Giáo trình Truyền động điện (dùng cho hệ cao đẳng nghề) (Phần 2)

Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 85 CHƯƠNG 4: ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU Bài 1: Khái niệm về ổn định tốc độ, độ chính xác và duy trì tốc độ. ån ®Þnh ho¸ tèc ®é trong truyÒn ®éng ®iÖn cã ý nghÜa rÊt lín trong viÖc c¶i thiÖn chØ tiªu tèc ®é cña truyÒn ®éng ®iÖn. BiÖn ph¸p chñ yÕu ®Ó æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc lµ t¨ng ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ b»ng ®iÒu khiÓn theo m¹ch kÝn. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ hë cã gi¸ trÞ: β = (KΦ)2/R kh«ng ®æi trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. tèc ®é thÊp nhÊt øng víi ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cã søc ®iÖn ®éng Ebo, nÕu cho mét momen t¶I MC = M®m th× tèc ®é lµm viÖc sÏ lµ ω = ω’min vµ sai sè tÜnh th­êng lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp min0. dmMS  (4 - 1) ®Ó sai sè tÜnh cã thÓ ®¹t ®­îc S = SCP cÇn t×m biÖn ph¸p t¨ng tèc ®é ®Õn ω = ωmin. ®iÓm lµm viÖc [ ωmin, M®m] ®· n»m trªn ®Æc tÝnh kh¸c cña hÖ cã ω0 = ω01 vµ Eb1 = KΦ®mω01 > Ebo. Nèi ®iÓm (ω0min, 0) víi ®iÓm (ωmin, M®m) vµ kÐo dµi ra ta ®­îc ®Æc tÝnh mong muèn cã ®é cøng βm vµ ω’min ωmin ω0min ω01 Ebo ω Eb1 Eb2 βm M®m M, I H×nh 4.1: §Æc tÝnh c¬ cña hÖ biÕn ®æi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 86 m M    min0 (4 - 2) Gi¸ trÞ cña βm ®­îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc 4­-2 c¸c giao ®iÓm cña ®Æc tÝnh c¬ 1 mong muèn víi nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ hë cho biÕt c¸c gi¸ trÞ cÇn thiÕt cña Eb khi thay ®æi momen t¶i Bài 2: Hệ truyền động cơ vòng kín: Hồi tiếp âm điện áp, hồi tiếp âm tốc độ 2.1. §iÒu chØnh Eb theo ®iÖn ¸p phÇn øng. Cã thÓ bï ®­îc l­îng sôt tèc ®é do sôt ¸p trªn ®iÖn trë trong cña bé biÕn ®æi b»ng m¹ch ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬. Dùa vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh t¶i cña bé biÕn ®æi ta cã Eb = U + RbI v× Rb = R – R­ nªn    UE K I b tn dm            11 1 2 (4 - 3) Trong ®ã :   u dm tn R K 2  (4 - 4) Tõ ®ã ta cã biÓu thøc tÝnh s®® Eb theo ®iÖn ¸p phÇn øng Eb = E bo ­- KaU Víi b EE bob   1 1' , b b K b   1 '              tnm b  1111 LuËt ®iÒu chØnh nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng s¬ ®å ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p phÇn øng nh­ trªn h×nh B® r1 V0 U’® U®k Un ® r2 I Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 87 NÕu bá qua dßng ®iÖn trong c¸c ®iÖn trë r1, r2 vµ ®Æt 1 2 1 r r r Ka  th× ta cã quan hÖ sau ®©y Eb = Kb(U® ­- KaU)     M K R KK KK R KKK UK dm b ab ab dmab db 2 1 1        (4 - 5) NÕu m¹ch cã Kb.Ka >> 1th× (4 ­- 52) cã d¹ng   M K R KK U dm u dma d 2   (4 - 6)   tn ad M KU    0 Khi thay ®æi hÖ sè ph¶n håi ®iÖn ¸p (b»ng con tr­ît trªn chiÕt ¸p ) th× c¶ tèc ®é kh«ng t¶I lý t­ëng lÉn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®Òu thay ®æi theo. Tr­êng hîp hÖ thèng cã hÖ sè khuÕch ®¹i lín th× ®é cøng cã thÓ ®¹t gi¸ trÞ tèc ®é tèi ®a b»ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. 2.2.§iÒu chØnh Eb theo tèc ®é ®éng c¬ Ta cã Eb = Ebo ­- Ktω (4 - 7) Trong ®ã: ω ω0 0 βm = βtn βm I, M H×nh 4.2: Ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p ®éng c¬ Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 88 EE mbo    , dm m t KK           1 Tõ (4.3 ) cã thÓ tÝnh ®­îc hÖ sè khuÕch ®¹i yªu cÇu cña hÖ thèng sao cho ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt trong d¶i ®iÒu chØnh ®¹t ®é cøng mong muèn. Khi Kb.Kt  ∞ th× ®Æc tÝnh c¬ lµ tuyÖt ®èi cøng, tøc lµ hÖ kh«ng cã sai sè tÜnh, tuy nhiªn khi nµy tÝnh chÊt æn ®Þnh ®éng cña hÖ bÞ xÊu ®i râ rÖt. Trong tr­êng hîp kh«ng dïng m¸y ph¸t tèc th× cã thÓ dïng m¹ch nh­ trªn h×nh ®Ó lÊy tÝn hiÖu tèc ®é cña ®éng c¬ B® U’® U®k Uω ® FT ω 0 Kt .Kb = ∞ K t I, M H×nh 4.3: Ph¶n håi ©m tèc ®é ®éng c¬ Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 89  EIRU rr r UUU uDr    21 2 2 (4 - 8) ud RR EU I    Trong tr­êng hîp cÇn ®iÖn trë r1, r2, Rd, Ru, lµ mét cÇu c©n b»ng tøc lµ 21 2 rr r RR R udt u   (4 - 9) Th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p uω kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p U vµ dßng ®iÖn I mµ tØ lÖ víi s®® cña ®éng c¬  t du d KE RR R u    (4 - 10) U e r1 r2 rd R­ Uω U® H×nh 4.3: M¹ch nguyªn lý c©ï ®o tèc ®é Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 90 M¹ch lÊy tÝn hiÖu tèc ®é kiÓu kiÓu nµy ®¬n gi¶n vµ rÎ h¬n dïng m¸y ph¸t tèc, song cã c¸c nh­îc ®iÓm lµ g©y tæn thÊt phô trong m¹ch phÇn øng do cã Rd, kh«ng c¸ch ly ®­îc vÒ ®iÖn gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn, nÕu bé biÕn ®æi lµ chØnh l­u b¸n dÉn th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ph¶n håi cã d¹ng ®Ëp m¹ch ®¬n. Bµi 3: H¹n chÕ dßng ®iÖn mét chiÒu trong truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu. VÊn ®Ò h¹n chÕ dßng ®iÖn chØ ®­îc ®Æt ra víi c¸c hÖ truyÒn ®éng kiÓu vßng kÝn v× khi thiÕt kÕ, tÝnh to¸n c¸c hÖ nµy cã dïng c¸c m¹ch ph¶n håi ®Ó gi¶ ®ésai sè tèc ®é, tøc lµ t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ , ®ång thêi lµm t¨ng gi¸ trÞ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ momen ng¾n m¹ch. KÕt qu¶ lµ g©y nguy hiÓm cho ®éng c¬ khi bÞ qu¸ t¶I lín vµ g©y háng hãc c¸c bé phËn truyÒn lùc bëi gia tèc qu¸ lín khi khëi ®éng vµ h·m. §Ó gi¶I quyÕt m©u thuÉn gi÷a yªu cÇu vÒ æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc vµ yªu cÇu vÒ h¹n chÕ dßng ®iÖn, th­êng dïng ph­¬ng ph¸p ph©n vïng t¸c dông. Trong vïng biÕn thiªn cho phÐp cña momen vµ dßng ®iÖn phÇn øng, ®Æc tÝnh c¬ cÇn cã ®é cøng cao ®Ó ®¶m b¶o sai sè tèc ®é lµ nhá. Khi dßng ®iÖn vµ momen vù¬t qu¸ ph¹m vi nµy th× ph¶I gi¶m m¹nh ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn mÆt kh¸c trong qu¸ tr×nh khëi ®éng , h·m, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ th­êng cã yªu cÇu gi÷ gia tèc kh«ng ®æi ®Ó hÖ ®¹t ®­îc tèi ­u thêi gian vÒ qu¸ tr×nh qu¸ ®é. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu nµy trong c¸c hÖ truyÒn ®éng cã momen t¶I kh«ng ®æi th× ®Æc tÝnh c¬ ph¶I cã ®o¹n ®é cøng b»ng kh«ng. 1.H¹n chÕ dßng ®iÖn b»ng c¸c m¹ch ng¾n dßng. BiÖn ph¸p ph©n vïng b»ng c¸c m¹ch ng¾n dßng th­êng dïng cho c¸c truyÒn ®éng ®iÖn hay bÞ qu¸ t¶I ngÉu nhiªn trong thêi gian ng¾n. Khi bÞ qu¸ t¶i hÖ vÉn lµm viÖc tiÕp nh­ng tèc ®é ph¶I gi¶m ®Ó tr¸nh va ®Ëp trong c¸c c¬ cÊu truyÒn lùc, tèc ®é gi¶m nhiÒu hay Ýt tuú thuéc vµo møc ®é qu¸ t¶I lín hay nhá. §Ó cã thÓ ph¸t hiÖn ra ®iÓm chuyÓn vïng vµ ®Ó gi¶m ®é cøng ®Æc tÝnh ®Õn møc cÇn thiÕt, th­êng dïng m¹ch ph¶n håi ©m dßng ®iÖn cã ng¾t, s¬ ®å h×nh 4 - 39 lµ vd. Trong vïng t¶I cho phÐp I<Ing th× ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë Rd.I cßn nhá h¬n ng­ìng th«ng cña van æn ¸p V0 tÝn hiÖu ph¶n håi –ui = 0, hÖ lµm viÖc víi c¸c ph¶n håi t¨ng ®é cøng, tøc lµ u®k = u ’ ®k øng víi ®o¹n ®Æc tÝnh c¬ AB cã ®é cøng cao. B® Rd U® U’®k U®k ui ® Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 91 Khi dßng ®iÖn phÇn øng t¨ng lªn qu¸ dßng ®iÖn ng¾t I > Ing, ®iÖn ¸p trªn Rd.I lµm th«ng van æn ¸p V0, xuÊt hiÖn tÝn hiÖu ph¶n håi dßng ®iÖn so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn §Æc tÝnh (4 ­- 5) lµ ®­êng nÐt ®øt A’ ,B, C cã tèc ®é kh«ng t¶i ω0ng rÊt cao, ®é cøng rÊt nhá vµ momen ng¾n m¹ch lµ Md, thùc tÕ miÒn x¸c ®Þnh (miÒn lµm viªc) cña ®Æc tÝnh nµy chØ lµ ®o¹n BC, cßn ®o¹n A’B kh«ng tån t¹i do lóc ®ã I < Ing. Do c¸c thµnh phÇn ph¶n håi ®Ó t¨ng ®é cøng vÉn tån t¹i ngay c¶ khi I > Ing nªn ®o¹n BC kh«ng thÓ ®¹t ®­îc ®é cøng tuú ý, nhÊt lµ kh«ng thÓ ®¹t ®­îc gi¸ trÞ βng = 0. BiÓu thøc tÝnh ®é cøng βng nh­ trªn chØ lµ gÇn ®óng, muèn cã biÓu thøc chÝnh x¸c th× cÇn ph¶I biÕt râ ngoµi u® , trong u ’ ®k cßn cã c¸c ph¶n håi g×, hÖ sè ph¶n håi lµ bao nhiªu . 2. Tù ®éng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn hiÖn ®¹i, c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh ®­îc nèi theo cÊp, ®éc lËp t­¬ng ®èi víi nhau, viÖc ph©n vïng t¸c dông gi÷a æn ®Þnh tèc ®é vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­îc thùc hiÖn b»ng d¹ng phi tuyÕn cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh O A ω0 A’ βm β βng ωong C Id M.I B® ® Uω δω Rω Kω Ui® Ui δi KI U®k Kt RI H×nh 4.5: Ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t H×nh 4.6: §iÒu chØnh dßng ®iÖn trong c¸c hÖ nhiÒu vßng Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 92 S¬ ®å ®¬n gi¶n nhÊt gåm hai vßng ®iÒu chØnh: Vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ë trong cã bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI, vßng ®iÒu chØnh tèc ®é cã bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω bé ®iÒu chØnh nµy cã ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cã vïng b·o hoµ ()h 4 - 30b . §iÖn ¸p ®Çu ra cña Rω lµ ®iÖn ¸p ®Æt t¹i dßng phÇn øng ui® gi¸ trÞ b·o hoµ ui®max chÝnh lµ gi¸ trÞ ®¹t cùc ®¹i cña dßng ®iÖn phÇn øng. Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI trong m¹ch vßng cã nhiÖm vô duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ ®Æt (ui® ), bÊt kÓ hÖ thèng ®ang lµm viÖc æn ®Þnh hay trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é. RI th­êng cã cÊu tróc lµ mét kh©u tØ lÖ – tÝch ph©n PI. Nh­ vËy m¹ch vßng dßng ®iÖn ®· biÕn bé biÕn ®æi B§ thµnh mét nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi tÝn hiÖu ui® . V× dßng ®iÖn lµ ®¹i l­îng biÕn thiªn nhanh nªn sai lÖch δi lu«n nhá, bé ®iÒu chØnh RI lu«n lµm viÖc ë vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh Khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh thay ®æi tèc ®é, gi¶ sö xÐt khi khëi ®éng ®éng c¬. Do cã sù thay ®æi ®ét ngét cña uω® trong khi uω ch­a thay ®æi kÞp do qu¸n tÝnh c¬ häc cña hÖ , nªn sai lÖch ®Çu vµo δω = Uω® ­- Uω cã gi¸ trÞ lín. §iÓm lµm viÖc cña Rω sÏ lµ ui® = ui®max = const, m¹ch vßng tèc ®é bÞ “ng¾t” ra khái s¬ ®å. Do ho¹t ®éng cña m¹ch vßng dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn phÇn øng ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I = ®max t­¬ng øng tÝn hiÖu vµo cña m¹ch vßng lµ ui®max , ®iÓm b¾t ®Çu khëi ®éng lµ ®iÓm A trªn h×nh 4­- 30 c, ®éng c¬ b¾t ®Çu t¨ng tèc víi gia tèc. J MIK dt d Cddm  max  MÆc dï sau ®ã tèc ®é ®éng c¬ t¨ng dÇn lªn nh­ng dßng ®iÖn phÇn øng vÉn ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I = I®max chõng nµo mµ bé ®iÒu chØnh tèc ®« Rω ch­a ra khái vïng b·o hoµ, tøc lµ ch­a ®­îc “ nèi “ l¹i vµo s¬ ®å. §o¹n ®Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng lµ BC, cã ®é cøng b»ng kh«ng vµ dßng kh«ng ®æi. T¹i ®iÓm B tèc ®é ®éng c¬ ω = ωB sao cho δω = δωB ®iÓm lµm viÖc cña Rω b¾t ®Çu ra khái vïng b·o hoµ vµ lät vµo vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh, m¹ch vßng tèc ®é b¾t ®Çu ph¸t huy t¸c dông ®iÒu chØnh cïng víi m¹ch vßng dßng ®iÖn t¹o ®o¹n ®Æc tÝnh BC cã ®é cøng βm tho¶ m·n ®¹t ®é chÝnh x¸c cao. Qu¸ tr×nh qu¸ ®é khi h·m, ®iÒu chØnh tèc ®é vµ khi qu¸ t¶I lín còng x¶y ra t­¬ng tù nh­ trªn vµ ®­îc m« t¶ gièng hÖt nh­ c¸c ®å thÞ trªn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 93 CHƯƠNG 5: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1: Quá trình quá độ của truyền động điện Qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña truyÒn ®éng ®iÖn lµ qu¸ tr×nh lµm viÖc khi hÖ thèng chuyÓn tõ mét tr¹ng th¸i x¸c lËp nµy sang mét tr¹ng th¸I x¸c lËp kh¸c, khi ®ã tèc ®é momen vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ ®Òu biÕn ®æi. §Ó ph©n tÝch sù lµm viÖc cña truyÒn ®éng ®iÖn, ta ph¶i x¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l­îng kÓ trªn víi thêi gian, v× dùa vµo c¸c quan hÖ nµy , ta cã thÓ: x¸c ®Þnh ®­îc thêi gian vµ tÝnh chÊt diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é øng víi chÕ ®é c«ng nghÖ cña m¸y:; ®¸nh gi¸ ®­îc trÞ sè cho phÐp cña momen, gia tèc, dßng ®iÖn, ph¸t sinh trong tr¹ng th¸I ®éng, (nh÷ng trÞ sè nµy x¸c ®Þnh møc ®é qu¸ t¶i vÒ c¬ vµ vÒ ®iÖn cña truyÒn ®éng ®iÖn ); tiÕn hµnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ khÝ cô ®iÒu khiÓn mét c¸ch ®óng ®¾n Kh«ng cã mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn nµo lµm viÖc mµ l¹i kh«ng cã qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Ngay c¶ trong c¸c truyÒn ®éng ®¬n gi¶n nhÊt nh­ qu¹t giã, b¬m n­íc, b¨ng t¶i, th× Ýt nhÊt còng ®ßi hái ph¶i khëi ®éng ®éng ®éng c¬. Khi ®ã, tuy ®iÖn ¸p ®­îc ®Æt vµo d©y quÊn ®éng c¬ mét c¸ch ®ét ngét, nh­ng tèc ®é, momen vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ biÕn ®æi tõ tõ theo thêi gian. §ã lµ c¸c dÊu hiÖu cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é khëi ®éng. NhiÒu hÖ thèng truyÒn ®éng cã qu¸ tr×nh qu¸ ®é h·m ®iÖn. C¸c qu¸ tr×nh nµy cã thÓ x¶y ra do thay ®æi cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p phÇn øn®ég cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu hoÆc thay ®æi thø tù pha ®iÖn ¸p stato cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé (khi h·m ng­îc ) còng nh­ do gi¶m nhá ®iÖn ¸p phÇn øng hoÆc tÇn sè dßng ®iÖn Stato Qu¸ tr×nh qu¸ ®é còng ph¸t sinh khi ®iÒu chØnh tèc ®é, nghÜa lµ khi ®éng c¬ chuyÓn tõ tèc ®é nµy sang tèc ®é kh¸c (ch¼ng h¹n b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng hoÆc gi¶m nhá tõ th«ng cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp.) ë mét sè c¬ cÊu nh­ hÖ thanh truyÒn, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc phô t¶i trªn trôc ®éng c¬ biÕn ®æi kiÓu xung ®Ëp m¹ch. C¸c c¬ cÊu nµy kh«ng cã tr¹ng th¸i lµm viÖc x¸c lËp mµ chØ cã c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é chu kú C¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é khëi ®éng vµ h·m cã thÓ l¹i lµ c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc chñ yÕu cña hÖ thèng, chø kh«ng ph¶i lµ hiÖn t­îng Ýt xÈy ra, vÝ dô ë c¸c truyÒn ®éng ®iÖn cña m¸y c¸n ®¶o chiÒu, b¨ng l¨n, c¬ cÊu quay bµn m¸y xóc vµ c¬ cÊu quay cña cÇn trôc h×nh cæng. C¸c qu¸ tr×nh nµy còng nh­ c¸c qu¸ tr×nh t¨ng tèc vµ gi¶m tèc x¶y ra mét c¸ch th­êng xuyªn. Tuy nhiªn qu¸ tr×nh qu¸ ®é còng cã thÓ xÈy ra bÊt th­êng khi cã nh÷ng biÕn ®æi ngÉu nhiªn cña phô t¶I ®éng c¬, cña ®iÖn ¸p hoÆc tÇn sè l­íi ®iÖn cung cÊp. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 94 Nh­ vËy, nguyªn nh©n bªn ngoµi, mµ ng­êi ta th­êng gäi lµ t¸c ®éng nhiÔu lo¹n, g©y ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong truyÒn ®éng ®iÖn cã thÓ rÊt ®a d¹ng, vÝ dô nh­ sù biÕn ®æi cña ®iÖn ¸p cung cÊp, cña tÇn sè, cña phô t¶i trªn trôc ®éng c¬ . T¸c ®éng nhiÔu lo¹n chØ lµ nh÷ng biÕn ®éng bªn ngoµi, kÝch thÝch truyÒn ®éng ®iÖn chuyÓn sang tr¹ng th¸i qu¸ ®é. Ph¶n øng cña truyÒn ®éng ®èi víi t¸c ®éng nhiÔu lo¹n h×nh thµnh nªn b¶n chÊt cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Nguyªn nh©n bªn trong g©y ra qu¸ tr×nh qu¸ ®é lµ qu¸n tÝnh c¬ vµ qu¸n tÝnh ®iÖn tõ cña truyÒn ®éng ®iÖn. L­îng dù tr÷ ®éng n¨ng trong c¸c kh©u c¬ vµ n¨ng l­îng ®iÖn tõ trong c¸c m¹ch ®iÖn cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn chØ cã thÓ xÈy ra tõ tõ , nªn ngay c¶ khi xuÊt hiÖn nhiÔu lo¹n nhÈy cÊp th× trong truyÒn ®éng ®iÖn vÉn cã qu¸ tr×nh qu¸ ®é. NÕu gi¶ thiÕt kh«ng cã qu¸n tÝnh trong truyÒn ®éng ®iÖn th× c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é nªu trªn còng kh«ng cã. Khi ®ã, c¸c t¸c ®éng nhiÔu lo¹n nh¶y cÊp sÏ lµm cho tèc ®é, momen, dßng ®iÖn, vµ c¸c ®¹i l­îng kh¸c biÕn ®æi mét c¸ch tøc thêi Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, khi sù thay ®æi ®éng n¨ng trong c¸c phÇn tö nµy cña truyÒn ®éng g©y ra sù thay ®æi n¨ng l­îng ®iÖn tö cña c¸c phÇn tö kh¸c vµ ng­îc l¹i, th× cã thÓ biÕn ®æi qua l¹i mét c¸ch chu kú tõ d¹ng n¨ng l­îng nµy sang d¹ng n¨ng l­îng kh¸c. Trong tr­êng hîp nµy qu¸ tr×nh qu¸ ®é cã thÓ mang ®Æc tÝnh dao ®éng. Qu¸ tr×nh ®ã cã thÓ cã ë ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp nÕu qu¸n tÝnh m¹ch phÇn øng cña nã ®ñ lín. Khi ®ã, sù biÕn ®æi cña dßng ®iÖn lµm cho tèc ®é thay ®æi, vµ do ®ã lµm biÕn ®æi ®éng n¨ng cña roto ®énng c¬. ë ®éng c¬ ®ång bé, khi ®éng n¨ng thay ®æi, gãc sai lÖch gi÷a cùc tõ stato vµ cùc tõ roto thay ®æi theo, vµ do ®ã n¨ng l­îng ®iÖn tõ cña tr­êng m¸y ®iÖn còng thay ®æi. Trong c¸c vÝ dô trªn, ®éng n¨ng vµ n¨ng l­îng ®iÖn tõ cã liªn quan qua l¹i víi nhau vµ cã thÓ lµm cho qu¸ tr×nh qu¸ ®é mang tÝnh chÊt dao ®éng. NÕu ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã bï ph¶n øng phÇn øng vµ cã m¹ch ®iÖn c¶m phÇn øng nhá, th× sù biÕn thiªn cña tõ th«ng kÝch tõ sÏ lµm thay ®æi tèc ®é vµ ®éng n¨ng roto, cßn ®éng n¨ng th× kh«ng g©y ¶nh h­ëng g× ®Õn n¨ng l­îng ®iÖn tõ cña m¹ch kÝch thÝch. Khi ®ã qu¸ tr×nh qu¸ ®é kh«ng thÓ cã tÝnh chÊt dao ®éng. Bài 2. Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mở máy Ta xÐt qu¸ tr×nh khëi ®éng ®éng c¬ khi ®Æc tÝnh c¬ cña nã lµ ®­êng th¼ng vµ momen c¶n kh«ng ®æi. Ngoµi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp ra, ta còng cã thÓ coi gÇn ®óng víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp vµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, v× khi ®ã ta cã thÓ thay c¸c ®Æc tÝnh c¬ phi tuyÕn cña chóng b»ng nh÷ng ®o¹n th¼ng. Th«ng th­êng c¸c ®éng c¬ kÓ trªn kh«ng ®­îc phÐp khëi ®éng trùc tiÕp v× dßng ®iÖn ®ét biÕn v­ît qu¸ trÞ sè cho phÐp hoÆc ph¶I h¹n chÕ dßng ®iÖn theo ®iÒu kiÖn ph¸t nãng hoÆc ®iÒu kiÖn ph¸t sinh lùc ®iÖn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 95 ®éng lín trªn c¸c bèi d©y ( ®èi víi ®éng c¬ K§B). Do ®ã ng­êi ta ph¶i khëi ®éng c¸c ®éng c¬ nµy b»ng c¸ch nèi chóng vµo l­íi qua c¸c ®iÖn trë phô cho vµo m¹ch phÇn øng hoÆc m¹ch roto. Theo qu¸ tr×nh t¨ng tèc, c¸c ®iÖn trë phô ®­îc lo¹i bá dÇn nhê c¸c khÝ cô chuyÓn m¹ch. Nh­ vËy viÖc khëi ®éng ®­îc tiÕn hµnh qua mÊy cÊp vµ ®iÓm lµm viÖc cña ®éng c¬ dÞch chuyÓn tõ ®Æc tÝnh biÕn trë nµy sang ®Æc tÝnh biÕn trë kh¸c. ¥ cuèi qu¸ tr×nh khëi ®éng, ®éng c¬ cã tèc ®é lµm viÖc øng víi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ momen trªn trôc. Sè cÊp ®iÖn trë phô cµng nhiÒu th× ph¹m vi biÕn ®æi cña momen khi khëi ®éng cµng nhá vµ qu¸ tr×nh t¨ng tèc cña ®éng c¬ cµng tr¬n tru. Momen khëi ®éng cña ®éng c¬ cµng lín th× gia tèc cña ®éng c¬ cµng cao vµ qu¸ tr×nh khëi ®éng cµng nhanh. §èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th«ng dông momen khëi ®éng cho phÐp Mcp ~ 2.5M®m cßn ®èi víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé vµnh tr­ît Mcp ~ 0.85 Mt. Gi¸ trÞ cña momen chuyÓn cÊp M2 ph¶I v­ît qu¸ gi¸ trÞ lín nhÊt cã thÓ cña momen c¶n mét møc ®é nhÊt ®Þnh ®Ó kh«ng lµm chËm qu¸ tr×nh khëi ®éng do gia tèc nhá tr­íc khi chuyÓn sang cÊp kh¸c. Ta cã biÓu thøc cña tèc ®é vµ momen nh­ sau:   coiT t xlibdixlii e    (5 - 1)   coiT t cCi eMMMM   1 (5 - 2) Trong ®ã: Tc¬ = J/βi – H»ng sè thêi gian c¬ häc cña truyÒn ®éng øng víi ®Æc tÝnh khëi ®éng thø i βi ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ khëi ®éng thø i cña ®éng c¬ Thêi gian lµm viÖc cña ®éng c¬ trong cÊp khëi ®éng thø i khi cho momen biÕn thiªn tõ M1 ®Õn M2 ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: C coii MM MM Tt    2 21ln. (5 - 3) Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy r»ng, trong ph¹m vi cña mét cÊp khëi ®éng thêi gian t¨ng tèc cña ®éng c¬ tØ lÖ víi h»ng sè thêi gian c¬ häc øng víi cÊp ®ã VËy thêi gian khëi ®éng cña ®éng c¬ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch céng c¸c kho¶ng thêi gian lµm viÖc cña ®éng c¬ trong tÊt c¶ c¸c cÊp khëi ®éng. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 96      m i C coikd MM MM Tt 1 2 21ln. (5 - 4) + Qu¸ tr×nh qu¸ ®é truyÒn ®éng ®iÖn (QTQ§ T§§) lμ qu¸ tr×nh lμm viÖc cña hÖ thèng T§§ khi chuyÓn tõ tr¹ng th¸i x¸c lËp ny sang tr¹ng th¸i x¸c lËp kh¸c, khi ®ã c¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho hÖ thèng T§§ (I, M, ω, ...) ®Òu thay ®æi theo thêi gian. Bài 3. Hãm truyền động điện, thời gian hãm, dừng máy 1. H·m ng­îc ®éng c¬ ®iÖn §Ó nhanh chãng ngõng ®éng c¬ ng­êi ta th­êng dïng ph­¬ng ph¸p h·m ®iÖn. Khi h·m ng­îc, ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ng­êi ta thay ®æi cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn phÇn øng, cßn ®èi víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ng­êi ta thay ®æi thø tù pha cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Stato. §ång thêi, ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn h·m, ng­êi ta cho thªm c¸c ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu hoÆc vµo m¹ch roto ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé. Kh¸c víi khi khëi ®éng, viÖc h·m ®éng c¬ cã thÓ thùc hiÖn b»ng mét sè cÊp nh­ ®· ®­îc ¸p dông trong tuyÖt ®¹i ®a sè tr­êng hîp ®Ó gi¶m nhá sè l­îng thiÕt bÞ chuyÓn m¹ch. Còng nh­ khi tÝnh to¸n qu¸ tr×nh khëi ®éng, ®èi víi qu¸ tr×nh h·m c¸c ®Æc tÝnh c¬ phi tuyÕn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp vµ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé còng ®­îc thay thÕ b»ng c¸c ®o¹n th¼ng trong ph¹m vi tõ M1 ®Õn M2 ph­¬ng tr×nh tèc ®é cña ®o¹n th¼ng Êy cã d¹ng. 21 2 MM MM bd     (5 - 5) Momen h·m cã gi¸ trÞ cùc ®¹i khi b¾t ®Çu h·m Mb® = - M1.Còng nh­ tr­êng hîp khëi ®éng, ®èi víi c¸c m¸y ®iÖn lo¹i th«ng dông trÞ sè ®ã ®­îc x¸c ®Þnh tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn sau ®©y: M1 ~ 2,5M®m cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ M1 ~ 0,85Mt cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. Khi ®· biÕt gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn cho phÐp Icp ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu u cp bd p R I EU R    (5 - 6) §èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, Φ = const vµ ω kh«ng thÒ ®ét biÕn do qu¸n tÝnh c¬ häc cña phÇn øng, nªn tõ biÓu thøc E = kω, ta thÊy, t¹i thêi ®iÓm ®éng c¬ chuyÓn sang tr¹ng th¸i h·m, s®® E vÉn gi÷ Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 97 nguyªn gi¸ trÞ tr­íc ®ã. Nh­ vËy, trÞ sè Eb® cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh tõ tr¹ng th¸I lµm viÖc x¸c lËp tr­íc khi h·m. Trong qu¸ tr×nh h·m ®éng c¬ , sù biÕn ®æi theo thêi gian cña tèc ®é vµ momen ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: 21 2 21 1 MM MM e MM MM C bd T t C bd co         (5 - 7)   C T t C MeMMM co   1 (5 - 8) Trong ®ã Tc¬ = 21 MM J M J bd      h»ng sè thêi gian c¬ häc cña truyÒn ®éng ®iÖn khi h·m ng­îc Tõ ®ã ta x¸c ®Þnh ®­îc thêi gian h·m ng­îc nh­ sau: c c MM MM congh Tt   2 1ln. (5 - 9) Khi tèc ®é ®éng c¬ gi¶m dÇn gia tèc còng gi¶m theo, nh­ng ë cuèi qu¸ tr×nh h·m (ω = 0) gia tèc vÉn kh¸c kh«ng. Do ®ã, muèn cho ®éng c¬ kh«ng t¨ng tèc theo chiÒu ng­îc, th× khi tèc ®é gÇn b»ng kh«ng, ta ph¶I ng¾t ®éng c¬ ra khái l­íi ®iÖn 2. H·m ®éng n¨ng ®éng c¬ H·m ng­îc cho phÐp dõng n hanh ®éng nh­ng tiªu hao mét n¨ng l­îng lín cña l­íi ®iÖn. H·m ®éng n¨ng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu còng nh­ xoay chiÒu lµ ph­¬ng ph¸p h·m kinh tÕ h¬n Trong qu¸ tr×nh h·m, tèc ®é ®éng c¬ gi¶m xuèng, momen h·m ban ®Çu Mb® = M1. §iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc u cp bd p R I E R  (5 - 10) §èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp khi h·m ®éng n¨ng th× ®iÖn trë phô ph¶I m¾c thªm vµo m¹ch kÝch tõ sÏ lµ kt dmu pkt R I U R  . . (5 - 11) Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 98 Khi h·m ®éng n¨ng ®iÖn trë phô m¾c vµo m¹ch roto cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé hoÆc cho vµo m¹ch stato cña ®éng c¬ ®ång bé cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc nÕu biÕt ®é tr­ît stn cña ®Æc tÝnh c¬ cã Rp = 0 vµ khi M = M1 21 R s s R tn bd p        (5 - 12) Trong ®ã: sbd = 1 sc ®èi víi ®éng c¬ K§B sbd = 1 ®èi víi ®éng c¬ ®ång bé Thêi gian h·m khi tèc ®é biÕn thiªn ωbd ®Õn 0 sÏ lµ 1. 1ln M MM codnh cTt   (5 - 13) Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 99 CHƯƠNG 6: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bài 1: Những vấn đề chung Nguồn động lực trong một hê thống TĐĐ là động cơ điện. Các yêu cầu kỹ thuật, độ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của HT TĐĐ phụ thuộc chính vào sự lựa chọn đúng động cơ điện và phương pháp điều khiển động cơ. Chọn một động cơ điện cho một HT TĐĐ bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp ứng: - Động cơ phải có đủ công suất kéo. - Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương pháp điều chỉnh thích hợp. - Thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm điện. - Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp...). - Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thông thoáng, nhiệt độ, độ ẩm, khí độc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà...). 1. Tại sao phải chọn đúng công suất động cơ? Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ TĐĐ. Nếu nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng nhưng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cosφ của lưới điện do động cơ chạy non tải. Ngược lại nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng. 2. Chọn công suất động cơ như thế nào? Việc tính công suất động cơ cho một hệ TĐĐ phải dựa vào sự phát nóng các phần tử trong động cơ, đặc biệt là các cuộn dây. Muốn vậy, tính công suất động cơ phải dựa vào đặc tính phụ tải và các quy luật phân bố phụ tải theo thời gian. Động cơ được chọn đúng công suất thì khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải ở mức cho phép, nhiệt độ động cơ không được tăng quá trị số giới hạn cho phép τcp. 3. Phát nóng và nguội lạnh của động cơ a, Nguyên nhân phát nóng trong động cơ Trong quá trình động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng, một số năng lượg sẽ bị mất mát. Nếu gọi P1 là công suất động cơ lấy từ nguồn vào, P2 là công suất động cơ sản ra trên trục của nó thì lượng mất mát ∆P (còn gọi là công suất tổn hao sẽ là) ∆P = P1 – P2 ở trạng thái làm việc định mức, mất mát công suất được tính: dm dm dmdmdmdm PPPP    1 221 Trong đó: Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 100 - P1đm, P1đm: C ông suất tiêu thụ và công suất sản ra của động cơ điện của trạng thái làm việc định mức. - dm : Công suất định mức của động cơ Lượng mất mát ∆P bao gồm 3 phần: - Mất mát do ma sát: Ví dụ ma sát trong các ổ bi giữa roto và không khí khi roto quay - Mất mát trong sắt từ, phụ thuộc vào chất lượng của lõi sắt từ. Một cách gần đúng ta xem hai lượng mất mát này không biến đổi theo phụ tải là gọi là mất mát không biến đổi - Mất mát trong các cuộn dây(mất mát đồng): lượng mất mát này tỉ lệ với dòng điện chạy trong các cuộn dây, nghĩa là nó biến đổi theo phụ tải, gọi là mất mát biến đổi. Lượng mất mát này rất lớn so với hai lượng mất mát trên. Chính lượng mất mát công suất ∆P sinh ra nhiệt lượng Q làm cho động cơ nóng lên. Ở trạng thái làm việc định mức, trong một giây nhiệt lượng sinh ra sẽ là dm dm dmdm PQ    1 24,0 2 Do nhiệt lượng này mà nhiệt độ động cơ tăng dần lên. Nếu động cơ không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh thì nhiệt độ của nó sẽ tăng lên đến vô cùng. Nhưng thực tế trong quá trình làm việc, động cơ có toả nhiệt ra môi trường xung quanh qua mặt ngoài của nó. Nhiệt lượng toả ra môi trường tăng lên theo nhiệt độ của động cơ, hạn chế sự phát nóng của động cơ Sau một thời gian làm việc nào đó, nhiệt độ của động cơ không tăng lên nữa mà đạt đến nhiệt độ ổn định. Lúc đó nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh trong một đơn vị thời gian bằng nhiệt lượng sinh ra trong động cơ. Ta gọi đó là trạng thái làm việc cân bằng của động cơ. b, Phươg trình cân bằng nhiệt của động cơ Tìm ra quy luật về sự đốt nóng trong động cơ là một việc khá phức tạp. Bởi vì nhiệt độ của động cơ không đồng đều. Ở những động cơ tự làm mát khi động cơ làm việc, hệ số làm mát cao. Nhưng khi hãm máy, sự làm mát kém hơn và khi ngừng quay sự làm mát càng kém. Đối vơi một động cơ điện, hiệu suất càng cao thì công suất định mức càng lớn, càng tăng cường làm nguội động cơ thì công suất của động cơ càng lớn. Vì vậy đối với động cơ, người ta thường dung quạt gió để làm nguội và mặt ngoài của vỏ động cơ có những cánh khía để tăng diện tích làm nguội. Ngoài ra để tăng công suất định mức của động cơ, người ta còn dung biện pháp tăng cường sức chịu nong của chất cách điện. Nhiệt độ phát nóng cho phép của động cơ phụ thuộc vào vật liệu cách điện dung trong động cơ, những vật liệu cách điện dùng trong máy điện được phân cấp tuỳ theo sức chịu nóng. Theo tiêu chuẩn của Nga vật liệu cách điện được phân thành các cấp sau: Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 101 - Vật liệu cách điện cấp : Làm bằng sợi senlulo và lụa, không tẩm sơn cách điện, nhiệt độ lớn nhất cho phép là 90c 0 - Vật liệu cách điện cấp E làm bằng chất hữu cơ tổng hợp, nhiệt độ cho phép là 120c 0 - Vật liệu cách điện cấp B, làm bằng nhựa mica, amiăng và sợi thuỷ tinh có tấm kết dính bằng những hợp chất hữu cơ, nhiệt độ cho phép là 130c 0 - Vật liệu cách điện cấp F, làm bằng mica, amiăng, sợi thuỷ tinh, có tấm kết dính bằng những hợp chất tổng hợp. Nhiệt độ cho phép là 155c 0 - Vật liệu cách điện cấp H, làm bằng amiăng và sợi thuỷ tinh có tấm kết dính bằng hợp chất silic - hữu cơ. Nhiệt độ cho phép là 1800c - Vật liệu cách điện cấp C, làm bằng mica, thuỷ tinh thạch anh, vật liệu gốm, không tẩm sơn. Nhiệt độ cho phép 180c 0 Khi làm việc nếu nhiệt độ của động cơ vượt quá trị số cho phép của chất cách điện dung trong động cơ thì chất cách điện sẽ bị “già” hoặc bị cháy làm động cơ chóng hỏng. Trong điều kiện vận hành bình thường (động cơ làm việc với phụ tải định mức) thời gian sử dụng của chất cách điện phải được trên 15 năm. Trong thực tế thiết kế người ta thường lấy nhiệt độ môi trường làm tiêu chuẩn(thuờng là 35c 0 ). Nếu khi vận hành nhiệt độ môi trường thấp hơn 350c thì có thể cho phụ tải làm việc lớn hơn công suầt định mức. Và ngược lại nếu nhiệt độ môi trường cao hơn 35c 0 thì phải giảm phụ tải của động cơ so với định mức của nó . 4. Các chế độ làm việc của truyền động điện Căn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của máy điện, người ta chia chế độ làm việc của truyền động thành 3 loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. 4.1. Chế độ dài hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian dài, cho nên nhiệt độ của động cơ đủ thời gian đạt tới trị số ổn định. Các động cơ trong máy nén khí, bơm nước, quạt gió là những động cơ làm việc ở chế độ dài hạn. 4.2. Chế độ ngắn hạn: Do phụ tải duy trì trong thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài, cho nên nhiệt độ động cơ chưa kịp đạt tới giá trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm về giá trị ban đầu. Các động cơ trong cơ cấu nâng hạ xà ngang và nêm chặt xà của các máy lớn như máy phay giường, mày bào giường, máy tiện đứng, động cơ đóng mở cửa đập nước Đều làm việc ở chế độ ngắn hạn. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 102 3.3. Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc có tính chất chu kỳ, thời gian làm việc và thời gian nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa kịp tăng đến trị số ổn định thì được giảm do mất tải, và khi nhiệt độ động cơ suy giảm chưa kịp về giá trị ban đầu thì lại tăng lên do có tải. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian đóng điện tương đối: Trong đó: tlv : Là thời gian làm việc có tải. tc.ky = tlv + tnghỉ : Là thời gian của một chu kỳ.g Theo quy định, động cơ điện nào làm việc với thời gian chu kỳ tck ≤ 10 phút mới thuộc chế độ làm việc ngắn hạn lập lại. Bài 2: ChØ tiªu vµ c¸c b­íc chän c«ng suÊt ®éng c¬. 1. c¸c chØ tiªu chän c«ng suÊt ®éng c¬ Chän c«ng suÊt ®éng c¬ cho m¸y ®iÖn ph¶I ®¶m b¶o hai mÆt: kü thuËt vµ kinh tÕ. a, vÒ mÆt kü thuËt Tr­íc hÕt, ®éng c¬ ®iÖn ®­îc chän ph¶i thÝch øng víi m«i tr­êng lµm viÑc. C¨n cø vµo m«i tr­êng ®Æt m¸y lµ kh« r¸o hay Èm ­ít, s¹ch hay bôi bÈn mµ chän ®éng c¬ ®iÖn kiÓu kÝn hay kiÓu hë, kiÓu chèng n­íc, chèng ho¸ chÊt, chèng næ, ®Æt ®éng c¬ kh«ng ®óng m«i tr­êng lµm viÖc th× ®éng c¬ kh«ng lµm viÖc ®­îc vµ cã thÓ g©y háng ®éng c¬, g©y tai n¹n cho ng­êi vËn hµnh. §éng c¬ ®­îc chän ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn ph¸t nãng. §©y lµ ®iÒu kiÖn c¬ b¶n nhÊt khi chän c«ng suÊt ®éng c¬. Chän c«ng suÊt ®éng c¬ sao cho khi lµm viÖc b×nh th­êng còng nh­ khi qu¸ t¶i trong ph¹m vi cho phÐp nhiÖt ®é trong ®éng c¬ kh«ng ®­îc v­ît qu¸ trÞ sè cho phÐp. §éng c¬ ®­îc chän ph¶i ®¶m b¶o tèc ®é yªu cÇu, bao gåm sè vßng quay ®Þnh møc cña ®éng c¬ cã cÇn ®iÒu chØnh tãc ®é hay kh«ng, ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lín hay bÐ cÇn ®iÒu chØnh tèc ®é cã cÊp hay v« c©p. H×nh 6.1 : ChÕ ®é lµm viÖc dµi h¹n H×nh 6.2 : ChÕ ®é lµm viÖc ng¾n h¹n Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 103 Th­êng nh÷ng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é hoÆc ®iÒu chØnh tèc ®é trong ph¹m vi rÊt bÐ mµ cã cÊp vµ c¬ khÝ khã kh¶ n¨ng ®¶m ®­¬ng ®­îc ng­êi ta dïng ®éng c¬ ®iÖn K§B roto lång sãc mét tèc ®é. §ã lµ lo¹i ®éng c¬ rÎ tiÒn vËn hµnh ®on gi¶n vµ ch¾c ch¾n nhÊt. Nh÷ng hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é cã cÊp vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh kh«ng lín l¾m, nh­ng kh¶ n¨ng c¬ khÝ kh«ng tho¶ m·n ®­îc hoµn toµn th× nªn dïng ®éng c¬ K§B ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é nh­ ®éng c¬ ®iÖn roto lång sãc cã nhiÒu cÊp tèc ®é hoÆc ®éng c¬ roto d©y quÊn. Nh÷ng truyÒn ®éng cã yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é kh¾t khe nªn dïng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. §éng c¬ ®iÖn khi ®­îc chän ph¶i ®¶m b¶o khëi ®éng tèt, tuú theo yªu cÇu cña phô t¶i lµ khëi ®éng ®Çy t¶i, non t¶i, hay kh«ng t¶i mµ chän ®éng c¬ cã hÖ sè ®éng χk® lín hay bÐ b, VÒ mÆt kinh tÕ §éng c¬ ®­îc chän ph¶i lµm viÖc víi tÝnh kinh tÕ cao bao gåm vèn ®Çu t­ rÎ, chi phÝ vËn hµnh b¶o qu¶n vµ söa ch÷a thÊp vµ ®iÒu quan träng lµ ph¶i sö dông hÕt c«ng suÊt ®Æt cña ®éng c¬ 2. C¸c b­íc chän c«ng suÊt ®éng c¬ §éng c¬ ®iÖn muèn kÐo ®­îc c¬ cÊu s¶n xuÊt cÇn ph¶i sinh ra mét momen ®éng M§ cã kh¶ n¨ng kh¾c phôc ®­îc momen phô t¶i cña c¬ cÊu s¶n xuÊt. M§ ≥ Mft Muèn x¸c ®Þnh ®­îc c«ng suÊt ®éng c¬ còng nh­ lµ t×m M§ cÇn ph¶i cã c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu còng nh­ lµ qu¸ tr×nh tÝnh to¸n c¸c b­íc sau: - Ph¶i cã biÓu ®å phô t¶i tÜnh cña c¬ cÊu s¶n xuÊt mµ ®éng c¬ sÏ phôc vô d­íi d¹ng IC = f(t), MC = f1(t) hoÆc PC = f2(t) ®· tÝnh quy ®æi vÒ ®Çu trôc ®éng c¬. Ph¶i cã biÓu ®å biÕn thiªn tèc ®é trong qu¸ tr×nh lµm viÖc n = f(t) hoÆc ω = f(t) Gi¶ thiÕt c¸c biÓu ®å ®· cho nh­ h×nh oâñ kñ 0 0 M0 Mc + M 0 M0 M c t t thtt  «® H×nh 6.3 : §å thÞ phô t¶i Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 104 C¸c b­íc tÝnh to¸n Tr­íc hÕt c¨n cø vµo biÓu ®å phô t¶i tÜnh Mc = f(t) cña c¬ cÊu s¶n xuÊt (h×nh 4.5a) . TÝnh momen trung b×nh theo biÓu thøc       ni i f nf i ii tb t tM M 1 1 Trong tr­êng hîp cô thÓ cña biÓu ®å phô t¶I ®· cho ë h×nh 4 – 5b.   hodkd hodCkd tb ttt tMtMMtM M    000 Tõ Mtb vµ ωod tÝnh c«ng suÊt lín nhÊt 1000 . max odtbMP   Dùa vµo Pmax vµ c¸c yªu cÇu kü thuËt kinh tÕ kh¸c ta chän c«ng suÊt ®éng c¬ cã: P®m ≥ Pmax th­êng Pdm = (1 ÷1,3) Pmax, ωdm ≥ Pod Bài 3: Tính chọn công suất động cơ cho những truyền động không điều chỉnh tốc độ Để chọn công suất động cơ, chúng ta cần phải biết đồ thị phụ tải MC(t) và PC(t) đã quy đổi về trục động cơ và giá trị tốc độ yêu cầu. Từ biểu đồ phụ tải, ta tính chọn sơ bộ động cơ theo công suất; tra ở trong sổ tay tra cứu ta có đầy đủ tham số của động cơ. Từ đó tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải chính xác (trong các chế độ tĩnh, khởi động và hãm). Dựa vào đồ thị phụ tải chính xác, tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn. 1 Chọn công suất động cơ làm việc dài hạn Đối với phụ tải dài hạn có loại không đổi và loại biến đổi. a) Phụ tải dài hạn không đổi: Động cơ cần chọn phải có công suất định mức Pđm ≥ Pc và ωđm phù hợp với tốc độ yêu cầu. Thông thường Pđm = (1÷1,3)Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm động cơ đơn giản: Không cần kiểm nghiệm quá tải về mômen, nhưng cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi động và phát nóng. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 105 VÝ dô c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ b¬m n­íc x¸c ®Þnh b»ng b c QH P   102  Trong ®ã: γ: tØ träng chÊt láng, N/m3 . Với nước γ = 1000N/m3 Q: l­u l­îng cña b¬m m3/sec H: ChiÒu cao cét n­íc b¬m, b»ng tæng chiÒu cao cét n­íc hót vµ cét n­íc ®Èy, m. ηb: HiÖu suÊt cña b¬m C«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ qu¹t giã ®­îc x¸c ®Þnh b»ng trq QH Pc 1000  Trong ®ã: Q: L­u l­îng giã H: tæng ¸p lùc (N/m2) ηq: HiÖu suÊt cña qu¹t giã ηtr: HiÖu suÊt kh©u truyÒn lùc VÝ dô: X¸c ®Þnh c«ng suÊt ®éng c¬ qu¹t giã cã n¨ng suÊt 15m3/s víi tæng ¸p lùc 1960N/m2. Trôc ®éng c¬ nèi cøng víi trôc qu¹t giã kh«ng qua kh©u truyÒn lùc. Cho biÕt tèc ®é qu¹t giã lµ 960vßng/phót, hiÖu suÊt qu¹t giã ηq = 0,6. Gi¶i: C«ng suÊt qu¹t giã ®­îc x¸c ®Þnh b»ng: KW QH P q 49 6,0.1000 1600.15 1000   H×nh 6.4 : §å thÞ phô t¶i: a, Phô t¶i kh«ng ®æi b, Phô t¶i biÕn ®æi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 106 Theo tÝnh chÊt truyÒn ®éng, nªn c«ng suÊt ®éng c¬ lín h¬n c«ng suÊt t¶i mét Ýt ta cã thÓ chän ®éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt P®m = 55KW b) Phụ tải dài hạn biến đổi: Để chọn được động cơ phải xuất phát từ đồ thị phụ tải tính ra giá trị trung bình củamômen hoặc công suất. (6 - 4) Động cơ chọn phải có: Mđm = (1÷1,3)Mtb hoặc Ptb = (1÷1,3)Ptb. Hoặc giả sử đồ thị và momen phụ tải có hình như (6 - 3) thì tính chọn động cơ đã nêu chi tiết ở mục. 2.Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn Trong chế độ làm việc ngắn hạn có thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc sử dụng động cơ chuyên dùng cho chế độ làm việc ngắn hạn. a) Chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: Trong trường hợp không có động cơ chuyên dụng cho chế độ ngắn hạn, ta có thể chọn các động cơ thông thường chạy dài hạn để làm việc trong chế độ ngắn hạn. Nếu chọn động cơ dài hạn theo phương pháp thông thường có Pđm = (1÷1,3)Pc thì khi làm việc ngắn hạn trong khoảng thời gian tlv nhiệt độ động cơ mới tăng tới nhiệt độ τ1 đã nghỉ làm việc và sau đó hạ nhiệt độ đến nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường τmt. Rõ ràng việc này gây lãng phí vì không tận dụng hết khả năng chịu nhiệt (tới nhiệt độ τôđ) của động cơ. Vì vậy khi dùng động cơ dài hạn để làm việc ở chế độ ngắn hạn, cần chọn công suất động cơ nhỏ hơn để động cơ phải làm việc quá tải trong thời gian H×nh 6.5 : §å thÞ phô t¶i dµi h¹n biÕn ®æi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 107 đóng điện tlv. Động cơ sẽ tăng nhiệt độ nhanh hơn nhưng khi kết thúc thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ không được quá nhiệt độ τôđ cho phép. Như vậy, để chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta phải dựa vào công suất làm việc yêu cầu Plv và giả thiết hệ số quá tải công suất x để chọn sơ bộ công suất động cơ dài hạn (Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm). Từ đó có thể xác định được thời gian làm việc cho phép của động cơ vừa chọn. Việc tính chọn đó được lập lại nhiều lần làm sao cho tlv tính toán ≤ tlv yêu cầu. b) Chọn động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: Động cơ ngắn hạn được chế tạo có thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phút. * Khi phô t¶i ng¾n h¹n kh«ng ®æi BiÓu ®å phô t¶i ViÖc chän c«ng suÊt ®éng c¬ rÊt ®¬n gi¶n, dùa vµo c«ng suÊt phô t¶i tÜnh Pc, chän c«ng suÊt ®éng c¬ cã c«ng suÊt ®Þnh møc tho¶ m·n biÓu thøc: P®m = (1 ÷ 13)Pc Vµ thêi gian lµm viÖc chuÈn t­¬ng øng víi thêi gian lµm viÖc thùc tÕ cña biÓu ®å phô t¶i. * Khi phô t¶i ng¾n h¹n biÕn ®æi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 108 Dùa vµo c¸c ph­¬ng ph¸p ®¹i l­îng ®¼ng trÞ , tÝnh c«ng suÊt yªu cÇu cña phô t¶i. 21 2 2 21 2 1 tt tPtP Pdtr    Chän ®éng c¬ cã c«ng suÊt ®Þnh møc tho¶ m·n P®m = (1 ÷ 13)Pdtr Vµ thêi gian lµm viÖc theo tiªu chuÈn cña ®éng c¬ b»ng (t1 + t2) 3 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại Đề phục vụ cho các phụ tải ngắn hạn lặp lại, người ta chế tạo loại động cơ chuyên dung, gọi là động cơ ngắn hạn lặp lại Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta có thể chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp lại. Động cơ ngắn hạn lặp lại, được chế tạo chuyên dụng có độ bền cơ khí cao, quán tính nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn (từ 2,5÷3,5). Đồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện ε% = 15%, 25%, 40% và 60%. a, Khi hệ số thời gian đóng điện tương đối của động cơ phù hợp với hệ số thởi gian đóng điện tương đối của phụ tải. * Với phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi Giả sử ta có biểu đồ phụ tải như sau Công suất định mức của động cơ ngắn hạn lặp lại được xác định như sau: Pđm ≥ Pc * Với phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi Già sử ta có biểu đồ phụ tải như hình sau P t Pc P t P1 P2 t1 t2 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 109 Trước hết ta tính công suất phụ tải đẳng trị của một chu kỳ. 21 2 2 21 2 1 tt tPtP Pdtr    Sau đó chọn công suất động cơ thoả mãn biểu thức Pđm ≥ Pdtr b, Khi thời gian đóng điện tương đối của động cơ khác với hệ số thời gian đóng điện tương đối của phụ tải Giả sử động cơ có hệ số thời gian đóng điện tương đối (ε%đc ) vàbiểu đồ phụ tải thực tế có hệ số thời gian đóng điện tương đối ε %f t mà ε%đc # ε %f t . Công suất định mức của động cơ được xác định là dc ft dm PcP % %    với Pc là công suất của phụ tải ngắn hạn lặp lại được tính như mục 1. Trường hợp riêng khi động cơ dài hạn phục vụ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại, công suất định mức của động cơ được tính là dc ft Cdm PP % %    Khi dung động cơ ngắn hạn phục vụ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại hoặc tương đương, ta có thể dung các cặp động cơ có trị số tiêu chuẩn tương ứng sau: Động cơ hoặc phụ tải ngắn hạn tlv 30 60 90 Phụ tải hoặc động cơ ngắn hạn lặp lại ε% 15% 25% 40% Ví dụ: Hãy xác định công suất của động cơ nâng trong cầu trục, có biểu đồ momen phụ tải tĩnh như hình dưới. Giả thiết rằng không có tổn hao trong các khâu truyền lực. Cho biết tốc độ n = 720v/phút Hệ số thời gian đóng điện tương đối. %2,34%100 4058151020412 5810412 %     Momen đẳng trị trong một chu kỳ làm việc với ε% = 34,2% Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 110     n i i n i ii dtr t tM M 1 1 2 N219 5810412 5.1008.27010.2004.15012.250 22222     Công suất dộng cơ khi ε% = 34,2% KW nM Pc dmdtr 5,16 9500 720.219 9550 .  Ta chọn động cơ có hệ số thời gian đóng điện tương đối tiêu chuẩn ε% = 40% Công suất quy đổi tương ứng với ε% = 40% sẽ là KWPcP dc ft qd 3,15 40 2,34 5,16 % %    Theo tính chất của truyền động ta chọn động cơ phục vụ cầu trục kiểu MT51 – 8 có P đm = 17,4 KW khi ε% = 40%, n đm = 720V/phút. T 40 5 8 15 10 20 4 12 t0 250 50 200 270 250 (s) 50 300 250 200 150 100 50 H×nh 6.6 : BiÓu ®å phô t¶i cña vÝ dô Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 111 4. Chọn loại động cơ a, Chọn dạng dòng điện và động cơ cho máy Qua nghiên cứu đặc tính, tính năng, các trạng thái làm việc và khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ điện chính. Ta thấy, động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc có cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, giá thành hạ, tổn hao vận hành bé nhất. Bởi vậy những hệ thống truyền động không cần điều chỉnh tốc độ hoặc điều chỉnh tốc độ trong phạm vi bé mà cơ khí có thể đảm đương được người ta thường dùng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc một tốc độ Những hệ thống truyền động cần điều chỉnh tốc độ có cấp , nên dùng động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của stato. Các hệ thống truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ trong phạm vi không lớn lắm, ta có thể dùng động cơ không đồng bộ roto dây quấn. Loại động cơ này có momen mở máy khá lớn, có tần số đóng điện cao. Nó thường được dùng trong các máy cán thép, cầu trục, thang máy, máy nâng hầm mỏ Đối với các máy có công suất lớn ta có thể dùng động cơ điện không đồng bộ điện áp cao. Loại động cơ này thường dùng chế tạo với công suất định mức hàng nghìn KW và điện áp định mức 3000 hoặc 6000. Động cơ điện đồng bộ chỉ có một tốc độ, thường chế tạo với công suất trung bình và lớn. Loại này thường dùng trong những hệ truyền động không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, ít mở máy, hãm máy. Đối với những hệ truyền động có yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng, phạm vi điều chỉnh không lớn lắm tần số đóng điện không cao, người ta thường dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song với nguồn lấy từ lười điện một chiều lấy từ lưới điện một chiều. Ở những hệ thống truyền động cần điều chỉnh tốc độ êm, phạm vi điều chỉnh lớn, mở máy hãm máy liên tục, phải dùng động cơ điện một chiều kích từ song song làm việc trong hệ thống máy phát - động cơ. Khi cần phạm vi điều chỉnh lớn hơn và tốc đô phải ổn định cao ta dùng hệ thống F – D có máy điên khuếch đại. Các hệ thống này thường dùng trong những hệ thống truyền động động cơ công suất trung bình của các máy cán thép bào giường, doa toạ độ, Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ mềm rất phù hợp với đặc tính phụ tải của tầu điện, cầu trục, mày cán b, Chọn điện áp * Chọn động cơ điện một chiều Các cấp điện áp định mức thường được dùng cho động cơ điện một chiều là 110V, 220V, 440V, và 800V Động cơ điện một chiều công suất nhỏ có điện áp triung bình 110V và 220V còn loại công suất trung bình và lớn hơn thường dùng điên áp 440V và 800V Khi chọn điện áp cần chú ý các điểm sau đây - Điều kiện làm việc của máy có cho phép dùng điện áp cao hay không Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 112 - Nhà máy có nguồn điện một chiều có điện áp định mức là baa nhiêu - Nguồn điện một chiều đặt xa hay gần động cơ điện tiêu thụ. Nếu nguồn đặt xa động cơ ta nên dùng điện áp cao để tránh gây tổn thất trên động cơ. - Xem hệ thống khống chế dùng điện áp nào * Động cơ điện xoay chiều Các động cơ điện xoay chiều công suất nhỏ, trung bình thường dùng điện áp định mức 380/220V và 220/127V tương ứng với các cách đấu dây sao – tam giác Các động cơ điện xoay chiều công xuất lớn thường dùng điện áp cao 3000 và 6000V Khi chọn điện áp cần căn cứ vào điện áp lưới điện xoay chiều nơi đặt máy là bao nhiêu. c, Chọn kiểu động cơ Động cơ điện thường được chế tạo theo ba kiểu: - Kiểu hở: là loại động cơ không có những bộ phận bảo vệ, thường dùng ở nơi khô ráo, sạch sẽ - Kiểu bảo vệ: là loại động cơ có các bộ phận bảo vệ không cho các vật bên ngoài lọt vào động cơ như nước phoi kim loại, và không để người va chạm với bộ phận quay của động cơ - Kiểu kín: Bao gồm nhiều loại + Ở nơi nhiều bụi, ẩm ướt, có hơi ăn mòn, ta dùng động cơ kiểu kín có thông gió bằng ống dẫn khí sạch từ ngoài vào hoặc trang bị chất chống ăn mòn. + Ở nơi có nhiệt độ cao, có khả năng gây cháy, nổ, dùng loại động cơ chống cháy, nổ. + Khi làm việc ngoài trời dùng động cơ chống mưa + Khi àm việc trong nước dùng động cơ trống nước Bài 4: Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp này cần phải biết những yêu cầu cơ bản sau: a) Đặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), ω(t); b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ: ωmax và ωmin. c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn. d) Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần phải địnhhướng xác định trước. Hai yêu cầu trên nhằm xác định những tham số Pycmax và Mcymax. Ví dụ đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh, P = hằng số. Ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax=Pđm = const, nhưng mômen yêu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 113 Đối với phụ tải truyền động yêu cầu trong phạm vi điều chỉnh M = const. Ta có công suất yêu cầu cực đại Pmax=Mđm.ωmax. Hai yêu cầu về loại động cơ và loại truyền động có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Nó xác định kích thước công suất lắp đặt truyền động, bởi vì hai yêu cầu này cho biết hiệu suất truyền động và đặc tính điều chỉnh Pđc(ω), Mđc(ω) của truyền động. Thông thường các đặc tính này thường phù hợp với đặc tính phụ tải yêu cầu Pyc(ω), Myc(ω). Tuy vậy có trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền động có đặc tính điều chỉnh không phù hợp chỉ vì mục đích đơn giản cấu trúc điều chỉnh. Ví dụ: Đối với tải P = const, khi sử dụng động cơ một chiều, phương pháp điều chỉnh thích hợp là điều chỉnh từ thông kích từ. Nhưng ta dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thì khi tính chọn công suất động cơ cần phải xét yêu cầu Mmax. Như vậy công suất động cơ lúc đó không phải là Pđm = Pyc mà là: Như vậy công suất đặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c. Mặt khác việc tính chọn công suất động cơ còn phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh tốc độ, ví dụ cùng một loại động cơ như động cơ không đồng bộ, mỗi phương pháp điều chỉnh khác nhau có đặc tính hiệu suất truyền động khác nhau, phương pháp điều chỉnh điện áp dùng Thyristor có hiệu suất thấp so với phương pháp điều chỉnh tần số dùng bộ biến đổi Thyristor. Vì vậy khi tính chọn công suất động cơ bắt buộc phải xét tới tổn thất công suất ΔP và tiêu thụ công suất phản kháng Q trong suốt dải điều chỉnh. Do vậy việc tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ cần gắn với một hệ truyền động cho trước để có đầy đủ các yêu cầu cơ bản cho việc tính chọn. Bài 5: Kiểm nghiệm công suất động cơ Việc tính chọn công suất động cơ ở các phần trên được coi là giai đoạn chọn sơ bộ ban đầu. Để khẳng định chắc chắn việc tính chọn đó là chấp nhận được ta cần kiểm nghiệm lại việc tính chọn đó. Yêu cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn công suất động cơ gồm có: - Kiểm nghiệm phát nóng: Δυ ≤ Δυcf. - Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mđm.đcơ > Mcmax - Kiểm nghiệm mômen khởi động: Mkđ. đcơ ≥ Mc mở máy Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi động có thể thực hiện dễ dàng. Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn, không thể tính toán phát nóng động cơ một cách chính xác được (vì tính toán phát nóng của động cơ là bài toán phức tạp). Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 114 CHƯƠNG 7: BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM Môc tiªu: - NhËn d¹ng ®­îc ngâ vµo, ngâ ra cña bé khëi ®éng mÒm - KÕt nèi m¹ch ®éng lùc cho m¹ch khëi ®éng mÒm - Khëi ®éng vµ thùc hiÖn dõng mÒm cho ®éng c¬ - NhËn d¹ng c¸c lo¹i h×nh khëi ®éng mÒm sö dông trong x­ëng tr­êng, ngoµi doanh nghiÖp ®iÓn h×nh. Bµi 1: Kh¸i qu¸t chung vÒ khëi ®éng mÒm vµ vÊn ®Ò tiÕt kiÖm ®iÖn Với tốc độ phát triển nhanh của ngành điện tử và tự động hóa, biến tần và khởi động mềm ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Chúng được sử dụng trong các quá trình công nghiệp để cải thiện khả năng điều khiển nhằm nâng cao chất lượng, tăng năng suất và tiết kiệm điện năng. Tuy nhiên, thực tế triển khai dự án tại nước ta cho thấy, trong nhiều trường hợp, có thể tiết kiệm điện năng bằng các thiết bị này chưa được hiểu và đánh giá đúng dẫn đến thiết kế lắp đặt sai mục đích và hiệu quả kinh tế trong vận hành bị hạn chế. Các sách giáo khoa về truyền động điện rất ít đề cập đến vấn đề này trong khi tài liệu của H×nh 1: Mét sè bé khëi ®éng mÒm Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 115 nhà sản xuất thường chỉ cung cấp thông số, tính năng thiết bị. Bài viết này muốn phân tích rõ hơn bản chất vật lí của vấn đề tiết kiệm điện năng nhờ các thiết bị nói trên và trình bày phương pháp đánh giá hiệu quả thông qua khảo sát các ứng dụng điển hình về tiết kiệm điện năng là bơm và quạt. Khởi động mềm hay biến tần? Với một trạm bơm tưới tiêu dù công suất lớn, để khởi động bơm vào chiều tối và dừng lúc bình minh thì chỉ cần khởi động mềm là đủ. Ngược lại, việc điều khiển các vòi phun của một đài nước dù nhỏ vẫn phải cần có biến tần để đạt được các hiệu ứng mỹ thuật động. Khởi động mềm tăng dần vận tốc động cơ đến tốc độ làm việc nhưng không thể giúp động cơ vận hành ở các vận tốc khác. Thiết bị điện tử công suất này thay thế các điều khiển sao - tam giác truyền thống và rất thích hợp cho các ứng dụng bơm/ quạt li tâm để hạn chế dòng khởi động. Đây là giải pháp kinh tế nhất để khởi động/ dừng động cơ công suất lớn nhờ: Giảm tác hại do quá trình quá độ động học của lưu chất như triệt sự va đập nước khi khởi động/ dừng bơm. Bảo vệ tránh chạy không tải, mất hoặc ngược pha, quá tải động cơ, kẹt cơ khí. Giảm ảnh hưởng đến nguồn cung cấp (dòng đỉnh và sụt áp khi khởi động) Khả năng giao tiếp với mạng điều khiển. Biến tần thay đổi tần số điện áp cấp nguồn cho động cơ nhằm điều chỉnh tốc độ phù hợp với các yêu cầu của hệ truyền động. Giá trị “tốc độ tham chiếu” lấy từ bộ điều khiển quá trình (lưu lượng hay áp suất). Đây là bộ điều khiển loại PI và có thể tách rời hay tích hợp sẵn trong biến tần. Các tốc độ tham chiếu và chức năng “tăng tốc/ giảm tốc” đôi khi còn được sử dụng để vận hành theo các tín hiệu điều khiển logic. Ngoài các ưu điểm như khởi động mềm, biến tần còn có những tính năng ưu việt khác: Điều chỉnh lưu lượng và áp suất ở mức yêu cầu Hiệu suất cao hơn trong chế độ làm việc liên tục Tự động hóa hoàn toàn Tiết kiệm điện năng đáng kế Biến tần kết hợp động cơ không đồng bộ có thể thay thế giải pháp truyền thống sử dụng van điều khiển và cho phép tiết kiệm điện năng nhờ khả năng thay đổi tốc độ. Việc loại bỏ van tiết lưu sẽ đơn giản hóa đáng kể hệ thống đường ống và giảm thiểu việc tổn hao áp suất. Như vậy, cả biến tần và khởi động mềm đều có thể thực hiện việc khởi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 116 động/ dừng động cơ tốt như nhau. Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng là biến tần có khả năng thay đổi tốc độ làm việc của động cơ nhưng khởi động mềm thì không thể. Khởi động mềm và tiết kiệm điện năng Về mặt công nghệ, có thể dễ dàng tích hợp vào khởi động mềm chức năng dịch lui pha của sóng điện áp để tiết kiệm điện năng khi động cơ làm việc ở chế độ nhẹ tải. Tuy nhiên, trên thực tế động cơ có thể tiêu tốn nhiều điện năng hơn khi sử dụng chức năng này. Chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, nếu có, thực chất là nhằm vào việc cải thiện hiệu suất động cơ. Thực tế chế độ làm việc ảnh hưởng đến phân nửa tổn hao của động cơ, nửa kia là tổn hao cơ (ma sát và thông gió). Như vậy, với động cơ có hiệu suất 95%, điện năng tiết kiệm được tối đa là 2.5%. Theo kết quả thực nghiệm, để đạt được mức tiết kiệm trên, động cơ phải giảm xuống dưới 50% tải trong ít nhất 25% khoảng thời gian của chu trình làm việc. Những thiết bị cần thiết phải tiết kiệm điện năng như quạt và bơm lại hiếm khi làm việc dưới 80% tải. Trong những ứng dụng này, việc tiết kiệm điện năng thực sự chỉ đạt được bằng cách giảm tốc độ động cơ. Đối với những ứng dụng khác mà việc tiết kiệm điện năng có thể cần tính đến như máy nén khí và băng tải, chu trình vận hành thường có xu hướng buộc động cơ đột ngột quay lại trạng thái đầy tải. Việc áp toàn mômen tải lên trục động cơ lập tức như vậy có thể làm cho động cơ đang ở trạng thái non kích từ (để tiết kiệm điện năng) hút dòng lớn trong quá trình phục hồi mômen điện từ. Do đó, một phần hoặc tất cả điện năng được tiết kiệm trong lúc non tải sẽ tiêu hao trong quá trình quá độ này. Ngoài ra, để chức năng tiết kiệm điện năng hoạt động, chúng ta không thể sử dụng công tắc tơ nối tắt phần điện tử công suất trong khởi động mềm và do đó chịu thêm tổn hao và ảnh hưởng của hòa tần bậc cao. Thông thường khởi động mềm tiêu tán 3 watt cho mỗi ampe của dòng động cơ và cần phải trừ đi tổn hao này từ phần điện năng tiết kiệm được khi tính hiệu quả thực. Như vậy, mặc dù nhiều nhà sản xuất giới thiệu chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, thực tế rất khó đánh giá và hiệu quả kinh tế khi đưa vào vận hành vẫn cần xem xét lại. Biến tần và tiết kiệm điện năng Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 117 điện năng là các hệ thống có mômen tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt ly tâm là những ứng dụng điển hình. Quan hệ giữa tải và vận tốc tuân theo luật đồng dạng: lưu lượng tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bình phương, công suất tỉ lệ lập phương với vận tốc. Dưới đây, để làm rõ cơ chế tiết kiệm điện năng chúng ta sẽ khảo sát trường hợp bơm ly tâm. Trạng thái làm việc của hệ thống bơm có thể biểu diễn trên đồ thị lưu lượng - áp suất như hình 1: chế độ làm việc xác lập là giao điểm của đường cong đặc tính bơm và đặc tính hệ thống thủy lực. Ở bên trái điểm này làm, áp suất tạo ra bởi bơm lớn hơn áp suất cần thiết, lưu chất tăng vận tốc và lưu lượng tăng. Ở bên phải điểm làm việc, áp suất bơm tạo ra nhỏ hơn áp suất cần thiết lưu lượng giảm. Tại điểm làm việc, áp suất bơm cân bằng với áp suất hệ thống yêu cầu, lưu chất đạt đến vận tốc ổn định. Hình 1: Chế độ xác lập của hệ thống Trong các hệ thống điều khiển lưu lượng bằng van, đặc tính của hệ thống thủy lực thay đổi theo vị trí của van. Điểm vận hành sẽ dịch chuyển trên đường đặc tính bơm tùy theo lưu lượng yêu cầu. Điều chỉnh lưu lượng bằng van Ngược lại, khi sử dụng biến tần để điều tiết lưu lượng, đặc tính bơm sẽ thay đổi và điểm làm việc sẽ dịch chuyển dọc theo đường đặc tính của hệ thống thủy lực như . Điều chỉnh lưu lượng bằng biến tần Tại mỗi điểm làm việc, công suất tiếp nhận bởi lưu chất có thể tính bằng tích của áp suất và lưu lượng và biểu diễn bởi diện tích hình chữ nhật gạch chéo . So sánh diện tích này ở hai phương thức điều khiển với cùng một lưu lượng làm việc dễ dàng nhận thấy công suất bơm cần phải phát động trong trường hợp sử dụng biến tần là ít hơn đáng kể khi lưu lượng nhỏ hơn giá trị định mức của hệ thống. Áp suất khi đó được giảm theo lưu lượng nhờ vậy tránh tiêu phí năng lượng do tổn thất áp suất như trong trường hợp điều khiển bằng van. Công suất tiêu thụ ở lưu lượng thấp thể hiện ưu điểm của điều khiển biến tần Hệ thống quạt và máy nén khí ly tâm có các đường đặc tính áp suất - lưu lượng có dạng tương tự như hệ thống bơm. Các hệ thống này cũng tuân thủ những nguyên tắc điều khiển lưu lượng và cơ chế tiết kiệm điện năng như đã xét ở phần trên. Ví dụ về việc áp dụng biến tần (VFD - Variable Frequency Drive) Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 118 cho bơm và quạt trong hệ thống điều hòa thông gió (HVAC) cho cao ốc nhằm giải quyết bài toán tiết kiệm điện năng. Ngoài ra biến tần còn giúp giảm dòng khởi động mà mômen khởi động lớn. Bài 2: Nguyên lý hoạt động chung của bộ khởi động mềm và mạch lực 2.1. Dïng vi xö lý PSOC Trong công nghiệp việc khởi động động cơ công suất lớn là một vấn đề đáng quan tâm do dòng điện khởi động tăng cao khi khởi động. Hiện nay các bộ khởi động mềm tương tự đã có trên thị trường. Tuy nhiên ở các nước tiên tiến họ đều chế tạo dạng số và có giá thành tương đối cao. Vài năm gần đây kỹ thuật vi xử lý ngày càng phát triển. Việc nghiên cứu áp dụng những công nghệ mới, chế tạo ra hệ thống điều khiển số linh hoạt hơn, tin cậy hơn, thuận tiện cho người sử dụng là đáng quan tâm. Hiện nay Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ cao đang tiến hành nghiên cứu và phát triển bộ khởi động mềm điều khiển bằng kỹ thuật số nhằm mục địch sớm đưa ra sản phẩm thay thế cho hàng nhập ngoại với giá thành rẻ hơn. Nội dung của bài báo tập trung giới thiệu về mạch điều khiển số dùng vi xử lý PsoCvà các đặc tính nổi bật của bộ khởi động mềm. 2.2.Nguyªn lý chung cña bé khëi ®éng mÒm Khi đóng điện lưới trực tiếp vào động cơ không đồng bộ để khởi động thì lúc đầu do rôto chưa quay, độ trượt lớn (s = 1) nên sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn: Idm. Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng đông cơ. Tuy dòng điện lớn nhưng mômen khởi động lại nhỏ: Mkđ= Mdm. Nói chung yêu cầu khi khởi động động cơ là:  Phải có mômen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 119  Dòng khởi động càng nhỏ càng tốt.  Phương pháp khởi động cần dùng thiết bị đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.  Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng nhỏ càng tốt. Không thể có một phương pháp khởi động đáp ứng được hết các yêu cầu trên, tuy nhiên tuỳ trường hợp cụ thể mà ta phải lựa chọn phương án cho phù hợp. Trường hợp động cơ có công suất nhỏ từ 7,5 – 22 kW thì có thể khởi động trựctiếp, sử dụng công tác tơ 3 pha, động cơ khởi động theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máy nhỏ. Đây là phương pháp khởi động đơn giản nhất nhưng trong quá trình khởi động trực tiếp dòng điện động cơ lớn, nếu làm thời gian khởi động kéo dài có thể làm nóng và hại máy. Hình 7.2: Luật thay đổi điện áp theo thời gian Đối với các động cơ công suất vừa và lớn để hạn chế dòng điện động cơ lúc khởi động người ta thường thực hiện bằng cách tăng dần điện áp đặt vào động cơ. Ban đầu điện áp da dựt vào là U0, có giá trị bằng khoảng 50% điện áp lưới. Trong khoảng thời gian t1 điện áp tăng dần từ U0 đến U1. Trong khoảng thời gian t2 điện áp tăng vọt từ U1 đến Udm. Như vậy động cơ được khởi động mềm bằng cách tăng dần, ®iện áp cấp cho động cơ. Để thay đổi giá trị điện áp xoay chiều, ngoài phương pháp cổ điển là dùng máy biến áp, người ta có thể dùng các bộ thyristor đấu song song ngược. Nhờ Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 120 biện pháp này việc điều chỉnh điệnáp được linh hoạt hơn, do vừa có khả năng hạ thấp được điện áp khi mở máy, lại điều chỉnh trơn, khởi động êm, không phát sinh tia lửa điện, có thể áp dụng với nhiều dải công suất, vận hành an toàn, độ tin cậy cao. Kích thước bộ biến đổi gọn, nhẹ và có giá thành hạ hơn nhiều so với dùng biến áp. Đối với động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha, bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi điệnáp xoay chiều ba pha. Sơ đồ mạch điện van bao gồm ba cặp thyristor mắc song song ngược như hình 7. 2 Hình 7.2: Mạch lực hệ thống Về bản chât, đây là phương pháp hạ điện áp đặt vào động cơ. Cho ta thấy phương pháp này thích hợp nhất với động cơ kéo các máy thuỷ khí như máy bơm, quạt gió, Đối với các ứng dụng có mômen cản không đổi, thì mômen cần phải nhỏ hơn mômen khởi động. Biện pháp này không phù hợp lắm với các ứng dụng có mômen cản tỉ lệ nghịch với tốc độ. Điện áp cấp cho động cơ thay đổi phụ thuộc vào việc điều khiển thời điểm đóng mở của thyristor, hay chính là thay đổi góc điều khiển . Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha, mối tương quan giữa điện áp đầu ra và góc là khá phức tạp, tuỳ thuộc vào từng khoảng giá trị của . Để đơn giản, từ quy luật biến điện áp ta đưa về dạng gần đúng quy luật biến đổi góc như hình 3. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 121 Hình 7.4: Luật thay đổi góc điều khiển theo thời gian Góc được giảm dần từ giá trị đặt về 0. Muốn phát xung vào cực điều khiển của mỗi thyristor theo chu kỳ, theo luật, phải xây dựng cho bộ biến đổi một hệ thống điều khiển Bài 3.Khởi động mềm và dừng mềm Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm dòng điện khởi động lớn là vấn đề khởi động mềm và dừng mềm động cơ 3.1. Giíi thiÖu chung Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện. Phương pháp tối ưu hiện nay là dùng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới. Phương pháp khởi động được áp dụng ở đây là cần hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức. Đó là quá trình khởi động mềm (ramp) toàn bộ quá trình khởi động được điều khiển đóng mở thyristor Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 122 bằng bộ vi sử lý 16 bit với các cổng vào ra tương ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện áp lưới. Ngoài ra còn cung cấp cho chúng ta những giải pháp tối ưu nhờ nhiều chức năng như khởi động mềm và dừng mêm, dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm năng lượng khi non tải. Có chức năng bảo vệ 3.2. Những ứng dụng điển hình của bộ khởi động mềm - Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu. - Động cơ bơm. - Động cơ vân hành non tải lâu dài. - Động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải ..) - Động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt * Những đặc điểm khác: - Bền vững tiết kiệm không gian lắp đặt. - Có chức năng điều khiển và bảo vệ. - Khoảng điện áp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz. - Có phần mềm chuyên dụng đi kèm. - Lắp và đặt chức năng dễ dàng. 3.3. Kü thuËt khëi ®éng vµ dõng 3.3.1.Nh÷ng nÐt chÝnh Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 123 Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho 3 pha. Vì mô men động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện áp, mô men gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở 3 cặp thyristor song song ngược) trong mạch lực. Như vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi. Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn. IA – Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp. IS – Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp. In – Dòng điện định mức của động cơ. Us – Điện áp bắt đầu ramp. Un – Điện áp định mức của động cơ. tr - Thời gian ramp. n - Tốc độ động cơ. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 124 Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trước khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức được tăng lên 100% điện áp lưới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc. 3.3.2. Dừng tự do theo quán tính Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xác định. Thời gian dừng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, cần tránh trường hợp này đề phòng sự phá huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn. 3.3.3. Dừng mềm Không nên cắt trực tiếp các động cơ có mômen quán tính nhỏ như băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho người, thiết bị và sản phẩm. Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu. Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu. Thời gian ramp điện áp tới 1000 giây cùng điện áp đầu và cuối quá trình dừng mềm đặt theo chương trình. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 125 Như vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kéo dài quá trình dừng bằng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động cơ. Nếu trong quá trình dừng mà có lệnh khởi động, thì quá trình dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ được khởi động trở lại. 3.3.4 Tiết kiệm năng lượng khi non tải Nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ tới gia trị U0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt 3.4. H×nh d¹ng vµ th«ng sè kü thuËt cña bé khëi ®éng mÒm 3RW20 a, H×nh d¹ng vµ th«ng sè kü thuËt Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 126 S¬ ®å ®Êu d©y L L L T T T A A I M U ~22 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 127 INT: ch©n ®iÒu khiÓn hëi ®éng mÒm vµ dõng mÒm + Khi cÊp ®iÖn ¸p 220V vµo ch©n INT th× sÏ thùc hiÖn khëi ®éng mÒm + Khi ngõng cÊp ®iÖn ¸p vµo ch©n INT th× sÏ thùc hiÖn dõng mÒm Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 128 CHƯƠNG 8: BỘ BIẾN TẦN Môc tiªu: - NhËn d¹ng ®­îc c¸c lo¹i h×nh biÕn tÇn sö dông trong x­ëng tr­êng, ngoµi doanh nghiÖp ®iÓn h×nh. - KÕt nèi m¹ch ®éng lùc cho bé biÕn tÇn - Khëi ®éng vµ thùc hiÖn dõng mÒn, ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ - §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè Bµi 1. giíi thiÖu chung biÕn tÇn 1. Bé biÕn tÇn MM 410 : Duøng ñieàu khieån moät boä cöûa cuoán gara, moät barrie, moät baûng quûang caùo chuyeån ñoäng linh hoaït , moät heä thoáng maùy bôm hay quaït gioù, söû duïng nguoàn ñieän coù saün 220V. 2. Bé biÕn tÇn MM 420 : Moät heä thoáng baêng taûi, hay moät heä ñònh vò ñôn giaûn reû tieàn keát hôïp vôùi PLC (S7-200) vaø coøn nhieàu nhieäm vuï ñieàu khieån nöõa maø boä bieán taàn MM420 coù theå ñaûm nhieäm. Giaù thaønh haï trong khi vaãn coù H×nh 8.1: Mét sè bé biÕn tÇn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 129 nhieàu tính naêng vaø khaû naêng toå hôïp linh hoaït laøm cho MM420 trôû thaønh moät loaïi bieán taàn phuø hôïp hoaøn haûo vôùi nhu caàu cuûa ngöôøi duøng. 3. Bé biÕn tÇn MM 440 : MM 440 chính laø moät hoï bieán taàn maïnh meõ nhaát trong doøng caùc bieán taàn tieâu chuaån. Khaû naêng ñieàu khieån Vector cho toác ñoä vaø Moâment hay khaû naêng ñieàu khieån voøng kín baèng boä PID coù saün ñem laïi ñoä chính xaùc tuyeät vôøi cho caùc heä thoáng truyeàn ñoäng quan troïng nhö caùc heä naâng chuyeån, caùc heä thoáng ñònh vò. Khoâng chæ coù vaäy, moät loaït khoái logic coù saün laäp trình töï do cung caáp cho ngöôøi duøng söï linh hoaït toái ña trong vieäc ñieàu khieån haøng loaït caùc thao taùc moät caùch töï ñoäng. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 130 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 131 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 132 Baøi 2: SÔ ÑOÀ ÑAÁU DAÂY Sô ñoà ñoäng löïc nhìn chung cuûa caùc loaïi bieán taàn ñeàu nhö nhau, ta maéc theo nhö hình sau : H×nh 8.2: S¬ ®å ®Êu d©y biÕn tÇn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 133 H×nh 8.3: S¬ ®å khèi bé biÕn tÇn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 134 Bài 3: Các phím chức năng: Maøn hình BOP hieån thò 5 soá. Nhöõng ñeøn Led 7 ñoaïn naøy seõ trình baøy nhöõng tham soá vaø giaù trò, nhöõng tin nhaén veà caûnh baùo vaø loãi, ñieåm ñaët vaø giaù trò hoïat ñoäng. Nhöõng thoâng tin veà tham soá khoâng ñöôïc löu treân maøn hình BOP naøy. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 135 Bµi 4: CAÙC THAM SOÁ THOÂNG DUÏNG Tham soá YÙ nghóa Maëc ñònh Möùc P003 cÊp truy cËp ng­êi sö dông. Ñaët : 0 : Ngöôøi söû duïng choïn danh saùch chæ soá. 1 : Möùc chuaån. 2 : Möùc môû roäng. 3 : Möùc chuyeân duïng. 4 : Möùc phuïc vuï. 1 1 P004 Boä loïc thoâng soá. Ñaët : 0 1 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 136 0 : Taát caû thoâng soá. 2 : Thoâng soá Inverter. 3 : Thoâng soá Ñoäng cô. 4 : Hieån thò thoâng soá veà toác ñoä. 5 : Thoâng soá veà laép ñaët/ kyõ thuaät. 7 : Nhöõng leänh, I/O nhò phaân. 8 : ADC vaø DAC. 10 : Keânh ñieåm caøi ñaët / RFG. 12 : Ñieàu khieån ñaëc tröng. 13 : Ñieàu khieån Ñoäng cô. 20 : Keát noái. 21 : Baùo loãi/ Caûnh baùo/ Giaùm saùt. 22 : Ñieàu khieån veà kyõ thuaät (ví duï PID). P0005 Löïa choïn caùch hieån thò khi Bieán Taàn hoaït ñoäng. Ñaët : 21 : Hieån thò taàn soá 25 : Hieån thò ñieän aùp ñaàu ra. 26 : Hieån thò ñieän aùp treân DC Bus. 27 : Hieån thò doøng ñieän ñaàu ra. 21 2 P0010 Chæ soá caøi ñaët nhanh. Caùch caøi ñaët naøy cho pheùp caùc chæ soá ñöôïc löïc choïn theo töøng nhoùm chöùc naêng ñeå caøi ñaët. Ñaët : 0 : Saün saøng ñeå chaïy. 1 : Caøi ñaët nhanh. 30 : Caøi ñaët Factory. 0 1 P0304 Ñieän aùp ñònh möùc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi ñieän aùp töø 10V ñeán 2000V. 1 P0305 Doøng ñieän ñònh möùc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi doøng ñieän töø 0.12A ñeán 10000A. 1 P0307 Coâng suaát ñònh möùc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi coâng suaát töø 0.12A ñeán 10000A. 0,75 1 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 137 P0308 Giaù trò Cosϕ cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi Cosϕ töø 0 ñeán 1. 0 2 P0309 Hieäu suaát laøm vieäc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi hieäu suaát töø 0% ñeán 100%. Thoâng soá naøy coù theå bò thay ñoåi khi P0010 = 1. Thoâng soá naøy chæ hieån thò khi P0100 = 1 (töùc laø coâng suaát ñöôïc tính baèng Hp). 0% 2 P0310 Taàn soá ñònh möùc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi taàn soá ñònh möùc 12Hz ñeán 650Hz. 50Hz 1 P0311 Toác ñoâï ñònh möùc cuûa Ñoäng cô. (Caøi ñaët nhanh). Daûi toác ñoä töø 0 (1/min) ñeán 40000 (1/min) 0 1/min 1 P0700 Choïn leänh nguoàn. Ñaët : 0: Caøi ñaët maëc ñònh Factory. 1: Ra leänh laøm vieäc treân ‘keypad’ (BOP/AOP). 2: Ra leänh laøm vieäc treân ‘Teminal’ 2 1 P0701 naêng ngoõ vaøo soá 1. Ñaët : 0 : Ñaàu vaøo soá khoâng kích hoaït. 1 : ON / OFF1. 2 : ON quay ngöôïc / OFF1. 3 : OFF2 - Döøng töø töø. 4 : OFF3 - Döøng nhanh. 9 : Nhaän bieát loãi. 10 : Jog phaûi. 11 : Jog traùi. 12 : Quay ngöôïc. 13 : Taêng taàn soá. 1 2 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 138 14 : Giaûm taàn soá. 15 : Choïn taàn soá coá ñònh 1 (xem P1001). 16 : Choïn taàn soá coá ñònh 1 + ON (xem P1001). 17 : Choïn taàn soá coá ñònh töø 1 ñeán 7 theo maõ nhò phaân (xem P1001), 25 : Kích hoaït ñieän trôû thaéng DC (xem P1230 ñeán P1233). 29 : Ñoùng môû beân ngoaøi. 33 : Khoâng theâm ñieåm ñaët. 99 : Khích hoaït caøi ñaët thoâng soá BICO P0702 Chöùc naêng ngoõ vaøo soá 2. Ñaët : 0 : Ñaàu vaøo soá khoâng kích hoaït. 1 : ON / OFF1. 2 : ON quay ngöôïc / OFF1. 3 : OFF2 - Döøng töø töø. 4 : OFF3 - Döøng nhanh. 9 : Nhaän bieát loãi. 10 : Jog phaûi. 11 : Jog traùi. 12 : Quay ngöôïc. 13 : Taêng taàn soá. 14 : Giaûm taàn soá. 15 : Choïn taàn soá coá ñònh 2 (xem P1002). 16 : Choïn taàn soá coá ñònh 2 + ON (xem P1002). 17 : Choïn taàn soá coá ñònh töø 1 ñeán 7 theo maõ nhò phaân (xem P1002). 25 : Kích hoaït ñieän trôû thaéng DC (xem P1230 ñeán P1233). 29 : Ñoùng môû beân ngoaøi. 33 : Khoâng theâm ñieåm ñaët. 99 : Khích hoaït caøi ñaët thoâng soá 12 2 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 139 BICO. P0703 Chöùc naêng ngoõ vaøo soá 3. Ñaët : 0 : Ñaàu vaøo soá khoâng kích hoaït. 1 : ON / OFF1. 2 : ON quay ngöôïc / OFF1. 3 : OFF2 - Döøng töø töø. 4 : OFF3 - Döøng nhanh. 9 : Nhaän bieát loãi. 10 : Jog phaûi. 11 : Jog traùi. 12 : Quay ngöôïc. 13 : Taêng taàn soá. 14 : Giaûm taàn soá. 15 : Choïn taàn soá coá ñònh 3 (xem P1003). 16 : Choïn taàn soá coá ñònh 3 + ON (xem P1003). 17 : Choïn taàn soá coá ñònh töø 1 ñeán 7 theo maõ nhò phaân (xem P1003). 25 : Kích hoaït ñieän trôû thaéng DC (xem P1230 ñeán 1233). 29 : Ñoùng môû beân ngoaøi. 33 : Khoâng theâm ñieåm ñaët. 99 : Khích hoaït caøi ñaët thoâng soá BICO. 9 2 P0704 Chöùc naêng ngoõ vaøo soá 4 - qua ñaàu vaøo töông töï. Ñaët : 0: Ñaàu vaøo soá khoâng kích hoaït. 1 : ON / OFF1. 2 : ON quay ngöôïc / OFF1. 3 : OFF2 - Döøng töø töø. 4 : OFF3 - Döøng nhanh. 9 : Nhaän bieát loãi. 10 : Jog phaûi. 11 : Jog traùi. 12 : Quay ngöôïc. 15 2 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 140 13 : Taêng taàn soá. 14 : Giaûm taàn soá. 15 : Choïn taàn soá coá ñònh 4 (xem P1004) 16 : Choïn taàn soá coá ñònh 4 + ON (xem P1004) 17 : Choïn taàn soá coá ñònh töø 1 ñeán 7 theo maõ nhò phaân. (Xem P1004). 25 : Kích hoaït ñieän trôû thaéng DC (xem P1230 ñeán P1233). 29 : Ñoùng môû beân ngoaøi. 33 : Khoâng theâm ñieåm ñaët. 99 : Khích hoaït caøi ñaët thoâng soá BICO. P1000 Löïa choïn ñieåm ñaët taàn soá. Söï löïa choïn naøy cho pheùp laøm vieäc theo caùc cheá ñoä döôùi ñaây. Ñaët : 0 : Khoâng coù ñieåm ñaët chính. 1 : Laøm vieäc treân Keypad. 2 : Laøm vieäc theo ñieåm ñaët Analog. 3 : Laøm vieäc theo taàn soá coá ñònh. 4 : Laøm vieäc theo coång USS treân BOP link. 5 : Laøm vieäc theo coång USS treân COM link. 6 : Laøm vieäc theo CB treân COM link. Chuù yù: ÔÛ ñaây chæ duøng cho loaïi bieán taàn MM420, coøn ôû loaïi MM410 vaø MM440 xem theâm taøi lieäu. 2 1 VÝ dô cµi ®Æt biÕn tÇn Yªu cÇu Ñieàu khieån ñoäng cô theo phöông phaùp: ON / OFF ñoäng cô vaø duøng bieán trôû ñeå taêng giaûm toác ñoä. * Giaûi phaùp: Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 141 Sô ñoà ñaáu daây Analog input vaø Digital input : xem phaàn ‘3. Sô ñoà ñaáu daây’. Tröôùc tieân, ta Reset laïi caùc tham soá bieán taàn ñeå trôû veà tham soá maêc ñònh : P0010 = 30. P0970 = 1.0 Caùc thoâng soá caøi ñaët : P0003 = 2. P0004 = 0. P0005 = 21. P0010 = 1 (caøi ñaët nhanh). P0100 = 0. P0300 = Tuyø loaïi ñoäng cô 0 hoaëc 1. P0304 = Ñieän aùp ñònh möùc ñoäng cô. P0305 = Doøng ñieän ñònh möùc ñoäng cô. P0307 = Coâng suaát ñònh möùc ñoäng cô. P0308 = Giaù trò Cosφ cuûa ñoäng cô. P0309 = Hieäu suaát ñònh möùc ñoäng cô (tuyø thuoäc vaøo P0300). P0310 = Taàn soá ñònh möùc ñoäng cô. P0311 = Toác ñoä ñònh möùc ñoäng cô. P0700 = 2. P1000 = 2. P1080 = 0.0 (taàn soá chaïy nhoû nhaát) P1082 = 50.0 (taàn soá chaïy lôùn nhaát) P1120 = 10.0 (thôøi gian taêng toác) P1121 = 10.0 (thôøi gian giaûm toác) P3900 = 1. Bµi 5: Bé biÕn tÇn sj 100 cña HITACHI 1. Giíi thiÖu vÒ biÕn tÇn SJ100 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 142 Dßng s¶n phÈm SJ100 bao gåm h¬n m­êi kiÓu lo¹i biÕn tÇn kh¸c nhau dïng cho c¸c lo¹i ®éng c¬ trong vïng c«ng suÊt tõ 0,2 KW ®Õn 7,5KW víi hai lo¹i ®iÖn ¸p vµo lµ 220v vµ 380V. C¸c ®Æc tÝnh chÝnh cña SJ100 - Nguån cÊp lµ nguån xoay chiÒu cã ®iÖn ¸p lµ 220V hoÆc 380V - ChÕ ®é ®iÒu khiÓn vect¬ kh«ng cÇn c¶ biÕn - M¹ch h·m t¸i sinh - Hç trî c¸c Keypad vËn hµnh kh¸c nhau cho viÖc ®iÒu khiÓn ch¹y dõng vµ thiÕt lËp c¸c th«ng sè - Cã thÓ thiÕt lËp ®­îc 16 cÊp tèc ®é - C¸c th«ng sè ®éng c¬ cã thÓ ®­îc nhËp vµo hoÆc cã thÓ thiÕt ®Æt ë chÕ ®é tù ®éng nhËn d¹ng - Bé ®iÒu khiÓn PID tù ®éng duy tr× tèc ®é cña ®éng c¬ b»ng c¸ch tù thay ®æi tham sè. - Gi¶I quyÕt ®­îc sù c©n b»ng truyÒn ®éng gi÷a tèc ®é, momen vµ hiÖu suÊt. - TÝch hîp s½n bé h·m ®éng n¨ng bªn trong - Qu¹t lµm m¸t cã lùa chän bËt t¾t ®Ó t¨ng tuæi thä (chØ cã ë biÕn tÇn c«ng suÊt cao) 2. Th«ng sè kü thuËt cña biÕn tÇn H×nh 8.4: Bé biÕn tÇn SJ100 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 143 C¸c biÕn tÇn Hatachi SJ100 ®Òu ®­îc g¾n nh·n thuyÕt minh vÒ s¶n phÈm ë trªn mÆt vµ phÝa bªn ph¶i cña vá hép. Ph¶i cÈn thËn x¸c nhËn r»ng c¸c th«ng sè kü thuËt trªn c¸c nh·n phï hîp víi nguån ®iÖn, ®éng c¬ vµ nh÷ng yªu cÇu vÒ sù an toµn trong sö dông. Th«ng sè kü thuËt trªn nh·n bao gåm c¸c th«ng sè sau: - Sè model cña biÕn tÇn - C«ng suÊt ®éng c¬ sö dông - Nguån ®iÖn vµo hiÖu dông - §Çu ra hiÖu dông: tÇn sè, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn H×nh 8.5: C¸c th«ng sè kü thuËt cña SJ100 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 144 3. C¸c ngâ vµo ra cña biÕn tÇn SJ100 a, C¸c ngâ vµo ra c«ng suÊt b, Ngâ vµo ra ®iÒu khiÓn P24: Nguån cÊp ®iÖn 24V cho c¸c ®Çu vµo logic 1,2,3,4,5,6: C¸c ®Çu vµo logic riªng biÖt L: GND cho c¸c logic vµo 11,12: C¸c ®Çu ra ogic riªng biÖt CM2: ch©n chung cho c¸c ®Çu ra logic FM: ch©n PWM ( ®iÒu chÕ ®é réng xung) L(hµng d­íi): Ch©n chung cho c¸c ®Çu vµo t­¬ng tù 0I: ®Çu vµo dßng t­¬ng tù 0: ®Çu vµo ¸p t­¬ng tù d¶I tõ 0 ®Õn 10v H: ®iÖn ¸p tham chiÕu t­¬ng tù 10V AL1: TiÕp ®iÓn cña r¬le, th­êng ®ãng khi ®ang ch¹y AL2: tiÕp ®iÓn cña role th­êng hë khi ®ang ch¹y Tªn dßng biÕn tÇn H¹n chÕ ph©n phèi E =ch©u ©u U = mü KiÓu cÊu h×nh F = víi bé vËn hµnh sè §iÖn ¸p vµo : N = 1 pha hoÆc 3 pha ®iÖn ¸p 220V H = 3 pha 400V L = chØ 3 pha 220V C«ng suÊt ®éng c¬ thÝch hîp KW 004 = 0,4KW Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 145 2.4. S¬ ®å m¹ch kÕt nèi ®iÒu khiÓn biÕn tÇn 2.5. C¸c phÝm vËn hµnh Keypad PhÝm ®Ó lùa chän c¸c chøc n¨ng vµ c¸c tham sè H×nh 8.6: Mét sè bé biÕn tÇn Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 146 PhÝm: ®Ó chuyÓn tham sè hoÆc t¨ng gi¶m gi¸ trÞ PhÝm ®Ó l­u gi¸ trÞ ®· thay ®æi cña tham sè nµo ®ã PhÝm ®Ó ch¹y ®éng c¬ (chØ cã t¸c dông nÕu chän chøc n¨ng chän tõ Keypad) PhÝm ®Ó dõng ®éng c¬ hoÆc reset c¶nh b¸o 2.6. C¸c nhãm lÖnh c¬ b¶n cña biÕn tÇn a, Nhãm A: C¸c chøc n¨ng tiªu chuÈn M· chøc n¨ng M« t¶ chøc n¨ng D¶i thiÕt ®Æt Gi¸ trÞ mÆc ®Þnh §¬n vÞ A -01 Chän nguån lÖnh ®iÒu khiÓn tÇn sè: 00: BiÕn trë quay trªn Keypad 01: ch©n ®iÒu khiÓn bªn ngoµi 02: ®Æt t¹i F-01 00/01/02 01/01/00 A-02 Chän nguån lÖnh ch¹y (RUN): 01: ch©n ®iÒu khiÓn FW 02: phÝm Run trªn Keypad hoÆc bé vËn hµnh sè 01/02 01/01/02 A- 03/A 203 §Æt tÇn sè c¬ së (tÇn sè cña l­íi ®iÖn) 50 ≈ 360 50/60/60 Hz A- 04/A 204 ®Æt tÇn sè cùc ®¹i 50 ≈ 360 50/60/60 Hz A-51 Cho phÐp h·m DC 00: Kh«ng cho phÐp h·m 01: Cho phÐp h·m 00/01 00 A-52 §Æt tÇn sè h·m DC 0.5 ≈ 10 0.5 Hz Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 147 A-53 §Æt thêi gian h·m trÔ DC (thêi gian ch¹y tù do) 0.0 ≈ 5.0 0.0 s A-54 ®Æt lùc h·m DC 0 ≈ 100 0 % A-55 ®Æt thêi gian h·m DC 0.0 ≈ 60 0 s A-61 ®Æt giíi h¹n trªn cña tÇn sè (< A-04) 00: v« hiÖu lùc viÖc thiÕt ®Æt >0.1 cã hiÖu lùc thiÕt ®Æt 0.5 ≈ 360 0.0 Hz A-62 ®Æt giíi h¹n d­íi cña tÇn 00: v« hiÖu lùc viÖc thiÕt ®Æt >0.1 cã hiÖu lùc thiÕt ®Æt 0.0 ≈ 360 0.0 Hz A-81 Lùa chän chøc n¨ng AVR 00: cã hiÖu lùc 01: v« hiÖu lùc 02: cho phÐp AVR trõ trong thêi gian gi¶m tèc 00/01/02 A-82 Lùa chän ®iÖn ¸p AVR 200/220/240 380/400/415/440/460 b, Nhãm B: C¸c chøc n¨ng tinh chØnh M· chøc n¨ng M« t¶ chøc n¨ng D¶i thiÕt ®Æt Gi¸ trÞ mÆc ®Þnh §¬n vÞ B- 02 Thêi gian cho phÐp t×nh tr¹ng ®iÖn ¸p thÊp 0 - 25 1.0 s B - 12/ B 212 Møc ®Æt nhiÖt ®iÖn tö 50 - 120 gi¸ trÞ dßng danh ®Þnh Dßng danh ®Þnh cña mçi biÕn tÇn A B - 21 ChÕ ®é ho¹t ®éng giíi h¹n qu¸ t¶i 00: v« hiÖu ho¸ 01: cho phÐp víi qu¸ tr×nh gia tèc vµ tèc ®é 00/0/02 01 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 148 kh«ng ®æi 02: chØ cho phÐp víi tèc ®é kh«ng ®æi B -22 §Æt giíi h¹n qu¸ t¶i 50 - 150% dßng danh ®Þnh Dßng danh ®Þnh x 1,25 A B - 87 Cho hiÖu lùc phÝm stop trªn keypad 00: cã hiÖu lùc 01: v« hiÖu lùc 00/01 00 b- 89 Lùa chän d÷ liÖu cho bé vËn hµnh sè 01 tÇn sè ra (d- 01) 02 dßng ®iÖn ra (d- 02) 03 chiÒu quay cña ®éng c¬ (d-03) 04 ph¶n håi PIIDPV (d-04) 05 tr¹ng th¸i cña c¸c ®Çu vµo tÝn hiÖu (d-05) 06 tr¹ng th¸i cña c¸c ®Çu ra tÝn hiÖu (d-06) 07 tÇn sè ra quy ®æi (d-07) 01/02/03/04/ 05/06/07 01 B - 90 §Æt tØ lÖ h·m ®éng n¨ng: 0% v« hiÖu lùc h·m ®éng n¨ng > 0% cã hiÖu lùc, gi¸ trÞ %ED 0.0 - 100 0.0 % B - 91 Lùa chän chÕ ®é dõng 00- DEC (gi¶m tèc vµ dõng) 01 - FRS (ch¹y tù do tíi lóc dõng) 00/01 00 B - 92 ®iÒu khiÓn qu¹t lµm m¸t 00 qu¹t lu«n bËt 01 qu¹t bËt khi biÕn tÇn ch¹y, t¾t khi biÕn tÇn dõng 00/01 00 Nhãm C: C¸c chøc n¨ng cña ch©n th«ng minh Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 149 M· chøc n¨ng M« t¶ chøc n¨ng D¶i thiÕt ®Æt Gi¸ trÞ mÆc ®Þnh §¬n vÞ C-01 Chøc n¨ng ®Çu vµo 1 Cã 19 m· tuú chän (xem trang ) 00 C-02 Chøc n¨ng ®Çu vµo 2 01 C-03 Chøc n¨ng ®Çu vµo 3 02/16/02 C-04 Chøc n¨ng ®Çu vµo 4 03/13/03 C-05 Chøc n¨ng ®Çu vµo 5 18/09/09 C-06 Chøc n¨ng ®Çu vµo 6 09/18/18 C-11 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 1 00: th­êng hë 01: th­êng ®ãng 00 C-12 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 2 00 C-13 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 3 00 C-14 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 4 00/01/00 C-15 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 5 00 C-16 Tr¹ng th¸i tÝch cùc ®Çu vµo 6 00 C-21 Chøc n¨ng ®Çu ra 11 C-22 Chøc n¨ng ®Çu ra 12 C-23 Chøc n¨ng R¬le c¶nh b¸o C-24 Lùa chän tÝn hiÖu ®Çu ra[FM] Cã 3 m· tuú chän (xem trang ) 00 C-31 Tr¹ng th¸I tÝch cùc cña ®Çu ra 11 00 th­êng hë 01 th­êng ®ãng 00 C-32 Tr¹ng th¸I tÝch cùc cña ®Çu ra 12 00 C-33 Tr¹ng th¸I tÝch cùc cña ®Çu ra R¬le c¶nh b¸o 01 C-41 §Æt møc qu¸ t¶i 0 - 200% dßng danh ®Þnh cña biÕn tÇn Dßng danh ®Þnh cña biÒn tÇn d, Nhãm D vµ F: C¸c chøc n¨ng quan s¸t vµ c¸c tham sè c¬ b¶n M· M« t¶ chøc n¨ng D¶i thiÕt ®Æt Gi¸ trÞ §¬n vÞ Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 150 chøc n¨ng mÆc ®Þnh d-01 Quan s¸t tÇn sè ®Çu ra 0.0 - 360.0 hz d- 02 Quan s¸t dßng ®Çu ra 0.00 - 999.0 A d-03 Quan s¸t chiÒu quay ®éng c¬ d - 05 Tr¹ng th¸i c¸c ®Çu vµo th«ng minh d-06 Tr¹ng th¸i c¸c ®Çu ra th«ng minh F - 01 §Æt tÇn sè ®Çu ra 0.5 - 360 0.0 hz F - 02 §Æt thêi gian gia tèc 0.1 - 3000 10.0 s F - 03 §Æt thêi gian gi¶m tèc 0.1 - 3000 10.0 s F - 04 §Æt chiÒu quay cho ®éng c¬ khi nhÊn phim RUN 00 quay thuËn, 01 quay nghÞch 00/01 00 Danh s¸ch c¸c ®Çu vµo th«ng minh Ký hiÖu M· Tªn ®Çu vµo FW 00 Ch¹y thuËn, dõng RV 01 Ch¹y ng­îc, dõng JG 06 Ch¹y thö DB 07 H·m ngoµi DC FRS 11 Dõng ch¹y tù do AT 16 Lùa chän tÝn hiÖu vµo t­¬ng tù RS 18 X¸c lËp l¹i biÕn tÇn Danh s¸ch c¸c ®Çu ra th«ng minh Ký hiÖu M· Tªn ®Çu vµo RUN 00 TÝn hiÖu ch¹y OL 03 TÝn hiÖu b¸o tr­íc qu¸ t¶i AL 06 TÝn hiÖu c¶nh b¸o Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 151 CHƯƠNG 9: BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN SERVO Bài 1: Giới thiệu bộ điều khiển máy điện servo 1. Ph©n lo¹i ®éng c¬ servo §éng c¬ servo cã 3 lo¹i chÝnh - DC servo - AC servo - Stepping Servo 2. CÊu t¹o cña ®éng c¬ Servo Vá ®éng c¬ Encoder Nam ch©m vÜnh cöu Cuén d©y phÇn øng Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 152 M« h×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo Bé phanh h·m, bé b¸nh r¨ng vµ bé encoder lµ c¸c bé phËn chñ yÕu cña ®éng c¬ Servo vµ bé ®iÒu khiÓn. Bé phanh h·m vµ bé b¸nh r¨ng ®­îc g¾n trªn trôc cña ®éng c¬, bé encoder ®­îc g¾n ®éc lËp víi ®éng c¬ - Bé phanh h·m: c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo cÇn hÖ thèng h·m nh»m t¹o lùc c¶n víi chøc n¨ng dõng chÝnh x¸c ®éng c¬ còng nh­ nh»m b¶o vÖ an toµn cho hÖ thèng khi ho¹t ®éng. Bé h·m cña ®éng c¬ sevor th­êng lµ c¸c bé h·m ®iÖn. . Khi cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬, hÖ thèng h·m sÏ nh¶ ra lµm cho trôc ®éng c¬ kh«ng chÞu t¸c ®éng cña lùc h·m,viÖc nµy ®­îc thùc hiÖn tõ bé drive servo. Khi cã t¸c ®éng dõng ®éng c¬, hÖ thèng h·m sÏ lµm viÖc. Nã sÏ h·m ®éng c¬ cho ®Õn khi ®éng c¬ vÒ tr¹ng th¸I ban ®Çu. Mét sè bé h·m th­êng dïng nh­ 1FK6, 1FT6, 1PH7. - C¬ cÊu gi¶m tèc: ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo chÝnh lµ tÇn sè víi nh÷ng thiÕt bÞ gi¶m tèc Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 153 Trong mét hÖ thèng m¸y mãc, nh÷ng kh¸I niÖm cÇn cÇn quan t©m ®ã chÝnh lµ nguån, momen xo¾n vµ tèc ®é. Mét c¸ch ®Ó thÊy ®­îc mèi liªn hÖ cña nh÷ng kh¸I niÖm nµy ®ã chÝnh lµ thiÕt bÞ gi¶m tèc. Nguån ®iÖn cã choc n¨ng ®iÒu khiÓn tèc ®é vµ momen. NÕu momen vµ tèc ®é t¨ng th× nguån ®iÖn cung cÊp t¨ng. Tuy nhiªn nÕu momen t¨ng, mµ tèc ®é ®éng c¬ gi¶m th× ®ã lµ nhê bé gi¶m tèc vµ lóc nµy nguån ®iÖn cung cÊp kh«ng ®æi. 3. Encoder Bé encoder cho phÐp bé ®iÒu khiÓn Driver servo nhËn biÕt chÝnh x¸c tèc ®é, vÞ trÝ vµ ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña ®éng c¬ Bé encoder trªn ®ã chÝnh lµ b« incremental encoder. Bé incrementai encoder bao gåm: mét ®Üa trong suèt víi nh÷ng ®­êng trßn cã c¸c b¸n kÝnh kh¸c nhau. Mét c¶m biÕn quang ®­îc ®Æt gÇn ®Üa. Ngâ ra cña incremental lµ nh÷ng d·y xung hoÆc chuçi sang h×nh sin. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 154 4. Driver servo PWM: tÝn hiÖu xung ®­a vµo ®iÒu khiÓn ®éng c¬ DIR: tÝn hiÖu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ BRAKE: TÝn hiÖu vµo ®Ó h·m §iÒu khiÓn ®éng c¬ servo th«ng qua bé drive ®­îc thÓ hiÖn qua biÓu ®å xung sau: 24V Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 155 Bµi 2 . S¬ ®å kÕt nèi m¹ch ®éng lùc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo 1. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn: trong viÖc ®iÒu khiÓn hÖ thèng ho¹t ®éng, viÖc ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c ph¶I nhËn biÕt ®­îc sù t¨ng tèc, sù gi¶m tèc, tèc ®é vµ vÞ trÝ, ®©y chÝnh lµ yªu cÇu cho bé ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo, nã sÏ ®­a ra nh÷ng lÖnh ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cña ®éng c¬ dùa trªn sù so s¸nh c¸c møc tÝn hiÖu hiÖn t¹i thu ®­îc vµ møc tÝn hiÖu cµi ®Æt.TÝn hiÖu hiÖn t¹i thu ®­îc th«ng qua hÖ thèng ph¶n håi lÊy tÝn hiÖu tõ encoder tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ngâ vµo bé ®iÒu khiÓn chÝnh lµ tÝn hiÖu xung. TÝn hiÖu nµy cho biÕt vÞ trÝ cña t¶I trong qu¸ tr×nh di chuyÓn vµ ®­îc øng dông ®Ó ®Õm sè xung trong bé ®iÒu khiÓn.Sè xung thu ®­îc tõ encode sÏ cho biÕt tèc ®é cña ®éng c¬ vµ ®­îc ph¶n håi vÒ bé ®Õm. §éng c¬ ho¹t ®éng dùa trªn tèc ®é yªu cÇu vµ tèc ®é ph¶n håi vÒ tõ bé encoder. Bé drive sÏ biÕt ®­îc vÞ trÝ ho¹t ®éng cña ®éng c¬ vµ sè vßng quay cña nã th«ng qua viÖc ®Õm sè xung thu ®­îc. Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 156 2. S¬ ®å khèi kÕt nèi m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬ Servo HMI: Mµn h×nh gi¸m s¸t vµ nhËp lÖnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo PLC: XuÊt tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho bé drive servo PLC sÏ nhËn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ HMI vµ tÝn hiÖu ph¶n håi tõ bé encoder. Sau khi thu nhËn ®­îc PLC sÏ xö lý ®Ó xuÊt tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho bé drive servo. Nh÷ng tÝn hiÖu bé PLC xuÊt cho bé drive lµ TÇn sè: §Ó cung cÊp cho bé drive ®iÒu khiÓn tèc té TÝn hiÖu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬: DRI tÝn hiÖu dõng vµ h·m ®éng c¬ DRIVE: Bé drive lµ bé trùc tiÕp ®iÒu khiÓn ®éng c¬ servo. Sau khi nhËn tÝn hiÖu tõ bé PLC , drive sÏ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ho¹t ®éng, ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ vµ chiÒu quay cña ®éng c¬. 3. M« h×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ Servo 3.1.TÝnh n¨ng cña m« h×nh - M« h×nh lµ mét bµi to¸n tæng hîp. Sö dông m« h×nh cho phÐp sinh viªn hiÓu lËp tr×nh PLC ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ Servo - M« h×nh ®­îc x©y dùng trªn nguyªn lý ®iÒu khiÓn vÞ trÝ - Trªn m« h×nh cã c¸c c¶m biÕn tiÖm cËn cã t¸c dông giíi h¹n c¸c hµnh tr×nh cho c¸c trôc. V× vËy khi lËp tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c ®iÒu kiÖn logic giíi h¹n ph¶I ®­îc ­u tiªn tr­íc tiªn. - Bé driver ®iÒu khiÓn mÆc ®Þnh cho phÐp mçi xung nhËn ®­îc sÏ cho ®éng c¬ dÞch chuyÓn theo chiÒu dµi mét ®o¹n lµ .1mm 3.2.Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m« h×nh PLC DRIVE HMI Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 157 - Ngay sau khi khëi ®éng hÖ thèng tù ®éng trë vÒ vÞ trÝ gèc - T¹i vÞ trÝ gèc: hÖ thèng sÏ chê t¸c ®éng cña ng­êi ®iÒu khiÓn ®Ó thùc hiÖn b­íc tiÕp theo. - Khi Ên start hÖ thèng sÏ ho¹t ®éng hÕt chu tr×nh sau ®ã chë vÒ vÞ trÝ gèc ®Ó chê t¸c ®éng tiÕp theo cña ng­êi ®iÒu khiÓn. - Trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ta cã thÓ dÞch chuyÓn c¸c trôc b»ng tay, sau ®ã tiÕp tôc cho phÐp ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù ®éng th× hÖ thèng sÏ tù lµm tiÕp viÖc ®ang thùc hiÖn tr­íc ®ã. 3.3.Ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn m« h×nh - ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn m« h×nh lµ PLC S7 - 200 cña siemens, kÕt hîp víi mµn h×nh c¶m øng. - NhiÖm vô cña PLC lµ x¸c ®Þnh to¹ ®é c¸c ®iÓm lÊy vµ th¶ vËt, tõ ®ã tÝnh to¸n to¹ ®é dÞch chuyÓn cÇn thiÕt tõ vÞ trÝ hiÖn t¹i ®Õn vÞ trÝ tiÕp theo. - §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh lÊy vµ th¶ vËt t¹i nh÷ng vÞ trÝ t­¬ng øng. - Thu nhËn c¸c tÝn hiÖu tõ mµn h×nh c¶m øng ®Ó thùc hiÖn theo yªu cÇu cña ®Ò bµi. 3.4.Mµn h×nh c¶m øng - Nót nhÊn Home: §­a c¸c trôc cña m« h×nh vÒ ®iÓm gèc ban ®Çu cña hÖ thèng. Khi nót Ên nµy ®­îc t¸c ®éng hÖ thèng sÏ tù ch¹y vÒ vÞ trÝ gèc cho dï ®ang thùc hiÖn bÊt kú nhiÖm vô nµo. - Nót Ên Pause: Dõng c¸c ho¹t ®éng cña hÖ thèng khi ®ang ë chÕ ®é ho¹t ®éng tù ®éng. Khi nót nµy ®­îc t¸c ®éng, hÖ thèng dõng ho¹t ®éng vµ cho phÐp ®iÒu khiÓn c¸c trôc to¹ ®é b»ng tay. Ên nót Pause sÏ ®æi tr¹ng th¸I sau mçi lÇn ®­îc t¸c ®éng. - Nót Ên Start: Sau khi hÖ thèng vÒ vÞ trÝ gèc, Ên nót start ®Ó cho phÐp ch¹y theo c¸c to¹ ®é ®· ®­îc lËp tr×nh. Khi ®ã hÖ thèng sÏ tù ®éng dÞch chuyÓn vµ s¾p xÕp vËt theo thø tù. - Nót Ên setting: Cho phÐp ng­êi sö dông ®Æt tèc ®é dÞch chuyÓn cña c¸c trôc tõ 0 ®Õn 99mm/s. Tèc ®é cña c¸c trôc cã thÓ thay ®æi trong suèt thêi gian ®iÒu khiÓn hÖ thèng. - Ên nót High speed: Cho hÖ thèng ch¹y ë tèc ®é cao, gi¸ trÞ cña tèc ®é nµy ®­îc ®Æt khi ta nhÊn nót setting. - Ên nót Low speed: Cho hÖ thèng ch¹y ë tèc ®é thÊp, gi¸ trÞ cña tèc ®é nµy ®­îc ®Æt khi ta nhÊn nót setting. - Bèn nót Ên dÞch chuyÓn tr¸I, ph¶I, lªn, xuèng sö dông ®Ó dÞch chuyÓn c¸c trôc cña m« h×nh khi ®ang ë chÕ ®é t¹m dõng. C¸c nót dÞch chuyÓn chØ cã t¸c dông khi nhÊn vµ gi÷ phÝm ®ã. - Nót Ên Shut down: Dõng chÕ ®é ho¹t ®éng cña mµn h×nh. Cho phÐp ta tho¸t khái chÕ ®é ch¹y runtime cña mµn h×nh ®Ó ®iÒu chØnh c¸c th«ng sè kh¸c cña mµn h×nh - C¸c vïng hiÓn thÞ to¹ ®é: Cho phÐp hiÓn thÞ c¸c gi¸ trÞ cña trôc X vµ Y: To¹ ®é hiÖn t¹i, to¹ ®é cÇn dÞch chuyÓn, to¹ ®é tr­íc khi Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 158 ho¹t ®éng. C¸c gi¸ trÞ to¹ ®é hiÓn thÞ t¹i c¸c vïng nµy cã gi¸ trÞ tÝnh theo mm, vµ lµ kho¶ng c¸ch thùc sù cña xilanh trªn m« h×nh. 3.5. Cµi ®Æt tèc ®é (khi nhÊn nót setting) + C¸c vïng nhËp tèc ®é: High speed vµ Low speed cho phÐp ng­êi sö dông nhËp tèc ®é ho¹t ®éng cña trôc X vµ Y. Ng­êi sö dông nhËp gi¸ trÞ tèc ®é tÝnh theo mm/s. Sau ®ã ch­¬ng tr×nh sÏ tù tÝnh ra gi¸ trÞ tÇn sè cÇn thiÕt ®Æt lªn thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. + Nót nhÊn OK: X¸c nhËn viÖc thiÕt lËp c¸c møc tèc ®é. §ång thêi tho¸t khái mµn h×nh ®ã. + Nót nhÊn cancel: Tho¸t khái mµn h×nh thiÒt lËp tèc ®é vµ kh«ng l­u gi¸ trÞ tèc ®é vµo ch­¬ng tr×nh Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 159 CHƯƠNG 10: BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC Bài 1. Lý thuyết chung 1. CÊu t¹o ®éng c¬ b­íc Trong ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng kü thuËt sè ,®éng c¬ b­íc lµ c¬ cÊu chÊp hµnh ®Æc biÖt h÷u hiÖu bëi nã thùc hiÖn trung thµnh c¸c lÖnh d­a ra d­íi d¹ng sè . §øc ,NhËt,Trung Quèc ,vvlµ nh÷ng n­íc chÕ t¹o nhiÒu ®éng c¬ b­íc ,trong ®ã chñ yÕu lµ lo¹i 2 cuén,4 cuén vµ 5 cuén d©y pha . Chóng ®­îc øng dông trong c¸c hÖ thèng tù ®éng ,®iÒu khiÓn tõ xa vµ nhiÒu thiÕt bÞ ®iÖn tö kh¸c ,næi bËt trong c¸c linh vùc sau : ®iÒu khiÓn ®äc æ cøng,æ mÒm,m¸y in trong hÖ m¸y tÝnh ; ®iÒu khiÓn robo ,c¸c thiÕt bÞ gi¸m s¸t ,m¸y gia c«ng c¾t gät.Kh¸c víi ®éng c¬ ®ång bé th«ng th­êng mµ nã ®­îc më b»ng ph­¬ng ph¸p më tÇn sè,r«t cña ®éng c¬ b­íc cã thÓ ®­îc kÝch thÝch hoÆc kh«ng ®­îc kÝch thÝch . ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b­íc ng­êi ta cÊp ®iÖn cho tïng cuén d©y hoÆc cÆpu cuén d©y theo mét tr×nh tù nhÊt ®Þnh ®Ó t¹o ra c¸c nam ch©n ®iÖn hót roto vÒ phÝa nam ch©m .ng­êi ta chÕ t¹o ®éng c¬ b­íc cã c¸c gãc b­íc trong khoang tõ 0,45 ®Õn 15 ®é tuú theo môc ®Ých sö dông th«ng dung nhÊt trªn thÞ tr­êng hiÖn nay lµ lo¹i ®éng c¬ b­íc cã gãc b­íc lµ 1,8 ®é (øng víi 200 b­íc trong vßng quay 360 ®é) . D­íi ®©y lµ cÊu t¹o cña ®éng c¬ b­íc nam ch©n vÜnh cöu 4 cuén d©y h×nh 1 2. Ba chÕ ®é ®iÒu khiÓn ®éng c¬ b­íc 2.1 ChÕ ®é ®iÒu khiÓn mét pha Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 160 ChÕ ®é ®iÒu khiÓn m«t pha ta lÇn l­ît cÊp ®iÖn tuÇn tù cho tõng quËn d©y nh­ b¶ng 1 1: cÊp ®iÖn 0: kh«ng cÊp ®iÖn Cuén 1 Cuén 2 Cuén 3 Cuén 4 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2.2 ChÕ ®é ®iÒu khiÓn hai pha ChÕ ®é ®iÒu khiÓn hai pha ta lÇn l­ît cÊp ®iÖn tuÇn tô cho tõng cÆp quËn d©y nh­ b¶ng 2 1: cÊp ®iÖn 0: kh«ng cÊp ®iÖn Cuén 1 Cuén 2 Cuén 3 Cuén 4 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 2.3. ChÕ ®é ®iÒu khiÓn nöa b­íc ChÕ ®é nµy lµ chÕ ®é kÕt hîp cña hai chÕ ®é ®iÒu khiÓn mét pha vµ chÕ ®é ®iÒu khiÓn hai pha thø tù cÊp ®iÖn nh­ b¶ng 3 1: cÊp ®iÖn 0: kh«ng cÊp ®iÖn Cuén 1 Cuén 2 Cuén 3 Cuén 4 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 161 Bài 2: Hướng dẫn thực hành 1.§iÒu khiÓn b»ng c¸c nót bÊm tõ mÆt module 2.1.1.chÕ ®é ®iÒu khiÓn mét pha B­íc 1:  Nèi A víi A  Nèi B víi B  Nèi C víi C  Nèi D víi D  Nèi Supply víi Supply  CÊp nguån 220VAC vµo L vµ N B­íc 2: TiÕn hµnh cµi ®Æt cho ®éng c¬ b­íc Mµn h×nh LCD hiÓn thÞ: TANPHATAUTOMATION STEPMOTOR CONTROLLER Sau ®ã LCD hiÓn thÞ: Ên F2 ®Ó chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó chän chÕ ®é ®iÒu khiÓn mét pha F1:che do chay F2:che do dieu khien Mot buoc va 1 pha Enter Up/Down Cancel Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 162 LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó chuyÓn ®Õn chÕ ®é ch¹y theo xung LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó chän chÕ ®é ch¹y theo xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng sè xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng sè xung, Ên Down ®Ó gi¶m sè xung vÝ dô nhËp 50 xung : LCD hiÓn thÞ: Chay theo toc do Enter Up Cancel Chay theo xung Enter Down Cancel Nhap xung: 000 Up Cancel Nhap xung: 001 Enter Up/Down Cancel Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 163 Ên Enter ®Ó nhËp xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng tèc ®é nhËp LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng tèc ®é nhËp, Ên Down ®Ó gi¶m tèc ®é nhËp vÝ dô nhËp tèc ®é 200 LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó nhËp tèc ®é LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó chän chiÒu quay thuËn LCD hiÓn thÞ: Nhap xung: 050 Enter Up/Down Cancel Nhap toc do:0000 Up Cancel Nhap toc do:0010 Enter Up/Down Cancel Nhap toc do:020 0 Enter Up/Down Cancel Chieu quay thuan ? Enter Up Cancel Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 164 Ên Run ®Ó ch¹y ®éng c¬ LCD hiÓn thÞ: Ên Stop ®Ó dõng ®éng c¬ nÕu muèn Khi ®éng c¬ quay th× dïng m¸y hiÖn sãng ®o d¹ng xung ®iÒu khiÓn ë a, b, c, d 2.chÕ ®é ®iÒu khiÓn hai pha B­íc 1:  Nèi A víi A  Nèi B víi B  Nèi C víi C  Nèi D víi D  Nèi Supply víi Supply  CÊp nguån 220VAC vµo L vµ N B­íc 2: TiÕn hµnh cµi ®Æt cho ®éng c¬ b­íc Mµn h×nh LCD hiÓn thÞ: TANPHATAUTOMATION STEPMOTOR CONTROLLER Sau ®ã LCD hiÓn thÞ: An run de chay Run Cancel An stop de dung Stop F1:che do chay F2:che do dieu khien Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 165 Ên F1 ®Ó chän chÕ ®é ch¹y LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó chuyÓn sang chÕ ®é ch¹y chÕ ®é theo xung LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó chän nhËp xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng sè xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng sè xung, Ên Down ®Ó gi¶m sè xung vÝ dô nhËp 50 xung : LCD hiÓn thÞ: Chay theo toc do Enter Up Cancel Chay theo xung Enter Down Cancel Nhap xung: 000 Up Cancel Nhap xung: 001 Enter Up/Down Cancel Gi¸o tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Trường Cao đẳng nghề Nam Định Khoa: Điện - Điện tử 166 Ên Enter ®Ó nhËp xung LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng tèc ®é nhËp LCD hiÓn thÞ: Ên Up ®Ó t¨ng tèc ®é nhËp, Ên Down ®Ó gi¶m tèc ®é nhËp vÝ dô nhËp tèc ®é 200 LCD hiÓn thÞ: Ên Enter ®Ó nhËp tèc ®é LCD hiÓn thÞ: Ên Enter chän chiÒu quay thuËn Nhap xung: 050 Enter Up/Down Cancel Nhap toc do:0000 Up Cancel Nhap toc do:0010 Enter Up/Down Cancel Nhap to