Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Lời nói đầu Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ,truyền động điện có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Truyền động điện làm tăng năng suất lao động và chất lợng sản phẩm .Để đáp ứng đợc yêu cầu thực tế các hệ truyền động có khả năng tự động điều khiển và độ chính xác ngày càng cao đã ra đời . Với mục đích phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá trong thành phố,chống ô nhiễm môi trờng xe BUS chạy điện đã ra đời và ngày phát triển mạnh ở các nớc phát triển . Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết hệ thống truyền động ,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn học em đợc nhận đề tài Thiết kế hệ thống truyền động cho xe BUS chạy điện Với các thông số : +Điện áp nguồn : U N = 600VDC. +Trọng lợng xe : G 0 = 5.10 3 Kg. +Trọng lợng tải : G T = 4.10 3 Kg. +Tốc độ lớn nhất : v max = 60 Km/h. +Đờng kính bánh xe : D = 700 mm. +Đờng kính trục : d = 80mm. +Hệ số bám đờng : f = 0,02. +Hệ số ma sát lăn ổ trục : à =0,05. Trong khuôn khổ đồ án tiến hành ngiên cứu thiết kế hệ thống truyền động cho xe BUS chạy điện dùng trong thành phố em xin trình bày các nội dung sau: Phần I : Tổng quan về máy và yêu cầu công nghệ. Phần II : Tính chọn công suất đông cơ và chọn phơng án truyền động. Phần III : Tổng hợp tham số các bộ điều chỉnh. Phần IV : Tính chọn các thiết bị điều khiển. - 1 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Phần 1 Tổng quan về máy và yêu cầu công nghệ. Về hình dạng, ôtô chạy điện và ôtô chạy bằng động cơ đốt trong hoàn toàn nh nhau, nhng ôtô chạy điện một chiều sử dụng động cơ điện một chiều đựoc cung cấp điện thông qua hai càng tiếp xúc vói lới điện phía trên thay thế cho động cơ đốt trong xe BUS có kết cấu phức tạp bao gồm các cơ cấu bánh răng, hộp số, cơ cấu ly hợp, cầu dẫn hớng, hệ thống lái, hệ thống báo tín hiệu và các hệ thống diện, cơ khác. Hệ thống Điện cơ của xe Bus có kết cấu khá phức tạp. Vệ phần điện hệ thông bao gồm từ nhận năng lợng điện từ một nguồn cố định, biến đổi năng lợng thật phù hợp để đa vào động cơ truyền động, bên cạnh đó là hệ thống điều khiển nguồn năng lợng đó để phù hợp với các yêu cầu về thay đổi tốc độ của động . Các hệ thống tự động điều chỉnh để đảm bảo việc làm việc ổn điịnh, an toàn và dài hạn cho động cơ Về phần cơ bao gồm cơ cáu bánh răng, xích truyền, hộp số để truyền chuyển động từ động cơ truyền động đến bánh xe, hệ thống tăng giảm tốc độ, đảo chiều chuyển động, hệ thống phanh hãm Và còn rất nhiều các hệ thống điện cơ khác mà chúng ta không kể tới trong phạm vi của đố án này. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ xét đến hệ thống điện từ nguồn cung cấp dến diều khiển động cơ truyền động ( không có đảo chiều ). Yêu cầu về an toàn: Trong quá trình hoạt động của xe yêu cầu khi tăng tốc và giảm tốc phải êm.Do đó mômen động trong quá trình quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn .Điều kiện làm việc của xe là thờng phải chịu tải từ 60% tới 70% tải định mức và hay phải chịu quá tải nên yêu cầu về độ bền cơ khí cao,khả năng chịu quá tải lớn Yêu cầu về điều chỉnh tốc độ: Dải điều chỉnh tốc độ rộng 5km/h tới 69km/h.Điều chỉnh phải trơn. Yêu cầu về nguồn: Nguồn điện áp chuẩn DC-600V Yêu cầu về độ tin cậy: Xe BUS phải làm việc dài hạn do đó nên dùng các khí cụ điện phi tiếp điểm thay cho các khí cụ có tiếp điểm. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động và hệ điều khiển tự động phải đơn giản, các phần tử cấu thành phải có độ tin cậy cao,đơn giản,thay thế dễ dàng. - 2 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Phần 2 Tính chọn công suất đông cơ và chọn phơng án truyền động. Công suất động cơ đợc chọn sao cho đủ lớn nhằm sinh ra mô men với điều kiện thắng đợc các lực cản và hơn nữa phải đảm bảo hệ truyền động hoạt động đợc theo đúng yêu cầu công nghệ đặt ra. Ngoài việc tính chọn công suất động cơ, ta phải chọn loại động cơ sao cho thích hợp với yêu cầu truyền động mà cụ thể ở đây là hệ truyền động kéo . Xét các lực cản tác động tới hệ: 1.Lực cản lăn: Thành phần của lực cản lăn bao gồm hai thành phần chính đó là:Lực ma sát lăn trên đờng và lực ma sát ở ổ trục bánh xe (F 1 và F 2 ),trong đó để đơn giản có thể coi thành phần F 1 là do ngoại lực tác dụng lên bánh xe khi nó chuyển động. Có thể tính F 1 và F 2 qua các công thức sau: F 1 =f.G .cos Trong đó +f : gọi là hệ số cản lăn +G . : Trọng tải tổng của ôtô và bằng G 0 +G +G 0 : Trọng tải tĩnh của xe +G : Trọng lợng của tải + : Góc dốc mặt đờng ở đây ta xét ôtô chuyển động trên mặt phẳng ngang và vì thế =0. Vậy ta có: F 1 =f .G = f.(G 0 +G) =0,02.(5.10 3 +4.10 3 ).10=1800N F2 = G . .à. r/R b à: Hệ số ma sát lăn ở ổ trục r : Bán kính ổ trục R b :Bán kính bánh xe Từ đó ta có: - 3 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học NF 29,541 350 40.05,0.10.9 4 2 == 2. Lực cản không khí. F kk = K.S.v 0 2 =K.S(v+vg) 2 + K :Hệ số cản không khí[Ns 2 /m 4 ];và thờng K=(0,25 ữ 0,4) + S :Diện tích cản chính diện + v 0 :Vận tốc tơng đối giữa ôtô và không khí + v :Vận tốc của ôtô +v g :Vận tốc của gió Ôtô chuyển động với tốc độ lớn nhất là 60km/h =16,67m/s và vận tốc nhỏ nhất là 5km/h =1,39m/s. Chọn vận tốc của gió là 2m/s .Lực cản của gió lớn nhất khi ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất. Với S=4m 2 và K=0,4 ta có F kk =K.S(v+v g ) 2 =0,4.4.(16,67+2) 2 =557,71N 3.Tính công suất động cơ. Thực nghiệm cho ta biết hiệu suất của hệ thống truyền lực của ôtô khách là t =0,93. Bên cạnh đó khi ôtô chuyển động trên mỗi loại đờng khác nhau thì có độ bám khác nhau , trong trờng hợp này ta xét xe chuyển động trên đờng nhựa khô với hệ số bám đờng là =0,75. Vậy ứng với tải trọng lớn nhất , công suất động cơ cần có là: Kw64,68 . v).FFF( P t maxkk21 = ++ = Do ôtô luôn chạy khả năng quá tải nên chọn số an toàn cho động cơ là: K at = 1,3 Vì thế công suất động cơ đợc chọn là : P đ/c =P.1,3=68,64.1,3=89,23 kw. Ta có bảng tính các lực cản ứng với vận tốc lớn nhất và nhỏ nhất nh sau: Trong đó: - 4 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học 75,0 FFFFFF F kk21kk21 ++ = ++ = Bảng 1. F(G 0 =5.10 3 ) (N) F (G =9.10 3 ) (N) n b/xe (vg/phút) b/xe (rad/giây) v min (m/s) 1738,8 3110,24 37,91 4 v max (m/s) 1843,4 3829,3 455 47,6 Trong đó n b/xe là tốc độ quay của bánh xe. b xeb R v n 2 / = 4 . Chọn động cơ. Trong việc chọn động cơ thì ta phải xác định đợc xem nó là loại động cơ nao mà ta cần : một chiều hay xoay chiều ,đồng bộ hay không đồng bộ ,kích kích từ độc lập hay kích từ nối tiếp đồng thời phải chọn đợc động cơ có công suất đủ lớn để đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ đặt ra. Do yêu cầu công nghệ đặt ra là thiết kế cho xe buýt chạy điện ,dùng động cơ một chiều. Đây là hệ truyền động kéo vì thế ta chọn loại động cơ là động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Việc sử dụng động cơ một chiều kích từ nối tiếp rất phổ biến trong các hệ truyền động giao thông nh tầu kéo, ôtô. Đặc tính cơ của nó là lí tởng ,mềm và có độ cứng thay đổi theo phụ tải : mô men lớn ở tốc độ thấp và tốc độ lớn khi mô men nhỏ,đIều này rất phù hợp với các truyền động kéo. Chính nhờ sự thay đổi theo phụ tải của độ cứng nên ta có thể biết đợc sự thay sự thay đổi của phụ tải thông qua tốc độ của động cơ. Hơn nữa động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mô men. Nhờ cuộn kích từ nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn định mức thì từ thông động cơ lớn hơn định mức, do đó mô men của nó tăng nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện . Nh vậy với mức độ quá dòng điện nh nhau thì động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mô men và khả năng khởi động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập. - 5 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Một u điểm nữa khi dùng động cơ kích từ nối tiếp là khả năng chịu tải của động cơ không bị ảnh hởng bởi sự sụt áp của lới điện vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng và có độ tin cậy hơn các loại động cơ một chiều khác, vì cuộn dây kích từ của nó có tiết diện lớn và điện áp giữa các vòng dây của cuộn này không đáng kể. Dựa vào công suất và loại động cơ ta chọn đợc động cơ _808 của Nga có các thông số sau: + P đm = 47kw + n đm = 720 vòng/phút + I đm = 248 A + U đm = 220 V + r ckn = 0.02 + w ckn = 24 w ckn là số vòng dây một cực của cuộn nối tiếp + =39.6 mVb là từ thông hữu ích của một cực + n max =2300vòng/phút n max là tốc độ quay cực đại cho phép + j =2 kgm 2 j là mômen quán tính của phần ứng + p =2 p số đôi cực Do công suất một động cơ không đủ nên ta chọn hai động cơ giống hệt nhau và nối cứng với nhau. Việc chọn hai động cơ và nối cứng với nhau cũng có u điểm của nó đó là giảm đợc chiều cao của gầm xe và mô men quán tính giảm đi một nửa. Ngoài ra nếu chọn hai động cơ nối tiếp thì khi điện áp đặt vào phần ứng là 440V và dòng vẫn là 248A , nên khi hoạt động non tải thì tổn hao nhỏ hơn so với một máy hoạt động non tải. Bên cạnh đó việc nối hai động cơ với nhau sẽ tạo nên hệ truyền động có khả năng làm việc ổn định ở tốc độ bằng một nửa định mức mà không có tổn thất trên điện trở. - 6 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học 5.Tính toán các thông số của động cơ. Xét trong chế độ định mức nếu chúng ta bỏ qua tổn hao sắt từ và tổn hao cơ ta có thể coi mô men điện từ và mô men cơ là nh nhau , từ đó ta có : Nm4,623 P MM dm dm dt = == Từ công thức tính mô men ta có : 51,2 I M KI.KM dm dm === . Vậy ta có: 12,0 248 39,75.51,2220 = = = dm u u I EU r () Để công việc tính toán đợc dễ dàng nên ta coi hai động cơ khi đợc ghép cứng vói nhau tạo thành một động cơ có các thông số sau : U đm = 440 V I đm = 248 A P đm = 94 kw R = 0.24 Một cách gần đúng có thể xác định đợc điện cảm của dây cuấn phần ứng động cơ nh sau: H10.7 2.720.248 440.6,5 p.n.I U.K L 3 dmdm dm u === Đối với động cơ không bù thì K =5,5ữ 5,7 Trong trờng hợp này ta chọn K = 5,6 Điện cảm của cuộn kích từ : = L kt .I đm mH16,0 248 10.6,39 I L 3 dm kt == = Vì động cơ có hai đôi cực và hai động cơ đợc ghép với nhau nên điện cảm của cuộn kích từ là L kt = 0.16.p.2 = 0.64mH Xác định dải mô men cản của tải ( coi xe có 4 số tiến và 1 số lùi ) - 7 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Trờng hợp 1:Xe chạy với tốc độ lớn nhất và tải trọng là max. Tỉ số truyền : 6,1 455 720 / / === xenb cnd i Ta có mô men : .Nm7,900 93,0.6,1 35,0.3,3829 .1 R.F M bc max c == = .Nm6,731 6,1.93,0 35,0.24,3110 M minc == Vậy ta có: V v min v max M c 731,6 900,7 6,7317,900 7,86,47 6,731 7,8 = M -8,7 = 0,23.M 168,3 (1) Khi xe chạy không tải và giả thiết ở số 1 có tốc độ max là 25km/h Với tốc độ là 25km/h thì tơng ứng tốc độ của bánh xe là n bxe = 190vg/ph .Từ đó ta có tỉ số truyền i = n đc /n bxe = 720/455 =1,6 Tơng tự ta có bảng quan hệ sau: v v min v max M c 413 70 413470 46,75 413 4 = M - 8.7 =1,17.M - 483,21 = 1,17.M - 474,21 5.Đặc tính cơ của động cơ Với các thông số của động cơ đã biết ta có thể thành lập đợc phơng trình đặc tính cơ cũng nh phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ . Và để đơn giản , trong quá trình thành lập ta giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến tính với dòng điện kích từ, tơng ứng với đờng (2) trên đồ thị .Khi đó ta có : =C.I kt - 8 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Trong đó C là hằng số tỉ lệ *Phơng trình đặc tính cơ điện: I k Ru k Uu . = vơi k = 5 nên ta có II .05,08,87 5 24,0 5 440 == Phơng trình đặc tính cơ : Vậy ta có: M k Ru k Uu . 2)( = 0095,06,87M. 25 24,0 5 440 == (M) Đặc tính cơ M 1246,8 1000 800 600 400 75,39 78,1 80 81,9 83,8 Đặc tính cơ I 248 200 150 100 50 75,39 77,6 80,1 82,6 85,1 Dải điều chỉnh: 1 min min 1 max max min max B MCK U B MCK U D == Dải điều chỉnh điện áp: 30 440 U U min max = - 9 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Phần 3 Chọn phơng án truyền động Để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có một số cách sau: 1.Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ ta có bộ chỉnh điện áp U đ/c =U=.U N - Hệ số tỷ lệ ở chế độ xác lập ta có C.K R I.C.K U u = C.K R M.C.K U u = BBĐ ĐC thay vào B I A. C.K R I.C.K U. 1 u = = B M A = 2 . =f(U đk ) ta thấy tốc độ lớn nhất bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản ứng =1 .Vậy khi thay đổi ta có các đờng cong song song và tốc độ nhỏ nhất giới hạn bởi sai số tốc độ và mômen khởi động. 2. Điều chỉnh từ thông động cơ( cách này ít dùng). - 10 - 1 < 0 0 I,M 2 < 1 0 =1 [...]... Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học 2 .Thiết kế hệ điều chỉnh Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực hiện đợc tất cả các yêu cầu đặt ra,đó là các yêu cầu về công nghệ,các chỉ tiêu chất lợng,các yêu cầu về kinh tế Độ ổn định và độ chính xác của hệ điều chỉnh là hai chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện Độ chính xác đợc đánh giá... máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đai (KĐM) - Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT) - Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : chỉnh lu Thyristor (CLT) - Bộ biến đổi xung áp một chiều Thyristor và tranzitor (BBĐKA) Tơng ứng sử dụng các bộ biến đổi có các hệ truyền động: - Hệ truyền động máy phát động cơ (F - Đ) - Hệ truyền động máy khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ) - Hệ truyền. .. thích hợp để nâng cao độ chính xác của hệ điều chỉnh Để đáp ứng đợc các chỉ tiêu công nghệ trong hệ điều khiển tự động truyền động điện của hệ truyền động xe BUS chạy điện, ta sử dụng hai mạch vòng điều chỉnh: + Mạch vòng điều chỉnh dòng điện ổn định mômen + Mạch vòng điều chỉnh tốc độ ổn định tốc độ Sơ đồ cấu trúc: R MC Iđ RI S0I I S0 Mạch điều chình dòng điện ( mạch vòng trong ) là mạch vòng cơ... Hệ truyền động máy phát từ - động cơ ( LĐT - Đ) - Hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - động cơ (T - Đ) - 11 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học - Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA -Đ) * Do nguồn điện yêu cầu là nguồn điện một chiều, dải điều chỉnh tốc độ phải rộng Ta sử dụng cơ cấu ly hợp để đảo chiều tiến hoặc lùi của xe nên không cần đến việc đảo chiều quay động cơ Quá trình hãm dừng của xe dùng cơ... Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Phần 5 Tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền động điện 1.Mô tả động cơ : Do động cơ là một chiều kích từ nối tiếp khi đặt vào mạch một điện áp U thì xuất hiện dòng điện I và từ thông .Ta biết tơng tác qua dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo ra mô men điện từ có giá trị p '.N .I = K .I 2. a M= (1) Do mô men điện từ kéo cho phần ứng quay nên các dây quấn phần ứng... Quang Tạo Đồ án môn học Hệ thống điều khiển tự động truyền động điện: 10 34.5 1 032s+1 60 1 4.17 1 001s+1 039s 002s+1 002s+1 032s+1 013 001s+1 13 005s+1 - 30 - 011 1 s Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Chơng 6 Thiết kế bộ điều khiển Sơ đồ: REM R RI Hạn chế SS & ~ - 1 ĐC BAX BAX - 31 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Hoạt động của mạch điện điều khiển :điện áp đặt qua khâu hạn chế so sánh điện áp từ phát tốc... dùng cơ cấu phanh vì vậy ta chỉ xét động cơ trong góc phần t thứ nhất Ta chọn loại truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ) Nguyên lý cơ bản của xung áp - động cơ (XA - Đ) : Sơ đồ nguyên lý: R S UN D L Uđ/c ĐC Khi S đóng thì UN = Uđ/c thì dòng điện đi qua động cơ về nguồn Do ảnh hởng điện cảm phần ứng dòng qua động cơ tăng từ Imin tới Imax Khi S khoá thì U = 0, dòng qua động cơ vẫn đi theo chiều cũ và khép... điều chình dòng điện ( mạch vòng trong ) là mạch vòng cơ bản có tính chất quyết định tới chất lợng điều chỉnh của hệ thống vì mạch điều chỉnh dòng điện ảnh hởng trực tiếp tới Mômen kéo của động cơ,gia tốc của động cơ và chức năng bảo vệ hệ truyền động Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ: L 7,64.10 3 Tu = = = 0,032 (s) R 0,24 Mômen quán tính: - 25 - Nguyễn Quang Tạo J = J dc + Đồ án môn học... điện C đợc nạp tới điện áp UN của nguồn, nhng trong thực tế khi dòng điện tải giảm dới mức duy trì của Thyristor thì dòng điện ngừng Khi ta nối Thyristor T1 làm cho nguồn nối với tải ta có sơ đồ tơng đơng: T1 C D - 14 - L Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Tại thời điểm này xuất hiện dao động giữa cuộn dây L và tụ điện C Sựdao động này chỉ kéo dài trong một nửa chu kỳ vì điôt D ngăn dòng điện ngợc Tụ điện. .. dòng tải chạy vòng qua điôt D 0 cho đến khi dòng về đến 0 -Giai đoạn t1 T vì dòng điện mạch đã hoàn toàn tắt cho nên điện áp trên tải bằng điện áp phần ứng : Ut=UƯ - 16 - Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học Vì chế độ dòng điện gián đoạn có đặc điểm là các chu kỳ không ảnh hởng sang nhau nên để đơn giản ta dùng luật đóng ngắt mạch điện với điều kiện đầu biết trớc -Giai đoạn 0 t0 có i1(0)=0 nên dới tác động của . các hệ truyền động: - Hệ truyền động máy phát động cơ (F - Đ) - Hệ truyền động máy khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ) - Hệ truyền động máy phát từ - động. dẫn hớng, hệ thống lái, hệ thống báo tín hiệu và các hệ thống diện, cơ khác. Hệ thống Điện cơ của xe Bus có kết cấu khá phức tạp. Vệ phần điện hệ thông