Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 1 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Tên đồ án :
TÍNH TỐN,THIẾT KẾ NÂNG HẠ CẦU TRỤC
N ội dung đồ án :
Hãy tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng cầu
trục dùng động cơ điện là :
Động cơ dc dùng kích từ song song. Động cơ AC khơng
đồng bộ 3 pha
Có các số liệu như sau:
BẢNG SỐ LIỆU:
Động cơ điện một chiều kích từ song song :

P
đm
(kw) U
đm
(v) I
đm
(A) I
KTđm
(A) n
đm
(vòng /phút)
91 201 521 5.2 600
Động cơ AC khơng đồng bộ 3 pha

khiển động cơ khi mở máy nâng và hạ tải,vẽ sơ đồ kết nối PLC CM2A.
biết rằng, động cơ xoay chiều 3 pha co dây quấn stator/rotor đấu hình
tam giác/sao và sức bền từ độngbên stator lớn hơn rotor 20% Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ngày . . . tháng . . . năm
2010


điều khiển được tốc độ động cơ để phối hợp được các đặc tính động cơ với
đặc tính tải yêu cầu.
Với sự phát triển mạnh mẽ của kó thuật bán dẫn công suất lớn và kó
thuật vi xử lí, các hệ thống điều tốc được dử dụng rộng rãi và là công cụ
không thể thiếu trong quá trình tự động hoá sản suất. Do đó nội dung của
tập đồ án chủ yếu tính toán và và điều chỉnh tốc độ động cơ DC kích từ
song song và động cơ không đồng bộ 3 pha.
Tập đồ án này có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm
đến vấn đề liên quan đến Động cơ DC kích từ song song và động cơ không
đồng bộ 3 pha.
Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều,
nên tập đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót.Rất mong được sự
đóng góp của q thầy cô và bạn bè. Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 5

Sinh viên thực
hiện:
Trần Văn Sơn
Leng Duy Anh


T rang 6

MỤC LỤC Trang

PHẦN A
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC
DÙNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG
CHƯƠNG I
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 9

I. Đặc tính cơ của động cơ điện DC kích từ độc lập và song song .
9
II. nh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ . 11

III. Đặc tính cơ khi đảo chiều điện áp . 16

IV.Mở máy và tính điện trở mở máy .


tính cơ là sự ổn đònh tốc độ khi moment thay đổi.

b
=
=
D
D
n
M
dn
dM
,
b
độ cứng đặc tính cơ
Động cơ có ß càng lớn thì tốc độ càng ít thay đổi

Căn cứ vào ß người ta chia làm 3 loại:
· Khi
b
=∞àđộng cơ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng.Đây là đặc
tính cơ của động cơ đồng bộ(3)
· Khi
b
=10÷100à động cơ có đặc tính cơ cứng. Đây là đặc tính cơ
của động cơ 1 chiều kích từ độc lập(2)
· Khi
b
<10 à động cơ có đặc tính cơ mềm. Đây là đặc tính cơ của
động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp(1)
Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 11

I.ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC
LẬP VÀ KÍCH TỪ SONG SONG
I.1.Xây dựng phương trình đặc tính tốc độ :
Hình 1.1.ĐCĐ một chiều kích từ song song
- R
ư
I
ư

với E
ư
= K
E
f
đm
n
C

kt

I

ư

E
ư

I

I
kt

+



+

-

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 12 Þ
K
E
f
đm
n = U
đm
- R
ư
I
ưÞ

đmE
ưư
đmE
đm

: dòng điện mạch phần ứng
R
P
:điện trở phụ trong mạch phần ứng
Nếu thêm điện trở phụ R
p
vào phần ứng thì ta được phương trình đặc
tính tốc độ nhân tạo :

(
)
đmE
ưpư
đmE
đm
K
I
R
R
K
U
n
F
+
-
F
=
Khi I
ư
= 0 :n =


n

A
n
0
AC = n
0
: tốc độ không tải lý tûng
n
A
B BC = n
A
: tốc độ làm việc của đường
đtc TN

TN AB = Dn
TN
: độ sụt tốc độ C
0 I
c
I
ư
Hình 1.3.Đặc tính cơ tự nhiên.

· Nếu I
c
Ta có : pt cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều
å
å
= EU

U
đm
= E
ư
+ R
ư
I
ư

Þ
E
ư
= U
đm
- R
ư
I
ư

Với E

đm
F
-
F
=
(1)
Đây là phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên (Hay còn gọi là đặc tính cơ
điện)

Trong đó: n : tốc độ quay của động cơ(vòng/phút)
U
đm
: điện áp đònh mức của ĐCĐ một chiều (V)

a
60
PN
CK
EE
==
: hệ số điện động của động cơ I
KT

Iđm

Iư


T rang 14 đm
Φ :từ thông kích từ dưới 1 cực từ(Wb)
I
ư
: dòng điện mạch phần ứng(A)
R
P
:điện trở phụ trong mạch phần ứng(
W
)
R
ư
: điện trở của mạch phần ứng(
W
)
R
ư
= r
ư
+ r
cp
+ r
i
+ r
ct

Trong đó :

Ư
TN
K
R
a
F
=
:hệ số gốc hay độ dốc của đường đặc tính tốc độ tự
nhiên
Þ
đường bậc 1
Ư
đmE
ưTNTN
I
K
Rư
Ian
F
==D
: độ sụt tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên

n
A:điểm làm việc
n
0 1
n
0
: tốc độ không tải
n

tốc độ nhân tạo : (
)
ư
đmmE
đm
I
K
Rp
Rư
K
U
n
F
+
-
F
=
(1’)

*Phương trình đặc tính cơ :

Ta có : moment điện từ của động cơ :
Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 15


U
n
FF
-
F
=
Þ
n =
M
KK
R
K
U
2
đmME
ư
đmE
đm
F
-
F
(2)

Ta có: K
E
=C
E

PN
p
với : K
M
: hệ so ácấu tạo của động cơ
K
E
: hệ số sức điện động của động cơ

Þ

M
đm
2
)F
-
F
=
E
ư
đmE
đm
9,55(K
R
K
U
n
(2’)

Suy ra: (2)và(2’) phương trình đặc tính cơ tự nhiên

TN
= a
TN
.M : độ sụt tốc độ của đường đặc tính cơ tự nhiên Þ
đường đặc tính cơ đồng dạng với đường đặc tính tốc độ

*Khi thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần ứng (Rotor).Ta được phương
trình đặc tính cơ nhân tạo

n = n
0
-
2
đmE
)K(55,9
)
Rp
Rư
(
F
+
(2’’)
II.ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN DẠNG ĐẶC TÍNH CƠ
Ta có phương trình đặc tính cơ nhân tạo:

Φ
==:là tốc độ không tải lý tưởng

đm
2
E
2
ư
TN
9,55K
R
a
Φ
=
:hệ số góc hay độ dốc của đặc tính cơ tự nhiên

đm
2
E
2
ư
TNTN
9,55K
M
R
Man
Φ

9,55K
M
R
R
K
U
n
Φ
Φ
+
-=

Khi điện trở phụ R
p
thay đổi thì:
·
đmE
đm
0
K
U
n
Φ
=
= const
· hệ số góc nhân tạo:
( )
2
đmE
pư

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 17

0

U
2

Với U
2
< U
1
<U
đm
n
0

n

U
đm
(TN)

n
0
n
02
M

P2
>R
P1
C R
P1

R
P2
0 M
C
=M
đm
M

Hình 1.5 :Họ các đặc tính cơ khi thêm điện trở phụ
nối tiếp vào mạch phần ứng.
II.2.nh hưởng của điện áp đặt lên phần ứng :
Giả sử: I
KT
= I
KTđm
= const

đm
ΦΦ = =const
R
p
=0.
- Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm

D =const
v Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ
đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
- Khi giảm điện áp thì moment ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của
động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất đònh.
Do đó, phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ
và hạn chế dòng điện khi khởi động. Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 18

Hình 1.6: Họ các đặc tính cơ khi thay đổi
điện áp đặt lên phần ứng

II.3.nh hưởng của từ thông :

E
ưư
E
đm
K
I
R
K
U
n -=

+ Khi mở máy :

F
-
F
==
E
ưmmư
E
đm
K
I
R
K
U
0nÞ

n
Φ
=

v Khi
x
F giảm
Þ
n
0x
tăng và I
ưmm
= const.
2
F
1
F
2
F
<
F
1

Với

Hình 1.8: Họ các đặc tính tốc độ khi thay đổi từ thông
F
.
M
, I
ưmm
: const.
- Khi
F
giảm thì :
Φ
E
đm
0
K
U
n =
tăng và M
mm
giảm.

v Thông thường để đảm bảo tuổi thọ động cơ thì :
M
C
< M
đmÞ
F
giảm
Þ
n tăng
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý khi đảo cực tính
điện áp đặt lên phần ứng.
B
2
B
1
1
F

2
F

2
F
<
F
1
với

A
1

A
2
I


B

T

-

0 M
C2
M
đm
M
C1
M
mm1
M
mm2
M(N.m)

n
01

n
02

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 21


n
n
(
.
K
R
E
U
I
ư
0đmE
ư
ưđm
ư
>
-
F
=
-
=Þ0
I
K
M
ưđmM
>=Þ Φ
- Ta có phương trình đặc tính cơ :


.
K
R
E
)
U
(
I
ư
0đmE
ư
ưđm
ư
<
-
-
F
=
-
-
=Þ0
R
)nn(.K
I
ư
0đmE
ư

+-=
F
đ
t

N
n
B
F
đ
t

+
F
đ
t

N
+
n
F
đ
t

B
Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 22



-U
đm
n
0
M
Đ đường đặc tính cơ khi động
cơ quay ngược chiều
Hình 1.12 :Đặc tính cơ khi đảo cực tính
điện áp đặt lên phần ứng.

III.2. Đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ ( đảo từ thông F)

I
ư
IHình 1.13: Sơ đồ nguyên lý khi đảo chiều
dòng điện qua cuộn kích từ. n

n

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội

đm0
n
K
E
đm
>F=Þ0
R
)
n
n
(
.
K
R
E
U
I
ư
0đmE
ư
ưđm
ư
>
-

Φ được đảo cực (chiều dòng điện qua
cuộn kích từ được đảo) : n<0, (-F
đm
)

0
n
)
(
K
E
đm
>F-=Þ

0
R
)
n
n
)(
(
K
R
E
U
I
ư
0đmE
ư
ưđm

đt

+
F
đt

N

+
n
F
đt

B

f

f

Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 24

M
KK
R
)(K
U
n

bằng cách đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng:

n
M
Đ

n
0
+U
đm
đường đặc tính
cơ khi
động cơ quay
thuận chiều -M
C
0 M
C
M

-U
đm
n
0
M
Đ

ư
đmđm
đm
I.
.k
R
.k
U
n
F
-
F
=
Đồ án: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: GVC. L Ngọc Hội T rang 25

Với đặc tính tự nhiên (R = R
ư
) khi khởi động ta thấy dòng điện khởi động
ban đầu là:
Iư
(mở máy)
=
Rư
U
đm


b. Nối thêm điện trở phụ R
p
vào mạch phần ứng.

v Tác hại của dòng mở máy khi dòng mở máy lớn :
+ Cháy cách điện dây quấn.
+ Gây sụt áp lớn trên lưới điện
+ Lực điện động lớn có thể gây biến dạng kết cấu cơ khí của rãnh.
IV. Xây dựng đường đặc tính mở máy và xác đònh trò số điện trở phụ mở
máy

¨ Tính điện trở mở máy: Trò số của điện trở phụ tổng mắc trong mạch khởi
động dược chọn sao cho khi khởi động (n = 0) thì dòng điện không vượt quá
2,5.I
đm
để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động. Ngoài ra
I
ư(mởmáy)
cũng không nên quá nhỏ khiến cho M
mm
cũng nhỏ đi so với moment
cản.

( )
đm
Pư
đm