Đang tải...

Công nghệ cơ khí Giới thiệu về mô hình thực nghiệm động cơ không đồng bộ 3 pha truyền động thẳng đơn biên

Thảo luận trong 'Cơ khí chế tạo' bắt đầu bởi haui, 19/11/10.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. haui
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    5/8/09
    Số km:
    3,304
    Được đổ xăng:
    128
    Mã lực:
    381
    Xăng dự trữ:
    -120 lít xăng
    I. Giới thiệu:
    Nguyên lý cơ bản của động cơ truyền động thẳng được đề cập vào năm 1840, nhưng mãi đến năm 1947, ứng dụng đầu tiên loại động cơ này được thực hiện trong hệ thống truyền động máy dệt công nghiệp. Ngày nay, ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới, động cơ truyền động thẳng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội khác nhau nhờ vào những tiện lợi của nó [1].
    Ở Việt Nam, công nghệ chế tạo và sử dụng loại động cơ này trong các ứng dụng vẫn còn là vấn đề khá mới mẻ, có lẽ do giá thành còn khá cao.
    Nội dung bài viết giới thiệu về mô hình thực nghiệm động cơ không đồng bộ tuyến ba pha truyền động thẳng đơn biên, công suất 600W, được thiết kế và lắp ráp với điều kiện công nghệ hiện có ở trong nước, đồng thời sử dụng phương pháp ước lượng theo thời gian đáp ứng để xác định lực động cơ.
    [​IMG]
    Hình 1: Cấu trúc động cơ không đồng bộ truyền động thẳng đơn biên

    II. Cấu trúc và nguyên lý làm việc:

    Cấu trúc của động cơ không đồng bộ truyền động thẳng đơn biên gồm:
    1 - Mạch dẫn từ stator (còn gọi là phần sơ cấp) có dạng hình hộp.
    2 - Dây quấn sơ cấp ba pha kiểu cực từ xen kẽ, được đặt trong các rãnh ở trên một trong hai bờ của hình hộp.
    3 - Mạch dẫn từ (còn gọi là phần thứ cấp) có dạng hình hộp.
    4 -Dây quấn ngắn mạch (thường bằng tấm nhôm) được bố trí trên mặt của mạch dẫn từ động hướng về stator.
    Phần động trong động cơ không đồng bộ truyền động thẳng chuyển động tịnh tiến.
    Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ truyền động thẳng cũng giống như động cơ quay thông dụng, làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho dòng điện xoay chiều vào dây quấn phần sơ cấp làm xuất hiện từ trường chạy (thay vì từ trường quay trong máy điện quay) trong khe hở không khí giữa phần sơ và thứ cấp. Từ trường này tác dụng với dòng điện cảm ứng trong dây quấn phần thứ cấp sinh ra lực điện từ có xu hướng kéo phần động của động cơ chuyển động tịnh tiến.

    [​IMG]
    Hình 2: Lá thép kỹ thuật điện mã hiệu 2211 dày 0,5 mm

    III. Mô hình thực nghiệm:
    Động cơ không đồng bộ 3 pha truyền động thẳng đơn biên được xây dựng với [2]: Điện áp 380/220V đấu Y/Δ****** Tần số f = 50Hz; công suất P = 600W; số cực p = 2; Độ lớn khe hở không khí 5mm; Chiều dày tấm nhôm 5mm; Hệ số trượt định mức 5%.
    * Phần sơ cấp (stator)
    - Lõi thép phần sơ cấp là phần dẫn từ, được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện (mã hiệu 2211) dày 0,5mm ghép lại. Các kích thước của lõi thép phần sơ cấp: Chiều dài của stator Ls = 126,3 mm; Độ rộng của lõi thép stator Ws = 200 mm; Chiều rộng của rãnh a = 11,2 mm; Chiều rộng của răng b = 9,9 mm; Chiều cao của rãnh hr = 30,3 mm; Chiều cao của gông hg = 14,6 mm; Bước cực τ = 63,15mm; Số lượng lá thép: 400. Lá thép kỹ thuật điện mã hiệu 2211 dày 0,5 mm, hình 2.
    - Dây quấn phần sơ cấp được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép. Mỗi pha là một cuộn dây với số vòng dây là 280 vòng. Kiểu dây quấn một lớp, đấu hình sao. Hình dạng và cách bố trí dây quấn được trình bày trên hình 3 và hình 4.
    [​IMG] [​IMG]
    Hình 3: Giản đồ triển khai dây quấn Hình 4: Cấu trúc của phần sơ cấp * Phần thứ cấp (rotor): Gồm có 2 phần:
    [​IMG] Hình 5: Mô hình thực nghiệm động cơ không đồng bộ truyền động thẳng đơn biên - Mạch dẫn từ: tấm thép dày 5mm
    - Dây quấn ngắn mạch: đặt trên mặt của mạch dẫn từ hướng về
    stator được làm bằng tấm nhôm dày 5mm, chiều rộng của tấm nhôm bằng độ rộng của lõi thép phần sơ cấp.
    * Mô hình lắp ráp:
    Mô hình lắp ráp động cơ không đồng bộ truyền động thẳng 3 pha đơn biên, hình 5, với các thành phần quan trọng:
    - Bộ phận dẫn hướng gồm có ray và bánh xe dẫn hướng.
    - Bệ đỡ có gắn bánh xe dẫn hướng dùng để cố định phần sơ cấp.
    - Giá đỡ dùng để cố định phần thứ cấp và ray dẫn hướng.
    Tính toán lực trên mô hình thực nghiệm
    Phương pháp được áp dụng để xác định trị số lực hiệu dụng của động cơ KĐB tuyến tính trên mô hình thực nghiệm: Xác định thời gian t mà động cơ dịch chuyển trong khoảng cách S = 3m với vận tốc ban đầu bằng 0. Quá trình thay đổi vận tốc của động cơ theo biểu đồ vận tốc hình thang, hình 7.
    [​IMG] [​IMG]
    Hình 6: Mô hình tính toán lực
    Hình 7: Biểu đồ vận tốc hình thang * Các công thức tính toán
    - Vận tốc trung bình:
    [​IMG] (m/s) - Vận tốc lớn nhất:
    vmax = 1,2vtb (m/s)
    - Gia tốc
    [​IMG] (m/s2) - Thành phần lực:
    + Lực gia tốc:
    Fa = (mĐC + mtải).a (N)
    + Lực ma sát:
    Fms = (mĐC + mtải).g.f (N)
    + Lực hấp dẫn:
    Fg = (mĐC + mtải).g.sinα (N)
    + Đỉnh lực:
    Fđ = Fa + Fms + Fg (N)
    + Lực hiệu dụng:
    [​IMG] (N) Trong đó:
    S - khoảng cách dịch chuyển (m)
    t - thời gian (s)
    mĐC - khối lượng của động cơ (kg)
    mtải – khối lượng vận chuyển (kg)
    g - gia tốc trọng lực (= 9,81) (m/s2)
    f - hệ số ma sát (= 0,005)
    **α - góc nghiêng so với phương ngang (= 00)
    * Kết quả đo và tính toán lực trên mô hình thực nghiệm, bảng 1
    Sử dụng các giá trị bảng 1, đồng thời kết hợp phương pháp bình phương nhỏ nhất [3] xây dựng các công thức thực nghiệm mô tả các quan hệ:
    - Giữa khối lượng vận chuyển và dòng điện chạy trong dây quấn phần sơ cấp của động cơ:
    I = - 0,0034 mtải2 + 0,1326 mtải + 0,6556
    - Giữa khối lượng vận chuyển và lực hiệu dụng của động cơ:
    Fhd =-0,0859 mtải2–3,3858 mtải + 129,8846
    - Giữa khối lượng vận chuyển và gia tốc của động cơ:
    a = 0,1044 mtải2 – 2,8549 mtải + 26,022
    Dựa vào các công thức thực nghiệm, ứng với giá tị dòng điện định mức của động cơ Iđm = 1,54A tương ứng với khối lượng vận chuyển mtải = 8,6 kg thì trị số lực hiệu dụng của động cơ Fhd = 94,41 N và gia tốc động cơ a = 9,19 m/s2. Khi đó:
    - Lực gia tốc:
    Fa = (mĐC + mtải).a
    = (8,5 + 8,6).9,19 = 157,15 N
    - Lực ma sát:
    Fms = (mĐC + mtải).g.f
    = (8,5 + 8,6).9,81.0,005 = 0,84 N
    - Lực hấp dẫn:
    Fg = (mĐC + mtải).g.sinα
    = (8,5 + 8,6).9,81.sin00 = 0 N
    - Đỉnh lực:
    Fđ = Fa + Fms + Fg
    = 157,15 + 0,84 + 0 = 158 N
    Hệ số quá tải của động cơ:
    [​IMG]
    [​IMG] Hình 8. Phân bố mật độ từ thông trong động cơ với dòng điện định mức
    IV. Tính kiểm tra trên mô hình FEM 2D:

    Các bước tiến hành:
    - Thiết lập mô hình phần tử hữu hạn của động cơ thiết kế
    - Nhập đặc tính vật liệu của các miền vào trong mô hình
    - Thiết lập các điều kiện biên
    - Tạo các phần tử hữu hạn (tạo lưới cho mô hình)
    - Chạy chương trình FEMM
    - Hiển thị kết quả
    Kết quả thu được khi chạy chương trình FEMM với mô hình động cơ KĐB tuyến tính đã phân tích ở trên, hình 8.
    Trong chương trình FEMM, lực được xác định theo phương pháp tenxơ ứng suất Maxwell
    [​IMG]
    Với
    [​IMG]
    [​IMG]

    là vectơ pháp tuyến đơn vị.

    [​IMG]
    - vectơ mật độ dòng điện dẫn
    - vectơ cảm ứng từ

    - vectơ cường độ từ trường
    Lực tác dụng lên phần động (phần sơ cấp) theo phương ngang có giá trị 94,55N
    So sánh kết quả lực tính theo mô hình thực nghiệm và mô hình FEM, bảng 2.
    [​IMG]
    V. Kết luận:
    - Xây dựng mô hình thực nghiệm là khâu cuối cùng trong công việc nghiên cứu chế tạo động cơ không đồng bộ truyền động thẳng đơn biên, nhằm kiểm nghiệm khả năng đáp ứng. Từ đó, có những thông tin phản hồi tích cực để điều chỉnh qui trình công nghệ phù hợp.
    - Với kết quả đạt được, cho thấy ảnh hưởng công nghệ chế tạo và vật liệu đến độ lớn lực là đáng kể.
    - Độ chính xác của phương pháp đo lực trong thử nghiệm động cơ mang tính chất ước lượng theo thời gian đáp ứng, có thể gây ra sai số.
    - Bước đầu đạt được kết quả quá trình nghiên cứu và chế tạo động cơ KĐB tuyến tính trong nước, điều này sẽ mở ra khả năng ứng dụng loại động cơ này trong lĩnh vực truyền động tuyến tính. Trong tương lai, hy vọng đây sẽ là loại động cơ sẽ bổ sung cho các phương pháp truyền động truyền thống một cách đắc lực.q
    Tài liệu tham khảo
    1. Lê văn Doanh, Trương Minh Tấn, Đặng Chí Dũng; Ứng dụng của động cơ truyền động thẳng; Tạp chí tự động hoá ngày nay, trang 16-17, số 102 tháng 3,2009
    2. Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh, Trương Minh Tấn;Về thuật toán thiết kế tối ưu lực động cơ không đồng bộ tuyến tính đơn biên; Tạp chí KH & CN các trường đại học kỹ thuật, số 70, trang 1-5, 2009
    3. Nguyễn Doãn Ý (2009); Xử lý số liệu thực nghiệm trong kỹ thuật; Nhà xuất bản KH & KT, Hà Nội.
    Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trương Minh Tấn
    Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
    Số 120 (10/2010)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay
     

Chia sẻ trang này