4.1.1. Tổn thất năng lưọng trong động cơ
Trong quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng, một số năng lượng bị mất mát. Lượng mất mát này gọi là tổn thất công suất, nó bao gồm ba phần:
- Tổn thất ma sát; do các ổ trục, ma sát giữa rôto và không khí tạo nên; - Tổn thất sắt từ: phụ thuộc vào chất lượng lõi sắt làm rôto, stato.
Hai loại tổn thất trên hầu như không phụ thuộc vào phụ tải. Do đó được gọi là tổn thất cố định.
Tổn thất đồng: là tổn thất tạo nên trong các cuộn dây rôto và stato, nó tỷ lệ với bình phương dòng điện chạy trong các cuộn dây, tức là phụ thuộc vào phụ tài, nên gọi là tổn thất biến đổi. Tổn thất này chiếm phần lớn tổn thất chung.
Nếu gọi Nt là công suất tiêu thụ từ nguồn của động cơ, Nc là công suất có ích sản ra trên trục của nó, thì tổn thất công suất sẽ là:
AN=N، - Nc
ở trạng thái làm việc định mức, tổn thất công suất được tính:
AN(J N٤(j" Ncd Ncd^-7,/
(4.1)
Trong đó:
+ Ntd: công suất tiêu thụ của động cơ ở trạng thái định mức + Ncd: công suất có ích của động cơ ở trạng thái định mức + r|d: hiệu suất định mức của động cơ
Tổn thất công suất AN sản ra nhiệt lượng làm nóng động cơ. ở trạng thái làm việc định mức, nhiệt lưọng sinh ra trong động cơ trong 1 s sẽ là;
1-7،/ Qd = 0,24Nd■
7،/
(4.3)
Nhiệt lượng này một phần làm nóng động cơ, một phần tỏa ra môi trường xung quanh. Do đó, sau một thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ không tăng lên nữa mà đạt một trị số lứiất định. Ta gọi trạng thái ổn định này là trạng thái cân bằng nhiệt của động cơ.
Nếu như ta gọi động cơ là một vật thể đồng nhất, có nhiệt độ đồng đều tại mọi điểm và hệ số dẫn nhiệt của động cơ vô cùng lớn, thì phương trình cân bằng nhiệt có thể viết;
Q.dt = c.dx +A.dt (4.4)
Trong đó:
+ Q: lứiiệt lượng sinh ra Is của động cơ [J/s] (đơn vị cũ: cal/s)
+ C: nhiệt dung của động cơ, tức là nhiệt lượng cần thiết để đưa nhiệt độ của động cơ lên 1 độ c [J/C] (tên cũ; tỷ nhiệt cal/'٥C)
+ A: tỏa nhiệt suất của động cơ, tức là nhiệt lượng do động cơ tỏa ra môi trường trong Is, khi nhiệt độ động cơ cao hơn môi trường l٥c [J/s٥C]
+ x: nhiệt sai của động cơ, tức là độ chênh lệch giữa động cơ và môi trường [٥C]
+ ،■; thời gian [s]
Tách biến số từ phương trình (4.4), và lấy tích phân với điều kiện ban đầu t = 0 và X = Xo, ta có phương trình nhiệt sai cùa động cơ:
c rdr r đ t = r r ٩ ọ - A t ứ - t -t (4.5) 1 c ! A \ ^ P^IA . / = ٠ • ،^ r ، + ١ 1-e ( ^ ٣ ، c١
Ta đặt; Te = - nhiệt sai ổn định của động cơ, tức là nhiệt sai ứng với lúc t = 00 f C].
T = - hàng số thời gian phát nóng của động cơ, tức thời gian cần thiết để đưa nhiệt sai của động cơ từ 0 đến 2/3 nhiệt sai ổn định T،. Khi nhiệt lượng không tỏa ra ngoài, thì công thức (4.5) có thể viết:
-/ -/
T= Xc (1-e )+T.e'' (4.6) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đây là phương trinh đặc trưng cho quá trình làm nóng cũng như làm nguội của động cơ.
Nếu ở thời điểm t = 0, nhiệt độ của động cơ bằng nhiệt độ của môi trường thì T٥= 0. Khi ấy ta có phương trình làm nóng động cơ:
- í
c = T c ( l- e ) (4.7)
Nếu ngắt động cơ ra khỏi nguồn điện, tổn thất chỉ còn do ma sát sinh ra, giá trị không đáng kể. Do đó nhiệt lượng phát ra trong động cơ Q = 0, tức là Tc= 0. nên phương trìiứi (4.6) chỉ còn:
T= Tn e
-l
r (4.8)
Đây là phương trình biểu diễn quá trình làm nguội của động cơ, Tc của quá trình làm nguội chính là Tc của quá trình làm nóng. Đường biểu diễn phương trình (4.7) và (4.8) như hình 4.1.
Đường (a) biểu diễn quá trình làm nóng và đường (b) biểu diễn quá trình làm nguội của động cơ. Sau thời gian T, nhiệt độ của động cơ đạt 63%
2
nhiệt độ ôn định ( r « — r ٥) và sau thời gian t = (4-:-5)T, nhiệt độ của động cơ sẽ đạt đến trị số ổn định.
Hình 4.1: Đặc tỉnh quá trình làm nóng (a)
và làm nguội (b) của động cơ
Hằng số thời gian T phụ thuộc vào kích thước và điều kiện làm mát của động cơ. Đối với động cơ có công suất nhỏ và kiểu hở, T= 20 ^ 60 phút.
Đố؛ với động cơ có công suất ؛ớn và k in ,1 3 ت2 ب giờ. Nhỉệt độ nung nóng cho phép của áộng cơ phụ thuộc vào vật lỉệu và cấu trUc của nó, truơc tiên
phụ thuộc vào vật liệu cách điện. Đối với dộng cơ loại A (khả năng c.h؛u nhỉệt của chất cách diện tốt nhất) nhiệt độ nung nOng lớn nhất là I05٥c. Nếu nhiệt độ trung binh của môi truCmg 11 35.С, thi nhiệt độ cho phép là
τ = 105-35 = 70.C. Loại dộng cơ có chất cách diện chịu nhiệt xấu nhất có nhiệt độ nung nóng cho phép khoảng 65٥c.
4.1.2. Chế dô làm víêc của dông co.
Dể có thể tiến hành chọn công suất dộng cơ diện, ta cần biết các chế độ làm v؛ệc của nó. Chế độ làm việc của dộng cơ có thể chia thành ba loại:
4.1.2.1. Chế đô làm viêc dài han• ٠ ٠
ở chế độ này, dộng cơ làm việc có phụ tải trong thời gian dài. Trong khoảng thời gian này, nhiệt sai của dộng cơ dạt dến trị số ổn định. Duờng Na
trong hình 4.2. dặc trung cho phụ tải và duờng Га biểu th؛ nhỉệt sa؛. Các dộng cơ của máy phay răng, máy tiện dứng, máy quạt làm v؛ệc ở chế độ này.
4.1.2.2. Chế đô làm vĩêc ngan han
ở chế độ này, dộng cơ làm việc cỏ phụ tả؛ trong thờ؛ gian ngắn, nhiệt sai của dộng cơ chua dạt dến trl số nhất định thi dẫ mất phụ tải. Thời gian không có phụ tải lại kéo dài, nhiệt sai có dU thời giờ dể giảm xuống trị số ban dầu. Duờng Nb và Xb trên hình 4.2. bíểu d؛ễn phụ tải và nhỉệt sai ở chế độ này.
Hình 4.2: Các chế độ làm việc của động cơ
Các loại dộng cơ dUng dể nâng xà ngang hay khOa chặt, chạy nhanh ở các máy bào giuòrig, phay gỉuơng, t؛ện dUng hay khoan cền) ... đều làm vỉệc ở chế độ ngán hạn.
4.Ι.2.3. Chế độ làm việc ngan hạn lặp lọi
Thời gian làm việc có phụ tải và thời gian nghi trong chế độ này xen kẽ nhau. Trong thờỉ gian làm việc ti, nhiệt sai của dộng cơ chưa dạt dến trị số ổn định, thi mất phụ tải. Trong thời gian nghi tn, nhiệt sai của dộng cơ chưa giảm xuống trị số cũ thi lại có phụ tải, nhiệt sai lại tăng lên, không bao giờ vượt qua trị số cho phép.
Các dộng cơ của phần lớn máy công tác, của cần trục làm việc ở chế độ này. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giản dồ phụ tải Nc và dường nhíệt sai τ٠ ở hình 4.2. biểu thl chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Dặc trưng của chế độ này là hệ số thời gian dóng diện tương dối φ:
φ 1 0 0ه/٠ = ز ا 1 0 0ه/ه
اا + /« tek
(4.9)
ở dây: tek = t| + tn là thờ؛ gian chu kỳ
Theo quy dinh, những dộng cơ nào làm việc vớí thời gian tck<10 phUt, thi hệt vào chế độ làm vỉệc ngắn hạn lặp lại.
Các trl số tiêu chuẩn của φ là: 15, 25,40 và 60%.
4.2 XÁC ĐỊNH CÔNG SƯÁT ĐỘNG C ơ
Năng lượng truyền từ dộng cơ diện dến các cơ cấu chấp hành của máy bao gỉờ cQng bị tổn thất. Sơ dồ dộng của máy càng phức tạp, tổn thất năng lượng càng lớn. Do dó, công suất của dộng cơ diện bao giờ cũng cần phải lớn hơn công suất trên trục mang cơ cấu chấp liành, dồng thời nó cần phải sản ra một mOmen M dể khắc phục mOmen phụ tải Mf của cơ cấu chấp hành, mOmen không tải Mo và mOmen dộng Mdg, tức là: M > M ft Mo t Mđg.
Muốn xác định công suất dộng cơ diện cần phải biết b؛ểu dồ phụ tải tĩnh của cơ cấu chấp hành duớỉ dạng mOmen, công suất hoặc năng lượng tiêu thụ và biểu dồ dưới dạng sổ vOng quay hoặc vận tốc góc.
Công suất cần thiết của dộng cơ cũng phụ thuộc vào các chế độ làm việc của dộng cơ, vl thế ta xét các trường hợp sau dây:
4.2.1 Chọn công suất động cơ dỉện ở chế độ dàỉ hạn
4.2.1.2. Phụ tai dài Itan không đổi
Dộng cơ làm việc vớỉ phụ tải không dổi trong thờ؛ gian dài sẽ dạt dược trạng thái ổn định; quá trinh quá độ không ảnh hường mấy dến sự nOng của dộng cơ. Trong trường hợp này, ta có thể không tinh dến tổn thất
công suất khi mở động cơ, vì quá trình đóng mở máy ít được lặp lại, tuy rằng tổn thất này lớn hơn tổn thất khi làm việc ở trạng thái định mức ta chỉ cần kiểm tra điều kiện mở máy và phát nóng của động cơ
Động cơ được chọn cần có công suất định mức không nhỏ hơn công suất phụ tải.
Pđm ^ Pc Trong đó:
+ Pđni - Công suất định mức
+ Pc - Công suất phụ tải
Thông thường cần chọn Pđm = (1,1 ■؛" l,3).Pc
4.2.1.2. Phu tải dài han biến đổi٠ ٠
Đây là trường hợp thường gặp trên máy cắt kim loại khi phải thực hiện các nguyên công khác nhau và tương ứng với nó, ta có phụ tải trên trục động cơ là khác nhau. Biểu đồ phụ tải đặc trưng bằng mômen M = f(t) cho chế độ làm việc này như sau (hình 4.3).
M Mib Mi Mí Mi M. M4 "M٥ tl t2 b t4 t١ tó .٠------------------------- tck
Hình 4.3: Sơ đồ phụ tải dài hạn biến đổi
Trong chu trình gia công xong chi tiết với thời gian tck, các nguyên công trực tiếp được thực hiện nối tiếp nhau giữa các phụ tải khác nhau. Neu như sau mỗi lần nguyên công cắt cần cho máy chạy không để thay dao thì M2, M4, M6 là mômen chạy không và chúng bằng rủiau.
Theo biểu đồ phụ tải ở hình 4.3. ta có mômen trung bình của cơ cấu chấp hành:
Vì truyền động không điều chỉnh íếc độ nên có thể thay việc tính
p،b = ỉ ẩ
Ι , ί ,
Dộng cơ chọn cần có: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Mđm = (l,Kl,3).M،b
tH ơ ặc Pđm = ( l , K l١3).Pib
+ Với áiều kiện tốc độ n d m phù hợp V Ớ I tốc độ dộng cơ.
Sau khl chọn công suất cần k؛ểm tra lại diều kiện quá tải, diều kiện mờ máy, diều kiện làm nOng của dộng cơ.
Dối với dộng cơ có số vOng quay thay dổi nhiều, phương pháp này không chinh xác. Do dó, trong tliực tế, phương pháp này dược dUng dể chọn sổ bộ công suất dộng cơ.
4.2.2. Chọn công suất dộng cơ dỉện ơ chế độ ngắn hạn
Dể phqc vụ cho phụ tải ngắn hạn, người ta thưímg dUng hai loại dộng cơ: loại dộng cơ thông dụng, tức loại dộng cơ chế tạo dể làm việc với phụ tải dài hạn؛ và loại dộng cơ dặc biệt; chuyên phục vụ cho phụ tải ngắn hạn. Loại dầu gọi là dộng cơ dài hạn, loại sau gọi là dộng cơ ngắn hạn.
4.2.2.1. Chọn công suất dộng cơ dàl hạn làm việc ﻕ chế độ ngằn h.ạn
Khi chọn dộng cơ dài hạn dể phục vụ cho phụ tải ngắn hạn, ta cần chú ý tận dụng khả năng chiu nhiệt của dộng cơ, tức là nhiệt sai lớn nhất ở cuối thời gian làm việc n g n h n cần dạt dến nhiệt sai ổn dinh. Muốn thế, công suất dộng cơ cần chọn phải nhỏ hơn công suất phụ tải ngắn hạn, tức là dộng cơ phải làm việc quá tải với một mức độ nào dó.
Dặc trưng cho phụ tải và nhiệt sai của dộng cơ làm việc với chế độ này như hình 4.4.
Nếu ta chọn dộng cơ theo phưcmg pháp dài hạn, tức là Nđ ة Nng
thi trong quá trinh làm víệc, nhiệt sai của dộng cơ không bao giờ dạt tới trị số nhiệt sai ổn dinh τδ (dặc trưng bằng dường nhiệt sai τι).
Trong trường hợp này, ta
khOng sử dung hết khả năng chiu ٥ ٥ ؛ , Hình 4.4: Đặc tinh cua phụ tai ТГ I Jt Ẩ T\v / 1 · ١ ،٠
nhiệt cUa dộng cơ. ,
٥
De tận dụng khả năng chịu nhiệt của dộng cơ khi làm việc với công suất phụ tải ngắn hạn Nng, ta cần dộng cơ làm việc quá tải, dể sau thời gian làm việc ngắn hạn ti, nhiệt sai dạt dến tri số ổn dinh Τδ (dặc trung bằng duímg Тг). Trong truCmg hợp này, công suất định mức của dộng cơ Nđ < Nng
Chọn công suất dộng cơ dài hạn làm việc với phụ tảỉ ngắn hạn duợc tiến hành nhu sau:
- Cân cU vào công suất phụ tải ngắn hạn Nng, thời gian làm việc ngắn hạn t, tU dó xác định sơ bộ khoảng công suất định mUc của dộng cơ. Trên cơ sở dó, tra bảng xác định hằng số thời gian phát nOng T, dể tinh ra hệ số quá tải dOng diện ξ. Sau dó ta xác định công suất định mUc của dộng cơ diện với diều kiện:
N„ọ
ί > - ؛
Ν ٥ (4.10)
Hệ số quá tải dOng diện thông thuờng 6ي = 1ب٠ Nó có thể xác định b n g dồ thị phụ thuộc vào tỷ số tị/T nhu ở hình 4.5.
ﻅ
T
Hình 4.5: Đồ thị hệ so quá tải dòng điện 4.2.2.2. Cliọn công suất động cơ ngản hạn
Ngành công nghiệp dộng cơ dỉện dã sản xuất ra loại dộng cơ dặc biệt dể phục vụ cho phụ tải ngắn hạn với các thời gian làm việc ngắn hạn tiêu chuẩn: ti = 15, 30, 60 và 90 phUt. Loại dộng cơ này duợc thiết kế với khả năng chịu quá tảỉ trong thời gian ngắn.
Nếu trong thờỉ gian làm việc của phụ tảỉ bằng thời gian tiêu chuẩn của dộng cơ, ta chọn công suất định mức của dộng cơ ngắn hạn theo diều kiện:
Nếu trong thời gian làm việc, phụ tải ngắn hạn có trị số biến đổi, ta phải dùng trị số phụ tải tưong đưong để chọn công suất động cơ.
4.2.3 Chọn công suất động CO’ ỏ' chế độ ngắn hạn lặp lại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.3.1. Dùng động cơ dài hạn
Nếu dùng động cơ dài hạn để phục vụ cho phục tải ngắn hạn lặp lại, thì việc chọn công suất động cơ cũng tiến hành tương tự như đã đề cập ở mục 4.2.2.1, tức là phải chọn động cơ có công suất định mức Nd nhỏ hơn công suất phụ tải ngắn hạn lặp lại Nni
Để thỏa mãn điều kiện này, ta phải dừig hệ số quá tải về nhiệt độ ô, do đó:
N . N d > % (4.11) ở đây: + ỗ = ì - e e'.T l - e T (4.12) f f \
+ £ - hệ sô thời gian đóng điện tương đôi có tính đên điêu kiện làm mát
f
kém đi trong thời gian nghỉ (quạt lăp trên trục động cơ không làm việc), tức là:
+ e؟_
+ p - hệ số điều kiện làm mát khi ngừng máy
Công thức (4.12) có thể biểu diễn bằng đồ thị như ở hình 4.6:
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
4.2.3.2. Dùng động cơ ngan hạn lặp lại
Để phục vụ cho phụ tải ngắn hạn lặp lạỉ, người ta chế tạo loại dộng co diện chuyên dUng gọi là dộng co diện ngắn h n lặp lại. Loạỉ dộng co này dưọc dùng rộng rãi ở những thiết bị nâng. NO có dặc điểm lOn là: độ bền co khi cao, momen q u n tinh nhỏ, chiu dược quá tải lOn. Những dộng co này có hệ số thOi gian dOng diện tưong dối tỉêu chuẩn là ε = 15, 25,40 và 60(%).
Nếu hệ số dOng diện tuong dối của phụ tải Eí bằng h.oặc gần bằng hệ số dOng diện tuong dối của dộng co ﺀ ه (ﺀ د là hệ số dOng diện tuong dối tiêu сЬиП của dộng co gần với trị số ﺀ ( nhất), thi phải chọn dộng co có công suất định mức theo diều kiện:
N٥^ N„1
Nếu S f ị S j , [ à phải quy dổi công suất phụ tải ngắn hạn lặp lại Nnا và trị