thiết kế hệ truyền động nâng hạ cơ cấu cầu trục, chương 4

Chia sẻ: Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

300
lượt xem 142
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Để giải quyết...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế hệ truyền động nâng hạ cơ cấu cầu trục, chương 4

Chương 4: Chän ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng Chän ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng lµ dùa trªn c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ kÕt qu¶ tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬, tõ ®ã t×m ra mét ph-¬ng ¸n kh¶ thi ®¸p øng ®-îc c¶ yªu cÇu vÒ ®Æc tÝnh kü thuËt vµ kinh tÕ víi c«ng nghÖ ®Æt ra. Lùa chän ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng tøc lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®-îc lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng lµ mét chiÒu hay xoay chiÒu, ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é phï hîp víi ®Æc tÝnh t¶i, s¬ ®å nèi bé biÕn ®æi ®¶m b¶o yªu cÇu truyÒn ®éng. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò trªn, tr-íc hÕt ta ®i ph©n tÝch c¸c ®Æc tÝnh kinh tÕ kü thuËt cña c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé ba pha. I. Kh¶o s¸t c¸c ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng 1. HÖ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®éng c¬. a. Nguyªn lý: Theo lý thuyÕt m¸y ®iÖn, ta cã quan hÖ gi÷a m«-men vµ ®iÖn ¸p ®Æt vµo Stato ®éng c¬ nh- sau: 2 3.U f 1 .R2 ' M   R ' 2   1  R1  2   X n.m 2 .s   s    Nh- vËy, ë mét tÇn sè nhÊt ®Þnh, m«-men cña ®éng c¬ K§B tû lÖ víi b×nh ph-¬ng ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn c¶m (stato). Do ®ã, ta cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é ®/c K§B b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato trong khi gi÷ nguyªn tÇn sè. §Ó thùc hiÖn ®-îc ®iÒu nµy ng-êi ta dïng c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu (§AXC). Thùc tÕ, hÇu hÕt c¸c ®éng c¬ K§B cã tèc ®é tr-ît tíi h¹n (øng víi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn) nhá, khi dïng ®iÒu chØnh tèc ®é sÏ bÞ h¹n chÕ v× d¶i ®iÒu chØnh hÑp. Ngoµi ra, khi gi¶m ¸p, m«-men
®éng c¬ cßn bÞ gi¶m nhanh theo b×nh ph-¬ng ®iÖn ¸p. V× lý do nµy mµ ph-¬ng ph¸p nµy Ýt ®-îc dïng cho ®éng c¬ K§B roto lång sãc mµ th-êng kÕt hîp víi viÖc ®iÒu chØnh m¹ch roto ®èi víi ®éng c¬ K§B roto d©y quÊn nh»m më réng d¶i ®iÒu chØnh. b. §¸nh gi¸ vÒ ph¹m vi øng dông: + V× viÖc gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt vµo stato ®éng c¬, trong khi gi÷ f=const kh«ng lµm thay ®æi tèc ®é kh«ng t¶i lý t-ëng, nªn khi t¨ng ®iÖn trë phô ë roto, tèc ®é ®éng c¬ gi¶m, ®é tr-ît tíi h¹n t¨ng lªn kÐo theo t¨ng tæn hao c«ng suÊt tr-ît cña ®éng c¬: Ps  M c ( 1   )  Pdt .s + Cïng víi lý do trªn, do ph¹m vi ®iÒu chØnh phô thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn trë phô ®-a vµo m¹ch roto nªn yªu cÇu ®èi víi hÖ cÇn ph¹m vi ®iÒu chØnh réng sÏ m©u thuÉn víi viÖc gi¶m tæn thÊt ®iÒu chØnh ®èi víi tÊt c¶ c¸c hÖ truyÒn ®éng. Tèc ®é ®éng c¬ cµng thÊp (s cµng lín), nhÊt lµ trong tr-êng hîp ®iÒu chØnh s©u tèc ®é, th× tæn hao c«ng suÊt tr-ît cµng lín. Do cã nhiÒu h¹n chÕ nh- trªn nªn vÊn ®Ò ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato ®Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ chØ ®-îc øng dông h¹n hÑp. HiÖn nay, nã th-êng øng dông lµm bé khëi ®éng mÒm (softstartor) víi môc ®Ých thay thÕ c¸c bé khëi ®éng cã cÊp dïng r¬-le, c«ng-t¾c-t¬ cho c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt lín vµ rÊt lín so víi l-íi tiªu thô chung. Trong ph¹m vi nµy nã cho phÐp t¹o ra c¸c ®-êng ®Æc tÝnh khëi ®éng ªm, tr¸nh viÖc g©y sôt ¸p l-íi, lµm ¶nh h-ëng ®Õn c¸c t¶i kh¸c khi c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt lín khëi ®éng. Trong øng dông vµo ®iÓu chØnh nã chØ phï hîp víi hÖ truyÒn ®éng víi c¸c phô t¶i cã m«-men lµ hµm t¨ng theo tèc ®é (nh- qu¹t giã, b¬m ly t©m). Lý thuyÕt chøng minh lµ ®èi víi hÖ truyÒn ®éng cã m«-men t¶i kh«ng ®æi (Mc=const) th× tæn thÊt sÏ rÊt lín khi ®iÒu chØnh. V× vËy, viÖc xem xÐt ph-¬ng ¸n truyÒn ®éng dïng ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato ®èi víi hÖ truyÒn ®éng n©ng-h¹ cÇn trôc lµ kh«ng cã ý nghÜa; ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ ph-¬ng ¸n dïng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p bÞ lo¹i bá trong ®å ¸n nµy. 2. HÖ ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr-ît ®éng c¬.
a. Nguyªn lý ®iÒu chØnh: Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé th× c«ng suÊt ®iÖn lÊy ra tõ m¹ch roto, ®-îc gäi lµ c«ng suÊt tr-ît, tû lÖ víi ®é tr-ît s. Theo c¸ch tÝnh tæn thÊt khi ®iÒu chØnh th× c«ng suÊt nµy b»ng: Ps  M c .( 1   )  M c . 1 .s  Pdt .s Ps  s Pdt Nh- vËy theo biÓu thøc trªn th× nÕu ta b¶o ®¶m gi÷ c«ng suÊt ®-a vµ m¹ch stato lµ kh«ng ®æi, th× c«ng suÊt ®iÖn tõ P®t còng kh«ng ®æi. Khi ®ã b»ng c¸ch nµo ®ã ta thay ®æi ®-îc tæn hao c«ng suÊt trong m¹ch roto th× ta sÏ thay ®æi ®-îc ®é tr-ît s; tøc lµ ta ®iÒu chØnh ®-îc tèc ®é ®éng c¬. §©y chÝnh lµ tinh thÇn cña viÖc ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr-ît. Trong thùc tÕ viÖc thay ®æi Ps cã nhiÒu c¸ch, ®¬n gi¶n nhÊt lµ sö dông ®iÖn trë phô ®-a vµ m¹ch roto lµm t¨ng tæn thÊt. ViÖc nµy ®èi víi c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng c«ng suÊt nhá th× kh«ng cã vÊn ®Ò g×, nh-ng víi hÖ truyÒn ®éng c«ng suÊt lín th× c¸c tæn hao lµ ®¸ng kÓ. V× vËy ®Ó tËn dông c«ng suÊt tr-ît ng-êi ta dïng c¸c s¬ ®å nèi tÇng nh»m ®-a c«ng suÊt tr-ît trë l¹i l-íi hoÆc biÕn thµnh c¬ n¨ng h÷u Ých quay trôc ®éng c¬ nµo ®ã, khi ®ã ta cã hÖ truyÒn ®éng nèi cÊp ®ång bé. D-íi ®©y xin giíi thiÖu mét s¬ ®å nguyªn lý cña mét hÖ nèi cÊp: Trong s¬ ®å nµy th× søc ®iÖn ®éng roto ®-îc chØnh l-u thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu qua bé chØnh l-u cÇu diode vµ qua ®iÖn kh¸ng läc cho nguån dßng cÊp cho bé nghÞch l-u phô thuéc.NghÞch l-u lµm viÖc víi gãc ®iÒu khiÓn tõ 90o ®Õn kho¶ng 140o , ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn  trong kho¶ng nµy ta sÏ ®iÒu chØnh ®-îc søc ®iÖn ®éng chØnh l-u trong m¹ch roto; tøc lµ ®iÒu chØnh ®-îc tèc ®é kh«ng t¶i lý t-ëng cña ®éng c¬. §Æc tÝnh c¬ ®iÒu chØnh cña hÖ nèi tÇng van ®iÖn ®-îc dùng qua viÖc thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn  cña nghÞch l-u ®-îc dùng nh- h×nh vÏ; trong ®ã do ¶nh h-ëng cña ®iÖn trë stato, ®iÖn trë m¹ch mét chiÒu vµ ®iÖn kh¸ng t¶n cña m¸y biÕn ¸p (MBA) còng nh- sôt ¸p do chuyÓn m¹ch cña nghÞch
l-u vµ chØnh l-u nªn c¸c ®Æc tÝnh cã ®é cøng vµ m«-men tíi h¹n nhá h¬n ®é cøng vµ m«-men tíi h¹n cña ®Æc tÝnh tù nhiªn. §C MBA CL ®iot NL phô thuéc H3.2: S¬ ®å nguyªn lý nèi tÇng van b. §¸nh gi¸ vµ ph¹m vi øng dông: + Nh- ®· ph©n tÝch ë trªn viÖc sö dông s¬ ®å nèi cÊp chØ cã ý nghÜa trong hÖ truyÒn ®éng víi c«ng suÊt lín (th-êng cì trªn 500kW), v× khi ®ã c«ng suÊt tr-ît ®-a vÒ míi lµ ®¸ng kÓ vµ viÖc ®Çu t- cho c¸c bé biÕn ®æi míi tho¶ ®¸ng, kh«ng l·ng phÝ. + ViÖc t¸i sö dông c«ng suÊt tr-ît râ rµng lµm t¨ng hiÖu suÊt cña hÖ thèng lªn; viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch ®iÒu chØnh l-îng c«ng suÊt ®-a vÒ cã thÓ ®¹t ®-îc nh÷ng chØ tiªu ®iÒu chØnh tèt nh- ªm,d¶i ®iÒu chØnh kh¸ réng; tuy cã h¹n chÕ lµ m«-men tíi h¹n cã suy gi¶m so víi tù nhiªn, m«-men cña ®éng c¬ bÞ gi¶m khi tèc ®é thÊp. + Mét vÊn ®Ò n÷a lµ ®èi víi c¸c hÖ thèng c«ng suÊt lín vÊn ®Ò quan träng lµ khëi ®éng ®éng c¬, th-êng dïng ®iÖn trë phô kiÓu chÊt láng ®Ó khëi ®éng ®éng c¬ ®Õn vïng tèc ®é lµm viÖc sau ®ã míi chuyÓn sang chÕ ®é ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr-ît. V× vËy mµ viÖc sö dông hÖ thèng nµy chØ phï hîp víi c¸c hÖ truyÒn ®éng cã sè lÇn khëi ®éng, dõng m¸y vµ ®¶o chiÒu Ýt hoÆc tèt nhÊt lµ kh«ng cã ®¶o chiÒu.
Tõ nh÷ng ®¸nh gi¸ trªn, ®èi chiÕu víi ®Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng n©ng h¹ cÇn trôc nªu ë ch-¬ng ®Çu cïng víi kÕt qu¶ tÝnh c«ng suÊt ®éng c¬ ë ch-¬ng hai ta lo¹i bá viÖc sö dông ph-¬ng ¸n nµy cho hÖ truyÒn ®éng cña ta. Cô thÓ lµ cã hai lý do c¬ b¶n sau: + HÖ truyÒn ®éng cña ta lµm viÖc ë chÕ ®é ng¾n h¹n lÆp l¹i, cã ®¶o chiªu quay + C«ng suÊt ®éng c¬ tÝnh ra thuéc lo¹i kh«ng lín nªn vÊn ®Ò ®Çu t- c¶ hÖ nèi tÇng lµ kh«ng hiÖu qu¶ vÒ mÆt kinh tÕ. 3. HÖ ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë r«to. a. Nguyªn lý ®iÒu chØnh: Tr-íc hÕt cÇn ph¶i nãi r»ng viÖc ®iÒu chØnh ®iÖn trë roto chØ ¸p dông ®-îc víi ®éng c¬ roto d©y quÊn chø kh«ng sö dông ®-îc cho ®éng c¬ roto lång sãc. Nh- ®· biÕt, víi ®éng c¬ roto d©y quÊn, ta cã thÓ thay ®æi ®-îc ®é cøng cña ®-êng ®Æc tÝnh c¬ b»ng c¸ch ®-a ®iÖn trë phô vµo m¹ch roto ®éng c¬. Thùc chÊt cña ph-¬ng ph¸p nµy lµ ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr-ît; c«ng suÊt tr-ît ë ®©y ®-îc lÊy bít ra vµ ®-îc biÕn thµnh tæn hao nhiÖt n¨ng v« Ých trªn ®iÖn trë. + V× ®é tr-ît tíi h¹n tû lÖ bËc nhÊt víi ®iÖn trë roto nªn: s 0th R2 R   2 s th R2  R f Rrd NÕu coi ®o¹n ®Æc tÝnh lµm viÖc cña ®éng c¬, tøc lµ ®o¹n cã ®é tr-ît tõ s=0  sth, lµ tuyÕn tÝnh th× khi ®iÒu chØ ®iÖn trë roto ta cã thÓ viÕt: s 0 s 0th R R   2  s  s 0 . rd s sth Rrd R2 trong ®ã: s0 _ lµ ®é tr-ît tíi h¹n khi ®iÖn trë roto lµ R2 (tøc ®iÖn trë tù nhiªn ë m¹ch roto); cßn s _ lµ ®é tr-ît khi ®iÖn trë roto lµ Rrd=R2+Rf. Theo biÓu thøc m«-men th×:
2 R2 ' 3U 1 f . 2 s 3I .R M   2 rd R2 ' 1 .s 0  .[( R1  2 )  X n.m ] s Nh- vËy, khi thay ®æi ®iÖn trë roto, nÕu gi÷ dßng roto I2 kh«ng ®æi th× mo-men kh«ng ®æi vµ kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é ®éng c¬. V× vËy, ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë roto rÊt thÝch hîp víi hÖ truyÒn ®éng cã m«- men t¶i kh«ng ®æi (x=0). Thùc tÕ, viÖc thay ®æi ®iÖn trë roto dïng cÊp ®iÖn trë ngµy nay Ýt dïng, v× võa cã hiÖu suÊt thÊp, ®é tr-¬n ®iÒu chØnh kÐm, ®Æc tÝnh ®iÒu chØ l¹i dèc. V× thÕ ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë roto dïng van b¸n dÉn víi c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh sÏ t¹o ®-îc ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cøng vµ ®ñ réng; mÆt kh¸c l¹i dÔ tù ®éng ho¸ viÖc ®iÒu chØnh. Nguyªn lý c¬ b¶n cña bé ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë roto nh- sau: Rtd t  M H3.2: S¬ ®å nguyªn lý, ho¹t ®éng vµ c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh b»ng ph-¬ng ph¸p xung ®iÖn trë roto.
Ho¹t ®éng ®ãng c¾t cña kho¸ b¸n dÉn S t-¬ng tù nh- m¹ch ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu: + Khi S ®ãng: R0 bÞ lo¹i ra khái m¹ch phÇn øng, dßng roto t¨ng lªn. + Khi S ng¾t: R0 ®-îc ®-a vµo m¹ch, dßng roto l¹i gi¶m. Víi tÇn sè ®ãng c¾t nhÊt ®Þnh, nhê ®iÖn c¶m L mµ dßng roto coi nh- kh«ng ®æi vµ ta cã mét gi¸ trÞ ®iÖn trë t-¬ng ®-¬ng Rtd trong m¹ch. td t Rtd  R0 .  R0 . d   .R0 t d  t ng Tck §iÖn trë t-¬ng ®-¬ng Rtd trong m¹ch mét chiÒu ®-îc tÝnh quy ®æi vÒ m¹ch xoay chiÒu ba pha ë roto theo nguyªn t¾c b¶o toµn c«ng suÊt. KÕt qu¶ tÝnh quy ®æi ®-îc: 1 R R f  .Rtd   . 0 2 2 Nh- vËy, ®iÒu chØnh chu kú ®ãng ng¾t cña S ta thay ®æi ®-îc  vµ tõ ®ã thay ®æi ®-îc Rf. Cho =0  1, ta dùng ®-îc hä c¸c ®Æc tÝnh c¬ t-¬ng øng quÐt gÇn nh- mÆt ph¼ng giíi h¹n bëi ®Æc tÝnh tù nhiªn vµ ®Æc tÝnh c¬ cã ®iÖn trë phô Rf=R0/2. b. §¸nh gi¸ vµ ph¹m vi øng dông: Cã thÓ nãi viÖc sö dông ph-¬ng ph¸p xung ®iÖn trë roto trong ®iÒu chØnh truyÒn ®éng, vÒ mÆt lý thuyÕt, lµ mét ph-¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt, dÔ thùc hiÖn vµ vËn hµnh; m¹ch ®iÒu chØnh còng rÊt ®¬n gi¶n lµ gåm hai m¹ch vßng ®iÒu chØnh (tèc ®é vµ dßng ®iÖn). + Ph-¬ng ph¸p nµy nh- ®· ph©n tÝch ë trªn còng rÊt phï hîp víi phô t¶i cã m«-men kh«ng ®æi nh- c¬ cÊu n©ng-h¹ cÇn trôc. Cô thÓ lµ nã cho phÐp ®iÒu chØnh ®Ó ®éng c¬ cã m«-men khëi ®éng lín khi n©ng b»ng c¸ch thªm mét c¸ch hîp lý ®iÖn trë vµ m¹ch roto trong giai ®o¹n khëi ®éng; cho phÐp ®iÒu chØnh tr¬n vµ d¶i ®iÒu chØnh réng nÕu ta t¨ng ®iÖn trë R0 kÕt hîp víi viÖc
dïng mét tô bæ trî cho viÖc më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh. MÆt kh¸c, viÖc ®iÒu chØnh ®-îc tiÕn hµnh ë m¹ch roto nªn kh«ng g©y ¶nh h-ëng ®Õn c«ng suÊt ®éng c¬ tiªu thô ®-a vµo stato; tøc lµ kh«ng g©y ¶nh h-ëng ®Õn l-íi ®iÖn vµ t¶i kh¸c khi ®éng c¬ khëi ®éng nh- ë ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato. + Tuy vËy, nh- ®· ®Ò cËp ë trªn, thùc chÊt cña ph-¬ng ph¸p còng dùa vµo viÖc ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr-ît nªn tæn hao trong khi ®iÒu chØnh kh«ng thÓ tr¸nh khái. So víi ph-¬ng ph¸p nèi cÊp nã cã cÊu tróc ®¬n gi¶n h¬n, Ýt vèn ®Çu t- h¬n, nh-ng l¹i cã tæn thÊt khi ®iÒu chØnh lín h¬n l¹i bÞ tiªu hao v« Ých nªn nã chØ sö dông cho c¸c ®éng c¬ cã c«ng suÊt nhá vµ trung b×nh (d-íi 100kW). Ph©n tÝch -u vµ nh-îc ®iÓm cña ph-¬ng ¸n dïng ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë roto cho hÖ truyÒn ®éng c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn trôc ta thÊy r»ng ®©y lµ mét ph-¬ng ¸n kh¶ thi, ta sÏ xem xÐt kh¶ n¨ng sö dông khi so s¸nh víi ph-¬ng ph¸p biÕn tÇn sÏ ®-îc tr×nh bµy d-íi ®©y.