thiết kế hệ truyền động nâng hạ cơ cấu cầu trục, chương 5 pps

f
đm
H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB
khi điều chỉnh tần số.
M

Chng 5:
Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức:
p
f
1
1
2



điều đó có
nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ tr-ờng quáy và do đó
dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ
khi thay đổi tần số đ-ợc
trình bày d-ới hình vẽ sau:
+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi
tần só tăng ( f>f
đm
), thì mô-
men tới hạn lại giảm (với
điện áp giữ không đổi), cụ thể
là:
2

1
1
f
M
th

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

tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các
ph-ơng pháp điều chỉnh khác.
Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn
ph-ơng án truyền động dùng ph-ơng pháp điều chỉnh tần số là
hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng nh- đáp ứng
đ-ợc yêu cầu truyền động cần trục.
I. So sánh giữa các ph-ơng án khả thi
ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi
ph-ơng pháp truyền động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến
kết luận là chỉ có hai ph-ơng án là phù hợp với yêu cầu truyền
động cần trục. Đó là:
Ph-ơng án truyền động bằng ph-ơng pháp xung điện trở roto
dùng động cơ roto dây quấn.
Ph-ơng án truyền động bằng ph-ơng pháp biến tần sử dụng
động cơ roto lồng sóc.
Để chọn ra một ph-ơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ
thuật cũng nh- chi phí vận hành d-ới đây ta sẽ đi so sánh từng
mặt của mỗi ph-ơng án.
1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh.
Về mặt này rõ ràng ph-ơng pháp xung điện trở roto chiếm
-u thế hơn. Nh- nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc
thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở ro to là
có thể điều chỉnh đ-ợc tốc độ động cơ. Với ph-ơng pháp điều
chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo
một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so
với ph-ơng pháp xung điện trở.
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi
động, khả năng đảo chiều.
Nh- đã biết ph-ơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất
là ph-ơng pháp điều chỉnh công suất tr-ợt, nh-ng ở đây công

suất mạch roto không đ-ợc đ-a tái sinh về nguồn hoặc sử dụng
hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy
ph-ơng pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt
cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10
1; đặc biệt hiệu suất điều
chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn ph-ơng pháp
điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là
hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các
ph-ơng pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều.
Cả hai ph-ơng pháp đều cho phép có đ-ợc momen khỏi
động lớn, đều có khả năng khởi động với momen bằng momen
tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần t- (I & IV); tức là
có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nh-ng với ph-ơng
pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp
với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi
nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
3. Về tính kinh tế của ph-ơng pháp truyền động.
Ph-ơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng
sóc thực tế là ph-ơng án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành
các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu t- cho bộ điều
chỉnh xung; nh-ng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto
lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành
hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh
xung. Với môi tr-ờng làm việc nặng nề của động cơ truyền
động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto
lồng sóc là hợp lý.
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành.
Do khả năng điều chỉnh tần số đ-a đến khả năng có mọi đặc
tính cơ mong muốn nên thực tế ph-ơng pháp điều chỉnh tần số
có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều đó có nghĩa

là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên.
Xét về mặt lý thuyết thì ph-ơng pháp điều chỉnh xung điện
trở dùng ít thiết bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy
hơn. Nh-ng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp phải làm
việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không
bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả
năng hỏng là tăng lên
độ an toàn tin cậy kém.
Ph-ơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin
cậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ
biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiện
nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành
của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ
đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy
do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp.
KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng
thực tế hiện nay có thể quyết định chọn ph-ơng án truyền động
dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ roto lồng sóc.
II. Chọn động cơ truyền động.
1. Chọn sơ bộ loại động cơ.
Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở ch-ơng II, tra
theo catalog, ta tra đ-ợc các thông số của động cơ cần chọn
theo điều kiện:
P
đmĐ
P
qđ
= 32,6kW.
n
đmĐ

n=433v/ph.

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

không tải
=0,67
I
1.đm
=90A I
1.không tải
=57A r
1
=0,119 x
1
=0,222 I
2
=63A
r

2
=0,19x
2
=0,16 J=4,25 kgm
2
G=860kg
k
r
=k
e
2
=0,15.10
4
.
6,3
dm
th
M
M
3,3
dm
kd
M
M
8,5
1

dm
kd
I

I
2. Kiểm nghiệm lại động cơ.
Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ
bộ, vì ở đó ta bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy. Để có thể khẳng
định chắc chắn loại động cơ với các thông số ở trên có đáp ứng
đ-ợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hành kiểm tra
lại.
Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung th-ờng
gồm các b-ớc sau:
+ Kiểm tra điều kiện khởi động.
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
+ Kiểm nghiệm quá tải mômen.
a. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.
Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải
tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải
tĩnh và phụ tải động. Tức là tính đến các giai đoạn quá độ nh-
thời gian mở máy, hãm máy. Phụ tải động của động cơ phát
sinh trong quá trình quá độ và đ-ợc xác định từ quan hệ:
dt
d
JM
cdg


Tr-ớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động
thẳng quy đổi sang trục động cơ:
2
2
23
2

2
2
.1,2
577
3,0.10.21.365 365
mkg
n
vG
GD
n

Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên
trục của động cơ là 3kGm
2
.
Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đ-ợc quá 0,2
m/s
2
, do đó thời gian mở máy nhỏ nhất t-ơng ứng là:
t
mm
=v
n
/a = 5.v
n
= 5.0,3 =1,5 (s).
trong đó: v
n
_ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu
khi khởi động (m/s

2
).
Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ
nhỏ hơn 0,6
0,7 (m/s
2
). Do đó thời gian hãm máy khi hạ
không tải t-ơng ứng là:
t
mh
= v/a =5.0,3 = 1,5 (s).
Từ đó ta tính đ-ợc mô-men d- khi nâng tải định mức là:
mkGM
d
.5,11
5,1375
577)31,225,4(2,1






Mô-men cản lớn nhất của động cơ: M
max
= 136,9 + 11,5 =
148,4 kG.m =1454 N.m
Mô-men d- khi hạ không tải: M
d.h0
= 148,4 (10) =138,4

kG.m
Mô-men d- khi nâng không tải: M
d.n0
= 148,4 20,6 = 127,8
kG.m
Thời gian mở máy khi hạ không tải:
)(12,0
4,138375
577)31,225,4.(2,1
0
st
h






và thời gian mở máy khi nâng không tải:
)(14,0
8,127375
577)31,225,4(2,1
0
st
n

Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh-
hình H3.4.
Từ biểu đồ phụ tải dựng đ-ợc ta có nhận xét rằng: Các thời
gian quá độ trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể
so với thời gian động cơ làm việc ổn định. Cụ thể là tổng thời
gian quá độ t
qd
= (1,5 + 0,12 + 0,14 + 4.1,5 ) = 7,9 (s) <<
thời gian làm việc
t
lv
=198,6 (s). Hơn nữa ở giai đoạn tính
chọn sơ bộ động cơ đ-ợc tính theo ph-ơng pháp mô-men đẳng
trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát
nóng.
M, P
t

t
b. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.
Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng
bộ, cần xét đến hiện t-ợng sụt áp của l-ới điện. Thông th-ờng,
cho phép sụt áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong
tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:
M
th
=(90%)
2
.M

th
=0,81.M
th
(M
th
_ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ).
Từ số liệu tra đ-ợc của động cơ đã chọn ta tính đ-ợc:
+ Mô-men định mức của động cơ là:
mN
n
P
M
dm
dm
dm
.515
705
389550
9550





+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
mNM
D
.45,1251351581,0
max

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi
nâng tải định mức là 1454N.m
Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men.
c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.
Ta có: NmMM
dmkd
17005,16995153,33,3
Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là:
M
c.max
=1340Nm.
H3.4. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và

(t)