thiết kế mạch công suất điều khiển hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Lời nói đầu
Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Trong dây truyền
sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng
suất và chất lợng sản phẩm. Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất
và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc
áp dụng những tiến bộ trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng đợc độ
tác động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc
điểm này rất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản
xuất.
Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động điện em đợc
giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:
I. Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
Đợc sự hớng dẫn trực tiếp và tận tình của GS TS. Bùi Quốc Khánh , em đã hoàn
thành đồ án đợc giao.
Nội dung của đồ án chia làm 6 chơng, cụ thể nh sau:
Chơng I: Tổng quan về công nghệ. Nội dung cơ bản của chơng này đề cập tới những
nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động nâng hạ cầu trục và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ
tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm này.
Chơng II: Chọn động cơ truyền động. Nội dung cơ bản của chơng này sẽ trình bày
cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ.
Chơng III: Chọn phơng án truyền động. Nội dung của chơng này trình bày các phơng
án truyền động cho loại động cơ đã chọn ở chơng II, đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng
có so sánh giữa các phơng án khả thi đề chọn ra phơng án phù hợp nhất. Tất cả đều có sự phân
tích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất.
Chơng IV: Thiết kế mạch lực. Nội dung của chơng này đi khảo sát những nét cơ bản
của các bộ biến đổi công suất sử dụng trong phơng án truyền động và tính chọn các phần tử sử
dụng trong sơ đồ.
Chơng V: Tổng hợp hệ thống. Nội dung của chơng này sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng
nh các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn.

Chơng VI: Thiết kế mạch điều khiển. Nêu lên nguyên lý điều chỉnh và thiết kế sơ bộ
các mạch điều khiển các bộ biến đổi.
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nên chắc chắn không
tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện
hơn.
Sinh viên thực hiện.
Trần Bình Dơng
chơng I
Tổng quan về công nghệ
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 môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
1
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
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.
I. 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 hãm: Trong các hệ truyền động 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 mãn yêu cầu công nghệ. Đó là
các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều
đờng đặc tính trung gian để mở hãm máy êm.
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 hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vận

hành và các bộ phận khác trong hệ thống sản xuất. Để đảm bảo an toan cho ngời và
thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hành trình để hạn chế
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 trờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
2
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
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.
II. 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 phơng 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:
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 hãm, M
c
là mô
men 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 hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính
tải. Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những
giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, 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.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
3

M

H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-
hạ
M
C
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.
Nh đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với phụ tải ngắn
hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều. Do đó, khi 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.
1. 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 rãi trong
các cần trục, palăng trong các phân xởng lắp ráp.
a. Phụ tải tĩnh khi nâng tải.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:
Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất
P
; bộ truyền trung gian có tỷ số
truyền chung là i và hiệu suất
0
.
Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc v
n
.
Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:
T
0

= T
1
= T
2
= =
u
GG )(
0
+

Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang nên:
pp
u
G
T
T

.
'
0
0
==
Momen do vật nâng gây ra trên tang:
p
t
p
v
u
RGG
u

DGGD
TM

.
).(
.2
).(
2
.
0000
0
+
=
+
==
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
4
H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là:
tpt
v
u
GGM
M


)(
0

3
+
==
(
t
: là hiệu suất của tang, hệ số này tính đến do việc: muốn nâng vật lên ta phải đặt vào
trục III (trục tang) một momen lớn hơn momen M
n
trên tang , vì còn phải thắng lực cản trên
tang do độ cứng của dây và do ma sát trong ổ trục).
Tơng tự, momen trên trục II sẽ là;
22
0
22
3
2

).(
.

tp
t
iu
RGG
i
M
M
+
==
và momem trên trục I:

2121
0
11
2
1

).(
.

tp
t
iiu
RGG
i
M
M
+
==
Tổng quát:
tpnn
t
iiiu
RGG
M

.) ).( (
).(
2121
0
1

+
=
Ta đặt:
i=i
1
i
2
i
n
: là tỷ số truyền chung của bộ truyển.
=
1

2

n
: là hiệu suất chung của bộ truyền

c
=
P

t
là hiêu suất chung của cơ cấu.
c
t
iu
RGG
M

)(
0
1
+
=
(N.m)
Vậy muốn nâng đợc vật lên, động cơ phải phát ra momen nâng khắc phục đợc momem
trên trục động cơ.
c
t
n
iu
RGG
MM


)(
0
1
+
==
(N.m) (1)
Công suất của động cơ cần thiết để nâng vật:
c
nnn
n
vGGM
P

.102.60
).(
1000
.
0
+
==
(kW) (2)
Trong các công thức (1), (2) thì:
G - trọng lợng của tải trọng (kg).
G
0
trọng lợng bản thân cơ cấu nâng (kg).
R
t
bán kính tang nâng (m).

c
hiệu suất của cơ cấu nâng.
u bội số của ròng rọc (palăng)
i Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
5
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
n
t
vu
nR

i
.
2

=
n Tốc độ động cơ (v/phút)
v
n
tốc độ nâng tải (m/phút)
Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc nâng không tải:
c
t
n
iu
RG
M


.
0
0
=
(3)
c
n
n
vG
P

.102.60

.
0
0
=
(4)
b. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.
Có thể có hai trạng thái hạ tải.
+ Hạ động lực
+ Hạ hãm.
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 hãm đợc 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 hãm để
giữ cho tải trọng rơi với 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:
iu
RGG
M
t
t
.
).(
0
+
=
Khi hạ tải, năng lợng đợc truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và động cơ, nên:
htth
MMMM

.==
trong đó: M
h
momen trên trục động cơ khi hạ tải.
M mất mát trong cơ cấu truyền.

h
hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.
Nếu M
t
> M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu M
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
( ==
c
tt
c
t
MM
M
M



)
1
2(

.
).(
)
1
2.()1
1
(
0
c
t
c
t
c
tth
iu
RGG
MMMM


+
===
(6)
So sánh (5) và (6)
c
h


1
2 =
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh

6
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Đối với những tải trọng tơng đối lớn (tơng ứng với
c
> 0,5), ta có
h
>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
hãm (hạ hãm). Khi tải trọng tơng đối nhỏ
c
<0,5 thì
h
< 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:
)12.()
1
2(
.
.
0
0
0
==

cn
c
t
h
M
iu
RG
M


(7)
Từ đó tính đợc công suất trên trục động cơ khi hạ tải:
1000
.
hh
h
M
P

=
(kW) (9)
1000
.
0
hho
h
M
P

=

(kW) (10)
2. 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(
.
.
0
0
c
t
h
iu
RG
M

=
(N.m)
1000
.
0
0
hh
h

M
P

=
(kW).
Giai đoạn nâng có tải:
c
t
n
iu
RGG
M


).(
0
+
=
(N.m);
c
n
n
vGG
P

.6120
).(
0
+
=

(kW)
Giai đoạn hạ có tải:
)
1
2(
.
).(
0
c
t
h
iu
RGG
M


+
=
(N.m)
1000
.
hh
n
M
P

=
(kW)
Giai đoạn nâng không tải:
c

t
n
iu
RG
M


.
0
0
=
(N.m)
c
n
n
vG
P

.6210
.
0
0
=
(kW)
Chơng II
tính công suất động cơ truyền động
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
7
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một khâu quan trọng trong
quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại
động cơ.
I. Chọn loại động cơ.
Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến giá thành
lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Trong lĩnh vực truyền động cần trục trớc kia, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
đợc dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ nh vậy là bản thân loại động cơ này có những u
điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có đợc, đặc biệt là những yêu cầu
rất đặc trng của một số lĩnh vực truyền động. Trớc hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu
cầu số lợng thanh trợt ít so với các loại động cơ khác. Đối với truyền động nâng, động cơ này
đảm bảo đợc những tốc độ hạ ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng.
Tuy nhiên hiện nay, đợc sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những đặc điểm
nh: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hết
các loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này. Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của
lĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nhợc
điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là ngời ta đã tạo ra đợc tất cả những đặc tính cơ thoả
mãn hầu hết quá trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành
và lắp đặt. Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việc dùng
nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp.
Từ những lý do trên ta chọn loại động cơ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ là loại động cơ
không đồng bộ.
II. Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động.
Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra một momen M
Đ
có khả năng
khắc phục đợc momen tải của cơ cấu sản xuất.
M
Đ
M

pt
.
Muốn xác định đợc công suất động cơ, cũng tức là tìm đợc M
Đ
, cần phải có điều kiện
ban đầu. Đó là các điều kiện:
+ Phải có biểu đồ phụ tải tĩnh của cơ cấu sản xuất mà động cơ sẽ phục vụ dới dạng:
I
C
=f(t), M
C
=f(t) hoặc P
C
=f(t) đã tính quy đổi về trục động cơ.
+ Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc.
Vì vậy, trớc hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
Theo kết quả phân tích ở trên, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ thờng gồm: hạ
không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phần
trên ta tiến hành các bớc tính toán.
Khi tải trọng nâng là định mức G
đm
=20T.
+ Mô men động cơ khi nâng tải:
Nm
cui
RGG
M
t
n

1340
82,0.75
1000.4,0).120(

).(
0
=
+
=
+
=

+ Mô men động cơ khi hạ tải:
mNmKG
ui
RGG
M
c
t
h
.850.87)
82,0
1
2(
75
1000.4,0).120(
)
1
2(
.

).(
0
==
+
=
+
=

Khi không tải, tức là động cơ khi đó chỉ nâng một lợng tải trọng là của chính bản
thân cơ cấu.
Ta có:
b
K
a
c
++
=
3
1
1
0

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
8
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
trong đó:
0477,0
120
1

0
0
3
=
+
=
+
=
GG
G
K
dm
133,0
1
.6,0 =

=
c
c
a


088,0
1
.4,0 =

=
c
c
b

258,0
088,0
0477,0
133,0
1
1
0
=
++
=
c


mN
i
RG
M
c
t
n
.202
258,0.75
81,9.1000.4,0.1
.
.
0
0
0

===


mN
i
RG
M
c
t
h
.5,98)
1
2(
.
0
0
0
==

Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là M
h0
< 0; nghĩa là khi đó
cơ cấu làm việc ở trạng thái hạ tải động lực.
Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải nh sau:
Từ kết quả khảo sát chu kỳ làm việc của cơ cấu cần trục, ta thấy thời gian T
ck
làm
việc của nó khoảng 10 phút (T
ck
= 10 phút).Với các số liệu cho trớc:

+ Vận tốc nâng: v
n
= 18 m/phút = 0,3 m/s.
+ Chiều cao nâng: H=12m.
Trong giai đoạn tính toán sơ bộ để chọn động cơ ta bỏ qua thời gian mở và hãm
máy. Mặt khác nếu coi tốc độ làm việc của cả 4 giai đoạn trên là nh nhau thì:
+ Tổng thời gian làm việc trong chu kỳ đợc tính nh sau:

==== phs
v
H
t
n
lv
3,36,19860.
5,14
12
.460 4
+ Hệ số đóng điện tơng đối:
%33
10
3,3
% ===

ck
lv
T
t

+ Momen đẳng trị:

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
9
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Nm
t
tM
M
i
ii
dtr
801
4
)5,98(2028501340
.
2222
2
=
+++
==


Từ vận tốc nâng ta tính đợc tốc độ góc của động cơ khi nâng:
phv
R
vui
n
t
n
/433

4,0.2
5,14.75
.2

===

Công suất của động cơ khi hệ số đóng điện tơng đối là: =33%.
kW
nM
P
dmdtr
dc
3,36
9550
435.801
9550
.
===
Từ kết quả tính toán ở trên ta lựa chọn sơ bộ loại động cơ xoay chiều rô to dây
quấn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có thời gian đóng điện tơng đối tiêu chuẩn
= 40%. Do đó, công suất quy đổi tơng ứng:
kWPP
tc
pt
dcqd
6,32
%40
%33
.3,36
%

%
. ===


Chơng III
Chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công
suất động cơ, từ đó tìm ra một phơng án khả thi đáp ứng đợc cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và
kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại
động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với
đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Để giải quyết vấn đề trên, trớc hết ta đi phân tích các đặc tính kinh tế kỹ thuật của các
phơng pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.
II. Khảo sát các ph ơng án truyền động
1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ.
a. Nguyên lý:
Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stato động cơ
nh sau:
sX
s
R
R
RU
M
mn
f
.
'
' 3
2

.
2
2
11
2
2
1








+






+
=

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
10
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng điện áp

đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh
điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện đợc điều này ngời ta dùng các bộ
biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).
Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trợt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên)
nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp,
mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phơng điện áp. Vì lý do này mà phơng pháp
này ít đợc dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thờng kết hợp với việc điều chỉnh mạch
roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh.
b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng:
+ Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổi
tốc độ không tải lý tởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ trợt tới
hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trợt của động cơ:
sPMP
dtcs
.)(
1
==

+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đa vào
mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm
tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn),
nhất là trong trờng hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trợt càng lớn.
Do có nhiều hạn chế nh trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ
động cơ chỉ đợc ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thờng ứng dụng làm bộ khởi động mềm
(softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các
động cơ công suất lớn và rất lớn so với lới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép
tạo ra các đờng đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lới, làm ảnh hởng đến các tải
khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù
hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (nh quạt gió,
bơm ly tâm).

Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (M
c
=const) thì
tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phơng án truyền động dùng phơng
pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động nâng-hạ cần trục là không có ý nghĩa;
điều đó có nghĩa là phơng án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này.
2. Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto,
đợc gọi là công suất trợt, tỷ lệ với độ trợt s. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công
suất này bằng:
sPsMMP
dtccs
).(
11
===


dt
s
P
P
s

=
Nh vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đa và mạch stato là không
đổi, thì công suất điện từ P
đt
cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi đợc tổn
hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi đợc độ trợt s; tức là ta điều chỉnh đợc tốc độ

động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trợt.
Trong thực tế việc thay đổi P
s
có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đa
và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì
không có vấn đề gì, nhng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì
vậy để tận dụng công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đa công suất trợt trở lại
lới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động
nối cấp đồng bộ. Dới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
11
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Trong sơ đồ này thì sức điện động roto đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều qua bộ
chỉnh lu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lu phụ
thuộc.Nghịch lu làm việc với góc điều khiển từ 90
o

đến khoảng 140
o
, điều chỉnh góc điều
khiển trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh đợc sức điện động chỉnh lu trong mạch roto; tức
là điều chỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối
tầng van điện đợc dựng qua việc thay đổi góc điều khiển của nghịch lu đợc dựng nh hình
vẽ; trong đó do ảnh hởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của
máy biến áp (MBA) cũng nh sụt áp do chuyển mạch của nghịch lu và chỉnh lu nên các đặc
tính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tự
nhiên.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
+ Nh đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ truyền động

với công suất lớn (thờng cỡ trên 500kW), vì khi đó công suất trợt đa về mới là đáng kể và
việc đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí.
+ Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điều
chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lợng công suất đa về có thể đạt đợc những chỉ tiêu điều
chỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so
với tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp.
+ Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động
động cơ, thờng dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm
việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ
thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều
ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều.
Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động nâng hạ cần trục nêu
ở chơng đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chơng hai ta loại bỏ việc sử dụng ph-
ơng án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau:
+ Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay
+ Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu t cả hệ nối tầng là
không hiệu quả về mặt kinh tế.
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Trớc hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng đợc với động cơ roto
dây quấn chứ không sử dụng đợc cho động cơ roto lồng sóc.
Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng đặc tính
cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phơng pháp này là điều
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
12
ĐC
MBA
CL điot
NL phụ thuộc
H3.2: Sơ đồ nguyên lý nối tầng van

điện
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
chỉnh công suất trợt; công suất trợt ở đây đợc lấy bớt ra và đợc biến thành tổn hao nhiệt
năng vô ích trên điện trở.
+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
rdfth
th
R
R
RR
R
s
s
2
2
2
0
=
+
=
Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trợt từ s=0 ữ s
th
, là tuyến
tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết:
2
0
2
00
.

R
R
ss
R
R
s
s
s
s
rd
rdth
th
===

trong đó: s
0
_ là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R
2
(tức điện trở tự nhiên ở mạch roto);
còn s _ là độ trợt khi điện trở roto là R
rd
=R
2
+R
f
.
Theo biểu thức mô-men thì:
01
2
2

2
.
2
1
2
2
1
.
.3
])
'
.[(
'
.3
s
RI
X
s
R
R
s
R
U
M
rd
mn
f


=

++
=
Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I
2
không đổi thì mo-men không đổi
và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0).
Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất
thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto
dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng và đủ
rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh.
Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:
Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều:
+ Khi S đóng: R
0
bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
13
R
td
t

M
H3.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều
chỉnh bằng ph ơng pháp xung điện trở roto.
f
đm
H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB
khi điều chỉnh tần số.
M

Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Khi S ngắt: R
0
đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi nh không đổi và ta có
một giá trị điện trở tơng đơng R
td
trong mạch.
000
R
T
t
R
tt
t
RR
ck
d
ngd
d
td

==
+
=
Điện trở tơng đơng R
td
trong mạch một chiều đợc tính quy đổi về mạch xoay chiều ba

pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi đợc:
2

2
1
0
R
RR
tdf

==
Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi đợc và từ đó thay đổi đợc R
f
.
Cho =0 ữ 1, ta dựng đợc họ các đặc tính cơ tơng ứng quét gần nh mặt phẳng giới hạn bởi
đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R
f
=R
0
/2.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
Có thể nói việc sử dụng phơng pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về
mặt lý thuyết, là một phơng pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh
cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện).
+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không
đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men
khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai
đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R
0
kết

hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều
chỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hởng đến công suất động cơ tiêu thụ đ-
a vào stato; tức là không gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi động cơ khởi động nh ở
phơng pháp điều chỉnh điện áp stato.
+ Tuy vậy, nh đã đề cập ở trên, thực chất của phơng pháp cũng dựa vào việc điều chỉnh
công suất trợt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với phơng pháp nối
cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu t hơn, nhng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn
hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung
bình (dới 100kW).
Phân tích u và nhợc điểm của phơng án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền
động cơ cấu nâng hạ cần trục ta thấy rằng đây là một phơng án khả thi, ta sẽ xem xét khả
năng sử dụng khi so sánh với phơng pháp biến tần sẽ đợc trình bày dới đây.
4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức:
p
f
1
1
2


=
điều đó có nghĩa là thay đổi
tần số sẽ làm tốc độ từ trờng quáy và do đó
dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc
tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số đợc
trình bày dới hình vẽ sau:
+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần só tăng
( f>f

đm
), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện
áp giữ không đổi), cụ thể là:
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
14
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
2
1
1
f
M
th

+ Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f
giảm X=2fL cũng giảm I tăng), gây ảnh hởng xấu đến các 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 định.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng
+ Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo đợc
luật điều chỉnh điện áp tần số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số.
Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp
stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động.
+ Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tởng và tốc độ tr-
ợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trợt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tơng ứng
nên phơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất.
+ Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật
điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành
các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phơng pháp điều
chỉnh khác.

Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phơng án truyền động dùng ph-
ơng pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng nh đáp
ứng đợc yêu cầu truyền động cần trục.
III. So sánh giữa các ph ơng án khả thi
ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phơng pháp truyền động cho hệ
xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai phơng án là phù hợp với yêu cầu
truyền động cần trục. Đó là:
Phơng án truyền động bằng phơng pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn.
Phơng án truyền động bằng phơng pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc.
Để chọn ra một phơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng nh chi phí vận hành
dới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phơng án.
1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh.
Về mặt này rõ ràng phơng pháp xung điện trở roto chiếm u thế hơn. Nh nguyên lý đã
đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở
ro to là có thể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ. Với phơng 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 phơng pháp xung điện trở.
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo
chiều.
Nh đã biết phơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phơng pháp điều chỉnh
công suất trợt, nhng ở đây công suất mạch roto không đợc đa tái sinh về nguồn hoặc sử
dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy phơng pháp này thực tế
cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10 ữ 1; đặc biệt hiệu
suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn phơng pháp điều chỉnh tần số
có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp
nhất trong các phơng pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều.
Cả hai phơng pháp đều cho phép có đợc momen khỏi động lớn, đều có khả năng khởi
động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần t (I & IV); tức
là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhng với phơng pháp dùng biến tần ta có thể
điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ

biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
15
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
3. Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động.
Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phơng án
truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu t
cho bộ điều chỉnh xung; nhng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng 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. Với môi trờng làm việc nặng nề của động cơ truyền
động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý.
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành.
Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên
thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều
đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên.
Xét về mặt lý thuyết thì phơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn
trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp
phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên
luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy
kém.
Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ
roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công
suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến
tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao
vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp.
KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay
có thể quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử
dụng động cơ roto lồng sóc.
I. Chọn động cơ truyền động.

1. Chọn sơ bộ loại động cơ.
Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở chơng II, tra theo catalog, ta tra đợc các
thông số của động cơ cần chọn theo điều kiện:
P
đmĐ
P
qđ
= 32,6kW.
n
đmĐ
n=433v/ph.

đc
=
tc
=40%.
Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc , phục vụ cần trục:
=40% P
đm
=38kW n
đm
=705v/ph cos
đm
=0,75 cos
không tải
=0,67
I
1.đm
=90A I
1.không tải

=57A r
1
=0,119 x
1
=0,222 I
2
=63A
r
2
=0,19 x
2
=0,16 J=4,25 kgm
2
G=860kg k
r
=k
e
2
=0,15.10
4
.
6,3=
dm
th
M
M
3,3=
dm
kd
M

M
8,5
1
=
dm
kd
I
I
2. Kiểm nghiệm lại 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 đợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hành kiểm tra lại.
Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồm các bớc sau:
+ Kiểm tra điều kiện khởi động.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
16
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
+ Kiểm nghiệm quá tải mômen.
a. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.
Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành xây dựng đồ thị
phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Tức là tính đến các giai đoạn
quá độ nh thời gian mở máy, hãm máy. Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá
trình quá độ và đợc xác định từ quan hệ:
dt
d
JM
cdg

=
Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi sang trục động
cơ:
2
2
23
2
2
2
.1,2
577
3,0.10.21.365 365
mkg
n
vG
GD
n
===
Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên trục của động cơ là 3kGm
2
.
Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đợc quá 0,2 m/s
2
, do đó thời gian mở máy
nhỏ nhất tơng ứng là:
t
mm
=v
n
/a = 5.v

n
= 5.0,3 =1,5 (s).
trong đó: v
n
_ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi động (m/s
2
).
Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ hơn 0,6 ữ 0,7 (m/s
2
).
Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải tơng ứng là:
t
mh
= v/a =5.0,3 = 1,5 (s).
Từ đó ta tính đợc mô-men d khi nâng tải định mức là:
mkGM
d
.5,11
5,1375
577)31,225,4(2,1
=
ì
ì++
=
Mô-men cản lớn nhất của động cơ: M
max
= 136,9 + 11,5 = 148,4 kG.m =1454 N.m
Mô-men d khi hạ không tải: M
d.h0
= 148,4 (10) =138,4 kG.m

Mô-men d khi nâng không tải: M
d.n0
= 148,4 20,6 = 127,8 kG.m
Thời gian mở máy khi hạ không tải:
)(12,0
4,138375
577)31,225,4.(2,1
0
st
h
=
ì
ì++
=
và thời gian mở máy khi nâng không tải:
)(14,0
8,127375
577)31,225,4(2,1
0
st
n
=
ì
ì++
=
Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh hình H3.4.
Từ biểu đồ phụ tải dựng đợc ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ trong chu kỳ
làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ làm việc ổn định. Cụ thể là
tổng thời gian quá độ t
qd

= (1,5 + 0,12 + 0,14 + 4.1,5 ) = 7,9 (s) << thời gian làm việc
t
lv
=198,6 (s). Hơn nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ đợc tính theo phơng pháp
mô-men đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
17
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
b. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.
Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện tợng
sụt áp của lới điện. Thông thờng, cho phép sụt áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ
trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:
M
th
=(90%)
2
.M
th
=0,81.M
th
(M
th
_ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ).
Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:
+ Mô-men định mức của động cơ là:
mN
n
P
M

dm
dm
dm
.515
705
389550
9550
=
ì
=
ì
=
+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
mNM
D
.45,1251351581,0
max
=ìì=
Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định mức là
1454N.m
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
18
M, P
t

t
H3.4. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và

(t)
Sv

: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men.
c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.
Ta có:
NmMM
dmkd
17005,16995153,33,3 =ì=ì=
Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: M
c.max
=1340Nm.
Vậy:
max.ckd
MM
, nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động.
Chơng IV
Thiết kế bộ biến đổi mạch lực
ở chơng III, ta đã chọn phơng pháp truyền động là dùng bộ biến tần. Chơng này đi giải
quyết việc tính chọn các phần tử dùng trong mạch lực.
I. Lựa chọn sơ đồ mạch lực.
1. Chọn sơ đồ biến tần.
Trong thực tế hệ biến tần - động cơ có thể có 3 loại sau:
+ Biến tần trực tiếp: là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lới f
1
; f
s
=(0 ữ
0,5)f
1
. Đặc điểm của loại biến tần này là có số lợng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù có u
điểm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần số khác với hiệu suất

cao, nhng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế thờng dùng cho truyền động có công
suất lớn.
+ Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp cho BBĐ
là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Các bộ nghịch lu điện áp a dùng tranzito thay vì
tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khoá van mà không
cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào. Hiện nay với phơng pháp PWM (biến điệu
độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lu điện áp, cho phép các dạng sóng gần sin
hơn và vì vậy nâng cao đợc chất lợng điều chỉnh. Những đặc điểm đó đa đến khả năng
ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều
chỉnh, chiếm u thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt
động chính xác và đồng bộ.
+ Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong TH này, nguồn cung cấp là nguồn dòng tức
là dòng một chiều vào bộ nghịch lu không phụ thuộc vào tổng trở tải. Điều này dẫn đến
dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữ nhật nếu bỏ qua giai
đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sin nhng mang các đỉnh nhọn ở thời điểm chuyển
mạch. Khác với bộ nghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch lu dòng liên lạc điện áp một chiều
phải qua cuộn dây. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng
điện nên truyền động này rất thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột
của mô-men trên trục động cơ. Hơn nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu
cực động cơ không gây h hỏng nghịch lu vì dòng điện luôn có xu hớng giữ không đổi.
Một điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ
chỉ với mạch lực đơn giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng đợc công suất đơn vị động
cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn.
Từ những đặc điểm đặc trng của mỗi loại biến tần, tham chiếu tới yêu cầu truyền
động cầu trục và kết quả tính công suất động cơ ta chọn bộ biến đổi là bộ biến tần
nguồn dòng, vì những lý do quan trọng sau:
Biến tần nguồn dòng thích ứng tốt với truyền động có mômen biến thiên đột ngột
nh trờng hợp cầu trục lúc khởi động và thờng xuyên làm việc ngắn hạn.
So với biến tần nguồn áp, ở biến tần nguồn dòng dùng các tiristor thông thờng với
các chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
19
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Ngắn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh hởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn cản
tất cả các đột biến dòng điện , không có hiện tợng truyền trực tiếp dao động của l-
ới điện vào động cơ.
Có khả năng tái sinh năng lợng tơng đối dễ, phù hợp với đặc điểm phụ tải thế năng
của cầu trục khi hạ tốc.
Nhợc điểm của biến tần nguồn dòng là dạng sóng dòng bậc thang gây khó khăn khi
làm việc ở tốc độ rất thấp ; cụ thể là gây ra mômen đập mạch. Các tụ điện và cuộn dây có
kích thớc lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó khăn hơn vì nguồn dòng dễ gây quá áp, bão
hoà mạch từ. Tuy nhiên những hạn chế này không ảnh hởng nhiều đến truyền động nâng
hạ cầu trục vốn yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ.
2. Sơ đồ khối của bộ biến tần.
II. Khảo sát bộ biến đổi.
1. Bộ nghịch lu độc lập nguồn dòng (NLĐLND).
a. Sơ đồ nguyên lý:
Giải thích chức năng của các phần tử trong sơ đồ:
+ E
d
, L
d
: là một nguồn dòng lý tởng với giá trị I
d
.
+ Các thyristor T
1
ữ T
6

: thực hiện việc tạo tín hiệu xoay chiều trên tải.
+ Các diode D
1
ữ D
6
: hỗ trợ cho các thyristor nhằm cách ly giữa các tụ điện chuyển
mạch và dây quấn các pha của động cơ để chúng không tạo thành mạch cộng hởng làm
ảnh hởng đến quá trình chuyển mạch.
+ Các tụ C
1
ữ C
6
: phục vụ cho việc chuyển mạch giữa các Thyristor .
+ Tải 3 pha là động cơ xoay chiều KĐB rotor lồng sóc.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
20
CL NL
Lọc
Ld
Ua
Ub
Uc
H4.1: Sơ đồ nguyên lý của NLĐLND
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
b. Nguyên lý hoạt động:
Do tải có tính chất điện cảm mà dòng điện chậm sau điện áp một góc. Đối với sơ đồ
này ở mọi thời điểm chỉ có hai Thyristor dẫn dòng. Lúc mở T
3
, tụ điện chung C

1
sẽ thực
hiện việc khoá T
1
. Cũng vậy, khi mở T
4
thì T
2
sẽ bị khoá bởi sự làm việc của tụ C
2
. Dòng
điện tải là sóng gần chữ nhật, lệch pha nhau 2/3; tức là mỗi thyristor sẽ dẫn trong
khoảng 120
0
điện.
Hoạt động của mạch nh sau:
Giả thiết T1, D1 đang dẫn dòng chảy vào tải (i
a
> 0). Khi =2/3, phát xung cho mở
T
3
. Vì trớc thời điểm phát xung một khoảnh khắc i
T1
> 0 nên đến =2/3 thì T
1
không thể
khoá tự nhiên đợc. Do dó, cơ cấu tụ cho phép ta khoá cỡng bức T
1
. Trớc thời điểm =
thì T

3
, D
3
và T
2
, D
2
đang cùng dẫn. Dòng đi theo chiều:
Dơng nguồn T
3
, D
3
b c D
2
, T
2
âm nguồn.
Do D
2
thông nên tụ C
6
nạp điện làm phân cực thuận T
4
. Nên nếu lúc này ta phát xung
vào T
4
thì T
4
sẽ thông, dẫn dòng i
a

theo chiều âm (ngợc chiều quy ớc) tạo dòng xoay
chiều trên tải.
Hình 4.2 biều diễn dạng sóng dòng trên tải.
Để xây dựng biểu đồ trạng thái pha, trên mặt phẳng pha xây dựng đồ thị dòng xoay
chiều đối xứng với thời gian dẫn là 120
0
điện biên độ I
d
, ta đợc dòng i
a
. Làm chậm pha
dòng i
a
một góc 120
0
ta đợc i
b
; làm nhanh pha i
a
ta đợc i
c
.
Xây dựng dạng sóng áp trên van:
+ Xét đoạn từ 0 ữ /3: T1, D1 và T6,D6 thông, nên: u
a
thông qua T1, D1 đặt và A
thế A u
a
; u
b

thông qua T6, D6 đặt vào K thế Ku
b
. Mà u
a
> u
b
u
V
=u
AK
=u
ab
.
+ Từ /3 ữ 2/3: T1, D1 và T2, D2 dẫn nên u
v
= u
ac
.
Phân tích tơng tự ta vẽ đợc phần còn lại của u
V
.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
21
H4.2: Giản đồ xung và biểu đồ trạng thái pha dòng điện tải NL
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
c. Xét sự chuyển mạch giữa các van.
Nhận xét: Từ biểu đồ trên ta có nhận xét sau:
+ Tại /3: T
6

, D
6
khoá; T
2
, D
2
bắt đầu thông. Vậy có sự chuyển mạch dòng từ T
6
D
6
sang T
2
, D
2
.
+ Tại 2/3: có sự chuyển mạch dòng từ T
1
, D
1
sang T
3
, D
3
.
+ Tại : có sự chuyển mạch dòng từ T
2
, D
2
sang T
4

, D
4
.
+ Tại 4/3: có sự chuyển mạch dòng từ T
3
, D
6
sang T
5
, D
5
.
+ Tại 5/3: có sự chuyển mạch dòng từ T
4
, D
4
sang T
6
, D
6
.
+ Tại 2: có sự chuyển mạch dòng từ T
5
,

D
6
sang T
1
, D

1
.
Nh vậy sự chuyển mạch dòng điện xảy ra giữa các van ở các pha khác nhau.
2. Bộ chỉnh lu cầu ba pha đối xứng.
III. Tính chọn các thiết bị mạch lực.
1. Tính chọn bộ nghịch lu:
Dựa vào kết quả khảo sát và tài liệu ta chọn các thiết bị cho mạch NL nh sau:
a. Chọn Thyristor và diode:
+ Trị trung bình của dòng qua thyristor và diode là:
6
.9,0
3
1
.









==
f
dmst
DT
k
I
II

Trong đó k
f
là hệ số hạn chế dòng qua Thyristor theo tần số, nó thay đổi k
f
=0,85 ữ
0,98 khi f=5Hz ữ 50 Hz. Vì ta chỉ điều chỉnh tần số theo chiều giảm để điều chỉnh tốc độ
nâng nên f
max
=50 Hz. Vậy :
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
22
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
AII
DT
33,35
6
.9,0.
98,0
90
.
3
1
=

==

Vậy ta cần chọn van có
AA
I
I
tb
tb
2,886,70
)5,04,0(
max.
ữ=
ữ

, với điều khiện làm mát
bằng quạt gió + cánh tản nhiệt.
+ Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van:
Theo lý thuyết thì : U
ng.max
= U
c0
= U
ab
+ U
c
. Ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:
fubav
UKKU .6).1( +=
Trong đó: K
ba

_ tỷ số truyền của MBA, ở đây ta không sử dụng MBA nên K
ba
=1.
K
u
=1,3 ữ 1,4. Ta chọn K
u
=1,4 để an toàn bảo đảm chuyển mạch chắc chắn.
U
f+
_ là điện áp pha động cơ của động cơ khi f
max
=50Hz (U
f
=220V).
Do đó:
kVVU
v
2,11293220.6).14,1( ==+=
Vậy ta chọn van có
kV
U
U
thucv
ng
7,1
7,0
2,1
7,0
.

max.
==
Từ kết quả trên, tra sổ tay linh kiện ta chọn các thyristor và diode sử dụng trong sơ đồ
có các thông số nh sau:
Thyristor loại DK-10 do hãng Thomson chế tạo:
I
hd
(A) U
i.m
(kV) I
g
(A) U
g
(V)
t
off
(às) du/dt (V/às) di/dt (A/às)
100
0,2 ữ 1,6
0,15 2 40 200 200
Diode loại 130EPS16S cũng của hãng Thomson chế tạo:
Mã hiệu I
tb.,max
(A) U
im
(V)
U (V)
I
r
(A) I

th
(A) T
cp
(
0
C)
130EPS16S 130 1800 1,1 100 40 150
b. Chọn tụ chuyển mạch:
Ta có thể chọn giá trị tụ từ kết quả xét quá trình chuyển mạch dòng điện.
2
mn
m
maxm
1m
max
L
If
U
202,0L
fU
fI
91,0666,0C

+=
Trong đó:
- f
n
: tần số định mức = 50Hz
- f
max
: tần số cực đại = 100Hz
- I
m
: dòng từ hoá
A5,63)(cos191I
2
m
==
- I
n
: dòng định mức = 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10
-3
H
- U
m
: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
23
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
2
33

max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C






+=

=212
à
F
Chọn C = 200
à
F (giá trị chuẩn).
c. Chọn cuộn kháng san bằng:
+ Trị hiệu dụng dòng vào bộ nghịch lu:
AII
dmstd
1105,190
2
3
.

.
=ì==
+ Trị hiệu dụng điện áp vào nghịch lu (bỏ qua sụt áp trên van và ảnh hởng của các sóng
hài bậc cao):
11
cos
6.3


fd
UU =
Trong đó: U
f1
là trị hiện dụng hài cơ bản của điện áp trên tải trên một pha (U
f1
=220V).

1
là góc lệch pha giữa thành phần cơ bản dòng điện và thành phần cơ bản điện
áp của tải .Vì tải của ta là động cơ nên cos
1
có thể lấy bằng cos
đm
=0,75.
Do đó:
VU
d
38675,0.220.
6.3
==

+ Giá trị của cuộn kháng san bằng đợc tính bằng công thức:
d
d
d
I
U
L

=
.
.
3
.134,0


Trong đó: I
d
= (0,05 ữ 0,1) I
d
=11A
=2.n
đm
/60 (rad/s)
Do đó:
HL
d
08,0
11.577
60

2
386.
3
.134,0
==


2. Tính chọn bộ chỉnh lu:
Từ kết quả tính I
d
= 110A và U
d
=386V ta tiến hành tính chọn các van của bộ chỉnh lu cầu
ba pha đối xứng nh sau:
+ Giá trị điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van là:
VUUU
ddng
3,40538605,1.05,1.
3
maxmaxmax.
=ì===

Cần chọn van có giá trị điện áp ngợc lớn nhất thoả mãn:
V
U
U
ng
ng
580
7,0

405
7,0
max.
==
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
24
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Trị trung bình lớn nhất của dòng qua van:
A
I
I
d
vantb
67,36
3
110
3
max
===
Vậy cần chọn van có trị trung bình dòng lớn nhất thoả mãn:
AA
I
I
tb
vantb
67,9133,73
)5,04,0(
.
ữ=

ữ

Từ kết quả đó, tra catalog ta chọn các thyristor dùng trong sơ đồ chỉnh lu là loại SF100
của hãng Toshiba, Nhật Bản chế tạo có các thông số sau:
Mã hiệu I (A) U
im
kV
t
off
(às)
SF100 100
0,4 ữ 1,6
Chơng V
Tổng hợp hệ thống
I. Luật điều chỉnh và cấu trúc điều chỉnh.
Có nhiều phơng pháp điều khiển đảm bảo cho động cơ KĐB, khi điều chỉnh tần số và
điện áp, có khả năng quá tải cao hoặc giữ cho mômen tới hạn không đổi. Một trong những ph-
ơng pháp đó là luật điều chỉnh giữ cho từ thông động cơ không đổi trong khi điều chỉnh tần số
và điện áp.
1. Luật giữ từ thông không đổi
Thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số động cơ (đồng thời cũng phải điều chỉnh biên độ
điện áp Stato đặt vào động cơ) thông qua từ thông động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh
trực tiếp từ thông, hoặc cũng có thể dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại lợng khác nh
tần số f
1
, điện áp U
1
, dòng điện I
1
và tần số trợt f

2
. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các
bộ đo lờng gắn vào stato động cơ có nhiều nhợc điểm nên thực tế thờng sử dụng các phơng
pháp gián tiếp.
Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phơng pháp điều khiển tần số
dòng điện. Bản chất của phơng pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trợt
f
2
và dòng điện stato I
1
để giữ cho từ thông của máy điện không đổi.
Từ kết quả thu đợc từ lý thuyết ta có đợc quan hệ giữa dòng stato và từ thông rôto:
2
sr
m
rdm
s
).T(1
L
I +

=

trong đó: T
r

=L
r

/R

r
.
Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi
r
=
r dm
=const, thì dòng
điện stato phải đợc điều chỉnh theo độ trợt.
u điểm của phơng pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo cho dòng điện stato
(I
1
), dòng điện roto (I
2
), mômen tới hạn (M
th
), hệ số trợt tới hạn (s
th
) và từ thông động
cơ đều không phụ thuộc vào tần số đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song
song với nhau và không thay đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho

r
=
r dm
sẽ tận dụng đợc công suất mạch từ là tối đa. Hơn nữa, khi giữ biên độ từ
thông roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông góc
với nhau trong không gian và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
25