f đm H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số. M Chng 5: Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB a. Nguyên lý điều chỉnh: Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: p f 1 1 2 điều đó có nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ tr-ờng quáy và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số đ-ợc trình bày d-ới hình vẽ sau: + Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần só tăng ( f>f đm ), thì mô- men tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: 2 1 1 f M th + Trong tr-ờng hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm X=2fL cũng giảm I tăng), gây ảnh h-ởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng + Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo đ-ợc luật điều chỉnh điện áp tần số thì ta có mọi đ-ờng đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là ph-ơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. + Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý t-ởng và tốc độ tr-ợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ tr-ợt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ t-ơng ứng nên ph-ơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất. + Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các ph-ơng pháp điều chỉnh khác. Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn ph-ơng án truyền động dùng ph-ơng pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng nh- đáp ứng đ-ợc yêu cầu truyền động cần trục. I. So sánh giữa các ph-ơng án khả thi ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi ph-ơng pháp truyền động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai ph-ơng án là phù hợp với yêu cầu truyền động cần trục. Đó là: Ph-ơng án truyền động bằng ph-ơng pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn. Ph-ơng án truyền động bằng ph-ơng pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc. Để chọn ra một ph-ơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng nh- chi phí vận hành d-ới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi ph-ơng án. 1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh. Về mặt này rõ ràng ph-ơng pháp xung điện trở roto chiếm -u thế hơn. Nh- nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở ro to là có thể điều chỉnh đ-ợc tốc độ động cơ. Với ph-ơng pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với ph-ơng pháp xung điện trở. 2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều. Nh- đã biết ph-ơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là ph-ơng pháp điều chỉnh công suất tr-ợt, nh-ng ở đây công suất mạch roto không đ-ợc đ-a tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy ph-ơng pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10 1; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn ph-ơng pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các ph-ơng pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Cả hai ph-ơng pháp đều cho phép có đ-ợc momen khỏi động lớn, đều có khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần t- (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nh-ng với ph-ơng pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn. 3. Về tính kinh tế của ph-ơng pháp truyền động. Ph-ơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là ph-ơng án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu t- cho bộ điều chỉnh xung; nh-ng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi tr-ờng làm việc nặng nề của động cơ truyền động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý. 4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành. Do khả năng điều chỉnh tần số đ-a đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên thực tế ph-ơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên. Xét về mặt lý thuyết thì ph-ơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nh-ng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy kém. Ph-ơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp. KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay có thể quyết định chọn ph-ơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ roto lồng sóc. II. Chọn động cơ truyền động. 1. Chọn sơ bộ loại động cơ. Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở ch-ơng II, tra theo catalog, ta tra đ-ợc các thông số của động cơ cần chọn theo điều kiện: P đmĐ P qđ = 32,6kW. n đmĐ n=433v/ph. đc = tc =40%. Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc , phục vụ cần trục: =40% P đm =38kW n đm =705v/ph cos đm =0,75 cos không tải =0,67 I 1.đm =90A I 1.không tải =57A r 1 =0,119 x 1 =0,222 I 2 =63A r 2 =0,19x 2 =0,16 J=4,25 kgm 2 G=860kg k r =k e 2 =0,15.10 4 . 6,3 dm th M M 3,3 dm kd M M 8,5 1 dm kd I I 2. Kiểm nghiệm lại động cơ. Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy. Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ với các thông số ở trên có đáp ứng đ-ợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hành kiểm tra lại. Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung th-ờng gồm các b-ớc sau: + Kiểm tra điều kiện khởi động. + Kiểm tra điều kiện phát nóng + Kiểm nghiệm quá tải mômen. a. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng. Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Tức là tính đến các giai đoạn quá độ nh- thời gian mở máy, hãm máy. Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ và đ-ợc xác định từ quan hệ: dt d JM cdg Tr-ớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi sang trục động cơ: 2 2 23 2 2 2 .1,2 577 3,0.10.21.365 365 mkg n vG GD n Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên trục của động cơ là 3kGm 2 . Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đ-ợc quá 0,2 m/s 2 , do đó thời gian mở máy nhỏ nhất t-ơng ứng là: t mm =v n /a = 5.v n = 5.0,3 =1,5 (s). trong đó: v n _ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi động (m/s 2 ). Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ hơn 0,6 0,7 (m/s 2 ). Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải t-ơng ứng là: t mh = v/a =5.0,3 = 1,5 (s). Từ đó ta tính đ-ợc mô-men d- khi nâng tải định mức là: mkGM d .5,11 5,1375 577)31,225,4(2,1 Mô-men cản lớn nhất của động cơ: M max = 136,9 + 11,5 = 148,4 kG.m =1454 N.m Mô-men d- khi hạ không tải: M d.h0 = 148,4 (10) =138,4 kG.m Mô-men d- khi nâng không tải: M d.n0 = 148,4 20,6 = 127,8 kG.m Thời gian mở máy khi hạ không tải: )(12,0 4,138375 577)31,225,4.(2,1 0 st h và thời gian mở máy khi nâng không tải: )(14,0 8,127375 577)31,225,4(2,1 0 st n Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh- hình H3.4. Từ biểu đồ phụ tải dựng đ-ợc ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ làm việc ổn định. Cụ thể là tổng thời gian quá độ t qd = (1,5 + 0,12 + 0,14 + 4.1,5 ) = 7,9 (s) << thời gian làm việc t lv =198,6 (s). Hơn nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ đ-ợc tính theo ph-ơng pháp mô-men đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng. M, P t t b. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải. Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện t-ợng sụt áp của l-ới điện. Thông th-ờng, cho phép sụt áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn: M th =(90%) 2 .M th =0,81.M th (M th _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ). Từ số liệu tra đ-ợc của động cơ đã chọn ta tính đ-ợc: + Mô-men định mức của động cơ là: mN n P M dm dm dm .515 705 389550 9550 + Mô-men lớn nhất của động cơ là: mNM D .45,1251351581,0 max Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định mức là 1454N.m Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men. c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động. Ta có: NmMM dmkd 17005,16995153,33,3 Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: M c.max =1340Nm. H3.4. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và (t) . hạn theo số liệu của động cơ) . Từ số liệu tra đ-ợc của động cơ đã chọn ta tính đ-ợc: + Mô-men định mức của động cơ là: mN n P M dm dm dm .51 5 7 05 38 955 0 955 0 + Mô-men lớn nhất của động cơ. định chọn ph-ơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ roto lồng sóc. II. Chọn động cơ truyền động. 1. Chọn sơ bộ loại động cơ. Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán. khi hạ không tải t-ơng ứng là: t mh = v/a =5. 0,3 = 1 ,5 (s). Từ đó ta tính đ-ợc mô-men d- khi nâng tải định mức là: mkGM d .5, 11 5, 13 75 577)31,2 25, 4(2,1 Mô-men cản lớn nhất của động cơ: