Nghiên cứu hệ điều khiển của máy khử độ co vải

Chơng 1: tổng quan về máy khử độ co vải
1.1. Khái quát về đơn vị có thiết bị
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp dệt may Việt Nam đợc tăng c-
ờng đầu t và phát triển phù hợp chung trong nền kinh tế của đất nớc. Công ty May
10 cũng không nằm ngoài xu thế đó. Là một doanh nghiệp chuyên sản xuất và gia
công hàng may mặc thuộc Tổng công ty dệt may Việt Nam là một trong những
công ty may hàng đầu của Việt Nam. Ra đời từ những ngày đầu của cuộc kháng
chiến chống Pháp chuyên sản xuất hàng may mặc phục vụ quân đội. Ngày nay mặt
hàng chủ yếu của công ty là sơ mi cao cấp phục vụ nhân dân trong nớc và xuất khẩu.
Từ năm 2004 để đa dạng hoá sản phẩm của mình công ty đã đầu t xây dựng 2dây
chuyền sản xuất hàng comple. Địa điểm chính của Công ty May 10 hiện nay nằm tại
km 5 quốc lộ 5 trên đờng Hà Nội đi Hải Phòng. Tại đây Công ty có 5 xí nghiệp
thành viên trong đó 3xí nghiệp chuyên sản xuất sơ mi và 2xí nghiệp may comple sử
dụng trên 25000 máy móc các loại với khoảng 5000 công nhân. Ngoài ra để tạo
công việc cho các lao động tại tỉnh xa công ty đã liên doanh với các tỉnh để xây
dựng các xởng may tại đây nh: tỉnh Thái Bình có 3 xí nghiệp may, tỉnh Nam Định 1
xí nghiệp, thành phố Hải Phòng 1xí nghiệp, tỉnh Thanh Hoá 1xí nghiệp, tỉnh Quảng
Bình 1xí nghiệp. Để ra đợc một sản phẩm may có chât lợng cao ngoài yếu tố con ng-
ời ra thì máy móc thiết bị là một yếu tố không thể thiếu. Phù hợp trong quá trình
công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc nên máy móc và thiết bị của công ty đợc
đầu t trong những năm gần đây là bán tự động và tự động chủ yếu sử dụng linh kiện
điện tử.
1.2. Giới thiệu công nghệ may áo
Tại Công ty cổ phần May 10 để phù hợp với cách quản lý của một công ty cổ
phần với các xí nghiệp thành viên và các phòng ban phục vụ; trong một xí nghiệp đ-
ợc chia thành các khu vực nh sau:
+Khu vực cắt.
+Khu vực may.
+Khu vực là, hoàn thiện và đóng gói.
Mỗi khi có một mã hàng mới thì phòng kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu để
thiết kế ra mẫu, thử nghiệm và tìm ra các thông số kỹ thuật của nó. Với mẫu này vải

từ kho đợc đa đến tổ cắt và đợc cắt thành các chi tiết nhỏ theo mẫu, các mẫu này đợc
gọi là mẫu bán thành phẩm. Mẫu bán thành phẩm này đợc chuyển đến khu vực may,
tại đây các công nhân đợc tạo thành dây chuyền may ghép các mẫu này lại để tạo
thành một sản phẩm hoàn chỉnh theo đúng các thông số mà kỹ thuật đa ra. Khi đã có
đợc sản phẩm hoàn chỉnh sản phẩm này đợc bộ phận KCS kiểm tra lại theo các chỉ
tiêu kỹ thuật mà phòng kỹ thuật đa ra. Khi sản phẩm đợc kiểm tra đạt tùy từng loại
vải và mã hàng mà sản phẩm có thể đợc đem đi giặt. Sản phẩm sau đó đợc chuyển
1
tới khu vực là; tuỳ từng loại sản phẩm mà có yêu cầu công nghệ và kỹ thuật là khác
nhau. Có hai công nghệ là hay đợc sử dụng là công nghệ là thổi và công nghệ là ép.
Công nghệ là thổi là sử dụng hơi nóng có áp suất để thổi vào sản phẩm, sau đó dùng
hơi khí nén hoặc hút chân không để làm khô sản phẩm. Công nghệ này đợc sử dụng
để là sản phẩm comple. Công nghệ là ép là sử dụng hai bục ép nóng và cốt của sản
phẩm; sản phẩm cần là đợc khoác vào cốt sau đó hai bục ép nóng đợc ép vào sản
phẩm với một lực nhất định (để tạo lực ép này thờng sử dụng lực của hơi khí nén
thông qua xilanh). Công nghệ này thờng đợc sử dụng để là sơ mi. Khi sản phẩm đợc
là xong sẽ đợc đem đi gấp và đóng gói sau đó nhập kho.
1.3. Yêu cầu của công nghệ
Thông thờng các loại vải mới sau khi mang đi giặt, là sẽ xảy ra hiện tợng co
hoặc dãn, tuỳ từng loại vải mà có sự co dãn nhiều hay ít. Chính vì vậy ngòi kỹ thuật
khi thiết kế luôn phải tính toán đến sự co dãn này để tránh cho sản phẩm sau khi sản
xuất ra đem đi giặt sẽ không đạt yêu cầu. Phơng pháp đơn giản nhất để tìm đợc độ
co dãn của vải mà ngời ta thờng áp dụng là chọn một mẫu vải có kích thớc nhất định
và đem đi giặt, sấy khô và là với đầy đủ các yếu tố giống nh sản phẩm đợc sử dụng
trong thực tế. Sau đó mẫu vải này đợc kiểm tra lại và so sánh với kích thớc ban đầu
từ đó có thể tính toán đợc độ co dãn của loại vải đó. Phơng pháp này chỉ áp dụng đ-
ợc với những loại vải có độ co dãn ít nếu với loại vải có độ co dãn lớn thì không thể
tính toán đợc một cách chính xác dẫn đến sản phẩm đến tay ngời tiêu dùng sau khi
giặt sẽ không còn đẹp. Đặc biệt, với sản phẩm là comple với chất vải có độ co dãn
lớn nh len, dạ và đặc biệt là yêu cầu không đ ợc co dãn khi giặt là. Với những loại

vải này trớc khi đem vào để may không còn cách nào khác là phải giặt trớc. Điều
này vấp phải một vấn đề là nh thế thì khối lợng vải cần giặt lớn, tốn kém dẫn đến
đẩy giá thành sản phẩm lên cao. Chính vì vậy một loại máy chuyên dùng để xử lý độ
co vải ra đời. Máy này phải tạo ra đợc tất cả các yếu tố giống nh trong điều kiện
thực tế mà sản phẩm đựơc sử dụng để có thể thử nghiệm và sử lý đợc độ co dãn của
vải trớc khi vải đợc đa vào gia công thành sản phẩm.
1.4. Giới thiệu về máy khử độ co vải.
Hiện nay trên thị trờng có rất nhiều loại máy nhng về công nghệ cơ bản để sử
lý vải là giống nhau, vì vậy ở đây em xin đợc giới thiệu về một loại máy sử lý độ co
vải có tên là JSM-622-T. Máy này hiện nay đang đợc sử dụng tại công ty cổ phần
May 10 do hãng SENGA PHILIPPINES INC cung cấp.
1.4.1.Cấu tạo máy khử độ co:
2
S3,S4
3
Hình 1-1: Mô hình toàn bộ máy khử độ co vải
1. Băng tải
2. Con lăn
3. Động cơ truyền động
kéo băng tải
4. Động cơ rải vải
5. Giàn hơi nóng
6. Sợi đốt
7. Động cơ hút
8. Động cơ rung băng
tải
9. Cơ cấu chỉnh băng
1
4
2

5 6
37
8
§1
K3
K4
K3
K5
K6
BT1 BT2
§2
§3
§4
380V
50/60Hz
0,22A
§éng c¬ rung
b¨ng t¶i
380V/1,6kW
50/60Hz
4,7A
§éng c¬ hót
380V/17kW
Sîi ®èt
200V/0,75kW
§éng c¬ kÐo
b¨ng t¶i
200V/0,75kW
§éng c¬ r¶i v¶i
Q1

Q2
BA
2500VA
400/220V
Q4
Q5
Q3
1
2
4
H×nh 1-2: S¬ ®å m¹ch lùc
B
S2
S3
S5
D
M
S4
S6
S8
S7
K1
K2
K3
K4
K5
K6
K7 Y1.1
P
§

K1
K1
K7
1
2
3
4
5
6
8 9
11
12
10
13
15
14
Y1.2 Y1.3
S9
16
S1
7
5
H×nh 1-3: S¬ ®å ®iÒu khiÓn
6
H×nh 1-4: C¬ cÊu chØnh b¨ng
1.4.1.1.Băng tải
Băng tải có kích thớc1840
ì
7500(mm); băng tải đợc chế tạo bằng một loại vật
liệu đặc biệt có độ bền chắc cao đợc dệt thành dạng lới tạo ma sát để có thể có thể

dẫn vải đi từ đầu vào đến đầu ra của máy.
Băng tải có thể chạy đợc nhờ có sự dẫn động của 5 con lăn và mô tơ truyền
động.
1.4.1.2.Con lăn
Hình 1-5: Con lăn
Con lăn có 2 loại có kích thớc khác nhau:
+3 con lăn có kích thớc đờng kính

76(mm), có chiều dài 2000(mm) trong đó
2con lăn có tác dụng tạo lực căng cho băng tải, 1 con lăn dùng để chỉnh băng tải
luôn ở vị trí giữa.
+2 con lăn ở hai đầu băng tải có đờng kính

113(mm), dài 2000(mm) trong
đó có 1 con lăn nhận lực kéo trực tiếp từ động cơ kéo băng tải.
1.4.1.3.Động cơ truyền động kéo băng tải:
Động cơ đợc điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần để có thể điều chỉnh đợc thời
gian vải đi qua máy; đồng thời nó có thể kết hợp với động cơ rải vải để có thể tạo đ-
ợc lực căng của vải khi vải đi qua máy trong quá trình sử lý độ co. Động cơ đợc sử
dụng trong máy này là động cơ 3 pha 200V công suất 0,75 (kW).
1.4.1.4.Động cơ rải vải.
Vải đợc chế tạo và cuộn thành cuộn vì vậy động cơ này kết hợp với một quả lô
để tở vải ra khỏi cuộn sau đó đa lên băng tải. Động cơ này đợc điều khiển thay đổi
tốc độ bằng một bộ biến tần để có thể kết hợp với tốc độ của băng tải tạo lực căng
cho vải trong quá trình sử lý. Động cơ đợc sử dụng là động cơ 3 pha 200(V) công
suất 0.75(kW).
Quả lô đợc động cơ rải vải kéo có đờng kính

200(mm), có chiều dài
2000(mm) trên bề mặt phủ một loại vật liệu đặc biệt để tạo ma sát có thể kéo đợc

vải.
1.4.1.5.Giàn hơi nóng:
Đợc cấu tạo dạng hình hộp chữ nhật có kích thớc 900
ì
1840
ì
150(mm) bề mặt
có nhiều lỗ để có thể phun hơi nóng xuống vải. Bên trong có các đờng ống để dẫn
hơi nóng; hơi nóng đợc cấp từ nguồn bên ngoài có áp suất tối thiểu 4kg/cm
2
. Giàn
hơi nóng này đợc lắp ở phía trên của băng tải. Hơi nóng từ nguồn bên ngoài đi vào
giàn hơi nóng qua các lỗ trên bề mặt của giàn và phun xuống vải. Khi vải đi qua đây
7
sẽ hấp thụ hơi nóng và vải sẽ mềm đi tức là tơng đơng với khi ta dùng nớc nóng để
giặt. Trong qúa trình này kết hợp với sự căng của vải do hai động cơ rải vải và động
cơ kéo băng tải tạo nên thì vải sẽ có hiện tọng dãn.
1.4.1.6.Sợi đốt:
Có công suất 17(kW), 3pha 380(V). Sợi đốt đợc cấu tạo liền nằm trong một
bục kim loại có kích thớc 900
ì
1840
ì
200(mm). Sợi đốt này đợc lắp phía trên của
băng tải kết hợp với động cơ hút đặt phía dới của băng tải tạo ra luồng không khí
nóng làm khô vải. Nhiệt độ của sợi đốt khống chế và điều khiển bởi rơ le điều chỉnh
nhiệt độ thông qua một cảm biến, cảm biến này đợc lắp trên bục kim loại.
1.4.1.7.Động cơ hút:
Có công suất 1,6(kW), sử dụng điện áp 3 pha 380(V), lực hút 4,5(kPa), thể tích
hút 22(m

3
/min). Động cơ hút đợc lắp một hệ thống ống hút và đặt ở phía dới của
băng tải. Hệ thống ống hút này đợc lắp đối diện với giàn nhiệt qua băng tải và kết
hợp với giàn nhiệt tạo luồng không khí nóng để làm khô vải.
1.4.1.8.Động cơ rung băng tải:
Có công suất 0,1(kW), điện áp 3pha 380 (V). Động cơ rung đợc lắp một puli
lệch tâm và truyền lực rung vào một thanh nhôm đặt phía dới băng tải qua một tay
biên. Chính nhờ lực tác dụng rung của thanh nhôm này mà băng rung dẫn đến vải
cũng đợc rung. Điều này chính là sự mô phỏng của quá trình khi ta giặt và giũ vải
bằng tay.
1.4.1.9.Cơ cấu chỉnh băng:
Băng tải đợc chạy trên 5 con lăn; yêu cầu của băng tải là luôn phải chạy ở vị trí
giữa và nếu có lệch sang hai bên so với vị trí giữa một khoảng là nhỏ. Muốn làm đợc
điều này ngời ta phải có một bộ phận để nhận biết đợc độ lệch của băng tải và tự
động điều chỉnh băng về vị trí giữa. Để điều chỉnh đợc băng về vị trí giữa ngời ta th-
ờng dùng phơng pháp trợt băng, tức là nếu muốn băng tải lệch về phía bên phải thì
mép băng bên phải sẽ trùng hơn mép băng bên trái. Khi đó băng vừa chạy trên con
lăn vừa có xu hớng trợt về phía bên phải nơi có mép băng trùng hơn. Thông thờng
ngời ta sử dụng một con lăn ở hai đầu có thể điều chỉnh đợc để làm căng hoặc trùng
mép băng. Điều chỉnh con lăn này có thể sử dụng động cơ để kéo hoặc dùng lực đẩy
của khí nén thông qua xilanh. Nếu sử dụng động cơ thì phần điều khiển sẽ rất phức
tạp, giá thành cao, tác động không nhanh. Vì vậy ở đây với máy này ta sử dụng hơi
khí nén để chỉnh con lăn thông qua cơ cấu chấp hành là xilanh.
8

1.4.2.Nguyên lý hoạt động của máy:
1.4.2.1.Yêu cầu hoạt động:
-Điện áp cung cấp cho máy là điện áp 3pha 380(V), tần số 50 Hz
-Hơi khí nén tối thiểu 6kg/cm
2

.
-Hơi nóng bão hoà 4-6 kg/cm
2
.
1.4.2.2.Hoạt động của máy:
-Để cấp điện cho máy ta bật aptomat nguồn Q
1
khi máy có điện và chờ hoạt
động.
-Aptomat Q
2
dùng để cấp điện cho máy biến áp BA, máy biến áp này có điện
áp sơ cấp 380V điện áp thứ cấp là 220V để cấp điện cho mạch điều khiển và biến
tần điều khiển động cơ rải vải và động cơ kéo băng tải. Toàn bộ mạch điều khiển đ-
ợc cấp từ máy biến áp thông qua contactor K
1
.
-Aptomat Q
3
và contactor K
2
cấp điện cho giàn sợi đốt điện trở có công suất
17kW
-Aptomát Q
4
và contactor K
3
cấp điện cho động cơ rung băng tải.
-Aptomat Q
5

và contactor K
4
cấp điện cho động cơ hút.
*Để máy hoạt động đợc thì điều kiện đầu tiên là hơi khí nén phải đạt từ 4kg/cm
2
trở lên khi đó đèn báo sẽ tắt, nếu không đèn báo thiếu khí sẽ sáng để ngời vận hành
biết. Để khởi động máy ta ấn nút ấn M(4-5), khi đó contactor K
1
có điện đóng tiếp
điểm K
1
(4-5) để tự duy trì và đóng tiếp điểm K
1
(1-6) cấp điện cho mạch điều khiển.
Khi muốn dừng máy ta ấn nút ấn D(3-4). Khi mạch điều khiển có điện bật công tắc
S
4
contactor K
5
,K
6
có điện cấp điện cho hai biến tần điều khiển động cơ kéo băng
tải và động cơ rải vải. Để hai contactor K
5
, K
6
, có điện thì công tắc S
6
đóng(công
tắc S

6
là công tắc nhận biết đợc đã có vải nằm trên băng chuyền hay cha). Động cơ
rải vải và động cơ kéo băng tải sẽ chạy thuận ngay nếu công tắc S
10
đóng dẫn đến
các van trong biến tần đợc điều khiển mở cấp điện áp thuận cho động cơ. Băng tải
chạy trên 5 con lăn và đợc chỉnh để luôn chạy ở vị trí giữa nhờ một con lăn, lực đẩy
của xilanh (sơ đồ điều khiển xilanh nh hình vẽ) . Khi băng tải bị lệch sang một bên
nào đó, giả sử bị lệch về bên trái thì khi đó mép băng tải bên trái sẽ tác động vào
công tắc S
7
dẫn đến S
7
(6-14) đóng lại rơle K
7
có điện đóng tiếp điểm K
7
(6-14) để tự
duy trì. Khi đó van hơi Y1.1 có điện mở van cấp hơi cho xilanh; xilanh đợc lắp ở
bên phải nên khi đó xilanh sẽ đẩy con lăn chỉnh băng lên phía trên làm cho mép
băng bên phải sẽ trùng hơn mép băng bên trái. Băng tải vừa chay trên con lăn vừa tr-
ợt về phía bên phải nơi có mép băng trùng hơn. Khi băng trợt về phía bên phải mép
băng sẽ tác động vào công tắc S
8
, công tắc S
8
là công tắc thờng đóng nên khi mép
băng tải chạm vào nó thì dẫn đến S
8
(14-15) mở ra rơle K

7
mất điện và van hơi Y1.1
mất điện theo. Van hơi không đợc cấp điện dẫn đến xilanh đợc cấp hơi qua cổng
trực tiếp do đó pitton của xilanh thu lại kéo con lăn phía bên phải thu vào làm cho
2
mép băng bên phải căng hơn mép băng bên trái; băng tải lại vừa chạy vừa trợt sang
bên trái. Nếu vì một lý do nào đấy giả sử van hơi bị kẹt hoặc hai công tắc S
7
, S
8
không tác động thì băng sẽ chạy lệch về bên phải hoặc bên trái quá khi đó mép băng
sẽ tác động vào công tắc S
5
(10-12) (lắp ở vị trí của S
5
, S
6
nhng sâu hơn một chút)
làm cho K
5
mất điện dẫn đến động cơ băng tải và động cơ rải vải ngừng hoạt động.
Nếu muốn động cơ băng tải và động cơ rải vải chạy ngợc ta gạt công tắc sang vị trí
S
9
mở ra khi đó biến tần sẽ đợc điều khiển mở van đảo chiều cấp điện cho động cơ
chạy ngợc.
+Khi muốn sử dụng nhiệt độ bật công tắc S
1
(6-7) đồng hồ điều khiển nhiệt độ đ-
ợc cấp điện. Thông qua cảm biến B đợc lắp trong sợi đốt có tín hiệu phản hồi về nên

đồng hồ có thể điều khiển sự đóng cắt của contactor K
2
cấp điện cho sợi đốt để nhiệt
độ của sợi đốt đạt đợc theo thông số đặt yêu cầu.
+Để có thể hút khí nóng từ sợi đốt để làm khô vải ta bật công tắc S
3
khởi động từ
K
4
có điện cấp điện cho động cơ hút hoạt động. Động cơ này đợc lắp cánh quạt
trong một buồng kín nên khi động cơ chạy cánh quạt sẽ hút gió từ trên sợi đốt xuống
tạo thành một luồng không khí nóng đi qua vải và làm khô vải.
+Muốn rung băng tải ta bật công tắc S
2
để khởi động từ K
3
có điện cấp điện cho
động cơ rung hoạt động. Khi động cơ chạy nhờ có một tay biên lắp lệch tâm với trục
động cơ còn đầu kia lắp vào một thanh nhôm dặt phía dới băng tải nên băng tải sẽ
rung.
3
Chơng 2: Nghiên cứu hệ thống truyền động
của băng tải và động cơ rảI vải
2.1.yêu cầu cho truyền động kéo băng tảI và động cơ rảI
vải.
Điều quan trọng của máy khử độ co vải là tốc độ của băng tải để đa vải đi qua
máy để sử lý. Nếu tốc độ băng tải không đạt thì việc sử lý vải cũng không đạt. Với
mỗi loại vải khác nhau mà cần thời gian vải qua máy cũng khác nhau tức là tốc độ
của băng tải cũng khác nhau. Mặt khác yêu cầu của máy là điều chỉnh tốc độ của
hai động cơ rải vải và động cơ băng tải phải phù hợp với nhau để có thể đa vải đi qua

máy. Nếu tốc độ rải vải lớn hơn tốc độ chạy của băng tải thì vải sẽ bị trùng; nếu tốc
độ của băng tải lớn hơn tốc độ rải vải thì vải đi qua băng sẽ quá căng. Chính vì vậy
việc chọn loại động cơ, phơng pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ rải vải và động
cơ băng tải là rất quan trọng. Yêu cầu truyền nhiều động cơ với mỗi một truyền
động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu
chung của cả hệ. Với truyền động có yêu cầu phải giữ sức căng không đổi thì
truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và lực kéo. Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ
việc điều chỉnh hệ phụ thuộc vào loại liên kết cơ giữa các động cơ thành phần.
+Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của từng
động cơ phải tuyệt đối cứng.
+Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn, lực cân
bằng truyền qua vật liệu cứng nh vậy việc đồng bộ hoá có thể dùng đặc tính cơ các
truyền động thành phần mềm.
+ở các vật liệu băng của nó không truyền đợc lực kéo. Nh vậy truyền động
chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền
động động cơ còn lại. các truyền động này có nhiệm vụ điều chỉnh giữ mômen
không đổi. Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực căng giữa các
cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh xác định.
+Nếu nh không đo đợc trực tiếp lực kéo, ngời ta phải tạo mạch vòng nhân tạo
trong dây truyền bằng tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc
độ của từng động cơ trong hệ truyền động.
+ở dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt nh giấy, vật liệu tổng hợp v.v thì
tất cả các truyền động thành phần phải đợc giữ tốc độ không đổi. ở đây ta dùng ph-
ơng pháp đồng bộ bám tức là điều chỉnh tất cả các truyền động có tỷ lệ tốc độ không
đổi theo chiều chuyển động của vật liệu.
+Đối với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải
thay đổi phụ thuộc vào đờng kính các cuộn vật liệu, hay nói cách khác là giữ tốc độ
dài băng vật liệu không đổi.
4
Trớc đây ở trờng hợp này ngời ta chỉ có thể dùng động cơ một chiều vì có thể

điều chỉnh tốc độ đơn giản nhng cấu tạo động cơ lại phức tạp. Ngày nay ngời ta
dùng động cơ xoay chiều với các bộ biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ. Các hệ
này sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc,
giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trờng. Nhợc điểm cơ bản của hệ thống
này là mạch điều khiển rất phức tạp. Hình sau cho ta một khái niệm so sánh giữa hệ
thống một chiều và xoay chiều điều chỉnh tần số.

2.2. giới thiệu về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ngày nay đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều u điểm nh khởi động đơn giản, vận
hành tin cậy, rẻ tiền và kích thớc gọn nhẹ. Nhợc điểm của nó là đặc tính cơ phi
tuyến mạnh nên trớc đây, với các phơng pháp điều khiển còn đơn giản, loại động
cơ này phải nhờng chỗ cho động cơ điện một chiều. Nhng với việc phát triển của
các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật
nh kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế đợc nhợc điểm trên, đa
động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến.
Trớc đây thờng điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một
phơng pháp đơn giản nhng chất lợng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không
Giá thành truyền động tần số
Giá thành truyền động một chiều
100
%
60
%
%
100
%
30
%
Giá thành phần

điều khiển
Giá thành phần
động cơ
Giá thành phần
điều khiển
Giá thành phần
động cơ
P[kW]
t[năm]
P[kW]
t[năm]
Hình 2.6: Biểu đồ so sánh kinh tế
5
cao. Để điều khiển đợc chính xác và hiệu quả phải nói đến phơng pháp thay đổi
tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ
đồng bộ nên động cơ làm việc với độ trợt nhỏ và tổn hao công suất trợt trong
mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên phơng pháp này còn phức tạp và đắt tiền. Thiết bị dùng
để biến đổi tần số là các bộ nghịch lu, có thể là nghịch lu trực tiếp hoặc gián tiếp.
Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh lu, nghịch lu lẫn
điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất.
Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trờng, ít khi
còn phải thiết kế theo phơng pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến
tần nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị
điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng đợc nhu
cầu tự động hoá và từng bớc hiện đại hoá xí nghiệp của họ.
2.2.1.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

a)Phơng trình đặc tính cơ.
Để thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ
đồ thay thế. Khi nghiên cứu ta đa ra một số giả thiết sau:

-Ba 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 rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto; mạch từ không bão hòa nên
điện kháng X
1
, X
2
không đổi.
-Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc tải
mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ.
-Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép.
-Điện áp lới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ nh hình 2.7
6
Trong đó :
-U
f
: Trị số hiệu dụng của điện pha stato
-I
à
,I
1
,I
2
/
các dòng điện từ hoá, stato và dòng điện rôto đã quy đổi về stato
-X
à
,X
1

X
2
/
điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện kháng tản rôto
dã quy đổi về stato.
-R
à
,R
1
,R
2
/
các điện trở tác dụng của mạch từ hoá, của cuộn dây stato và rôto đã
quy đổi về stato.
-s - độ trợt của động cơ




1
1

=s
(2-1)

1
Tốc độ góc của từ trờng quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ:

p
f

1
1
2


=
(2-2)
trong đó:
f
1
tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
p số đôi cực từ của động cơ.
- tốc độ góc của động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính đợc dòng điện stato
U
f
X
f
R
f
X
2

s
R
'
2
X
à
R

à
I
1
I
à
I
2
Hình 2.7-Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ
7

+
+
+
=








+
X
s
R
R
XR
U
I
nm
f
2
222
1
1
/
2
1
11

àà
(2-3)
XXX
nm
/
21

+=
điện kháng ngắn mạch
Biểu thức (2-8) là phơng trình đặc tính dòng điện stato và có thể biểu diễn trên
hình (2-8)
Từ (2-3) ta thấy:
-Khi =0, s=1 thì I
1
=I
nm
-Khi =
1
, s=0 thì ta có:

I
XR
U
I
f
à
àà
=

+
=
22
1
1
1
(2-4)
I
1nm
dòng điện ngắn mạch stato
I
à
- dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trờng quay khi động cơ quay với
tốc độ đồng bộ.
Ta cũng tính đợc dòng điện rôto quy đổi về stato
R
f
=0
I
0
MF
ĐC

1
0
s
R
f
=0
I
/
2nm
I
1
Hình 2-8: Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ
8

X
s
R
R
U
I
nm
f
2
2
1
/
2
/
2

1
+
=








+
(2-5)
Khi =
1
, s=0 thì I
/
2
=0
Khi =0, s
1
=1 thì
( )
X
RR
U
II
nm
f
nm

2
2
1
2
/
2
/
21
+
==
+
(2-6)
Đặc tính dòng điện rôto đợc biểu diễn ở hình 2-9 dới đây:

Để tìm phơng trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất
trong động cơ : Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
P
12
=M
đt
.
1
M
đt
là momen điện từ của động cơ.
Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì M
đt
= M
cơ
= M

Công suất đó chia thành hai phần:
P
cơ
: công suất đa ra trên trục động cơ
P
2
: công suất tổn hao đồng trong rôto
P
12
=P
cơ
+P
2
s

1
R
f
=0
R
f
0
I
/
2nm
I
/
2
Hình 2-9: Đặc tính dòng điện rôto của động cơ không đồng bộ
9

Hay M
1
=M + P
2
Do đó P
2
= M(
!
-) =M
1
.s (2-7)
Mặt khác P
2
= 3I
2
/2
.R
2
/
(2-8)
Nên

1
'
2
2'
2
3
s
M

R
I
=
(2-9)
Thay giá trị I
2
/
đã tính đợc ở trên vào (2-9) và biến đổi ta có:

s
M
X
s
R
R
R
U
nm
f










+

=








+
2
2
1
'
2
2'
1
'
2
1
.3

(2-10)
Biểu thức (2-10) là phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đờng cong nh hình (2-10)
Có thể xác định các điểm cực trị của đờng cong này bằng cách giải
0=
ds
dM
ta sẽ đ-

ợc trị số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu là M
th
, s
th
(momen và độ trợt giới hạn),
cụ thể là:

XR
R
s
nm
th
22
1
'
2
+
=
(2-11)
s
thF
s
thĐ
M
thĐ
M
thF
=0
s =1
Hình 2-10: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

10
Thay (2-11) vào (2-10) để tìm M
th
:







+
=
XRR
U
M
nm
f
th
22
11
1
2
1
2
3

(2-12)
Trong hai biểu thức trên dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng với trạng
thái máy phát. Do đó M

th
ở trạng thái máy phát lớn hơn M
th
ở chế độ động cơ.
Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động với động cơ không đồng bộ ngời ta
quan tâm nhiều tới trạng thái làm việc của động cơ nên các đờng đặc tính cơ lúc này
thờng biểu diễn trong khoảng tốc độ 0 s s
th

Đặc tính trên hình 2-11 ứng với dấu (+)
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận tiện
hơn bằng cách lập tỷ số giữa (2-10) và (2-12) và biến đổi sẽ đợc phơng trình đặc tính
cơ:

s
s
S
s
M
th
th
th
th
th
a
s
s
a
M
++

+
=
)1(2
(2-13)
Trong đó:
R
R
a
2
1
=
1
2

1
s
TN
(R
f
=0)
R
f
0
M
đm
M
th
M
0
s

th
Hình 2-11: Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ

= f(M) trong chế độ động cơ
11
Đối với các động cơ công suất lớn thờng R
1
rất nhỏ so với X
nm
, lúc này có thể bỏ
qua R
1
nghĩa là coi R
1
=0, as
th
=0 và (2-13) có dạng gần đúng:

s
s
M
s
s
M
th
th
th
+
=
2

(2-14)
Trong đó:
X
R
s
nm
th
'
2
=
(2-15)

X
U
M
nm
f
th

1
2
1
2
3
=
(2-16)
Nhiều trờng hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng tuyến tính hoá
các đặc tính trong đoạn làm việc. Ví dụ ở vùng độ trợt nhỏ s <<s
th
tỷ số

th
s
s
nhỏ,gần
đúng coi s/s
th
=0. Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn giản:

s
S
M
M
th
th
.
2
=
(2-17)
Nó chính là tiếp tuyến với đờng đặc tính cơ tại điểm đồng bộ
1
: Đờng 1 trên
hình 2-11
Cũng có thể tuyến tính hoá đoạn làm việc qua điểm định mức nh đờng 2 trên
hình(2-11). Phơng trình gần đúng là:

s
S
M
M
dm

dm
.=
(2-18)
Từ dạng đặc tính biểu diễn trên trên hình (2-11) ta thấy độ cứng cơ biến đổi cả về
trị số lẫn về dấu tuỳ theo điểm làm việc :








=


=
s
s
MM
(2-19)
Với đặc tính tuyến tính hoá đờng 1 H.2-11:

s
M
th
th
s
M
2

=





1
1
=

s
Vậy
s
M
th
th


1
2
=
(2-20)
Tơng tự với đặc tính 2 trên H.2-11:
12

s
M
dm
dm

1
=
(2-21)
Nh vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ động cơ không đồng bộ

có giá trị
âm và gần nh không đổi.
Đối với đoạn đặc tính s>s
th
, khi s>>s
th
bỏ qua
s
s
th
và phơng trình đặc tính cơ sẽ
là:

s
M
s
M
th
th
2
=
(2-22)
và
s

s
M
th
th
2
1
2


=
(2-23)
Trong đoạn này độ cứng

là dơng và giá trị của nó biến đổi. Động cơ không
đồng bộ không làm việc trên đoạn đặc tính này.
b)ảnh hởng của các thông số đến đặc tính cơ.
Từ phơng trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ các thông số ảnh hởng đến
đặc tính cơ bao gồm:
-ảnh hởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R
1f
, X
1f
vào
mạch stato).
-ảnh hởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R
2f
vào mạch rôto đối với
động cơ rôto quấn dây).
-ảnh hởng của suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ.
-ảnh hởng của thay đổi tần số lới cấp cho động cơ f

1
.
Ngoài ra việc thay đổi số đôi cực sẽ làm thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi
đặc tính cơ (trờng hợp này xảy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ).
Trong phần này ta sẽ lần lợt xét đến các ảnh hởng trên:
+ ả nh h ởng của suy giảm điện áp l ới cấp cho động cơ
Khi điện áp lới suy giảm theo (2-12) momen tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độ
suy giảm của điện áp. Trong khi đó tốc độ đồng bộ
1
giữ nguyên và độ trợt tới hạn
không thay đổi.
Đối với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt gió; ngời ta
dùng phơng pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi
động.
+ ả nh h ởng của điện trở phụ, điện kháng phụ mạch stato.
Khi nối thêm điện trở hoặc điện kháng vào mạch stato R
1f
, và X
1f
thì
1
=conts, s
th
giảm; M
th
giảm
13
Giả sử cần hạn chế dòng điện khởi động từ I
nm
ứng với đặc tính tự nhiên đến dòng

I
nm
ứng với đặc tính cơ có R
1f
hoặc X
1f
trong mạch stato:
I

nm
=I
nm
(<1)
Còn M
/
nm
=
2
M
nm
Tổng trở ngắn mạch :

Z
Z
nm
nm
=
'

RX
Z
R
nmnmf
nm
=






2
2
1

(2-24)

XR
Z
X
nmnmf
nm
=

2
2
1

(2-25)
trong đó:
RRR
nm
'
21
+=

( )
X
RR
Z
nmnm
2
2
'
21
+=
+
+ảnh hởng của số đôi cực p
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thờng thay đổi cách đấu dây. Vì:

p
f
1
1

2


=
(2-26)
và =
1
(1-s) (2-27)
Nếu thay đổi số đôi cực p thì
1
thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi.
Còn s
th
không phụ thuộc vào p nên không thay đổi, nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ
vẫn giữ nguyên. Nhng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato
của động cơ nên một số thông số nh U
f
, R
1
, X
1
có thể thay đổi và do đó tuỳ từng tr-
ờng hợp sẽ ảnh hởng khác nhau đến mômen tới hạn M
th
của động cơ.
+ ả nh h ởng của điện trở mạch rôto:
Đối với những động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ngời ta thờng mắc thêm
điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc
độ động cơ.
Khi đa R

2f
vào rôto thì:

1
=conts
M
th
=conts

X
RR
s
nm
f
th
'
2
'
2
+
=
14
R
2f
càng lớn s
th
càng lớn và theo (2-20) thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng
mềm khi đặc tính cơ nằm trong đoạn làm việc.
Đặc tính cơ đợc biểu diễn trên H.2-12
Theo (2-11):

( )
X
RR
U
I
nm
f
nm
'
2
1
'
2
'
21
+
=
+
R
f
càng tăng, dòng điện khởi động càng giảm. Trong một phạm vi nhất định khi
R
f
tăng sẽ làm cho M
kđ
tăng lên, còn sau đó mômen khởi động sẽ giảm. Vì vậy phải
căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc diểm của phụ tải mà chọn trị số điện trở phụ
cho thích hợp.
+ ả nh h ởng của thay đổi tần số l ới điện f
1

cấp cho động cơ.
Xuất phát từ biểu thức
1
=2f
1
/p, ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làm từ trờng
quay và tốc tộ từ trờng quay thay đổi.
-Xét trờng hợp khi tăng tần số f
1
>f
1đm
từ biểu thức (2-16) biến đổi ta có:

f
L
U
p
M
nm
th
2
1
2
2
8
3

=
(2-28)
Khi tần số tăng, M

th
giảm (với điện áp giữ không đổi), do vậy
M
f
2
1
1
(2-29)

0

TN
1
2
3
I
2nm
I
2


0
TN
1
2
3
M
th
M
a)

b)
c)
Hình 2-12: ảnh hưởng của điện trở mạch rôto đến các đặc tính cơ.
a) Sơđồ đấu dây; b) Các đặc tính dòng điện rôto; c)Các đặc tính cơ biến trở
15
-Trờng hợp tần số giảm f
1
< f
1đm
, nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng điện động cơ sẽ
tăng rất lớn (vì tổng trở động cơ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số cần phải
giảm điện áp theo một quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra đợc momen nh
trong chế độ định mức. Đó là bài toán tìm quy luật tối u trong chế độ làm việc tĩnh
của hệ điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ.
2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phơng pháp tần số:
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của
hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói
riêng. Trớc hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động
cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... ph-
ơng pháp này còn đợc ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu
có yêu cầu tốc tốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài. Đặc biệt là hệ thống điều
chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ
KĐB rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm
việc trong nhiều môi trờng.
Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp.
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lới chung mà từ một bộ

biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc
lập với nhau. Trong phần này đề cập đến hai nội dung: Nguyên lý điều chỉnh tốc
độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ
truyền động biến tần - động cơ KĐB
2.3. khảo sát các phơng án tryền động
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.
16