Motor Cẩu Trục

Motor cẩu trục (động cơ cầu trục, motor tời điện) là động cơ điện 3 pha 380V được chế tạo riêng cho thiết bị nâng hạ: khởi động – dừng nhiều lần mỗi giờ, đảo chiều liên tục, chịu quá tải và va đập lớn. Dòng phổ biến nhất ở Việt Nam là motor cẩu trục rotor dây quấn YZR (motor ruột quấn) với mô-men khởi động cao, tốc độ 6 cực khoảng 960 vòng/phút hoặc 8 cực khoảng 720 vòng/phút, công suất từ khoảng 1.5kw đến hơn 200kw và chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại S3 – S5.

Motor cẩu trục là "trái tim" của thiết bị cầu trục, truyền lực qua hộp giảm tốc cầu trục ZQ tới tang cuốn cáp và được giữ dừng bằng phanh cầu trục. Bài viết giúp hiểu rõ cấu tạo, cách đọc thông số, cách chọn công suất và giải đáp các thắc mắc thường gặp về động cơ cẩu trục.

1. Motor cẩu trục là gì? Khác motor 3 pha thông thường ở điểm nào?

Motor 3 pha thông thường được tính cho chế độ chạy liên tục S1 và khởi động vài lần mỗi ca. Motor cẩu trục ngược lại: mỗi giờ có thể khởi động 150 – 600 lần, đảo chiều liên tục, có lúc phải kéo tải vượt định mức. Vì vậy động cơ cầu trục có những khác biệt quan trọng:

• Mô-men khởi động và mô-men cực đại lớn: mô-men cực đại thường gấp khoảng 2,5 – 3 lần mô-men định mức.
• Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại: công suất ghi trên tem gắn với hệ số đóng điện (ví dụ S3 – 40%), không phải chạy liên tục.
• Rotor quán tính nhỏ, trục to và cứng: dừng – đảo chiều nhanh, chịu tải va đập từ cáp và tang.
• Cách điện cấp F hoặc H: chịu nhiệt tốt khi làm việc nặng trong nhà xưởng nóng, nhà máy thép.
• Đầu trục thường là trục côn: lắp khớp nối, tang phanh chắc chắn, dễ tháo khi sửa chữa.

Motor cẩu trục dùng cho xe con của cầu trục, cổng trục

2. Ứng dụng của động cơ cẩu trục

• Cơ cấu nâng hạ: kéo tang cuốn cáp của cầu trục, cổng trục, bán cổng trục, cẩu tháp.
• Cơ cấu di chuyển: chạy xe con, xe lớn của cầu trục dầm đơn, dầm đôi.
• Tời điện, tời kéo: tời kéo cáp công trình, tời mỏ, tời kéo tàu, tời neo.
• Ngành luyện kim, thép, xi măng: cầu trục rót thép, máy cán, thiết bị chịu nhiệt và bụi.
• Thiết bị cảng: cẩu bờ, cẩu bánh lốp, thiết bị bốc xếp container.
• Máy công nghiệp cần mô-men khởi động lớn: máy nghiền, máy ép, băng tải dốc tải nặng.

Động cơ ruột quấn YZR dùng cho thiết bị làm việc nặng

3. Cấu tạo motor cẩu trục rotor dây quấn YZR

• Vỏ và chân đế: gang đúc hoặc thép, có cánh tản nhiệt, chân đế B3 hoặc kiểu mặt bích B5, B35.
• Stator: lá thép kỹ thuật điện và cuộn dây đồng 3 pha, cách điện cấp F hoặc H.
• Rotor dây quấn: rotor được quấn dây đồng 3 pha (khác rotor lồng sóc đúc nhôm), 3 đầu dây rotor đưa ra vành trượt.
• Vành trượt (cổ góp) và chổi than: nối cuộn dây rotor ra hộp điện trở bên ngoài để điều chỉnh dòng và mô-men khởi động.
• Hộp đấu dây stator và hộp vành trượt: hai hộp riêng biệt, một cho nguồn 380V vào stator, một cho mạch rotor.
• Trục motor: trục côn hoặc trục thẳng, có loại 2 đầu trục để lắp thêm phanh hoặc bộ mã hóa.
• Ổ bi, quạt làm mát, nắp che quạt: đảm bảo motor quay êm và tản nhiệt.

Cấu tạo motor cẩu trục rotor dây quấn YZR

4. Nguyên lý hoạt động motor ruột quấn

Dòng điện 3 pha vào stator tạo từ trường quay, cảm ứng dòng điện trong cuộn dây rotor và làm rotor quay theo. Điểm đặc biệt của motor ruột quấn là mạch rotor được nối ra ngoài qua vành trượt – chổi than tới bộ điện trở. Khi khởi động, điện trở được đóng vào mạch rotor để giảm dòng khởi động và tăng mô-men khởi động; sau đó điện trở được cắt dần theo từng cấp (thường 3 – 5 cấp) để motor lên tốc độ định mức. Nhờ đó cầu trục nhấc tải êm, không giật, và có thể chạy nhiều cấp tốc độ chỉ bằng cách thay đổi điện trở rotor.

5. Thông số kỹ thuật motor cẩu trục

a. Thông số chung

• Điện áp 380V, tần số 50Hz, 3 pha.
• Tốc độ: 6 cực khoảng 900 – 1000 vòng/phút, 8 cực khoảng 700 – 740 vòng/phút, 10 cực khoảng 580 vòng/phút.
• Chế độ làm việc định mức S3 – 40%, ngoài ra có S2 (30 phút, 60 phút), S3 15%, 25%, 60%, S4, S5.
• Cấp bảo vệ IP44 hoặc IP54; cấp cách điện F (môi trường thường) hoặc H (luyện kim, môi trường nóng).
• Kiểu lắp: chân đế B3, mặt bích B5, chân đế kết hợp mặt bích B35.

b. Bảng mã vỏ và đường kính trục theo công suất

c. Cách đọc tem motor cẩu trục

Ngoài công suất, điện áp và dòng điện stator như motor thường, tem motor YZR còn ghi điện áp rotor (điện áp hở mạch giữa các vành trượt) và dòng điện rotor. Hai thông số này dùng để chọn bộ điện trở khởi động phù hợp. Công suất trên tem luôn đi kèm chế độ làm việc, ví dụ "11kw S3 40%": nếu dùng ở S3 25% motor được phép kéo cao hơn, nếu dùng ở S3 60% thì phải giảm tải.

Tem motor cẩu trục ghi điện áp rotor, dòng điện rotor và chế độ làm việc

6. Phân loại motor cẩu trục

a. Theo kiểu rotor

• YZR – rotor dây quấn: mô-men khởi động lớn, điều chỉnh tốc độ bằng điện trở rotor, dùng cho cơ cấu nâng tải nặng, cầu trục luyện kim.
• YZ – rotor lồng sóc: không có vành trượt, chổi than, cấu tạo đơn giản, dùng cho cơ cấu di chuyển hoặc tải vừa.
• YZP – motor cẩu trục chạy biến tần: rotor lồng sóc, có quạt làm mát độc lập, dùng cho cầu trục điều khiển biến tần.

b. Theo số cực (tốc độ)

Motor 6 cực (khoảng 960 vòng/phút) phổ biến nhất cho cơ cấu nâng và di chuyển. Motor 8 cực (khoảng 720 vòng/phút) cho mô-men lớn hơn ở cùng công suất, thích hợp tời chậm, cơ cấu nâng tải nặng. Motor 10 cực dùng cho thiết bị cần tốc độ rất thấp.

c. Theo kiểu lắp và trang bị kèm theo

• Motor chân đế, motor mặt bích B5, motor có 2 đầu trục.
• Motor gắn sẵn phanh hoặc lắp cùng phanh thủy lực qua khớp nối tang phanh.
• Motor phòng nổ dùng cho khu vực có khí, bụi dễ cháy.

d. Theo công suất

Nhóm nhỏ 1.5kw – 7.5kw cho cầu trục 1 – 5 tấn và cơ cấu di chuyển; nhóm trung 11kw – 30kw cho cầu trục 5 – 20 tấn; nhóm lớn 37kw – 75kw trở lên cho cầu trục tải nặng, cổng trục cảng, nhà máy thép.

7. Cách chọn công suất motor cẩu trục

Công suất cơ cấu nâng có thể ước tính theo công thức: P (kW) = m × g × v / (1000 × η × 60), trong đó m là khối lượng tải cộng móc (kg), g ≈ 9,81 m/s², v là tốc độ nâng (m/phút), η là hiệu suất tổng (palăng, hộp số, tang) khoảng 0,8 – 0,85.

Ví dụ: nâng 10 tấn với tốc độ 7 m/phút, η = 0,85 thì P ≈ 10.000 × 9,81 × 7 / (1000 × 0,85 × 60) ≈ 13,5kw, chọn motor 15kw S3 40%. Nếu cầu trục làm việc dày ca, nhiều lần đóng cắt, cần chọn theo hệ số đóng điện cao hơn hoặc tăng một cấp công suất.

• Chọn số cực theo tốc độ nâng và tỉ số truyền của hộp giảm tốc.
• Chọn đường kính và kiểu trục khớp với khớp nối, tang phanh hiện có.
• Chọn cấp cách điện H và IP54 nếu làm việc trong môi trường nóng, bụi.

8. Ưu nhược điểm của motor cẩu trục ruột quấn

a. Ưu điểm

• Mô-men khởi động lớn trong khi dòng khởi động thấp nhờ điện trở rotor.
• Khởi động êm, điều chỉnh được nhiều cấp tốc độ mà không cần biến tần.
• Chịu quá tải và đóng cắt liên tục tốt, độ bền cao trong môi trường khắc nghiệt.

b. Nhược điểm

• Có vành trượt – chổi than nên cần kiểm tra định kỳ hơn motor lồng sóc.
• Kích thước và khối lượng lớn hơn motor thường cùng công suất.
• Cần thêm tủ điện trở và contactor điều khiển mạch rotor.

9. Câu hỏi thường gặp về motor cẩu trục

• Motor ruột quấn là gì, vì sao cầu trục hay dùng loại này? Motor ruột quấn là động cơ có rotor quấn dây đồng 3 pha và nối ra ngoài qua vành trượt – chổi than. Nhờ đóng thêm điện trở vào mạch rotor, motor khởi động với mô-men lớn nhưng dòng nhỏ, nhấc tải êm, phù hợp với cơ cấu nâng phải khởi động hàng trăm lần mỗi giờ.
• Ký hiệu S3 40% trên tem motor cẩu trục nghĩa là gì? S3 là chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại; 40% là hệ số đóng điện, tức trong mỗi chu kỳ 10 phút motor chạy có tải khoảng 4 phút, nghỉ khoảng 6 phút. Công suất định mức chỉ đúng với chế độ này.
• Motor cẩu trục có chạy liên tục 24/24 như motor thường được không? Không nên. Khi chạy liên tục (S1), công suất cho phép của motor cẩu trục thấp hơn đáng kể so với công suất ghi ở S3 40%. Nếu cần chạy liên tục, phải giảm tải hoặc chọn motor lớn hơn.
• Có thể thay motor cẩu trục bằng motor 3 pha thông thường không? Với cơ cấu di chuyển tải nhẹ có thể dùng motor lồng sóc có phanh, nhưng với cơ cấu nâng thì không khuyến khích, vì motor thường không chịu được tần suất khởi động, đảo chiều và mô-men khởi động mà cầu trục yêu cầu, dễ cháy cuộn dây.
• YZR, YZ và YZP khác nhau thế nào? YZR là motor rotor dây quấn có vành trượt, khởi động bằng điện trở rotor; YZ là motor rotor lồng sóc dùng cho tải vừa và cơ cấu di chuyển; YZP là motor lồng sóc thiết kế để chạy với biến tần, có quạt làm mát độc lập.
• Nên chọn motor cẩu trục 6 cực hay 8 cực? Motor 6 cực (khoảng 960 vòng/phút) phổ biến, dễ thay thế và phù hợp đa số hộp số ZQ. Motor 8 cực (khoảng 720 vòng/phút) cho mô-men cao hơn ở cùng công suất, phù hợp cơ cấu nâng tải nặng hoặc tời chậm, nhưng to và nặng hơn.
• Điện áp rotor và dòng điện rotor trên tem dùng để làm gì? Hai thông số này dùng để tính và chọn bộ điện trở khởi động, contactor mạch rotor. Khi thay motor mới, nên chọn motor có điện áp rotor gần với motor cũ để tận dụng lại tủ điện trở.
• Motor cẩu trục trục côn và trục thẳng khác nhau thế nào? Trục côn giúp khớp nối hoặc tang phanh ép chặt, đồng tâm tốt và dễ tháo khi sửa chữa; trục thẳng (trục trụ) lắp theo then, dễ thay thế bằng khớp nối thông dụng. Khi thay motor cần chọn đúng kiểu trục để khớp với chi tiết cũ.
• Motor cẩu trục 2 đầu trục dùng để làm gì? Đầu trục thứ hai thường dùng để lắp phanh, bộ hạn chế tốc độ, bộ mã hóa hoặc tay quay cứu hộ, giúp cụm truyền động gọn hơn trên xe con.
• Cầu trục 5 tấn, 10 tấn thường dùng motor bao nhiêu kW? Tùy tốc độ nâng, cầu trục 5 tấn tốc độ khoảng 8 m/phút thường dùng motor nâng khoảng 7.5kw – 11kw; cầu trục 10 tấn tốc độ khoảng 7 m/phút thường dùng 15kw – 22kw. Nên tính lại theo công thức P = m × g × v / (1000 × η × 60).
• Vì sao motor cẩu trục bị nóng nhanh khi nâng tải? Nguyên nhân thường gặp là cầu trục làm việc với hệ số đóng điện cao hơn định mức, tải vượt công suất, điện trở rotor bị cắt không đúng cấp, phanh chưa nhả hết gây kéo rê, hoặc điện áp nguồn thấp.
• Motor cẩu trục có dùng được với biến tần không? Motor lồng sóc YZP được thiết kế để chạy biến tần. Motor rotor dây quấn YZR khi chuyển sang điều khiển biến tần thường phải nối tắt mạch rotor và kiểm tra khả năng làm mát ở tốc độ thấp, nên cần đánh giá theo từng trường hợp.
• Cấp cách điện F và H khác nhau như thế nào? Cấp F chịu nhiệt độ cuộn dây tới khoảng 155°C, đủ cho nhà xưởng thông thường. Cấp H chịu tới khoảng 180°C, dùng cho nhà máy thép, xưởng đúc hoặc nơi nhiệt độ môi trường cao.
• Motor cẩu trục IP44 và IP54 khác nhau ra sao? IP44 chống vật rắn trên 1 mm và nước bắn; IP54 chống bụi tốt hơn và nước bắn từ mọi hướng. Cầu trục ngoài trời, xưởng nhiều bụi nên chọn IP54 kèm mái che motor.
• Làm sao biết motor cẩu trục cũ thuộc loại ruột quấn hay lồng sóc? Motor ruột quấn có hộp vành trượt riêng ở đuôi motor và 3 dây rotor nối ra tủ điện trở; motor lồng sóc chỉ có một hộp đấu dây stator. Tem motor ruột quấn cũng luôn ghi thêm điện áp và dòng điện rotor.

Xem thêm hộp giảm tốc cầu trục ZQ để ghép đúng tỉ số truyền, phanh cầu trục theo mô-men phanh và danh mục thiết bị cầu trục.