Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động chính của máy bào giường (tham khảo 3)

giữ công suất đưa và mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt. Trong thực tế việc thay đổi DPs có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp: Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc.Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90o đến khoảng 140o , điều chỉnh góc điều khiển a trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển a của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tự nhiên. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: + Như đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ truyền động với công suất lớn (thường cỡ trên 400kW), vì khi đó công suất trượt đưa về mới là đáng kể và việc đầu tư cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí. + Việc tái sử dụng công suất trượt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lượng công suất đưa về có thể đạt được những chỉ tiêu điều chỉnh tốt như êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp. + Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động động cơ, thường dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trượt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều. Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động bàn máy bào giường nêu ở chương đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chương ba ta loại bỏ việc sử dụng phương án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau: + Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay + Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu tư cả hệ nối tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế. 3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto a/ Nguyên lý điều chỉnh: Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc. Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. + Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: (2-7) Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 á sth, là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết: (2-8) Trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Theo biểu thức mô-men thì: (2-9) Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: Rtd t w M H 2.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto. ~ Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều: + Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên. + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. (2-11) Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: (2-12) Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được r và từ đó thay đổi được Rf. Cho r=0 á 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b/ Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). + Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không đổi như bàn máy bào giường. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở vào mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. + Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việc điều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dưới 100kW). Phân tích ưu và nhược điểm của phương án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động bàn máy bào giường ta thấy rằng đây là một phương án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phương pháp biến tần sẽ được trình bày dưới đây. 4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB. a/ Nguyên lý điều chỉnh: Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: ị điều đó có nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình vẽ sau: fđm H 2.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số. M w + Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: + Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm ị X=2pfL cũng giảm ị I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng + Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp - tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. + Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất. + Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phương pháp điều chỉnh khác. Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng như đáp ứng được yêu cầu truyền động máy bào giường. II. So sánh giữa các phương án khả thi: ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phương pháp truyền động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai phương án là phù hợp với yêu cầu truyền động chính máy bào giường. Đó là: - Phương án truyền động bằng phương pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn. - Phương án truyền động bằng phương pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc. Để chọn ra một phương án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng như chi phí vận hành dưới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phương án. 1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh Về mặt này rõ ràng phương pháp xung điện trở roto chiếm ưu thế hơn. Như nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở roto là có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ. Với phương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương pháp xung điện trở. 2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều Như đã biết phương pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phương pháp điều chỉnh công suất trượt, nhưng ở đây công suất mạch roto không được đưa tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy phương pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh D =1 á 10; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn phương pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Cả hai phương pháp đều cho phép có được momen khởi động lớn, đều có khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần tư (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhưng với phương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn. 3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phương án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu tư cho bộ điều chỉnh xung; nhưng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi trường làm việc nặng nề của động cơ truyền động bàn máy bào giường thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý. 4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành Do khả năng điều chỉnh tần số đưa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên thực tế phương pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động máy bào giường là điều hiển nhiên. Xét về mặt lý thuyết thì phương pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhưng thực tế các van sử dụng phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên ị độ an toàn tin cậy kém. Phương án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp. Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay có thể quyết định chọn phương án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. III. Chọn sơ đồ biến tần: Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính chất động học chỉ có thể thực hiện được với bộ biến tần. Các hệ này sử dụng động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc rẻ có thể làm việc trong mọi môi trường. Nhựơc điểm cơ bàn của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật - kinh tế mà ta có thể xác định được cấu trúc cơ bản của hệ biến tần - động cơ , theo đó có thể chia ra thành các loại bộ biến đổi sau: + Biến tần trực tiếp: Là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới f1; fs=(0 á 0,5)f1. Đặc điểm của loại biến tần này là có số lượng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù có ưu điểm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần số khác với hiệu suất cao, nhưng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế thường dùng cho truyền động có công suất lớn. + Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp cho BBĐ là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Các bộ nghịch lưu điện áp ưa dùng tranzito thay vì tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khoá van mà không cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào. Hiện nay với phương pháp PWM (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lưu điện áp, cho phép các dạng sóng gần sin hơn và vì vậy nâng cao được chất lượng điều chỉnh. Những đặc điểm đó đưa đến khả năng ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh, chiếm ưu thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt động chính xác và đồng bộ. + Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong TH này, nguồn cung cấp là nguồn dòng - tức là dòng một chiều vào bộ nghịch lưu không phụ thuộc vào tổng trở tải. Điều này dẫn đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lưu có dạng chữ nhật nếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sin nhưng mang các đỉnh nhọn ở thời điểm chuyển mạch. Khác với bộ nghịch lưu nguồn áp, ở bộ nghịch lưu dòng liên lạc điện áp một chiều phải qua cuộn dây. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rất thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột của mô-men trên trục động cơ. Hơn nữa, ở bộ nghịch lưu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu cực động cơ không gây hư hỏng nghịch lưu vì dòng điện luôn có xu hướng giữ không đổi. Một điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng được công suất đơn vị động cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn. Từ những đặc điểm đặc trưng của mỗi loại biến tần, tới yêu cầu truyền động chính máy bào giường ta chọn bộ biến đổi là bộ biến tần nguồn dòng, vì những lý do sau: - Biến tần nguồn dòng thích ứng tốt với truyền động có mômen biến thiên đột ngột như trường hợp bàn máy bào giường lúc khởi động và thường xuyên làm việc ngắn hạn. - So với biến tần nguồn áp, ở biến tần nguồn dòng dùng các tiristor thông thường với các chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện. - Ngắn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh hưởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn cản tất cả các đột biến dòng điện, không có hiện tượng truyền trực tiếp dao động của lưới điện vào động cơ. - Có khả năng tái sinh năng lượng tương đối dễ Nhược điểm của biến tần nguồn dòng là dạng sóng dòng bậc thang gây khó khăn khi làm việc ở tốc độ rất thấp ; cụ thể là gây ra mômen đập mạch. Các tụ điện và cuộn dây có kích thước lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó khăn hơn vì nguồn dòng dễ gây quá áp, bão hoà mạch từ. Tuy nhiên những hạn chế này không ảnh hưởng nhiều đến truyền động bàn máy bào giường vốn yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ. IV.chọn phương pháp điều khiển : 1.1. Luật giữ từ thông không đổi: Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động cơ (đồng thời cũng phải điều chỉnh biên độ điện áp Stato đặt vào động cơ) thông qua từ thông động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc cũng có thể dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại lượng khác như tần số f1 , điện áp U1, dòng điện I1 và tần số trượt f2. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế thường sử dụng các phương pháp gián tiếp. Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phương pháp điều khiển tần số dòng điện. Bản chất của phương pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trượt f2 và dòng điện stato I1 để giữ cho từ thông của máy điện không đổi. Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có được quan hệ giữa dòng stato và từ thông rôto: trong đó: Trs=Lrs/Rr. Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi Yr=Yr dm =const, thì dòng điện stato phải được điều chỉnh theo độ trượt. ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo cho dòng điện stato (I1), dòng điện roto (I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơ đều không phụ thuộc vào tần số ị đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song song với nhau và không thay đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho Yr=Yr dm sẽ tận dụng được công suất mạch từ là tối đa. Hơn nữa, khi giữ biên độ từ thông roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông góc với nhau trong không gian và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng roto. Điều này giống như quan hệ giữa mômen và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích thích động lập khi từ thông kích từ là định mức. Nhược điểm của phương pháp này là: Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm ị tăng tổn hao trong động cơ. ở vùng tần số thấp, khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được với sụt áp trên điện cảm tản mạch stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm. 1.2: Điều khiển từ thụng khe hở khụng đổi theo luật U/f: Ở vựng tần số cao (xung quanh tần số định mức )mụmen tới hạn cú trị số gần như khụng phụ thuộc vào tần số,nếu tỉ số Rs/fs nhỏ.Khi tần số giảm,từ thụng khe hở sẽ giảm do sụt ỏp trờn điện trở stato ứng với dũng điện định mức khụng đổi ở mọi tần số,kết quả là mụmen tới hạn của động cơ sẽ giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ở vựng tần số thấp. Ở trạng thỏi hóm, động cơ làm việc như một mỏy phỏt,chiều dũng điện stato ngược lại so với trạng thỏi động cơ.Do vậy,sđđ Es tăng lờn,làm cho từ thụng khe hở tăng so với trạng thỏi động cơ.Nếu coi mạch từ khụng bóo hoà,mụmen động cơ ở trạng thỏi hóm sẽ lớn, đặc biệt là ở vựng tần số trung bỡnh. Từ thụng chỉ được duy trỡ là hằng số khi sụt ỏp trờn dõy quấn stato nhỏ cú thể bỏ qua.Trong thực tế, điện trở stato khụng thể bỏ qua nờn sụt ỏp trờn điện trở stato ứng với dũng điện định mức sẽ khụng đổi khi giảm tần số,trong khi sụt ỏp trờn điện khỏng giảm theo tần số.Do vậy,sụt ỏp trờn điện trở sẽ chiếm tỉ lệ lớn ở tần số nhỏ,sẽ ảnh hưởng lớn đến từ thụng khe hở,do vậy U/f được tăng lờn ở vựng tần số thấp để bự lại sụt ỏp trờn điện trở stato. 1.3: Điều chỉnh từ thụng khe hở khụng đổi bằng cỏch điều chỉnh dũng điờn-tần số trượt. Mụmen động cơ được tạo ra bởi từ thụng khe hở và dũng điện stato nờn điều khiển trực tiếp dũng điện stato sẽ nhận được đặc tớnh động học cao hơn phương phỏp điều khiển điện ỏp stato.Mặt khỏc,với bộ biến tần nguồn dũng cú điều khiển,dễ dàng hạn chế được dũng điện và thực hiện bảo vệ ngắn mạch,do vậy sẽ thiết kế được mạch nghịch lưu cú độ kinh tế cao. Từ thụng khe hở tỉ lệ với dũng điện từ hoỏ khi mạch từ khụng bóo hoà.Do vậy, để từ thụng khe hở khụng đổi thỡ dũng từ hoỏ phải giữ khụng đổi.Khi từ thụng khụng đổi thỡ dũng điện stato là hàm của tốc độ roto và khụng phụ thuộc vào tần số stato. Tóm lại ta chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua từ thông động cơ và từ thông động cơ được giữ không đổi thông qua quan hệ I1(f2) .biến tần được sử dụng là biến tần nguồn dòng . Chương III Tính chọn thiết bị mạch lực. Sơ đồ mạch lực: I. Tính chọn động cơ truyền động. 1.1. Phụ tải truyền động chính. Phụ tải truyền động chính được xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành lực cắt và lực ma sát: F= F+ F F: lực cắt ,[N] F: lực ma sát, [N] a. Chế độ làm việc hành trình thuận . F= : hệ số ma sát gờ trượt . Theo đề bài =0,081 thành phần thẳng đứng của lực cắt ,N : khối lượngbàn : khối lượng chi tiết Ta có: F=0,081[0,4.30.103+9,8.(1000+1000)] = 2559,6 N Do đó: FKth=Fz+Fms = 30000 + 2559,6 = 32,56 kN b. Chế độ không tải. Khi làm việc không tải, F=F = 0 Do đó FKng=Fms= 0,081.9,8.( 10 00 + 1000 ) = 1587,6 N 1.2. Tính chọn động cơ. Đặc điểm của truyền động máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn .mômen khởi động ,hãm lớn ,quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc .Do đó khi chọn công suất động cơ truyền động chính máy bào giường cần xét cả phụ tải tĩnh lẫn phụ tải động . Công suất đầu trục động cơ khi cắt:(công suất động cơ trong hành trình thuận) (kw) Trong đó V =35m/ph là tốc độ hành trình thuận Công suất đầu trục động cơ khi quay ngược không tải có tốc độ không tải V=70m/ph là: (kw) Do đó phải chọn động cơ có Pđm >Pttmax =23,4 (kw) Dựa vào kết quả trên ta chọn động cơ có các thông số sau: Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc: e=60% ; Pđm=28kW ; nđm=705v/ph ; cosjđm=0,75 ; cosjkhông tải=0,07 I1.đm=67 A ; I1.không tải=40A ; r1=0,141W ; x1=0,214W ; I’rđm=47.6A r’r=0,24 W ; x’r=0,20 W ; J=1,32 kgm2 ; G=470 kg ; kr=ke2=0,19.104 . ; ; 1.3 Kiểm nghiệm lại động cơ: Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy. Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ với các thông số ở trên có đáp ứng được yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hành kiểm tra lại. Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thường gồm các bước sau: + Kiểm tra điều kiện khởi động. + Kiểm nghiệm quá tải mômen. + Kiểm tra điều kiện phát nóng a.Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động: Ta có : Mkđ =3.1Mđm =1175.83Nm Do khi bắt đầu làm việc bàn máy chỉ có lực cản là lực ma sát Fms =μ.g(mb +mct)=0.081x9.8x2000 = 1587.6N =>Mômen cản tĩnh trên trục động cơ : Như vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện khởi động b.Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải : Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện tượng sụt áp của lưới điện. Thông thường, cho phép sụt áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn: Mth ‘=(90%)2.Mth =0,81.Mth (Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ). Từ số liệu tra được của động cơ đã chọn ta tính được: + Mô-men lớn nhất của động cơ là: Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất (định mức)khi cắt gọt là : Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men. c.Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng: c1.Tính toán thời gian quá trình chuyển động của máy Đồ thị tốc độ tối ưu của máy bào giường: Thời gian các khoảng t1, t4, t6, t9, t10, t12 được xác định bằng công thức: Các khoảng thời gian t2, t3 ,t7, t8 được xác định theo kinh nghiệm vận hành. Chọn t2=t3=t7=t8=0,2(s); Trong đó mô men động cơ trong quá trình quá độ.Mqđ được lấy bằng: Mqđ = 3.1 Mđm Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ: Vth = 35/60 = 0,58(m/s) Để có = 0,024 ta có thể chọn hộp số có tỷ số truyền i= 0,024/ 0,008 = 3 Mô men phụ tải của động cơ khi đã quy đổi về trục của động cơ: Tốc độ vào dao chọn Vo =5 (m/p) =5/60 =0,083 (m/s) Do đó : = 10,41 (rad/s) Mômen phụ tải động cơ khi không cắt ( hành trình ngược): Vng /= 146 (rad/s) Mng = Png / 2290/146 = 15,68 (Nm) Mômen quán tính của bàn máy quy đổi về trục động cơ Jm = Jb + Jct (Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền) Jm = (mb + mct ) . .=(1000 + 1000).0,008.0,008 = 0,128 kg.m2 Mômen quán tính của hệ thống: J = Jm + Jd = 0,128 + 1.32= 1.448 (kg.m2) Từ đồ thị tốc độ ta xác định các khoảng thời gian Trong khoảng thời gian t6 momen quá độ của động cơ đã đảo chiều: Để tính t5 ta tìm tổng chiều dài hành trình bàn trong các đoạ