điều khiển nâng tải trọng sử dụng động cơ dị bộ

Chương 1: Giới thiệu và xây dựng mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha 1 Giới thiệu về động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha a. khái niệm Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình . Chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác, nhờ những ưu điểm : - Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo ,vận hành an toàn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa. - Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi. - Được khai thác hết tiềm năng nhờ sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử . ●) Cấu tạo động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính : Phần tĩnh và phần quay Hình 1-1 .Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn Phần tĩnh: Gồm lõi thép , dây quấn và vỏ máy Lõi thép stato : Do nhiều lá thép kĩ thuật điện đã dập sẵn , ghép cách điện với nhau chiều dày các lá thép thường từ 0.35 mm đến 0.5mm phía trong có các rãnh đặt dây quấn .Mỗi lá thép kĩ thuật được sơn cách điện với nhau để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên. Nếu lá thép ngắn thì có thể ghép lại thành một khối 1 .Nếu lá thép quá dài thì ghép lại thành các thếp , mỗi thếp dài từ 6 cm đến 8 cm, cách nhau 1 cm để thông gió  b) c) hình1-2,a) mặt cắt ngang stato,b.) lá thép kĩ thuật điện , c.) stato của động cơ KĐB Dây quấn :Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép , xung quanh dây quấn có bọc lớp cách điện để cách điện với lõi thép . Với động cơ không đồng bộ ba pha các pha dây quấn đặt cách nhau 120 0 điện Vỏ máy: Để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stato ,và không dùng để dẫn từ. Vỏ máy làm bằng nhôm (máy nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy lớn). Vỏ máy có chân đế cố định máy trên bệ , hai đầu có nắp máy để đỡ trục rôto và bảo vệ dây quấn Phần quay: Gồm lõi thép , trục, và dây quấn Lõi thép rôto: Cũng gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại giống ở stato. Lõi thép được ép trực tiếp lên trục ,bên ngoài có sẻ rãnh để đặt dây quấn Trục máy: Được làm bắng thép, có gắn lõi thép rôto .Trục được đỡ trên nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt Dây quấn :Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rôto dây quấn hay rôto lồng sóc. +) Rôto kiểu dây quấn : Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato và có số cực bằng số cực ở stato . Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối , kết cấu dây quấn chặt chẽ . Trong động 2 cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp . Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao , ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rôto .Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục ,tỳ trên ba vòng trượt là ba chổi than .Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào mạch rôto,có tác dụng cải thiện tính năng mở máy , điều chỉnh tốc độ , hệ số công suất được thay đổi . +)Rôto lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là các thanh đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto . Hai đầu các thanh dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch . Như vậy dây quấn rôto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc. Hình1-3. Dây quấn rôto kiểu lồng sóc Ngoài ra dây quấn lống sóc không cần cách điện với lõi thép rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc thành hai rãnh gọi là lồng sóc kép dùng cho máy có công suất lớn để cải thiện tính năng mở máy . Với động cơ công suất nhỏ rãnh rôto thường đi chéo môt góc so tâm trục. Khe hở Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở không khí , khe hở rất ít thường là ( 0,2 0 mm đến 1.mm), do rôto là khối tròn nên rôto rất đều . Mạch từ động cơ không đồng bộ khép kín từ stato sang rôto qua khe hở không khí. Khe hở không khí càng lớn thì dòng từ hoá gây ra từ thông cho máy càng lớn hệ số công suất càng lớn . Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ Công suất định mức P đm là công suất cơ hay công suất điện máy đưa ra Điện áp định mức U đm và dòng điện định mức I đm 3 Vd: Trên nhãn máy có ghi ∆/Y 220v/380v_ 7.5/4.3A ta sẽ hiểu như sau khi điện áp lưới điện là 220v thì ta nối dây quấn stato theo hình ∆, Và dòng điện định mức là 7.5 A . Khi điện áp lưới điện là 380v thì ta đấu dây quấn stato theo hình Y ,dòng điện định mức là 4.3 A . Hệ số công suất định mức : cosϕ đm Tốc độ quay định mức n đm (vòng/ phút ) Tần số định mức f đm (hz) b. Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ b1.đặc tính cơ động cơ không đồng bộ Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế một pha của động cơ . Tuy nhiên có các điều kiện sau thoả mãn để xây dựng phương trình đặc tính cơ. - 3 pha của động cơ là đối xứng . - Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto , mạch từ không bão hoà điện kháng X 1 , X 2 không đổi. - Bỏ qua các tổn thất trong lõi thép các tổn thất của ma sát. - Điện áp hoàn toàn sin và đối sứng ba pha. Với những giả tưởng trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ. Hình 1-9. Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ Trong đó U 1 : trị số hiệu dụng của điện áp ba pha stato Trong đó : R th , R 1 , R 2 ’ là điện trở tác dụng từ hoá , điện trở stato và điện trở rôto đã quy đổi về phía stato . X th , X 1 , X 2 ’ , là điện kháng mạch từ hoá điện kháng tản stato và điện kháng rôto đã quy đổi về phía stato. 4 I th ,I 1 , I 2 ’ là các dòng điện từ hoá,dòng điện stato, dòng điện rôto đã quy đổi về stato Với hệ số quy đổi như sau: X ’ 2 = K u 2 .X 2 ; I ’ 2 = K i I 2 ; R 2 ’ = K u 2 R 2 Trong đó : hệ số dây quấn stao và rôto U 1 điện áp định mức đặt vào dây quấn stato E w sức điện động định mức của rôto Độ trượt động cơ : s = ω ωω 1 1 − Ta tính được dòng điện qua rô to : I 2 ’ = ( ) 2 ' 21 2 ' 2 1 1 XX R R U S ++         + S = 0 ⇒ I 2 ’ = 0 ( ω = ω 1 ) S = 1 ⇒ I 2 ’ = ( ) XRR U nm 22 21 1 ++ = dòng điện max (I 2 ’ max ) , ω = 0 .với : X nm = X 1 +X 2 ’ : điện kháng ngắn mạch Dòng khởi động phía rôto của động cơ . 5 Hình 1-10. Đặc tính dòng điện rôto Thông thường ta có I 2 ’ max = (4 ÷ 7)I đm . Vì thế khi khởi động động cơ cần chú ý giảm dòng mở máy phía rôto bằng cách mắc thêm điện trở phụ phía rôto . Ta có dòng điện phía stato là : Khi S = 0 → I 1 = I th (dòng phía stato bằng dòng từ hoá ) S = 1 → I 1 = ( ) 1 2 21 11 U XRR XR nm thth         ++ + + Hình 1-11 . Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ . - Để xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ Ta có công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là : 6 P đt = M.ω 1 (1) M : Là mômen điện từ của động cơ Giả sử bỏ qua tổn thất phụ thì : M = M cơ Công suất P đt chia làm hai phần: P cơ :Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ : P cơ = M cơ .ω (2) ∆P ω 2 : Công suất tổn hao đồng trong rôto : ∆P ω 2 = 3.I 2 ’2 .R 2 ’ (3) Với : I 2 ’ = ( ) XRR U nm 22 21 1 ++ Ta có : P đt = P cơ + ∆P ω 2 (4) Thay (1) ,(2) ,(3) vào phương trình (4) ta có M.ω 1 = M.ω + 3. R X R R U nm S ' 2 2 2 ' 2 1 2 1 . +         + M (ω 1 - ω ) = 3. R X R R U nm S ' 2 2 2 ' 2 1 2 1 . +         + (5) Với s = ω ωω 1 1 − thay vào phương trình (5)ta có M =         +         + 2 2 ' 2 11 ' 2 2 1 3 nm X s R Rs RU ω Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Để vẽ đường dặc tính cơ của động cơ cần phải tìm ra các điểm tới hạn thông qua việc giải phương trình : 0= dS dM Ta tìm được trị số của M và S ở điểm cực trị : kí hiệu là M tới hạn (M th ) và giá trị S tới hạn ( S th ) . Cụ thể là : S th = ± XR R nm 22 1 ' 2 + ; M th = ± ( ) 22 111 1 2 3 nm XRR U +± ω 7 Dấu “ + “ ứng với trạng thái động cơ . Dấu “ - “ ứng với trạng thái máy phát . Khi ngiên cứu các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ người ta quan tâm nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ. Với những động cơ công suất lớn lớn thường R 1 rất nhỏ so với X nm nên lúc này co thể bỏ qua R 1 nghĩa là R 1 = 0 . Do đó : S th = ± X R nm ' 2 ; M th = ± X U nm ω 1 2 1 2 3 Lập tỉ số :         += S S S S M M th th th 2 1 => M = S S S S M th th th + 2 -Khi xét S << S th ( S → 0) .Tỷ số S S th nhỏ , gần đúng coi S S th = 0. .Lúc này đặc tính cơ có dạng đơn giản : M = S S M th th . 2 -Khi S >> S th (Sđ1). Ta có : M = S S M th th . 2 S = 1 ⇒ M = M nm = 2.M th .S th 8 Hình 1-12. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Trong thực tế khi nghiên cứu các hệ truyền động cho động cơ không đồng bộ thường lựa chọn vùng làm việc là đường thẳng tuyến tính từ 0 đ D . b2) Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ Từ phương trình đặc tính cơ không đồng bộ : M =         +         + 2 2 ' 2 11 ' 2 2 1 3 nm X R Rs RU ω Ta thấy các thông số anh hưởng đến đặc tính cơ bao gồm : - Điện áp nguồn U 1 - Tần số lưới điện cấp cho động cơ - Điện trở mạch rôto - ảnh hưởng P - ảnh hưởng của R 1 ,X 1 b.2.1) ảnh hưởng của điện áp nguồn cấp cho động cơ Điện áp nguồn U 1 : Thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều Các tham số còn lại là hằng số , khi U 1 giảm → ( M th ) Mômen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp . M th giảm ∼ U 1 2 giảm Trong khi đó tốc độ đồng bộ: ω 1 = P f 1 . 2 π = const . Và độ trượt không thay đổi . Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này . 9 Hình 1-13.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điện áp cấp cho động cơ Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho M th giảm nhanh.Tuy nhiên S th không đổi vì vậy phương án giảm điện áp thường thích hợp cho dạng phụ tải không đổi : quạt gió , máy bơm ly tâm.Không thích hợp với phụ tải thay đổi : b.2.2 ảnh hưởng của điện trở mạch rôto ( R 2 + R 2f ). Chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ,sử dụng bộ điều chỉnh xung điện trở . người ta thực hiện bằng cách mắc thêm R 2f vào mạch rôto . Ta có : ω 1 = P f 1 . 2 π = const M th = const S th = X RR nm f ' 2 ' 2 + → dòng điện mở máy giảm a) b) Hình 1-14 a. Sơ đồ đấu dây ; b. Đặc tính cơ 10 [...]... cho tải trọng rơi với vận tốc ổn định (tức là chuyển động không có gia tốc) Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là momen tải trọng: Mt = (G + G0 ).Rt u.i Khi hạ tải, năng lợng đợc truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và động cơ, nên: M h = M t M = M t h trong đó: Mh momen trên trục động cơ khi hạ tải 27 M mất mát trong cơ cấu truyền h hiệu suất của cơ. .. công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng Xác định phụ tải tĩnh Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu và vật nâng gây ra Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng... nhỏ theo chiều hạ Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó Khi đó, muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng Nh đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy... chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơ không vợt quá (15 ữ 20)%Mđm; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50% M đm Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, yêu cầu... thì: G - trọng lợng của tải trọng (kg) G0 trọng lợng bản thân cơ cấu nâng (kg) Rt bán kính tang nâng (m) c hiệu suất của cơ cấu nâng u bội số của ròng rọc (palăng) i Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian 26 i= 2 Rt n u.v n n Tốc độ động cơ (v/phút) vn tốc độ nâng tải (m/phút) Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc nâng không tải: M n0 = Pn 0 = G0 Rt... chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau: MC M Hỡnh 2.1 c tớnh c ca c cu nõng h Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau: + Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M đ là mômen hãm, Mc là mômen gây chuyển động + Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải. .. v n 60.102. c (3) (4) Phụ tải tĩnh khi hạ tải Có thể có hai trạng thái hạ tải + Hạ động lực + Hạ hãm Hạ động lực đợc dùng khi hạ những tải trọng nhỏ Khi đó momen do tải trọng sinh ra không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ Hạ hãm đợc dùng khi hạ những tải trọng lớn Khi đó momen do tải trọng sinh ra lớn hơn mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệ thống Máy điện... thì động cơ cần phải đợc điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất lớn Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải Khi hạ không tải, 23 trọng lợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ. .. quay của động cơ có thay đổi thế nào Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính M c=const và không phụ thuộc vào chiều quay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động; tức là hớng ngợc chiều quay động cơ Khi giảm thế năng (hạ tải) , momen... đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa phơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (M đ) do động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M c) của phụ tải của máy quyết định 22 Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất . và xây dựng mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha 1 Giới thiệu về động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha a. khái niệm Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi trong. cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ b1.đặc tính cơ động cơ không đồng bộ Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế một pha của động cơ. truyền động cầu trục. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng- hạ cầu trục. Cần trục thờng có ba chuyển động: Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ). Chuyển động ngang của xe trục. Chuyển động dọc