þnh lµ:
375 dt
Theo hÖ hçn hîp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s):
dn
∂M
∂ω
∂M
∂ω
⎛
⎜
⎞
⎟
⎛
⎜
⎞
⎟
c
−
< 0
(1-21)
(1-22)
⎝
⎠
⎝
⎠
x
x
J
M − Mc =
⋅
(1-18)
(1-19)
Hay:
β - βc < 0
9,55 dt
* VÝ dô: XÐt hai ®iÓm giao nhau cña c¸c ®Æc tÝnh c¬:
dω
M«men ®éng: M®g = M − Mc = J
ω
dt
A
Tõ ph−¬ng tr×nh (1-19) ta thÊy r»ng:
ω(M)
β
dω
dt
- Khi M®g > 0 hay M > Mc , th×
> 0 → hÖ t¨ng tèc.
B
M
dω
dt
- Khi M®g < 0 hay M < Mc , th×
< 0 → hÖ gi¶m tèc.
ω(MC)
βc
- Khi M®g = 0 hay M = Mc , th× dω/dt = 0 → hÖ lµm viÖc x¸c
lËp, hay hÖ lµm viÖc æn ®Þnh: ω = const.
H×nh 1- 7: XÐt ®iÓm lµm viÖc æn ®Þnh
Trang 15
Trang 14
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
T¹i c¸c ®iÓm kh¶o s¸t th× ta thÊy ba ®iÓm A, B, C lµ c¸c ®iÓm
lµm viÖc x¸c lËp æn ®Þnh. §iÓm D lµ ®iÓm lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh.
TÝnh ®µn håi lín còng cã thÓ xuÊt hiÖn ë nh÷ng hÖ thèng cã m¹ch
®éng häc dµi mÆc dï trong ®ã kh«ng chøa mét phÇn tö ®µn håi nµo.
Sù biÕn d¹ng trªn tõng phÇn tö tuy nhá nh−ng v× sè phÇn tö rÊt lín nªn
®èi víi toµn m¸y nã trë nªn ®¸ng kÓ.
Tr−êng hîp: A: β < βc v× β < 0 vµ βc = 0 → x¸c lËp æn ®Þnh.
B: β > βc v× β > 0 vµ βc1 = 0 → kh«ng æn ®Þnh.
§ 1.8. §éNG HäC CñA HÖ T§§ T§
Trong nh÷ng tr−êng hîp trªn phÇn c¬ khÝ cña hÖ kh«ng thÓ thay
thÕ t−¬ng ®−¬ng b»ng mÉu c¬ häc ®¬n khèi mµ ph¶i thay thÕ b»ng
mÉu c¬ häc ®a khèi, h×nh 9b.
Trong hÖ T§§ T§ cã c¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn + c¬, trong ®ã c¸c bé
phËn c¬ cã nhiÖm vô chuyÓn c¬ n¨ng tõ ®éng c¬ ®Õn bé phËn lµm viÖc
cña m¸y s¶n xuÊt vµ t¹i ®ã c¬ n¨ng ®−îc biÕn thµnh c«ng höu Ých.
ϕ1
M®h
ϕ2
M§
J1
MC
Kh©u
®µn håi
F1
F2
§éng c¬ ®iÖn cã c¶ phÇn ®iÖn (stato) vµ phÇn c¬ (roto vµ trôc).
m2
m1
JC
J2
Kh©u
®µn håi
F®h
F®h
§éng c¬
M¸y s¶n xuÊt
B§
§C
§K
TL
MSX
b)
a)
J®
MC
M
ω
K
c)
PhÇn ®iÖn
PhÇn c¬
ωC
H×nh 1- 10: MÉu c¬ häc ®a khèi cña hÖ chuyÓn ®éng quay (a),
chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (b) cã kh©u c¬ khÝ ®µn håi,
vµ hÖ trôc mÒm ®µn håi (c).
H×nh 1- 8: S¬ ®å cÊu tróc hÖ T§§ T§
PhÇn c¬ phô thuéc vµo kÕt cÊu, vËt liÖu vµ lo¹i m¸y, chóng rÊt
®a d¹ng vµ phøc t¹p, bëi vËy ph¶i ®−a vÒ d¹ng ®iÓn h×nh ®Æc tr−ng cho
c¸c lo¹i, phÇn c¬ cã d¹ng tæng qu¸t ®Æc tr−ng ®ã gäi lµ mÉu c¬ häc
cña truyÒn ®éng ®iÖn.
NÕu quy ®æi m«men vµ m«men qu¸n tÝnh vÒ mét trôc tèc ®é nµo
®ã (®éng c¬ hoÆc m¸y s¶n xuÊt) th× trong phÇn lín c¸c tr−êng hîp hÖ
truyÒn ®éng cã kh©u ®µn håi phÇn c¬ cña nã cã thÓ thay t−¬ng ®−¬ng
bëi mÊu c¬ häc ®a khèi gåm 3 kh©u: kh©u 1 gåm r«to hoÆc phÇn øng
cña ®éng c¬ víi nh÷ng phÇn tö nèi cøng víi ®éng c¬ nh− hép tèc ®é,
trèng têi v.v...; kh©u 2 lµ kh©u ®µn håi kh«ng qu¸n tÝnh; kh©u 3 lµ
kh©u c¬ cña m¸y s¶n xuÊt; nh− h×nh 1- 9b. Trong ®ã M®h lµ m«men
®µn håi.
MÉu c¬ häc (®¬n khèi) lµ mét vËt thÓ r¾n quay xung quanh mét
trôc víi tèc ®é ®éng c¬, nã cã m«men qu¸n tÝnh J, chÞu t¸c ®éng cña
m«men ®éng c¬ (M) vµ m«men c¶n (Mc), h×nh 9.
ω
M
J
H×nh 1- 9: MÉu c¬ häc
Mc
Trang 17
Trang 16
ThS. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
Ths. Kh−¬ng C«ng Minh
Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng
14. Ph©n biÖt c¸c tr¹ng th¸i ®éng c¬ vµ c¸c tr¹ng th¸i h·m cña
®éng c¬ ®iÖn b»ng nh÷ng dÊu hiÖu nµo ? LÊy vÞ dô thùc tÕ vÒ tr¹ng
th¸i h·m cña ®éng c¬ trªn mét c¬ cÊu mµ anh (chÞ) ®· biÕt ?
C©u hái «n tËp
1. Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ g× ?
2. Cã m¸y lo¹i m¸y s¶n xuÊt vµ c¬ cÊu c«ng t¸c ?
15. ChiÒu cña dßng n¨ng l−îng sÏ nh− thÕ nµo khi ®éng c¬ lµm
viÖc ë tr¹ng th¸i ®éng c¬ ?
16. ChiÒu cña dßng n¨ng l−îng sÏ nh− thÕ nµo khi ®éng c¬ lµm
viÖc ë tr¹ng th¸i m¸y ph¸t ?
3. HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn gåm c¸c phÇn tö vµ c¸c kh©u nµo ?
LÊy vÝ dô minh häa ë mét m¸y s¶n xuÊt mµ c¸c anh (chÞ) ®· biÕt ?
17. §iÒu kiÖn æn ®Þnh tÜnh lµ g× ? Ph©n tÝch mét ®iÓm lµm viÖc
4. M«men c¶n h×nh thµnh tõ ®©u ? §¬n vÞ ®o l−êng cña nã ? C«ng
thøc quy ®æi m«men c¶n tõ trôc cña c¬ cÊu c«ng t¸c vÒ trôc ®éng c¬ ?
x¸c lËp æn ®Þnh tÜnh trªn täa ®é [M, ω] vµ [Mc, ω].
5. M«men qu¸n tÝnh lµ g× ? §¬n vÞ ®o l−êng cña nã ? C«ng thøc
tÝnh quy ®æi m«men qu¸n tÝnh tõ tèc ®é ωi nµo ®ã vÒ tèc ®é cña trôc
®éng c¬ ω ?
18. MÉu c¬ häc ®¬n khèi lµ g× ? Khi nµo th× dïng mÉu c¬ häc ®¬n
khèi ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ?
19. MÉu c¬ häc ®a khèi lµ g× ? Khi nµo th× dïng mÉu c¬ häc ®a
khèi ®Ó kh¶o s¸t hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ?
6. ThÕ nµo lµ m«men c¶n thÕ n¨ng? §Æc ®iÓm cña nã thÓ hiÖn
trªn ®å thÞ theo tèc ®é ? LÊy vÝ dô mét c¬ cÊu cã m«men c¶n thÕ n¨ng.
7. ThÕ nµo lµ m«men c¶n ph¶n kh¸ng? LÊy vÝ dô mét c¬ cÊu cã
m«men c¶n ph¶n kh¸ng.
8. §Þnh nghÜa ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt. Ph−¬ng tr×nh tæng
qu¸t cña nã vµ gi¶i tÝch c¸c ®¹i l−îng trong ph−¬ng tr×nh ?
9. H·y vÏ ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y s¶n xuÊt sau: m¸y tiÖn; cÇn
trôc, m¸y bµo, m¸y b¬m.
10. ViÕt ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cho hÖ truyÒn ®éng ®iÖn cã
phÇn c¬ d¹ng mÉu c¬ häc ®¬n khèi vµ gi¶i thÝch c¸c ®¹i l−îng trong
ph−¬ng tr×nh ?
11. Dïng ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng ®Ó ph©n tÝch c¸c tr¹ng th¸i
lµm viÖc cña hÖ thèng truyÒn ®éng t−¬ng øng víi dÊu cña c¸c ®¹i
l−îng M vµ Mc ?
12. §Þnh nghÜa ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn ?
13. §Þnh nghÜa ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ? Cã thÓ x¸ ®Þnh ®é cøng ®Æc
tÝnh c¬ theo nh÷ng c¸ch nµo ?
Trang 19
Trang 18
11 trang
23541
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình môn Truyền động điện tự động - Chương 1: Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động - Khương Công Minh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mon_truyen_dong_dien_tu_dong_chuong_1_khai_niem_c.pdf
