Bản thuyết minh các phiếu thí nghiệm về động cơ một chiều

Lời nói đầu. Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Đặc biệt trong dây truyền sản xuất hiện đại, truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để đáp ứng các yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hoá cao. Ngày nay, do ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật điện tử tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và có thể thay đổi đáng kể. Đặc biệt là do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện, nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng được độ tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ. Chính vì vậy, chúng em đã đi nghiên và tìm hiểu đề tài: nghiên cứu điện tử công suất trong hệ thống truyền động điện. Sau một thời gian nghiên cứư chúng em đã hoàn thành được nội dung và yêu cầu của đề tài. Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi nhưng sai sót, chúng em rất mong nhận đựoc sự góp ý, chỉ dẫn thêm của các thầy cô cũng như ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của chúng em hoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt ra. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày …. tháng …. năm 2011 Trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên Khoa Điện - Điện Tử ----------o0o---------  Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------***---------   ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện: Khoá học : 2009 - 2013 Ngành đào tạo : Kỹ thuật điện Lớp : ĐK7.3 Tên đề tài: I. Số liệu cho trước: - Các tài liệu, giáo trình chuyên môn - Trang thiết bị, máy móc tại Xưởng thực tập II. Nội dung cần hoàn thành: Phiếu thí nghiệm về động cơ điện 1 chiều Bản thuyêt minh về các phiếu thí nghiệm về động cơ điện 1 chiều Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Thảo  Ngày giao đề tài : / / 2011 Ngày hoàn thành: / / 2011   Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Chữ ký của giang viên PHẦN I: HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM: 1 Tổng quan về các nội dung khóa học và các vật tư thiết bị, Trong khóa học này bạn sẽ có được kiến ​​thức thực tế về các chủ đề của máy DC.Bằng tính toán lý thuyết và thực nghiệm vẽ các đặc tính cơ - điện (hoặc đặc tính cơ) của động cơ một chiều kích từ độc lập ở các chế độ làm việc khác nhau. * Khảo sát đặc tính cơ tự nhiên. * Khảo sát đặc tính cơ nhân tạo khi giảm áp phần ứng. * Khảo sát đặc tính cơ nhân tạo khi có Rf. * Khảo sát đặc tính cơ nhân tạo khi giảm dòng kích từ. * Khảo sát chiều quay động cơ khi đảo chiều kích từ. * Khảo sát chiều quay động cơ khi đảo chiều điện áp phần ứng. * Điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng. * Điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở phụ R f phần kích từ( điều chỉnh dòng kích từ). Xây dựng và ghép nối sơ đồ mạch. . Khảo sát các đặc tính U(M),I(M),n(M) tự nhiên. Khảo sát đặc tính cơ khi thay đổi Uư ,Rf, ∅. sử dụng thành thạo phần mềm "ActiveDrive/ActiveServo". Rèn khả năng làm việc độc lập và theo nhóm. 2 Điều kiện tiên quyết. - Nguyên tắc cơ bản của máy điện - Nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật điện - Làm thế nào để xử lý các dụng cụ đo lường 3 An toàn -Sử dụng các thiết bị an toàn và không xảy ra ngắn mạch. - Điều bắt buộc là tất cả các thiết bị phải được nối bảo vệ bằng các Rơle nhiệt. - Luôn luôn phải kiểm tra cẩn thận hệ thống dây điện của các ứng dụng . Điều này đặc biệt là trường hợp sử dụng cho biến tần - Luôn luôn sử dụng hộp bảo vệ ở trục khớp nối giữa động cơ và module momen cản. - Tuân thủ các quy định chung và các tiêu chuẩn bảo quản thiết bị điện. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1.Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều. 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều . 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều . Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. Rôto hình trụcó tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. 1.2 Nguyên tắc hoạt động: Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,hay nam châm điện,rotor có các cuộn dây và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là lien tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Nguyên tắc hoạt động của đông cơ điện 1 chiều / Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor / Pha 2: Rotor tiếp tục quay / Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, Vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: điện áp nguồn và sức phản điện động. 1.2.1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1. Sơ đồ nguyên lý . / Hình 1 đông cơ kích từ dộc lập 2.Phương trình đặc tính cơ. Từ phương trình cân bằng áp: U = E + Iư R . 1.2.3.Đồ thị đặc tính cơ .  0  Hình 2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều 1.3.1.Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ và giữ từ thong, điện trở R = Rư. Khi giảm điện áp thì : 𝜔 0 = 𝑈 𝐾Ф 𝑑𝑚 ↓ ∆𝜔= 𝑅 ư 𝑀 𝐾 𝑒 𝐾 𝑀 Ф 2 / Hình 3 Họ đặc tính khi thay đổi điện áp 1.3.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thông trong mạch kích từ động cơ . Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp mạch kích từ . Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm từ thông  và vẫn giữ điện áp U = Uưđm , điện trở R = Rư và cũng không được giảm từ thông gần về 0 . Khi từ thông  giảm thì : 𝜔 0 = 𝑈 𝐾Ф 𝑑𝑚 ↑ ∆𝜔= 𝑅 ư 𝑀 𝐾 𝑒 𝐾 𝑀 Ф 2 ↑ Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ sau : / Hinh4: Họ đặc tính khi thay đổi tử thông kích tử + Nhận xét : Như vậy khi giảm từ thông thì tốc độ không tải tăng lên nhưng độ xụt tốc độ tăng gấp 2 lần. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ có độ dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Vì vậy càng giảm từ thong thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn . Độ cứng đặc tính cơ giảm . Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1 10)% dòng định mức phần ứng . 1.3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ . Trong thực tế người ta thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ :R = RƯ + Rf , và giữ điện áp U = Uđ m , từ thông  = đ m = const . Ta có : 𝜔= 𝑈 𝐾 𝑒 Ф − (𝑅 ư + 𝑅 𝑓 )𝑀 𝐾 𝑒 𝐾 𝑀 Ф 2 Khi tăng điện trở phụ thì: 𝜔 0 = 𝑈 𝐾 𝑒 Ф =𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ∆𝜔= 𝑅 ư + 𝑅 𝑓 𝐾 𝑒 𝐾 𝑀 Ф 2 Ta được họ các đường đặc tình cơ sau: / + Nhận xét : Khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thì độ dốc đặc tính cơ càng lớn ,đặc tính cơ mềm và độ ổn định tốc độ càng kém sai số tốc độ càng lớn. Tốc độ không tải không đổi và = ω0, còn độ xụt tốc độ (ωtăng. Khi đó ta được họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độ không tải (0,ω) và độ rốc tăng khi điện trở Rf càng lớn,tức là độ cứng của đặc tính cơ giảm. KẾT LUẬN : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi ,điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao . Phần II Mẫu Phiếu Thực Hành Phiếu thực hành bài 1: KHÁO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I. Mục tiêu: - Xây dựng và ghép nối sơ đồ mạch. - Khảo sát các đặc tính U(M), I(M),n(M) tự nhiên. - Khảo sát đặc tính cơ khi thay đổi U ư , R f , Ø . - Rèn khả năng làm việc độc lập và theo nhóm. II. Các thiết bị phục vụ bài thí nghiệm STT  Mã số  Tên thiết bị   1  Phanh Servo drive/servo 0.3 kW*1  SO3636-6V   2  Ống nối cao su 300W*1  SE2662-2A   3  Bảo vệ ống nối 300W*1  SE2662-2B   4  Động cơ DC đa năng 300W*1  SE2672-3D   5  Tải cho động cơ 300 W  SO3212-6W   6  Bộ khởi động DC motor  SO3212-6B   7  Bộ chiều chỉnh từ thong động cơ DC*1  SO3212-5F   8  Điện trở tải cho các bài tập về máy phát*1  S03212-6M   9  Bộ điều chỉnh từ thong cho các bài tập về máy phát *1  S03212-5H   10  Bộ nguồn cấp cho động cơ điện*1  S03212-5U   11  Đồng hồ vạn năng tương tự/ số đo U,I,P,Q,S, cos  SO5127-1Z   12  Bộ dây nối an toàn 4 mm *1  SO5148-1F   13  Bộ rắc nối an toàn, 19/4 mm 15  SO5126-9X   14  Bộ rắc nối an toàn, 19/4 mm, với vỏ 5*2  SO5126-9Z   Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Thiết lập sơ đồ: / Sơ đồ đi dây / Nội dung tính toán lý thuyết và thực nghiệm: -Vẽ đặc tính cơ tự nhiên Uđm = 220V = const ; Iktđm = 1.2A ;Rf=0 Ω. Ta cần xác định 2 điểm: +Điểm thứ nhất: cho M=0 ω=ω0; KФđm=
Điều chú ý khi thực hành: -Kiểm tra các mối đầu lối ở bảng điện, đầu lối của động cơ xem đã gắn chặt chưa. - Hoạt động kéo dài của đồng cơ khi  momen cản lớn có thể làm động cơ phát nóng =>> gây nguy hiểm cho động cơ. - Tất cả các thiết bị phải  đều được nối với  bộ rơle nhiệt để đề phòng sự cố khi động cơ hoạt động quá mức gây ra. Trước khi thí nghiêm: Hãy điền các đại lượng định mức của động cơ SE2672-3D vào bảng sau: Bảng 1.1 Đại lượng  Giá trị  Ghi chú   Ua đm (V)  220  Điện áp phần định mức   Ia đm (A)  1.2  Dòng phần định mức   n đm (rpm)  2000  Tốc độ định mức   If đm(A)  0.12  Dòng kích từ định mức   P đm (kW)  0.2  Công suất định mức   M đm (Nm)  2.1  Momen định mức   Hướng dẫn kết nối: -Tập hợp các modul có trong sơ đồ hình trên và thiết lập hướng dẫn: +Bao gồm cụm đo lường (ampe kế và vôn kế) và cụm động cơ. +Nối chúng đúng theo sơ đồ sau đó bật các đồng hồ đo rồi mấy đươc cấp nguồn Lưu ý: +Không phanh quá lớn lúc đầu sẽ làm động cơ quá tải. + Động cơ chỉ có thể chạy ngay khi được cung cấp nguồn. Thí nghiệm 1: Khảo sát đặc tính cơ tự nhiên: Cài đặt: -Đặt U ư =200V, Uk =200V, Rf =0. - Thực hiện quan sát hoạt động của động cơ -Thực nghiệm cho thấy: +Tốc độ chạy của động cơ cao hơn so với tốc độ định mức trên nhãn động cơ. +Động cơ quay theo hướng kim đồng hồ. + Dòng càng lớn khi momen cảng tăng. -Đặt S03636-6V (phanh)ở chế độ Torque Control. Điều chỉnh núm xoay để tăng momen giảm tốc độ động cơ trong quá trình đo điện áp phần ứng tại các thời điểm. *Thực hiện bảng sau: Bảng 1.2 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.0      0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      - Vẽ các quan hệ sau: / Trả lời đúng /sai. TT  Câu hỏi  Câu hỏi   1  Điện áp phần ứng giảm khi tải tăng    2  Dòng phần ứng tăng tuyến tính với momen tải    3  Điện áp phần ứng thực tế được giữ ở hằng số    4  Tốc độ giữ bằng hằng số khi mô men tải là định mức.    5  Tốc độ tăng nhanh khi mô men tải tăng    Thí nghiệm 2: Khảo sát đặc tính cơ nhân tạo khi giảm áp phần ứng: -Đặt, U k =220V, Rf =0 ,Uư =180V,150V, 80V,50V. - Đặt S03636-6V ở chế độ Torque Control, thực hiện bảng sau: Khi U=180V: Bảng 1.3 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      1.4      - Vẽ các quan hệ sau: / * Khi U=150V: Bảng1.4 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      1.4      / * Khi U=80V: Bảng 1.5 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      - Vẽ các quan hệ sau: / * Khi U=50V: Bảng 1.6 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      - Vẽ các quan hệ sau: / Từ các trường hợp trên hãy xác định độ cứng của đặc tính cơ và nhận xét sự thay đổi đặc tính cơ khi giảm áp phần ứng, nêu ứng dụng: ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Thí nghiệm 3: Khảo sát đặc tính cơ nhân tạo khi có R: Khảo sát đặc tính của động cơ khi điện trở phần ứng thay đổi -Đặt U ư =200V, U k =220V, R f =100  , 300  , 500  , 1k  - Đặt S03636-6V ở chế độ Torque Control, thực hiện bảng sau: Khi R f =100  Bảng 1.7 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      - Vẽ các quan hệ sau: / U=170V, đặt điện trở phụ phần ứng = 100 Ω , sau đó tăng dần moment, xác định mô men ngắn mạch, dòng ngắn mạch khi đó. ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... Khi Rf=300. Bảng 1.8 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      1.4      - Vẽ các quan hệ sau: / Khi R f =500 .( Uư=180 V) Bảng 1.9 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.0      0.2      0.4      0.6      0.8      1.0      1.2      - Vẽ các quan hệ sau: / Khi Rf =1k ,(Uư=106 V) Bảng 1.10 M/Nm  n/(1/min)  I/A  U/V   0.0      0.1      0.4      0.6      1.0      1.2      1.4      - Vẽ các quan hệ sau: / Từ các trường hợp trên hãy xác định độ cứng của đặc tính cơ và nhận xét sự thay đổi đặc tính cơ khi tăng điện trở phần ứng , nêu ứng dụng: ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................