•Phần tĩnh: Stator có cấu tạo gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn
- Vỏmáy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
- Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại.
- Dâyquấn:
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.
•Phần quay (rotor):
Rotor có 2 loại chính: Rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc.
- Rotor kiểu dây quấn:
Rotor có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của roto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với động cơ rotor lồng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ.
- Rotor kiểu lồng sóc:
Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dãn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.
3.1.6 Hộp số
Hình 3.8: Hộp số và động cơ.
Hộp số là một cái hộp bên trong là bộ truyền sử dụng bánh răng, trục vít… Chúng làm nhiệm vụ giảm tốc độ vòng quay. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian giữa động cơ điện với bộ phận làm việc cúa máy công tác.
Nguyên tắc hoạt động.
Cơ cấu truyền lực thường có 2 bánh răng một chủ động một bị động. Tốc độ quay tùy thuộc vào số răng hay đường kính của mỗi bánh răng đó.
- Các kiểu răng:
Hộp số tay sử dụng hai loại: Bánh răng trụ răng thẳng và trụ răng nghiêng. Bánh răng trụ răng thẳng có đường sinh song song với đường tâm của trục bánh răng.
Thường gây tiếng ồn và không bền nên ít được sử dụng cho các bánh răng chủ động chính, được sử dụng cho các răng trượt.
Bánh răng trụ răng nghiêng có đường sinh nghiêng một góc so với đường tâm trục bánh răng. Hộp số hiện đại thường sử dụng các bánh răng răng nghiêng cho các bánh răng chủ động chính.
Hình 3.10: Dạng cơ bản của bánh răng sử dụng hộp số.
- Tỷ số truyền:
Tỷ số giữa số răng bánh răng bị động với số răng bánh răng chủ động, hay số vòng quay trục chủ động với số vòng quay trục bị động gọi là tỷ số truyền.
Nếu hộp số có nhiều cặp bánh răng ăn khớp thì tỷ số truyền chung bằng tích các tỷ số truyền thành phần. ic = i1 x i2 x i3 x . . . . x in
Tỷ số truyền hộp số sẽ khác nhau với mỗi hãng sản xuất. Tuy nhiên theo thống kê thường có tỷ số truyền 3 : 1 cho vị trí tay số ở số 1; 2 : 1 cho số 2 ; 1 :1 cho số 3 hay còn gọi là số cao và 3 :1 cũng để cho số lùi
- Bôi trơn bánh răng:
Bôi trơn bánh răng là một khoảng trống nhỏ giữa các răng ăn khớp, khoảng trống này cho phép dầu bôi trơn đi vào khu vực có ma sát lớn giữa các răng, điều này làm giảm ma sát và mài mòn chỗ bôi trơn này cho phép các bánh răng giải nhiệt và kéo dài quá trình hoạt động mà không bị dính hay hư hỏng.
- Bôi trơn hộp số:
Bạc đạn, trục, bánh răng và bộ phận chủ động khác được bôi trơn bằng cách bơm dầu hoặc bắn tóe. Dầu bôi trơn thường dùng 80W hoặc 90 W cho hộp số thường.
3.1.7 Biến tần
Biến tần rất quan trọng và rộng rãi trong sản xuất, nhắm tiết kiệm chi phí khi phát huy được ưu điểm của biến tần, nâng cao lợi nhuận sản xuất.
Biến tần có ưu điểm lớn nhất đó là giảm bớt các chi phí sản xuất, giảm được giá thành bảo dưỡng, đồng thời tuổi thọ của các thiết bị sản xuất cũng được nâng cao, những ưu điểm này là cần thiết cho tất cả các dây chuyền sản xuất.
3.1.7.1 Nguyên lý hoạt động của biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được.
Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện bên trong biến tần.
- Nguyên lý hoạt động của biến tần.
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosα của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
3.1.7.2 Biến tần MICROMASTER 420 SIMENS Tổng quan về biến tần MM420.
- MM420 là loại biến tần độc lập (biến tần gián tiếp), thay đổi điện áp hay tốc độ cho động cơ xoay chiều bằng cách chuyển đổi dòng điện xoay chiều cung cấp thành dòng điện một chiều trung gian sử dụng cầu chỉnh lưu. Sau đó điện áp một chiều lại được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ với giá trị tần số thay đổi. Nguồn cung cấp cho biến tần có thể sử dụng nguồn xoay chiều một pha (cho công suất thấp), hay sử dụng nguồn xoay chiều ba pha.
- Điện áp một chiều được chuyển thành điện áp xoay chiều sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung. Dạng sóng mong muốn được tạo lên bởi sự đóng cắt ở đầu ra của các transistor. MM440 sử dụng các IGBTs ở mạch nghịch lưu, điện áp xoay chiều mong muốn được tạo ra bằng cách thay đổi tần số đóng cắt của các IGBTs. Điện áp xoay chiều ở đầu ra là sự tổng hợp của hàng loạt các xung vuông với các giá trị khác nhau ở đầu ra của các IGBTs.
- Trong thực tế, các bộ biến tần thường dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều thay đổi trơn theo tần số.
- Các bộ biến tần sử dụng trong thực tế rất đa dạng, có chức năng khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng, tính chất truyền động. Chúng được sản xuất từ các hãng ở nhiều nước khác nhau. Trong phạm vi đề tài chỉ giới thiệu về họ biến tần được sử dụng là MicroMaster 420. MM420 chính là họ biến tần mạnh mẽ với đầy đủ các chức năng cơ bản của các biến tần tiêu chuẩn. MicroMaster 420 là bộ biến đổi tần số dùng điều khiển tốc độ động cơ 3 pha xoay chiều. Có nhiều loại khác nhau từ 120W nguồn vào 1 pha đến 200kW nguồn vào 3 pha. Biến tần MicroMaster 420 với các thông số đặt mặc định của nhà sản xuất có thể phù hợp với một số ứng dụng điều khiển động cơ đơn giản. Ngoài ra MM420 cũng được dùng cho nhiều các ứng dụng điều khiển động cơ cấp cao nhờ danh sách các thông số hỗn hợp của nó.
Bộ biến tần micrimaster 420 của Simens sử dụng để điều khiển và thay đổi tốc độ motor các loại (bơm, quạt, băng tải…).
Thiết bị MM420 được thiết kế kiểu module có thể bằng bàn phím gắn trên máy hoặc lựa chọn ghép nối với mạng FROFIBUS, qua module Profibus Module.
- Dễ dàng cài đặt, lập trình và sử dụng.
- Chịu quá tải 200% trong 3s cho tới 150% trong 60s.
- Momen khởi động lớn và điều chỉnh chính sác tốc độ motor bởi điều khiển vectơ.
- Có thể kết hợp thêm bộ lọc. - Điều chỉnh dòng nhanh.
- Khoảng nhiệt độ hoạt động 0-50oC.
- Có sẵn các hàm điều khiển chuẩn P, I, D dùng cho điều chỉnh vòng kín (vòng ngoài)
- Có sẵn nguồn 15V, 50mA cấp cho các bộ biến đổi phản hồi
- Điều khiển từ xa qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao thức USS với đặc tính điều khiển tới 31 bộ điều biến tần qua giao thức USS.
- Các thông số được cài từ khi sản xuất có thể cài đặt lại cho các thiết bị của châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ.
- Tần số ra có thể điều khiển bởi: +Tần số đặt sử dụng từ bàn phím.
+Tần số đặt sử dụng tín hiệu tương tự với độ phân giải cao (dòng hoặc áp) +Bộ phân áp mở rộng.
+Đầu vào nhị phân.
+Chức năng thay đổi tốc độ qua bộ phân áp. +Giao diện nối tiếp.
- Cài đặt sẵn hàm một chiều với bộ hãm phức hợp đặc biệt. - Cài sẵn phanh ngắt cho điện trở ngoài.
- Tăng/giảm thời gian với chương trình san bằng. - Hai chương trình đầu ra rơ le (13 hàm)
- Chương trình đầu ra tương tự (1 cho MMV, 2 cho MDV) - Có thể chọn module Profibus hoặc CAN bus.
- Tự động phân tích 2,4,6 hoặc 8 cực motor bởi phần mềm. - Tích hợp phần mềm điều khiển quạt làm mát.
- Có thể gắn cạnh nhau mà không cần điều khiển về khoảng cách. - Tích hợp một số thành phần bảo vệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ cao, thấp áp…
- Xác lập chế độ đơn giản
- Cấu trúc module cho phép sử dụng linh động
- Có 3 nối vào khả trình độc lập, cách ly, một nối vào tương tự, một nối ra khả trình, một nối ra rơ le khả trình.
- Có chế độ bảo vệ biến tần và motor.
- Bộ biến tần MM420 có các thông số kỹ thuật. - Lối vào 1 pha: 220-240 VAC
- Tần số lối vào 47-63hz - Dòng vào 26,4 A
- Điện thế ra xoay chiều ba pha dạng sin - Tần số lối ra 0-650hz
- Dòng ra cực đại 10.4A - Công suất 2,2KW - Hệ số công suất >= 0.7 - Hiệu suất biến tần 96-97%
- Khả năng quá tải 1.5x dòng ra định mức -60 giây - Dòng khởi động không vượt qua dòng định danh
- Phương pháp điều khiển tuyến tính V/f, bậc 2 V.f , khả trình V/f, điều khiển dòng FluxFCC
- Tần số điều rộng xung (PWM) 2-16khz - Các tần số cố định 7
- Giải tần số nhảy bậc 4 khả trình
- Độ phân giải giá trị đặt: Kiểu số 0,01 Hz, tương tự 10 bit
- Lối vào số 3 lối vào khả trình độc lập, cách ly có thể chuyển đổi PNP/NPN
- Lối vào tương tự 1 chế độ xác lập (Setpoit) hoặc lối vào PI(0-10V) đo và chỉ thị số 4 hạng
- Lối ra relay 30VDC /5A –trở, 250 VAC/2A – Cảm. - Lối ra tương tự khả trình (0-20Ma).
- Giao diện nối tiếp RS232, RS485.
- Tương thích điện từ chọn bộ lọc EMC cho EN55 011 class A hoặc B. - Phanh hãm DC, hãm hợp phần.
- Mức bảo vệ IP20.
- Khoảng nhiệt độ hoạt động 10 đến +50v. - Khoảng nhiệt độ cất giữ -10 đến +70. - Độ ẩm 95% RH – không ngưng tụ. - Đặc điểm bảo vệ: + Dưới thế + Quá thế + Quá tải + Mất đất + Đoản mạch + Vỏ bảo vệ thép + Motor bị khoá
- Motor quá nhiệt It, FTC - Biến tần quá nhiệt
- Bảo vệ các chân thông số
- Trọng lượng 3,3 kg
3.2 Hệ thống dàn thép.
Bố trí như sơ đồ dưới đay:
1. Sàn đất; 2.Sàn rung; 3.Thép thanh; 4. Tấm chắn; 5. Óc vít sàn nâng cơ cấu trục vít 2; 6. Cơ cấu nâng trục vít 2; 7.Trục vít 2;8. Trục vít 1;
9.Động cơ 2; 10. Động cơ 1;
11. Cảm biến; 12. Chân đế sàn rung; 13.Chân sàn đếm; 14. Cơ cấu hộp số 2; 15. Cơ cấu hộp số 1.
3.2.1 Sàn rung
Chọn sàn rung rộng 12m, dài 3m có sẵn trên thị trường.
Khi thép được đã được cắt theo tiêu chuẩn 11.7m thì được đưa vào sàn rung. Sàn rung bố trí nghiêng góc 150 nhằm đưa thép thanh trượt về vị trí dàn thép.
3.2.2 Cơ cấu nâng trục vít 2
Chiều cao 1.7m, rộng 12m hình chữ U ở giữa trên có thiết kế trục vít xoãn được gắn với hộp trục vít 2 nhằm đưa trục vít 2 lên xuống tùy theo tiêu kích thước mỗi sản phẩm.
Hình 3.13: Sàn nâng đinh vít 2.
3.2.3 Tấm chắn thép.
Chọn tấm chắn thép dài 1m, cao 0,5m. Bố trí tại song song với hộp trục vít 2 và đặt cách mặt đắt 1m.
3.2.4 Trục vít
Ren vít được chọn theo tiêu chuẩn Việt Nam 2003. Chọn bước ren lớn 35mm, đường kính 300mm và thuộc loại ren răng cưa.
Chiều dài 1m, đường kính, bước ren lần lượt là: a. Trục vít 1.
Trục vít 1 được bố trí như hình 3.13 ở trên.
Có trục nằm cố định và được đặt sao cho mép đỉnh ren bằng với sàn. b. Trục vít 2.
Nằm trên trục vít 1 cách trục vit 1 ≥ 1.5 lần sản phẩm. Trục vít 2 có thể chỉnh khoảng cách nhờ cơ cấu nâng trục vít 2, để phù hợp với sản phẩm của nhà máy.
3.2.5 Động cơ
Chọn động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc. Có thông số như sau:
P=0.37kw U đm= 380 v n= 1500v/p Cos α=0.9 Hình 3.14: Động cơ 3 pha lồng sóc. Ưu điểm:
Dễ thay thế vì có sẵn trên thị trường sửa chữa và phù hợp với điện 3 pha trong công nghiệp.
3.2.6 Hộp số
Chọn hộp số có tỉ số truyền 1:5 để giảm tốc độ động từ 1500v/p xuống 300v/p.
Hình 3.15: Hộp số theo tỷ lệ 1:5.
Trục vít quay 1 vòng thì thanh thép đi được 1 bước ren 28 bước ren sẽ cần có ≈ 28 vòng quay. Để thanh thép đi từ vị trí đầu chưa tách sang vị trí sau đã tách cần 28 vòng tương ứng.
28/300=0.09333 phút ≈ 5,6s.
Thời gian giãn trễ = thời gian ổn định của 2 động cơ + 5,6s.
3.2.7 Biến tần
Chọn biến tần MM420 để điều khiển tốc độ 2 động cơ với P> 0,75kw. Với giá trị mong muốn là 300v/p thì ta áp dụng công thức n=[120 x f]/P (P là số cập
cực, f là tần số.) f= np/120 =300.18/120 =45hz
Kết nối PLC với biến tần động cơ như sau:
Hình 3.16: Sơ đồ đấu nối tổng quát máy tính, PLC, biến tần và động cơ.