Thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần nguồn áp

Thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần nguồn áp

Lời mở đầu

Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đ ã đưa lạinhững ứng dụng lớn lao vào trong quá trình công nghi ệp hóa hiện đại hoá củamỗi đất nước Bên cạnh những thành tựu về mặt thực tiễn thì những lý thuyết về

điều khiển cũng lần lượt ra đời góp phần không nhỏ trong việc xây dựng các

nguyên lý điều khiển tối ưu các hệ thống truyền động trong công nghiệp.l à một

nước đang trong quá trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp hiện đại với nhiệm

vụ hiện nay là thực hiện thành công quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá, đất

nước ta đang ngày càng đòi hỏi rất nhiều những ứng dụng manh mẽ các th ành

tựu của khoa học kỹ thuật v ào quá trình sản xuất để đưa lại năng suất lao động

cao hơn, cạnh tranh được với các nước trong khu vực và thế giới

Từ trước đến nay máy doa ngang luôn được sử dụng phổ biến trong các nh àmáy xí nghiệp, Nhưng để đưa ra giải pháp điều khiển giúp tối ưu cho các chỉtiêu chất lượng của hệ truyền động ăn dao thì ta cần quan tâm mấy điểm sau

đây: Động cơ không đồng bộ ba pha thuộc loại động cơ được sử dụng rộng rãihơn động cơ một chiều vì có giá thành rẻ, vận hành an toàn sử dụng trực tiếplưới điện công nghiệp Mặt khác, do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử

công suất và kỹ thuật vi điện tử đã tăng khả năng sử dụng động cơ điện KĐB bapha ngay cả khi yêu cầu cần điều chỉnh tự động truyền động trong phạm vi rộng

có độ chính xác cao mà trước đây phải dùng động cơ điện một chiều Mặt khácphương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB ba pha rotor lồng sóc bằng cách thayđổi tần số dòng điện stator có ưu điểm nổi bật so với phương pháp khác là:

 Tốc độ được điều chỉnh trong phạm vi rộng

Tiết kiệm về mặt kinh tế

Động cơ roto lồng sóc vận hành một cách tin cậy

Do đó ta thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần ngu ồn áp có các

nhiệm vụ chính là:

Giới thiệu về công nghệ của máy doa

Tổng hợp hệ thống( bao gồm tổng hợp mạch v òng tốc độ và mạchvòng dòng điện)

Thiết kế mạch điều khiển cho hệ truyền động

Qua một thời gian tương đối ngắn với số lượng công việc cũng đáng kể do đó

đồ án này chắc chắn còn có những thiếu sót, với sự nổ lực của bản thân em rất

mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo

Hà n ội ngày 22 tháng 6 năm 2005

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CỦA MÁY DOA NGANG

I Chức năng - công dụng của máy doa.

I.1 Chức năng và công dụng của máy doa.

Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Doa l à một phương pháp gia côngchi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đ ã được khoankhoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren Ngoài ra máy doa còn có th ể được

dùng để phay

Doa là một phương pháp gia công tinh nó có th ể đạt độ bóng bề mặt từ 6-9

và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1

I.2 Phân loại máy doa

Máy doa là máy gia công c ắt gọt kim loại Trên truyền động chính của máy

có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, v ì vậy máy có thể gia công thô ( khoan,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa

Đặc điểm của máy doa l à có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song

hoặc trục thẳng góc với nhau.Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ ,công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau

+ Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra :

Máy khoan , khoét

Máy doa

+ Phân loại theo chuyển động

Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng

Doa ngang: dao quay theo phương n ằm ngang

+ Phân loại theo mức độ trang bị điện

Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về

điện

Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách

thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ thống hở

Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệkín hoặc có thể điều khiển theo ch ương trình Đây là loại máy doa gia công có

độ chính xác rất cao

+ Nếu phân loại theo trọng l ượng của máy ,ta có:

Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn

Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn

Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn

II Giới thiệu máy doa.

II.1.Giới thiệu máy

Máy doa ngang nằm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây l à loại máy

có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi v ì nó là loại máy doa vạn năngLoại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công đ ược nhiềuloại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể d ùng để doa, khoan,khoét, phay với các nguyên công sau:

+ Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng

vuông góc với nhau có độ định tâm cao

+ Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắtren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục

chính

+ Nguyên công khoan: khi c ần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thểthực hiện trên máy doa, nguyên công này th ường nặng nề nhất Nguyên côngphay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngo ài

II.2 Cảc truyền động cơ bản của máy doa.

a, Truyền động chính

Truyền động chính trong máy doa l à truyền động quay mâm gá dao, truyền

động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờthay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY

Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc

độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng ch ưa ăn khớp động cơ được đóng điện

với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này

có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai ph ương pháp thay đổi tốc độ bằng điện

Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang

Chuyển động sang trái

Chuyển động sang phải

Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển

động này được truyền động bằng động c ơ điện một chiều kích từ độc lập ,hoặcđộng cơ xoay chiều roto lồng sóc và nó là truyền động quan trọng nhất, phức

tạp nhất trong máy doa với những y êu cầu về các thông số chất l ượng rất cao

c Các truyền động phụ

Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ KĐB

ro to lồng sóc

Các truyền động bơm nước, bơm dầu

II.3.Kết cấu của máy doa.

a, Thân máy

Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu h ình chữ U, hai đầu có hai ụ

Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.

II.4 Các chế độ vận hành của máy

a Máy doa ngang có các ch ế độ vận hành sau:

Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động

Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phươngpháp giảm từ thông động cơ Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng

Bán kính quy đổi lực cắt về trục động c ơ điện  v/ 5.10-4

III.Các trang bị điện yêu cầu cho truyền động ăn dao của máy do a.

Trong máy doa ngang truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó

đòi hỏi hệ thống trang bị fđiện có mức độ tự động hoá cao truyền động n ày có

các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như sau

1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Truyền động ăn dao của máy doa ngang có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải

điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số:

15002

2 Độ trơn khi điều chỉnh

Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh ư doa lỗ có đường kínhlớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi doa mặt thì cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất

lượng gia công bề mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vôcấp

  n  

n

i i

1 1

3.Độ ổn định tốc độ khi làm việc.

Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính x ác cao ngay cả khi tốc độ

truyền động chính thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ 0  Mmax thì yêu cầu độ sụttốc độ là:

n

i dmi i

0

3 5

4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh v à đặc tính cơ.

Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiế n, nếu

mômen cản MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mômen M lớn nhất.

Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này được xác định bởi lực ăn dao, bao

gồm : lực kéo Fx ,tổn hao ma sát trên gờ trượt của máy

Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởichiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao Mà

vùng tốc độ cao, lực ăn dao c òn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính

vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng vớ i các cấp tốc độ chính xác cực đại,

do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính Mặt khác,

cũng với cấp tốc độ này thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cầnlớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát tr ên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độthì lực kéo bàn là Qn và được biểu diễn như hình vẽ sau

5.Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải.

Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động

Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi v ào vùng chaicứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá l àm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải Quá tải động : đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngánthời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này

Các biện pháp han chế phụ tải:

Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao

Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âmdòng có ngắt

6 Yêu cầu hãm dừng chính xác

Việc dừng máy chính xác l à một yêu cầu rất qua trọng Bởi vì khi dừng chính

Đxác thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an to àn cho

thiết bị và người vận hành

Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )

Sử dụng những thiết bị khống chế

Tăng gia tốc của hệ thống

Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm th ành phần mô men quán tính

Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt v ào phần ứng động cơ

7 Yêu cầu về kinh tế

Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đ ơn giản, gọn nhẹ, thuậntiện cho vận hành và sửa chữa

Vốn đầu tư mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý.

Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả m ãn các yêu cầu về kỹ thuật

CHƯƠNG II

CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

I.Giới thiệu chung:

I.1 Chọn động cơ

Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB ) đ ược sử dụng rộng dãi trong công

nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung b ình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với

động cơ khác Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản , dễ chế

tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ l ưới điện xoay chiều bapha Tuy nhiên , trước đây các hệ truyền động động c ơ KĐB có điều chỉnhtốc độ lại chiếp tỷ lệ rất nhỏ đó l à do việc điều chỉnh tốc độ động c ơ KĐB có

khó khăn hơn động cơ một chiều Trong thời gian gần đây , do phát triển công

nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học , động c ơ KĐB mới

được khai thác các ưu điểm của mình Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh

có hiệu quả với hệ truyền động Tiristo - Động cơ một chiều

Khác với động cơ một chiều ,động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm v à phần

ứng không tách biệt Từ thông động c ơ cũng như mômen động cơ sinh ra phj

thuộc vào nhiều tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động

cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Trong địnhhướng xậy dựng hệ truyền động điện động cơ KĐB , người ta có xu hướng tiếp

cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động c ơ một chiều

Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động

Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ KĐB bằng các bộ biếnđổi Tiristo hay Transistor

Trong phạm vi đồ án này ta sử dụng động cơ KĐB rôto lồng sóc

I.2.Nội dung chọn phương án.

Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết

Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà

thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất

Đối với các hệ thống truyền động đ ơn giản không có những yêu cầu cao thì

chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản Còn các

hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnhtrơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ

thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đ ược các yêu cầu và có khả năng tựđộng hoá cao

Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào

công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công

nghệ này Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so

sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế Đối với truyền động động cơ điện một chiều

thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất l ượng của hệ

thống Do đó việc chọn lựa phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc

xétở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ )

Việc so sánh lựa chọn được phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan

trọng, nó được thể hiện qua các mặt:

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản suất

+ Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài

+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động

+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ d àng với các linh kiện ,

thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua

II Các phương án truyền động.

Để có được phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật

và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa , ở đây em đ ưa ra một số

phương án mà đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động

   (3 5 )%

Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của máy doa ta đưa ra các phương án kỹ thuật sau : Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo

Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung Tiristo

Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động c ơ bằng các bộ biến đổi tần số

Tiristo hay Transistor

II.1.Phương án I Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo :

Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stato do đó có thểđiều chỉnh được mômen và tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp

stato trong khi giữ nguyên tần số

Để điều chỉnh điện áp KĐB phải dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều

(ĐAXC) Nếu coi điều áp xoay chiều là nguồn lý tưởng (Zb= 0) thì căn cứ vào

biểu thức mômen tới hạn , có quan hệ sau :

2 ,

u th

U

U M

gh

u M M

Trong đó :

Uđm Điện áp định mức của động cơ

Mth mômen tới hạn khi điện áp là định mức

Mu mômen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh

Mgh mômen khi điện áp là định mức , điện trở phụ Rf

Vì giá trị độ trượt tới hạn sth nhỏ , bởi vậy không áp dụng cho động cơ roto lồng

sóc Khi thực hiện điều chỉnh động cơ roto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ

vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ v à mômen Như trên hinh 3

tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách giảm độ cứng của đặc tính cơ , trongkhi đó tốc độ không tải lý tưởng của mọi đặc tính đều như nhau và bằng tốc độ

từ trường quay Tổn thất khi điều chỉnh là :

s

s P M

Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng gần đúng :

) 1 ( ) (

1 1

) 1

r P

mômen của động cơ KĐB có thể được tính theo dòng điện rôto

s

R I

Vùng điều chỉnh tốc độ và mômen khi điều chỉnh điện áp bị giới hạn bởi các

trục tọa độ và đường cong :

Hinh 4 : Dạng đặc tính cơ của hệ

II.2.Phương án II : Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung

Tiristo.

Ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh Điện trở

trong mạch roto động cơ không đồng bộ được tính :

Rr=Rrd+Rf

Trong đó :

Rrd điện trở dây quấn rôto

Rf điện trở ngoài mắc thêm vào mạch rôtoKhi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ khôngthay đổi và độ trượt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở Nếu coi đoạn đặc

tính làm việc của động cơ , tức là đoạn có độ trượt từ s=0 đến đoạn có độ trượt

s=sth , là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết :

s=si

Rrd Rr

trong đó :

s độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rr

si độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rrd

ta có biểu thức tính mômen :

i

rd r s

R I M

.

3 2





Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và không phụ

thuộc vào tốc độ động cơ

Hình 5 : Sơ đồ nguyên lý

O4

T

T

TD

1RO4

Hoạt động của khoá bán dẫn tương tự như trong mạch điện chỉnh lưu xung áp

một chiều Khi khoá T1 đóng , điện trở R0 bị loại ra khỏi mạch , dòng roto tăng

lên khi khoá T1ngắt điện trở R0 lại được đưa vào mạch , dòng điện rôto giảm

Với tần số đóng cắt nhất định , nhờ có điện cảm L m à dòng điện rôto coi nhưkhông đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Retrong mạch thời gian

ngắt tn= T-tdnếu điều chỉnh trơn thì tỷ số giữa thời gian đóng và thời gian cắt tn

ta điều chỉnh trơn được giá trị điện trở trong mạch rôto

Re= R0 0 R0

T

t R t t

n d

Điện trở tương đương trong mạch Re được tính đổi về mạch xoay chiều ba pha

ở rôto theo quy tắc bảo toàn công suất Tổn hao trong mạch rôto :

) 2

(

2

e rd

vi điều chỉnh mômen có thể mắc nối tiếp với điện trở R0 một tụ điện dung đủ

lớn Việc xây dựng các mạch phản hồi điều chỉnh tốc độ v à dòng điện rôtođược tiến hành tương tự như hệ điều chỉnh điện áp

II.3 Phương án III : Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ

1 Nguyên lý điều chỉnh tần số và các bộ biến tần :

Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức:

p

f 1

2

1 

đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay

đổi Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình

vẽ sau:

Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f >fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với

điện áp giữ không đổi), cụ thể là: 12

chỉ tiêu của động cơ Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ

bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng

với việc giảm tần số theo quy luật nhất địn h

Biến tần có hai loại là biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp:

a Biến tần nguồn dòng

Ưu điểm:

+ Độ tin cậy cao hơn biến tần nguồn áp

+ Dễ dàng làm việc ở chế độ hãm tái sinh

+Thích hợp cho các hệ truyền động có công suất lớn

FĐ

M

M



Nhược điểm:

+ Nếu mất nguồn lưới trong khi đang hoạt động thì biến tần nguồn dòng

không thể thực hiện hãm động năng

+Sử dụng cuộn kháng Ld khá lớn, tốn kém hơn về mặt kinh tế

b Biến tần nguồn áp

Ưu điểm:

+ Có thể hãm động năng khi đột ngột mất điện nguồn

+ Đáp ứng quá độ nhanh hơn

+ Sử dụng kỹ thuật PWM cho phép giảm tổn hao v à sóng hài, khônggây mômen đập mạch

+ Rẻ hơn biến tần nguồn dòng

Nhược điểm:

+ Không hãm tái sinh được, nếu muốn phải mắc thêm một bộ cầu chỉnhlưu hoàn toàn

+Độ tin cậy không cao bằng biến tần nguồn dòng

+Chỉ sự dụng cho hệ truyền động có công suất nhỏ v à trung bình

2.Luật điều chỉnh tần số động c ơ không đồng bộ

a.Luật điều chỉnh từ thông không đổi

Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động cơ phải thực hiện đồng thời

với việc điều chỉnh biên độ điện áp stato đặt vào động cơ Thông qua từ thôngđộng cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc có thể d ùngđiều khiển gián tiếp thông qua các đại l ượng khác như tần số f1, điện áp U1,dòngđiện I1 và tần số trượt f2 Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đolường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế ít sử dụng Trong

thực tế thường sử dụng các phương pháp gián tiếp

Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối đa

Luật điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ đúng từ thông không đổi trên toàn

dải điều chỉnh Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất

nhiều vào độ trượt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động cơ Vì thế trong

các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông

Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có quan hệ giữa dòng stato và từ thông roto:

2

1+(T )L

* Ưu điểm của phương pháp:

Đơn giản, dễ thực hiện Đảm bảo cho dòng điện stato(I1), dòng điện

roto(I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơđều không phụ thuộc vào tần số

Từ thông của mạch từ luôn là tối đa và bằng với định mức

Nhược điểm của phương pháp:

Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm thì làm tăng tổn haotrong động cơ

Mỗi động cơ phải cài đặt một sensor do từ thông không thích hợp chế tạođại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh hưởng vởi nhiệt độ và nhiễu

b Điều chỉnh tần số - điện áp động cơ không đồng bộ :

Doở vùng tần số cao (xung quanh giá trị định mức) mômen tới hạn có trị số

gần như không phụ thuộc vào tần số, nếu tỉ số Rs/fs nhỏ Khi tần số giảm, từ

thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng điện định mứckhông đổi ở mọi tần số, kết quả là mômen tới hạn của động cơ sẽ giảm, đặc biệt

sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp Từ thông chỉ được duy trì là hằng số khi sụt

áp trên dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua được Trong thực tế thì điện trở stato

không thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng định mức sẽ khôngthay đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số Do

vậy, sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỷ lệ lớn ở tần số nhỏ, điều n ày ảnh hưởng đến

từ thông khe hở Vì vậy Tỷ lệ U/f được tăng lên ở vùng tấn số thấp để bù lại sụt

áp trên điện trở stato Điều chỉnh từ thông khe hở không đổi bằng cách điều

chỉnh dòng điện tần số trượt

Mômen của động cơ được tạo ra bởi sự tác dụng giữa dòng stato và từ thông

roto nên điều chỉnh dòng điện stato sẽ có tặc tính động học tốt hơn phương phápđiều khiển điện áp stato Mặt khác, với bộ bi ên tần nguồn dòng có điều khiển dễ

dàng hạn chế được dòng điện và thực hiện bảo vệ ngắn mạch

III.Chọn phương án và thiết kế mạch lực

III.1.So sánh gi ữa các phương án khả thi.

1.Tính đơn giản trong điều chỉnh :

Về mặt này rõ ràng phương pháp xung điện trở roto chiếm ưu thế hơn Như

nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung đểđóng cắt mạch điện trở roto là có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ Vớiphương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo

một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương phápxung điện trở

2.Về hiệu suất điều chỉnh v à dải điều chỉnh

Phương pháp điều chỉnh điện áp không áp dụng được cho động cơ khôngđồng bộ rôto lồng sóc Đặc biệt là dải điều chỉnh của động cơ nhỏ phải nốithêm điện trở phụ để tăng dải điều chỉnh của động c ơ , phương pháp điều chỉnhđiện trở roto thực chất là phương pháp điều chỉnh công suất trượt, nhưng ở đây

công suất mạch roto không được đưa tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích

mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto Vì vậy phương pháp này thực tế cho

hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh thấp đặc biệt hiệu

suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với v ùng điều chỉnh Còn phương pháp điều

chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất l à hằng nên tổn thất điều

chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp dụng cho hệ truyền động

xoay chiều

Cả hai phương pháp đều cho phép có được momen khởi động lớn, đều có

khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn l àm việc nhịp nhàng ở hai

góc phần tư (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh Nhưng vớiphương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việcđiều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi n ên khả năng tự động

hoá điều chỉnh cao hơn

3.Tính kinh tế.

Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế làphương án truyền động kinh tế Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắthơn so với giá đầu tư cho bộ điều chỉnh xung; nhưng bù lạ động cơ kéo tải lạidùng động cơ roto lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá

thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung Vớimôi trường làm việc của động cơ truyền động bàn ăn dao máy doa thì việc xem

xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý

Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay

có thể quyết định chọn phương án truyền động dùng các bộ biến tần với

việc sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Mạch chỉnh lưu ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có máy biến áp :

Mạch nghịchlưu ta sử dụng mạch nghịch lưu độc lập nguồn áp

Hình 11 : Sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp sử dụng tranzitor

Bánkính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện  v/= 5.10-4

Tính quy đổi mômen Mc về trục động cơ

i t t

i

i

1

c

F

=

8 0

510 10

max 

dm M M

Stato

Kiểu

động cơ P(kw)đm

nđmVg/ph

Từ thông số của động cơ trên ta tính được tổng trở của động cơ vừa được chọn

sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc :

Các thông số của động cơ là :

2 2

2

2s 0

1,7

0,03s

0,03 s

Z R' R jX 1,7 1,2 j1,07 28 j28,1

jX' jX j1,5 j56,6

Zf = Rf +j.Xf =39,6.ej45,3 Rf = 28 và Xf = 28,1

2 Kiểm nghiệm động cơ

Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta

bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ

với các thông số ở trên có đáp ứng được yêu cầu truyền động hay không ta cần

X

phải tiến hành kiểm tra lại Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nóichung thường gồm các bước sau:

Kiểm tra điều kiện khởi động

Kiểm nghiệm quá tải mômen

a Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động :

Mkđ=2,2Mđm= 45,7.2,2=100,54

trong khi đó ta có mômen cản quy đổi về trục động cơ khi khởi động là :

Mcqđ=18,75(Nm)

MkđMcqđ

Thỏa mãn về điều kiện khởi động

b.Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải :

Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động c ơ không đồng bộ, cần xétđến hiện tượng sụt áp của lưới điện Thông thường, cho phép sụt áp 10%, nên

mômen tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:

Mth =(0,9)2.Mth =0,81.Mth

Mth là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ

Mômen lớn nhất của động cơ là:

a Tính chọn mạch nghịch lưu

Sơ đồ điện áp trên pha A của động cơ :

t

t t t t t t

Ia Ua

V6 V5 V4 V3 V2 V1

En/3

Sơ đồ dùng 6 tranzitor công suất T1- T6 và 6 điốt D1-D6 đấu song song ngược

với các transitor tương ứng Tín hiệu điều khiển Vb được đưa vào chân bazơ của

transitor

Các transitor sẽ được điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1… Xét dòng tải pha

A là ia ,dòngđiện nguồn là is , cùng các phần tử V1,V4 và D1 , D4 liên quan

Biểu thức điện áp của pha A được phân tích theo chuỗi Furie :

