a. Nguyờn lý điều chỉnh:
Trước hết cần phải núi rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ ỏp dụng được với động cơ roto dõy quấn chứ khụng sử dụng được cho động cơ roto lồng súc.
Như đó biết, với động cơ roto dõy quấn, ta cú thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tớnh cơ bằng cỏch đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương phỏp này là điều chỉnh cụng suất trượt. Cụng suất trượt ở đõy được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vụ ớch trờn điện trở.
+ Độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto tài liệu [3, trang 73]:
rd f th th R R R R R s s 2 2 2 0
Nếu coi đoạn đặc tớnh làm việc của động cơ, tức là đoạn cú độ trượt từ s= 0 sth là tuyến tớnh thỡ khi điều chỉnh điện trở roto ta cú thể viết:
2 0 2 0 0 . R R s s R R s s s s rd rd th th
Trong đú: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiờn ở mạch roto);
s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf.
0 1 2 2 2 . 2 1 2 2 1 . . 3 ] ) ' .[( ' . 3 s R I X s R R s R U M rd m n f
Như vậy nếu giữ dũng roto I2 khụng đổi thỡ mo-men khụng đổi và khụng phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vỡ vậy phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch thay đổi điện trở roto rất thớch hợp với hệ truyền động cú mụ-men tải khụng đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dựng cấp điện trở ngày nay ớt dựng, vỡ vừa cú hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kộm, đặc tớnh điều chỉnh lại dốc. Vỡ thế điều chỉnh xung điện trở roto dựng van bỏn dẫn với cỏc mạch vũng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tớnh điều chỉnh cứng và đủ rộng, mặt khỏc lại dễ tự động hoỏ việc điều chỉnh.
Nguyờn lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau:
Khoá K
Mạch điều khiển gồm điện trở mạch một chiều R1 và khúa bỏn dẫn K đấu song song đúng cắt một cỏch chu kỡ để điều chỉnh giỏ trị trung bỡnh của điện trở toàn mạch. Khi K đúng điện trở R1 bị loại ra khỏi mạch, dũng điện
Rtd
t
M
rụto tăng lờn. Khi K ngắt điện trở R1 lại được đưa vào mạch dũng điện rụto lại giảm xuống.
Với tần số đúng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dũng roto coi như khụng đổi và ta cú một giỏ trị điện trở tương đương Rtd trong mạch.
0 0 0. . .R T t R t t t R R ck d ng d d td
Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tớnh quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyờn tắc bảo toàn cụng suất. Kết quả tớnh quy đổi được:
2 . . 2 1 R0 R Rf td
Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đúng ngắt của K ta thay đổi được và từ đú thay đổi được Rf. Cho =0 1, ta dựng được họ cỏc đặc tớnh cơ tương ứng quột gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tớnh tự nhiờn và đặc tớnh cơ cú điện trở phụ Rf=R0/2.
b. Đỏnh giỏ và phạm vi ứng dụng:
Cú thể núi việc sử dụng phương phỏp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động về mặt lý thuyết là một phương phỏp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vũng điều chỉnh (tốc độ và dũng điện).
+ Phương phỏp này nú cho phộp điều chỉnh để động cơ cú mụ-men khởi động lớn khi di chuyển bằng cỏch thờm một cỏch hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phộp điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dựng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khỏc, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nờn khụng gõy ảnh hưởng đến cụng suất động cơ tiờu thụ đưa vào stato; tức là khụng gõy ảnh hưởng đến lưới điện và tải khỏc khi động cơ khởi động như ở phương phỏp điều chỉnh điện ỏp stato.
+ Tuy vậy, như đó đề cập ở trờn, thực chất của phương phỏp cũng dựa vào việc điều chỉnh cụng suất trượt nờn tổn hao trong khi điều chỉnh khụng thể trỏnh khỏi. So với phương phỏp nối cấp nú cú cấu trỳc đơn giản hơn, ớt vốn đầu tư hơn, nhưng lại cú tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiờu hao vụ ớch nờn nú chỉ sử dụng cho cỏc động cơ cú cụng suất nhỏ và trung bỡnh.
Phõn tớch ưu và nhược điểm của phương ỏn dựng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động cơ cấu di chuyển chõn đế cần trục Kone ta thấy rằng đõy là một phương ỏn khả thi, ta sẽ xem xột khả năng sử dụng khi so sỏnh với phương phỏp biến tần sẽ được trỡnh bày dưới đõy.
3.2.3.
a. Hệ truyền động biến tần – động cơ
Hỡnh 3.3: Sơ đồ nguyờn lý điều khiển biến tần động cơ
Trong hệ truyền động điện dạng này thường sử dụng mỏy phỏt xung
(pulse generator) để phản hồi tốc độ, phục vụ cho việc điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần PWM, sơ đồ nguyờn lý của hệ thống truyền động điện được
SD T2 T1 E Th2 Th1 W V U T S R M 3~ INV2 T2 SD T1 PG nguồn 440V AC từ PLC PLC DO DI 2 bit chiều 8 bit tốc độ ENCODER 30 30 tay điều khiển bộ mã hoá INVERTER cơ cấu chấp hành computer
trỡnh bày trờn cỏc hỡnh 3.3
Tay điều khiển nối liờn động với trục Encoder tạo ra cỏc tớn hiệu dạng số điều khiển giỏ trị tốc độ quay của động cơ. Encoder cấp tớn hiệu 8 bite tốc độ +2 bite chiều cho bộ mó hoỏ đưa tớn hiệu điện đến cỏc đầu vào (DI) của hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controler). Cỏc tớn hiệu 8 bite mó hoỏ tốc độ đặt gồm cú 256 trạng thỏi (tớn hiệu số) được chuyển thành analog cú giỏ trị từ 0 đến 10 VDC để điều khiển biến tần. Ta đảo chiều động cơ bằng cỏch đảo pha giữa cỏc đầu ra của biến tần quyết định điện ỏp U1, tần số ở đầu ra R1,S1,T1.
Trờn trục động cơ được nối với một mỏy phỏt xung (P/G) là cảm biến tốc độ thường cú 3 đầu vào tớn hiệu, số lượng xung của cảm biến (2000 - 6800 xung/vũng) và cú 2 đầu nguồn điện cấp cho (P/G).
Khi cỏc đầu vào (D/I) thoả món mọi điều kiện theo chương trỡnh điều khiển cài đặt sẵn trong CPU thỡ phần mền điều khiển PLC cho phộp cấp cỏc tớn hiệu ở đầu ra (D/O). Cỏc thụng tin đo, kiểm tra và bảo vệ được đưa vào cỏc (D/I) cỏc tớn hiệu được lưu giữ, biến đổi. CPU của PLC được nối với mỏy tớnh cụng nghiệp để thụng bỏo cỏc chế độ cụng tỏc hoặc lỗi của hệ thống.
Ưu điểm:
- Số cấp tốc độ được tạo ra cho biến tần là rất lớn theo nguyờn tắc D/A. Hệ thống điều chỉnh tốc độ lỏng, do đú trong hệ thống khụng cần thiết kế hóm động năng, tỏi sinh trong cỏc mỏy cụng suất nhỏ (khụng xảy ra hóm vỡ khoảng tăng tốc độ rất nhỏ).
Tỉ số
f u
thay đổi để phự hợp với tải Mc thay đổi.
Hệ thống ổn định tốc độ khi Mc thay đổi từ Mc0 đến 1,2 Mcđm bằng cỏch thay đổi U, f. Trờn đặc tớnh cơ tĩnh khi tải thay đổi nú làm việc với đặc tớnh cơ ở phớa trờn.
Nhược điểm chủ yếu của cỏc hệ thống truyền động điện này là hiện nay bộ biến tần cũn tương đối phức tạp và đắt tiền. Vỡ vậy đó hạn chế phạm vi ứng dụng của truyền động điện cú điều khiển tần số. Nhưng những ưu điểm của chỳng vẫn là cơ bản. Nếu tạo ra được những bộ biến tần với mức độ phức tạp và giỏ thành vừa phải, thỡ truyền động điện điều khiển tần số dựng động cơ khụng đồng bộ lồng súc sẽ được ứng dụng rộng rói trong sản xuất và sinh hoạt.
b. Đỏnh giỏ và phạm vi ứng dụng
+ Từ đặc tớnh cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta cú nhận xột là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện ỏp – tần số thỡ ta cú mọi đường đặc tớnh cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương phỏp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện ỏp stato mở ra khả năng ỏp dụng cho mọi yờu cầu truyền động.
+ Do cú khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ khụng tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thỡ tốc độ khụng tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nờn phương phỏp này cho phộp tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất.
+ Vỡ việc điều chỉnh tần số yờu cầu phải điều chỉnh cả điện ỏp nờn việc tỡm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi cụng suất phức tạp ; núi chung giỏ thành cỏc bộ biến tần cú đắt hơn giỏ thành của cỏc bộ biến đổi trang bị cho cỏc phương phỏp điều chỉnh khỏc.
Từ những phõn tớch đỏnh giỏ trờn ta thấy rằng việc chọn phương ỏn truyền động dựng hệ truyền động biến tần – động cơ khụng đồng bộ rotor lồng súc cho cơ cấu di chuyển chõn đế cần trục Kone là hoàn toàn cú cơ sở vỡ tớnh kinh tế khi vận hành cũng như đỏp ứng được yờu cầu truyền động cần trục.