điều khiển nâng tải trọng sử dụng động cơ dị bộ

Chương 1: Giới thiệu và xây dựng mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha
1 Giới thiệu về động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha
a. khái niệm
Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình . Chiếm tỉ lệ lớn so
với động cơ khác, nhờ những ưu điểm :
- Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo
,vận hành an toàn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa.
- Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha, không cần tốn kém các thiết bị
biến đổi.
- Được khai thác hết tiềm năng nhờ sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tử .
●) Cấu tạo động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính : Phần tĩnh và phần quay

Hình 1-1 .Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Phần tĩnh: Gồm lõi thép , dây quấn và vỏ máy
Lõi thép stato : Do nhiều lá thép kĩ thuật điện đã dập sẵn , ghép cách điện với
nhau chiều dày các lá thép thường từ 0.35 mm đến 0.5mm phía trong có các rãnh
đặt dây quấn .Mỗi lá thép kĩ thuật được sơn cách điện với nhau để giảm tổn hao
do dòng điện xoáy gây lên. Nếu lá thép ngắn thì có thể ghép lại thành một khối
1
.Nếu lá thép quá dài thì ghép lại thành các thếp , mỗi thếp dài từ 6 cm đến 8 cm,
cách nhau 1 cm để thông gió




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

Dây quấn :Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép , xung quanh dây quấn có bọc
lớp cách điện để cách điện với lõi thép . Với động cơ không đồng bộ ba pha các
pha dây quấn đặt cách nhau 120
0
điện
Vỏ máy: Để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stato ,và không dùng để dẫn từ. Vỏ máy
làm bằng nhôm (máy nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy lớn). Vỏ máy có
chân đế cố định máy trên bệ , hai đầu có nắp máy để đỡ trục rôto và bảo vệ dây
quấn
Phần quay: Gồm lõi thép , trục, và dây quấn
Lõi thép rôto: Cũng gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại giống ở stato. Lõi thép
được ép trực tiếp lên trục ,bên ngoài có sẻ rãnh để đặt dây quấn
Trục máy: Được làm bắng thép, có gắn lõi thép rôto .Trục được đỡ trên nắp máy
nhờ ổ lăn hay ổ trượt
Dây quấn :Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rôto dây quấn hay rôto
lồng sóc.
+) Rôto kiểu dây quấn : Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato và có số
cực bằng số cực ở stato . Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được quấn theo
kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối , kết cấu dây quấn chặt chẽ . Trong động
2
cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp . Dây quấn ba pha của động cơ
thường đấu hình sao , ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn
trên trục của rôto .Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục ,tỳ trên ba vòng
trượt là ba chổi than .Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto,có
tác dụng cải thiện tính năng mở máy , điều chỉnh tốc độ , hệ số công suất được
thay đổi .
+)Rôto lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh
đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto . Hai đầu các thanh dẫn nối với
các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch . Như vậy dây quấn rôto hình
thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc.

Hình1-3. Dây quấn rôto kiểu lồng sóc
Ngoài ra dây quấn lống sóc không cần cách điện với lõi thép rãnh rôto có thể
làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dùng cho máy có
công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy . Với động cơ công suất nhỏ rãnh rôto
thường đi chéo môt góc so tâm trục.
Khe hở
Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí , khe hở rất ít thường là ( 0,2
0 mm đến 1.mm), do rôto là khối tròn nên rôto rất đều . Mạch từ động cơ không
đồng bộ khép kín từ stato sang rôto qua khe hở không khí. Khe hở không khí càng
lớn thì dòng từ hoá gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn .
Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ
Công suất định mức P
đm
là công suất cơ hay công suất điện máy đưa ra
Điện áp định mức U
đm
và dòng điện định mức I
đm

3
Vd: Trên nhãn máy có ghi ∆/Y 220v/380v_ 7.5/4.3A ta sẽ hiểu như sau khi điện
áp lưới điện là 220v thì ta nối dây quấn stato theo hình ∆,
Và dòng điện định mức là 7.5 A . Khi điện áp lưới điện là 380v thì ta đấu dây quấn
stato theo hình Y ,dòng điện định mức là 4.3 A .
Hệ số công suất định mức : cosϕ
đm
Tốc độ quay định mức n
đm
(vòng/ phút ) Tần số định mức f

đm
(hz)
b. Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ
b1.đặc tính cơ động cơ không đồng bộ
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ
thay thế một pha của động cơ . Tuy nhiên có các điều kiện sau thoả mãn để xây
dựng phương trình đặc tính cơ.
- 3 pha của động cơ là đối xứng .
- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ,
điện trở không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto , mạch từ không bão hoà điện
kháng X
1
, X
2
không đổi.
- Bỏ qua các tổn thất trong lõi thép các tổn thất của ma sát.
- Điện áp hoàn toàn sin và đối sứng ba pha.
Với những giả tưởng trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ.
Hình 1-9. Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ
Trong đó U
1
: trị số hiệu dụng của điện áp ba pha stato
Trong đó : R
th
, R
1
, R
2
’
là điện trở tác dụng từ hoá , điện trở stato và điện trở rôto

đã quy đổi về phía stato .
X
th
, X
1
, X
2
’
, là điện kháng mạch từ hoá điện kháng tản stato và điện
kháng rôto đã quy đổi về phía stato.
4
I
th
,I
1
, I
2
’
là các dòng điện từ hoá,dòng điện stato, dòng điện rôto đã quy
đổi về stato
Với hệ số quy đổi như sau:
X
’
2
= K
u
2
.X
2
; I

’
2
= K
i
I
2
; R
2
’
= K
u
2
R
2
Trong đó :
hệ số dây quấn stao và rôto
U
1
điện áp định mức đặt vào dây quấn stato
E
w
sức điện động định mức của rôto

Độ trượt động cơ : s =
ω
ωω
1
1
−

Ta tính được dòng điện qua rô to :
I
2
’
=
( )
2
'
21
2
'
2
1
1
XX
R
R
U
S
++








+

S = 0 ⇒ I
2
’
= 0 ( ω = ω
1
)
S = 1 ⇒ I
2
’
=
( )
XRR
U
nm
22
21
1
++
= dòng điện max (I
2
’
max ) , ω = 0 .với :
X
nm
= X
1
+X
2
’
: điện kháng ngắn mạch

Dòng khởi động phía rôto của động cơ .
5
Hình 1-10. Đặc tính dòng điện rôto
Thông thường ta có I
2
’
max = (4 ÷ 7)I
đm
. Vì thế khi khởi động động cơ cần chú ý
giảm dòng mở máy phía rôto bằng cách mắc thêm điện trở phụ phía rôto .
Ta có dòng điện phía stato là :
Khi S = 0 → I
1
= I
th
(dòng phía stato bằng dòng từ hoá )
S = 1 → I
1
=
( )
1
2
21
11
U
XRR
XR
nm
thth









++
+
+

Hình 1-11 . Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ .
- Để xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào
điều kiện cân bằng công suất trong động cơ
Ta có công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là :
6
P
đt
= M.ω
1
(1) M : Là mômen điện từ của động cơ
Giả sử bỏ qua tổn thất phụ thì : M = M
cơ
Công suất P
đt
chia làm hai phần:
P
cơ
:Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ : P
cơ

= M
cơ
.ω (2)
∆P
ω
2
: Công suất tổn hao đồng trong rôto : ∆P
ω
2
= 3.I
2
’2
.R
2
’
(3)
Với : I
2
’
=
( )
XRR
U
nm
22
21
1
++

Ta có : P

đt
= P
cơ
+ ∆P
ω
2
(4)
Thay (1) ,(2) ,(3) vào phương trình (4) ta có
M.ω
1
= M.ω + 3.
R
X
R
R
U
nm
S
'
2
2
2
'
2
1
2
1
.
+









+

M (ω
1
- ω ) = 3.
R
X
R
R
U
nm
S
'
2
2
2
'
2
1
2
1
.
+









+
(5)
Với s =
ω
ωω
1
1
−
thay vào phương trình (5)ta có
M =








+









+
2
2
'
2
11
'
2
2
1
3
nm
X
s
R
Rs
RU
ω
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Để vẽ đường dặc tính cơ của động cơ cần phải tìm ra các điểm tới hạn thông qua
việc giải phương trình :

0=
dS
dM

Ta tìm được trị số của M và S ở điểm cực trị : kí hiệu là M
tới hạn
(M
th
) và giá trị S
tới hạn
( S
th
) . Cụ thể là :
S
th
= ±
XR
R
nm
22
1
'
2
+
; M
th
= ±
(
)
22
111
1
2

3
nm
XRR
U
+±
ω

7
Dấu “ + “ ứng với trạng thái động cơ .
Dấu “ - “ ứng với trạng thái máy phát .
Khi ngiên cứu các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ người ta quan tâm
nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ.
Với những động cơ công suất lớn lớn thường R
1
rất nhỏ so với X
nm
nên lúc này co
thể bỏ qua R
1
nghĩa là R
1
= 0 . Do đó :
S
th
= ±
X
R
nm
'
2

; M
th
= ±
X
U
nm
ω
1
2
1
2
3

Lập tỉ số :








+=
S
S
S
S
M
M
th

th
th
2
1

=> M =
S
S
S
S
M
th
th
th
+
2
-Khi xét S << S
th
( S → 0) .Tỷ số
S
S
th
nhỏ , gần đúng coi
S
S
th
= 0. .Lúc này đặc
tính cơ có dạng đơn giản : M =
S
S

M
th
th
.
2
-Khi S >> S
th
(Sđ1).
Ta có : M =
S
S
M
th
th
.
2
S = 1 ⇒ M = M
nm
= 2.M
th
.S
th
8
Hình 1-12. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Trong thực tế khi nghiên cứu các hệ truyền động cho động cơ không đồng bộ
thường lựa chọn vùng làm việc là đường thẳng tuyến tính từ 0 đ D .
b2) Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ
Từ phương trình đặc tính cơ không đồng bộ :
M =









+








+
2
2
'
2
11
'
2
2
1
3
nm
X
R

Rs
RU
ω
Ta thấy các thông số anh hưởng đến đặc tính cơ bao gồm :
- Điện áp nguồn U
1
- Tần số lưới điện cấp cho động cơ
- Điện trở mạch rôto
- ảnh hưởng P
- ảnh hưởng của R
1
,X
1
b.2.1) ảnh hưởng của điện áp nguồn cấp cho động cơ
Điện áp nguồn U
1
: Thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều
Các tham số còn lại là hằng số , khi U
1
giảm → ( M
th
) Mômen tới hạn sẽ giảm
bình phương lần độ suy giảm của điện áp . M
th
giảm ∼ U
1
2
giảm
Trong khi đó tốc độ đồng bộ:
ω

1
=
P
f
1
.
2
π
= const .
Và độ trượt không thay đổi .
Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này .
9
Hình 1-13.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điện áp cấp cho động
cơ
Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho M
th
giảm nhanh.Tuy nhiên S
th

không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tải không
đổi : quạt gió , máy bơm ly tâm.Không thích hợp với phụ tải thay đổi :
b.2.2 ảnh hưởng của điện trở mạch rôto ( R
2
+ R
2f
).
Chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ,sử dụng bộ điều chỉnh xung
điện trở . người ta thực hiện bằng cách mắc thêm R
2f
vào mạch rôto .

Ta có : ω
1
=
P
f
1
.
2
π
= const
M
th
= const
S
th
=
X
RR
nm
f
'
2
'
2
+
→ dòng điện mở máy giảm
a) b)
Hình 1-14 a. Sơ đồ đấu dây ; b. Đặc tính cơ
10
Vậy R

1
càng tăng,dòng điện khởi động càng giảm,M
kđ
tăng lên .Sau đó mômen
khởi động sẽ giảm . Do đó căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải
mà chọn điện trở cho thích hợp .
b.2.3) ảnh hưởng của tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ :
Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng sóc
Xuất phát từ biêu thức : ω
1
=
P
f
1
.
2
π
ta thay đổi tần số f
1
làm cho tốc độ từ
trường quay thay đổi → tỗc độ động cơ thay đổi theo .
Khi f
1
> f
1đm
ta có : ↓ S
th
=

( )
↑
≈
+
f
LL
P
f
R
1
'
21
1
'
2
1
2
π

X
1
= ω
1
L
1
; X
2
’ = ω
1
L

2
’

Mômen tới hạn sẽ giảm theo quy luật : ↓ M
th
=
( )
↑
≈
+
f
LL
P
f
U
2
1
'
21
2
2
1
1
2
1
2
8
π
Thực tế khi f
1

tăng để đảm bảo đủ M
mm
cho động cơ và tốc độ làm việc của động
cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép .
ω
max
bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ .
Khi f
1
< f
1đm
tức là khi f
1
giảm ta có:
Khi f
1
giảm → ω
t
giảm → S
th
tăng → M
th
tăng→ X
nm
giảm
Ta có đặc tính cơ trong 2 trường hợp
11
Hình 1-15 .Đặc tính cơ khi thay đổi tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ

Trong trường hợp khi tần số nguồn cấp cho động cơ giảm dẫn đến tổng trở của
mạch giảm ( vì tổng trở của mạch tỉ lệ thuận theo tần số ) với giá trị điện áp giữ
không đổi thì dòng điện khởi động tăng rất nhanh do vậy khi giảm tần số cần giảm
điện áp theo một quy luật nhất định để giữ mômen theo chế độ định mức
Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy rằng :
Khi f
1
< f
1đm
với điều kiện
f
U
1
1
= const thì M
th
giữ ở không đổi
Khi f
1
> f
1đm
.thì M
th
tỉ lệ ngịch với bình phương tần số
Khi tăng giảm tần số f
1
cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ
trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng .
b.2.4) ảnh hưởng của số đôi cực P .
Để thay đổi số đôi cực ở stato ngưới ta thường thay đổi cách đấu dây :

Từ công thức : ω
1
=
P
f
1
.
2
π
và ω = ω
1
( 1- s )
Ta thấy thay đổi số cặp cực P thì ω
1
thay đổi dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi .
Giá trị S
th
không phụ thuộc vào P nên không thay đổi khi đó độ cứng đặc tính cơ
giữ nguyên .Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato
nên một số thông số như U
1
( điện áp vào stato) R
1
, X
1
có thể thay đổi do đó
từng trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn M
th
của động cơ .
12

a) b)
hình1.6 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ
a) Thay đổi số đôi cực với P
2
= P
1/2
và M
th
= const
b) Thay đổi số đôi cực với P
2
= P
1/2
và P
1
= const
b.2.5) ảnh hưởng của điện trở , điện kháng mạch stato .
Được thực hiện bằng cách mắc thêm điện trở (R
1f
) hoặc điện kháng (X
1f
)nối tiếp
vào phía stato của động cơ .
Tốc độ từ trường không đổi: ω
1
=

const , S
th

giảm , S
th
giảm
Do đó đặc tính cơ có dạng :
a. b. c
hinh1.7 Động cơ không đồng bộ với R
f
và X
f
trong mạch stato .
a) Sơ đồ với R
1f
; b) Sơ đồ với X
1f
; c) Đặc tính cơ .
Ta thâý rằng khi cần tạo ra đặc tính có mômen khởi động là M
mm
thì đặc tính cơ
ứng với X
1f
trong mạch cứng hơn đặc tính cơ với R
1f

Dựa vào tam giác tổng trở ngắn mạch có thể xác định được X
1f
, hoặc R
1f
trong
mạch stato khi khởi động .
13

2.phương pháp điều chỉnh tóc độ và xây dựng mô hình động cơ
a.phương pháp điều chỉnh tốc độ
Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải .
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện…của động cơ thay
đổi , để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng cần
phải điều chỉnh cả điện áp . Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thường có yêu cầu
giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ .
Mômen cực đại mà động cơ sinh ra được chính là mômen tới hạn M
th
,khả năng quá
tải về mômen được quy định bằng hệ số quá tải mômen λ
M
λ
M
=
M
M
th
Hình 2-4. Xác định khả năng quá tải về mômen
Nếu bỏ qua điện trở của dây cuốn stato R
s
= 0 thì từ
M =
( )
s
F
RL
U
s
rms

2
2
2
0
2
1
ωω
⇒ M
th
=
LL
L
U
rS
ms
2
2
2
0
2
2
ω
= K(
ω
0
U
s
)
2
. (1)

Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là :
14
λ
M
=
M
M
th
=
M
M
dm
thdm
(2)
Thay (1 ) vào (2 ) và rút gọn ta được :

ω
0
U
s
=
ω
dm
sdm
U
0
M
M
thdm
Đặc tính cơ gần đúng của các máy sản xuất ( phụ tải ) có thể viết như sau :

M
c
= M
đm

x
dm








ω
ω
0
0
(3)
Từ (2) và (3) rút ra được luật điều chỉnh tần số điện áp để có hệ số quá tải về
mômen là không đổi :

U
U
sdm
s
=
2
1

0
0
x
dm
+








ω
ω
=
2
1
x
sdm
s
f
f
+









với x = 0 ;
±
1 ; 2
Như vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
tần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh điện áp đồng thời theo
quy luật sau:

const
f
U
=
1
1
;
const
f
U
=
2
1
1
;
const
f
U
=
1
2

1

15

b.xây dựng mô hình động cơ

 !"#$%&'(#)"*)+
#,''-'$%' %')&
./ 01)'2!#$)3%&'
./45*#6786*+9:;
.<,*#6*=0'>$)3%?*
./'@'A#6')")0'B6%&4'
Ta cã ph¬ng tr×nh ®iÖn ¸p stator :
f
ss
f
s
f
s
s
f
s
j
dt
d
iRu
ψω
ψ
++=
Ph¬ng tr×nh ®iÖn ¸p rotor:

f
rr
f
r
f
r
r
j
dt
d
iR
ψω
ψ
++=0
16
Trong ®ã:
.C
)
D)'E#6
-
s
L
σ
: ®iÖn c¶m tiªu t¸n phÝa cuén d©y stator.
-
r
L
σ
: ®iÖn c¶m tiªu t¸n phÝa cuén d©y rotor (®· quy vÒ stator).
.

sm
LLL
σσ
+=
')
-
rmr
LLL
σ
+=
: ®iÖn c¶m rotor.
- T
s
=L
s
/R
s
: h»ng sè thêi gian stator.
- T
r
=L
r
/R
r
: h»ng sè thêi gian rotor.
-
( )
srm
LLL ./1
2

−=
σ
: hÖ sè tiªu t¸n tæng.
F*++*&#6*&





+=
+=
r
r
m
s
r
m
r
s
s
s
LiLi
LiLi
ψ
ψ

Ph¬ng tr×nh momen:
( ) ( )
r
rc

s
scM
ipipm ×−=×=
ψψ
2
3
2
3

G 9
dtp
Jd
mm
c
TM
ω
+=
F+
.)
F
))?'
.H))?;1
-
ω
: tèc ®é gãc rotor.
- p
c
: sè ®«i cùc cña ®éng c¬.
2. M« h×nh tr¹ng th¸i cña ®éng c¬ trªn hÖ to¹ ®é tõ th«ng rotor (hÖ to¹ ®é
dq):

.F*IJ'-4'0

17
( )
( )













−−−=
−+−=
+
−
+
−
−









−
+−−=
+
−
+
−
++








−
+−=
''
'
''
'
''
''
11
11
11111
11111

rdsrq
r
sq
r
rq
rqsrd
r
sq
r
rd
sq
s
rq
r
rdsq
rs
sds
sq
sd
s
rqrd
r
sqssd
rs
sd
T
i
Tdt
d
T

i
Tdt
d
u
LT
i
TT
i
dt
di
u
LT
ii
TTdt
di
ψωωψ
ψ
ψωωψ
ψ
σ
ψ
σ
σ
ωψ
σ
σ
σ
σ
σ
ω

σ
ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
σ

F+
m
rq
rq
m
rd
rd
LL
ψ
ψ
ψ
ψ
==
''
,
1B6KL#?,*+
<MN#O'M*&>
0

'
=
rq
ψ

G))?






×=
f
s
f
r
r
m
cM
i
L
L
pm
ψ
2
3
sqrdc
r
m

ip
L
L
'
2
2
3
ψ
=
3. M« h×nh hãa vµ m« pháng IM:
F+
''
rdr
sq
s
rdr
sq
rs
T
i
T
i
ψ
ωω
ψ
ωωωω
−=⇒+=+=
F 
ω
#6>

0











−=
+
−
−








−−=
+
−
+
−
++









−
+−=
'
'
'
''
11
111
11111
rd
r
sq
r
rd
sq
s
rdssq
s
sds
sq
sd
s

rqrd
r
sqssd
rs
sd
T
i
Tdt
d
u
L
i
T
i
dt
di
u
LT
ii
TTdt
di
ψ
ψ
σ
ψω
σ
σ
σ
ω
σ

ωψ
σ
σ
ψ
σ
σ
ω
σ
σ
σ
G 9
dtp
Jd
mm
c
TM
ω
+=
F>A>2 7P)&:
Q')B'%


S ơ đồ matlab:
18
Mô hình động cơ không đồng bộ trên hệ trục(d-q)
19
CHNG 2 XY DNG Mễ HèNH IU KHIN V TNH CHN CC B
IU KHIN
1.TRèNH BY V S CU TRC IU KHIN TNG QUT
A) GII THIU V CễNG NGH CN IU KHIN

Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác nhau nh các
phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờng xây dựng, cầu cảng
Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên để giải quyết các việc nâng
bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm
việc của máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định
đến năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các nghành nói trên. Vì vậy, thiết
kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các
quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế. Trớc khi đi vào thiết
kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu
một số đặc điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu
cầu truyền động cầu trục.
Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.
Cần trục thờng có ba chuyển động:
Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ).
Chuyển động ngang của xe trục.
Chuyển động dọc của xe cầu.
Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho
riêng cơ cấu nâng hạ. Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ
truyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những
điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần
trục.
20
Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động
trong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp
lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn.
Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục,
nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen
thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không
có tải trọng (không tải) mômen động cơ không vợt quá (15 ữ 20)%M
đm

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

Thứ ba, yêu cầu về khởi động và h m: Trong các hệ truyền động ã
các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải
êm, đặc biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách. Bởi vậy,
mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợc hạn chế theo
yêu cầu của kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho
phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của
các cơ cấu. Đối với cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ
hơn khoảng 0,2 m/s
2
để không giật đứt dây cáp. Ngoài ra, động cơ
truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và
có các đờng đặc tính cơ thoả m n yêu cầu công nghệ. Đó là các yêu ã
cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có
nhiều đờng đặc tính trung gian để mở h m máy êm.ã
Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thờng D
3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ữ 1) hoặc lớn hơn. Độ chính xác
điều chỉnh không yêu cầu cao, thờng trong khoảng 5%.
Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận
chuyển động phải có phanh h m điện từ, để giữ chặt các trục khi mất ã
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
21
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 tr-
ờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác.
Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết
bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lợng hàng bốc xúc trong
mỗi chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải
đối với động cơ chỉ đạt (60 ữ 70%) công suất định mức của động cơ.
Trên đây là một số những đặc điểm và yêu cầu cơ bản nhất của cơ cấu
nâng hạ cần trục. Quá trình thiết kế sau này sẽ đi sát vào các đặc
điểm đó.
Khảo sát đặc tính phụ tải.
Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động
có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa ph-
ơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ. Vì trạng
thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (M
đ
) do
động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M
c
) của phụ tải của máy quyết
định.
22
Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu

sản xuất luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của
động cơ có thay đổi thế nào. Nói cách khác momen cản của cơ cấu
nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính M
c
=const và
không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là
momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ
thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động;
tức là hớng ngợc chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải),
momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng
theo chiều quay động cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:
Hỡnh 2.1 c tớnh c ca c cu nõng h
Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:
+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M
đ
là mômen
h m, Mã
c
là mômen gây chuyển động.
+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động.
Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều
khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát
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,
23

M
M

C
trọng lợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong
truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ.
Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc
phục hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng
của nó. Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng
các phơng tiện nhất định.
Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.
Nh đ tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việcã
với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và h m máy nhiều. Do đó, khiã
chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động.
Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng.
Xác định phụ tải tĩnh.
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu
và vật nâng gây ra. Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây
cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu. Trong khuôn khổ đồ án này
chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng r i trong cácã
cần trục, palăng trong các phân xởng lắp ráp.
Phụ tải tĩnh khi nâng tải.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:
24
Hỡnh 2.2 C cu nõng-h ti trng
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
+
=
+
==
Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là:
25