Các nội dung cơ bản cần thiết cho việc lựa chọn động cơ bao gồm loại tải điều khiển, công suất định mức, điện áp định mức, tốc độ định mức và các điều kiện khác.

1. Các loại tải dẫn động

Điều này phải nói đến từ đặc tính của động cơ. Động cơ có thể được chia đơn giản thành động cơ DC và động cơ AC, và động cơ AC được chia thành động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

1.1 Động cơ một chiều

Ưu điểm của động cơ DC là có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp và có thể tạo ra mô-men xoắn lớn hơn. Nó phù hợp với các tải cần điều chỉnh tốc độ thường xuyên như máy cán trong nhà máy thép, tời trong hầm mỏ,… Nhưng hiện nay với sự phát triển của công nghệ chuyển đổi tần số, động cơ xoay chiều cũng có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số. Tuy nhiên, mặc dù giá của động cơ chuyển đổi tần số không đắt hơn nhiều so với động cơ thông thường, giá của bộ biến tần chiếm phần lớn trong cả bộ thiết bị nên một ưu điểm nữa của động cơ DC là rẻ.

Nhược điểm của động cơ DC là cấu trúc phức tạp. Chỉ cần bất kỳ thiết bị nào có cấu trúc phức tạp chắc chắn sẽ dẫn đến tỷ lệ hỏng hóc tăng cao. So với động cơ AC, động cơ DC có các cuộn dây phức tạp hơn (cuộn dây kích thích, cuộn dây cực chuyển mạch, cuộn dây bù và cuộn dây phần ứng), đồng thời bổ sung thêm vòng trượt, chổi than và cổ góp. Nó không chỉ yêu cầu cao về tay nghề của nhà sản xuất mà chi phí bảo trì sau này cũng tương đối cao. Do đó, trong các ứng dụng công nghiệp, động cơ DC đang ở trong tình trạng đáng xấu hổ khi chúng ngày càng suy giảm nhưng vẫn hữu ích trong giai đoạn chuyển tiếp. Nếu người dùng có đủ kinh phí thì nên chọn giải pháp động cơ xoay chiều có bộ biến tần. Suy cho cùng, việc sử dụng bộ biến tần cũng có thể mang lại nhiều lợi ích.

KHAI THÁC. Động cơ không đồng bộ

Ưu điểm của động cơ không đồng bộ là cấu trúc đơn giản, hiệu suất ổn định, bảo trì thuận tiện và giá thành thấp. Và quy trình sản xuất cũng đơn giản nhất. Tôi từng nghe một kỹ thuật viên cũ trong xưởng nói rằng nhân công cần thiết để lắp ráp một động cơ DC có thể hoàn thành hai động cơ đồng bộ hoặc bốn động cơ không đồng bộ có công suất tương tự nhau là điều hiển nhiên. Vì vậy động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp.

Động cơ không đồng bộ được chia thành động cơ lồng sóc và động cơ dây quấn, sự khác biệt nằm ở rôto. Rôto động cơ lồng sóc được làm bằng các dải kim loại, đồng hoặc nhôm. Giá nhôm tương đối thấp, nước tôi là nước có nhiều mỏ nhôm nên được sử dụng rộng rãi trong những dịp có yêu cầu thấp. Tuy nhiên, tính chất cơ học và tính dẫn điện của đồng tốt hơn nhôm. Hầu hết các rôto tôi từng tiếp xúc đều là rôto đồng. Sau khi động cơ lồng sóc giải quyết được vấn đề đứt hàng trong công nghệ, độ tin cậy của nó vượt xa động cơ có rôto quấn dây. Nhược điểm là rôto kim loại cắt đường cảm ứng từ trong từ trường quay của stato để thu được mô-men xoắn nhỏ và dòng khởi động lớn, gây khó khăn cho các tải yêu cầu mô-men xoắn khởi động lớn. Mặc dù có thể thu được nhiều mô-men xoắn hơn bằng cách tăng chiều dài lõi động cơ nhưng độ bền rất hạn chế. Khi khởi động động cơ dây quấn, vòng trượt dùng để cấp điện cho cuộn dây rôto tạo thành từ trường rôto chuyển động tương đối so với từ trường quay của stato nên mô men xoắn lớn hơn. Và khả năng chống nước được kết nối nối tiếp để giảm dòng khởi động trong quá trình khởi động và khả năng chống nước được điều khiển bởi một thiết bị điều khiển điện tử trưởng thành để thay đổi giá trị điện trở trong quá trình khởi động. Nó phù hợp cho các tải như máy cán và tời. So với động cơ lồng sóc, động cơ không đồng bộ dây quấn có thêm vòng trượt và điện trở nước nên giá thiết bị tổng thể đã tăng lên ở một mức độ nhất định. So với động cơ DC, phạm vi tốc độ hẹp hơn và mô-men xoắn tương đối nhỏ và giá trị tương ứng cũng thấp hơn.

Tuy nhiên, do động cơ không đồng bộ cung cấp năng lượng cho cuộn dây stato để tạo ra từ trường quay và cuộn dây là phần tử cảm ứng không thực hiện công nên nó cần hấp thụ công suất phản kháng từ lưới, điều này có ảnh hưởng lớn đến lưới điện. Trải nghiệm trực quan rằng khi các thiết bị cảm ứng công suất cao được kết nối với lưới điện, điện áp của lưới điện sẽ giảm và độ sáng của đèn sẽ giảm ngay lập tức. Vì vậy, Cục cung cấp điện sẽ hạn chế sử dụng động cơ không đồng bộ, đây cũng là điều mà nhiều nhà máy phải cân nhắc. Một số người tiêu dùng điện lớn, chẳng hạn như nhà máy thép và nhà máy nhôm, chọn xây dựng nhà máy điện của riêng mình để hình thành lưới điện độc lập của riêng họ nhằm giảm bớt hạn chế sử dụng động cơ không đồng bộ. Vì vậy, nếu động cơ không đồng bộ cần sử dụng cho phụ tải công suất lớn thì cần trang bị thiết bị bù công suất phản kháng, đồng thời động cơ đồng bộ có thể cung cấp công suất phản kháng cho lưới thông qua thiết bị kích thích. Công suất càng lớn thì ưu điểm của động cơ đồng bộ càng rõ ràng, từ đó tạo nên giai đoạn động cơ đồng bộ.

KHAI THÁC. Động cơ đồng bộ

Ưu điểm của động cơ đồng bộ bao gồm bù công suất phản kháng ở trạng thái quá kích thích và 1) tốc độ của động cơ đồng bộ tuân thủ nghiêm ngặt n=60f/p, có thể kiểm soát tốc độ một cách chính xác; 2) độ ổn định hoạt động cao. Khi điện áp lưới giảm đột ngột, hệ thống kích thích của nó nhìn chung sẽ cưỡng bức kích thích để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, đồng thời mô men xoắn của động cơ không đồng bộ (tỷ lệ thuận với bình phương điện áp) sẽ giảm đáng kể; 3) Công suất quá tải lớn hơn động cơ không đồng bộ tương ứng; 4) Hiệu suất vận hành cao, đặc biệt đối với động cơ đồng bộ tốc độ thấp.

Động cơ đồng bộ không thể khởi động trực tiếp và yêu cầu khởi động không đồng bộ hoặc tần số thay đổi. Khởi động không đồng bộ có nghĩa là động cơ đồng bộ được trang bị cuộn dây khởi động tương tự như cuộn dây lồng của động cơ không đồng bộ trên rôto và một điện trở bổ sung khoảng 10 lần giá trị điện trở của cuộn dây kích thích được mắc nối tiếp trong mạch kích thích để tạo thành một mạch kín, và stato của động cơ đồng bộ được nối trực tiếp vào lưới điện, để nó khởi động như một động cơ không đồng bộ và khi tốc độ đạt đến tốc độ phụ đồng bộ (95%), phương pháp khởi động là cắt sức đề kháng bổ sung; việc bắt đầu chuyển đổi tần số sẽ không được lặp lại. Vì vậy một trong những nhược điểm của động cơ đồng bộ là phải trang bị thêm thiết bị khởi động.

Động cơ đồng bộ hoạt động bằng dòng điện kích thích. Nếu không có kích thích thì động cơ không đồng bộ. Kích thích là một hệ thống DC được áp dụng cho rôto. Tốc độ quay và cực tính của nó phù hợp với tốc độ quay của stato. Nếu có vấn đề với kích thích, động cơ sẽ mất bước và không thể điều chỉnh được. Nó sẽ kích hoạt hành trình bảo vệ động cơ “lỗi kích thích”. Do đó, nhược điểm thứ hai của động cơ đồng bộ là cần phải tăng thêm thiết bị kích thích, trước đây được cung cấp trực tiếp bởi máy DC nhưng hiện nay chủ yếu được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu thyristor. Người xưa vẫn nói, kết cấu càng phức tạp, càng nhiều thiết bị thì càng có nhiều điểm hỏng hóc và tỷ lệ hỏng hóc càng cao.

Theo đặc tính hiệu suất của động cơ đồng bộ, ứng dụng của chúng chủ yếu là ở các tải như tời, máy nghiền, quạt, máy nén, máy cán và máy bơm nước.

Tóm lại, nguyên tắc lựa chọn động cơ là chọn động cơ có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, vận hành đáng tin cậy và bảo trì thuận tiện với tiền đề hiệu suất của động cơ đáp ứng yêu cầu của máy móc sản xuất. Về mặt này, động cơ AC vượt trội hơn động cơ DC, động cơ không đồng bộ AC vượt trội hơn động cơ đồng bộ AC và động cơ không đồng bộ lồng sóc vượt trội hơn động cơ không đồng bộ dây quấn.

Đối với máy sản xuất có tải ổn định và không có yêu cầu đặc biệt về khởi động và phanh, việc vận hành liên tục của máy sản xuất tốt nhất nên sử dụng động cơ không đồng bộ lồng sóc thông thường, được sử dụng rộng rãi trong các máy móc, máy bơm nước, quạt, v.v.

Động cơ không đồng bộ kiểu dây quấn nên được sử dụng cho các máy móc sản xuất khởi động và phanh thường xuyên và yêu cầu mômen khởi động và phanh tương đối lớn, chẳng hạn như cầu trục, tời mỏ, máy nén khí và máy cán không thuận nghịch.

Động cơ đồng bộ nên được sử dụng trong những trường hợp không có yêu cầu điều chỉnh tốc độ, cần tốc độ không đổi hoặc cần cải thiện hệ số công suất, chẳng hạn như máy bơm nước công suất vừa và lớn, máy nén khí, tời, máy nghiền, v.v.

Phạm vi điều chỉnh tốc độ bắt buộc phải trên 1: 3 và máy móc sản xuất yêu cầu điều chỉnh tốc độ liên tục, ổn định và trơn tru nên sử dụng động cơ DC kích thích riêng hoặc động cơ không đồng bộ lồng sóc hoặc động cơ đồng bộ có điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số, chẳng hạn như máy công cụ có độ chính xác lớn, máy bào giàn, máy cán, thang máy, v.v.

Đối với máy móc sản xuất yêu cầu mômen khởi động lớn và đặc tính cơ học mềm, hãy sử dụng động cơ DC kích thích nối tiếp hoặc kết hợp, chẳng hạn như xe điện, đầu máy điện và cần cẩu hạng nặng.

2. Công suất định mức

Công suất định mức của động cơ dùng để chỉ công suất đầu ra, tức là công suất trục hay còn gọi là công suất, là thông số ký hiệu của động cơ. Đây là chỉ số quan trọng nhất để định lượng khả năng kéo tải của động cơ và cũng là yêu cầu về thông số phải được cung cấp khi lựa chọn động cơ.

Nguyên tắc lựa chọn đúng công suất động cơ là xác định công suất của động cơ một cách tiết kiệm và hợp lý nhất với tiền đề là động cơ có khả năng tạo ra các yêu cầu tải cơ học. Nếu chọn công suất quá lớn, đầu tư thiết bị sẽ tăng lên, dẫn đến lãng phí, động cơ thường không đủ tải, hiệu suất và hệ số công suất của động cơ xoay chiều thấp; ngược lại, nếu chọn công suất quá nhỏ, động cơ sẽ bị quá tải, gây hư hỏng sớm cho động cơ.

Có ba yếu tố quyết định công suất chính của động cơ:

1) Độ nóng và tăng nhiệt độ của động cơ, là yếu tố quan trọng nhất quyết định công suất của động cơ;

2) Cho phép khả năng quá tải trong thời gian ngắn;

3) Đối với động cơ lồng sóc không đồng bộ, khả năng khởi động cũng cần được xem xét.

Đầu tiên, máy móc sản xuất cụ thể tính toán và lựa chọn công suất tải theo yêu cầu về sinh nhiệt, tăng nhiệt độ và tải, sau đó chọn trước công suất định mức của động cơ theo yêu cầu về công suất tải, nhiệm vụ và quá tải. Sau khi đã chọn trước công suất định mức của động cơ, cần kiểm tra khả năng sinh nhiệt, công suất quá tải, công suất khởi động khi cần thiết. Nếu một trong số chúng không đủ tiêu chuẩn, động cơ phải được chọn lại và kiểm tra lại cho đến khi tất cả các mục đều đủ tiêu chuẩn. Vì vậy, hệ thống làm việc cũng là một trong những yêu cầu phải được cung cấp. Nếu không có yêu cầu, mặc định nó sẽ được xử lý theo hệ thống làm việc S1 thông thường nhất; động cơ có yêu cầu quá tải cũng cần cung cấp bội số quá tải và thời gian chạy tương ứng; Động cơ lồng sóc không đồng bộ dẫn động quạt và các vòng quay lớn khác. Đối với tải quán tính cũng cần cung cấp mômen quán tính của tải và đồ thị mô men điện trở khởi động để kiểm tra khả năng khởi động.

Việc lựa chọn công suất định mức ở trên được thực hiện với tiền đề là nhiệt độ môi trường tiêu chuẩn là 40°C. Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh của động cơ thay đổi, công suất định mức của động cơ phải được điều chỉnh. Theo tính toán lý thuyết và thực hành, khi nhiệt độ môi trường thay đổi, công suất của động cơ có thể tăng hoặc giảm một cách đại khái theo bảng dưới đây.

Vì vậy, những vùng có khí hậu khắc nghiệt cũng cần cung cấp nhiệt độ môi trường. Ví dụ, ở Ấn Độ, nhiệt độ môi trường cần được hiệu chỉnh ở mức 50°C. Ngoài ra, độ cao cũng sẽ ảnh hưởng tới công suất của động cơ. Độ cao càng cao thì nhiệt độ của động cơ càng tăng và công suất đầu ra càng thấp. Và động cơ sử dụng ở độ cao lớn cũng cần xét đến ảnh hưởng của hiện tượng hào quang.

3. Điện áp định mức

Điện áp định mức của động cơ đề cập đến điện áp đường dây ở chế độ làm việc định mức.

Việc lựa chọn điện áp định mức của động cơ phụ thuộc vào điện áp nguồn của hệ thống điện cung cấp cho doanh nghiệp và quy mô công suất của động cơ.

Việc lựa chọn cấp điện áp động cơ xoay chiều chủ yếu được xác định bởi cấp điện áp nguồn của nơi sử dụng. Nói chung, mạng điện áp thấp là 380V, do đó điện áp định mức là 380V (kết nối Y hoặc △), 220/380V (kết nối △/Y) và 380/660V (kết nối △/Y). Khi tăng công suất của động cơ điện áp thấp đến một mức nhất định (chẳng hạn như 300KW/380V), dòng điện bị giới hạn bởi khả năng chịu lực của dây dẫn nên khó làm lớn hơn hoặc giá thành quá cao . Cần đạt được công suất cao bằng cách tăng điện áp. Điện áp nguồn của lưới điện cao áp thường là 6000V hoặc 10000V, ở nước ngoài cũng có các cấp điện áp 3300V, 6600V và 11000V. Ưu điểm của động cơ cao áp là công suất lớn, chịu va đập mạnh; nhược điểm là quán tính lớn và khó khởi động và phanh.

Điện áp định mức của động cơ DC cũng phải phù hợp với điện áp nguồn điện. Nói chung là 110V, 220V và 440V. Trong số đó, 220V là cấp điện áp phổ biến, động cơ công suất lớn có thể tăng lên 600-1000V. Khi nguồn điện xoay chiều là 380V và mạch chỉnh lưu thyristor cầu ba pha được sử dụng để cấp nguồn, điện áp định mức của động cơ DC phải là 440V. Khi sử dụng nguồn điện chỉnh lưu thyristor nửa sóng ba pha để cấp nguồn, điện áp định mức của động cơ DC phải là 220V.

4. Tốc độ định mức

Tốc độ định mức của động cơ đề cập đến tốc độ ở chế độ làm việc định mức.

Cả động cơ và máy móc làm việc được điều khiển bởi nó đều có tốc độ định mức riêng. Khi chọn tốc độ của động cơ, cần lưu ý không nên chọn tốc độ quá thấp, vì tốc độ định mức của động cơ càng thấp thì càng nhiều cực, âm lượng càng lớn và giá càng cao; đồng thời không nên chọn tốc độ động cơ quá cao vì sẽ khiến cơ cấu truyền động trở nên quá phức tạp và khó bảo trì.

Ngoài ra, khi công suất không đổi, mômen động cơ tỉ lệ nghịch với tốc độ.

Do đó, những người không có yêu cầu cao về khởi động và phanh có thể so sánh toàn diện với một số tốc độ định mức khác nhau về mức đầu tư ban đầu của thiết bị, diện tích sàn và chi phí bảo trì, rồi cuối cùng xác định tốc độ định mức; Tuy nhiên, nếu thời gian của quá trình chuyển đổi ít ảnh hưởng đến năng suất thì ngoài việc xem xét đầu tư ban đầu, tỷ số tốc độ và tốc độ định mức của động cơ chủ yếu được lựa chọn dựa trên điều kiện tổn thất trong quá trình chuyển đổi là tối thiểu. . Ví dụ, động cơ tời đòi hỏi phải quay tiến và lùi thường xuyên và mô-men xoắn lớn, nhưng tốc độ rất thấp. Động cơ cồng kềnh và đắt tiền.

Khi tốc độ động cơ cao, tốc độ tới hạn của động cơ cũng cần được xem xét. Rôto của động cơ sẽ rung trong quá trình hoạt động. Biên độ của rôto tăng khi tốc độ tăng. Giảm dần và ổn định trong một phạm vi nhất định, tốc độ mà biên độ rôto lớn nhất được gọi là tốc độ tới hạn của rôto. Tốc độ quay này bằng tần số riêng của rôto. Khi tốc độ tiếp tục tăng thì biên độ sẽ tăng trở lại khi đạt gần gấp 2 lần tần số tự nhiên. Khi tốc độ bằng 2 lần tần số tự nhiên thì gọi là tốc độ tới hạn bậc hai, và theo cách tương tự, có tốc độ tới hạn bậc ba và tốc độ tới hạn bậc bốn. Nếu rôto chạy ở tốc độ tới hạn, nó sẽ rung lắc dữ dội và độ cong của trục sẽ tăng lên đáng kể. Hoạt động lâu dài cũng sẽ gây ra biến dạng uốn nghiêm trọng của trục, thậm chí làm gãy trục. Tốc độ tới hạn bậc nhất của động cơ thường trên 1500 vòng/phút, vì vậy động cơ tốc độ thấp thông thường thường không xem xét ảnh hưởng của tốc độ tới hạn. Ngược lại, đối với động cơ tốc độ cao 2 cực có tốc độ định mức gần 3000 vòng/phút, ảnh hưởng này cần được xem xét và không nên sử dụng động cơ trong dải tốc độ tới hạn trong thời gian dài.

Nói chung, động cơ có thể được xác định một cách đại khái bằng cách cung cấp loại tải dẫn động, công suất định mức, điện áp định mức và tốc độ định mức của động cơ. Nhưng những thông số cơ bản này là không đủ nếu muốn đáp ứng yêu cầu tải một cách tối ưu. Các thông số cần được cung cấp bao gồm tần số, hệ thống làm việc, yêu cầu quá tải, mức cách điện, mức bảo vệ, mô men quán tính, đường cong mômen kháng tải, phương pháp lắp đặt, nhiệt độ môi trường, độ cao, yêu cầu ngoài trời, v.v., theo các điều kiện cụ thể .