thiết kế hệ thống truyền động của máy mài tròn, chương 2 pptx

Ch-ơng 2
Lựa chọn ph-ơng án truyền động
I. Chọn ph-ơng án truyền động
1. Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ
Ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số
nguồn cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành
công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ 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, có thể 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 hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu
cầu 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
không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ
và có thể làm việc trong nhiều môi tr-ờng. Biến tần có hai loại là biến tần
nguồn dòng và biến tần nguồn áp:
a. Biến tần nguồn dòng
Ưu điểm:
+ Độ tin cậy cao hơn biến tần nguồn áp
+ Dễ dàng làm việc ở chế độ hãm tái sinh
Nh-ợc điểm:
+ Nếu mất nguồn l-ới trong khi đang hoạt động thì biến tần nguồn
dòng không thể thực hiện hãm động năng.
Sử dụng cuộn kháng L
d
khá lớn, tốn kém hơn về mặt kinh tế
b. Biến tần nguồn áp
Ưu điểm:
+ Có thể hãm động năng khi đột ngột mất điện nguồn.
+ Đáp ứng quá độ nhanh hơn
+ Sử dụng kỹ thuật PWM cho phép giảm tổn hao và sóng hài, không

gây
mômen đập mạch
+ Rẻ hơn
Nh-ợc điểm:
+ Không hãm tái sinh đ-ợc, nếu muốn phải mắc thêm một bộ cầu
chỉnh l-u hoàn toàn.
+Độ tin cậy không cao bằng biến tần nguồn dòng.
Kết luận
Theo yêu cầu của đề bài là khảo sát truyền động tự động quay chi tiết
mài (truyền động ăn dao) thuộc loại nhỏ đồng thời qua phân tích ta chọn
ph-ơng án sử dụng hệ biến tần - động cơ không đồng bộ vì:
+ Dễ dàng điều chỉnh đ-ợc tốc độ và điện áp ra của động cơ bằng cách
thay đổi tần số của đầu ra.
+ Sử dụng động cơ không đồng bộ ro to lồng sóc là loại động cơ có
cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, vận hành an toàn và chắc chắn.
+ Đáp ứng đ-ợc nhiều chế độ mài với mômen mở máy có quán tính
lớn.
+ Không cần đảo chiều, không cần hãm tái sinh khi dừng máy.
2. Luật điều khiển tần số động cơ không đồng bộ
1. Luật điều chỉnh từ thông không đổi
Thực tế ph-ơng pháp điều chỉnh tần số động cơ phải thực hiện đồng
thời với việc điều chỉnh biên độ điện áp stato đặt vào động cơ. Thông qua từ
thông động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc có
thể dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại l-ợng khác nh- tần số f
1
,
điện áp U
1
, dòng điện I
1

và tần số tr-ợt f
2
. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp
nhờ các bộ đo l-ờng gắn vào stato động cơ có nhiều nh-ợc điểm nên thực tế
ít sử dụng. Trong thực tế th-ờng sử dụng các ph-ơng pháp gián tiếp.
Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất
tối đa. Luật điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ đúng từ thông không đổi
trên toàn dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính còn
phụ thuộc rất nhiều vào độ tr-ợt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động
cơ. Vì thế trong các hệ điều chỉnh yêu cầu chất l-ợng cao cần tìm cách bù từ
thông.
Từ kết quả thu đ-ợc từ lý thuyết ta có quan hệ giữa dòng stato và từ
thông roto:
2
1 ).T(+
L
=I
sr
m
mđr
s



Trong đó:
r
r
r
R
L

=T


Từ biểu thức trên ta thấy, để giữ từ thông không đổi thì dòng điện phải
điều chỉnh theo tốc độ tr-ợt
Ưu điểm của ph-ơng pháp:
+ 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 tr-ợt tới hạn (s
th
) và từ thông động cơ
đều không phụ thuộc vào tần số.
+ Từ thông của mạch từ luôn là tối đa và bằng với định mức.
Nh-ợc điểm của ph-ơng pháp:
+ Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm thì làm tăng
tổn hao trong động cơ.
+ Mỗi động cơ phải cài đặt một sensor do từ thông không thích hợp
chế tạo đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh h-ởng vởi nhiệt độ và nhiễu.
2. Điều khiển tần số - điện áp động cơ không đồng bộ
Do ở vùng tần số cao (xung quanh giá trị định mức) mômen tới hạn có
trị số gần nh- không phụ thuộc vào tần số, nếu tỉ số R
s
/f
s
nhỏ. Khi tần số

giảm, từ thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng điện
định mức không đổi ở mọi tần số, kết quả là mômen tới hạn của động cơ sẽ
giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp. Từ thông chỉ đ-ợc duy trì là
hằng số khi sụt áp trên dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua đ-ợc. Trong thực tế
thì điện trở stato không thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng
định mức sẽ không thay đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng
giảm theo tần số. Do vậy, sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỷ lệ lớn ở tần số nhỏ,
điều này ảnh h-ởng đến từ thông khe hở. Vì vậy Tỷ lệ U/f đ-ợc tăng lên ở
vùng tấn số thấp để bù lại sụt áp trên điện trở stato. Điều chỉnh từ thông khe
hở không đổi bằng cách điều chỉnh dòng điện tần số tr-ợt.
Mômen của động cơ đ-ợc tạo ra bởi sự tác dụng giữa dòng stato và từ
thông roto nên điều chỉnh dòng điện stato sẽ có tặc tính động học tốt hơn
ph-ơng pháp điều khiển điện áp stato. Mặt khác, với bộ biên tần nguồn dòng
có điều khiển dễ dàng hạn chế đ-ợc dòng điện và thực hiện bảo vệ ngắn
mạch
II. Tính chọn động cơ
Các thông số kỹ thuật của hệ truyền động
M
max
= 25 N/m

=100 1000 vòng/phút.
i =3

= 0,8
J
c
= 0,008 kGm
= 1%
a. Tính toán phạm vi điều chỉnh

+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ
s/rad,=
.
.=
.n
.i=.i=
minc
mincmin
431
60
2100
3
60
2



s/rad,=
.
.=
.n
.i=.i=
maxc
maxcmax
15314
60
21000
3
60
2

+ Dải điều chỉnh tốc độ của động cơ
110 :==D
min
max


b. Chọn động cơ
Do truyền động yêu cầu trong dải điều chỉnh luôn giữ mômen không
đổi (M=const). Ta có công thức tính công suất cực đại của động cơ là:
273
8060
2100025
,=
,.

=
.M
=P
maxmax
max



(KW)
Dựa vào kết quả tính toán ta chọn động cơ loại

A

-52-6 của Nga có
các thông số kỹ thuật sau:
Công suất: P = 4.5 kW
Tốc độ định mức: n = 945 vòng/phút
Điện áp định mức: U
1
= 380 V
Dòng điện định mức: I
1
= 10.1 A
Hiệu suất

= 84.5
cos

= 0.8
I
kđ
/I
đm
: 5
M
kđ
/M
đm
: 1.4
M
max
/M
đm

: 2
Số đôi cực: 2p = 6
Mômen quán tính : J
đ
= 0.2 kGm
c.Tính toán tham số của động cơ
+ Công suất đầu vào của động cơ là:
P
vđm
= 3255
8450
54
3
11
,=
,
,
=
P
=cos.I.U.
mđ
mđ
mđmđ


(KW)
+ Gọi tổng trở một pha của stato là Z
V
ta có:
Z

V
= 7221
1103
380
3
1
1
,=
,.
=
I.
U
mđ
mđ
(

)
Mạch điện thay thế gần đúng và đồ thị vectơ của động cơ là:
+ Dòng điện sinh momen đ-ợc tính theo công thức:
829
8450
80
110
1
,=
,
,
.,=
cos
I=I

mđ
mđsq


(A)
+ Dòng điện sinh từ thông đ-ợc tính theo công thức:
332
8450
80
11102
1
,=
,
,
.,=
cos
I=I
mđ
mđsd


(A)
+ Hằng số thời gian mạch roto đ-ợc xác định theo công thức
01340
33215314
829
2
,=
,.,
,

=
I.
I
=T
mđsdmđ
mđsq
r

+ Điện kháng tản mạch stato đ-ợc tính gần đúng là:
sq
mđ
I
sin.U
=X


1
1
Trong đó cos.cossin.sin)]90(sin[sin
0

230
110
332
9720
110
829
11
,=
,

,
=
I
I
=cos,=
,
,
=
I
I
=sin
mđ
sd
mđ
sq

=>
4
0
23
0
8
0
972
0
6
0
,
=
,

.
,
,
.
,
=
sin

=> =X
1
15,478 (

)
+
ở chế độ không tải có:
6878
3
1
1
1
1
,=X
I.
U
=X=>
I
U
=X+X
sd
mđ

m
sd
f
m

(

)
+ Hệ số tản từ của động cơ đ-ợc xác định theo công thức:
1960
6878
47815
1
,=
,
,
=
X
X
=
m


+ Điện cảm tản stato đ-ợc tính là:
349
501432
47815
2
1
1

,=
.,.
,
=
f
X
=L



(mH)