điều khiển nâng tải trọng sử dụng động cơ dị bộ

Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao , ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rôto .Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục ,tỳ trên

Chương 1: Giới thiệu và xây dựng mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha

1 Giới thiệu về động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha

a khái niệm

Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình Chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác, nhờ những ưu điểm :

- Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo ,vận hành an toàn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa

- Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi

- Được khai thác hết tiềm năng nhờ sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử

●) Cấu tạo động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính : Phần tĩnh và phần quay

Hình 1-1 Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Phần tĩnh: Gồm lõi thép , dây quấn và vỏ máy

.Nếu lá thép quá dài thì ghép lại thành các thếp , mỗi thếp dài từ 6 cm đến 8 cm, cách nhau 1 cm để thông gió

stato

b) c)

hình1-2,a) mặt cắt ngang stato,b.) lá thép kĩ thuật điện , c.) stato của động cơ KĐB

Dây quấn :Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép , xung quanh dây quấn có bọc

lớp cách điện để cách điện với lõi thép Với động cơ không đồng bộ ba pha các pha dây quấn đặt cách nhau 1200 điện

Vỏ máy: Để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stato ,và không dùng để dẫn từ Vỏ máy

làm bằng nhôm (máy nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy lớn) Vỏ máy có chân đế cố định máy trên bệ , hai đầu có nắp máy để đỡ trục rôto và bảo vệ dây quấn

Phần quay: Gồm lõi thép , trục, và dây quấn

Lõi thép rôto: Cũng gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại giống ở stato Lõi thép

được ép trực tiếp lên trục ,bên ngoài có sẻ rãnh để đặt dây quấn

Trục máy: Được làm bắng thép, có gắn lõi thép rôto Trục được đỡ trên nắp máy

nhờ ổ lăn hay ổ trượt

Dây quấn :Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rôto dây quấn hay rôto

lồng sóc

+) Rôto kiểu dây quấn : Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato và có số

cực bằng số cực ở stato Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối , kết cấu dây quấn chặt chẽ Trong động

cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao , ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rôto Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục ,tỳ trên ba vòng trượt là ba chổi than Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto,có tác dụng cải thiện tính năng mở máy , điều chỉnh tốc độ , hệ số công suất được thay đổi

+)Rôto lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh

đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch Như vậy dây quấn rôto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc

Hình1-3 Dây quấn rôto kiểu lồng sóc

Ngoài ra dây quấn lống sóc không cần cách điện với lõi thép rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dùng cho máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy Với động cơ công suất nhỏ rãnh rôto thường đi chéo môt góc so tâm trục

Khe hở

Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí , khe hở rất ít thường là ( 0,2

0 mm đến 1.mm), do rôto là khối tròn nên rôto rất đều Mạch từ động cơ không đồng bộ khép kín từ stato sang rôto qua khe hở không khí Khe hở không khí càng lớn thì dòng từ hoá gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn

Vd: Trên nhãn máy có ghi ∆/Y 220v/380v_ 7.5/4.3A ta sẽ hiểu như sau khi điện

áp lưới điện là 220v thì ta nối dây quấn stato theo hình ∆,

Và dòng điện định mức là 7.5 A Khi điện áp lưới điện là 380v thì ta đấu dây quấn stato theo hình Y ,dòng điện định mức là 4.3 A

Hệ số công suất định mức : cosϕđm

Tốc độ quay định mức nđm (vòng/ phút ) Tần số định mức fđm (hz)

b Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ

b1.đặc tính cơ động cơ không đồng bộ

Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế một pha của động cơ Tuy nhiên có các điều kiện sau thoả mãn để xây dựng phương trình đặc tính cơ

- 3 pha của động cơ là đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto , mạch từ không bão hoà điện kháng X1 , X2 không đổi

- Bỏ qua các tổn thất trong lõi thép các tổn thất của ma sát

- Điện áp hoàn toàn sin và đối sứng ba pha

Với những giả tưởng trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ

Hình 1-9 Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ

Trong đó U1 : trị số hiệu dụng của điện áp ba pha stato

Trong đó : Rth , R1 , R2’ là điện trở tác dụng từ hoá , điện trở stato và điện trở rôto

đã quy đổi về phía stato

Xth, X1 , X2’, là điện kháng mạch từ hoá điện kháng tản stato và điện kháng rôto đã quy đổi về phía stato

Ith ,I1 , I2’ là các dòng điện từ hoá,dòng điện stato, dòng điện rôto đã quy đổi về stato

Với hệ số quy đổi như sau:

X’

2 = Ku2.X2 ; I’

2 = Ki I2 ; R2’ = Ku2 R2

Trong đó :

hệ số dây quấn stao và rôto

U1 điện áp định mức đặt vào dây quấn stato

Ew sức điện động định mức của rôto

Độ trượt động cơ : s =

ω1

2 ' 2 1

1

X X

R R

1 + + = dòng điện max (I2

’ max ) , ω = 0 với :

Xnm = X1+X2’ : điện kháng ngắn mạch

Dòng khởi động phía rôto của động cơ

Hình 1-10 Đặc tính dòng điện rôto

Thông thường ta có I2’ max = (4 ÷ 7)Iđm Vì thế khi khởi động động cơ cần chú ý giảm dòng mở máy phía rôto bằng cách mắc thêm điện trở phụ phía rôto

Ta có dòng điện phía stato là :

Khi S = 0 → I1 = Ith (dòng phía stato bằng dòng từ hoá )

S = 1 → I1 =

2 1

1 1

U X R

R X

R

nm th

+ +

Hình 1-11 Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ

- Để xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ

Ta có công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là :

Pđt = M.ω1 (1) M : Là mômen điện từ của động cơ

Giả sử bỏ qua tổn thất phụ thì : M = M cơ

Công suất Pđt chia làm hai phần:

Pcơ :Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ : Pcơ = Mcơ ω (2)

∆Pω2 : Công suất tổn hao đồng trong rôto : ∆Pω2 = 3.I2’2 R2’ (3)

Với : I2’ = ( R R U ) Xnm

2 2 2 1

1 +

U

nm

S

' 2 2

2 ' 2 1

M (ω1 - ω ) = 3 R

X

R R

U

nm

S

' 2 2

2 ' 2 1

Với s =

ω1

' 2

2 1

3

nm

X s

R R s

R U

ω

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Để vẽ đường dặc tính cơ của động cơ cần phải tìm ra các điểm tới hạn thông qua việc giải phương trình :

Dấu “ + “ ứng với trạng thái động cơ

Dấu “ - “ ứng với trạng thái máy phát

Khi ngiên cứu các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ người ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ

Với những động cơ công suất lớn lớn thường R1 rất nhỏ so với Xnm nên lúc này co thể bỏ qua R1 nghĩa là R1 = 0 Do đó :

ω1

2 1

2 3

=

S

S M

th

th

2 1

nhỏ , gần đúng coi

S

Sth

= 0 .Lúc này đặc

tính cơ có dạng đơn giản : M =

S

S Mth

Hình 1-12 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Trong thực tế khi nghiên cứu các hệ truyền động cho động cơ không đồng bộ

thường lựa chọn vùng làm việc là đường thẳng tuyến tính từ 0 đ D

b2) Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

Từ phương trình đặc tính cơ không đồng bộ :

' 2

2 1

3

nm

X

R R

s

R U

b.2.1) ảnh hưởng của điện áp nguồn cấp cho động cơ

Điện áp nguồn U1 : Thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều

Các tham số còn lại là hằng số , khi U1 giảm → ( Mth ) Mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp Mth giảm ∼ U12 giảm

Và độ trượt không thay đổi

Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này

Hình 1-13.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điện áp cấp cho động cơ

Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho Mth giảm nhanh.Tuy nhiên Sth

không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tải không đổi : quạt gió , máy bơm ly tâm.Không thích hợp với phụ tải thay đổi :

b.2.2 ảnh hưởng của điện trở mạch rôto ( R 2 + R 2f ).

Chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ,sử dụng bộ điều chỉnh xung điện trở người ta thực hiện bằng cách mắc thêm R2f vào mạch rôto

' 2

Vậy R1 càng tăng,dòng điện khởi động càng giảm,Mkđ tăng lên Sau đó mômen khởi động sẽ giảm Do đó căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải

mà chọn điện trở cho thích hợp

b.2.3) ảnh hưởng của tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ :

Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng sóc

Khi f1> f1đm ta có : ↓ Sth = ( + ) ≈ f ↑

L L P

f R ' 1

2 1 1

f

U

2 1 '

2 1 2

2

2 1

2

Thực tế khi f1 tăng để đảm bảo đủ Mmm cho động cơ và tốc độ làm việc của động

cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép

ωmax bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ

Khi f1 < f1đm tức là khi f1 giảm ta có:

Khi f1 giảm →ωt giảm → Sth tăng → Mth tăng→ Xnm giảm

Ta có đặc tính cơ trong 2 trường hợp

Hình 1-15 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ

Trong trường hợp khi tần số nguồn cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở của mạch giảm ( vì tổng trở của mạch tỉ lệ thuận theo tần số ) với giá trị điện áp giữ không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh do vậy khi giảm tần số cần giảm điện áp theo một quy luật nhất định để giữ mômen theo chế độ định mức

Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng :

Khi f1< f1đm với điều kiện U f11 = const thì Mth giữ ở không đổi

Khi f1> f1đm .thì Mth tỉ lệ ngịch với bình phương tần số

Khi tăng giảm tần số f1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng

b.2.4) ảnh hưởng của số đôi cực P

Để thay đổi số đôi cực ở stato ngưới ta thường thay đổi cách đấu dây :

a) b)

hình1.6 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ

a) Thay đổi số đôi cực với P 2 = P 1/2 và M th = const b) Thay đổi số đôi cực với P 2 = P 1/2 và P 1 = const

b.2.5) ảnh hưởng của điện trở , điện kháng mạch stato

Được thực hiện bằng cách mắc thêm điện trở (R1f ) hoặc điện kháng (X1f )nối tiếp vào phía stato của động cơ

Tốc độ từ trường không đổi: ω1 = const , Sth giảm , Sth giảm

Do đó đặc tính cơ có dạng :

a b c

hinh1.7 Động cơ không đồng bộ với R f và X f trong mạch stato

a) Sơ đồ với R 1f ; b) Sơ đồ với X 1f ; c) Đặc tính cơ

Ta thâý rằng khi cần tạo ra đặc tính có mômen khởi động là Mmm thì đặc tính cơ ứng với X1f trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với R1f

2.phương pháp điều chỉnh tóc độ và xây dựng mô hình động cơ

a.phương pháp điều chỉnh tốc độ

Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải

Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện…của động cơ thay đổi , để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Mômen cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mômen tới hạn Mth ,khả năng quá tải về mômen được quy định bằng hệ số quá tải mômen λM

λM =

M

Mth

Hình 2-4 Xác định khả năng quá tải về mômen

Nếu bỏ qua điện trở của dây cuốn stato Rs = 0 thì từ

M = F ( )s

R L U

s

r m s

2

2 2 0

2

1

ω ω

m s

2

2 2 0

(2) Thay (1 ) vào (2 ) và rút gọn ta được :

Từ (2) và (3) rút ra được luật điều chỉnh tần số điện áp để có hệ số quá tải về

mômen là không đổi :

const

f

U

= 1

1

; const f

U

= 2 1

1

; const f

U

= 1 2 1

- Các cuộn dây stator đợc bố trí một cách đối xứng về mặt không gian.

- Các tổn hao sắt từ và sự bão hoà từ có thể bỏ qua

- Dòng từ hoá và từ trờng đợc phân bố hình sin trên bề mặt khe từ

- Các giá trị điện trở và điện cảm tạm đợc coi là không đổi

Ta có phơng trình điện áp stator :

f s s

f s f

s s

f

dt

d i R

Phơng trình điện áp rotor:

f r r

f r f

r

dt

d i

=

0

Trong đó:

- Lm: hỗ cảm giữa rotor và stator

- Lσs: điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator.

- Lσr: điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor (đã quy về stator).

- Lσ =L m +Lσs: điện cảm stator.

- L r =L m +Lσr: điện cảm rotor.

- T s =L s /R s : hằng số thời gian stator.

- T r =L r /R r : hằng số thời gian rotor.

m r s s s

L i L i

L i L i

3

Phơng trình chuyển động:

dt p

Jd m m

c T M

ω +

=

+

− +

− + +

'

' '

'

' '

' '

1 1

1 1

1 1

1 1

1

1 1

1 1

1

rd s

rq r

sq r rq

rq s

rd r

sq r rd

sq s

rq r rd sq

r s sd

s sq

sd s rq rd

r sq s sd r s sd

T

i T dt

d

T

i T dt

d

u L T

i T T

i dt

di

u L T

i i

T T dt

di

ψ ω ω ψ ψ

ψ ω ω ψ ψ

σ

ψ σ

σ ωψ

σ

σ σ

σ σ

ω

σ

ωψ σ

σ ψ

σ

σ ω

σ

σ σ

Trong đó:

m

rq rq m

rd rd

L L

ψ ψ

m c

L

L p

2

3

sq rd c r

m p i L

sq s rd

r

sq r

s

T

i T

i

ψ ω ω ψ

ω ω ω

− + +

'

' '

1 1

1 1

1

1 1

1 1

1

rd r

sq r rd

sq s rd s sq

s sd

s sq

sd s rq rd

r sq s sd r s sd

T

i T dt d

u L

i T

i dt

di

u L T

i i T T dt

di

ψ ψ

σ ψ ω σ

σ σ

ω

σ

ωψ σ

σ ψ

σ

σ ω

σ

σ σ

Phơng trình chuyển động:

dt p

Jd m m

c T M

ω +

=

Trên cơ sở của hệ phơng trình trên ta xây dựng sơ đồ mô phỏng trong

Simulink :

S ơ đồ matlab:

Mô hình động cơ không đồng bộ trên hệ trục(d-q)

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG Mễ HèNH ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH CHỌN CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

1.TRèNH BÀY VỀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TỔNG QUÁT

A) GIỚI THIỆU VỀ CễNG NGHỆ CẦN ĐIỀU KHIỂN

Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác nhau nh các phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờng xây dựng, cầu cảng Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định

đến năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các nghành nói trên Vì vậy, thiết

kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế Trớc khi đi vào thiết

kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động cầu trục

Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.

Cần trục thờng có ba chuyển động:

 Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ).

 Chuyển động ngang của xe trục.

 Chuyển động dọc của xe cầu.

Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nâng hạ Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những

điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục.

 Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn

 Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Theo khảo sát từ thực tế thì khi không

có tải trọng (không tải) mômen động cơ không vợt quá (15 ữ 20)%M đm ;

đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50% M đm…

 Thứ ba, yêu cầu về khởi động và h m: Trong các hệ truyền động ã các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải

êm, đặc biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu Đối với cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s 2 để không giật đứt dây cáp Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và

có các đờng đặc tính cơ thoả m n yêu cầu công nghệ Đó là các yêu ã cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều đờng đặc tính trung gian để mở h m máy êm ã

 Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thờng D

≤ 3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ữ 1) hoặc lớn hơn Độ chính xác

điều chỉnh không yêu cầu cao, thờng trong khoảng ±5%.

 Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận

chuyển động phải có phanh h m điện từ, để giữ chặt các trục khi mất ã

chuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vị trí giới hạn Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ.

 Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vợt quá 500V Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V Điện áp chiếu sáng không vợt quá 220V Không đợc dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa Do đa số đều làm việc trong môi trờng nặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa

chữa Nên các khí cụ điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nâng hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo

đảm về năng suất, an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi ờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác.

tr-Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết

bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Số lợng hàng bốc xúc trong mỗi chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải

đối với động cơ chỉ đạt (60 ữ 70%) công suất định mức của động cơ Trên đây là một số những đặc điểm và yêu cầu cơ bản nhất của cơ cấu nâng hạ cần trục Quá trình thiết kế sau này sẽ đi sát vào các đặc

điểm đó.

Khảo sát đặc tính phụ tải.

Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động

có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa

ph-ơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (M đ ) do

động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M c ) của phụ tải của máy quyết

định.

Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của

động cơ có thay đổi thế nào Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính M c =const và không phụ thuộc vào chiều quay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động; tức là hớng ngợc chiều quay động cơ Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ.

Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:

Hỡnh 2.1 Đặc tớnh cơ của cơ cấu nõng hạ

Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:

+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M đ là mômen

h m, M ã c là mômen gây chuyển động

+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động.

Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát

ω

M

trọng lợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định.

Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.

Nh đ tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc ã với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và h m máy nhiều Do đó, khi ã chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động

Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng.

Xác định phụ tải tĩnh.

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu

và vật nâng gây ra Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng r i trong các ã cần trục, palăng trong các phân xởng lắp ráp.

Phụ tải tĩnh khi nâng tải.

Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:

Hỡnh 2.2 Cơ cấu nõng-hạ tải trọng

Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất ηP ; bộ truyền trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất η0

Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc

t p t

v

u

G G M

M

η η

) ( 0

0 2

2

3 2

.

).

( η ηpηtη

t

i u

R G G i

1

0 1

1

2 1

.

).

( η ηpηtη η

t

i i u

R G G i

M

Tæng qu¸t:

t p n n

t

i i i u

R G G M

η η η η

1

0 1

R G G

M

η

.

) ( 0

n

n

v G G M

P

η

ω

102 60

).

( 1000

ηc hiÖu suÊt cña c¬ cÊu n©ng.–

u béi sè cña rßng räc (pal¨ng)–

i TØ sè truyÓn chung cña c¬ cÊu truyÒn trung gian.–

n

t

v u

n R i

.

.

i u

R G

v G

P

η

102 60

.

0

Phụ tải tĩnh khi hạ tải.

Có thể có hai trạng thái hạ tải

+ Hạ động lực

+ Hạ h m ã

Hạ động lực đợc dùng khi hạ những tải trọng nhỏ Khi đó momen do tải trọng sinh ra không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ.

Hạ h m đ ã ợc dùng khi hạ những tải trọng lớn Khi đó momen do tải trọng sinh ra lớn hơn mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệ thống Máy điện phải làm việc ở chế độ h m để giữ cho tải trọng rơi với ã vận tốc ổn định (tức là chuyển động không có gia tốc).

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là momen tải trọng:

i

u

R G

∆M mất mát trong cơ cấu truyền.–

ηh hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.–

Nếu M t > ∆M ta có trạng thái hạ h m; còn nếu M ã t < ∆M ta có trạng thái hạ động lực.

Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:

) 1

1 ( −

t M M

M

M

η η

.

).

( )

1 2 (

) 1

1

c

t c

t c

t t

R G G M

M M

M

η η

Đối với những tải trọng tơng đối lớn (tơng ứng với ηc > 0,5), ta có ηh

>0, M h >0 Điều này có nghĩa là momen động cơ ngợc chiều với momen phụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái h m (hạ h m) Khi tải ã ã trọng tơng đối nhỏ ηc <0,5 thì ηh < 0; M h <0 Điều này có nghĩa là momen động cơ cùng chiều với momen phụ tải để cùng khắc phục lực

ma sát trong cơ cấu truyền lực.

Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải:

) 1 2 (

)

1 2 (

R G

Tổng kết các công thức cần thiết dùng trong tính toán cơ cấu nâng-hạ:

Từ phân tích đặc điểm công nghệ của cơ cấu cần trục nâng-hạ, ta nhận thấy chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng thờng bao gồm các giai

đoạn: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải Giữa các gia

đoạn đó có những thời gian nghỉ Dựa vào nhiệm vụ cụ thể của cơ cấu

mà xác định chu kỳ làm việc Dới đây xin tổng kết lại các công thức cần thiết trong tính toán cơ cấu này.

 Giai đoạn hạ không tải:

)

1 2 (

i u

R G G

v G G P

η

6120

).

( 0

c

t h

i u

R G G

v G P

η

6210

.

0

b nguyên lý điều khiển

Nh đã đề cập, ta áp dụng phơng pháp điểu khiển tần số dòng điện cho ờng hợp bộ biến tần nghịch lu độc lập nguồn dòng Thực chất của phơng pháp này là thông số kiểm tra của hệ thống không phải là điện áp trên các cực của

tr-động cơ mà là dòng điện tr-động cơ tiêu thụ còn điện áp trên tr-động cơ phụ thuộc vào điện trở tơng đơng của động cơ

Khi thay đổi phụ tải trên trục động cơ, cần phải điểu chỉnh dòng điện vào

bộ nghịch lu theo giá trị phụ tải ; tức là điều chỉnh quan hệ của dòng stato (I1)

và tốc độ hay hệ số trợt (s) sao cho từ thông roto của động cơ là không đổi ở trên ta đã tìm đợc luật điều chỉnh I1=f(ωs)=f(s) là quan hệ phi tuyến, tuy nhiên có thể thực hiện một cách đơn giản quan hệ này bằng các tuyến tính hoá đoạn đặc