Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Bởi: unknown Mục đích 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 1/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Cấu trúc 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 công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển trình biến đổi lượng theo yêu cầu công nghệ * Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung hệ TĐĐ TĐ BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động điện; MSX: Máy sản xuất; R R T : Bộ điều chỉnh truyền động công nghệ; K K T : Bộ đóng cắt phục vụ truyền động công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành 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 2/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động 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 yêu cầu công 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 không tự động hệ truyền động điện tự động - Ngoài ra, có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v Đặc tính máy sản xuất Và động Đặc tính máy sản xuất: + Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f(ω) + Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biếu diễn dạng biểu thức tổng quát: 3/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Trong đó: Mc - mômen ứng với tốc độ ω Mco - mômen ứng với tốc độ ω = Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ωđm + Ta có trường hợp số mũ q ứng với tải: Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng cấu máy tiện, doa, máy dây, giấy, (đường ? hình 1-2) Đặc điểm loại máy tốc độ làm việc thấp mômen 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 cấu ma sát, máy bào, máy phát chiều tải trở, (đường ? hình 1-2) Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng cấu máy bơm, quạy gió, máy nén, (đường ? hình 1-2) + Trên hình 1-2a biểu diễn đặc tính máy sản xuất: 4/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Hình 1-2: a) Các dạng đặc tính máy sản xuất ? : q = -1; ? : q = 0; ? : q = 1; ? : q = b) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính c) Dạng đặc tính máy sản xuất có tính phản kháng + Ngoài ra, số máy sản xuất có đặc tính khác, như: - Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(φ) mômne phụ thuộc vào đường Mc = f(s), máy công tác có pittông, máy trục cáp cân có đặc tính thuộc loại - Mômen phụ thuộc vào số vòng quay đường Mc = f(ω,s) loại xe điện - 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 mômen cản dạng Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng Đặc tính động điện: + Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: M = f(ω) 5/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động + Nhìn chung có loại đặc tính loại động đặc trưng như: động điện chiều kích từ song song hay độc lập (đường?), động điện chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (đường?), động điện xoay chiều không đồng (đường?), đồng (đường?), hình 1-3 Hình 1-3: Các đặc tính bốn loại động điện * Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: + Đặc tính tự nhiên: đặc tính có động nối theo sơ đồ bình thường, không 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 thông 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: 6/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Trong đó: ΔM Δω lượng sai phân mômen tốc độ tương ứng; M* = M/Mđm ; ω* = ω/ωđm ; ω* = ω/ωcb Hình 1- 4: Cách tính độ cứngđặc tính đồ thị Trong đó: + mM tỉ lệ xích trục mômen + mω tỉ lệ xích trục tốc độ + ? góc tạo thành tiếp tuyến với trục ω điểm xét đặc tính + Động không đồng có độ cứng đặc tính thay đổi giá trị (β > 0, β < 0) + Động đồng có đặc tính tuyệt đối cứng (β ≈ ∞) + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cứng (β ≥ 40) + Động chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính mềm (β ≤ 10) Các trạng thái làm việc hệ tđđtđ + Trong hệ truyền động điện tự động có trình biến đổi lượng điện thành ngược lại Chính trình biến đổi định trạng thái làm việc hệ truyền động điện Có thể lập Bảng 1-1: 7/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ động biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất tiêu thụ cấu công tác máy Công suất có giá trị dương mômen động sinh chiều với tốc độ quay trạng thái máy phát: ngược lại, hệ truyền động làm việc, điều kiện cấu công 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 8/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động có chiều từ động nguồn, công 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 mômen phụ tải hay mômen cản Nó định nghĩa dấu âm dương, ngược lại với dấu mômen động + Phương trình cân công suất hệ TĐĐ TĐ là: Pđ = Pc + ΔP (1-4) Trong đó: Pđ công suất điện; Pc công suất cơ; ΔP 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 ω(M) - Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược Hãm động Trạng thái hãm góc II, IV mặt phẳng ω(M) - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, biến thành điện trả lưới - Hãm ngược: Pđiện > , Pcơ < 0, điện chuyển thành tổn thất ΔP - Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, biến thành công suất tổn thất ΔP * Các trạng thái làm việc mặt phẳng [M, ω]: Trạng thái động cơ: tương ứng với điểm nằm góc phần tư thứ góc phần tư thứ ba mặt phẳng [M, ω], hình - Trạng thái máy phát: tương ứng với điểm nằm góc phần tư thứ hai góc phần tư thứ tư mặt phẳng [M, ω], hình - trạng thái này, mômen động chống lại chiều chuyển động, nên động có tác dụng hãm, trạng thái máy phát có tên gọi "trạng thái hãm" 9/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Hình - 5: Biểu diễn trạng thái làm việc Tính đổi đại lượng học Mômen lực quy đổi: + Quan niệm tính đổi việc dời điểm đặt từ trục trục khác mômen 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: Ptr = Pc + ΔP (1-5) Trong đó: Ptr công suất trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω, (Mcqđ ω - mômen cản tĩnh quy đổi tốc độ góc trục động cơ) Pc công suất máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv , 10/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động (Mlv ωlv - mômen cản tốc độ góc trục làm việc) ΔP tổn thất khâu khí * Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ chuyển động quay: Trong đó: ? = ?i.?t - hiệu suất truyền lực ?t - hiệu suất tang trống ρ = ω/vlv - gọi tỷ số quy đổi - Khi lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ: Ptr = Pc - ΔP (tự chứng minh) Quy đổi mômen quán tính khối lượng quán tính: + Điều kiện quy đổi: bảo toàn động tích luỹ hệ thống: 11/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi trục động ωĐ - tốc độ góc trục động JĐ - mômen quán tính động Ji - mômen quán tính bánh thứ i mj - khối lượng quán tính tải trọng thứ j ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i ρ = ω/vj - tỉ số quy đổi vận tốc tải trọng • Ví dụ: Sơ đồ truyền động cấu nâng, hạ : 12/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Hình 1- 6: Sơ đồ động học cấu nâng hạ ? động điện; ? hộp tốc độ; ? tang trống quay; ? tải trọng Phương trình động học hệ tđđ tđ + Là quan hệ đại lượng (ω, n, L, M, ) với thời gian: 13/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Từ phương trình (1-19) ta thấy rằng: - Khi Mđg = hay M = Mc , dω/dt = → hệ làm việc xác lập, hay hệ làm việc ổn định: ω = const * Nếu chọn lấy chiều tốc độ ω làm chuẩn thì: M(+) M??ω M(-) M??ω Còn Mc(+) Mc??ω; Mc(-) Mc??ω Điều kiện ổn định tĩnh hệ tđđ tđ Như nêu, M = Mc hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập Điểm làm việc xác lập giao điểm đặc tính động điện ω(M) với đặc tính máy sản suất ω(Mc) Tuy nhiên giao điểm hai đặc tính điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi ổn định tĩnh hay làm việc phù hợp động với tải 14/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học: Hay: β - βc < (1-22) * Ví dụ: Xét hai điểm giao đặc tính cơ: Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định Tại điểm khảo sát ta thấy ba điểm A, B, C điểm làm việc xác lập ổn định Điểm D điểm làm việc không ổn định Trường hợp: A: β < βc β < βc = → xác lập ổn định B: β > βc β > βc1 = → không ổn định Động học 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 công hửu ích Động điện có phần điện (stato) phần (roto trục) 15/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Hình 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 mômen quán tính J, chịu tác động mômen động (M) mômen cản (Mc), hình Tính đàn hồi lớn xuất hệ thống có mạch động học dài không chứa phần tử đàn hồi Sự biến dạng phần tử nhỏ số phần tử lớn nên toàn 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 16/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Nếu quy đổi mômen mômen quán 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 mômen 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 ? Mômen cản hình thành từ đâu ? Đơn vị đo lường ? Công thức quy đổi mômen cản từ trục cấu công tác trục động ? Mômen quán tính ? Đơn vị đo lường ? Công thức tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ ωi tốc độ trục động ω ? 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 mômen cản phản kháng 17/18 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Định nghĩa đặc tính máy sản xuất Phương trình tổng quát 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 làm việc xác lập ổn định tĩnh tọa độ [M, ω] [Mc, ω] 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 ? 18/18 [...]... tốc của tải trọng • Ví dụ: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng, hạ : 12/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Hình 1- 6: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ ? động cơ điện; ? hộp tốc độ; ? tang trống quay; ? tải trọng Phương trình động học của hệ tđđ tđ + Là quan hệ giữa các đại lượng (ω, n, L, M, ) với thời gian: 13/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Từ phương trình (1-19) ta... βc1 = 0 → không ổn định Động học của hệ tđđ tđ Trong hệ TĐĐ TĐ có cả các thiết bị điện + cơ, trong đó các bộ phận cơ có nhiệm vụ chuyển cơ năng từ động cơ đến bộ phận làm việc của máy sản xuất và tại đó cơ năng được biến thành công hửu ích Động cơ điện có cả phần điện (stato) và phần cơ (roto và trục) 15/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Hình 1- 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ Phần cơ phụ... lượng quán tính: + Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống: 11/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ ωĐ - tốc độ góc trên trục động cơ JĐ - mômen quán tính của động cơ Ji - mômen quán tính của bánh răng thứ i mj - khối lượng quán tính của tải trọng thứ j ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i ρ = ω/vj - tỉ số... đáng kể Trong những trường hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay thế tương đương bằng mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng mẫu cơ học đa khối, hình 9b 16/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Nếu quy đổi mômen và mômen quán tính về một trục tốc độ nào đó (động cơ hoặc máy sản xuất) thì trong phần lớn các trường hợp hệ truyền động có khâu đàn hồi phần cơ của nó có thể thay tương.. .Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động (Mlv và ωlv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc) ΔP là tổn thất trong các khâu cơ khí * Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay: Trong đó: ? = ?i.?t - hiệu suất bộ truyền lực ?t - hiệu suất của tang trống ρ = ω/vlv - gọi là tỷ số quy đổi - Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ: Ptr = Pc - ΔP (tự chứng minh)... đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải 14/18 Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học: Hay: β - βc < 0 (1-22) * Ví dụ: Xét hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ: Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định Tại các điểm khảo sát... gồm rôto hoặc phần ứng của động cơ với những phần tử nối cứng với động cơ như hộp tốc độ, trống tời v.v ; khâu 2 là khâu đàn hồi không quán tính; khâu 3 là khâu cơ của máy sản xuất; như hình 1- 9b Trong đó Mđh là mômen đàn hồi Câu hỏi ôn tập 1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì ? 2 Có máy loại máy sản xuất và cơ cấu công tác ? 3 Hệ thống truyền động điện gồm các phần tử và các... tác về trục động cơ ? 5 Mômen quán tính là gì ? Đơn vị đo lường của nó ? Công thức tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ ωi nào đó về tốc độ của trục động cơ ω ? 6 Thế nào là mômen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện trên đồ thị theo tốc độ ? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản thế năng 7 Thế nào là mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản phản kháng 17/18 Khái niệm chung về hệ truyền. .. truyền động điện tự động 8 Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất Phương trình tổng quát của nó và giải tích các đại lượng trong phương trình ? 9 Hãy vẽ đặc tính cơ của các 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 cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lượng trong phương trình ? 11 Dùng phương trình chuyển động. .. các trạng thái làm việc của hệ thống truyền động tương ứng với dấu của các đại lượng M và Mc ? 12 Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện ? 13 Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ ? Có thể xá định độ cứng đặc tính cơ theo những cách nào ? 14 Phân biệt các trạng thái động cơ và các trạng thái hãm của động cơ điện bằng những dấu hiệu nào ? Lấy vị dụ thực tế về trạng thái hãm của động cơ trên một cơ cấu mà anh .. .Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động Cấu trúc 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. .. 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 không tự động hệ truyền động điện tự động. .. công 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