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) . 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. độ s/rad,= . .= .n .i=.i= minc mincmin 431 60 21 00 3 60 2 s/rad,= . .= .n .i=.i= maxc maxcmax 15314 60 21 000 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. công thức tính công suất cực đại của động cơ là: 27 3 8060 21 00 025 ,= ,. = .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