Nghiên cứu hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng các bộ treo từ tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA


NGHIÊN CƯÚ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG
TIẾP XÚC SỬ DỤNG CÁC BỘ TREO TỪ TÍNH






TRẦN THỊ THANH NGA

THÁI NGUYÊN 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên





ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA



NGHIÊN CƯÚ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG TIẾP
XÚC SỬ DỤNG CÁC BỘ TREO TỪ TÍNH




Học viên : Trần Thị Thanh Nga
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Như Hiển

THÁI NGUYÊN 2009


Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

MC LC

Li cam oan
Mc lc
Danh sỏch cỏc kớ hiu, cỏc ch vit tt
Danh mc cỏc bng
Danh mc cỏc hỡnh v, th
Li núi u
Ni dung Trang
CHNG I
TNG QUAN V T V NH HNG
IU KHIN T
1
1.1 Gii thiu v b treo t tớnh v ng dng ca chỳng
1
1.1.1 t tớnh v truyn ng ng c

1
1.1.2 Gii thiu tng quỏt v h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh
4
1.1.3 Gii thiu cu trỳc c trng ca mt h thng truyn ng ng c
c trang b cỏc t tớnh.
5
1.1.4 Gii thiu h truyn ng khụng tip xỳc
7
1.1.5 Cu trỳc khụng tip xỳc
8
1.1.6 Cu trỳc ca cun dõy
15
1.1.7 Phõn loi t
16
1.1.8 Mt s ng dng phự hp ca ng c v mỏy phỏt kiu treo t tớnh
17
1.2 Mt s cụng trỡnh nghiờn cu ó cụng b v iu khin cỏc h phi tuyn
18
1.3 Cỏc cụng trỡnh nghiờn cu ó cụng b v iu khin t
19
KT LUN
21
CHNG 2
Mễ T TON HC T
22
2.1 Mụ hỡnh toỏn hc ca b treo t tớnh
22
2.1.1 Cu trỳc c in v nguyờn lý hot ng ca t
22
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

2.1.2 Cỏc mi quan h c bn
24
2.1.3 C cu chp hnh vi sai
27
2.1.4 ng c nam chõm vnh cu lp ghộp b mt
28
2.1.5 t chu ti hng tõm ( t)
29
2.1.6 Mụ ta toa n ho c ụ t
31
2.2 Cỏc tớnh cht iu khin c ca b treo t tớnh
36
2.2.1 Lc kộo khụng cõn bng
36
2.2.1.1 Cỏc nguyờn tc c bn
36
2.2.1.2 Phộp phõn tớch trong lừi t hỡnh C v lừi t hỡnh ch I
37
2.2.1.3 Phộp phõn tớch trong t
38
2.2.2 Cỏc nguyờn tc iờ u khiờ n ụ t mt kờnh
39
KT LUN
42
CHNG 3
THIT K CC B IU KHIN B TREO T TNH
43
3.1 Thit k cỏc b iu khin PID

43
3.1.1 Mt vi nột v thut toỏn iu chnh PID
43
3.1.2 Cu trỳc chung ca h iu khin t ng
43
3.1.2.1 Thnh phn t l
45
3.1.2.2 Thnh phn tớch phõn
45
3.1.2.3 Thnh phn vi phõn
46
3.1.3 H gim chn - khi lng lũ xo tng ng
47
3.1.4 iu chnh ca cỏc h s khuych i PID (t l, tớch phõn, o hm)
50
3.1.4.1 iu chnh h s khuych i t l v vi phõn
54
3.1.4.2 Sai sụ v trớ trng thỏi n nh v iu chnh h s khuych i tớch phõn
56
3.2 Thit k b iu khin nõng cao - Thit k b iu khin m lai F-PID
61
3.2.1 Gii thiu v b iu khin m
61
3.2.2 S khi ca h iu khin m
62
3.2.3 Nguyờn lý iu khin m
65
3.2.4 Cỏc nguyờn tc tng hp b iu khin m
66
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

3.2.5 Cỏc b iu khin m
70
3.2.5.1 Cỏc b iu khin kinh in
70
3.2.5.2 B iu khin m tnh
71
3.2.5.3 B iu khin m ng
74
3.2.5.4 H iu khin m lai (F - PID)
79
a. Gii thiu chung
79
b. Cỏc dng h m lai ph bin
81
3.2.5.5 Tng hp h iu khin m lai khụng thớch nghi cú b iu khin kinh in
82
3.3 Mụ phng cỏc b iu khin ó thit k
84
3.3.1 Mụ phng vi b iu khin PID
84
3.3.2 Mụ phng vi b iu khin nõng cao
85
KT LUN
88
KT LUN V KIN NGH
89
TI LIU THAM KHO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ
Tên hình vẽ Trang
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ ĐỊNH HƯỚNG
ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ
1
Hình 1.1 Sự tạo ra lực từ hƣớng tâm bởi mật độ từ thông khe hở không cân bằng:
a. mật độ từ thông khe hở cân bằng
b. mật độ từ thông khe hở không cân bằng
3
Hình 1.2 Sơ đồ tƣợng trƣng của một hệ truyền động không tiếp xúc 4
Hình 1.3 Động cơ với các ổ đỡ từ 6
Hình 1.4 Truyền động ổ đỡ không tiếp xúc 8
Hình 1.5 Hình dạng cơ bản của ổ đỡ từ 8
Hình 1.6 Bộ treo chủ động theo 2 trục:
a.điểm đỡ trục tại đáy b. không có tiếp xúc
9

Hình 1.7 Những biến đổi hệ treo tác dụng theo 5 phƣơng
a. Rotor bên trong
b. Rotor ngoài
c. Rotor rỗng
d. không gian lắp đặt tải nằm giữa trục
10
Hình 1.8 Sự kết hợp với ổ đỡ từ và ổ đỡ cơ khí thông thƣờng
a. với ổ đỡ từ thông thƣờng
b. với ổ đỡ cơ khí thông thƣờng
c. với trục quay dài
11
Hình 1.9 Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống 12
CHƢƠNG 2
MÔ TẢ TOÁN HỌC Ổ ĐỠ TỪ
22
Hình 2.1 Hệ thống từ treo 23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 2.2 Lõi từ C và lõi từ hình chữ I với một cuộn cảm 24
Hình 2.3 Mạch từ hoá 26
Hình 2.4 Cơ cấu điều chỉnh vi sai 28
Hình 2.5 Động cơ nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt 29
Hình 2.6 Ổ đỡ từ chịu tải hƣớng tâm 30
Hình 2.7 Mối quan hệ giữa lực hƣớng tâm và dòng điện 32
Hình 2.8 Mối quan hệ tuyến tính của lực hƣớng tâm với dòng điện phân cực 33
Hình 2.9 Sơ đồ cách thức điều khiển dòng điện 34
Hình 2.10 Sơ đồ cấ u trú c của một hệ thống từ treo
sử dụng năng lƣợng từ theo mộ t phƣơng
34
Hình 2.11 Sơ đồ cấ u trú c rú t gọ n 35

Hình 2.12 Lực từ kéo (hấp dẫn) và kích thƣớc khe hở: (a) kích thƣớc khe
hở rộng, (b) kích thƣớc khe hở đƣợc giảm xuống
37
Hình 2.13 Hệ thống treo tƣ̀ tí nh theo phƣơng x 39

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BỘ TREO TỪ TÍNH
43
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 44
Hình 3.2 Hệ thống giảm chấn - khối lƣợng – lò xo
a. Sơ đồ cấu tạo
b. Sơ đồ khối
47
Hình 3.3 Hệ thống treo từ tƣơng đƣơng với hệ thống giảm chấn-khối
lƣợng – lò xo
49
Hình 3.4
Hình 3.4 a.
Hình 3.4 b
Đáp ứng chuyển vị tƣơng ứng với lực nhiễu 1N
Mối quan hệ đáp ứng với chuyển vị K
p
Mối quan hệ đáp ứng với chuyển vị K
d

52
53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 3.4 c.

Hình 3.4 d.
Mối quan hệ đáp ứng tần số chuyển vị với K
p

Mối quan hệ đáp ứng tần số chuyển vị với K
d
53
54
Hình 3.5 Các hệ số khuyếch đại tỷ lệ và vi phân 55
Hình 3.6 Đáp ứng chuyển vị đối với các hệ số khuyếch đại PD tối ƣu hoá. 56
Hình 3.7 Bộ điều khiển PID: (a) sơ đồ khối; (b) các đặc tính tần số 57
Hình 3.8 Đáp ứng của thay đổi bậc trong tham khảo vị trí 58
Hình 3.9 Các đặc tính tần số của bộ điều khiển PID 59
Hình 3.10 Đáp ứng chuyển vị đối với K
i
60
Hình 3.11
- Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
63
Hình 3.12
Hệ thống điều khiển mờ
65
Hình 3.13 Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con ngƣời và hệ mờ 67
Hình 3.14 Quan hệ truyền đạt bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ 72
Hình 3.15 Đƣờng đặc tính y(x) cho trƣớc 74
Hình 3.16 Bộ điều khiển mờ động với 4 đầu vào và 2 đầu ra. 74
Hình 3.17 Hệ điều khiển mờ theo luật I 75
Hình 3.18a Mô hình điều khiển mờ theo luật PI 75
Hình 3.18a Mô hình điều khiển mờ theo luật PI 76
Hình 3.19 Hệ thống điều khiển mờ theo luật PD 76

Hình 3.20a Bộ điều khiển mờ theo luật PID(dùng thuật toán chỉnh định PID mờ) 77
Hình 3.20b Bộ điều khiển mờ theo luật PI (dùng thuật toán PID tốc độ) 78
Hình 3.21 Hệ điều khiển mờ PID 78
Hình 3.22a Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ 80
Hình 3.22b Hệ mờ với bộ mờ cho tín hiệu chủ đạo x 80
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 3.23 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 81
Hình 3.24 Chọn bộ điều khiển thích nghi bằng khóa mờ 82
Hình 3.25 Sự phân bố các giá trị mờ của biến vào 83
Hình 3.26 Sự phân bố các giá trị mờ của biến ra 83
Hình 3.27 Quan sát tín hiệu vào ra của bộ điều khiển mờ lai 83
Hình 3.28 Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ. 84
Hình 3.29 Sơ đồ mô phỏng với bộ PID kinh điển 85
Hình 3.30 Kết quả mô phỏng chuyển vị theo phƣơng x của ổ từ có sử dụng
bộ PID kinh điển
85
Hình 3.31 Sơ đồ mô phỏng hệ có sử dụng hệ điều khiển mờ lai F-PID 86
Hình 3.32 Kết quả mô phỏng chuyển vị theo phƣơng x có sử dụng hệ điều
khiển mờ lai F-PID
86
Hình 3.33 Sơ đồ mô phỏng hệ có sử dụng bộ PID kinh điển và hệ điều
khiển mờ lai F-PID
87
Hình 3.34 Kết quả mô phỏng chuyển vị theo phƣơng x có sử dụng bộ điều
khiển PID kinh điển và hệ điều khiển mờ lai F-PID
87

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ đã được phát triển và có phạm
vi áp dụng rộng kể từ thập niên 70 bởi những ưu thế vượt trội của nó so với truyền động
động cơ một chiều như: hiệu suất cao; gọn; nhẹ; có yêu cầu bảo trì thấp và giá thành động cơ
rẻ. Sự tăng lên về công suất và tốc độ quay của động cơ không đồng bộ càng làm mở rộng
phạm vi ứng dụng của loại động cơ này. Một hạn chế không tránh khỏi trong chế độ
bảo dưỡng đối với truyền động động cơ không đồng bộ là việc bôi trơn và thay thế
ổ đỡ. Hầu hết trong một truyền động công nghiệp đều liên quan đến các ổ đỡ cơ khí. Các ổ
đỡ có thể gây ra vấn đề lớn cho các ứng dụng truyền động động cơ trong khoảng không gian
xung quanh cũng như đối với môi trường có chứa các chất độc hại hoặc bị nhiễm xạ. Hơn
nữa, dầu bôi trơn không thể dùng được trong các điều kiện như chân không và phải được
thay thế định kỳ, nhiệt độ khí quyển quá cao hoặc quá thấp, hoặc trong các dây chuyền thực
phẩm và dược phẩm. Vì vậy, các hệ truyền động sử dụng ổ đỡ cơ khí không phù hợp trong
các thiết bị máy quay đòi hỏi tốc độ cao, yêu cầu độ chính xác cao, phải dùng được chất bôi
trơn do có sự tiếp xúc trực tiếp giữa phần chuyển động và phần tĩnh, cần phải được thay thế
định kì với yêu cầu phải tháo phần thân của động cơ. Ngày nay, cuộ c cá ch mạ ng khoa họ c
k thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ vũ bão, không ngừ ng vươn tới những đỉnh
cao mớ i, trong đó có nhữ ng thà nh tự u về kỹ thuậ t tự độ ng hó a sả n xuấ t. Việc sử dụng hệ
truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính là một trong những bước tiến quan trọng
của ngành cơ khí, cho phép khắc phục những nhược điểm của các hệ truyền động sử dụng
động cơ không đồng bộ với các ổ đỡ cơ khí. Tuy nhiên, các lợi thế này buộc chúng ta phải
có khả năng áp dụng, cài đặt và thiết kế các phương pháp điều khiển ổ đỡ phù hợp. Phần
quan trọng của các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính là bộ điều khiển.
Hiện nay các bộ điều khiển cho các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ
tính có chất lượng thấp như không thích nghi, không bền vững, tín hiệu điều khiển không bị
chặn. Thực tế này là do động lực học của các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo
từ tính có tính phi tuyến cao và các phương pháp thiết kế các bộ điều khiển cho các hệ phi

tuyến (bao gồm các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính) chịu tác dụng của
nhiễu ngoại sinh và chứa các tham số thay đổi theo thời gian chưa được nghiên cứu và phát
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

triển hoàn thiện để có thể ứng dụng vào việc thiết kế các bộ điều khiển thích nghi bền vững
cho các hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính. Vì vậy nghiên cứu thiết kế
các bộ điều khiển chất lượng cao cho một số hệ phi tuyến bao gồm các bộ treo từ tính là cấp
thiết.
Với những ý nghĩa trên đây và được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như
Hiển em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo
từ tính
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Hiển
và một số đồng nghiệp, đến nay em đã hoàn thành luận văn của mình. Mặc dù đã có nhiều
cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để cho luận văn
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Tác giả



Trần Thị Thanh Nga

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

1
CHNG I
TNG QUAN V T V NH HNG
IU KHIN T
1.1. Gii thiu v b treo t tớnh v ng dng ca chỳng
1.1.1 t tớnh v truyn ng ng c
Khỏi nim v t ó cú t hn 100 nm trc, tuy nhiờn giỏ thnh v phc
tp ca nú ó cn tr vic ng dng v phỏt trin trong cụng nghip . í tng v
vic treo mt i tng bng t trng ó c t ra t gia nhng nm 1800. Rt
nhiu thớ nghim v cỏc ng dng thc t ó tr lờn hin thc t nhng nm 1960.
Do s phỏt trin trong cụng ngh iu khin, c v phn cng ln phn mm ó to
c hi cho viờ c s du ng ụ t trong cụng nghip phỏt trin nh lm gim kớch c ,
phc tp cng nh giỏ thnh ca nú.
Vo nhng nm cui ca thp k 80, khỏi nim mi v khụng tip xỳc ó
c a vo cụng ngh truyn ng ng c khụng ng b. T ú n nay, lớ
thuyt v kin thc c bn v khỏi nim ny ó c nghiờn cu cựng vi rt vic
phỏt trin nhiu truyn ng th nghim vi mc ớch thu thp kinh nghim v s
hot ng v hnh vi ca nhiu loi truyn ng ng c khụng ng b
khụng tip xỳc.
Cụng ngh truyn ng s dng ng c khụng ng b ó c phỏt trin v
cú phm vi ỏp dng rng k t thp niờn 70 bi nhng u th vt tri ca nú so
vi truyn ng ng c mt chiu nh: hiu sut cao; gn; nh; cú yờu cu bo trỡ
thp v giỏ thnh ng c r. S tng lờn v cụng sut v tc quay ca ng c
khụng ng b cng lm m rng phm vi ng dng ca loi ng c ny. Mt hn
ch khụng trỏnh khi trong ch bo dng i vi truyn ng ng c khụng
ng b l vic bụi trn v thay th . Cỏc cú th gõy ra vn ln cho cỏc

ng dng truyn ng ng c trong khong khụng gian xung quanh cng nh i
vi mụi trng cú cha cỏc cht c hi hoc b nhim x. Hn na, du bụi trn
khụng th dựng c trong cỏc iu kin nh chõn khụng, nhit khớ quyn quỏ
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

2
cao hoc quỏ thp, hoc trong cỏc dõy chuyn thc phm v dc phm. Do ú, cỏc
b treo t tớnh cú th m rng phm vi ng dng .
Hu ht yờu cu v bo dng trong mt truyn ng cụng nghip u liờn quan
n cỏc c khớ. Cỏc h truyn ng s dng c khớ khụng phự hp trong
cỏc thit b mỏy quay ũi hi tc cao, yờu cu chớnh xỏc cao, phi dựng c
cht bụi trn do cú s tip xỳc trc tip gia phn chuyn ng v phn tnh. Du
bụi trn phi c thay th nh k. cng cn phi c thay th nh kỡ vi
yờu cu phi thỏo phn thõn ca ng c. Nu nh trc c treo bi mt lc t,
nhng yờu cu bo hnh ny s khụng cn thit. Do vy tin ti s dng
khụng tip xỳc cú nhiu u th cho ngi s dng ng c.
Cỏc h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh l mt trong nhng
bc tin quan trng ca ngnh c khớ, cho phộp gim tn hao v tng chớnh xỏc
(nh loi tr c bo mũn do ma sỏt) gia cụng i vi cỏc trc chớnh cao tc. Tuy
nhiờn, cỏc li th ny buc chỳng ta phi cú kh nng ỏp dng, ci t v thit k
cỏc phng phỏp iu khin phự hp.
Cng cn chỳ ý rng b treo t tớnh yờu cu thi gian ct mu ngn mt cỏch
cõn xng vi truyn ng ng c. Yờu cu ny l do b treo t tớnh khụng n nh
mt cỏch c hu do ú cn thit cú cỏc b iu khin vi sai hoc iu khin sm
phase thc hin h thng treo t tớnh n nh. t c gii hn phase ti tn
s ct cn phi cú tn s ct mu nhanh. Yờu cu v tn s ct mu ph thuc vo
quỏn tớnh c khớ v s khú khn trong thit k.
ng c khụng tip xỳc thng tn dng li th ca t trng to ra bi
dũng in trong cun dõy ca ng c. Do ú, cú c thụng tin v t trng quay

ny l rt quan trng. Cỏc b iu khin da trờn lý thuyt iu khin vộc t cung
cp s iu chnh mụ men tc thi cng nh iu chnh t trng quay. Do ú v trớ
gúc quay v cng t trng cú th iu chnh c. Da trờn v trớ gúc v
cng t trng ca ng c, cỏc lc hng tõm c phỏt ra bi s to thờm
cỏc t trng s dng dũng in cun dõy ca b treo. Do vy cú th núi rng cụng
ngh khụng tip xỳc ng trờn lớ thuyt iu khin vộc t.
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

3
Cõ u to v nguyờn lý lm vic ca t tng t nh mt ng c in . Tuy
nhiờn, thay vỡ to ra momen xon quay rụtor nh ụ ng c iờ n , nú to ra mt
lc treo ngừng trc trong lũng . Khong cỏch gia ngừng trc v lút thụng
thng khong 0,5-2 mm
Hỡnh v 1.1 ch ra cỏc nguyờn lý s phỏt ra lc hng tõm roto ca hai trng
hp ng c khụng tip xỳc v ng c t tớnh.













Mt trc quay s c bao bc bi lừi ca stato. Roto v stato c t húa bi

bn cc t theo trỡnh t bc, nam, bc, nam. Cú nhng lc hp dn t tớnh rt mnh
gia lừi ca roto v lừi ca stato bờn di cỏc cc t ny. Trong hỡnh 1.1a, 4 cc t
cú cựng mt t thụng v do ú cú cựng biờn lc hp dn . Nh vy l, tng
vector ca 4 lc hng tõm ny bng 0. Ngc li, trong hỡnh 1.1b mt cc t bc
thỡ mnh hn so vi ba cc t cũn li nờn nú cú lc hng tõm mnh hn. S phõn
b mt t thụng khe h khụng cõn bng ny dn n lc t hng tõm s tỏc
ng vo roto. Trong trng hp ny, lc hng tõm roto tỏc ng vo roto t phớa
tay phi. Trong c 2 trng hp ng c cú t tớnh v ng c khụng , lc
hng tõm roto c to bi trng in t khụng cõn bng tc l lc hng tõm
Hỡnh 1.1 - S to ra lc t hng tõm bi mt t thụng khe h khụng cõn
bng: a. mt t thụng khe h cõn bng
b. mt t thụng khe h khụng cõn bng

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

4
roto c to ra bi s khỏc bit ca lc hng tõm di cỏc cc t. Lc hp dn
thỡ khụng n nh vỡ nú s mnh hn lờn nu nh roto dch chuyn theo chiu ca
lc. im lc hng tõm bng 0 ti trng tõm ca nũng stato l mt im khụng n
nh, do ú cn thit cú phn hi õm.
ng dng cụng ngh truyn ng lc treo t tớnh trong tu in m t ca
Nht, lc treo t tớnh c to ra bi s tng tỏc gia t thụng ca cun dõy siờu
dn v dũng in ca cun dõy cm ng. Cú ngha l khụng cn thit mt b iu
khin phn hi õm. Trong mt vi ng dng ca bỏnh , vt liu siờu dn c s
dng nh l cỏc t tớnh. Nhng cun dõy hoc vt liu siờu dn ny cung cp
mt m t n nh. Tuy nhiờn giỏ thnh thỡ tng i cao bi chỳng cn n mt
h thng lm lnh v cỏch nhit. Ngy nay, yờu cu i vi cỏc gii phỏp cho cỏc
thit b lc t tớnh hp dn ca b treo t tớnh cn phi n gin, trng lng nh, r
tin.

1.1.2. Gii thiu tng quỏt v h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t
tớnh
Vic s dng h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh l mt trong
nhng bc tin quan trng ca ngnh c khớ, cho phộp gim tn hao v tng
chớnh xỏc (nh loi tr c bo mũn do ma sỏt) gia cụng i vi cỏc trc chớnh cao
tc. Tuy nhiờn, cỏc li th ny buc chỳng ta phi cú kh nng ỏp dng, ci t v
thit k cỏc phng phỏp iu khin phự hp.






Hỡnh 1.2 - S tng trng ca mt h truyn ng khụng tip xỳc
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

5
Hỡnh 1.2 l s tng trng ca mt h truyn ng khụng tip xỳc s dng b
treo t tớnh. V nguyờn lý, bao gm 2 phn chớnh: phn chuyn ng cú th l
chuyn ng quay hoc tnh tin (rotor) v phn tnh (stator). trờn phn tnh cú
lp t mt s mch t to ra lc t tỏc dng lờn phn chuyn ng ca . Cỏc
lc t tỏc dng lờn phn chuyn ng ca c iu khin bi hiu in th hoc
cng dũng in t vo cỏc cun dõy ca mch t. Di tỏc dng ca lc tỏc
ng lờn phn chuyn ng ca h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t
tớnh, lc t c to lờn bi cỏc mch t tỏc dng lờn phn chuyn ng ny cn
phi thay i mt cỏch phự hp m bo khe h xỏc nh gia phn chuyn ng
v phn tnh ca . Thụng thng trong thc t, vic xỏc nh trc c v nh
lng v quy lut thay i ca cỏc lc ngoi sinh l rt khú hoc khụng th c.
Hn na, iu kin lm vic ca cỏc h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo

t tớnh thay i dn n vic xỏc nh trc cỏc thụng s ca l khú khn. Ngoi
ra ng lc hc ca h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh l phi
tuyn c v c v in, ngha l quan h ng gia hiu in th hoc cng
dũng in t vo cỏc cun dõy t v lc t tỏc dng lờn phn chuyn ng c
mụ t bng h phng trỡnh vi phõn phi tuyn. Vỡ vy, thit k cỏc b iu khin
cho cỏc h truyn ng khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh t cht lng cao l
khú khn v cn thit trong cỏc ng dng thc t cú s dng cỏc h truyn ng
khụng tip xỳc s dng b treo t tớnh.
1.1.3 Gii thiu cu trỳc c trng ca mt h thng truyn ng ng c
c trang b cỏc t tớnh.
Hỡnh 1.3 ch ra cu trỳc c trng ca mt h thng truyn ng ng c c
trang b cỏc t tớnh. ng c s c t gia 2 t tớnh hng tõm. Mi
t tớnh hng tõm s to ra cỏc lc hng tõm trong 2 h trc ta hng tõm
trc giao. Cỏc lc hng tõm ny c iu khin bi cỏc h thng iu khin cú
phn hi õm do ú v trớ trc hng tõm c iu chnh v trng tõm ca nũng
stato. t tớnh phớa bờn tay trỏi c iu chnh i vi 2 trc ta x
1
v y
1
.
t tớnh phớa bờn tay phi c iu chnh i vi 2 trc ta x
2
v y
2
. S xờ
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

6
dch v trớ theo trc z tc l theo hng ca trc quay, c iu chnh bi nhng

lc hng trc phỏt ra bi mt t tớnh dch chuyn. Tng s cú tt c 5 hng
x
1
, y
1
, x
2
, y
2
, z chỳng c iu chnh bi cỏc h t tớnh.
Mi mt t tớnh cú 4 cun dõy stato : 2 cun dõy c t theo trc x v
2 cun cũn li t theo trc y. Vi mt dũng in trong mt cun dõy, mt lc hỳt
in t s c to ra. Mt lc hng tõm theo hng trc x c to ra bi s
khỏc bit gia cỏc lc hỳt in t to ra bi cỏc cun dõy t theo trc x.









Hỡnh 1.3 ng c vi cỏc t tớnh

Cỏc dũng in trong cỏc cun dõy ca t tớnh s c iu chnh bi cỏc mch
in t cụng sut. Trong a s cỏc trng hp ngi ta s dng b bin i ngun
in ỏp mt pha. Mi b bin i ngun 1 pha cú th iu chnh mt dũng in ca
1 cun dõy, do ú mi t tớnh cn cú 4 b bin i tng ng vi 8 dõy dn
vo ra.

Trong t tớnh dch chuyn cú 2 cun dõy, do ú 2 b bin i 1 pha c
kt ni iu chnh cỏc dũng in ca cun dõy v phỏt ra lc hng tõm theo
hng trc.
ng c chu trỏch nhim phỏt ra momen xon quanh trc z. Tc quay ca trc
c iu chnh bi momen xon ca ng c. Mt b bin i 3 pha c ni ti
ng c qua 3 dõy dn vi cỏc cun dõy ca ng c c ni theo hỡnh sao hoc
Hỡnh 1.3 - ng c vi cỏc t
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

7
tam giỏc. B bin i cung cp in ỏp v tn s thay i c da theo tc quay
ca trc v cỏc yờu cu v momen xon. Vi a s ng c, tn s ca b bin i
t l thun vi tc v t s in ỏp / tn s thụng thng l hng s cho ti vựng
suy yu ca t trng.
1.1.4 Gii thiu h truyn ng khụng tip xỳc
Hỡnh v 1.4 gii thiu cu trỳc ca mt h truyn ng khụng tip xỳc. Hai
khụng tip xỳc c thit k trờn cựng mt trc truyn ng. Mi thit b phỏt
ra cỏc lc hng tõm cng nh cỏc mụ men quay. Thit b khụng tip xỳc phớa
bờn trỏi cú h trc hng tõm x
1
, y
1
; cũn thit b phớa bờn phi cú h trc hng tõm
x
2
,y
2
. Mụ men truyn ng tng bng hai ln mụ men c tớnh ca mi thit b bi
hai thit b ny chia s vi nhau lng mụ men. Mi khụng tip xỳc cú 3 u

ni cho h thng treo v 3 u ni cho ng c. Cỏc cun dõy pha tng ng phn
ng c ca hai thit b c ni ni tip theo cỏch ni sao (Y) c hỡnh thnh vi
hai cun dõy pha ni ni tip trong mi pha. Mt b bin i 3 pha n l c ni
ti cỏc cun dõy ni ni tip ca phn ng c v cung cp in ỏp v tn s thay
i c cho truyn ng ng c. Ti cỏc u ni cỏc cun dõy ca phn treo, 2 b
bin i 3 pha c lp c ni ti cung cp cỏc dũng in yờu cu vi mc ớch
phỏt ra cỏc lc hng tõm theo 4 hng nh c yờu cu bi cỏc b iu khin
phn hi õm v cỏc sensor khong cỏch.
Chỳng ta cú th nhn thy nhng li ớch sau ca truyn ng khụng tip
xỳc :
- Gn: trc quay ngn dn ti tc cao v hot ng n nh hn.
- Giỏ thnh thp: s lng dõy dn ớt hn. S lng ca cỏc b bin i ớt. Cỏc b
bin i 3 pha giỏ thnh r cng c s dng.
- Cụng sut cao: truyn ng khụng tip xỳc cú th sn sinh cụng sut gia tng
vi cựng 1 chiu di trc.
Nhng li th ny c hin thc húa nh l mt kt qu ca vic tớch hp t
tớnh hng trc v ng c.

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

8

1.1.5 Cu trỳc khụng tip xỳc
Gii thiu hỡnh dng bờn ngoi ca mt t









Hỡnh v 1.6(a,b) trỡnh by mt b treo t tớnh ch ng theo 2 trc. Trong hỡnh
1.6a, mt trc c chốn vo lừi ca rụ to. B treo t tớnh hai trc c thc hin
bi cỏc lc t gia roto v stato. Ti ỏy ca trc cú t mt xoay c nh v trớ
hng trc v hng tõm ca im cui ca trc. Cu trỳc ny thớch hp cho cỏc
mỏy cú trc thng ng.
hỡnh 1.6b, trc ny b loi b. Vic tỏc ng ch theo 2 trc cung cp mt b
treo b ng vi s dao ng v di ng dc theo trc quay. Do vy, tn ti mt gii
hn v di ca lừi theo trc thc hin b treo b ng. Vi thit k chớnh xỏc,
3
1 2 3 1 2 3 1 2 3 4
Cm t treo Cm t treo t chn
z
y
1

x
1

x
2

y
2

Hỡnh 1.4 - Truyn ng khụng tip xỳc

3
4
Hỡnh 1.5 - Hỡnh dng c bn ca t
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

9
cỏc truyn ng khụng tip xỳc giỏ r v gn nh kiu ny ó tng c thc
hin.








Hỡnh v 1.7(a-d) trỡnh by mt ct ngang v cỏch thc hin b treo ch ng
theo 5 hng. Hai khụng tip xỳc cn thit phi cú phỏt ra lc hng tõm
theo 4 hng. Thờm mt t dch chuyn nhm xỏc nh v trớ ca trc theo
hng th 5. Cú 2 ro to trờn trc tỏc ng theo b ụi trong hỡnh 1.7a. Roto v

trc quay bờn trong 2 lừi stato. Cỏc ph ti dng bm v qut nộn cú th c gn
vo mt u ca trc. Trong hỡnh 1.7b ro to nm phớa bờn ngoi 2 stator. Cu trỳc
ny phự hp cho cỏc truyn ng bỏnh nh a DVD v cỏc truyn ng cho
a cng. Cu trỳc trong hỡnh 1.7c l mt bin th ca hỡnh 1.7a vi mt trc rng
cho phộp dũng khớ thi qua. dch chuyn dc nm gia 2 t tớnh to nờn 1
b treo y theo 5 trc. Cu trỳc ny phự hp cho cỏc h nh ng h o lu
lng, bm úng hp v spindle. Trc rng cng cú th c s dng lp bỏnh
xe. Trong hỡnh 1.7 (a.c), mt t dch chuyn dc trc quay c s dng, tuy
nhiờn nú khụng cn thit trong vi trng hp nu lc dc trc quay nh hoc
khụng yờu cu vic xỏc nh chớnh xỏc v trớ ca trc.
Trong cỏc trng hp ny vic xỏc nh v trớ dc trc cú th c thc hin bi
b nh v b ng nh trong hỡnh 1.7d. Trong hỡnh v ny, cỏc roto ca hai t
tớnh b hp dn mt cỏch t nhiờn n cỏc v trớ trung tõm ca trc nh cỏc lc t.
Bi vỡ cỏc t tớnh phỏt ra t thụng ỏng k, trc s chu lc n hi qua s
di ng theo hng trc gi cho truyn ng n nh theo hng dc trc.
Hỡnh 1.6 - B treo ch ng theo 2 trc:
(a) im trc ti ỏy (b) khụng cú tip xỳc
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

10

Trong cỏc hỡnh v 1.8(a-c), ch ra mt ct ngang ca cỏc khụng tip xỳc
khỏc nhau khi chỳng c kt hp vi t tớnh thụng thng hoc c khớ
thụng thng. Trong hỡnh v 1.8a phớa bờn trỏi l t tớnh hng tõm
truyn thng. Ch cú phớa bờn phi l khụng tip xỳc. S sp t ny phự
hp cho mt ti cú lc hng tõm ln ni vo phớa bờn trỏi ca trc. Trờn hỡnh 1.8b
cỏc c khớ c t c hai phớa ca khụng tip xỳc. Khi tc quay cc
Rotor
Rotor
t
treo 1
t
treo 2
Stator
t
treo 1
t

treo 2
t
chn
Stator
(c)
(d)
Hỡnh 1.7 - Nhng bin i h treo tỏc dng theo 5 phng
a. Rotor bờn trong; b. Rotor ngoi;
c. Rotor rng; d. khụng gian lp t ti nm gia trc.

t
treo 1
t
treo 2
t
chn
Rotor
Stator
Rotor
Stator
t
treo 1
t
treo 2
t
chn
(a) (b)
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

11
cao, trc s cú tc b gii hn do tớnh cht b b cong ca trc n hi. Ti nhng
tc ny, nhng rung ng s xut hin. khụng tip xỳc cú th trit tiờu cỏc
rung ng ny v h tr sc nng ca trc. Trờn hỡnh 1.8c, mt ph ti c kộo
bi mt ng c thụng thng vi mt trc di. khụng tip xỳc c t gn
chớnh gia trc ny vi mc ớch trit tiờu cỏc rung ng ca trc.

Hỡnh 1.8- S kt hp vi t v c khớ thụng thng
a. Vi t thụng thng
b. Vi c khớ thụng thng
c. Vi trc di

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

12





Ta cú th so sỏnh mt vi khớa cnh ca cỏc loi ng c khụng tip xỳc
Cỏc c tớnh v chun hot ng c chia thnh 2 thnh phn : Lc v mụ men
T c tớnh hot ng theo mụ men, hiu sut ca ng c l t s gia cụng
sut c u ra ca trc v cụng sut in u vo. Hiu sut ny thng l cao i
vi ng c t trng vnh cu. ng c cm ng cú rụto hỡnh tr v mụ men ờm .
Chỳng cng gn nh bi s phỏt trin ca nam chõm vnh cu dựng vt liu him.
ng c cm ng cú mt rotor hỡnh tr bn vng v mt mụmen xon ờm du. Cỏc
ng c t trng giỏn on v ng c ng b cú li th v s ũi hi v vt liu
thp nờn rt thớch hp cho cỏc sn phm cú khi lng.
Bng 1
Ta cú bng so sỏnh cỏc ng c khụng tip xỳc
Tiờu chun ng c
cm ng
ng c

ng b
nam chõm
vnh cu
ng c t
tr ng b
ng c t
tr giỏn on
Lc xon

Hiu sut 4 5 4 4
Tớnh chớnh xỏc 4 5 4 4
Tớnh bn vng 3-5 3-5 3-5 4
Tớnh n nh 5 4 4 3
Giỏ thnh C 4 3 5 5
Mụ men quay
Nhit 3 4 4-5 5
iu khin giỏn tip 3 4 5 4
Hỡnh 1.9 - Mt s hỡnh nh t truyn thng

Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

13
S kh ghộp lnh vc
c hu
4 4 5 4
Lc/hoc radio hin
thi
4 3-5 5 5
ng c c lp cú

bin tn
3 5 3-5 3
Ghi chu : 5. c bit tt, 4. Rt tt, 3. Tt, 2. Khỏ, 1. Trung bỡnh
T c im ca vic phỏt ra lc hng tõm, cỏc ng c cm ng v ng c
nam chõm vnh cu c lp vi nhit . Trong cỏc ng c cm ng, in tr ca
rotor l mt hm ca dõy qun rotor hoc nhit ca lng kim loi dn in. in
tr sut ca ng hoc nhụm cú th thay i ỏng k trong phm vi nhit hot
ng ca ng c, dn n tỡnh trng khụng chun trong nh hng trng tớnh
toỏn mt s trng hp. S khụng chun xỏc trong nh hng trng ny ụi khi
dn n cỏc vn v s treo ca trc. Vn tng t cng cú th xut hin trong
cỏc ng c nam chõm vnh cu bi vỡ t d ca cỏc nam chõm vnh cu suy gim
nhit cao. S thay i ny ph thuc vo vt liu lm nam chõm. S sai khỏc
trong mnh ca nam chõm dn n sai s trong tớnh toỏn hng ca trng. Tuy
nhiờn ng c t tr ng b v ng c t tr giỏn on thỡ bn vng vi s bin
thiờn ca nhit do chỳng khụng cú mch in hoc nam chõm trong rotor.
Khi tớnh ti kh nng ca iu khin giỏn tip, cỏc tham s ca ng c ph
thuc vo mc bóo hũa t thụng ca cỏc mỏy in khụng t tr giỏn on
v t tr ng b, v s bóo hũa t thụng ca cỏc mỏy in phi nam chõm vnh
cu. Tham s ca cỏc mỏy in nam chõm vnh cu cng ph thuc vo nhit .
Vic phõn tỏch momen v lc hng tõm l u vit trong cỏc ng c
khụng tip xỳc mt cc, lai v cc h qu. Trong cỏc ng c ny, hng v ln
ca cỏc lc hng tõm c phỏt ra khụng ph thuc vo s phỏt ra mo men. Lc
hng tõm ny ch yu c phỏt ra bi s tng tỏc gia cỏc nam chõm ca rotor
vi t thụng c to ra bi dũng in trong cun dõy ca b treo.
Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

14
Lc treo c to ra bi dũng in trong cun dõy ca b treo ph thuc vo
dn t ca mch t m t thụng c phỏt ra chy trong ú. dn t tng ng

ca nam chõm vnh cu thỡ thp v nú thng liờn quan n vt liu ch to nam
chõm. Do vy, nam chõm vnh cu cú th c coi l khe h khụng khớ do ú nam
chõm v khe h khụng khớ cú th c ly chung vi nhau cho ra cỏc ng dn t
cú dn t thp, tng ng vi t tr ln. iu ny dn ti t s lc/dũng in
thp. T s ny cng thp i vi ng c cm ng rotor lng súc bi vỡ t thụng
to bi dũng in dõy qun treo b suy gim dn bi dũng in trong lng rụ to.
Nguyờn nhõn ca hin tng ny l do t thụng, bi dũng in treo s gõy ra mt
sc in ng trong lng rụto, to ra dũng in v do ú sinh ra t thụng i khỏng
vi t thụng nguyờn bn. Trong ng c t tr ng b v ng c t tr giỏn on,
t s lc hng tõm / dũng in ln bi t dn ln ca ng dn t nõng lờn (trong
v trớ c cn chnh trong trng hp mỏy in t tr v trờn trc ta d trong
trng hp mỏy in ng b cc li). Thờm vo ú, vỡ khe h khụng khớ gia rotor
v stato thng c thit k nh trong nhng loi ng c k trờn, dn t ln
cng tn ti trong ng dn t chớnh ca ng c. i vi cỏc mỏy in n cc,
lai v cc t h qu, dn t ca ng dn t cú th c thit k cú giỏ tr ln
nu chiu di khe h khụng khớ cng ngn nh vi cỏc ng c t tr, dn ti mt t
s lc/dũng in ln.
Cng cn chỳ ý rng t s lc/dũng in cú th c ci thin bi vic tng s
lng cỏc dõy dn c ni ni tip trong cỏc cun dõy treo. T s lc/dũng in
ny ch cú ý ngha nu c xem xột trong iu kin cú cựng s vũng qun ni tip.
Dung sai ca b bin i cng l mt yu t quan trng i vi ng c
khụng tip xỳc. Trong vi trng hp, dũng in ng c cú th b ngt bi li ca
b bin i. Thm chớ trong tỡnh trng ny, b treo t tớnh nờn c tip tc hot
ng trong vi ng dng trỏnh nhng phỏ hy xa hn. Vi cỏc ng c
khụng tip xỳc nam chõm vnh cu, lai v cc t h qu, b treo t tớnh hot ng
c lp vi dũng in cun dõy rotor bi vic s dng t thụng ca nam chõm vnh
cu.