E. ĐỘNG Cơ XOAY CHIỀU BA PHA CÓ VÀNH GÓP
2.18. PHẦN ÚNG CÓ VÀNH GÓP TRONG TỪ TRƯỜNG QUAY
3.4.3. Chọn công suất động cơ làm việc ỏ chê độ ngắn hạn lặp lại
Phụ tải ngắn hạn lặp lại cũng có thể là không đổi hoặc biến đổi như hình 3.14. N h iệ t độ của động cơ sau một thời gian sẽ đạt một giá trị trung bình giữa 2 nhiệt độ Tmux và Tmjn (hình 3.9b).
Các động cơ chuyên dụng cho c h ế ctộ ngắn hạn lặp lại cũng được sản xuất với thời gian đóng điện tương đối tiêu chuẩn 15%, 25%, 40% và 60%. Các động cơ này có độ bền cơ học cao, quán tính nhỏ vì thường xuyên phải mở máy và hãm máy, khả năng quá tải lớn (> 3).
Đe chọn động cơ chuyên dụng cho chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, cẩn đám bảo 2 tiêu chuấn:
- Về công suất : Pđm > P LV
í Pc khi phụ tải ngắn hạn lập lại là không đổi
P|.v = , , . ■ \ ' ■ ■ ..
[ Pđt khi phụ tải ngăn hạn lặp lại là biên đối (tính theo 3.32 )
M t
- Về thời gian đóng điện tương đối:
chọn thời gian đóng điện tiêu chuẩn E (%)TC phù hợp với £(%) làm việc thực tế.
Nếu không chọn được s (% )TC phù hợp E (%) làm việc thực tế thì chọn s(% )TC sai lệch ít nhất so với £(%)TC thực tế rồi tính lại công suất định mức của động cơ:
đm> pLV LV (3.58)
TC
° )
b)
C h ọ n đ ộ n g c ơ c h ạ y í l à i h ạ n l à m v i ệ c ở c h ê đ ộ n g ắ n h ạ n l ặ p l ại
Trường hợp này, động cơ chạy dài hạn được chọn với công suất nhỏ hơn để tận dụng khả năng chịu nhiệt. Động cơ chạy dài hạn được coi là có thời gian đóng điện
tương đối 100% nên công suất động cơ cần chọn sẽ là :
^3 T_
'CK
HÌNH ả. 14. Đồ thị phụ tái ngắn hạn lặp lại a) không đối ; b) biên đổi .
Pđm s Pl v g(%)LV
100%
(3.59)
139
3.5. C H ỌN C Ô N G SUẤT ĐỘ N G c ơ CH O NHỮNG TRUYỀN Đ Ộ N G CÓ Đ l Ề ư C H ÍN H TỐC ĐÔ
Truyền đ ộ n a điện có điều chỉnh tốc độ nhàm đáp ứng một yêu cầu c ô n a nghệ nào đó và đám bao quá trình công nghệ đó là tối ưu. Đê điều chinh tốc độ TĐ điện có thể thực hiện theo phương pháp CO', điện - cơ hay điện thuần túv.
Phương pháp cơ là phương pháp điểu chinh có cấp n h ờ thay đổi tỷ số tru yền ơ hộp tốc độ hoặc điều chinh vô cấp nh ờ Iv hợp ma sát, ctĩa m a sát... phương pháp nàv làm c h o kết cấu máy trớ nên cồng kềnh.
Phương pháp điện - cơ là phương pháp kết hợp thay đổi tỷ sô truyền qua các cặp bánh răng với việc thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp điện.
Phương pháp điện thuần túy đ an g được dừng ngày càng phổ biến. Đó là phương pháp thay dổi tốc độ T Đ Đ chi bằng việc thay đổi tốc độ độ n g cơ điện. Phương pháp này làm giám nhẹ kết cấu CO' khí cua m áy.
N hư m ục 3.3, chọn công suất độ ng cơ cho những T Đ Đ có điều chính tốc độ là phức tạp hơn. Ngoài các đồ thị phụ tải và tốc độ, còn cần biết phạm vi điều chính tốc độ, yêu cầu về điều chính và một số yêu cầu khác.
Trên co' sỏ' các dữ liệu ban đầu, ta xác định được c ô n g suất truyền đ ộng, loại động cơ và bộ biên đổi cũ ng nhu' phương pháp điểu chín h tốc độ. Mỗi phương p háp điều chinh tốc độ đối với một loại độn g cơ sẽ cho các chất lượng điều chính khác nhau (xem phần D chương 2) và hiệu suất truvển độn g khác nhau.
Với một hệ có điều chinh tốc độ, các yéu cầu vé c ông suất và mô m en tro n g truyén động có the khác nhau.
Do p = Mco nên néu giữ p = const thì mỏ men M sẽ thay đối tý lệ nghịch theo tốc độ. Điểu chính càng sáu, tốc độ thấp thì mổ men càng lớn và mô m en sẽ cực đại khi tốc clộ thấp nhất:
M... = - J L .
w n,i„
Còn nêu giữ M = const thì công suất p sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với tốc độ. Tới một giá trị cực đại cùa tốc độ thì c ó n g suất là cực đại:
p = M 0) 1 ÍTUÌX 11 UJ max
Nhìn c h u ng, động cơ điện một chiều cho phép điều chinh tốc độ đơn gián , tron hơn so với động cơ điện xoay chiều .
Thực tế. đặc tính cơ của máy sản xuất không giữ cố định quy luật mong muốn trong toàn bộ phạm vi điều chinh tốc độ mà bị thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên.
Một hệ T Đ Đ có điều chính tốc độ tốt nếu đặc tính điều chinh của hệ g iố n g đặc tính cơ cúa m áy (xem m uc 1.6 ). Khi đó, đô n g cơ sẽ được sử d ụ n g một cách hợp ỉv nhất nghía là có thể làm việc đu tái ớ mọi tốc độ và hệ T Đ Đ sẽ đạt các chỉ ticu nâng lượng caơ và động cơ được chọn sẽ có kích thước nhó nhát .
3.6. C H O N Đ Ộ N G c ơ
Sau khi đã tính chọn công suất độ n g cơ đáp ứng th e o các yêu cầu vé phụ tái, tốc độ thi cần chọn một đ ỏ n g cơ không những theo tiêu c hu ẩn các th ô n g số trên m à còn phải thỏa mãn các yêu cầu về loại dòng điện, điện áp làm việc, điểu kiện làm việc, mồi trư ờn g làm việc, điéu kiện lắp đãt v.v...
140
HèNH ỉ . l ĩ . Kiểu, cỉỏng một số loại độnô cơ điện:
1.2 - độnô cư khụng đổng bộ ; 3 - động cư đồng bộ;
4,5 - Stator và rotor động cơ một chiều.
141
Sau đâv ỉà một vài định hướng.
Động CO' xoay chiều KĐB rotor lồng sóc có cấu tao đo'n giản, vận hành dễ dàng, giá rẻ so với các độn g co' khác Cling công suất, tổn hao vận hành thấp. N h ữ ng hệ T Đ Đ không có yêu cầu về điều chỉnh tốc độ hoặc chi cần điểu ch ỉn h trong một phạm vi nhỏ th ô n g qua các bộ biến tốc cơ k hí thì nên dùng động cơ KĐB ro to r lồn g sóc m ột cấp tốc độ.
Những hệ T Đ Đ cần điều chỉnh tốc độ th eo cấp nên dùn g độn g cơ k h ô n g đồn g bộ rotor lồng sóc có thay đổi được số cặp cực ở c u ộ n c ả m stator.
Những hệ T Đ Đ cẩn điều chín h tốc độ trong phạm vi không lớn lắm thì có thể sử dụng động cơ K Đ Đ rotor dây quấn trong phạm vi c ô n g suất vừa và nhỏ với phương pháp điều chính đơn gián là d ù n g biến trở ở m ạch rotor.
Khi cô n g suất lớn thì sử dụng độn g cơ K Đ B cao áp (U = 3 kV, 6 kV, 10 kV).
Đ ộn g cơ KĐB rotor dây quấn có mô m en m ở m áv M mm lớn, dễ m ở m áy và hãm máy.
Khi T Đ Đ có công suất lớn m à k h ô n g yêu cầu điều chỉnh tốc độ, ít m ở m á y thì nên dùng động cơ đ ồ n g bộ.
Đối với các hệ T Đ Đ đòi hỏi điều ch ỉn h tốc độ b ằng phẳng, p h ạ m vi điều chỉnh không lớn, tần số đ ó n g cắt vừa phải thì nên dùn g đ ộ n g cơ điện m ột chiểu kích từ độc lập hoặc kích từ song song.
Đối với các hệ T Đ Đ có yêu cầu điều chỉn h tốc độ êm , phạm vi điểu ch ỉnh lớn, m ở m áy và hãm máy liên tục thì nén sử dụn g hệ thống m á y phát - động cơ (F - Đ), hệ th y risto r - động cơ (T - Đ) hoặc hệ biến tần - độ ng cơ (BT - Đ) ở dái c ô n g suất trung bình.
Khi hệ T Đ Đ cần độ n g cơ có đặc tính m ềm thì nên d ù n g độ n g c ơ điện m ột chiểu kích từ nối tiếp.
Các kiểu d án g đ ộ n g cơ:
- Kiêu hở: k hô ng có các bộ phận bảo vệ, d ù n g ở nơi khô ráo, sạch, ít va ch ạm .
- Kiểu bảo vệ: có bảo vệ chốn g các vật bên ngoài và nước lọt vào độ n g cơ, chống người va chạm vào phần quay.
- Kiểu kín: chố n g bụi, hơi ẩm, ch ố n g gây c háy, nổ, chố n g mưa, nước...
- Kiểu lắp nằm ngang: có đ ế hoặc m ặt bích - Kiểu lắp thẳng đứng: có m ặt bích
Hình 3.15 trình bày một s ố loại, kiểu đ ộ n g c ơ điện.
3.7. CÁ C VÍ D Ụ V Ề T ÍN H C H Ọ N Đ Ộ N G c ơ
Ví dụ cụ thể thường gặp khi thiết k ế các hệ T Đ Đ k h ô n g phức tạp lắm: tính chọn công suất độn g cơ và kiểm tra về các điều kiện quá tải, m ở m áy, phát nóng.
Khi thiết k ế các hộ T Đ Đ phức tạ p hơn như ở m á y cán, m áy cắt gọt kim loại, m áy nâng - vận chuyển... cần tham k hảo thêm các tài liệu riêng.
V7 d ụ Ị . Tính c ôn g suất độ n g cơ kéo m ột m á y bơm pittô ng để bơm nước lên c ao H = 60m với lưu lư ợ n g Q = 0 , 0 2 m 3/s. Đ ộ d ài ố n g c h ín h n ằ m n g a n g là 1 = 1 2 0 0 m , đ ư ờ n g k ín h ống 142
d = 135mm. Ông chính có 2 van điều tiết, 2 van phân phối và 4 khuỷu (cút) 90° với bán kính cong R = 5 0 0 m m . Hiệu suất bơm ĩ | đm = 81%. Hiệu suất cơ cấu truy ề n lực từ đ ộ n g c ơ đến bơm r |TL = 95%. Bơm làm việc ở c h ế độ dài hạn.
G i ả i : Công suất động cơ bơm tính theo công thức:
p = Q ỵ s(h + a h) , k w ,
l 0 0 0 l lc1m 9 T L ’
trong đó: AH - độ giảm áp trong ống chính, m;
y - khối lượng riêng của nước, kg/ m 3;
g = 9,81 m /s2 - gia tốc rơi tự do.
Vấn đề chính là xác định AH. Độ giảm áp này là tổng các độ giảm áp trong ống chính AHch, độ giảm áp ở các khuỷu AHkh, độ giảm áp trong các van điều tiết AHdt và độ giảm áp trong các van phân phối A H pp :
AH — AHị.^ + AHkk + AHđt + AHpp
Độ giảm áp trong ống chính tính theo công thức:
A H ch a lv 1,75 trong đó : a = 0,00074 đối với ống gang mới
(a = 0,00092 đối với ống gang đã qua sử dụng) v - tốc độ nước
V = Q _ 4Q _ 4 X 0,02 s Ttd2 3,14 X 0,1352
= 1,4 m/s
từ đó: A H ch =0,00092 X 1200x1,41,75
= 24,37mH90 0,135
Độ sụt áp ở các khuỷu, các van tính theo công thức:
, 2
k : V
AH; =- ‘ 2g
trong đó: k; được xác định theo loại thiết bị.
d 135
Đối với khuỷu có — = ——• = 0,27 thì kkh = 0,155 và độ sụt áp của 4 khuỷu (n = 4) R 500
A H kh = k k h — n = 0,155 1 ’ - 4. = 0 ,0 6 2 m H ,, o
2 g 2 x 9 , 8 1
Đối với 2 van điều tiết, kđt = 0,49
A H dt = 0,49 — — 2 = 0,098inH 7 o
đt 2x9,81 2
143
Đối với 2 van phân phối, kpp = 0,Ơ63
AH pp = 0,063 —! 4 - — 2 = 0,013 m H , o
1P 2 x 9 ,8 1 “
T ổne các độ sụt áp:
AH = 24,37 + 0,062 + 0,098 + 0 ,013 = 24,543 m H 20 Công suất cần của đ ộ n g cơ T Đ bơm là:
p = 0.02 X 103 X 9.8ằ (60-^ 24,54) = 2 1000x0,81 X 0,95
V í d ụ 2 . Tính chọn độ n g cơ c h o m ột b ă n g tải đai có năng suất thay đổi từ 10 đến 100
kg >
tấn/h (từ 2,78 đến 27,8 — ) và tốc đ ộ c h u y ê n đ ộ n g củ a băng tải là V = 0,5 m/s. Độ cao nâng s
của vật liệu c huyên c h ở là H = 12m với độ dài di c h u y ể n là L = 50m. Đ ư ờ ng kính trống dẫn động là D = 0,5 lm . H ộp tốc độ có tỷ số truyền i = 5 0 và hiệu suất r | h t = 0,85. Băng tải làm việc ớ nơi bụi bậm với c h ế độ làm việc dài hạn. Điện áp sử dụn g là điện áp d â y 380V.
G i ả i : c ó ng suất động CO' để TĐ băng tải tính theo c ô n g thức:
p = J ^ L ( cL + H ) 1 OOOtị
trong đó: k = 1,1 -7- 1,3 - hệ số dự trữ;
c - hệ số kinh n g h iệm , xác định th e o bảng 3.1. Đ ó là sự phụ thuộc cua độ dài L th eo n âng suất Q c ủ a tải.
Bảng 3.1
L, m
Q, tấn/h(kg/s )
10 (2,8 ) 20 (5.6 ) 50 ( 1 4 ) 100 (28 ) 200 (56 ) 400 (1 12 )
lơ -> 1,4 0,42 0,67 0,5 0,37
50 0,66 0,5 0,35 0,27 0,22 0,18
125 0,35 0,28 0,21 0,17 0,14 0,12
công suất đ ộ n g cơ khi náng suất lớn nhất là:
1 ,2 x 2 8x 9 ,8 1
1000x0,85 (0,27x50+15) = 9,9 kw Tốc độ trống dẫn động:
co, 2v - = ———- = 1,96 rad / s2 X 0,5 D (r 0,51
Tốc độ trục độn g cơ:
0) = cotri = l ,96 X 50 = 98 rad/s = 936 vg/ph 144
Nếu điổu kiện làm việc của hệ TĐ Đ hì nặng nề, có thể chọn loại động cơ xoay chiều ba pha KĐB rotor lóng sóc kiểu kín có thông gió:
DK - 6 3 - 6 có p đm = 10 kW u = 220/380V (A/À) ndm = 980 vg/ph I = 36,5/21 A(A/À) dđm = 9 >87
.... mI
coscpđm = 0,82 A = M max = 2,2 M đm
^ mm __ ^ Thay đổi năng suất băng tải nhờ
điều chính tốc độ động co'. Đê đảm bảo tính kinh tế khi thay đối tốc độ động cơ băng tải nên sử dụng bộ biến đổi tần số dùng thyristor với công suất không dưới 10kW và dòng định mức khoảng 25A (dòng điện pha) trở lên.
V í iìụ 3 . Kiểm nghiệm sự đốt nóng của động cơ một chiều kích từ độc lập dẫn động xe con của một cầu trục. Sơ đồ động như hình 3.16.
Các số liệu cầu trục:
- khối lượng tải trọng, m t = 5000 kg;
- khối lượng xe con, m x = 1820 kg;
- tốc độ di chuyển xe con, vx = 0,75 m/s;
- bán kính bánh xe, R b = 0,275m;
- đường kính cổ trục, d CT = 0,08;
- tỷ sô truyền động, i = 41,34;
- hiệu suất truyền động khi tải đầy: rị = 0,85 và khi không tải : r| 0 = 0,70.
„ , m v
đối với : kí. = ---—— = 0,27
m x + m t
Có thể tham khảo sự phụ thuộc của hiệu suất truyền động theo phụ tải trên đồ thị hình 3.17.
- mô men quán tính của ly hợp và phanh trên trục động cơ, J LH = 0,1 kgm ,
H ÌN H à . /6. Sơ đó độnu học cùa cơ cấu dịch chuyển xc con cúu cẩu trục.
HÌNH ỉ . ¡7. Sự phụ thuộc của hiệu suất bộ truvền bánh rãng theo hệ số tái vổ mô men.
10 TBĐ
145
- mô men quán tính của trục ly hợp và phanh, J j •= 1,6 k ư m 2;
- chiểu dài cầu, L = 24m.
G i ả i :
Ta tính chu trình làm việc tính toán của xe con: xe chuyển động một khoảng 1 = — = 12m L vể một phía với tái đầy đủ và vể phía kia kh ông có tải. S ố chu kỳ là N = 3ơ/h.
Số liệu độ n g cơ TĐ :
Pđm II 'vt 00 £ CO
= 120 rad / s
^ctm = 26 A d đm = 220V
JĐ = 0,155 kgm2
Đê kiêm nghiệm đ ộ n g cơ về đốt nón g c ần tính và vẽ đồ thị phụ tải M (t) kể cả các giai đoạn quá độ c ủ a động cơ (m ở m áy, hãm).
M ô m e n cán tĩnh khi xe con chu y ển đ ộ n g với tải được tính theo c ô n g thức :
Mct =
k n , b g ( m t + m x ) Q ^ d c< - f ]
hi trong đó : p - hệ số ma sát trượt ;
f - hệ số m a sát lăn;
k mb - hệ số tính đến m a sát m ép b ánh xe với ray (thô ng thường k mb = 2 +2,5).
thay các giá trị có:
Mct =
2,2 5x 9,8 1( 5 0 0 0+ 1 8 2 0) Ị ^ 10,1 X 0,08 + 0,001 j 0 ,8 5 x 4 1 ,3 4
M ô m en cán tĩnh khi xe con dịch chuy ển k h ô n g có vật cẩu (m, = 0):
= 21,4N m
Mc o
( ỉ ^
k m b ẽ m ‘ ^ d c. + f
h o '
M
2,25X 9,81X 1820] 10,1 X 0,08X 0,001
co 0 , 7 x 4 1 , 3 4
M ô m en quán tính trên trục độn g cơ khi xe con đầy tải:
6 ,4 N m
J I t ~ J D + J LH + ~ Y + lm x + m tj(r 0)
— 0,155+ 0,1 + 1,6
• + 4 1,3 4'
(5000 + 1820^ — j = 0,522 k g m :
146
M ô m en quán tính trên trục đ ộ n g c ơ khi xe con k hôn g tải:
.! T : -1 Đ + -1 LH + —7 + IT1 í
i
( V. 3 Vô 7
16 .. í o 753
= 0,155+0,1 + ————+ 1820 ’
41,34" J 2 0 , : 0,327 kgm"
Nêu mô men trung bình của động cơ M lb trong thời gian mở máy là không đổi và bằng 2 Mdm thì thời gian chạy xe con có tải t xt và không tái tx0 từ lúc bắt đầu chạy đến lúc đạt tốc độ ổn định là :
Q ,= J Ị | ^đm J I t 0 j đm
2M dm - M ct 0,522 X 120
8 0 - 2 1 ,4 ■ 1,07 s
M đm 4800 3
ctm ®<rm 120
= 40Nm
t = _ 0,327x120
M tb- M c 80-6,4
Q uãng đường tăng tốc cua xe con khi đầy tải và khi không tải:
Lm m .t = v đm - y = 0,75 X = 0,4m
Lmm.o = vđm ~ = 0,75 = 0,2 m
Nếu việc hãm xe con là bằng phanh điện cơ ở cổ trục động cơ với mômen hãm M h = 2M dm thì thời gian hãm từ vđm (hay <Bdm) đến V = 0 khi xe con đầy tải và không tải là:
h , =
h o =
Jvt 0)dm 0,522X120 M h + M ct 80+21,4
Jịq 03dm = 0,327xl20_Q M h + M co 80+6,4
Quãng đường hãm của xe con khi đầy tải và khi không tải : Lhô= ^ v đmthl = 1 0 , 7 5 x 0,62 = 0,23 m
Lho= ^ v đmtho= io ,7 5 x 0,45 = 0,17 m
147
Q u ã n g đ ư ờ n g x e c o n c h ạ y ổ n đ ịn h lúc đ ầ y tải v à k h ô n g tái:
Lỏđ t = 1 - Lmnl t - L ht = 12 - 0,4 - 0,23 - 11,37m
L óđ.o = 1 - L mm.o - L ho = 12 - 0,2 - 0,17 = 11,63m
Thời gian xe con chạy ổn định tương ứng lúc đầy tải và không tải:
Lòđ.t
Lòđ,o
' Ó(T. t
đm
11,37
0,75 = 15,2s
đm 0,75
Thời gian cúa m ột chu kỳ làm việc của xe con:
3600 3600 T,ck
N 30 -=120s
148
Thời gian nghi trong một chu kỳ:
T c k h x t . t h n t o hì i m. t h n n u ì h a hn>
= 120 - 15,2 - 15,5 - 1,07 - 0,53 - 0,62 - 0,45 = 86,63s Thời gian đóng điện tương đối của động cơ:
(%) = 100% = l,k„ 100% = y^ ỉ- 100%: - 28%
Tck Tck 120
Đồ thị phụ tái dựng theo các số liệu tính được như hình 3.18, Từ đó, tính được mô men đẳng trị trong thời gian làm việc với thời gian đóng điện tương đối £ (%) = 28%. Khi tính phái chú ý tới việc tỏa nhiệt kém của động cơ trong thời gian quá độ nhờ hệ số tỏa nhiệt kcm
¡5 = 0,5:
M M ụ b t m m . t + M ^bt mm. o + M c l t ỏ d a + M co t o đ .o
tTl ỵ + t n i m . ằ ) + t f M t l + t ố J . o
/802 X K07 + 802 xO,53 + 21,42 X 15,2 + 6 + r X 15,5
= J --- ---— -7— — --- —--- --- - 15,8 Nm V 0,5(1,07 + 0,53) +15,2+ 15,5
Chuyển đổi M dt về £(%)tc = 40%:
= , 3 ' 2 N m
Vì M tUTC = 13,2Nm < 40Nm = M đm nên động cơ đã chọn để truyền động xe con có độ dự trữ nhiệt lớn.
Đ ộng cơ đã chọn hoàn toàn thỏa mãn về c hế độ nhiệt.
149
Chương 4