Chương 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẤP LIỆU
3.2. Hệ thống điều khiển cân băng định lượng
3.2.1. Động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ (KĐB) có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo vận hành đơn giản an toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên động cơ KĐB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ công suất nhỏ đến công suất trung bình nó chiếm tỷ lệ lớn so với động cơ khác. Trước đây do các hệ thống truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB khó khăn hơn nhiều so với động cơ 1 chiều. Ngày nay do việc phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật tin học. Nên động cơ KĐB phát triển và dần có xu hướng thay thế động cơ 1 chiều trong các hệ truyền động.
Khác với động cơ 1 chiều, động cơ KĐB được cấu tạo bởi phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như momen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều
Chương 3. Xây dựng hệ thống điều khiển cấp liệu
33
tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
2 2 2 2 2
2
1 2
1 1
3. . ' 3 ' . '
. '
. .
f
nm
I R U R
M s R
s r x
s
(3.1)
Trong đó: 1 2 .f1 p
là tốc độ góc của từ trường quay. (3.2)
1
1
s
là hệ số trượt của động cơ. (3.3)
f1: là tần số điện áp đặt vào stator.
plà số đôi cực của động cơ.
Uf: là trị số điện áp pha hiệu dụng của stator.
R'2: điện trở quy đổi về stator.
xmn: điện kháng ngắn mạch.
: tốc đọ góc động cơ.
Từ (3.2) ta thấy tốc độ động cơ KĐB phụ thuộc và sự thay đổi của tần số lưới điện.
Momen tới hạn và hệ số trượt tới hạn được tính theo công thức:
2
2 2 2
1 1 1
3 . .
f th
mn
M U
s r r x
(3.4)
2
2 2
1
'
X
mn
R r x
(3.5) Nếu ta bỏ qua điện trở cuộn dây stator r1 khi đó ta được:
1 '2
xmn L L (3.6)
2 2
2 2
1 1 1
1 2
3 3 1
. . 2
. . '
f f
th
mn
U U
M s x f f
s L L p
(3.7)
Chương 3. Xây dựng hệ thống điều khiển cấp liệu
34
Với L L1, '2 lần lượt là điện cảm cuộn dây stator và cuộn roto đã quy về stator.
Từ công thức (3.1) ta thấy khi tăng tần số nguồn f1 và giữ nguyên Uf thì momen tới hạn Mth giảm bình phương rất nhiều. Do đó trọng quá trình động cơ hoạt động, khi ta thay đổi tần số f1 thì ta cần thay đổi đồng thời Uf để đảm bảo sự làm việc tương ứng giữa momen động cơ và momen phụ tải. Hay là tỷ số giữa moomen cực đại của động cơ và momen phụ tải tĩnh đối với các đặc tính cơ là hằng số: Mth
M = const.
Trường hợp tần số giảm ( f1 f1dm) nếu giữ nguyên điện áp Uf thì momen và dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn. Nên khi giảm tần số thì phải giảm điện áp theo một quy luật nhất định sao cho động cơ sinh ra được momen như trong chế độ định mức. Đặc tính cơ khi ( f1 f1dm) với điều kiện từ thông Φ= const (hoặc gần đúng giữa Uf / 1f const) thì
Mth được giữ không đổi ở vùng ( f1 f1dm).
Hình 3.4. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ KĐB.
b. Tính toán động cơ cân băng Tốc độ góc của động cơ:
2 . ( / ) 60
n rad s
(3.8)
Với n là tốc độ của động cơ băng tải (vg/ph).
Tốc độ quay của bánh răng 2 (puly chủ động):
Chương 3. Xây dựng hệ thống điều khiển cấp liệu
35
2 v ( / )
rad s
D
(3.9) Với D: đường kính của bánh răng 2 (m)
v: tốc độ của băng tải (m/s)
Tốc độ quay của bánh răng 1 (puly bị động):
1 i. 2(rad s/ )
(3.10) Trong đó: i là tỷ số truyền giữa bánh răng 1 và 2
Tỷ số truyền của hộp số:
1
1
i
(3.11) Tỷ số truyền giữa puly và động cơ:
2 2
i
(3.12) Công suất động cơ:
1 2
. (W) . P F v
(3.13) Với: 1: hiệu suất băng tải.
2: hiệu suất hộp số.
F L g. . ( ) N (3.14) Trong đó:
F: lực của trọng lượng tổng tác dụng lên băng tải (N).
L: chiều dài băng tải (m).
g: gia tốc trọng trường g = 9,8 m s/ 2
: khối lượng liệu trên 1 đơn vị chiều dài (kg/m) c. Thông số động cơ không đồng bộ
Bảng 3.1. Thông số cơ bản động cơ của cân băng.
Chương 3. Xây dựng hệ thống điều khiển cấp liệu
36
Kiểu DV132S4
Công suất (kW) 5,5
Điện áp định mức (V) 230-400
Dòng điện định mức (A) 11,0
Tần số dòng định mức (Hz)
50
Tốc độ quay (vòng/phút) 1430
Momen quán tính (kg. )
0,0146