Luận văn: Nghiên cứu hệ điều khiển của máy khử độ co vải pdf

-

1
-



Luận văn

Nghiên cứu hệ điều khiển
của máy khử độ co vải

-

2
-
CHƯƠNG 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 được tăng
cường đầu tư và phát triển phù hợp chung trong nền kinh tế của đất nước. 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 nước và xuất
khẩu. Từ năm 2004 để đa dạng hoá sản phẩm của mình công ty đã đầu tư 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 đường 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 xưởng may tại đây như: 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 được một sản phẩm may có chât lượng cao ngoài yếu
tố con người 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 nước nên máy móc và thiết bị của
công ty được đầu tư 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
được chia thành các khu vực như 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 được đưa đến tổ cắt và được cắt thành các chi tiết nhỏ theo mẫu, các mẫu
này được gọi là mẫu bán thành phẩm. Mẫu bán thành phẩm này được chuyển đến
khu vực may, tại đây các công nhân được 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
đưa ra. Khi đã có được sản phẩm hoàn chỉnh sản phẩm này được bộ phận KCS kiểm
tra lại theo các chỉ tiêu kỹ thuật mà phòng kỹ thuật đưa ra. Khi sản phẩm được kiểm

-

3
-
tra đạt tùy từng loại vải và mã hàng mà sản phẩm có thể được đem đi giặt. Sản
phẩm sau đó được chuyển 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 được 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 được 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 được khoác vào cốt sau
đó hai bục ép nóng được ép vào sản phẩm với một lực nhất định (để tạo lực ép này
thường sử dụng lực của hơi khí nén thông qua xilanh). Công nghệ này thường được
sử dụng để là sơ mi. Khi sản phẩm được là xong sẽ được đem đi gấp và đóng gói
sau đó nhập kho.
1.3. YÊU CẦU CỦA CÔNG NGHỆ
Thông thường các loại vải mới sau khi mang đi giặt, là sẽ xảy ra hiện tượng co
hoặc dãn, tuỳ từng loại vải mà có sự co dãn nhiều hay ít. Chính vì vậy ngưòi 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. Phương pháp đơn giản nhất để tìm
được độ co dãn của vải mà người ta thường áp dụng là chọn một mẫu vải có kích
thước nhất định và đem đi giặt, sấy khô và là với đầy đủ các yếu tố giống như sản
phẩm được sử dụng trong thực tế. Sau đó mẫu vải này được kiểm tra lại và so sánh
với kích thước ban đầu từ đó có thể tính toán được độ co dãn của loại vải đó.
Phương pháp này chỉ áp dụng được với những loại vải có độ co dãn ít nếu với loại
vải có độ co dãn lớn thì không thể tính toán được một cách chính xác dẫn đến sản
phẩm đến tay người tiêu dùng sau khi giặt sẽ không còn đẹp. Đặc biệt, với sản phẩm
là comple với chất vải có độ co dãn lớn như len, dạ…và đặc biệt là yêu cầu không
được co dãn khi giặt là. Với những loại vải này trước khi đem vào để may không
còn cách nào khác là phải giặt trước. Điều này vấp phải một vấn đề là như thế thì
khối lượng 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
được tất cả các yếu tố giống như trong điều kiện thực tế mà sản phẩm đựơc sử dụng
để có thể thử nghiệm và sử lý được độ co dãn của vải trước khi vải được đưa vào
gia công thành sản phẩm.
1.4. GIỚI THIỆU VỀ MÁY KHỬ ĐỘ CO VẢI.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy nhưng về công nghệ cơ bản để
sử lý vải là giống nhau, vì vậy ở đây em xin được giới thiệu về một loại máy sử lý
độ co vải có tên là JSM-622-T. Máy này hiện nay đang được sử dụng tại công ty cổ
phần May 10 do hãng SENGA PHILIPPINES INC cung cấp.



-

3
-

1.4.1.CẤU TẠO MÁY KHỬ ĐỘ CO:
S3,S4

Hình 1-1: Mô hình toàn bộ máy khử độ co vải
1. Băng tải
2. Con lăn
3. Động cơ

truyền độ
ng
kéo băng tải
4. Động cơ rả
i
vải
5. Giàn hơ
i
nóng
6. Sợi đốt

7. Động cơ hút
8. Động cơ

rung băng tải
9. Cơ cấu chỉnh
băng
1

4
2
5 6
3 7
8


-

4
-


§ 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
Sî i ®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


Hình 1-2: Sơ đồ mạch lực

-

5
-
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

Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển


-

6
-


Hình 1-4: Cơ cấu chỉnh băng


-

7
-
1.4.1.1.Băng tải
Băng tải có kích thước1840

7500(mm); băng tải được chế tạo bằng một loại
vật liệu đặc biệt có độ bền chắc cao được dệt thành dạng lưới tạo ma sát để có thể
có thể dẫn vải đi từ đầu vào đến đầu ra của máy.
Băng tải có thể chạy được 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 thước khác nhau:
+3 con lăn có kích thước đường 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 đường 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 được điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần để có thể điều chỉnh được
thời gian vải đi qua máy; đồng thời nó có thể kết hợp với động cơ rải vải để có thể
tạo được lực căng của vải khi vải đi qua máy trong quá trình sử lý độ co. Động cơ
được 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 được 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 đưa lên băng tải. Động cơ này được 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 được sử dụng là động cơ 3 pha 200(V)
công suất 0.75(kW).
Quả lô được động cơ rải vải kéo có đường 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 được
vải.
1.4.1.5.Giàn hơi nóng:
Được cấu tạo dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 900

1840

150(mm) bề
mặt có nhiều lỗ để có thể phun hơi nóng xuống vải. Bên trong có các đường ống để
dẫn hơi nóng; hơi nóng được cấp từ nguồn bên ngoài có áp suất tối thiểu 4kg/cm
2
.
Giàn hơi nóng này được lắp ở phía trên của băng tải. Hơi nóng từ nguồn bên ngoài


-

8
-
đi vào giàn hơi nóng qua các lỗ trên bề mặt của giàn và phun xuống vải. Khi vải đi
qua đây sẽ hấp thụ hơi nóng và vải sẽ mềm đi tức là tương đương với khi ta dùng
nước 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 tưọng dãn.

1.4.1.6.Sợi đốt:
Có công suất 17(kW), 3pha 380(V). Sợi đốt được cấu tạo liền nằm trong một
bục kim loại có kích thước 900

1840

200(mm). Sợi đốt này được lắp phía trên của
băng tải kết hợp với động cơ hút đặt phía dưới 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 được 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 được lắp một hệ thống ống hút và đặt ở phía dưới của
băng tải. Hệ thống ống hút này được 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 được lắp một puli
lệch tâm và truyền lực rung vào một thanh nhôm đặt phía dưới băng tải qua một tay
biên. Chính nhờ lực tác dụng rung của thanh nhôm này mà băng rung dẫn đến vải
cũng được 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 được 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
được điều này người ta phải có một bộ phận để nhận biết được độ lệch của băng tải
và tự động điều chỉnh băng về vị trí giữa. Để điều chỉnh được băng về vị trí giữa
người ta thường dùng phương pháp trượt 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 hướng trượt về phía bên phải nơi có mép băng
trùng hơn. Thông thường người ta sử dụng một con lăn ở hai đầu có thể điều chỉnh
được 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.


-

9
-
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
được 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 được 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 người
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 được đã có vải nằm trên băng chuyền hay
chưa). 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 được điều khiển mở cấp điện áp thuận cho
động cơ. Băng tải chạy trên 5 con lăn và được chỉnh để luôn chạy ở vị trí giữa nhờ
một con lăn, lực đẩy của xilanh (sơ đồ điều khiển xilanh như 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 được 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 trượt về phía bên phải nơi có mép băng trùng hơn. Khi băng
trượt về phía bên phải mép băng sẽ tác động vào công tắc S
8
, công tắc S
8
là công tắc
thường 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 được cấp điện dẫn đến


-

10
-

xilanh được cấp hơi qua cổng trực tiếp do đó pitton của xilanh thu lại kéo con lăn

phía bên phải thu vào làm cho mép băng bên phải căng hơn mép băng bên trái; băng
tải lại vừa chạy vừa trượt 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
nhưng 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 ngược ta gạt công tắc sang vị trí S
9
mở ra khi đó biến tần sẽ được điều khiển
mở van đảo chiều cấp điện cho động cơ chạy ngược.
+Khi muốn sử dụng nhiệt độ bật công tắc S
1
(6-7) đồng hồ điều khiển nhiệt độ
được cấp điện. Thông qua cảm biến B được 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 được 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 được 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 dưới băng tải nên băng
tải sẽ rung.

- 11 -


CHƯƠNG 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 đưa 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 đưa 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, phương 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 như 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 được lực kéo. Như 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 như không đo được trực tiếp lực kéo, người 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 như giấy, vật liệu tổng hợp v.v…
thì tất cả các truyền động thành phần phải được giữ tốc độ không đổi. Ở đây ta dùng
phương 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.


- 12 -

+Đối với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động
phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính các cuộn vật liệu, hay nói cách khác là giữ
tốc độ dài băng vật liệu không đổi.
Trước đây ở trường hợp này người ta chỉ có thể dùng động cơ một chiều vì có
thể điều chỉnh tốc độ đơn giản nhưng cấu tạo động cơ lại phức tạp. Ngày nay người
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 trường. Nhược 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 được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, vận

hành tin cậy, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ. Nhược điểm của nó là đặc tính cơ
phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản,
loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều. Nhưng với việc
phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa
học kỹ thuật như kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế được nhược
điểm trên, đưa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến.
Trước đây thường điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là
một phương pháp đơn giản nhưng chất lượng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều
không cao. Để điều khiển được chính xác và hiệu quả phải nói đến phương pháp
Giá thành truyền
đ
ộ
ầ
ố
Giá thành truyền động
ộ
ề
100


60

100


30


Giá thành
phần điều

khi
ể
n

Giá thành
phần động
c
ơ

Giá thành
phần điều
khi
ể
n

Giá thành
phần động
c
ơ

P[kW]
t[năm]

P[kW]
t[năm]

Hình 2.6: Bi
ể
u
đ

ồ

so


- 13 -

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 trượt nhỏ và tổn hao công suất trượt
trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên phương pháp này còn phức tạp và đắt tiền. Thiết
bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch lưu, có thể là nghịch lưu trực tiếp
hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh
lưu, nghịch lưu 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 trường, ít
khi còn phải thiết kế theo phương 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
được nhu cầu tự động hoá và từng bước hiện đại hoá xí nghiệp của họ.
2.2.1.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
a)Phương trình đặc tính cơ.
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng
sơ đồ thay thế. Khi nghiên cứu ta đưa 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 lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ như hình 2.7


- 14 -



Trong đó :
-U
f
: Trị số hiệu dụng của điện pha stato
-I

,I
1
,I
2
/
các dòng điện từ hoá, stato và dòng điện rôto đã quy đổi về stato
-X

,X
1
X
2

/
điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện kháng tản rôto
dã quy đổi về stato.
-R

,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 trượt của động cơ




1
1

s (2-1)

1
– Tốc độ góc của từ trường 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 được dòng điện stato
U
f

X
f
R
f
X
2
’

s
R
'
2

X


R



I
1
I


I
2
Hình 2.7-Sơ đồ thay thế một pha của động
c
ơ

khôn
g
đ
ồ
ng b
ộ



- 15 -




































X
s

R
R
XR
U
I
nm
f
2
222
11
/
2
1
11

(2-3)

X
X
X
nm
/
21

 điện kháng ngắn mạch
Biểu thức (2-8) là phương 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















22
11
1

(2-4)
I
1nm
– dòng điện ngắn mạch stato
I

- dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ quay với
tốc độ đồng bộ.
Ta cũng tính được dòng điện rôto quy đổi về stato
R
f
=0

I
0
MF

ĐC

0


s

R
f
=0

I
/

2nm
I
1

Hình 2-8: Đặc tính dòng điện stato của động
c
ơ

không
đ
ồ
ng b
ộ



- 16 -


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 được biểu diễn ở hình 2-9 dưới đây:
Để tìm phương 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 đưa ra trên trục động cơ
∆P
2
: công suất tổn hao đồng trong rôto
P
12
=P
cơ
+∆P
2

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)



1

R
f
=0

R
f

≠
I
/
2nm
I
/
2
Hình 2-9: Đặc tính dòng điện rôto của động
c
ơ

không
đ
ồ
ng b
ộ



- 17 -

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

s
M
X
s
R
R
RU
nm
f






















2
2
1
'
2
2'
1
'
2
1
.3

(2-10)
Biểu thức (2-10) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đường cong như hình (2-10)
Có thể xác định các điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải
0
ds
dM
ta sẽ
được trị số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu là M
th
, s
th
(momen và độ trượt giới
hạn), cụ thể là:

XR
R
s

nm
th
22
1
'
2


(2-11)
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.
s
thF

s
th
M
th
M
thF



=0

s

Hình 2
-

10:

Đ
ồ

th
ị

đ
ặ
c tính c
ơ

c
ủ
a
đ
ộ
ng


- 18 -

Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động với động cơ không đồng bộ người ta
quan tâm nhiều tới trạng thái làm việc của động cơ nên các đường đặc tính cơ lúc
này thường biểu diễn trong khoảng tốc độ 0 ≤ s ≤ s
th

Đặc tính trên hình 2-11 ứng với dấu (+)

Phương 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 được phương trình đặc
tính cơ:

s
s
S
sM
th
th
th
th
th
a
s
s
a
M



)1(2
(2-13)
Trong đó:
R
R
a
2
1


Đối với các động cơ công suất lớn thường 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)
1

2


1


TN

(R
f
=
0)

R
f
≠0
M
đm
M
th

M

0

s
t

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

= f(M)
trong ch
ế

đ
ộ

đ
ộ
ng c
ơ



- 19 -

Trong đó:
X
R
s
nm
th
'
2
 (2-15)

X
U
M
nm

f
th

1
2
1
2
3

(2-16)
Nhiều trường 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 trượt 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 đường đặc tính cơ tại điểm đồng bộ 

1
: Đường 1 trên
hình 2-11
Cũng có thể tuyến tính hoá đoạn làm việc qua điểm định mức như đường 2 trên
hình(2-11). Phương 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 đường 1 H.2-11:

s
M
th
th
s
M
2







1
1



s

Vậy
s
M
th
th



1
2
 (2-20)
Tương tự với đặc tính 2 trên H.2-11:

s
M
dm
dm


1
 (2-21)
Như vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ động cơ không đồng bộ

có giá trị
âm và gần như không đổi.
Đối với đoạn đặc tính s>s
th
, khi s>>s
th
bỏ qua
s
s
th
và phương trình đặc tính cơ sẽ
là:

- 20 -


s
M
sM
thth
2

(2-22)
và
s
sM
th
th
2
1
2


 (2-23)
Trong đoạn này độ cứng

là dương và giá trị của nó biến đổi. Động cơ không
đồng bộ không làm việc trên đoạn đặc tính này.
b)Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ.
Từ phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ các thông số ảnh hưởng đến
đặc tính cơ bao gồm:
-Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R

1f
, X
1f
vào
mạch stato).
-Ảnh hưởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R
2f
vào mạch rôto đối với
động cơ rôto quấn dây).
-Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ.
-Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới 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 (trường hợp này xảy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ).
Trong phần này ta sẽ lần lượt xét đến các ảnh hưởng trên:
+Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ
Khi điện áp lưới suy giảm theo (2-12) momen tới hạn sẽ giảm bình phương lần
độ suy giảm của điện áp. Trong khi đó tốc độ đồng bộ 
1
giữ nguyên và độ trượt tới
hạn không thay đổi.
Đối với động cơ công suất lớn làm việc với phụ tải bơm hoặc quạt gió; người ta
dùng phương pháp tăng dần điện áp đặt vào động cơ để hạn chế dòng điện khi khởi
động.
+Ảnh hưởng 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
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

'



- 21 -


RX
Z
R
nmnmf
nm







2
2

1

(2-24)

XR
Z
X
nmnmf
nm







2
2
1

(2-25)
trong đó:
R
R
R
nm
'
21




X
RR
Z
nmnm
2
2
'
21



+Ảnh hưởng của số đôi cực p
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thường 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. Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato
của động cơ nên một số thông số như U
f
, R
1
, X
1
có thể thay đổi và do đó tuỳ từng
trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn M
th
của động cơ.
+Ảnh hưởng của điện trở mạch rôto:
Đối với những động cơ không đồng bộ rôto dây quấn người ta thường mắc thêm
điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc
độ động cơ.
Khi đưa R
2f
vào rôto thì:

1
=conts
M
th
=conts

X
RR

s
nm
f
th
'
2
'
2



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 được biểu diễn trên H.2-12



- 22 -



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.
+Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ.
Xuất phát từ biểu thức 
1

=2f
1
/p, ta thấy rằng thay đổi tần số sẽ làm từ trường
quay và tốc tộ từ trường quay thay đổi.
-Xét trường 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)
-Trường 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 được momen

0


TN

1

2

3

I
2n
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)
S
ơđ
ồ

đ

ấ
u dây
; b)
Các
đ
ặ
c tính dòng
đ
i
ệ
n rôto
;


- 23 -

như trong chế độ định mức. Đó là bài toán tìm quy luật tối ưu 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 phương pháp tần số:
Phương 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. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều
động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn
phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những
cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như 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 trường.

Nhược 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 lưới 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 PHƯƠNG ÁN TRYỀN ĐỘNG
Phương 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 phương án khả thi đáp ứng được cả yêu
cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền
động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay
chiều, phương 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, trước hết ta đi phân tích các đặc tính kinh tế kỹ
thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.


- 24 -

2.3.1. 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 như sau:
sX
s
R
R
RU
M
mn

f
.
'
' 3
2
.
2
2
11
2
2
1



















Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình
phương 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
được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).
Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt 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 phương điện
áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc
mà thường 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 tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động
cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động
cơ:
sPMP
dtcs
.)(
1



+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở
phụ đưa 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 trường hợp điều chỉnh sâu
tốc độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn.
Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều
khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường 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 lưới tiêu thụ
chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động êm,