Đề tài Nghiên cứu hệ điều khiển của máy khử độ co vải

Chương 1: tổng quan về máy khử độ co vải 1.1. Khái quát về đơn vị có thiết bị Trong những năm gần đây ngành công nghiệp dệt may Việt Nam được tăng cường đầu tư và phát triển phù hợp chung trong nền kinh tế của đất nước. Công ty May 10 cũng không nằm ngoài xu thế đó. Là một doanh nghiệp chuyên sản xuất và gia công hàng may mặc thuộc Tổng công ty dệt may Việt Nam là một trong những công ty may hàng đầu của Việt Nam. Ra đời từ những ngày đầu của cuộc kháng chiến chống Pháp chuyên sản xuất hàng may mặc phục vụ quân đội. Ngày nay mặt hàng chủ yếu của công ty là sơ mi cao cấp phục vụ nhân dân trong nước và xuất khẩu. Từ năm 2004 để đa dạng hoá sản phẩm của mình công ty đã đầu tư xây dựng 2dây chuyền sản xuất hàng comple. Địa điểm chính của Công ty May 10 hiện nay nằm tại km 5 quốc lộ 5 trên đường Hà Nội đi Hải Phòng. Tại đây Công ty có 5 xí nghiệp thành viên trong đó 3xí nghiệp chuyên sản xuất sơ mi và 2xí nghiệp may comple sử dụng trên 25000 máy móc các loại với khoảng 5000 công nhân. Ngoài ra để tạo công việc cho các lao động tại tỉnh xa công ty đã liên doanh với các tỉnh để xây dựng các xưởng may tại đây như: tỉnh Thái Bình có 3 xí nghiệp may, tỉnh Nam Định 1 xí nghiệp, thành phố Hải Phòng 1xí nghiệp, tỉnh Thanh Hoá 1xí nghiệp, tỉnh Quảng Bình 1xí nghiệp. Để ra được một sản phẩm may có chât lượng cao ngoài yếu tố con người ra thì máy móc thiết bị là một yếu tố không thể thiếu. Phù hợp trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước nên máy móc và thiết bị của công ty được đầu tư trong những năm gần đây là bán tự động và tự động chủ yếu sử dụng linh kiện điện tử. 1.2. Giới thiệu công nghệ may áo Tại Công ty cổ phần May 10 để phù hợp với cách quản lý của một công ty cổ phần với các xí nghiệp thành viên và các phòng ban phục vụ; trong một xí nghiệp được chia thành các khu vực như sau: +Khu vực cắt. +Khu vực may. +Khu vực là, hoàn thiện và đóng gói. Mỗi khi có một mã hàng mới thì phòng kỹ thuật có nhiệm vụ nghiên cứu để thiết kế ra mẫu, thử nghiệm và tìm ra các thông số kỹ thuật của nó. Với mẫu này vải từ kho được đưa đến tổ cắt và được cắt thành các chi tiết nhỏ theo mẫu, các mẫu này được gọi là mẫu bán thành phẩm. Mẫu bán thành phẩm này được chuyển đến khu vực may, tại đây các công nhân được tạo thành dây chuyền may ghép các mẫu này lại để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh theo đúng các thông số mà kỹ thuật đưa ra. Khi đã có được sản phẩm hoàn chỉnh sản phẩm này được bộ phận KCS kiểm tra lại theo các chỉ tiêu kỹ thuật mà phòng kỹ thuật đưa ra. Khi sản phẩm được kiểm tra đạt tùy từng loại vải và mã hàng mà sản phẩm có thể được đem đi giặt. Sản phẩm sau đó được chuyển tới khu vực là; tuỳ từng loại sản phẩm mà có yêu cầu công nghệ và kỹ thuật là khác nhau. Có hai công nghệ là hay được sử dụng là công nghệ là thổi và công nghệ là ép. Công nghệ là thổi là sử dụng hơi nóng có áp suất để thổi vào sản phẩm, sau đó dùng hơi khí nén hoặc hút chân không để làm khô sản phẩm. Công nghệ này được sử dụng để là sản phẩm comple. Công nghệ là ép là sử dụng hai bục ép nóng và cốt của sản phẩm; sản phẩm cần là được khoác vào cốt sau đó hai bục ép nóng được ép vào sản phẩm với một lực nhất định (để tạo lực ép này thường sử dụng lực của hơi khí nén thông qua xilanh). Công nghệ này thường được sử dụng để là sơ mi. Khi sản phẩm được là xong sẽ được đem đi gấp và đóng gói sau đó nhập kho. 1.3. Yêu cầu của công nghệ Thông thường các loại vải mới sau khi mang đi giặt, là sẽ xảy ra hiện tượng co hoặc dãn, tuỳ từng loại vải mà có sự co dãn nhiều hay ít. Chính vì vậy ngưòi kỹ thuật khi thiết kế luôn phải tính toán đến sự co dãn này để tránh cho sản phẩm sau khi sản xuất ra đem đi giặt sẽ không đạt yêu cầu. Phương pháp đơn giản nhất để tìm được độ co dãn của vải mà người ta thường áp dụng là chọn một mẫu vải có kích thước nhất định và đem đi giặt, sấy khô và là với đầy đủ các yếu tố giống như sản phẩm được sử dụng trong thực tế. Sau đó mẫu vải này được kiểm tra lại và so sánh với kích thước ban đầu từ đó có thể tính toán được độ co dãn của loại vải đó. Phương pháp này chỉ áp dụng được với những loại vải có độ co dãn ít nếu với loại vải có độ co dãn lớn thì không thể tính toán được một cách chính xác dẫn đến sản phẩm đến tay người tiêu dùng sau khi giặt sẽ không còn đẹp. Đặc biệt, với sản phẩm là comple với chất vải có độ co dãn lớn như len, dạ…và đặc biệt là yêu cầu không được co dãn khi giặt là. Với những loại vải này trước khi đem vào để may không còn cách nào khác là phải giặt trước. Điều này vấp phải một vấn đề là như thế thì khối lượng vải cần giặt lớn, tốn kém dẫn đến đẩy giá thành sản phẩm lên cao. Chính vì vậy một loại máy chuyên dùng để xử lý độ co vải ra đời. Máy này phải tạo ra được tất cả các yếu tố giống như trong điều kiện thực tế mà sản phẩm đựơc sử dụng để có thể thử nghiệm và sử lý được độ co dãn của vải trước khi vải được đưa vào gia công thành sản phẩm. 1.4. Giới thiệu về máy khử độ co vải. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy nhưng về công nghệ cơ bản để sử lý vải là giống nhau, vì vậy ở đây em xin được giới thiệu về một loại máy sử lý độ co vải có tên là JSM-622-T. Máy này hiện nay đang được sử dụng tại công ty cổ phần May 10 do hãng SENGA PHILIPPINES INC cung cấp. 1.4.1.Cấu tạo máy khử độ co: 8 7 3 6 5 2 4 1 1. Băng tải 2. Con lăn 3. Động cơ truyền động kéo băng tải 4. Động cơ rải vải 5. Giàn hơi nóng 6. Sợi đốt 7. Động cơ hút 8. Động cơ rung băng tải 9. Cơ cấu chỉnh băng Hình 1-1: Mô hình toàn bộ máy khử độ co vải Hình 1-2: Sơ đồ mạch lực Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển Hình 1-4: Cơ cấu chỉnh băng 1.4.1.1.Băng tải Băng tải có kích thước18407500(mm); băng tải được chế tạo bằng một loại vật liệu đặc biệt có độ bền chắc cao được dệt thành dạng lưới tạo ma sát để có thể có thể dẫn vải đi từ đầu vào đến đầu ra của máy. Băng tải có thể chạy được nhờ có sự dẫn động của 5 con lăn và mô tơ truyền động. 1.4.1.2.Con lăn Hình 1-5: Con lăn Con lăn có 2 loại có kích thước khác nhau: +3 con lăn có kích thước đường kính 76(mm), có chiều dài 2000(mm) trong đó 2con lăn có tác dụng tạo lực căng cho băng tải, 1 con lăn dùng để chỉnh băng tải luôn ở vị trí giữa. +2 con lăn ở hai đầu băng tải có đường kính 113(mm), dài 2000(mm) trong đó có 1 con lăn nhận lực kéo trực tiếp từ động cơ kéo băng tải. 1.4.1.3.Động cơ truyền động kéo băng tải: Động cơ được điều chỉnh tốc độ bằng bộ biến tần để có thể điều chỉnh được thời gian vải đi qua máy; đồng thời nó có thể kết hợp với động cơ rải vải để có thể tạo được lực căng của vải khi vải đi qua máy trong quá trình sử lý độ co. Động cơ được sử dụng trong máy này là động cơ 3 pha 200V công suất 0,75 (kW). 1.4.1.4.Động cơ rải vải. Vải được chế tạo và cuộn thành cuộn vì vậy động cơ này kết hợp với một quả lô để tở vải ra khỏi cuộn sau đó đưa lên băng tải. Động cơ này được điều khiển thay đổi tốc độ bằng một bộ biến tần để có thể kết hợp với tốc độ của băng tải tạo lực căng cho vải trong quá trình sử lý. Động cơ được sử dụng là động cơ 3 pha 200(V) công suất 0.75(kW). Quả lô được động cơ rải vải kéo có đường kính 200(mm), có chiều dài 2000(mm) trên bề mặt phủ một loại vật liệu đặc biệt để tạo ma sát có thể kéo được vải. 1.4.1.5.Giàn hơi nóng: Được cấu tạo dạng hình hộp chữ nhật có kích thước 9001840150(mm) bề mặt có nhiều lỗ để có thể phun hơi nóng xuống vải. Bên trong có các đường ống để dẫn hơi nóng; hơi nóng được cấp từ nguồn bên ngoài có áp suất tối thiểu 4kg/cm2. Giàn hơi nóng này được lắp ở phía trên của băng tải. Hơi nóng từ nguồn bên ngoài đi vào giàn hơi nóng qua các lỗ trên bề mặt của giàn và phun xuống vải. Khi vải đi qua đây sẽ hấp thụ hơi nóng và vải sẽ mềm đi tức là tương đương với khi ta dùng nước nóng để giặt. Trong qúa trình này kết hợp với sự căng của vải do hai động cơ rải vải và động cơ kéo băng tải tạo nên thì vải sẽ có hiện tưọng dãn. 1.4.1.6.Sợi đốt: Có công suất 17(kW), 3pha 380(V). Sợi đốt được cấu tạo liền nằm trong một bục kim loại có kích thước 9001840200(mm). Sợi đốt này được lắp phía trên của băng tải kết hợp với động cơ hút đặt phía dưới của băng tải tạo ra luồng không khí nóng làm khô vải. Nhiệt độ của sợi đốt khống chế và điều khiển bởi rơ le điều chỉnh nhiệt độ thông qua một cảm biến, cảm biến này được lắp trên bục kim loại. 1.4.1.7.Động cơ hút: Có công suất 1,6(kW), sử dụng điện áp 3 pha 380(V), lực hút 4,5(kPa), thể tích hút 22(m3/min). Động cơ hút được lắp một hệ thống ống hút và đặt ở phía dưới của băng tải. Hệ thống ống hút này được lắp đối diện với giàn nhiệt qua băng tải và kết hợp với giàn nhiệt tạo luồng không khí nóng để làm khô vải. 1.4.1.8.Động cơ rung băng tải: Có công suất 0,1(kW), điện áp 3pha 380 (V). Động cơ rung được lắp một puli lệch tâm và truyền lực rung vào một thanh nhôm đặt phía dưới băng tải qua một tay biên. Chính nhờ lực tác dụng rung của thanh nhôm này mà băng rung dẫn đến vải cũng được rung. Điều này chính là sự mô phỏng của quá trình khi ta giặt và giũ vải bằng tay. 1.4.1.9.Cơ cấu chỉnh băng: Băng tải được chạy trên 5 con lăn; yêu cầu của băng tải là luôn phải chạy ở vị trí giữa và nếu có lệch sang hai bên so với vị trí giữa một khoảng là nhỏ. Muốn làm được điều này người ta phải có một bộ phận để nhận biết được độ lệch của băng tải và tự động điều chỉnh băng về vị trí giữa. Để điều chỉnh được băng về vị trí giữa người ta thường dùng phương pháp trượt băng, tức là nếu muốn băng tải lệch về phía bên phải thì mép băng bên phải sẽ trùng hơn mép băng bên trái. Khi đó băng vừa chạy trên con lăn vừa có xu hướng trượt về phía bên phải nơi có mép băng trùng hơn. Thông thường người ta sử dụng một con lăn ở hai đầu có thể điều chỉnh được để làm căng hoặc trùng mép băng. Điều chỉnh con lăn này có thể sử dụng động cơ để kéo hoặc dùng lực đẩy của khí nén thông qua xilanh. Nếu sử dụng động cơ thì phần điều khiển sẽ rất phức tạp, giá thành cao, tác động không nhanh. Vì vậy ở đây với máy này ta sử dụng hơi khí nén để chỉnh con lăn thông qua cơ cấu chấp hành là xilanh. 1.4.2.Nguyên lý hoạt động của máy: 1.4.2.1.Yêu cầu hoạt động: -Điện áp cung cấp cho máy là điện áp 3pha 380(V), tần số 50 Hz -Hơi khí nén tối thiểu 6kg/cm2. -Hơi nóng bão hoà 4-6 kg/cm2. 1.4.2.2.Hoạt động của máy: -Để cấp điện cho máy ta bật aptomat nguồn Q1 khi máy có điện và chờ hoạt động. -Aptomat Q2 dùng để cấp điện cho máy biến áp BA, máy biến áp này có điện áp sơ cấp 380V điện áp thứ cấp là 220V để cấp điện cho mạch điều khiển và biến tần điều khiển động cơ rải vải và động cơ kéo băng tải. Toàn bộ mạch điều khiển được cấp từ máy biến áp thông qua contactor K1. -Aptomat Q3 và contactor K2 cấp điện cho giàn sợi đốt điện trở có công suất 17kW -Aptomát Q4 và contactor K3 cấp điện cho động cơ rung băng tải. -Aptomat Q5 và contactor K4 cấp điện cho động cơ hút. *Để máy hoạt động được thì điều kiện đầu tiên là hơi khí nén phải đạt từ 4kg/cm2 trở lên khi đó đèn báo sẽ tắt, nếu không đèn báo thiếu khí sẽ sáng để người vận hành biết. Để khởi động máy ta ấn nút ấn M(4-5), khi đó contactor K1 có điện đóng tiếp điểm K1(4-5) để tự duy trì và đóng tiếp điểm K1(1-6) cấp điện cho mạch điều khiển. Khi muốn dừng máy ta ấn nút ấn D(3-4). Khi mạch điều khiển có điện bật công tắc S4 contactor K5 ,K6 có điện cấp điện cho hai biến tần điều khiển động cơ kéo băng tải và động cơ rải vải. Để hai contactor K5 , K6 , có điện thì công tắc S6 đóng(công tắc S6 là công tắc nhận biết được đã có vải nằm trên băng chuyền hay chưa). Động cơ rải vải và động cơ kéo băng tải sẽ chạy thuận ngay nếu công tắc S10 đóng dẫn đến các van trong biến tần được điều khiển mở cấp điện áp thuận cho động cơ. Băng tải chạy trên 5 con lăn và được chỉnh để luôn chạy ở vị trí giữa nhờ một con lăn, lực đẩy của xilanh (sơ đồ điều khiển xilanh như hình vẽ) . Khi băng tải bị lệch sang một bên nào đó, giả sử bị lệch về bên trái thì khi đó mép băng tải bên trái sẽ tác động vào công tắc S7 dẫn đến S7(6-14) đóng lại rơle K7 có điện đóng tiếp điểm K7(6-14) để tự duy trì. Khi đó van hơi Y1.1 có điện mở van cấp hơi cho xilanh; xilanh được lắp ở bên phải nên khi đó xilanh sẽ đẩy con lăn chỉnh băng lên phía trên làm cho mép băng bên phải sẽ trùng hơn mép băng bên trái. Băng tải vừa chay trên con lăn vừa trượt về phía bên phải nơi có mép băng trùng hơn. Khi băng trượt về phía bên phải mép băng sẽ tác động vào công tắc S8, công tắc S8 là công tắc thường đóng nên khi mép băng tải chạm vào nó thì dẫn đến S8(14-15) mở ra rơle K7 mất điện và van hơi Y1.1 mất điện theo. Van hơi không được cấp điện dẫn đến xilanh được cấp hơi qua cổng trực tiếp do đó pitton của xilanh thu lại kéo con lăn phía bên phải thu vào làm cho mép băng bên phải căng hơn mép băng bên trái; băng tải lại vừa chạy vừa trượt sang bên trái. Nếu vì một lý do nào đấy giả sử van hơi bị kẹt hoặc hai công tắc S7 , S8 không tác động thì băng sẽ chạy lệch về bên phải hoặc bên trái quá khi đó mép băng sẽ tác động vào công tắc S5(10-12) (lắp ở vị trí của S5 , S6 nhưng sâu hơn một chút) làm cho K5 mất điện dẫn đến động cơ băng tải và động cơ rải vải ngừng hoạt động. Nếu muốn động cơ băng tải và động cơ rải vải chạy ngược ta gạt công tắc sang vị trí S9 mở ra khi đó biến tần sẽ được điều khiển mở van đảo chiều cấp điện cho động cơ chạy ngược. +Khi muốn sử dụng nhiệt độ bật công tắc S1(6-7) đồng hồ điều khiển nhiệt độ được cấp điện. Thông qua cảm biến B được lắp trong sợi đốt có tín hiệu phản hồi về nên đồng hồ có thể điều khiển sự đóng cắt của contactor K2 cấp điện cho sợi đốt để nhiệt độ của sợi đốt đạt được theo thông số đặt yêu cầu. +Để có thể hút khí nóng từ sợi đốt để làm khô vải ta bật công tắc S3 khởi động từ K4 có điện cấp điện cho động cơ hút hoạt động. Động cơ này được lắp cánh quạt trong một buồng kín nên khi động cơ chạy cánh quạt sẽ hút gió từ trên sợi đốt xuống tạo thành một luồng không khí nóng đi qua vải và làm khô vải. +Muốn rung băng tải ta bật công tắc S2 để khởi động từ K3 có điện cấp điện cho động cơ rung hoạt động. Khi động cơ chạy nhờ có một tay biên lắp lệch tâm với trục động cơ còn đầu kia lắp vào một thanh nhôm dặt phía dưới băng tải nên băng tải sẽ rung. Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền động của băng tải và động cơ rảI vải 2.1.yêu cầu cho truyền động kéo băng tảI và động cơ rảI vải. Điều quan trọng của máy khử độ co vải là tốc độ của băng tải để đưa vải đi qua máy để sử lý. Nếu tốc độ băng tải không đạt thì việc sử lý vải cũng không đạt. Với mỗi loại vải khác nhau mà cần thời gian vải qua máy cũng khác nhau tức là tốc độ của băng tải cũng khác nhau. Mặt khác yêu cầu của máy là điều chỉnh tốc độ của hai động cơ rải vải và động cơ băng tải phải phù hợp với nhau để có thể đưa vải đi qua máy. Nếu tốc độ rải vải lớn hơn tốc độ chạy của băng tải thì vải sẽ bị trùng; nếu tốc độ của băng tải lớn hơn tốc độ rải vải thì vải đi qua băng sẽ quá căng. Chính vì vậy việc chọn loại động cơ, phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ rải vải và động cơ băng tải là rất quan trọng. Yêu cầu truyền nhiều động cơ với mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ. Với truyền động có yêu cầu phải giữ sức căng không đổi thì truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và lực kéo. Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh hệ phụ thuộc vào loại liên kết cơ giữa các động cơ thành phần. +Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của từng động cơ phải tuyệt đối cứng. +Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn, lực cân bằng truyền qua vật liệu cứng như vậy việc đồng bộ hoá có thể dùng đặc tính cơ các truyền động thành phần mềm. +ở các vật liệu băng của nó không truyền được lực kéo. Như vậy truyền động chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền động động cơ còn lại. các truyền động này có nhiệm vụ điều chỉnh giữ mômen không đổi. Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực căng giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh xác định. +Nếu như không đo được trực tiếp lực kéo, người ta phải tạo mạch vòng nhân tạo trong dây truyền bằng tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng động cơ trong hệ truyền động. +ở dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt như giấy, vật liệu tổng hợp v.v… thì tất cả các truyền động thành phần phải được giữ tốc độ không đổi. ở đây ta dùng phương pháp đồng bộ bám tức là điều chỉnh tất cả các truyền động có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động của vật liệu. +Đối với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính các cuộn vật liệu, hay nói cách khác là giữ tốc độ dài băng vật liệu không đổi. Trước đây ở trường hợp này người ta chỉ có thể dùng động cơ một chiều vì có thể điều chỉnh tốc độ đơn giản nhưng cấu tạo động cơ lại phức tạp. Ngày nay người ta dùng động cơ xoay chiều với các bộ biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ. Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường. Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp. Hình sau cho ta một khái niệm so sánh giữa hệ thống một chiều và xoay chiều điều chỉnh tần số. Giá thành truyền động tần số Giá thành truyền động một chiều 100% 60% 100% 30% Giá thành phần điều khiển Giá thành phần động cơ Giá thành phần điều khiển Giá thành phần động cơ P[kW] t[năm] P[kW] t[năm] Hình 2.6: Biểu đồ so sánh kinh tế 2.2. giới thiệu về động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ngày nay được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ. Nhược điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều. Nhưng với việc phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế được nhược điểm trên, đưa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến. Trước đây thường điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một phương pháp đơn giản nhưng chất lượng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều khiển được chính xác và hiệu quả phải nói đến phương pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc với độ trượt nhỏ và tổn hao công suất trượt trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên phương pháp này còn phức tạp và đắt tiền. Thiết bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch lưu, có thể là nghịch lưu trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh lưu, nghịch lưu lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất. Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trường, ít khi còn phải thiết kế theo phương pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng được nhu cầu tự động hoá và từng bước hiện đại hoá xí nghiệp của họ. 2.2.1.Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ a)Phương trình đặc tính cơ. Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế. Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau: -Ba pha của động cơ là đối xứng. -Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto; mạch từ không bão hòa nên điện kháng X1 , X2 không đổi. -Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc điện áp đặt vào stato động cơ. -Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép. -Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha. Với những giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ như hình 2.7 Uf Xf Rf X2’ Xm Rm I1 Im I2 Hình 2.7-Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ Trong đó : -Uf : Trị số hiệu dụng của điện pha stato -Im ,I1 ,I2/ các dòng điện từ hoá, stato và dòng điện rôto đã quy đổi về stato -Xm ,X1 X2/ điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato và điện kháng tản rôto dã quy đổi về stato. -Rm ,R1 ,R2/ các điện trở tác dụng của mạch từ hoá, của cuộn dây stato và rôto đã quy đổi về stato. -s - độ trượt của động cơ (2-1) w1 – Tốc độ góc của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ: (2-2) trong đó: f1 – tần số của điện áp nguồn đặt vào stato. p – số đôi cực từ của động cơ. w - tốc độ góc của động cơ. Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stato (2-3) điện kháng ngắn mạch Biểu thức (2-8) là phương trình đặc tính dòng điện stato và có thể biểu diễn trên hình (2-8) Rf=0 I0 MF ĐC w1 0 w s Rf=0 I/2nm I1 Hình 2-8: Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ Từ (2-3) ta thấy: -Khi w =0, s=1 thì I1=Inm -Khi w=w1, s=0 thì ta có: (2-4) I1nm – dòng điện ngắn mạch stato Im - dòng điện từ hoá có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ quay với tốc độ đồng bộ. Ta cũng tính được dòng điện rôto quy đổi về stato (2-5) Khi w=w1, s=0 thì I/2=0 Khi w=0, s1=1 thì (2-6) Đặc tính dòng điện rôto được biểu diễn ở hình 2-9 dưới đây: w s w1 Rf=0 Rf ≠0 I/2nm I/2 Hình 2-9: Đặc tính dòng điện rôto của động cơ không đồng bộ Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suất trong động cơ : Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto: P12=Mđt . w1 Mđt là momen điện từ của động cơ. Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì Mđt = Mcơ = M Công suất đó chia thành hai phần: Pcơ : công suất đưa ra trên trục động cơ ∆P2: công suất tổn hao đồng trong rôto P12=Pcơ+∆P2 Hay Mw1=Mw + ∆P2 Do đó ∆P2 = M(w! -w) =Mw1.s (2-7) Mặt khác ∆P2= 3I2/2.R2/ (2-8) Nên (2-9) Thay giá trị I2/ đã tính được ở trên vào (2-9) và biến đổi ta có: (2-10) Biểu thức (2-10) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Nếu biểu diễn đặc tính cơ trên đồ thị sẽ là đường cong như hình (2-10) sthF sthĐ MthĐ MthF w =0 s =1 Hình 2-10: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Có thể xác định các điểm cực trị của đường cong này bằng cách giải ta sẽ được trị số của M và s tại điểm cực trị ký hiệu là Mth , sth (momen và độ trượt giới hạn), cụ thể là: (2-11) Thay (2-11) vào (2-10) để tìm Mth: (2-12) Trong hai biểu thức trên dấu (+) ứng với trạng thái động cơ, dấu (-) ứng với trạng thái máy phát. Do đó Mth ở trạng thái máy phát lớn hơn Mth  ở chế độ động cơ. Ngoài ra khi nghiên cứu các hệ truyền động với động cơ không đồng bộ người ta quan tâm nhiều tới trạng thái làm việc của động cơ nên các đường đặc tính cơ lúc này thường biểu diễn trong khoảng tốc độ 0 ≤ s ≤ sth Đặc tính trên hình 2-11 ứng với dấu (+) 1 2 w1 w s TN (Rf=0) Rf≠0 Mđm Mth M 0 sth Hình 2-11: Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ w = f(M) trong chế độ động cơ Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn thuận tiện hơn bằng cách lập tỷ số giữa (2-10) và (2-12) và biến đổi sẽ được phương trình đặc tính cơ: (2-13) Trong đó: Đối với các động cơ công suất lớn thường R1 rất nhỏ so với Xnm , lúc này có thể bỏ qua R1 nghĩa là coi R1=0, asth =0 và (2-13) có dạng gần đúng: (2-14) Trong đó: (2-15) (2-16) Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng những đặc tính gần đúng tuyến tính hoá các đặc tính trong đoạn làm việc. Ví dụ ở vùng độ trượt nhỏ s <<sth tỷ số nhỏ,gần đúng coi s/sth =0. Lúc này đặc tính cơ ở dạng đơn giản: (2-17) Nó chính là tiếp tuyến với đường đặc tính cơ tại điểm đồng bộ w1: Đường 1 trên hình 2-11 Cũng có thể tuyến tính hoá đoạn làm việc qua điểm định mức như đường 2 trên hình(2-11). Phương trình gần đúng là: (2-18) Từ dạng đặc tính biểu diễn trên trên hình (2-11) ta thấy độ cứng cơ biến đổi cả về trị số lẫn về dấu tuỳ theo điểm làm việc : (2-19) Với đặc tính tuyến tính hoá đường 1 H.2-11: Vậy (2-20) Tương tự với đặc tính 2 trên H.2-11: (2-21) Như vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ động cơ không đồng bộ có giá trị âm và gần như không đổi. Đối với đoạn đặc tính s>sth , khi s>>sth bỏ qua và phương trình đặc tính cơ sẽ là: (2-22) và (2-23) Trong đoạn này độ cứng là dương và giá trị của nó biến đổi. Động cơ không đồng bộ không làm việc trên đoạn đặc tính này. b)ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ. Từ phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ bao gồm: -ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R1f , X1f vào mạch stato). -ảnh hưởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto đối với động cơ rôto quấn dây). -ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ. -ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới cấp cho động cơ f1. Ngoài ra việc thay đổi số đôi cực sẽ làm thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi đặc tính cơ (trường hợp này xảy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ). Trong phần này ta sẽ lần lượt xét đến các ảnh hưởng trên: +ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ Khi điện áp lưới suy giảm theo (2-12) momen tới hạn sẽ giảm bình phương lần độ suy giảm của điện áp. Trong khi đó tốc