55 thi lộng cơ Speed 55 Phụ lục VI: Quyết định giao, Hợp đẳng KHCN và 65 Biên bản nghiệm thu cấp cơ sở: 65 Trang 4 MG DAU Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, công n
Trang 1BO CONG THUONG
TONG CONG TY THIET BIDIEN VIET NAM CÔNG TY C6 PHAN CHE TAO MAY DIEN
VIET NAM - HUNGARY _
®
BẢO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỂ TÀI
“ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VỚI BIEN TAN CÓ CÔNG SUẤT ĐẾN I0KW ”
Mã số: LLI-I2RDIHĐ-KHCN
Trang 2BO CONG THUONG
TONG CONG TY THIET BIDIEN VIET NAM CONG TY C6 PHAN CHE TAO MAY DIEN
VIET NAM - HUNGARY 3g hệ p8 9t e
BẢO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỂ TÀI
“ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHE TAO
ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ VỚI BIEN TAN CÓ CÔNG SUẤT ĐẾN I0KW °
Hop déng 36: { {f-L2RDIHD-KHCN
Thực hiện theo Hợp đồng Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công
nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, số 111-12/HĐ-KHCN, ngày 23
tháng 03 năm 20 12 giữa Bộ Công Thương và Công ty cổ phản chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari Chủ nhiệm để tài: KS Hà Đình Minh Các thành viên tham gi 1, KS Hà Đình Minh 2, KS Lê Vinh Hoàn 3, KS Trần Quang Tâm 4,KS Nguyễn Hong Hải 3, KS Lê Sỹ Phú 6, KS.Vũ Văn Thông 7, KS Phạm Thái Sơn 8, KS Hoàng Khải Hoàn
CO QUANCHU TRI CHU NHIEM DE TAI
KS Hà Đình Minh Lê Vĩnh Hoàn
Trang 3Mục lục
Nội dụng Trang
Chú thích một số ký hiệu sử dụng trong báo cáo 4
TOM TAT NHIEM VU 5
CHƯƠNG 1: TONG QUAN TAI LIEU 7
1, Ñơ lược về động cơ điện không đồng bộ 7 3 Động cơ điện không đồng bộ làm việc với biên tân 7 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIEM 14 1 Sự cần thiết chế tạo động cơ điện không đồng bộ chuyên dùng cho bi 14 2 Các phương pháp đi 15
2,1 Phương pháp điều khiển DỰ không đổi 16
3.2 Phương pháp điều khiển vector 1
3 Tỉnh toán sơ bộ động cơ điện không đẳng bộ 20
3.1 Số liệu đầu vào ti 20
4⁄2 Chọn tham số thiết #8 20
3.3 Trình tự đnh toán thất kế động cơ mô men khởi động cao trên phan mém SPEED 36
4 Công nghệ sẵn xuất động cơ điện 38
4.1 Công nghệ chế tạo phần điện từ của động cơ điện 38 4.2 Công nghệ chế tạo các chỉ đết cơ khí, 40
4.2 Cơng nghệ lắp ráp 42
KÉT QUÁ VẢ BÌNH LUẬN 44
1 Các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu động cơ điện không đồng b 44 2 Phân tích kết quả thí nghiệm động cơ điện khi làm việc với biến tần do hãng Danfoss- Đan Mạch chế tạo, cài đặt ở chế độ sensorlessvector: 45 3 Hướng dẫn sử dụng và vận hành và bão đưỡng động cơ điện cho biến tin 48
4 Những khó khăn khi thực hiện hiện để tài 50
5 Hiệu quả thực hiện để tài 50
Phy Ine I: 53
Bang so sánh chất lượng chủ yếu của động cơ biến tần 10kW-1500 r/min 53 Phụ luc II: Kết quả thí nghiệm động cơ 10 kW- 1500 rimin 54 Phụ lục II: Kết quả tính toán động cơ biến tần 10 kW-1500 r/min trén phan 55
thi lộng cơ Speed 55
Phụ lục VI: Quyết định giao, Hợp đẳng KHCN và 65
Biên bản nghiệm thu cấp cơ sở: 65
Trang 4MG DAU
Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, công nghệ thông tin, bộ biến tần với động cơ không đồng bộ rô to lỏng sóc đá được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống, từ máy giặt, tủ lạnh, máy điều hòa không khí
đùng trong sinh hoạt gia đình đến các máy móc công nghiệp như động cơ quạt gió, động cơ bơm nước, máy nén khí, máy gia công cắt gọt kim loại, thiết bị cầu trục, băng tải, băng chuyền trong các nhà máy xỉ măng, v.v, các động cơ một chiều din din được thay thế bằng biến tần và động cơ không đồng bộ để điều chỉnh tốc độ
Tuy nhiên, nếu sử dụng động cơ không đồng bộ thông thường cho các loại tải có mô men làm việc không đổi như máy nén khí kiểu pít-tông, thiết bị cầu trục, thiết bị tòi, v.v, qua khảo sát cho thấy động cơ không đồng bộ thông thường dễ bị “tim” không kéo được tải do tham số của động cơ thông thường không được thiết kế để làm vi
c với biến tần Ngoài ra, nếu dùng động cơ không đồng bộ thông thường chạy với biến tần ở tần số thấp dưới tần số định mức, động cơ bị phát nóng, quá mức cho phép đo quạt làm mát gắn trên trục động cơ không đủ lưu lượng gió cần thiết Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết đó, Công ty cỗ phần chế tạo máy điện Vi:
tiến chế tạo để tiền hành nghiên cứu thiết kế và nghiên cứu công nghệ
điện chuyên đùng cho biến tần dựa trên các thiết bị sẵn có của Công ty nhằm giảm chỉ phí sản xuất xuống mức tối thiểu
Năm 2012, Công ty cỗ phần chế tạo máy điện Việt Nam-Hungari đã đề xuất
đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo động cơ điện không đồng bộ với biến tần có công suất 10W”, đã được Bộ Công Thương phê duyệt qua hợp đồng số 111.12RD/HĐ-KHCN, ký ngày 23 tháng 03 năm 2012
Căn cứ theo hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, Công ty cổ phần chế tạo máy điện 'Việt Nam-Hungari phải hoàn thành các sản phẩm khoa học công nghệ sau:
Trang 5+Chế tạo thành công 01 động cơ điện không đồng bộ chuyên dùng cho biến tần,
công suất 10W
-+Về tài liệu: Hoàn thành các thiết kế: tính toán thiết kế điện từ, các bản vẽ thiết kế
kết cấu, các chỉ dẫn công nghệ gia công chỉ tiết, chỉ dẫn công nghệ điện, kết quả thử nghiệm, so sánh chất lượng sản phẩm đạt được với sản phẩm cùng loại của
Danfoss-Dan Mach, An Độ, Nhật Bản,v.v , báo cáo định kỳ, báo cáo tổng kết
khoa học kỹ thuật đề tài
Trong báo cáo tổng kết này trình bày chỉ tiết các nội dung đã thực hiện trong
Trang 6PVA) Pam(kW) Ma(N.m) alradis) cou(radis) UI@) WA) Tr(A) In(A) \W(Wb) yaw) s Wi Da(mm) D(mm) kp 1% tumn(Hz) Vgwbe TN)
Chú thích một số ký hiệu sử dụng trong báo cáo
Công suất tính tốn của động cơ điện
Cơng suất định mức của động cơ điện
Mô men điện từ của động cơ Tốc độ góc trên đầu trục động cơ Tốc độ góc của từ trường stato Điện ap stato
Deng dign stato
Déng điện thành phan sinh ra mémen cha stato
Déng điện thành phần từ hóa lối thép & stato "Từ thông stato Từ thông rôto HỆ số trượt Số vòng dây trong Ipha dây quấn stato
Đường kính ngoai Stato Đường kính trong Stato
Tỷ số giữa đường kính trong và đường kính ngoài
Đường kính trong rô to
He sé Carter
Hệ số tự cảm chính của động cơ
He sé ty cam ting cha điện kháng
tên ngắn mạch rôto và điện kháng chính Hiệu suất động cơ điện Tần số làm việc thấp nhất Điện áp một chiều trên biến tần Mômen điện từ X@) Xi“) %(Q) x50) RQ) RQ), UpbawolV) Ryte-w(MOQ) Rn(Q) Rp(€3) AtfO) fz) œ Mm) Thêm) iA) UV) Px(keW) Cosp Cosy Mxseo(m) Txsn(À) Tes, Tem)
Điện kháng tản dây quần Stato Điện kháng tản dây quấn rô to
quy đổi về Siato
Điện kháng ngắn mạch
Điện kháng ngắn mạch tương đối
Điện trở dây quấn stato
Điện trở đây quấn rôto quy đổi
vé stato
Điện Áp thử cách điện phasvd Điện trở cách điện pha-vỏ
Điện trở thuần đây quấn stato ở nhiệt độ tị
Điện trở thuần đây quấn stato sau khi thử phát nhiệt, nhiệt độ ty stato Độ tăng nhiệt đây quấ Tần số dòng điện stato Tốc độ góc cơ ban Mômen khỏi động
Bội số mômen khởi động Dòng điện khỏi đông Điện áp khỏi động
Công suất khởi động Hệ số công suất
Trang 7TOM TAT NHIEM VU
1 Phương pháp thực hiện
- Khảo sát, phân tích các thông số kỹ thuật của một số loại động cơ điện biến tần
do nước ngoài chế tạo như Nhật Bản, Án Độ, Pan Mach v.v,
- Nghiên cứu, thiết kế sản phẩm dựa trên: các thông số kỹ thuật của động cơ điện
biến tần của nước ngoài, yêu cầu của khách hàng và nghiên cứu các giải pháp công
nghệ, vật liệu chế tạo động cơ
- Chế tạo thử nghiệm, thí nghiệm, đánh giá chất lượng của sản phẩm chế tạo được và so sánh với sản phẩm mẫu cùng loại
thiết kế, hoàn thiện sản phẩm để sản phẩm tạo ra có chất lượng tương
đương hoặc tốt hơn sản phẩm cùng loại của nước ngoài Mục tiêu của đề tài:
Làm chủ thiết kế, tính toán và chế tạo thử động cơ điện không đồng bộ chuyên đùng cho biến tần có công suất đến 10 KW
Nội dung:
- Nghiên cứu tổng quan;
- Lựa chọn mẫu;
- Thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ, chế tạo thử, - Thử nghiệm đánh giá kết quả;
- Báo cáo kết quả nghiên cứu 2 Kết quả đạt được
-Bộ bản vẽ thiết kế, bộ bản vẽ quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm của động cơ
điện không đồng bộ cho biến tần có công suất 10kW Ba chế tạo thành công động
cơ điện không đồng bộ cho biển tần có công suất 10KW(số lượng 01 sản phẩm), có
Trang 8Mức chất lượng lượng
or | Tên sản phẩm và chỉ tiêu | nụ Mẫu tương tự sẵn
chất lượng chủ yếu vido | Ketqua xu phẩm
đạt được mest tạo ra
(®bộ)
Động cơ điện khơng đồng
bộ với biến tần công suất
Trang 9CHƯƠNG 1: TONG QUAN TAI LIEU 1 Sơ lược về động cơ điện không đồng bộ
Động cơ điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành hạ, nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống dân sinh
Trong nông nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng trong máy xay xát gạo, máy bơm, máy tuốt lúa, máy nghiền ngô, nghién sin, v.v,
Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ được sử dụng chủ yếu, nó
chiếm tới trên 90% trên tổng số các loại động cơ điện được sử dụng, động cơ điện
được ứng dụng cho băng tải, máy cán thép, máy tời, câu tháp, cấu trục, máy nén khí, máy đập đá, máy đầm rung, máy đóng cọc,v.v,
Phân loại động cơ điện không đồng bộ: động cơ không đồng bộ chủ yếu được phân loại thành động cơ không đồng bộ 1 pha và 3 pha, động cơ không đồng bộ rô to lổng sóc(hay còn gọi là rô to ngắn mạch) và động cơ rô to dây quấn, ngoài ra còn có một số loại động cơ không đồng bộ đặc biệt khác nữa như động cơ điện
dùng cho biến tần, động cơ mômen cao, v.v,
Trước kia, do công nghệ điện tử chưa phát triển nên trong các ứng dụng điều tốc, người ta thường sử dụng động cơ điện một chiều với kết cấu phức tạp nhưng, điều tốc dé đàng nhưng ngày nay động cơ một chiều đã dẫn bị thay thế bởi hệ động cơ không đồng bộ lồng sóc và bộ biến tần, trong những ứng dụng cần mô men khỏi động cao, chế độ khởi động dưới tải, nặng nề như: cán thép, động cơ nghiền bị trong xi măng,v.v, hoặc ứng dụng biến tần điều khiển động cơ điện không đồng bộ để chạy tải quạt gió, máy bơm, máy điều hòa không khí nhằm tiết kiệm điện năng
2 Động cơ điện không đồng bộ làm việc với biến tân
Trang 10+Ứng dụng điều tốc thông thường(General dives): da phần dùng cho các loại tải nhẹ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp từ 0.2e›, đến 2oo,, động cơ chạy tải máy bơm, quạt
gió, v.v„ biến tần điều khiển theo luật U/f Công suất được duy trì định mức từ tốc độ œ đến 2œn, ở tốc độ trên định mức thì điện áp được duy trì không đổi
Ở trạng thái xác lập, dựa trên sơ đỗ thay thể tương đương, ta có: & = BR, + jo,% (11)
Nếu coi R; 0, fa có : ek 2);
&
Khi tốc d6 ting @,>e,, dién áp giữ không đổi thi từ thông stato giảm(fừ thông yếu) Chúng ta có thể nói ở vùng tốc độ œ=2ø, là vùng từ thông yếu (fux
'weakening),từ thông ở vùng điều chỉnh này chỉ đạt ⁄2 từ thông định mức
Với ứng dung diéu khién general drives, tiéu chí tiết kiệm năng lượng là quan trọng, do vậy, ưu tiên sử dụng động cơ hiệu suất cao cho ứng dụng này
+Ứng dụng công suất không đổi trong dải điều chỉnh tốc độ(Constant power
variable speed applications): ứng dụng cho spindles, hoặc động cơ đẩy trong xe ôtô hybrid, mục tiêu chính là đải tốc độ điều chỉnh rộng œ»a»/e» >2, thông thường là
3+4, trong trường hợp đặc biệt có thể là từ 6+7 Thiết kế động cơ với công suất
không đổi trong dải điều chỉnh tốc độ rộng là tương đối khó vì bội số mô men cực đại m„a„ của động cơ thông thường không vượt quá 3 lần Để đạt được dải điều chỉnh rộng thì động cơ điện trong ứng dụng này cần thiết kế để có mô men cực đại lớn, điện kháng ngắn mạch nhỏ, hệ thống làm mát bằng chất lỏng(dầu hoặc nước), tôn silic dùng loại có suất tổn hao thấp, chế độ điều khiển của biến tần là U/f là
hằng số
~+Ứng dụng kiểu Servodrives: là dạng điều khiển có công suất thay đổi, dùng cho điều khiễn rôbốt, máy công cụ, mô men định mức không đổi(mô men định mức tương ứng với công suất định mức, tốc độ định mức, điện áp định mức) Đặc tính của ứng dụng servodrives là đáp tuyến mômen và tốc độ nhanh, trong quá trình quá độ, động cơ phải tạo ra mô men lớn trong thời gian ngắn để thắng mômen cản
Trang 11rất thấp đến tốc độ định mức, nếu có phản hởi tốc độ vòng kín(phản hỏi tốc độ hoặc vị trí) thì tốc độ động cơ có thể xuống đến vài chục vòng/phút, và trong
những ứng dụng này thì việc giảm thiểu mô men ký sinh và hạn chế nhiệt độ phát nóng của bộ dây là cần thiết
'Thông thường thì điều khiển kiểu servodrives được thiết kế với quạt gió rời, không đồng trục với động cơ, được cấp nguồn độc lập trực tiếp từ lưới, một số trường hợp đặc biệt, thân động cơ có thể được làm mát bằng chất lỏng,
ặc tính cơ, yếu tó tối quan trọng là ¡ có đáp tuyến mô men
và tốc độ nhanh, có mô men ký sinh nhỏ Chỉ tiêu về hiệu suất và hi
trong ứng dụng kiểu này chỉ là thứ yếu, việc chọn công suất và kiểu thiết kế của biến tần phải phù hợp với yêu cầu nâng cao mô men ở tốc độ thấp Biến tần trong ứng dụng này được thiết kế theo luật điều khiển từ thông không cảm 'nCVectorcontrol) biến(sensơrlessvector) hoặc điều khiển từ thông có cảm "Trong đề
này chúng ta chỉ đi sâu nghiên cứu hệ động co-bién tan theo nguyên lý điều khiển Servodrives, để đáp ứng được yêu cầu điều khiển của ứng dụng Servodives thì cầu trúc đầy đủ của động cơ không đồng bộ-biền tần gồm có: động cơ không đồng bộ, cảm biển đo nhiệt độ bộ dây stato(tùy chọn, có thể có hoặc không tùy theo phương pháp điều khiển), cảm biến đo vị trí và tốc độ trên
trục động cơ, sử dụng trong trường hợp điều khiển tốc độ vòng kín, độ chính xác cao, các cảm biến loại này có thể là: Incremental encoder, absolute encoder,
resolver hoặc synchro, với những ứng dụng không yêu cầu độ chính xác quá cao thì người ta không cần dùng đến cảm biến tốc độ mà sử dụng phương pháp điều khiển từ thông không cảm bi ến(Sensorlessvector), khi sử dụng phương pháp này, dựa vào phản hởi dòng điện và điện áp biến tần có thể tính toán được gần đúng tốc độ động cơ hiện hành
Ở Việt Nam, hiện nay chưa có tiêu chuẩn về động cơ chạy biến tần, còn trên
thế giới có tiêu chuẩn IEC 60034-17 quy định về độ bền cách điện, sóng hài,
Trang 122.1 Encoder đo tắc độ động cơ điện:
Encoder là cảm biến dùng để xác định vị trí quay và tốc độ quay, encoder thường được chia làm 2 loại: loại encoder tăng đncremental encoder) và encoder tuyét đối(absolute eneoder)
H1.1-Hinh anh encoder
+ Cau tao cia Incremental encoder:
Bén trong Incremental encoder g6m có 01 đĩa chia vạch, 01 mạch điện tử, 3
đèn phát hồng ngoại và 3 đèn thu đạt đối xứng với đèn phát qua dia chia vạch, số
vạch trên đĩa quyết định số xung trên một vòng quay của tín hiệu pha A hoặc B,
việc xác định vị trí quay và tốc độ quay dựa trên việc tính toán số xung đếm được trong một khoảng thời gian nhất định hoặc trên một vòng quay
- Các tín hiệu ra: A, B, Z, có loại còn có các đầu ra đảo 4,5,Z
- Các xung A và B lệch pha nhau 90": Có nhiều độ phân giải khác nhau cho mỗi vòng quay Ví dụ: 600, 1024, 2048 P/R (pulses per revoluti on-xung trên một vòng quay), độ phân giải càng cao, giá thành càng đắt
- Xung Z: Đưa ra một xung cho mỗi vòng quay
Trang 13Fixed boord with site Slt i tee 7 Sivot | Slitot phase ñ [phaser | fa z8 GP Le seeig
HI.2- Đĩa quang và tín hiệu ra của Incemental Encoder
+ Cấu tao cia Absolute Encoder:
Cấu tạo cũng gần giống như loại Incemental Encoder Tuy nhiên loại
encoder tuyệt
ôi được thiết kế để đo trực tiếp vị trí của trục quay, nên trên đĩa chia vạch có nhiều lớp chia vạch, đồng thời có nhiều cặp đèn thu-phát hồng ngoại hơn loại encoder tăng Mục đích để xác định giá trị tuyệt đối của vị trí trục Toy theo số vị trí trên một vòng quay cần được mã hóa(độ phân giải) mà đĩa chia vạch có số lớp tương ứng
Vi du3 lớp, 4 lớp, 5 lớp, 8 lớp, 12 lớp tương ứng với mã hóa 3 bit, 4bit,
3bit, 8bit, 12bit hay khả năng mã hóa tương ứng là 8 vị trí, 16 vị trí, 32 vị trí, 256
Trang 14*Uu diém của Encoder tuyệt đối
- Giá trị số hóa cho các vị trí - Xị trí tuyệt đối có thể nhận được tại mọi thời điểm *Khuyết điểm của Encoder tuyệt đối - Nhiễu tín hiệu ra
- Giá thành cao so với Encoder tăng
- Số bit liên quan tới giá thành và độ phân giải
Encoder tăng được dùng nhiều hơn encoder tuyệt đối vì giá thành rẻ hơn, encoder tuyệt đối được sử dụng trong những ứng dụng đòi hòi độ chính xác cao về vị trí, thời gian đáp tuyến nhanh như máy tiện CNC, máy phay CNC độ chính xác cao, robot, V.V
2.2 Resolver do vi trí và tốc độ động cơ điện:
Resolver là một biến áp quay đùng để xác định góc quay của trục, đầu vào của resolver là điện áp xoay chiều có tân số khoảng vài trăm Hz đến hàng chục kHz, tin hiệu ra là điện áp xoay chiều là hàm của góc quay Resolver cung cấp thông tin giá trị góc quay tuyệt đối ngay khi có tín hiệu đầu vào
Cấu tạo bên trong resolver gồm lõi thép sfafo và rô to, 01dây quần đầu vào
được cấp điện áp xoay chiều hình sin có tần số đến hàng chục KHz, đầu ra gồm hai bộ dây đặt lệch nhau 90” gọi là cuộn sine và cosine Tín hiệu điện áp đầu ra được đưa về mạch giải mã(decoder), đầu ra của mạch giải mã là trị số góc quay của trục *Uu diém cia Resolver:
+Tín hiệu ra là giá trị tuyệt đối của góc quay
+Độ phân giải cao(fhường là 12 bit, có thể tới 32bif), đầu ra chỉ có 4 đây, ít dây
hơn loại Encoder tuyệt đối
+Độ chính xác hầu như không bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố môi trường như bụi
bin, rung lắc
Trang 15*Nhược điểm:
Trang 16CHUONG 2: THỰC NGHIỆM
1 Sự cần thiết chế tạo động cơ điện không đồng bé chuyén ding cho biến tần Hiện nay, trong công nghiệp cũng như đời sống hằng ngày, động cơ điện không đồng bộ chạy biến tần được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong thang máy, cần cấu, cầu trục, máy nén khí kiểu, quạt gió, máy bơm nước, v.v Hệ biến tằn- động cơ điện không đồng bộ dần dần thay thế các
độ như động cơ điện một chiều, động cơ VS vì những ưu việt của nó như tiết
truyền động có điều chỉnh tốc
điện năng, sửa chữa và bảo dưỡng động cơ không đồng bộ đơn giản hơn so với động cơ VS và động cơ điện một c
u, bộ biến tần ngày càng phổ biến trên thị trường nên để thay thể khi hỏng hóc xảy ra
su khién trong việc điều khiển mô men và tốc độ Phương pháp điều
khiển sử dụng trong biến tần rất đa dạng tùy theo từng hãng sản xuất và trong cùng một hãng cũng cho ra nhỉ ều dòng sản phẩm với những tiêu chí lựa chọn khác nhau
phục vụ cho những ứng dụng nhất định Có thể kể ra ở đây như biến tần của LG Hàn Quốc: có dòng biến tần IG5 thiết kế dạng compact đùng cho chung cho các
ứng dụng thông thường như quạt gió hoặc tải nhẹ, dòng sản phẩm này ứng dụng, phương pháp điều khiển U/f không đổi, để điều khiển tốc độ động cơ điện, dòng sản phẩm IP5 của LG thiết kế riêng để điều khiển động cơ điện bơm nước và quạt gió, đồng sản phẩm IS5 được thiết kế cho tải nặng, ứng dụng phương pháp điều khiển từ thông không dùng cảm bi ến(sensorlessvector), dòng sản phẩm IV5 đùng phương pháp điều khiển vectơ có ding encoder dé đo tốc độ phản hỏi Hãng
Toshiba của Nhật Bản có dòng VSE9, VSF11 ding phương pháp điều khiển
sensorlessvector, hãng Sheneider có đòng biến tần ATV12 sử dụng phương pháp sensorlessvector, dòng biến tần ATV71 đùng phương pháp điều khiển véctơ có phản hỏi tốc độ Hãng Danfoss có dòng biến tần FC51 đùng phương pháp điều
khiển véctơ VVC và VVCP"" điều khiễn từ thông có thể không cần đùng phản hỏi
tốc độ, đòng biến tần FC301 và FC302 điều khiển véctơ có phản hỏi vị trí bằng
encoder hoặc resolver
Trang 17Đối với những ứng dụng máy bơm, quạt gió hoặc nhẹ tải, chỉ điều khiển tốc độ thông thường thì tham số của động cơ điện trong những ứng dụng này cũng không quan trọng nên không yêu cầu động cơ điện có thiết kế đặc biệt Với dòng biến tần sử dụng thuật toán điều khiển véctơ qua khâu phản hỏi tốc độ(encoder hoặc resolver) thì đặc tính cơ của động cơ điện được biến tần tối ưu hóa dựa trên tham số chính xác của động cơ điện
Ở những ứng dụng mà động cơ điện làm việc với tải nặng nhưng cần ổn định tốc độ với độ chính xác không quá cao, nhưng không thể lắp được cảm biển tốc độ do hạn chế về không gian lắp đặt, hoặc không dùng cảm biến tốc độ để
én tan điều khiển véctơ đắt gấp 2 đến 3 giảm giá thành thiết bị lần so với dùng loại biến tần điều khiển véctơ không cảm biến(sensorlessvector) Do vậy việc nghiên cứu và chế tạo điều khiển véctơ không cảm biến rất hữu ích cho người sử dụng biển tần trong nước
Trong đề tài này, chúng ta nghiên cứu thiết kế động cơ không đồng bộ 3pha cho các ứng dụng động cơ làm việc dưới tải, tải nặng như cần cẩu, máy CNC, băng tải,v.v, sử dụng biến tần điều khiển theo phương pháp sensorlessvector và điều
khiển véctơ Dưới đây ta sẽ nghiên cứu về các phương pháp điều khiển của biến tần và đặc tính của động cơ điện không đồng bộ
2 Các phương pháp điều khiển động cơ điện không đồng bộ bằng biến tằn Lần đầu tiên, bộ biến tần sử dụng phương pháp điều khiển U/f Không đổi, được sử dụng để điều khiển tải không yêu cầu mômen khởi động lớn như: quạt, bơm, có mômen tỷ lệ với bình phương tốc độ Ưu điểm của phương pháp điều
khiển là đơn giản nhưng đáp tuy:
về mômen là chậm
'Với những tải có yêu cầu đáp tuyến mômen nhanh hơn thì người ta thường sử dụng phương pháp điều khiển từ thông và mômen độc lập giống như điều khiển trong động cơ điện một chỉ u gọi là điều khiển véctơ
Trong điều khiển từ thông thi tir théng stato hoặc rôto được điều khiển Về bản chất, dong điện siato gồm hai thành phần: thành phần từ hóa lõi thép và thành
Trang 18phan sinh ra mémen Trong diéu khién vécto, biên độ của dòng điện hoặc điện áp pha cùng với tần số được điều khiển liên tục
Với điều khiển véctơ thì bát kỳ đặc tuyến mômen/tóc độ nào cũng có thể đạt
được với đáp tuyến nhanh về mômen, miễn là đòng điện và điện áp trong giới hạn cho phép Vì vậy mà phương pháp điều khiển véctơ được sử dụng cho các ứng dung servodtives
Ngoai phuong phap diéu khién vécto, ngudi ta con cd phuong phap diéu khiển trực tiếp mômen và từ thông(DTFC)
2.1 Phương pháp điều khiễn Uƒ không đãi
Bộ biến tần khi lam vi U/ không đổi thì
động cơ điện là đi su biến độ rộng xung theo hình sine(PWM) Biên độ của ở chế áp cung cấp cho điện áp liên hị Uy =U+#G)*7 0.0) Trong đó: ân số qua công thức sau:
Un goi là điện áp nâng nhằm mục đích bù điện trở ở tân số tháp
Hệ số Kụ và điện áp Uạ được tính toán tương ứng với tần số thấp nhất(f„„) tới tần
số làm việc định mức của động cơ, thông thường tần số thấp là f„„ =5 Hz, có một số hãng giới thiệu là 3Hz, tần số f„„ phụ thuộc vào việc cài đặt tham số điện trở điện kháng, đòng điện không tải v.v, Nhưng nói chung, các tham số của động cơ sử dụng càng giống với tham số động cơ mẫu của nhà sản xuất biến tần(nghĩa là giống với tham số mặc định của biến tan) thi tần số f„ có thể cài đặt thap(khéng dưới 3H2)
Trang 19/2eos2nfy f ficos2nf tin) 2 cos(anf't= 20/3) i at ¡sp frequency | vị a
H2.2-Diic tinh điều khiển và đặc tính cơ của động cơ khi điều khiển U/£
2.2 Phương pháp diéu khién vector
Trang 20Động cơ rôto lồng sóc U; =0 do đó, ta có 2ø,eÊ, =—IŸR, (2.4), thay vào công thức tính từ thông stato ta được: B= FeO 1B Be ly thes 25) By LeSeilbai tuoloring, S>0 generating 1 s<0 al bà H2.5- Đặc tính cơ khi của động cơ ở chế độ điều khiển véc tơ Flex /cangue oe 3>| he? cø[a @ 05] AT) aurea T) conver 2% LN frequen f= 123 fori jose
H2.6-M6 hinh điều khiển véc tơ từ thông ở rôto
'Ta có thể tính được mômen trên trục động cơ theo công thức sau:
Trang 21Bia Ho xa TL 155 (26 3p, Bsa, Ly Ánh Ry 326)
Ma =3p,*
Như vậy, khi điều khiển nếu ta giữ cho từ thông rôto không đổi cho trước (q; = const) thì ta có thé én định được tốc độ (từ khâu phản hồi encoder hoặc resolver) bằng cách bù lại tần số đang bị trượt (một lượng là se) theo mồi tương quan ở trên
'Với phương pháp điều khiển từ thông như mô tả ở trên, hiện nay các nhà sản xuất biến tần cho ra đời hai dòng điều khiển véctơ là loại có cảm biến tốc độ (có
encoder) va loại không có eneoder hay còn gọi là điều khiển véctơ không cảm
biến(sensơrlessvector) là kiểu điều khiển tốc độ vòng hở, ở đây tốc độ trên trục của động cơ được ước lượng (speed calculator) dựa vào phản hổi dòng điện và điện áp
Trang 223 Tính toán sơ bộ động cơ điện không đồng bộ
3.1 SỐ liệu đầu vào thiết kế
Tir các yêu câu trên, việc tính toán thiết kế động cơ điện biến tần cũng tương tự
như trình tự thiết kế động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc thông thường Tuy nhiên, để động cơ điện có tham số phù hợp với đặc tính điều chỉnh của biến tần, ta phải thiết kế động cơ điện có các tham số tương thích với chế độ điều khiển của
biến tần
đầu vào thiết kế gồm các thông số sau: - Công suất định mức của động cơ P; = 10 (KW) - Điện áp định mức Uạ„ = 380 (V) - Dòng điện định mức lạu =21 (A) - Hiệu suất định mức Tịz„ = 86% - Hệ số công suất định mức Cosqyz = 0,85 - Tan số định mức f,= 50 (HZ)
- Kiểu rô to: Rô to lồng sóc
- Cấp bảo vệ động cơ: IP44
- Cấp cách điện: cấp F
- Điều kiện môi trường: Ty = 40 "C
- Kiểu lắp đặt chân đé, chiều cao tâm trục H = 160 mm 3.2 Chọn tham số thiết kế
Thiết kế động cơ không đồng bộ làm việc với biến tần cẳn xem xét những yếu tố
như: chọn răng rãnh stato, rôto, thiết kế đây quấn stato, chọn góc nghiêng ở rôto để
giảm mômen ký sinh, v.v,
3.2.1 Xác định kích thước chủ yếu
Những kích thước chủ yếu của máy điện không đồng bộ là đường kính trong, stato D và chiều dài lõi sit Lr Mục đích của việc chọn kích thước chủ yếu này là
để chế tạo ra máy hợp lý về
t kinh tế và tính năng phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật Tính kinh tế của máy không chỉ là vật liệu sử dụng để chế tạo ra máy mà còn
Trang 23xét đến quá trình chế tạo trong nhà máy, như tính thông dụng của các khuôn đập, mẫu đúc, các kích thước và chỉ tiết tiêu chuẩn hóa
4, Xác định đường kinh ngoài Tụ, đường kính trong D và chiêu dài li thép Ly:
"Tính đường kính ngoài D, theo chiều cao tâm trục: Với 56 mm <H <100 mm chọn: D,„„>2H~20(mm) Với 112 mm <H <160 mm chọn: D,„„ 2H ~30(mm) Với 180mm <H <315 mm chọn: D,„„> 2H ~50(mm) Với 355mm <H <450 mm chọn: D,„„> 2H - 100(mm) D i= Tinh D theo D,: Py (27) Hệ số kp tra theo bảng 2.1: 2p 2 4 6 8 210 kp | 0,52+0,57 | 0,64+0,8 | 0,7+0,72 | 0,72+0,74| 0,79 +0,81
DGng co 10KW-1500 r/min chay bién tin, hing Bauer của Đan mạch chọn chiều
cao tâm truc H = 160 mm(D160M4), trong dãy động cơ điện truyền thống của
'VIHEM thường chọn D/D, = 152/245 mm, nhưng đối với động cơ biến tần, dé giảm mômen quán tính, tăng đáp ứng về mômen và tóc độ, ta chọn D„ =200 mm
Tinh D theo kp 6 bang trén voi 2p = 4 ta c6 kp = 0,64 + 0,68 -> D = 128 + 136 mm, nhưng đễ giảm mômen quán tính ta chọn D nhỏ hơn giải trên, chọn
D =122mm; chiều đài 16i thép Ly =225mm
Tinh thé tích máy thông qua công thức tính cơng suất tính tốn của máy: pa—ts*Fm 2.9) Tagg "008 Py Chon hé sé Kz = 0,98-0,005p Chiều dài lõi thép tính theo thể tích máy: 61*10” * 1ø 0n) = đụ *&, Xi XA S8, XD Sa, (29) Trong đó :
P°(KVA) : là công suất tính toán của máy
Thụm, cosqu, : hiệu suất và hệ số công suất định mức
Trang 24a: 1a hé s6 cung cw tir, thudng chon bang 0,67
k, : là hệ số sóng sin thường lấy bằng 1,1 Kạ„ : là hệ số đây quấn tính D(em) : à đường kính trong lá tén stato ny (r/min): 18 tốc độ đồng bộ
A(A/em): Tai đường của động cơ điện
B;{T): Mật độ từ thông trong khe hở không khí Số đôi cực từ có quan hệ ràng buộc với tốc độ đồng bộ nụ và tần số lưới f, 60* ý _ 60*50 _ (2.10) mà 1500 P= Việc chọn A và Ba ảnh hưởng rất nhiều đến kích thước chủ yếu D và Lr„
Đứng về mặt tiết kiệm vật liệu thì nên chọn A và B; lớn, nhưng nếu A và Bạ quá lớn thì tốn hao đồng và sắt tăng lên, làm máy quá nóng, ảnh hưởng đến tuổi thọ sử
dụng máy
Do đó khi chọn A và B¿ cần xét đến vật liệu sử dụng Nếu dùng vị
từ tốt (có tổn hao ít và độ từ thẩm cao) thì có thể chọn B; lớn Dùng đây đồng có cấp cách điện cao thì có thể chọn A lớn
Tuy nhiên, tỷ số giữa A và Bạ cũng ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và khỏi động của động cơ không đồng bộ, vì A đặc trưng cho mạch điệ
„ B¿ đặc trưng cho
Trang 25
'Từ công thức trên ta thầy khi tỷ số 4 tăng, nghĩa là B;tăng hay A giảm thì
i x 4 ss
= tăng dẫn đến cosp của máy giảm in
Như đã biết, mô men khởi động My và mô men cực đại M„ø; tỷ lệ nghịch với điện kháng ngắn mạch Xạ„ X„ càng nhỏ thì My và Mạøx càng lớn Theo sách “Thiết kế máy điện” thì chọn A/B, theo đường cong A/B; ở trang 219, nhưng này ngày nay không còn phù họp với xu thế tiết kiệm ¡ chung các số
nguyên liệu và tiết kiệm năng lượng, ta nên tham khảo các tài liệu thiết kế của các
nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Đức, Italia, v.v,
Theo [3] đưa ra phạm vi chọn B; tùy thuộc vào số đôi cực từ như sau: B¿ = (0,52 0,7)T cho 2p =2
B¿ = (0,65+ 0,75)T cho 2p =4 B¿ = (0,7+ 0,8)T cho 2p =6 B¿ = (0,75 0,85)T cho 2p =8
Trong dé gié tri 1én thudng chon 6 cng suat Ién, ti dong véi dong co 10kW,
thường chọn 250A/em < A <300 A/cm Sau nhiều lần tính toán và hiệu chỉnh ta
chọn được Lạ, = 225 mm, D, =200 mm, D = 122 mm, A =285 A/cm ; B, = 0,8016T
b, Chọn khe hở không khi theo số đôi cục [2]
Khi chọn khe hở không khí ö ta có gắng lấy nhỏ để dòng điện không tải nhỏ và cos@ cao, nhưng khe hở quá nhỏ làm cho việc chế tạo và lắp ráp thêm khó khăn, 16 to dé sit cốt, khe hở nhỏ còn làm tăng thêm tổn hao phụ và điện kháng tản tạp của máy cũng tăng
Theo kết cấu thì khe hở phụ thuộc vào kích thước đường kính ngồi rơto, khoảng cách giữa hai ỗ bi và đường kính trục Nguyên nhân là đường kính D ảnh hưởng đến dung sai lắp ghép của vỏ, nắp, lõi sắt, từ đó quyết định độ lệch tâm cho
Trang 26phép và lực từ một phía của máy Đường kính trục và khoảng cách giữa hai 6 bi quyết định độ võng của trục Có thể đùng những công thức sau để chọn hệ số khe hở của không khí (mm): Khi P; <20 KW Khi 2p, >4thì 2=025+-7-=025+-127=0/372mm; (21) 1000 1000
'Với động cơ biển tần làm việc với dai tần số hoạt động lên đến 80Hz, nên để đảm bảo rô to tránh bị sát cốt, ta chọn khe hở không khí ồ =0,4 mm
©, Lựa chọn răng rãnh, dây quần và vẫn đề giảm mômien ký sinh
'Việc phói hợp răng, rãnh giữa sfato và rôto có ý nghĩa quan trọng vì nếu chọn Z;
hợp lý sẽ hạn chế được các mômen ký sinh, giảm được nguy cơ gây rung và ởn BI:
Mômen ký sinh: mômen ký sinh, sinh ra do sức từ động điều hòa trên tương tác giữa stato-rôto và bởi điện áp ra của biến tần không phải hình sin(đạng xung PWM), chứa nhiều sóng hài Mômen ký sinh gồm mômen đồng bộ và không đồng,
bộ, liên quan đến thiết kế răng, rãnh stato và rôto và sức từ động sfato
Mômen đồng bộ xảy ra do tương tác của hai thành phần điều hòa cùng bậc(một ở stato và một ở rôto), nhưng bắt nguồn từ các điều hòa khác nhau ở stato
Trang 27Téc độ đó khi quy vé stato 1a: tggy—sleao =A) 220-0] ; 015) Lo 1 Py Mômen đồng bộ xảy ra khi hai tốc độ từ trường điều hòa là bằng nhau : w nụi = nu hay ni ; 16) w Py
Điều hòa bậc vị, và v có thể dương(sóng thuận) hoặc âm(sóng ngược) Có hai trường hợp mà xảy ra mômen đồng bộ: yet; ya Điều hòa bậc vị = +vkhi s=1 (tóc độ bằng 0) và vị = -v khi = #1; (17) số; Onn =l+
Từ công thức trên ta thấy, mômen đồng bộ xảy ra ở tốc độ khác 0 được xác định tại hệ số trượt (s),u , va xảy ra lúc rôto đứng yên khi Z;>>2p,
Để tránh mômen đồng bộ thì ta phải tránh điều hòa có bậc liên quan đến điều hòa
rãnh đầu tiên của rôto và điều hòa sức từ động stafo:
6; Hee 145 (2.18); c¡¿=+1‡2 và c,=+1+2
:
Điều hòa rãnh sfato và rôto: (2.19) : ¡
Mômen đồng bộ có thể xảy ra do kết hợp rãnh stato va réto cho trường hợp
e¡ =e, +1 Khi:
Z,—,=0,U,=U'; Z—~
Nếu Z¡ = Z¿ thì mômen đồng bộ xảy ra tại tốc độ 0 làm cho động cơ không thể
khởi động tại bất kỳ vị trí nào của rôto Để tránh tình huống này nhất thiết ta phải
chọn Z¡ # Z¿
Trang 286,2, #6c,p, (2.20) Cũng từ điều kiện (10.64) chỉ ra mômen đồng bộ do điều hòa răng gây ra tại tốc độ khác 0: ev, 20-9 =—24 (220) 1 ok, 31 PM 2+ Py Voi cy=41tac6: m4, =
Với c= + 1, mômen đồng bộ xảy ra tại tốc độ ø, „ nếu có góc dịch ÿ„„„, pha gitta stato và điều hòa sức từ động ở rôto tương ứng với vị và -v; thì mômen được biểu diễn bởi:
M,, = Mey daar (CZ, +P) "Foun (2-23)
Mômen đồng bộ có thể là nguyên nhân gây khóa động cơ tại tốc độ tương ứng
'H2.7-Đặc tính cơ tồn tại mômen đồng bộ
Ảnh hưởng của bão hòa mạch từ tản tới mômen đồng bộ:
Khi xảy ra bão hoà mạch từ tản thì trong từ trường khe hở không khí sẽ có
+72 41, từ cảm khe hở không khí được
thành phần điều hòa rãnh ở rôto, bậc v'=
Py
tính tốn qua cơng thức:
Trang 29Mômen đồng bộ xảy ra nếu có sự tương tac véi diéu hda ranh stato bac v, = Fan
Py
khi: 2141-2243; do vay ta phai chon 24122243
Py Py Py Py
'Việc chợn só rãnh cho stato va rôto phải tuân thủ theo các điều kiện ở trên Mat khác, ta có thể tham khảo bảng tra só rãnh sfafo và rôto theo số đôi cực từ như tài
liệu[] đã tổng hợp ở bảng 2.2 đưới đây Bang 2.2 5 2p Zi Ranh thang Ranh nghiéng 12 [9,18 18 | 11,12,15,21,22 14, 19, 22, 28, 28, 31,33,34.35 24 | 15.17, 19,32 18,20,26,31, 33,34,35 2 30 |22.38 20, 21, 23, 24, 37, 39, 40 36 | 26, 28, 44, 46 25, 27, 29, 43, 45, 47 42 | 32,33, 34 50, 52 37, 39, 41, 85 48_| 38,40, 56 58 57, 59 12 |9 15 18 |10,14 18,22 24 |1 16,18,30,33,34:36:36 4 36 |28:44:46 27,28, 30,34.45.48 48 | 3438:56,58,62,64 40:57:59 60 | 50:52:68; 70,74 48,49.51:56,64,69,T1 12 _ | 82.6480.8286 61,63,68, 76.81;83 36 | 26, 46 28, 33, 47, 49, 50 e 54 | 44) 64,66, 68 42143,51,65,67 72 |585862/82,848688 | 57.59,60,61.83, 85,87,90 g0_| 74'76.78,80,100,102,104_| 75.77,79,101, 103,105 48 | 30,44,62.04 35,44.01,03,05 8 72 | 56,58,86.88,90 56,57 59,85.87;89 84 | 66,70,98; 100,102,104 96_| 78,82:110,112;114 79;80;81;83; 109,111,113
Theo bang trén voi déng co dién 10kW, 2p,=4, ta chon Z,/Z, = 36/28 rãnh
Việc chọn phối hợp số rãnh trên stato và rôto phải tránh các trường hợp “nguy
hiểm”, tuy nhiên nếu chỉ đừng lại việc chọn cặp rãnh Z/Z; thì chưa thể giải quyết được triệt để vấn đề mômen ký sinh, mà còn phải kết hợp với việc thiết kế dây
quấn stato, chọn rãnh nghiêng ở rôto, mới giải quyết được vấn đề này một cách
triệt đề
Trang 30d, Chon dieong kinh trong rato:
Đường kính trong rôto ở đây chính là đường kính trục chỗ ép lõi thép rôto hoặc đường kính ngoài của may-o(nếu rô to có kết cấu may-o), theo công thức kinh nghiệm, đường kính trong rồto được chọn theo đường kính trong stato:
Dix(mm) = 0,3*D = 0,3 * 122 = 36,6 mm, dé chéng vống trục và tăng cường độ bền ta chon Diz = 42mm
e, Tinh todn day quén va Rich thede rang ranh[1]:
*Lya chon kiểu dây quần stato và nghiêng thanh dan réto:
'Việc chợn dây quấn ở Stato quyết định sự phân bó của sức từ động trong
rãnh stato, néu chọn sơ đồ dây quần hợp lý sẽ giúp khử hoặc làm yếu một số điều hòa bậc cao, giảm mômen ký sinh không đồng bộ, giúp động cơ chạy êm hơn, nhất
là khi động cơ làm việc với biến tần ở tần số tháp Sức từ động dưới một pha dưới
một cực là một hàm số theo không gian và thời gian, là tổng hợp của tắt cả các
thành phần điều hòa sinh ra nó: Ẩ 7 on( Era} ¬ on 2 a+ Ẩ, # (2.26) Ka cos| = — axe | + — 2,1 V2 | O° K, TH Ấm (cm i + 13 coef 3 + | œ9 'Từ cảm ở khe hở không khí do dây quấn stato sinh ra: 3.142) ae cof9- of)+ AH o0d50+ oe AH cosl10- o,f) an 5+ Kk) d+ Ka) 627 2 x, + +——#t—cpg(Ilớ+ øđÌ+——%—cố(L3đ- ot) Md + Ka) 13+ Kay)
'Từ cảm do dòng điện chạy qua thanh dẫn rôto(dây quần Lồng sóc) sinh ra:
Z4, AZ 2 COMMON At-By _ MFO (2.28) RK, 7 OO a, A ult) XK, Trong đó: ø6=z;/=c,Z++1 (2.29) Tv Py
'ới dây quần 3pha đối xứng( q, là s6 nguyen), thi thinh phan điều hòa bậc chấn bằng 0 và nếu động cơ nối sao thì các thành phản điều hòa là bội số của 3 bằng 0 Các thành phần điều hòa là nguyên nhân gây ra mômen ký sinh không đồng bộ
Trang 31Mômen ký sinh không đồng bộ xuất hiện khi điều hòa
ậc v của sức từ động,
trên sfato sinh ra trên rôto dòng điện có điều hòa cùng bậc với stato(bậc v), tốc độ
đồng bộ của các điều hòa này có tốc độ là:
@, =; (2.30) v
Các thành phần điều hòa có bậc u= 6e, +1 bao gồm các điều hòa ngược như: bậc 5,
11, 17,„ và các điều hòa thuận như bậc 7, bậc 13, 19,
Trong khi điều hòa rãnh stato có bậc “141 Các điều hòa có bậc càng cao
Py
thi bign d6 cing nh Hé sé truot cia cdc thinh phan điều hòa được tính theo hệ số
trượt như sau:
1~vd-s; 231)
Khi réto dimg yén(s=1) thì tất cả các thành phần điều hòa đều có hệ số trượt
bằng 1;
Mạch điện thay thế tương đương bao gồm mômen ký sinh không đồng bộ do sức từ động của các thành phần điều hòa sinh ra như sau:
Trang 32
Rw
1-9
'H2.8- Mạch điện thay thế của các bậc điều hòa
Mômen khởi động do các thành phần điều hòa có thể được tính bởi công thức
sau:
Trang 33eee ưng 5 @.32)
si
Đường đặc tính cơ được biểu diễn như hình dưới đây:
[Ey deare+ Sarl? ‹(
Figure 10.5 Torque/slip curve with 5th and 7th harmonic asynchronous parasitic torques
H2.9- Đặc tính cơ khi có mômen không đồng bộ
Để giảm mômen ký sinh không đồng bộ người ta dùng dây quấn bước ngắn ở stato, dây quấn bước ngắn có thể loại bỏ một bậc điều hòa hoặc chọn phương án làm suy yếu một số bậc điều hòa
Ở đây ta có công thức tổng quát tính hệ số dây quần của điều hòa bậc v như sau: Hệ số dây quần kuụu:
Kugy = Key *Kyy * Kugutipocor> (2.33)
Trong 46 K,, là hệ số rải cia dy quin, K,, 1a hé s6 bước ngắn của đây quấn, quan đến độ nghiêng của rãnh rôto
5 vers sin yee
#„=———S—*: aes VERY oP aes, +t 2, wae 234) @34
gy *sin vasa
S4, =
‘Tir céng thie trén ta có thể chon bude đây quần y/x theo hướng giảm bớt đồng thời biên độ của nhiều bậc điều hòa, hoặc triệt tiêu một bậc điều hòa cu thé
‘Vi du: dé khử điều hòa bậc7, v=7 ta cho Keqr = 0, suy Ta si T2 =0 2*r
Trang 34hay yt = 6/7;
"Trong đề tài này động cơ điện biến tần 10KW ta đã chọn số rãnh sfato Z¡ = 36
rãnh; ta có qị =3; trên ss = ~ 9(rănh) suy ra để khử được điều hòa bậc 7
Py
Ta chon: y = 6*9/7 = 7,714 là số lẻ, với dây quấn thông thường, ta chọn y=7 hoặc
=8, nhưng không khử được điều hòa bậc 7, vậy ta bồ trí đây quấn có bước dây
quấn là 7 và 9 như sơ đồ sau
H2.10- Sơ đồ đây quần và sức từ động 3pha
Ở đây, ta có bước đây quấn trung bình yụ= (7+9+7)/3 = 7,67 rất gần với bước ngắn yêu cầu y = 7,714 ở trên Hệ số đây quần ta tính được như sau: hệ số
day quấn đối với thành phần bậc 1: Kạ„,= 0.934; điều hòa bậc 3:
sa” -0,511; điều hòa bậc K¿sz= 0,086; điều hòa bậc 7: Kau= -0,01 Như vậy
với dây quấn bố trí như hình trên với yy= 7,67 ta đã giảm được hệ số đây quấn đối
với các thành phần điều hòa sức từ động bậc 5 và bậc 7 là
ột trong các tác nhân chủ yếu gây lên mômen ký sinh gây rung và én ở động cơ điện, đặc biệt khi chạy
với biến tần ở tần số thấp
Để khử mômen ký sinh do điều hòa rãnh sinh ra ta chọn rãnh rôto nghiêng so với
trục một khoảng nghiêng c bước rãnh stato Điều hòa rãnh có bậc u,„„„ =”'+1,
Py
Trang 35trong đề tài này với Z4=36 và 2p.=4; ta tinh durgc Visua= 17; 19 Bằng cách thay các
sa 172 XE +2 eet 72
gid tri nay vao cong thitc tinh Kyguzapatey ta 66: K, giðgonl1 = =0 và
2K ath ae nghĩa là thanh dẫn rôto
kK, ghutagon ld = 7719 5
nghiêng 1 bước rãnh stato
*Lựa chọn tiết diện dây qudn stato va roto:
Mật độ dòng điện dây quấn stato J,(A/mm’) của động cơ liên quan đến tổn hao
đồng ở stato, thông thường chiếm đến 35% tổn hao trên động cơ và quyết định một
phần tuổi thọ của bộ đây Nếu chọn mật độ dòng điện quá nhỏ sẽ làm tăng thể tích
máy, tăng giá thành sản xuất, tăng trọng lượng máy Nều chọn mật độ 1, lớn quá sẽ
làm tăng độ phát nhiệt bộ đây, giảm tuổi thọ Vì vậy, tùy theo chế độ vận hành và loại tải mà ta chọn mật độ dòng điện tối tru nhất
Nếu phải chập n„„, sợi có đường kính d.„(nm) thì ta tính tiết điện đây dẫn bằng tổng tiết điện các sợi chập như sau: 2149 4, 8 25 Atm CV Dành địa ,0C4/ nan) 350mm”); (2.35) Dùng 6 sợi chập đây dạ, = 0,85 mm fa có z*0,85° Su (an) = 6% (m2) = 3,403);
"Tổng tiết điện dây quấn của bộ dây trên một rãnh sfato:
Seat mrt) = Lop SH Xu 0m0) = 1*15%3,403= 51,045(wem2); (2.36)
Trang 36A*D mm) 2*122 =95770mm); (2.39) 2p, Bước cực từ: TH) = Số vòng dây quần trong một pha dây quan: K;TUn 0.97*220 ee = Eas 90(vg)} (2.40) 4*@©*E, *kuu */,— 4*0.01157296*1.1*0.934*50) Wg) = Wea, = 90*1 =15g); 2.4L Argh DT (vg); (2.41) Tinh s6 vong day cia mét bin day: W,.,(2)= Trong đó: ‹®(Wb): là từ thông khe hở không khí Un(V): là điệ ai: số mạch nhánh song song dây quần áp pha định mức của động cơ
Lop: số lớp day quan trong một rãnh
'W¡: Số vòng dây quấn nói tiếp trong 1pha dây quấn
'Wu„: Số vòng dây của một bin đây quấn
Z, = m*2p,*q, = 3*4*q,= 36 rãnh; từ đó tính được số rãnh stato dưới một bin dưới 1 cực ứng với số cực từ 2p, =4 là qi= 3 Buée ring stato Zi, 36 t= 5 P -2”12 -1064mm; (2.42)
Sơ bộ định chiều rộng của răng b°z¡
Trang 37hy, = 0,3 mm bại =2,5 mm Rị,=2,75 mm Rj, =3,85 mm Diện tích rãnh Sis = 127,562 mm? Đường kính ngồi rơto D° D° = D- 28 = 122 ~2*0,4 = 121,2 mm; (2.48) Buse ring r6to tz a*D' *121,2 f= By = 28 Chọn rãnh rôto dạng rãnh quả lê, thanh dẫn đúc nhôm Ở đây, để giảm tiéng én do 13,592 mm ; (2.46)
điện áp biến tần điều biến độ rộng xung(PWM) sinh ra, ta chọn rô to rãnh kín Bề rộng của răng rôto phía gần miệng rãnh b;;i = i 5 (2.47) Barth *k, 1597 *0,97 Bề rộng của răng réto phia gan truc b,;; bạy= Fath NI HS Ho *l,*k, — 0301613592 ee =0,6816 cm; 1648*097 (2.48) hân Dòng điện trong thanh dẫn rôto 1„; 6* 6*90*0/934 _ 1ụ=1¿= K#Tuu¿* #= 21*0g852 TT TU = 332,878A; (2.49) 2 Theo [3] Ki « 0,8* cosep+ 0,2 = 0,8*0,85 + 0,2 = 0,88 Dòng điện trong vòng ngắn mạch I„ 1, = HjŸ——— =332,878#————— =747,97A; (2.50) 0°*2 2* ain 2*sin *
Trang 38by = 22,3 mm & = Ši R,=2,9 mm 3 Ry = 10mm Ÿ it xi hy = 0,5 mm TON Ry & Sơ bộ chọn mật đòng điện trong vành ngắn mạch đúc bằng nhôm 1„< 0,751; ta chon J,=2,3 A/mm? Tiét điện vành chập S„: s=*= ae 325,2 mm’; (2.52) Chiều cao vành ngắn mạch hy hụ=25 mm Bề rộng vành ngắn mạch b, b= = 22 13mm (2.53) Chidu cao géng roto hy BrPa y= TH nae 173mm — (2.54) hạ = Ø*10° — _— 0,01157296*10% B„= = 2*h„„*)*k 2*173*225*097 =1,533T; (2.55) 3.3 Trình tự tính toán thiết kế động cơ mô men khởi động cao trén phan mém SPEED
Sau khi tính toán sơ bộ kích thước mạch từ và đây quấn như ở mục 3.1 ở
trên, fa nạp đữ liệu vào máy tính, tính toán kiểm nghiệm trên phần mềm SPEED
Quá trình tính toán điện từ cho động cơ biến tần gồm các bước chính:
+Thiết kế sơ bộ các kích thước cơ bản D, D„, L, chọn răng rãnh Z//Z, kích thước răng rãnh Stato, rôto và bộ dây
+Nạp các thông số đã tính sơ bộ vào phầm mềm SPEED để tính toán kiểm nghiệm +Thay đổi các thông số đã chọn để máy có tính năng tốt nhất, thể tích hợp lý
Trang 404 Công nghệ sản xuất động co điện
Công nghệ chế tạo động cơ biến tần tương tự như công nghệ chế tạo động cơ
thông thường hiện có của VIHEM bao gồm các quy trình thể hiện trong bảng 2.2 dưới đây: Bảng 2.2 Các quá trình công nghệ gia Chỉ tiết hoặc nhóm chỉ tiết chế tạo hoặc gia công công Gia công cắt gọt cơ khí - Thân động cơ, nắp động cơ, nắp mỡ, thân nắp hộp cực, trục v v
- Đúc nhôm - Rôto đúc nhôm
- Dập nguội - Lá tôn stato, rôto
- Công nghệ điện từ - Quần dây, lông dây, tắm sơn cách điện, hàn đầu đây
- Chế tạo các chỉ tiết cách điện
- Sơn chéng gi - Cắt gọt nêm rãnh, giấy cách điện
- Các chỉ tiết: Thân, nắp, nắp mỡ, quạt gió, hộp
- Lắp ráp động cơ điện cuc, réto, long trong stato v v - Lắp ráp cụm chỉ tiết và lắp ráp hoàn chỉnh - Sơn trang tri động cơ điện
4.1 Công nghệ chế tạo phần điện từ của động cơ điện
Phần điện từ trong động cơ điện bao gồm: lá tôn stato, lá tôn rôfo, lõi thép stato, lõi thép rốto, bối đây stato Công nghệ chế tạo phần điện từ gồm các bước: *Công nghệ chế tạo lá te - Vậtỉ
làm lá tôn là tôn silíc ca Nga 2212, 0,5 mm
-_ Các lá tôn rô to được đập nguội trên máy đập xoay có lực đập phù hợp đảm bảo tôn ít bị biến dạng, khuôn đập được chế tạo trên máy CNC có độ chính xác cao để 14 tôn đập ra độ ba via nhỏ
- Các lá tôn Stato và Rô to được dập trên khuôn đập xoay * Công nghệ ép lối thép:
Quy trình công nghệ ép lõi thép của động cơ điện biến tần cũng giống như động cơ điện thông dụng, lối thép được ép đúng kích thước thiết kế, đạt hệ số ép chặt
k, 0,97 và được hãm giữ bằng gông ép
*Công nghệ đúc nhôm rôto: