Quá trình thí nghiệm cho ổ đỡ từ được tiến hành theo nhiều tiêu chí khác nhau, để có thể đánh giá tổng quát được khả năng hoạt động của ổ đỡ từ trong các điều kiện làm việc khác nhau, các quá trình đánh giá thông thường đó là đánh giá về khả năng mang tải, thời gian đáp ứng và sai số điều chỉnh.
4.2.1. Đánh giá về khả năng sinh lực nâng của ổ đỡ từ
Quá trình khảo sát khả năng mang tải của ổ đỡ từ được thực hiện bằng cách sử dụng cân lực kéo trục của ổ đỡ từ theo hướng x hoặc hướng y, khi đó để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định của ổ đỡ từ thì hệ thống điều khiển của ổ đỡ từ sẽ điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất cấp dòng khác nhau cho các cuộn dây của ổ đỡ từ. Sử dụng đồng hồ đo các dòng điện vào này ta sẽ xác định được quan hệ giữa lực nâng và dòng điện. Kết quả thực nghiệm được mô tả như trong hình 4.12 và 4.13, trong đó thể hiện mối quan hệ giữa dòng diện và lực nâng. Dễ dàng nhận thấy trong
Hình 4.11: Giao diện hiển thị kết quả thí nghiệm
phạm vi lực nâng dưới 60N thì quan hệ này là tuyến tính, tuy nhiên khi lực nâng trên 60N thì lực nâng có dạng quan hệ với bình phương của dòng điện.
4.2.2. Đánh giá về khả năng đáp ứng của ổ đỡ từ
Hình 4.14 mô tả trạng thái làm việc của ổ đỡ từ từ trạng thái đứng yên chuyển sang trạng thái nâng. Ban đầu khi chưa có dòng điện cấp cho ổ đỡ từ thì trục được đỡ bởi các ổ cơ khí ngoài, lúc đó tồn tại các sai số vị trí trục do trục rotor chưa nằm chính giữa stator. Khi có lệnh nâng thì các bộ điều khiển của ổ đỡ từ sẽ tính toán và cung cấp dòng điện cần thiết cho ổ đỡ từ để đảm bảo nâng nhanh trục rotor
Hình 4.12: Quan hệ giữa dòng điện và lực nâng theo phương y
Hình 4.13: Quan hệ giữa dòng điện và lực nâng theo phương x
về vị trí chính giữa stator của ổ đỡ từ. Như kết quả của hình 4.14 dễ dàng nhận thấy rằng giá trị các sai lệch này chuyển ngay về 0 chứng tỏ trục nâng được giữ chính giữa stator. Khi đó quá trình làm quay trục có thể được tiến hành.
4.2.3. Đánh giá về khả năng loại bỏ ảnh hưởng xen kênh
Để đánh giá được khả năng loại bỏ ảnh hưởng xen kênh của ổ đỡ từ khi dùng phương pháp điều khiển EL, ổ đỡ từ sẽ được nâng ở tốc độ 0, sau đó một nhiễu phụ tải được tạo ra tác động vào trục nâng theo một phương, độ ổn định của trục nâng theo phương khác được kiểm tra.
Hình 4.15 thể hiện độ dịch chuyển của trục nâng tại các vị trí đặt ổ đỡ từ khi có xung lực tác động lên trục nâng theo phương x. Tại thời điểm có xung lực theo phương x tác động lên trục thì vị trí của trục quay theo phương x có bị thay đổi nhưng nhanh chóng khôi phục lại vị trí cân bằng, còn vị trí của trục quay theo phương y gần như không thay đổi (y1) hoặc thay đổi nhỏ (y2). Điều này chứng tỏ thông qua phương pháp điều khiển như trên, các vị trí ngang trục theo phương x và y được điều khiển độc lập với nhau. Ổ đỡ từ cũng hoạt động tốt cả trong trường hợp khi có nhiễu phụ tải tác động lên trục quay.
Hình 4.14 Đáp ứng của độ dịch chuyển trong trạng thái bắt đầu nâng
4.2.4. Đánh giá về sai số điều chỉnh
Hình 4.16 mô tả quĩ đạo dịch chuyển của trục quay tại các điểm đặt ổ đỡ từ, dễ dàng nhận thấy rằng độ dịch chuyển lớn nhất của trục là khoảng 0,005mm.
Giá trị này là nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa rotor và stator tại vị trí cân bằng (1mm), ổ đỡ từ đã hoạt động tốt với phương pháp điều khiển được giới thiệu. Sai số của ổ đỡ từ trong trạng thái tĩnh khoảng 5%.
Hình 4.15: Chuyển dịch vị trí của trục quay theo phương x và y của ổ đỡ từ 1 và2 so với vị trí cân bằng
ng
Hình 4.16: Quĩ đạo của trục quay
4.2.5. Đánh giá về khả năng làm việc ở các tốc độ khác nhau
Để có thể đánh giá được tình trạng hoạt động của ổ đỡ từ, trong phần này độ dịch chuyển của trục nâng theo các phương x và y được đo lường ở các tốc độ khác nhau. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng ổ đỡ từ có thể nâng được tốc độ tối đa là 11.000 vòng/phút. Nguyên nhân chính của sự giới hạn tốc độ này là do động cơ điện.
Để xác định được mối quan hệ giữa độ dịch chuyển ngang trục và tốc độ quay, động cơ sẽ được chỉnh định ở các tốc độ làm việc khác nhau và độ dịch chuyển của trục rotor sẽ được đo lường thông qua các cảm biến dòng xoáy và card DS1104. Các độ dịch chuyển ngang trục này sau đó được tính toán và phân tích fourier (FFT) để xác định biên độ của dao dộng. Các kết quả được thể hiện trong các Hình 4.17 và 4.18.
Sai số lớn nhất của độ dịch chuyển cho cả hai ổ đỡ từ là cao nhât là 0.1 mm ở tốc độ 6.500 vòng/phút, tuy nhiên sai số này vẫn còn nhỏ hơn nhiều so với khe hở không khí giữa stator và rotor (1mm). Nguyên nhân chính gây ra sai số này là do tại
Hình 4.17: Quan hệ của độ dịch chuyển và tốc độ làm việc của ổ đỡ từ 2
khoảng tốc độ 6.500 v/p đã xảy ra hiện tượng cộng hưởng, để hạn chế sai số này thì kết cấu cơ khí của ổ đỡ từ cần được tính toán và thiết kế lại.
Hình 4.19 và 4.20 mô tả kết quả phân tích FFT cho độ dịch chuyển của ổ đỡ từ tại các tốc độ khác nhau.
Hình 4.18 Quan hệ của độ dịch chuyển và tốc độ làm việc của ổ đỡ từ 1
Hình 4.19: Kết quả phân tích FFT cho độ dịch chuyển của ổ đỡ từ tại 0 vòng/phút
Hình 4.20: Kết quả phân tích FFT cho độ dịch chuyển của ổ đỡ từ tại tốc độ 5.000 vòng/phút
4.2.7. Nhận xét thí nghiệm:
Thí nghiệm này tiến hành với tốc độ trục quay 5.000 v/ph cho kết quả tương tự như phần mô phỏng đã nêu. Khảo sát ổ đỡ từ với bộ điều khiển PD bù trọng trường cho kết quả bước đầu vẫn còn sai lệch vị trí theo các phương hướng trục và hướng kính nằm trong phạm vi cho phép để trục quay được với tốc độ cao với khe hở danh định là 0,5 mm.