Mô-Men Khởi Động Và Mô-Men Làm Việc Khác Nhau Thế Nào?

Mô-Men Khởi Động Và Mô-Men Làm Việc Khác Nhau Thế Nào?

Mô-men khởi động và mô-men làm việc là hai thông số quan trọng khi chọn motor, động cơ giảm tốc và hộp giảm tốc. Mô-men làm việc cho biết lực xoắn cần thiết để máy duy trì vận hành, còn mô-men khởi động phải thắng được lực cản ban đầu và tạo gia tốc cho toàn bộ cơ cấu.

Nếu chỉ chọn theo công suất hoặc mô-men làm việc, motor có thể chạy ổn sau khi đạt tốc độ nhưng không đủ lực để khởi động tải.

Mô-men khởi động là gì?

Mô-men khởi động là mô-men motor tạo ra tại thời điểm bắt đầu quay, khi tốc độ trục bằng hoặc gần bằng 0.

Đối với động cơ không đồng bộ khởi động trực tiếp, thông số này còn được gọi là:

• Starting torque

• Locked-rotor torque

• Mô-men mở máy

• Mô-men khóa rotor

Mô-men khởi động phải thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ:

1. Thắng lực cản của tải tại trạng thái đứng yên.

2. Tạo gia tốc để motor và cơ cấu máy đạt tốc độ yêu cầu.

Khả năng khởi động của motor không chỉ phụ thuộc vào công suất định mức mà còn phụ thuộc đặc tính mô-men–tốc độ, điện áp, phương pháp khởi động và tải của máy. IEC 60034-12 phân loại riêng các đặc tính khởi động của động cơ không đồng bộ ba pha, bao gồm mô-men và dòng điện khi rotor chưa quay.

Mô-men làm việc là gì?

Mô-men làm việc là mô-men cần thiết để máy duy trì hoạt động trong điều kiện vận hành bình thường.

Cần phân biệt hai khái niệm:

• Mô-men tải: mô-men mà cơ cấu máy yêu cầu tại một thời điểm cụ thể.

• Mô-men định mức: mô-men motor hoặc hộp giảm tốc có thể cung cấp liên tục trong điều kiện định mức.

Trong vận hành ổn định, mô-men motor cân bằng với mô-men tải và các tổn thất cơ khí. Khi đó tốc độ gần như không đổi.

Mô-men định mức của motor có thể tính gần đúng từ công suất và tốc độ:

T = 9.550 × P / n

Trong đó:

• T: mô-men, Nm

• P: công suất, kW

• n: tốc độ, vòng/phút

Ví dụ, motor 1,5 kW chạy ở 1.450 vòng/phút có mô-men định mức gần đúng:

T = 9.550 × 1,5 / 1.450 ≈ 9,88 Nm

So sánh mô-men khởi động và mô-men làm việc

Vì sao mô-men khởi động có thể lớn hơn mô-men làm việc?

Khi máy đã chạy ổn định, motor chủ yếu cần cung cấp mô-men để thắng tải và tổn thất cơ khí.

Khi khởi động, motor còn phải tăng tốc cho:

• Rotor motor

• Bánh răng và trục

• Khớp nối

• Nhông, puly hoặc tang cuốn

• Băng tải và vật liệu

• Cánh khuấy

• Toàn bộ khối lượng quay hoặc chuyển động của máy

Quan hệ động lực học cơ bản là:

Tmotor − Ttải = J × α

Trong đó:

• Tmotor: mô-men motor

• Ttải: mô-men cản của tải

• J: mô-men quán tính quy đổi

• α: gia tốc góc

Phần chênh lệch giữa mô-men motor và mô-men tải được sử dụng để tăng tốc hệ thống. Nếu mô-men motor chỉ bằng mô-men tải, máy gần như không có mô-men dư để tăng tốc. Quan hệ giữa mô-men tổng, mô-men quán tính và gia tốc quay là nguyên lý cơ bản của hệ truyền động cơ điện.

Mô-men khởi động có luôn lớn hơn mô-men làm việc không?

Không phải mọi ứng dụng đều yêu cầu mô-men khởi động cao hơn nhiều so với mô-men làm việc.

Mức mô-men cần thiết phụ thuộc vào đặc tính tải.

Vì vậy, không nên áp dụng một tỷ lệ mô-men khởi động cố định cho tất cả máy.

Mô-men khởi động của motor và hộp giảm tốc liên quan thế nào?

Hộp giảm tốc làm giảm tốc độ và tăng mô-men tại trục ra.

Mô-men đầu ra có thể ước tính:

T₂ ≈ T₁ × i × η

Trong đó:

• T₁: mô-men tại trục motor

• T₂: mô-men tại trục ra hộp giảm tốc

• i: tỷ số truyền

• η: hiệu suất truyền động

Quan hệ giữa tỷ số truyền, tốc độ và mô-men là nền tảng của hệ truyền động có hộp số. Tải quán tính quy đổi về phía motor cũng thay đổi theo bình phương tỷ số truyền.

Ví dụ, motor tạo mô-men khởi động 15 Nm, hộp giảm tốc có tỷ số truyền 20 và hiệu suất tổng 90%:

T₂ ≈ 15 × 20 × 0,9 = 270 Nm

Tuy nhiên, không được kết luận hộp giảm tốc phù hợp chỉ từ kết quả này. Cần kiểm tra đồng thời:

• Mô-men đầu ra liên tục cho phép

• Mô-men cực đại cho phép

• Mô-men khởi động hoặc mô-men đỉnh

• Số lần khởi động mỗi giờ

• Tải va đập

• Tải hướng kính và tải dọc trục

• Tuổi thọ ổ bi và bánh răng

Một hộp giảm tốc đủ mô-men làm việc vẫn có thể bị quá tải nếu mô-men khởi động hoặc mô-men va đập vượt giới hạn ngắn hạn.

Ảnh hưởng của phương pháp khởi động

Khởi động trực tiếp

Motor nhận điện áp nguồn trực tiếp và tạo đặc tính mô-men khởi động theo thiết kế của motor. Dòng khởi động thường lớn, vì vậy cần kiểm tra nguồn điện, thiết bị đóng cắt và khả năng chịu tải của cơ cấu.

Khởi động sao–tam giác

Điện áp đặt lên mỗi cuộn dây trong giai đoạn nối sao thấp hơn so với khi vận hành tam giác. Mô-men khởi động vì thế giảm đáng kể.

Phương pháp này không phù hợp nếu tải cần mô-men lớn ngay từ trạng thái đứng yên.

Khởi động mềm

Khởi động mềm giảm điện áp trong quá trình mở máy để hạn chế dòng điện và va đập cơ khí. Khi điện áp giảm, mô-men khởi động của động cơ không đồng bộ cũng giảm.

Do đó, cần cài thời gian tăng áp và điện áp ban đầu phù hợp với tải.

Biến tần

Biến tần điều khiển điện áp, tần số và dòng motor trong quá trình khởi động. Khả năng tạo mô-men ở tốc độ thấp phụ thuộc vào:

• Chế độ V/F hay vector control

• Giới hạn dòng điện

• Thông số motor

• Kết quả autotune

• Thời gian tăng tốc

• Khả năng quá tải của biến tần

• Tình trạng làm mát của motor

Mô-men khởi động khi dùng biến tần không nên được đánh giá chỉ bằng thông số locked-rotor torque của motor khi khởi động trực tiếp.

Điều gì xảy ra khi mô-men khởi động không đủ?

Các dấu hiệu thường gặp gồm:

• Motor có điện nhưng không quay

• Motor quay rất chậm khi mở máy

• Dòng điện tăng cao

• Relay nhiệt hoặc biến tần báo quá dòng

• Khởi động được khi không tải nhưng không chạy được khi có tải

• Thời gian tăng tốc quá dài

• Motor nóng nhanh

• Phanh đã nhả nhưng tải không chuyển động

• Băng tải giật rồi dừng

• Khớp nối, xích hoặc đai rung mạnh

Nếu motor bị giữ ở tốc độ rất thấp trong thời gian dài, dòng điện và nhiệt độ có thể tăng nhanh, làm giảm tuổi thọ cuộn dây.

Vì sao motor đủ công suất nhưng vẫn không khởi động được?

Một motor có công suất danh định phù hợp vẫn có thể không khởi động được do:

• Mô-men khởi động thấp hơn mô-men cản

• Thời gian tăng tốc cài quá ngắn

• Biến tần giới hạn dòng quá thấp

• Điện áp nguồn bị sụt

• Đấu sai sao–tam giác

• Phanh điện từ chưa nhả hoàn toàn

• Tải bị kẹt cơ khí

• Ổ bi hoặc hộp giảm tốc bị bó

• Nhông, xích hoặc puly lắp sai

• Vật liệu tích tụ trong vít tải hoặc máy khuấy

• Mô-men quán tính của tải quá lớn

• Hộp giảm tốc có tỷ số truyền chưa phù hợp

Do đó, không nên xử lý bằng cách tăng công suất motor ngay khi chưa xác định nguyên nhân.

Cách chọn motor và hộp giảm tốc theo mô-men

1. Xác định mô-men làm việc

Tính mô-men cần thiết để máy duy trì vận hành tại tốc độ yêu cầu.

2. Xác định mô-men cản khi khởi động

Kiểm tra tải có khởi động rỗng hay đầy tải, có ma sát tĩnh, lực nâng, vật liệu đóng cứng hoặc áp lực ban đầu hay không.

3. Tính mô-men quán tính

Đánh giá khối lượng và kích thước của các bộ phận quay như tang cuốn, bánh đà, bàn xoay, puly và trục máy.

4. Xác định thời gian tăng tốc

Thời gian tăng tốc càng ngắn thì mô-men gia tốc yêu cầu càng cao.

5. Kiểm tra đặc tính motor và bộ điều khiển

Cần xác nhận motor và thiết bị điều khiển có thể tạo đủ mô-men trong toàn bộ quá trình tăng tốc, không chỉ tại thời điểm bắt đầu.

6. Kiểm tra hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc phải đáp ứng cả:

• Mô-men liên tục

• Mô-men khởi động

• Mô-men cực đại

• Chu kỳ khởi động

• Tải va đập

• Tải ngoài trên trục

7. Kiểm tra phanh và backstop

Với băng tải nghiêng, tời hoặc cơ cấu nâng, cần kiểm tra thêm khả năng giữ tải khi motor dừng hoặc mất điện.

Sai lầm thường gặp khi lựa chọn

Chỉ chọn theo công suất kW

Công suất không thể hiện đầy đủ khả năng mở máy. Hai motor cùng công suất có thể có đặc tính mô-men khởi động khác nhau.

Chỉ kiểm tra mô-men định mức

Mô-men định mức thể hiện khả năng vận hành ổn định, không thay thế cho việc kiểm tra mô-men khởi động và mô-men đỉnh.

Cho rằng hộp giảm tốc càng lớn càng tốt

Hộp giảm tốc lớn hơn có thể tăng khả năng chịu tải nhưng cũng làm tăng quán tính, kích thước và chi phí. Cần chọn đúng theo tải thực tế.

Giảm thời gian tăng tốc quá ngắn

Thời gian tăng tốc ngắn làm tăng mô-men gia tốc và dòng điện yêu cầu.

Bỏ qua tình trạng tải lúc khởi động

Vít tải rỗng và vít tải chứa đầy vật liệu có yêu cầu mở máy rất khác nhau.

Dùng mô-men cực đại để đánh giá vận hành liên tục

Mô-men cực đại thường chỉ được phép xuất hiện trong thời gian ngắn. Không được dùng thay cho mô-men làm việc liên tục.

Câu hỏi thường gặp

Mô-men khởi động có phải là mô-men cực đại không?

Không. Mô-men khởi động là mô-men tại thời điểm tốc độ bằng 0. Mô-men cực đại có thể xuất hiện tại một tốc độ khác trên đường đặc tính của motor.

Mô-men làm việc có phải là mô-men định mức không?

Không hoàn toàn. Mô-men làm việc là mô-men thực tế mà tải yêu cầu. Mô-men định mức là khả năng cung cấp liên tục của motor hoặc hộp giảm tốc tại điều kiện định mức.

Motor có mô-men định mức lớn hơn tải là đủ chưa?

Chưa. Cần kiểm tra thêm mô-men khởi động, thời gian tăng tốc, quán tính tải và mô-men cực đại.

Tăng tỷ số truyền có giúp motor dễ khởi động hơn không?

Tăng tỷ số truyền thường làm tăng mô-men tại trục ra và giảm mô-men tải quy đổi về phía motor. Tuy nhiên, tốc độ đầu ra sẽ giảm và phải kiểm tra giới hạn của hộp giảm tốc.

Biến tần có làm tăng mô-men khởi động không?

Biến tần có thể cải thiện khả năng điều khiển mô-men ở tốc độ thấp khi được chọn và cài đặt đúng. Khả năng thực tế vẫn bị giới hạn bởi dòng điện, motor, chế độ điều khiển và khả năng quá tải của biến tần.

Hộp giảm tốc đủ mô-men làm việc nhưng thiếu mô-men khởi động được không?

Có. Hộp số có thể chịu được tải liên tục nhưng không đủ khả năng chịu mô-men đỉnh khi khởi động, kẹt tải hoặc đảo chiều.

MDriveTech tư vấn lựa chọn motor và hộp giảm tốc

MDriveTech hỗ trợ lựa chọn động cơ giảm tốc và hộp giảm tốc DSK, Nara Samyang và NK cho:

• Băng tải

• Vít tải

• Máy khuấy

• Máy đóng gói

• Tang cuốn

• Bàn xoay

• Thiết bị nâng hạ

• Hệ thống truyền động công nghiệp

Để lựa chọn chính xác, khách hàng nên cung cấp:

• Công suất và tốc độ motor

• Tốc độ đầu ra

• Mô-men hoặc đặc tính tải

• Tải khởi động rỗng hay đầy

• Thời gian tăng tốc

• Số lần khởi động mỗi giờ

• Tải có va đập hoặc đảo chiều không

• Kiểu lắp và kích thước trục

• Hình ảnh hoặc bản vẽ máy

Hotline: 0868 789 647
Email: [email protected]

Kết luận

Mô-men khởi động là mô-men cần thiết để thắng lực cản ban đầu và tăng tốc hệ thống. Mô-men làm việc là mô-men cần để duy trì máy hoạt động tại tốc độ yêu cầu.

Khi chọn motor và hộp giảm tốc, cần kiểm tra đồng thời mô-men khởi động, mô-men làm việc, mô-men cực đại, quán tính tải, thời gian tăng tốc và chu kỳ vận hành. Chỉ chọn theo công suất kW có thể khiến hệ thống đủ công suất nhưng vẫn không thể mở máy.