MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU: + Nắm cấu trúc chung hệ thống truyền động điện tự động (HT-TĐĐTĐ) + Nắm đặc tính loại động hệ thống truyền động điện tự động cụ thể + Phân tích phương pháp điều chỉnh tốc độ động vấn đề điều chỉnh tốc độ hệ “bộ biến đổi - động ” + Khảo sát trình độ HT-TĐĐTĐ với thông số hệ phụ tải + Tính chọn phương án truyền động nắm nguyên tắc để chọn công suất động điện + Nắm nguyên tắc điều khiển tự động HT-TĐĐTĐ + Phân tích đánh giá mạch điều khiển tự động điển hình máy hệ thống có sẵn + Nắm nguyên tắc làm việc phần tử điều khiển logic + Tổng hợp số mạch điều khiển logic + Thiết kế mạch điều khiển tự động máy hệ thống theo yêu cầu công nghệ CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG (TĐĐ TĐ) Cấu trúc hệ thống truyền động điện tự động: * Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động: + Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) tổ hợp thiết bị điện, điện tử, v.v phục vụ cho cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản suất, gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo u cầu cơng nghệ * Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mơ tả cấu trúc chung hệ TĐĐ TĐBBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động điện; MSX: Máy sản xuất; R RT: Bộ điều chỉnh truyền động cơng nghệ; K KT: Bộ đóng cắt phục vụ truyền động công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hànhGNVHBBĐĐCMSXRRTKKTLướiPhần điệnPhần Cấu trúc hệ TĐĐ TĐ gồm phần chính: - Phần lực (mạch lực): từ lưới điện nguồn điện cung cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX) Các biến đổi như: biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, điều áp chiều, biến tần transistor, tiristor) Động có loại như: động chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: - Truyền động điện không điều chỉnh: thường có động nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào u cầu cơng nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ hệ truyền động điện tự động nhiều động - Theo cấu trúc tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình - Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động điện chiều, động điện xoay chiều, động bước, v.v - Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động khơng tự động hệ truyền động điện tự động - Ngồi ra, cịn có hệ truyền động điện khơng đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT VÀ ĐỘNG CƠ Đặc tính máy sản xuất: + Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ ).ωquay mômen cản máy sản xuất: Mc = f( + Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biếu diễn dạng biểu thức tổng quát: Mc = Mco + (Mđm - Mco) ω ωđm q(1-1) Trong đó: ωMc - mômen ứng với tốc độ = 0.ωMco - mômen ứng với tốc độ đmωMđm - mômen ứng với tốc độ định mức + Ta có trường hợp số mũ q ứng với tải: Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng hình 1-2) cấu máy tiện, doa, máy dây, giấy, (đường Đặc điểm loại máy tốc độ làm việc thấp mơmen cản (lực cản) lớn Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cấu ăn dao máy cắt gọt, (đường hình 1-2) Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc với tốc độ, tương ứng hình cấu ma sát, máy bào, máy phát chiều tải trở, (đường 1-2) Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng hình 1-2) cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đường + Trên hình 1-2a biểu diễn đặc tính máy sản xuất: Hình 1-2: a) Các dạng đặc tính máy sản : q = 2.b) Dạng đặc tính máy sản xuất : q = 1; : q = 0; : q = -1; xuất có tính năng.c) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính phản a)b)c) đmMđmMωωMcM'cMωMcMM'cωkháng + Ngồi ra, số máy sản xuất có đặc tính khác, như: ) mơmneϕ- Mơmen phụ thuộc vào góc quay Mc = f( phụ thuộc vào đường Mc = f(s), máy cơng tác có pittơng, máy trục khơng có cáp cân có đặc tính thuộc loại - Mơmen phụ thuộc vào số vòng quay đường Mc = ,s) loại xe điện.ωf( - Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) máy nghiền đá, nghiền quặng Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mơmen cản dạng Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mơmen cản dạng phản kháng Đặc tính động điện: + Đặc tính động điện quan hệ tốc độ ).ωquay mơmen động cơ: M = f( Hình 1-3: Các đặc tính bốn loại động + Nhìn chung có loại đặc tính loại động đặc trưng như: Mωđiện ), động điện động điện chiều kích từ song song hay độc lập (đường ), động điện xoay chiều khơng chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường ), hình 1-3 ), đồng (đường đồng (đường * Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: + Đặc tính tự nhiên: đặc tính có động nối theo sơ đồ bình thường, khơng sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác thông số nguồn động định mức Như động có đặc tính tự nhiên + Đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh: đặc tính nhận thay đổi thơng số nguồn, động nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, sử dụng sơ đồ đặc biệt Mỗi động có nhiều đặ tính nhân tạo Độ cứng đặc tính cơ: + Đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm “độ cứng đặc tính ” định nghĩa: Trang =β ∂M ∂ω ; đặc tính tuyến =βtính thì: ΔM Δω ; (1-2a) Hoặc theo hệ đơn vị tương đối: β= dM dω ; (1-2b) lượng sai phân mômen tốcω∆M ∆Trong đó: cb ω/ω* = ωđm ; ω/ω* = ωđộ tương ứng; M* = M/Mđm ; =βHoặc tính theo đồ thị: mM mω tgγ; (hình 1- 4) (1-3) mMHình 1- 4: Cách tính độ cứng đặc tính cơωXLmγMω )Trong đó:ωbằng đồ thịM( + mM tỉ lệ xích trục mơmen tỉ lệ xíchω+ m trục tốc độ góc tạo thànhγ+ tiếp tuyến với điểm xétωtrục đặc tính + Động khơng đồng có độ cứng đặc tính thay βđổi giá trị ( > β0, < 0) ≈ β+ Động đồng có đặc tính tuyệt đối cứng ( ).∞ + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc 40).≥ βtính cứng ( + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc 10).≤ βtính mềm ( CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TĐĐTĐ + Trong hệ truyền động điện tự động có trình biến đổi lượng điện thành ngược lại Chính q trình biến đổi định trạng thái làm việc hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 1-1: TT Biểu đồ cơng suấtPđiệnPcơP∆ Trạng thái làm việc = = Pđiện - Động không tải P1∆Pđ 0 = Pđ - Pc - Động có tải PPđPc2∆ = < = Pcơ  Hãmkhông tải PPc3∆ < < = Pc - Pđ Hãmtái sinh PPđPc4∆ < = Pc + PđHãmngược PPđPc5∆ = < = Pcơ  Hãmđộng PPc6∆ Bảng Ở trạng thái động cơ: Ta coi dịng cơng suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ cấp cho máy sảnωđộng biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M xuất tiêu thụ cấu công tác máy Công suất có giá trị dương mơmen động sinh chiều với tốc độ quay Ở trạng thái máy phát: ngược lại, hệ truyền động làm việc, điều kiện cấu cơng tác máy sản xuất tạo động tích lũy hệ đủ lớn, truyền trục động cơ, động tiếp nhận lượng làm việc máy phát điện Công suất điện có giá trị âm có chiều từ động nguồn, cơng suất có giá trị âm truyền từ máy sản xuất động mômen động sinh ngược chiều với tốc độ quay Mômen máy sản xuất gọi mơmen phụ tải hay mơmen cản Nó định nghĩa dấu âm dương, ngược lại với dấu mômen động + Phương trình cân cơng suất hệ TĐĐ TĐ là: P (1-4)∆Pđ = Pc + Trong đó: Pđ cơng suất điện; Pc cơng suất cơ; P tổn thất công suất.∆ - Trạng thái động gồm: chế độ có tải chế độ không tải Trạng thái động phân bố góc phần tư I, III mặt phẳng (M).ω - Trạng thái hãm có: Hãm khơng tải, Hãm tái sinh, Hãm (M).ωngược Hãm động Trạng thái hãm góc II, IV mặt phẳng - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, biến thành điện trả lưới - Hãm ngược: Pđiện > , Pcơ < 0, điện P.∆cơ chuyển thành tổn thất - Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, biến P.∆thành công suất tổn thất ]:ω* Các trạng thái làm việc mặt phẳng [M, Trạng thái động cơ: tương ứng với điểm nằm ], hình - 5.ωgóc phần tư thứ góc phần tư thứ ba mặt phẳng [M, Trạng thái máy phát: tương ứng với điểm nằm ], hình - ởωgóc phần tư thứ hai góc phần tư thứ tư mặt phẳng [M, trạng thái này, mômen động chống lại chiều chuyển động, nên động có tác dụng hãm, trạng thái máy phát cịn có tên gọi "trạng thái hãm" ωTrạng thái máy phátM < ω0 ; Mc > MMcGTrạngω0 ; ωthái động cơM > ω0 ; Mc < ωMMcTrạng thái máy phátMω0 ; < ω0 ; Mc > ωMMcTrạng thái động cơMω0 ;IIIIIIIV > ω0 ; Mc < )Hình - 5: Biểu diễn trạng thái làm việc mặtω)M(ω)Mc(ω)Mc(ωMMcM(ω; MII IIII IVω]ωphẳng [M, TÍNH ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ HỌC Mômen lực quy đổi: + Quan niệm tính đổi việc dời điểm đặt từ trục trục khác mơmen hay lực có xét đến tổn thất ma sát truyền lực Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) phận làm việc trục động + Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân công suất phần hệ TĐĐTĐ: - Khi lượng truyền từ động đến máy sản xuất: P (1-5)∆Ptr = Pc + Trong đó: Ptr cơng suất trục động cơ, Ptr = ,ωMcqđ - mômen cản tĩnh quy đổi tốc độ gócω(Mcqđ trục động cơ) lv ,ωPc công suất máy sản xuất, Pc = Mlv lv - mômen cản tốc độ góc trục làmω(Mlv việc) P tổn thất khâu khí.∆ * Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ chuyển động quay: Ptr= Pc ηi = Mlv.ωlv ηi =Mcqd.ω (1-6) Rút ra: Mcqđ = Mlv.ωlv ηi.ω = Mlv ηi.i ; (1-7) i - hiệu suất hộp tốc độ.ηTrong đó: i= ω ωlv - gọi tỷ số truyền hộp tốc độ * Nếu chuyển động tịnh tiến lực quy đổi: Mcqâ= Flv η.ρ (1-8) t - hiệu suất truyền lực.ηi.η = ηTrong đó: t - hiệu suất tang trống.η /vlv - gọi tỷ số quy đổi.ω = ρ - Khi lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ: P (tự chứng minh).∆Ptr = Pc Quy đổi mơmen qn tính khối lượng qn tính: + Điều kiện quy đổi: bảo tồn động tích luỹ hệ thống: W= n ∑ Wi(1-9) Chuyển động quay:W = J ω2 (1-10) Chuyển động tịnh tiến:W = m v2 (1-11) Nếu sử dụng sơ đồ tính tốn phần dạng đơn khối, áp dụng điều kiện ta có: Jqâ⋅ ωÂ2 =JÂ⋅ ωÂ2 + n ∑ Ji⋅ ωi2 + q ∑ mj⋅ vj2 (1-12) ⇒ jqâ=JÂ+ n ∑ Ji ii2 + q ∑ mj ρj2 (1-13) Trong đó: Jqđ - mơmen qn tính quy đổi trục động Đ - tốc độ góc trục động cơ.ω JĐ - mơmen qn tính động Ji - mơmen qn tính bánh thứ i mj - khối lượng quán tính tải trọng thứ j i - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i.ω/ωii = /vj - tỉ số quy đổi vận tốc tải trọng.ω = ρ * Ví dụ: Sơ đồ truyền động cấu nâng, hạ : vlv,FlvGHình tηt , Jt , Mt , ω iηđ i, ωJđ , Mđ , tang trống hộp tốc độ; động điện; 1- 6: Sơ đồ động học cấu nâng hạ tải trọng 1234 quay; Ta có: Jqâ=JÂ+ ∑ Ji ii2 + Jt it2 + mj ρj2 (1-14) Trong đó: it = ω ωt - tỉ số truyền tốc độ từ trục tang trống PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ TĐĐ TĐ , n, L, M, ) vớiω+ Là quan hệ đại lượng ( thời gian: Dạng tổng quát: n ∑ i=1 Mi= d(Jω) dt (1-15) + Nếu coi mômen động sinh mômen cản ngược chiều nhau, J = const, ta có phương trình dạng số học: M−Mc=J dω dt (1-16) (Rad/s);ωTheo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m2); t(s) Theo hệ kỹ thuật: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s): M−Mc= GD2 375 ⋅ dn dt (1-17) Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s): M−Mc= J 9,55 ⋅ dn dt (1-18) Mômen động: Mđg = M−Mc=J dω dt (1-19) Từ phương trình (1-19) ta thấy rằng: -Khi Mđg > hay M > Mc , dω dt >0 hệ tăng tốc.→ -Khi Mđg < hay M < Mc , dω dt khơng ổn→c1 = β0 định ĐỘNG HỌC CỦA HỆ TĐĐ TĐ Trong hệ TĐĐ TĐ có thiết bị điện + cơ, phận có nhiệm vụ chuyển từ động đến phận làm việc máy sản xuất biến thành cơng hửu ích Động điện có phần điện (stato) phần (roto trục) BĐ ĐC TL MSXPhần điện ĐK Phần cơHình 1- 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ Phần phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu loại máy, chúng đa dạng phức tạp, phải đưa dạng điển hình đặc trưng cho loại, phần có dạng tổng quát đặc trưng gọi mẫu học truyền động điện Mẫu học (đơn khối) vật thể rắn quay xung quanh trục với tốc độ động cơ, có mơmen qn tính J, chịu tác động mơmen động (M) mơmen cản (Mc), hình MJ Hình 1- 9: Mẫu họcMcω Tính đàn hồi lớn xuất hệ thống có mạch động học dài khơng chứa phần tử đàn hồi Sự biến dạng phần tử nhỏ số phần tử lớn nên tồn máy trở nên đáng kể Trong trường hợp phần khí hệ thay tương đương mẫu học đơn khối mà phải thay mẫu học đa khối, hình 9b 2MđhMCJ1J2Động cơKhâu đàn hồiMáy sảnϕ1ϕMĐ CMCJCKc)Hình 1- 10: Mẫu học đa khốiωωxuấta)F1m1Khâu đàn hồib)m2F2FđhFđhMJđ hệ chuyển động quay (a),chuyển động tịnh tiến (b) có khâu khí đàn hồi,và hệ trục mềm đàn hồi (c) Nếu quy đổi mơmen mơmen qn tính trục tốc độ (động máy sản xuất) phần lớn trường hợp hệ truyền động có khâu đàn hồi phần thay tương đương mấu học đa khối gồm khâu: khâu gồm rôto phần ứng động với phần tử nối cứng với động hộp tốc độ, trống tời v.v ; khâu khâu đàn hồi không quán tính; khâu khâu máy sản xuất; hình 1- 9b Trong Mđh mơmen đàn hồi CÂU HỎI ÔN TẬP Chức nhiệm vụ hệ thống truyền động điện ? Có máy loại máy sản xuất cấu công tác ? Hệ thống truyền động điện gồm phần tử khâu ? Lấy ví dụ minh họa máy sản xuất mà anh (chị) biết ? Mơmen cản hình thành từ đâu ? Đơn vị đo lường ? Công thức quy đổi mômen cản từ trục cấu công tác trục động ? Mômen qn tính ? Đơn vị đo lường ? i tốc độ trụcωCơng thức tính quy đổi mơmen qn tính từ tốc độ ?ωđộng Thế mômen cản năng? Đặc điểm thể đồ thị theo tốc độ ? Lấy ví dụ cấu có mômen cản Thế mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ cấu có mơmen cản phản kháng Định nghĩa đặc tính máy sản xuất Phương trình tổng qt giải tích đại lượng phương trình ? Hãy vẽ đặc tính máy sản xuất sau: máy tiện; cần trục, máy bào, máy bơm 10 Viết phương trình chuyển động cho hệ truyền động điện có phần dạng mẫu học đơn khối giải thích đại lượng phương trình ? 11 Dùng phương trình chuyển động để phân tích trạng thái làm việc hệ thống truyền động tương ứng với dấu đại lượng M Mc ? 12 Định nghĩa đặc tính động điện ? 13 Định nghĩa độ cứng đặc tính ? Có thể xá định độ cứng đặc tính theo cách ? 14 Phân biệt trạng thái động trạng thái hãm động điện dấu hiệu ? Lấy vị dụ thực tế trạng thái hãm động cấu mà anh (chị) biết ? 15 Chiều dòng lượng động làm việc trạng thái động ? 16 Chiều dòng lượng động làm việc trạng thái máy phát ? 17 Điều kiện ổn định tĩnh ? Phân tích điểm ].ω] [Mc, ωlàm việc xác lập ổn định tĩnh tọa độ [M, 18 Mẫu học đơn khối ? Khi dùng mẫu học đơn khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ? 19 Mẫu học đa khối ? Khi dùng mẫu học đa khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ?