ĐỒ ÁN Tìm hiểu về công nghệ cầu trục

Đồ án tốt nghiệp

Mục Lục
IV.Thiết kế phần mềm điều khiển..............................................114. 1
Chơng I: Tìm hiểu về công nghệ cầu trục...................................4
I.Động cơ một chiều.......................................................................13
Chơng V. Thiết kế hệ điều khiển cầu trục................................78
I.Hệ thống cầu trục cũ của nhà máy thuỷ điện Ialy 78
II.Thiết kế hệ thống mới..............................................................79
3. Tính toán và chọn điện trở hãm cho biến tần.........................................90
IV.Thiết kế phần mềm điều khiển..............................................114
IV.Khai báo chế độ điều khiển cho biến tần.......................115
Tài liệu tham khảo.............................................................................125
Phụ lục......................................................................................................126

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

1


Đồ án tốt nghiệp

Lời Mở đầu
Trong quá phát triển công nghiệp của đất nớc ta hiện nay, nhu cầu về tự
động hóa đang là một trong những yếu tố đợc đặt nên hàng đầu. Điều này đảm
bảo cho nhiều nghành công nghiệp có đợc thế đứng của mình trong điều kiện
cạnh tranh khác nhiệt của nền kinh tế thị trờng ngày nay. Trong quá trình sản
xuất, máy nâng vận chuyển đóng một vai trò rất quan trọng đặc biệt trong
những nghành công nghiệp nặng. Máy nâng-vận chuyển là cầu nối giữa các
hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xởng trong một nhà
máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất.

Hiện nay có rất nhiều giải pháp trong việc lựa chọn hệ điều khiển
truyền động cầu trục. Mỗi hệ thống điều khiển truyền động đều có những u và
nhợc điểm riêng, việc chọn lựa hệ truyền động điều khiển cầu trục nào phụ
thuộc vào rất nhiều yếu tố: Tính chất, số lợng hàng hóa cần vận chuyển và đặc
thù của quá trình sản xuất.
ứng dụng biến tần và PLC trong hệ điều khiển cầu trục công suất lớn là
một trong những phơng pháp ứng dụng hệ điều khiển truyền động hiện đại
nhất vào điều khiển cần trục. Hệ điều khiển truyền động này còn có thể ứng
dụng trong nhiều quá trình sản xuất khác trong công nghiệp đòi hỏi chỉ tiêu
chất lợng truyền động cao, điều khiển chính xác hệ thống băng tải, công nghệ
dệt...
Trong thời gian gần 4 tháng tiến hành nghiên cứu và làm đồ án, đợc sự hớng dẫn nhiệt tình, sát sao của thầy giáo Đào Đức Thịnh, chúng em đã hoàn
thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của mình.
Tuy nhiên, do còn sự hạn chế của thời gian cũng nh kinh nghiệm. Đồng
thời giữa lý thuyết và thực tế là một khoảng cách khá xa cho nên bản thiết kế
tốt nghiệp của chúng em không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong
đợc sự chỉ bảo, giúp đỡ của các thầy cô để em có thể hiểu rõ hơn về vấn đề
nghiên cứu của mình.

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

2


Đồ án tốt nghiệp

Trớc khi trở thành ngời kỹ s, cho chúng em gửi lời cảm ơn tới tất cả các
thầy, các cô trong trờng Đại học bách khoa Hà Nội nói chung, các thày cô
giáo trong bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp nói riêng, KS Bùi
Thắng Mỹ PGĐ kỹ thuật công ty VATCO, đặc biệt là thầy giáo Đào Đức

Thịnh đã chỉ bảo, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình hoàn thành đề tài
này.

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2005
Sinh viên
PHạm Văn Hoàng
Đoàn trung kiên

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

3


Đồ án tốt nghiệp

Chơng I: Tìm hiểu về công nghệ cầu trục
I.Tổng quan về cầu trục
1.Khái quát chung về các máy nâng vận chuyển
Sự phát triển kinh tế của mỗi nớc phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ
giới hóa và tự động hóa các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất, máy
nâng- vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng. Máy nâng-vận chuyển là cầu
nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xởng
trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất
v.v
Tính chất và số lợng hàng hóa cần vận chuyển tuỳ thuộc vào đặc thù
của quá trình sản xuất.
Trong ngành khai thác mỏ, trên các công trình thuỷ lợi, trên các công
trờng xây dựng nhà máy thuỷ điện, xây dựng công nghiệp, xây dựng dân dụng
v.v , phần lớn các công việc nặng nề nh bốc, xúc, đào, khai thác đất đá đều
do các máy nâng-vận chuyển thực hiện.

Trong các nhà máy chế tạo cơ khí, máy nâng vận chuyển dùng để vận
chuyển phôi, bán thành phẩm và thành phẩm từ nhà máy này sang nhà máy
khác, từ phân xởng này sang phân xởng khác.
Việc sử dụng các máy nâng-vận chuyển trong các hạng mục công trình
lớn sẽ làm giảm đáng kể thời gian xây dựng, giảm bớt số lợng công nhân
(khoảng 10 lần). Đặc biệt một số nơi chỉ có thể vận chuyển bằng máy.
a.Phân loại máy nâng-vận chuyển
Phụ thuộc vào đặc điểm của hàng hóa cần vận chuyển, kích thớc, số lợng và phơng vận chuyển mà các máy nâng-vận chuyển rất đa dạng. Việc
phân loại một cách hoàn hảo các máy nâng-vận chuyển rất khó khăn. Có thể
phân loại các máy nâng-vận chuyển theo các đặc điểm chính sau.
- Theo phơng vận chuyển hàng hóa:
+Theo phơng thẳng đứng: Thang máy, máy nâng
+Theo phơng nằm ngang: Băng chuyền, băng tải
+Theo phơng nằm nghiêng: Xe kíp, thang chuyền, băng tải
+Theo các phơng kết hợp: Cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy
xúc v.v
- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:
+Máy nâng-vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang
chuyền, băng tải, băng chuyền v.v
+Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần trục con dê, các loại cầu
trục, cần trục v.v
+Di chuyển quay với một góc quay tới hạn: cần cẩu tháp, máy
xúc v.v
- Theo cơ cấu bốc hàng:
+Cơ cấu bốc hàng là thùng cabin, gầu treo
+Dùng móc, xích treo, băng.
+Cơ cấu bốc hàng nam châm điện.
Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

4

Đồ án tốt nghiệp

- Theo chế độ làm việc:
+Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền
+Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục v.v
b.Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ thống truyền động điện
máy nâng-vận chuyển
Máy nâng-vận chuyển thờng đợc lắp đặt trong nhà xởng hoặc để ở
ngoài trời. Môi trờng làm việc của các máy nâng-vận chuyển rất nặng nề, đặc
biệt là ngoài hải cảng, các nhà máy hóa chất, các xí nghiệp luyện kim
Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của
các máy nâng-vận chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt
nghã của môi trờng, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai
thác.
Đối với hệ truyền động điện cho băng chuyền và băng tải, phải đảm bảo
khởi động động cơ truyền động khi đầy tải, đặc biệt là vào mùa đông, khi
nhiệt độ môi trờng giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm
tăng đáng kể mômen cản tĩnh Mc (hình 1-1). Trên đồ thị ta thấy: Khi = 0 ,
Mc lớn hơn 2 ữ 2,5 lần ứng với tốc độ định mức.
Đặc điểm trên cũng đúng với một số máy nâng-vận chuyển khác nh
thang chuyền, băng chuyền
Động cơ truyền động cầu trục, nhất là đối với cơ cấu nâng hạ, mômen
thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Khi không có tải trọng mômen của động cơ
không vợt quá(15 ữ 20)% Mđm , đối với cớ cấu nâng của cần trục gầu ngoạm
đạt tới 50% Mđm ,đối với động cơ di chuyển xe con bằng (35 ữ 50)% M đm , đối
với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 ữ 55)% Mđm.
Năng suất của máy nâng- vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải
trọng của thiết bị và số chu kì bốc, xúc trong một giờ. Số lợng hàng hóa bốc

xúc mỗi một chu kì không nh nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, cho nên
phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60 ữ 70)% công suất định mức của động cơ.
Do điều kiện làm việc của máy nâng-vận chuyển nặng nề, thờng xuyên
làm việc trong chế độ quá tải nên các máy nâng-vận chuyển đợc chế tạo có độ
bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn.
c.Yêu cầu đối với hệ truyền động và trang bị điện cầu trục
Cầu trục là một thiết bị nâng vận chuyển dùng trong các xí nghiệp công
nghiệp để vận chuyển nguyên vật liệu. Cầu trục có ba cơ cấu chính:
-Cơ cấu nâng hạ.
-Cơ cấu di chuyển xe cầu.
-Cơ cấu di chuyển xe cam (xe trục).
Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đợc xác định từ các yêu cầu
của quá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây truyền sản xuất.
Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống
điều khiển và hệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể.
Cầu trục trong phân xởng luyện thép lò Machtanh, trong các phân xởng
nhiệt luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong chế độ quá độ. Cầu trục

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

5


Đồ án tốt nghiệp

trong các phân xởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều
chỉnh tốc độ rộng, dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng v.v
Từ những đặc điểm trên, có thể đa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ
truyền động và trang bị điện cho các cơ cấu của cầu trục:
- Sơ đồ cầu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế
dễ dàng.
- Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ quá tải và ngắn mạch.
- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật định sẵn.
- Sơ đồ điều khiển cho từng chuyển động riêng biệt, độc lập.
- Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho xe cầu, xe con;
hạn chế hành trình lên của cơ cấu nâng hạ.
- Đảm bảo nâng hạ hàng ở tốc độ thấp.
Từ những yêu cầu trên ta thấy :
-Với hệ truyền động: có thể dùng hệ truyền động xoay chiều hay một
chiều tùy thuộc vào chế độ làm việc của cầu trục:
So với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ không có hệ thống
cổ góp và chổi than nên kết cấu của nó gọn nhẹ hơn, dễ vận hành và sửa chữa
hơn. Ngày nay do sự phát triển của công nghệ bán dẫn nên giá thành của biến
tần ngày càng hạ với khả năng điều khiển tốc độ rộng, trơn do vậy những u thế
về điều khiển tốc độ động cơ một chiều không còn nữa. Vì thế xu hớng chủ
yếu khi thiết kế và chế tạo hệ truyền động điện cho cầu trục là thờng chọn hệ
truyền động biến tần- động cơ xoay chiều.
-Với hệ thống điều khiển:
Có thể dùng hệ điều khiển với các công tác tơ, rơle, khởi động từ là các
tiếp điểm hay dùng các khí cụ phi tiếp điểm. Ngày nay với sự phát triển của
điện tử tin học hệ điều khiển các tiếp điểm trên có thể đợc thay thế bởi các
máy tính, các hệ PLC có độ tin cậy cao, khả năng điều khiển linh hoạt, dễ
dàng thay đổi chơng trình điều khiển.
II. Tính chọn các phần tử trong hệ truyền động điện
và trang bị điện cầu trục.
1. Tính chọn công suất động cơ
a.Động cơ truyền động cơ cấu nâng-hạ
Động cơ truyền động cơ cấu nâng-hạ giữ vai trò quan trọng trong các
máy nâng-vận chuyển nói chung và trong cầu trục nói riêng. Động cơ truyền

động cơ cấu nâng-hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, nên khi chọn công
suất động cơ phải tính đến cả tải động.
*Tính toán phụ tải tĩnh. Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng-hạ chủ yếu là do
tải trọng quyết định. Để xác định phụ tải tĩnh, phải dựa vào sơ đồ động học
của cơ cấu nâng-hạ cụ thể. Giả sử có sơ động học nh hình 1- 1
Phụ tải tĩnh khi nâng có tải:

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

6


Đồ án tốt nghiệp

Mn =

(G + G0 ) Rt
, [Nm]
ui c

Trong đó:
G Trọng lợng của tải trọng
[Nm].
G0 Trọng lợng của bộ lấy tải
[Nm].
Rt Bán kính của tang nâng
[Nm].
U Bội số của hệ thống ròng rọc.
c _ Hiệu suất của cơ cấu.
I Tỉ số truyền

I=

2Rt .n
u.v

Trong đó:
V Tốc độ nâng tải [m/s].
N Tốc độ quay của động cơ
[vg/s].
Hình 1-1: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng- hạ dùng móc
Trong các công thức tính trên, hiệu suất c lấy bằng định mức khi tải
trọng bằng định mức,
cần xác định c
c
theo tải trọng nh hình
1- 2
Xác định c
dựa theo hệ số mang
tải:
K=

Pc
Pcdm

- Phụ tải tĩnh khi
nâng tải:
Mno=

dm = 0.85

G0 Rt
,
u.i. c

[Nm]
- Phụ tải tĩnh khi
hạ tải
Có thể có hai chế độ
Hình 1-2: Quan hệ phụ thuộc theo tải trọng
hạ tải : Hạ động lực
và hạ hãm.
Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ. Khi mômen do tải trọng gây ra
không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ
động cơ.
Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

7


Đồ án tốt nghiệp

Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn. Khi đó mômen do tải trọng gây
ra rất lớn. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữa cho tải trọng đợc hạ
với tốc độ ổn định( chuyển động không có gia tốc).
Để xác định mômen trên trục của động cơ khi hạ tải, cần thực hiện vài
phép biến đổi sau:
Gọi mômen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là
Mt thì:
Mt =

(G0 + G ) Rt
, [Nm]
u.i

Khi hạ tải, năng lợng đợc truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền
động, nên:
Mh = Mt - M = Mt . c , [Nm]
(1-1)
Trong đó: Mh Mômen trên trục động cơ khi hạ tải ,[Nm]
M Tổn thất mômen trong cơ cấu khi hạ tải.
c - Hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.
Nếu Mt > M hạ hãm, Mt < M hạ động lực.
Coi tổn thất trong cơ cấu nâng-hạ khi nâng tải và khi hạ tải nh nhau, thì:

M =

1
Mt
- Mt = M t ( - 1 )
c
c

Do đó:
1

1

Mh = Mt Mt ( - 1 ) = Mt(2 - )
c
c

=

1
(G0 + G ) Rt
(2 - )
u.i
c

(1-2)

So sánh hai biểu thức 1- 1 và 1- 2 ta có:
c = 2 -

1
c

Đối với những tải trọng tơng đối lớn ( c > 0,5) ta có h > 0 , Mh > 0.
Điều đó có nghĩa là mômen động cơ ngợc chiều với mômen phụ tải. Động cơ
làm việc ở chế độ hạ hãm. Khi tải trọng tơng đối nhỏ ( c < 0,5) thì h > 0,
Mh < 0 , Mômen động cơ cùng chiều với mômen phụ tải. Động cơ làm việc ở
chế độ hạ động lực.
*Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối TĐ%. Chu kì làm việc của cơ cấu
nâng-hạ bao gồm các giai đoạn sau: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng
không tải(giữa các giai đoạn thờng có thời gian nghỉ).
Khi tính toán hệ số tiếp điện tơng đối, chúng ta bỏ qua thời gian hãm
máy và mở máy.
Thời gian toàn bộ 1 chu kì làm việc của cơ cấu nâng-hạ có thể tính đợc
theo năng suất Q và tải trọng định mức Gđm.
Tck =

3600Gdm
, [s]
Q

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

8


Đồ án tốt nghiệp

TĐ% =

Tlv
.100%
Tck

Trong đó: Tlv thời gian làm việc của một chu kì, xác định theo điều kiện
làm việc cụ thể của cơ cấu.
*Chọn sơ bộ công suất động cơ.
Chọn sơ bộ công suất động cơ có thể theo phụ tải trung bình M tb, hoặc
theo phụ tải đẳng trị Mđt kết hợp với hệ số tiếp điện tơng đối TĐ%
Phụ tải trung bình, phụ tải đẳng trị tính theo các biểu thức sau:
n

Mtb = k .

M i .ti
i =1

Tck

n

Mđt =

M i2 t i

i =1

Tck

Trong đó:

Mi trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti.
K=(1,2 ữ 1,3) hệ số , phụ thuộc vào độ nhấp nhô của đồ thị
phụ tải, tần số mở máy, hãm máy.
Điều kiện để chọn công suất động cơ:
MđmĐC Mtb
MđmĐC Mđt
*Kiểm nghiệm
Để kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn, cần phải xây dựng biểu đồ
phụ tải chính xác. Sau khi đã xét đến thời gian mở máy, hãm máy và thời gian
nghỉ của động cơ, tính lại thời gian tiếp điện tơng đối thực.
TĐ%th =

t i + t ih + t imm
Tck

Trong đó: ti : Tổng thời gian làm việc

tih : Tổng thời gian hãm
timm : Tổng thời gian mở máy
và tính phụ tải chính xác theo đại lợng đẳng trị Mđtcx
Động cơ đã chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu:
Mtc < MđmĐC
TD th %
TDtc %

Mtc = Mđtcx
Trong đó: Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn
TĐtc% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn
b)Tính chọn công suất động cơ cho các cơ cấu di chuyển theo phơng
nằm ngang
Ví dụ điển hình cho cơ cấu di chuyển ngang theo phơng nằm ngang là
cơ cấu xe cầu và xe con của cầu trục. Sơ đồ lực đợc giới thiệu trên hình1-3

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

9


Đồ án tốt nghiệp

Phụ tải tĩnh của cơ cấu
là do lực cản chuyển động gây
ra. Lực đó bao gồm hai thành
phần chính: lực ma sát lăn trên
đờng đi Fl và lực ma sát trong
cổ trục bánh xe Fct.
Thành phần Fl đợc xác

định theo biểu thức:
Fl =

(G0 + G ). f
, [N]
Rb

Hình 1-3: Sơ đồ lực của cơ cấu
di chuyển theo phương ngang

Trong đó:
G0: Trọng lợng bản thân cơ cấu, [N]
G : Trọng lợng tải trọng, [N]
Rb: Bán kính bánh xe, [cm]
f : Hệ số ma sát lăn ,[cm]
Nếu bánh xe bằng thép lăn trên đờng ray f = (0,05 ữ 0,1) cm
Thành phần lực Fct đợc xác định theo biểu thức:

Fct = (Go + G) à ,[N]
Nếu dời điểm đặt của lực này về vành bánh xe thì tính theo biểu thức:
Fct = (Go + G) à

Rct
,[N]
Rb

Trong đó:
à là hệ số ma sát trợt : Khi dùng ổ trợt à = 0,08 ữ 0,05 ; khi
dùng ổ bi à = 0,01 ữ 0,05
Rct : Bán kính cổ trục, [cm]

Toàn bộ lực đặt lên bánh xe là:
Fc = Fl + Fct =

G0 + G
( àRct + f ) , [N]
Rb

Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đờng ray, phải tính đến lực cản
ma sát giữa mép bánh xe và đờng ray. Lực đó đợc tính thêm bằng hệ số dự trù
k, và toàn bộ lực cản trong trờng hợp này sẽ là:
Fc = k.Fc = k.

G0 + G
( àRct + f ) , [N]
Rb

Hệ số k đợc lấy từ thực tế và kinh nghiệm vận hành.
Ví dụ : Đối với cầu khi dùng ổ bi: k = 1,25 ữ 2; khi dùng ổ trợt
k = 2,5 ữ 4. Đối với xe con tơng ứng là k = 1,25 ữ 1,6 và k = 2,5 ữ 3,2
Nếu cơ cấu di chuyển trên đờng dốc có góc nghiêng là , toàn bộ lực
cản đợc tính theo biểu thức:

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

10


Đồ án tốt nghiệp

Fc =

G0 + G
( àRct + f ) cos (G0 + G)sin , [N]
Rb

Đối với các cơ cấu làm việc ngoài trời, cần phải tính thêm lực cản của gió:

g

2
2
Fg = C q.v + 0,1qv ,[N]

Trong đó:
C hệ số kinh nghiệm = 0,8 ữ 0,9
trọng lợng riêng của không khí, 12N/m3
q diện tích cản gió [m3]
g gia tốc trọng trờng 9,8 m/s2
v tốc độ tổng của cơ cấu và gió, [m/s]
Công suất và mômen trên trục của động cơ đợc tính theo biểu thức sau:
Fc .v
, [kW]
60.1000
F .R
Mc = c b ,[Nm]
i.

Pc =

Trong đó:

Pc , Mc công suất và mômen cản trên trục động cơ
Rb bán kính bánh xe
i tỉ số truyền
hiệu suất của cơ cấu
v tốc độ di chuyển theo ngang của xe
Chọn công suất động cơ, kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn tiến
hành theo các bớc nh đã nêu trên.
2.Tính toán và chọn cơ cấu phanh hãm
Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu chính của cầu
trục. Phanh dùng trong cầu trục thờng có ba loại: Phanh guốc, phanh đĩa và
phanh đai. Nguyên lý hoạt động của các loại phanh nói trên về cơ bản giống
nhau. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lới điện thì đồng thời cuộn dây của
nam châm phanh hãm cũng có điện. Lực hút của nam châm thắng lực cản của
lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi cắt điện, cuộn dây
nam châm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục
động cơ, để hãm.
Phanh điện từ thờng chế tạo theo hai kiểu: Hành trình phần ứng
dài(hàng chục mm) và hành trình phần ứng ngắn (vài mm). Loại hành trình
dài yêu cầu lực hút nhỏ, nhng kết cấu cơ khí cồng kềnh và phức tạp. Thực tế
thờng dùng phanh hãm hành trình ngắn.

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

11


Đồ án tốt nghiệp

Sơ đồ động học của cơ cấu phanh đai và phanh guốc giới thiệu trên hình 1-4

b
Fs1

Fs2
L

a

A

F2

F1

NC

a
GL

a
l2

Gnc

NC
L

C

G pb

GL
C l
2

l
l1
a)

Gnc

G ph

l
b)

l1

Hình 1-4: Sơ đồ động học của phanh hành trình dài
a-Phanh đai ; b-Phanh guốc

Khi cuộn dây của nam châm có điện, lực hút của nam châm sẽ nâng
cánh tay đòn L lên, làm cho đai phanh (hoặc guốc phanh) không ép chặt vào
trục động cơ. Khi mất điện, do tự trọng của nam châm G nc và đối trọng phanh
Gph cánh tay đòn hạ xuống và đai phanh ghì chặt trục động cơ.
Đối với loại phanh hành trình ngắn, khi mất điện, dới tác dụng của lực
lò xo, đai phanh sẽ ép chặt vào trục động cơ.
Khi chọn cơ cấu phanh cần chú ý đến 3 thông số cơ bản: điện áp làm
việc, hệ số tiếp điện tơng đối(TĐ%) và độ dài hành trình của phần ứng(hoặc
trị số góc quay lớn nhất).

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

12


Đồ án tốt nghiệp

Chơng II: Điều khiển đông cơ
I.Động cơ một chiều
1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều
chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi.
Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên
phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng
thờng đợc áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn
điều áp nh : máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại
từ Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của l ới điện thành
dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo
yêu cầu.
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
n=

R +Rf
U
u
M
K E K E K M 2

Ta có tốc độ không tải lý tởng: n0 = Uđm/KE đm.Và độ cứng của đờng
đặc tính cơ:
=

dM
K K 2
= E M
dn
Ru + R f

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý
tởng sẽ thay đổi nhng độ cứng của đờng đặc tính cơ thì không thay đổi.
Nh vậy, khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đờng đặc tính cơ không
thay đổi. Họ đặc tính cơ là những đờng thẳng song song với đờng đặc tính cơ
tự nhiên:
n
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Uđm )

MC

U1
U2
U3 M

Uđm > U1 > U2 > U3
ncb > n1 > n2 > n3

Hình 2. 1 Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực
chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản n cb. Đồng thời
điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi
một cách liên tục và ngợc lại.
Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

13


Đồ án tốt nghiệp

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = . Nhng trong thực tế động
cơ điện một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm
việc ở phạm vi cho phép: Umincp = Uđm/10, nghĩa là phạm vi điều chỉnh:
D = ncb/nmin = 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < U mincp thì do phản ứng phần ứng
sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đờng đặc tính cơ nên đợc
dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb.
* u điểm: Đây là phơng pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể
điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tởng.
* Nhợc điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi đợc nên vốn đầu t
cơ bản và chi phí vận hành cao.
2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
+

U
ẹ
CKẹ
+



Iử
RKẹ

UKT





-

Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều
chỉnh moment điện từ của động cơ M = KMI và sức điện động quay của động
cơ.
E = KEn. Thông thờng, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ
nguyên giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình,
ngời ta thờng sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông
do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ
biến đổi đặc biệt nh: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến
đổi van
Thực chất của phơng pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì

dòng điện kích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hỏng cuộn dây kích từ. Do đó, để
điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với
định mức. Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n = U/KE.
Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KMIn nên khi giảm sẽ làm cho
Mn giảm theo.
Độ cứng của đờng đặc tính cơ:
K E K M 2
=
R

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

14


Đồ án tốt nghiệp

Khi giảm thì độ cứng cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có
họ đờng đặc tính cơ khi thay đổi từ thông nh sau:
n
n1
n2
ncb

2

1

ủm > 1 > 2
ncb < n1 < n2

đm M
0 MC M2 M1 Mn
Hình 2. 3 Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều
chỉnh đợc tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng
đến vô cùng. Nhng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:
nmax = 3ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/ncb = 3/1.
Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi
điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ
không thể đổi chiều dòng điện và chịu đợc hồ quang điện. Do đó, động cơ
không đợc làm việc quá tốc độ cho phép.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có
thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn n cb. Phơng pháp này
đợc dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giờng. Do quá trình điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện trên mạch kích từ nên tổn
thất năng lợng ít, mang tính kinh tế. Thiết bị đơn giản.
3.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch
phần ứng
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng có thể đợc dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phơng pháp này điện trở phụ đợc mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ
theo sơ đồ nguyên lý nh sau:
+
U
Iử

Rf
E

CKẹ
+ R UKT
Hình 2. 4 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh Kẹ
tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện
trở phụ trên mạch phần ứng.
Ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập:
n=

Ru + R f
U

M
K E K E K M 2

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

15


Đồ án tốt nghiệp

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R f ta nhận thấy tốc độ không tải lý tởng: và độ cứng của đờng đặc tính cơ:
n0 =

U dm
;
= const
K E dm

=

K E K M 2 dm
Ru + R f

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đờng
đặc tính cơ càng dốc. ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đờng đặc tính cơ
tự nhiên đợc tính theo công thức sau:
TN =

K E K M 2 dm
Ru

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đờng đặc tính cơ tự nhiên có độ
cứng lớn hơn tất cả các đờng đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần
ứng. Vậy khi thay đổi giá trị Rf ta đợc họ đặc tính cơ nh sau:
n
n0
ncb
n1
n2

TN

0 < Rp1 < Rp2 < Rp3
ncb > n1 > n2 > n3

Rp1

n3

Rp2

0

MC R
p3

M, I

Hình 2. 5 Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch
phần ứng đợc giải thích nh sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc
độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I đột
ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên cha kịp biến đổi. Dòng
I giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm
việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n cb.
Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phơng pháp này sẽ cho
những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa
n3
Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:
D = ncb/nmin .
Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lợng phụ tăng. Khi động cơ
làm việc ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên,
để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều
chỉnh: D = ( 2 3 )/1.
Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng
điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phơng pháp

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

16


Đồ án tốt nghiệp

này đợc dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dới tốc độ cơ bản. Và
tuyệt đối không đợc dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên
mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb.
* u điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thờng dùng cho các động cơ cho cần
trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
* Nhợc điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào
càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi
phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng
thấp thì tổn hao phụ càng tăng.
*Nhợc điểm chung của cả ba phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều trên là độ cứng đặc tính cơ thấp. Để tăng độ cứng đặc tính cơ ta sử dụng
phơng pháp điều chỉnh vòng kín, có các phơng pháp điều chỉnh phản hồi để
tăng độ cứng đặc tính cơ:
-Hệ thống truyền động điện với phản hồi dơng dòng điện
ĐC : Bộ điều chỉnh U = Uđ + Ui
Ui : Tín hiệu phản hồi dòng điện Ui= iI
Uđ: Tín hiệu đặt
KB: Hệ số khuếch đại bộ biến đổi
KB

KẹC

Boọ ẹC

U

Uủ

+
Uủk

Ui

BBA
(EB)

U

ẹ

CKẹ
-

ẹ0

Phơng trình đặc tính cơ hệ kín
=

Kb.Kdc.Ud
K

-

R - Kb.Kdc.i
( K) 2

.M

Độ cứng đặc tính cơ hệ kín:
K

( K ) 2
= R- Kb.Kdci

Độ cứng đặc tính cơ hệ hở:
h

=

( K ) 2
R -

So sánh

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

17


Đồ án tốt nghiệp

K

> h

Muốn tăng độ cứng đặc tính cơ K ta phải tăng hệ số khuếch đại bộ
điều chỉnh Kđc
R-

Kđc= K
B i
- Hệ thống truyền động điện với phản hồi âm tốc độ
FT : Máy phát tốc độ U =
KB

KẹC
U

+

Boọ ẹC

Uủk

- U

BBA
(E B)

U

ẹ

:

CKẹ
FT

ẹ0

hệ số phản hồi tốc độ
Phơng trình đặc tính cơ hệ kín:
K B .K dc .U d

R -

= K + K K - K (KK+ K .K . ) .M
B dc
B
dc
Độ cứng đặc tính cơ hệ kín:
K

=

( K) 2 + KKb.Kdc
R -

Độ cứng đặc tính cơ hệ hở:
h

=

( K ) 2
R -

So sánh:
K

> h

Thấy độ cứng đặc tính cơ hệ kín lớn hơn hệ hở,muốn tăng độ cứng đặc

tính cơ K ta phải tăng hệ số khuếch đại bộ điều chỉnh Kđc,Kđc tăng thì K

tăng, hệ số khuếch đại bộ điều chỉnh Kđc tăng dần đến thì độ cứng đặc tính
cơ hệ kín K cũng tăng dần đến hệ thống sẽ mất ổn định nên:

Kđc Kgh : biên giới ổn định

II.Giới thiệu về động cơ không đồng bộ và các cách
điều khiển

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

18


Đồ án tốt nghiệp

1. Nguyên lý điều chỉnh khi thay đổi điện trở trên mạch roto (thay đổi
hệ số trợt)
Đây là phơng pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và đợc sử dụng rộng
rãi trong thực tế nhất là đối với các động cơ không đồng bộ roto quấn dây. Sơ
đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch roto
Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n. Muốn
điều chỉnh tốc độ của động cơ, ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của roto.
Tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ cha kịp thay
đổi, lúc này dòng và mômen giảm nên tốc độ động cơ giảm. Nhng khi tốc độ
giảm thì độ trợt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên mạch roto E 2 tăng, do
đó dòng ở mạch roto tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng.
o

I1o

I2




KĐB



o

n
n1
ncb
n1.1

n1.2
n1.3



rf

a
b
c
d

rf = 0
rf1
rf2

Mc

Mt rf3

M

a) Sơ đồ nguyên lý
b) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ
Khi đa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trợt ứng với mômen cực đại
lúc này là:
Stf =

r '2 + r ' f
r 1 2 + rn 2

Do đó, khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch roto thì hệ số trợt Stf sẽ
thay đổi và làm cho tốc độ động cơ thay đổi.
Từ các đờng đặc tính trên hình vẽ (2-1), ta thấy với trị số phụ tải không
đổi, rf càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp
rf1 < rf2 < rf3
ncb > n1 > n2 > n3
Khi Mc bằng hằng số thì động cơ làm việc xác lập tơng ứng với các
điểm a, b, c, d. Tốc độ của động cơ càng thấp thì tổn hao càng lớn, độ cứng
của đờng đặc tính cơ bị giảm. Khi cho điện trở phụ vào càng lớn thì phạm vi

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

19


Đồ án tốt nghiệp

điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải và phụ tải càng lớn thì phạm vi
điều chỉnh càng hẹp
Nhận Xét.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách
thay đổi điện trở phụ mạch roto có các u điểm sau:
- Có tốc độ phân cấp.
- Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản.
- Hạn chế đợc dòng mở máy.
- Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đa điện trở phụ vào mạch roto
- Các thao tác điều chỉnh đơn giản.
- Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp.
Mặc dù có các u điểm nh trên nhng vẫn còn các nhợc điểm sau:

- Tốc độ ổn định kém
- Tổn thất năng lợng lớn.
ứng dụng
Đây là phơng pháp đợc sử dụng rộng rải, mặc dù không đợc kinh tế lắm.
Thờng đợc dùng đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại
và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ không cao nh cầu trục, cơ cấu
nâng, cần trục, thang máy và máy xúc
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi số đôi cực
Trong nhiều trờng hợp các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều
n1 =

60 f 1
P

chỉnh tốc độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp.Đối với động cơ không
đồng bộ ba pha, ta có tốc độ của từ trờng quay:
n = n1(1-s)
Do đó khi thay đổi số đôi cực thì n 1 sẽ thay đổi, vì vậy tốc độ của động
cơ thay đổi.
Để thay đổi số đôi cực P ta thay đổi cách đấu dây và cũng là cách thay
đổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ.
Khi thay đổi số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stato và roto là nh nhau.
Nghĩa là khi thay đổi số đôi cực ở stato thì ở roto cũng phải thay đổi theo. Do
đó rất khó thực hiện cho động cơ roto dây quấn, nên phơng pháp này chủ yếu
dùng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và loại động cơ này có khả
năng tự biến đổi số đôi cực ở roto để phù hợp với số đôi cực ở stato.
Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ, mỗi pha stato phải có ít nhất là hai
nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau. Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì
kích thớc, trọng lợng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thờng dùng tối
đa là bốn cấp tốc độ.

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số
đôi cực có u điểm sau:
- Thiết bị đơn giản, giá thành hạ.
Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

20


Đồ án tốt nghiệp

- Các đờng đặc tính cơ đều cứng và tổn thất phụ không đáng kể.
- Động cơ làm việc chắc chắn.
- Điều chỉnh và khống chế tốc độ khá đơn giản.
Nhng vẫn có các nhợc điểm sau:
- Kích thớc động cơ lớn.
- Phạm vi điều chỉnh không rộng lắm
Dmax = 8
- Chỉ cho những tốc độ cấp với độ nhảy cấp khá lớn.
- Hiệu suất sử dụng dây quấn thấp.
- Cấu tạo của động cơ tơng đối phức tạp, nặng nề và giá thành cao.
Đây là phơng pháp đợc ứng dụng trong các máy nh máy mài vạn năng,
thang máy nhiều tầng, máy nâng trong hầm mỏ và còn dùng trong một số máy
cắt kim loại, bơm ly tâm và quạt thông gió.
3. Điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cánh thay đổi điện áp
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp thực
hiện nh sau:
Để thay đổi điện áp, ngời ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy theo tín
hiệu điều khiển đặt vào.
U1~
o

n

o

Uủk

U2.2

BBĐ
o

U2.1

TN (Uđm)

St




KĐB




0

M

M

tu

t

M

Hình 5-1. a) Sơ đồ nguyên lý
b) Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp
Ưu nhợc điểm:
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay
đổi điện áp nguồn đợc sử dụng rộng rải, nhất là bộ điều chỉnh dùng thyristor
vì thực hiện dể dàng và tự động hóa. Xét về chỉ tiêu năng lợng, tuy tổn thất
trong bộ biến đổi không đáng kể nhng điện áp stato bị biến dạng so với hình
Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

21


Đồ án tốt nghiệp

sin nên tổn thất phụ trong động cơ lớn do đó hiệu suất không cao. Mặt khác
khi điện áp lới suy giảm theo phơng trình đặc tính cơ mômen tới hạn sẽ giảm
bình phơng lần độ suy gảm của điện áp
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp thờng dùng
trong hệ truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh quạt thông
gió, bơm ly tâm,
4. Điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cánh thay đổi tần số
a.Nguyên lý và quy luật điều chỉnh khi thay đổi tần số

n1 =

Từ biểu thức:

60 f 1
P

Ta thấy, tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi nếu
ta thay đổi tần số lới điện f1. Do đó tốc độ của động cơ n = n1(1 s) , cũng
thay đổi theo.
Khi thay đổi tần số lới điện f1, nhận thấy nh sau:
1 =

2f 1
P

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức là xem r1 = 0 thì mômen tới hạn cực
đại là:
3U 1 2
3U 1 2
Mt =
=
2n1
2 1xn
xn
9,55

Trong đó: 1 tốc độ góc đồng bộ
xn = 1Ln
Ln = L1 + L2

Thay vào ta đợc:
Mt =

3U 1 2 P 2
2(2 ) 2 f 1 2 Ln

ẹaởt

a = const =

tacoự :

U1 2
Mt = a 2
f1

3P 2
2(2 ) 2 Ln

Biểu thức cho ta thấy khi tăng tần số nguồn mà vẫn giữ nguyên U 1 thì
mômen tới hạn cực đại Mt giảm rất nhiều. Do đó khi thay đổi tần số f 1 thì
M =

Mt
= const
Mc

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

22

Đồ án tốt nghiệp

đồng thời phải thay đổi U1 theo các quy luật nhất định nhằm đảm bảo sự làm
việc tơng ứng giữa mômen động cơ và mômen phụ tải. Nghĩa là tỉ số giữa
mômen cực đại của động cơ và mômen phụ tải tĩnh đối với các đặc tính cơ là
hằng số.
Đặc tính cơ của bộ phận làm việc là quan hệ giữa tốc độ quay của
mômen phụ tải lên trục quay.
Mc = f(n)
Theo biểu thức thực nghiệm mang tính chất tổng quát để mô tả dạng
đặc tính cơ của bộ phận làm việc nh sau:

Mc = Mco + (Mcủm Mco)(

Trong đó:

n x
)
nủm

Mc Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay ở tốc độ n (Nm)
Mco Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = 0.
Mcđm Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = nđm.
Nh 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 tần số điện áp
một cách đồng thời theo các quy luật nh sau:
Nh vậy dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số theo
quy luật điều chỉnh hình 1-2.

U1
= const
f1
U1
* 2 = const
f1
*

*

U 12
= const
f1

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

23


Đồ án tốt nghiệp

n

Mc =
const

n1.1
n1cb
n1.2

n
f1.1
n1.1
f1ủm

Mc

f1.2

n1.2
M

0

M

Mc = a+bn2

n
n1.1
n1cb
n1.2

f1ủm

ncb

f1.2

0

Mc =
a+b/n
f1.1

f1.1
f1.2

f1ủm
M

0
Hình 1-2. Các dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần
số theo quy luật điều chỉnh U và f.
b.Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần
Biến tần là loại thiết bị điện tử chuyển đổi năng lợng điện xoay chiều có
tần số cố định thành tần số biến đổi cung cấp cho động cơ.
Động cơ không đồng bộ thờng đợc điều khiển theo một luật nhất định.
Biến tần đợc thiết kế theo luật điều khiển tơng ứng. Một số luật điều khiển nh:
U/f = const, (u/f)2= const , điều khiển trực tiếp mômen
Có hai loại biến tần là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp
+ Biến tần trực tiếp ( cycloconveter ) :
Là loại biến tần biến đổi trực tiếp điện áp vào xoay chiều U1(tần số f 1)
chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải một điện áp xoay chiều có tần
số f2. Tần số f2 luôn nhỏ hơn f1 ( f1 = 0.1ữ0.5 f2 ). Về lý thuyết có thể lập biến
tần với f2>f1 song mức độ phức tạp sẽ tăng lên nhiều.

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

24

Đồ án tốt nghiệp

Mạch van

U1~(f1)

U2~(f2)

Trong biến tần trực tiếp đờng cong điện áp đầu ra là đờng ghép nối các
đoạn hình sin của điện áp nguông bằng cách nối tải vào các pha của nguồn
một cách luân phiên nhờ các van bán dẫn. Các van bán dẫn trong biến tần trực
tiếp đợc chuyển mạch tự nhiên.
Biến tần trực tiếp có hiệu suất cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng
và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần có mạch điện
phụ. Cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của
biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin.
Tuy vậy biến tần trực tiếp cũng có các nhợc điểm dễ nhận thấy nh: hệ
số công suất thấp, số lợng các van bán dẫn ở mạch lực khá nhiều và tần số
điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp và điều kiện chuyển
mạch tự nhiên của các van bán dẫn này.Vì vậy ngày nay ngời ta ít sử dụng loại
biến tần này và thờng sử dụng lọai biến tần gián tiếp.
Biến tần trực tiếp thờng đợc dùng cho truyền động điện công suất lớn,
tốc độ làm việc thấp, nh để cung cấp cho các động cơ rôto lồng sóc, các động
cơ rôto dây quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ v.v
+ Biến tần gián tiếp :
Là loại biến tần sử dụng một khâu trung gian một chiều. Đầu tiên điện
áp xoay chiều đợc chuyển thành điện áp một chiều nhờ mạch chỉnh lu, sau đó
qua mạch lọc rồi mới đợc biến đổi trở lại thành điện áp xoay chiều với tần số

f2.

U1~(f1
)

Chỉnh lưu

U=

Lọc

AC-DC

U~

Nghịch lưu

U2~(f2)

DC-AC

Việc biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất của biến tần. Song
bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f 2 không phụ thuộc
vào tần số f1 trong một dải rộng cả trên và dới tần số f1 vì tần số ra f2 chỉ phụ
thuộc vào mạch điều khiển
Chỉnh lu : làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều
Lọc : Thờng là tụ điện C để đảm bảo điện áp nguồn cung cấp cho
nghịch lu ít bị biến đổi mặt khác để trao đổi năng lợng phản kháng với điện
cảm tải

Đoàn Trung Kiên-Phạm Văn Hoàng ĐLTH1-K45

25