Bài tập lớn thiết kế truyền động điện thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ──────── * ─────── Bài Tập Lớn Thiết Kế Truyền Động Điện Thiết kế hệ truyền động cho cấu nâng hạ cầu trục LÊ ĐÌNH NHÀN - 20191997 nhan.ld191997@sis.hust.edu.vn Nhóm: Lớp:137139 Ngành Kỹ thuật điều khiển - Tự động hoá Giảng viên hướng dẫn: PGS TS NGUYỄN QUANG ĐỊCH Chữ ký GVHD Khoa: Tự động hoá HÀ NỘI, 3/2023 Lời nói đầu Trong ngành cơng nghiệp nói chung để giải số cơng việc khó khăn với người việc vận chuyển nguyên vật liệu, hàng hóa nặng cần đến trợ giúp loại máy móc cơng nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục Cùng với tiến kỹ thuật điện tử công suất tin học, hệ truyền động ngày phát triển có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng tiến Cụ thể hệ truyền động đại đáp ứng được: độ tác động nhanh, độ xác điều chỉnh cao mà cịn có giá thành hạ nhiều hệ cũ, đặc điểm quan trọng việc đưa kết nghiên cứu kỹ thuật vào thực tế sản xuất Với hướng dẫn giảng viên Nguyễn Quang Địch nhóm em thực tập lớn “Thiết kế hệ truyền động cho cấu nâng hạ cầu trục” Mặc dù cố gắng việc thực tập lớn kiến thức có hạn nên khơng thể tránh khỏi hạn chế sai sót định Em mong thầy đóng góp ý kiến để tập lớn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC 1.1 Khái quát chung Giới thiệu Cấu tạo Phân loại Đặc điểm cấu tạo cầu trục 1.2 Đặc điểm công nghệ 1.3 Đặc tính phụ tải Đặc tính phụ tải Chế độ làm việc động truyền động Yêu cầu truyền động 10 CHƯƠNG TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ 11 2.1 Lựa chọn loại động 11 2.2 Tính tốn phụ tải tĩnh 11 Phụ tải tĩnh nâng tải 11 Phụ tải tĩnh hạ tải 12 2.3 Chọn sơ công suất động 13 2.4 Kiểm nghiệm động 16 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 17 3.1 Các hệ truyền động dùng cho động điện chiều 17 Dùng hệ truyền động F – Đ 17 Dùng hệ truyền động Xung áp – Động 18 Dùng hệ truyền động T – Đ (Thyristor – Động cơ) 18 3.2 Lựa chọn phương án truyền động 19 3.3 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực 19 Chỉnh lưu Tiristor pha: 19 Chỉnh lưu điều khiển hình tia pha 20 Chỉnh lưu cầu pha 21 Kết luận: 22 3.4 Lựa chọn phương án đảo chiều 22 Khái quát chung 22 phần ứng Các phương pháp đảo chiều quay động nhờ đảo chiều dòng 22 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ truyền động 24 CHƯƠNG TÍNH TOÁN MẠCH LỰC 26 4.1 Tính tốn máy biến áp nguồn 26 áp Xác định điện áp không tải chỉnh lưu thông số máy biến 26 4.2 Xác định tham số mạch chỉnh lưu 28 4.3 Tính tốn cuộn kháng lọc 29 4.4 Tính tốn bảo vệ mạch lực 30 Bảo vệ nhiệt 30 Bảo vệ tải 30 Bảo vệ ngắn mạch 31 Bảo vệ áp cho van 31 Lựa chọn thiết bị đo 31 CHƯƠNG TỔNG HỢP MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH 32 5.1 Mơ hình tốn học động điện chiều 32 5.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 33 5.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 35 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC 1.1 Khái quát chung Giới thiệu Cầu trục kết cấu dầm hộp dàn, đặt xe có cấu nâng Dầm cầu chạy đường ray đặt cao dọc theo nhà xưởng, cịn xe chạy dọc theo dầm cầu trục, nhờ mà di chuyển vật đến vị trí xưởng Cầu trục sử dụng phổ biến nhiều ngành, lĩnh vực khác nhà máy, xí nghiệp, cơng trường xây dựng, hải cảng Cấu tạo Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cầu trục Cấu tạo cầu trục thể hình 1.1, gồm phận chính: Xe cầu: Là khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm dầm chế tạo thép, đặt cách khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe con, bao quanh dàn khung Hai dầm cầu liên kết khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật mặt phẳng ngang Các bánh xe cầu trục thiết kế dầm ngang khung để cầu trục chạy dọc suốt nhà xưởng cách dễ dàng Xe con: Là phận chuyển động đường ray xe cầu, có đặt cấu nâng hạ cấu di chuyển cho xe Tùy theo công dụng cầu trục mà xe có hai, ba cấu nâng hạ, gồm cấu nâng hai cấu nâng phụ Xe di chuyển xe cầu xe cầu di chuyển dọc theo phân xưởng nhà máy đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến nơi phân xưởng - Cơ cấu nâng - hạ Có hai loại chính: Loại dùng cho cầu trục dầm palăng điện palăng tay Palăng điện hay palăng tay có khả di chuyển dọc theo dầm để - nâng hạ vật Các loại palăng chế tạo theo tải trọng tốc độ nâng yêu cầu Đối với loại dầm thông thường, cấu nâng hạ chế tạo đặt xe để di chuyển dọc theo dầm Trên xe có từ đến ba cấu nâng hạ Ngồi cịn có cấu phanh hãm Phanh dùng dùng cầu trục có ba loại: phanh guốc, phanh đĩa phanh đai Nguyên lí hoạt động loại phanh giống Cơ cấu phanh hãm gồm có: - Má phanh - Cuộn dây nam châm phanh - Đối trọng phanh - - - - Phân loại Có thể phân loại cầu trục theo tiêu chí sau: Theo hình dạng phận nâng hạ mục đích sử dụng: + Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn + Cầu trục dùng gầu ngoạm + Cầu trục dùng nam châm điện Theo tải trọng: + Loại nhẹ: 10 + Loại trung bình: từ 10 tới 15 + Loại nặng: 15 Theo chế độ làm việc: + Loại nhẹ: hệ số tiếp điện TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt 60 + Loại trung bình: TĐ%= 15÷25%, số lần đóng cắt 120 + Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt 240 Theo chức năng: + Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ xác khơng cao + Cầu trục lắp ráp: sử dụng phân xưởng khí, yêu cầu độ xác cao Đặc điểm cấu tạo cầu trục Cầu trục thường chế tạo với thơng số: Tải trọng nâng: Q = ÷ 500 Tải trọng móc nâng: Q0 = 50 Kg Chiều cao nâng: Hmax = 16 m Vận tốc nâng: Vn = ÷ 40 m/phút Vận tốc di chuyển xe con: Vxmax = 60 m/phút Vận tốc di chuyển cầu trục: Vcmax = 60 m/phút Cầu trục có Q > 10 thường trang bị hai ba cấu nâng, gồm cấu nâng hai cấu nâng phụ, lắp xe 1.2 Đặc điểm công nghệ Cầu trục làm việc mơi trường nặng nề ngồi hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim Yêu cầu làm việc chế độ đóng cắt cao đảm bảo tin cậy điều kiện môi trường Ngồi ra, tùy theo q trình cơng nghệ mà ta có số yêu cầu như: - Cầu trục vận chuyển sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ xác khơng cao - Cầu trục lắp ráp thường sử dụng phân xưởng khí, dùng để lắp ghép chi tiết khí nên yêu cầu độ xác cao - Các khí cụ điện, thiết bị điện hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao suất, an toàn vận hành khai thác Từ đặc điểm đưa yêu cầu hệ thống trang bị điện cấu: - Các phần tử cấu thành hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậy cao - Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ tải ngắn mạch - Quá trình mở máy diễn theo quy luật định sẵn - Sơ đồ điều khiển cho động riêng biệt, độc lập - Có cơng tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hành trình lên cấu nâng hạ - Đảm bảo hạ hàng tốc độ thấp Gia tốc cấu nâng hạ khơng q 0,5 m/s2 - Phải có biện pháp an toàn để dừng khẩn cấp cố đảm bảo an tồn cho người hàng hóa - Tự động cắt nguồn có người làm việc xe cầu 1.3 Đặc tính phụ tải Đặc tính phụ tải Momen cản cấu không đổi độ lớn chiều chiều quay động thay đổi Nói cách khác, momen cản cấu nâng hạ thuộc loại momen cản năng, có đặc tính Mc = constant khơng phụ thuộc vào chiều quay Điều giải thích dễ dàng momen cấu trọng lực tải gây Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức hướng ngược chiều quay Khi hạ tải, momen lại momen gây chuyển động, tức hướng theo chiều quay động Dạng đặc tính cấu nâng hạ sau: Hình 1.2 Đặc tính cấu nâng hạ Từ đặc tính cấu nâng hạ ta có nhận xét: - Khi nâng tải động làm việc chế độ động - Khi hạ tải có hai chế độ: hạ động lực hạ hãm + Hạ động lực thực tải trọng nhỏ, mômen tải trọng gây không đủ để thắng mômen ma sát cấu Máy điện làm việc chế độ động + Hạ hãm thực tải trọng lớn, mơmen tải trọng gây lớn Máy điện phải làm việc chế độ hãm để giữ cho tải trọng hạ với tốc độ ổn định Chế độ làm việc động truyền động Hình 1.3 Trạng thái làm việc động truyền động cầu trục Ở góc phần tư thứ I: Máy điện làm việc chế độ động (đường 1): M = Mc + Mms Với: M: momen động sinh Mc: momen cản tải trọng gây Mms: momen cản ma sát gây Đối với động nâng hạ làm việc chế độ nâng hàng, động di chuyển làm việc chế độ chạy tiến Ở góc phần tư thứ II: Máy điện làm việc chế độ hãm Đối với cấu di chuyển, đường thực hãm tái sinh có ngoại lực tác dụng chiều với chuyển động cấu Còn cấu nâng hạ thực hãm động (đường 3) Ở góc phần tư thứ III: Máy điện làm việc chế độ động Đối với cấu di chuyển tương ứng với chạy lùi Còn cấu nâng hạ: Mc < Mms M = Mms - Mc Chế độ gọi chế độ hạ động lực Ở góc phần tư thứ IV: Máy điện làm việc chế độ máy phát Đối với cấu nâng hạ: Mc > Mms M = Mc - Mms Hàng hạ tải trọng Cịn động đóng điện nâng đề hãm tốc độ hạ hàng Lúc động làm việc chế độ hãm ngược (đường 2) Khi thực hạ động lực, động làm việc chế độ hãm tái sinh (máy phát) với tốc độ hạ lớn tốc độ đồng (đường 4) Yêu cầu truyền động Chế độ làm việc: Động truyền động cấu nâng hạ nói chung có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn Vấn đề đảo chiều: Động cầu trục phải có khả đảo chiều quay, có momen thay đổi theo tải trọng rõ rệt Theo khảo sát từ thực tế khơng có tải trọng, momen động khơng vượt q (15÷20%) Mđm Đối với cấu nâng hạ cầu trục gầu ngoạm tới 50% Mđm Yêu cầu khởi động hãm: Trong hệ thống truyền động cấu nâng hạ nói chung cầu trục nói riêng, yêu cầu trình tăng tốc giảm tốc phải êm Bởi vậy, momen động trình độ phải hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn Ở máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường quy định theo khả chiu đựng phụ tải động Đối với cấu nâng hạ cầu trục gia tốc phải nhỏ 0,5m/s2 để không làm đứt cáp Thời gian khởi động nhỏ 2s Sử dụng phanh hãm chuẩn bị dừng điện phanh hãm phải dừng hệ truyền động trạng, tránh rơi tự Phải dừng xác nơi lấy tải hạ tải hay dừng xác tốc độ thấp Phạm vi điều chỉnh: Trong cấu nâng hạ cầu trục phạm vi điều chỉnh khơng cao Ở cầu trục thơng thường D < 3, cầu trục lắp ráp D > 10 Độ xác điều chỉnh u cầu khơng cao, khoảng 5% Yêu cầu truyền động trạng thái bất bình thường, hãm khẩn cấp, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột: Các phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt trục, điện hay xảy cố đảm bảo an toàn cho người vận hành thiết bị Để đảm bảo điều này, sơ đồ điều khiển phải có cơng tắc hành trình để hạn chế chuyển động cấu Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột phải dừng xác u cầu nguồn trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cấu cầu trục không vượt 500V Điện áp chiếu sáng không vượt 220V Đa số làm việc môi trường nặng nề, đặc biệt hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa… nên khí cụ hệ thống truyền động trang bị điện cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, suất điều kiện khắc nghiệt, đơn giản thao tác 10 3.4.3.4 Nguyên lí làm việc mạch động lực + Để khởi động, đóng ATM cấp điện cho BA, ấn nút khởi động, công tắc tơ K đóng cấp điện cho BBĐ thyristo cấp nguồn cho phần ứng động chỉnh lưu điốt cấp nguồn cho cuộn kích từ động CKĐ Ta đồng thời cấp xung điều khiển cho BBĐ1 BBĐ2, BBĐ1 làm việc BBĐ2 trạng thái chờ ngược lại) Động Đ cấp nguồn, quay kéo theo máy phát tốc (FT) quay đưa tín hiệu phản hồi âm tốc độ mạch điều khiển để ổn định tốc độ + Khi muốn dừng ấn nút dừng mạch khống chế cắt nguồn, K mở tiếp điểm, động điện, mạch điện thực hãm tái sinh tra lượng lưới, động dừng + Hoạt động BBĐ: - Hai biến đổi BBĐ1, BBĐ2 hai chỉnh lưu cầu pha đối xứng mắc song song ngược Mỗi có hai nhóm triristo nhóm anốt chung nhóm katốt chung Mối nhóm van tên BBĐ có van vị trí giống nhau, việc khống chế BBĐ theo nguyên tắc điều khiển chung Do xét BBĐ ta xét hoạt động bộ, cịn hồn tồn tương tự Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực truyền động cầu trục 25 CHƯƠNG TÍNH TỐN MẠCH LỰC 4.1 Tính tốn máy biến áp nguồn Chọn kiểu máy biến áp máy biến áp khô pha, trụ có sơ đồ đấu dây ∆/Υ, làm mát khơng khí tự nhiên Việc chọn sơ cấp đấu ∆ có tác dụng triệt tiêu sóng điều hịa bậc nên dạng sóng điện áp sin Dựa vào thông số tải chỉnh lưu ta tính thơng số máy biến áp Xác định điện áp không tải chỉnh lưu thông số máy biến áp Bộ biến đổi chỉnh lưu thyristor cần có giá trị điện áp không tải đãm bảo cấp cho động điện chiều có tham số: suất điện động định mức (Eưđm), sụt áp tổng mạch dòng phản ứng cực đại (Iưmax) Cụ thể: γ1Ud0 cosαmin = γ2 Eưđm + ΣUv + Iưmax RưΣ + ∆Uγmax Trong đó: Ud0 γ1 γ2 - điện áp khơng tải chỉnh lưu hệ số tính đến suy giảm điện áp lưới, γ1 = 0,95 hệ số dự trữ máy biến áp , γ2 = 1,04 ÷ 1,06 αmin ΣUv RưΣ - góc điều khiển cực tiểu Đối với sơ đồ đảo chiều, αmin= 120 tổng sụt áp van điện trở đẳng trị tổng quy đổi mạch chiều Iưmax - dòng phần ứng cực đại, nằm khoảng ( 2÷ 2,5 ) Iưđm Sụt áp cực đại trùng dẫn tính: U  max = U  dm Trong đó: Idđm ∆Uγđm - I u max I udm I udm I ddm dòng định mức biến đổi sụt áp trùng dẫn định mức, xác định: ∆Uγđm = Ud0.UK Yγ UK: điện áp ngắn mạch ( % ) Yγ : sơ đồ xung 12 xung, Yγ = 0,5 Nếu Iưđm = Idđm, ta có: U d0 = λ= γ E udm + ΔU v +R u I umax γ1cosα -Yγ U k λ I umax I udm 26 Thay số vào, ta có: Idđm = Iưđm = 86 (A) Iưmax = Iưđm = 2.86 = 172 (A) Eưđm = Uđm – Rư Iưđm = 220 – 0,17 86 = 205,38 (V) λ= I umax =2 I udm U d0 = U2 = γ E udm + ΔU v +R u I umax γ1cosα -Yγ U k λ = 1,05  205,38 + 2,2 + 0,17  172 = 296,8 0,95cos(12o ) − 0,5  0,05  U d 296,8 = = 126,85 2,34 2,34 Biến áp đấu theo kiểu ∆/Y, điện áp lưới 380 V Hệ số biến áp: U1 380 k ba = = =3 U2 126,85 Dòng điện cuộn thứ cấp: I2 = 0,816Id = 0,816.86 = 70,176 (A) Dòng điện cuộn sơ cấp: I2 70,176 I1 = = = 23,34 (A) k ba Thông số máy biến áp Công suất biến áp: Điện áp thứ cấp: Sba = 22962VA = 2,3 KVA U2 = 126,85 V Điện áp sơ cấp: U1 = 380 V Hệ số máy biến áp: kba = Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp: I2 = 70,176 A Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp: I1 = 23,34 A Tính toán sơ mạch từ máy biến áp : Tiết diện trụ lõi thép biến áp tính theo cơng thức: 𝑄𝐹𝑒 = 𝑆𝑏𝑎 𝐾𝑄 √ 𝑚.𝑓 = √ 22962 3.50 = 74,23 (𝑐𝑚2 ) KQ : Hệ số phụ thuộc làm mát (Chọn KQ = 6) 27 Tính số vòng dây mỗi cuộn máy biến áp 𝑈 𝑊= 4,44 𝑓 𝑄𝐹𝑒 𝐵 10−4 Trong đó: W - số vịng dây cuộn dây U - điện áp cuộn dây B - từ cảm vào khoảng (1÷1,8)Tesla Số vòng dây cuộn sơ cấp MBA : 𝑊1 = 𝑈1 4,44.𝑓 𝑄𝐹𝑒 𝐵.10−4 = 380 4,44.50.74,23.10−4 1,3 = 174 vòng Số vòng dây cuộn thứ cấp MBA : 𝑊2 = 𝑈2 4,44.𝑓 𝑄𝐹𝑒 𝐵.10−4 = 126,85 4,44.50.74,23.10−4 1,3 = 60 vòng 4.2 Xác định tham số mạch chỉnh lưu Dòng điện van thỏa mãn: Iv > k iv Itbv Trong đó: Iv - dịng trung bình van chọn k iv - hệ số dự trữ dòng điện cho van Tải động có dịng điện lớn nên hệ số dự trữ nằm khoảng (1,5÷ 2) Chọn K iv = 1,5 Với chỉnh lưu cầu pha dịng trung bình qua Thyristor: Id 86 Itbv = = = 28,67 (A) 3 Do cần chọn van có dịng trung bình thỏa mãn: Iv > k iv Itbv = 1,5.28,67 = 43 (A) Điện áp van chọn phải thỏa mãn: Uv > k uv Ungmax Trong đó: • k uv - hệ số dự trữ điện áp cho van, Chọn k uv = 1,6 • Ungmax - điện áp ngược max van, tính bởi: Ungmax = 2,45U2 = 2,45.126,85 = 310,78 (V) Do thyristor cần phải chịu điện áp ngược cực đại là: UTmax = 1,6.310,78 = 497,25 (V) Chọn thyristor NO44RH05 có thơng số: It – 100 ( A ) – 100 ( A ) Igt Vgt – Vdrm – Tc – 500 85 (V) (V) ( oC ) 28 4.3 Tính tốn cuộn kháng lọc Sự đập mạch điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải đập mạch theo, làm xấu chất lượng điện chiều, tải cịn có động điện chiều nên làm xấu trình chuyển mạch cổ góp động cơ, đồng thời gây tổn hao dạng nhiệt động Các lọc chiều thường dùng hệ số san 𝑘𝑠𝑏 để đánh giá hiệu k sb = lọc: kđmv kđmr Trong : k đmv - hệ số đập mach đầu vào, thường sơ đồ chỉnh lưu đứng trước lọc k đmr - hệ số đập mạch đầu ra, lọc phải có tác dụng giảm độ đập mạch phải có k đmr < k đmv Trong tính tốn kđm thường xác định theo hệ số đập mạch tương đối k*đm phụ thuộc góc α: k đmvmax = k∗đm cosαmax Với cầu trục thông thường dải điều chỉnh tốc độ D ≤ 𝟑 ωĐđm nđm 2π 690.2π ωĐmin = = = = 24,08 (𝑟𝑎d⁄s) D D 60 3.60 Điện áp nhỏ động là: UĐmin = kΦđm ωĐmin + IĐ R ưĐ = 2,84.24,08 + 86.0,17 = 83 (V) Trong đó: kΦđm = UĐđm −IĐ RưĐ ωĐđm = 220−86.0,17 72,25 = 2,84 (Wb) Lại có: 𝑈𝑑𝑚𝑖𝑛 = 2,34𝑈2 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑚𝑎𝑥 = UĐđm + ΣΔUV + ΔUba + ΔULd UĐmin + ΣΔUV + ΔUba + ΔULd ⇒ cosαmax = 2,34U2 83 + 3,5 + 17,6 + 13,2 ⇒ cosαmax = = 0,4 2,34.126,85 Hình 4.1 Hệ số đập mạch 29 ∗ Tra đồ thị với 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑚𝑎𝑥 = 0,4 ta hệ số đập mạch tương đối 𝑘đ𝑚 = 0,31 Hệ số đập mạch k đmvmax = k∗đm cosαmax = 0,31 0,4 = 0,775 Chọn yêu cầu hệ số đập mạch khơng lớn 0,1 kđmv Khi hệ số san lọc là: k sb = Giá trị điện cảm lọc: L = Rd mđm ωf kđmr = 0,775 0,1 = 7,75 k sb Ud 296,8 - R d tổng tất điện trở tải :R d = - mđm số lần đập mạch điện áp chỉnh lưu mđm = - ωf tần số góc điện áp xoay chiều ωf = 2πf = 2π 50 = 314 (rad/s) Id = 86 = 3,45 (Ω) Thay vào công thức ta được: 3,45.7,75 L= = 14,2 10−3 (H) = 14,2 mH 6.314 4.4 Tính tốn bảo vệ mạch lực Bảo vệ nhiệt Van bán dẫn bị hỏng nhiệt độ mặt ghép vượt giá trị cho phép Khi van làm việc, nhiệt độ mặt ghép tăng lên nguyên nhân sau: Dòng rò chạy qua van khóa Điện áp thuận rơi van dẫn Tổn hao xung kích để mở van Tổn hao chuyển mạch, phụ thuộc vào hệ số chuyển mạch Ở ta xét tổn hao điện áp thuận rơi van, bỏ qua tổn hao khác không đáng kể Công suất tổn hao: ∆P = ∆U Itbv Trong đó: ∆P: Tổn hao công suất van ∆U: Điện áp rơi van Itbv: Dịng trung bình qua van ∆P = ∆U Itbv = 2.28,67 = 57,3 W Do tổn thất nhỏ nên ta sử dụng làm mát tản nhiệt dùng quạt gió Bảo vệ tải Để bảo vệ van không bị tải, ta mắc aptomat đầu vào biến đổi Khi biến đổi bị tải, aptomat tác động cắt biến đổi khỏi lưới Dòng định mức aptomat thường chọn từ 1,1 ÷ 1,3 giá trị dịng định mức biến đổi 30 Vậy chọn aptomat có: IAđm = 1,3 Id = 1,3 86 = 112 (A) UAđm = 220V Bảo vệ ngắn mạch Dùng cầu chì dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch cho thyristor, ngắn mạch đầu cho chỉnh lưu, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp Nhóm cầu chì thứ nhất: bảo vệ ngắn mạch thứ cấp máy biến áp Nhóm cầu chì thứ hai: bảo vệ ngắn mạch cho chỉnh lưu Dịng định mức nhóm cầu chì: Nhóm 1: ICC1đm = 1,3 I2 = 1,3 70,176 ≈ 90 ( A ) Nhóm 2: ICC2đm = 1,3 86 = 112 (A) Bảo vệ áp cho van Bảo vệ áp cho thyristor thực cách mắc mạch R – C song song với thyristor Khi có chuyển mạch, biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm, gây điện áp thyristor Mắc thêm mạch R - C, có chuyển mạch, điện tích tích tụ hai cực phóng thời gian ngắn, khiến cho thyristor không bị áp Chọn: R = 20 Ω ; C = 0,4 𝜇𝐹 Lựa chọn thiết bị đo Đo tốc độ: Sử dụng encoder EINS90 hãng MAYLE Đo dòng: Sử dụng biến dòng Selec SPCT 31 CHƯƠNG TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH 5.1 Mơ hình tốn học động điện chiều Hình 5.1 Giản đồ thay động điện chiều Phương trình momen điện từ động cơ: M dt = k    I u Phương trình đặc tính cơ: = Uu k  − Ru M (k   )2 Nếu thông số động khơng đổ viết phương trình mơ tả sơ đồ thay hình 5.1 sau: UK(p) = RK IK(p) + NK p ΦK(p) Trong đó: Nk – số vịng dây cuộn kích từ Rk – điện trở dây quấn kích từ Mạch phần ứng: U(p) = Rư.I(p) + Lư.p.I(p) ± NN.p.Φ(p) + E(p) Phương trình chuyển động hệ thống: M(p) – Mc(p) = J.p.ω Khi dịng điện kích từ động khơng đổi, từ thơng kích từ nam châm vĩnh cửu từ thơng kích từ số: KΦ = const = Cu U(p) = R Iư (p).(1+ p Tư ) + Cu ω(p) Cu I(p) - MC (p) = J.p.ω(p) 32 Hình 5.2 Sơ đồ cấu trúc động từ thông không đổi Đặt: Kđ = 1/Cu Tc = R uJ C2u - hệ số khuếch đại động - số thời gian học Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc thu gọn theo tốc độ Hình 5.4 Sơ đồ cấu trúc thu gọn theo dòng điện 5.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện Mạch vòng điều chỉnh dòng điện mạch vịng có tính chất định đến chất lượng điều chỉnh hệ thống, có chức trực tiếp hay gián tiếp xác định momen kéo động cơ, ngồi cịn có chức bảo vệ, điều chỉnh gia tốc 33 Hình 5.5 Cấu trúc mạch vịng điều chỉnh dịng điện Trong đó: Tf , Tvo,Tđk , Tvo , TI số thời gian khâu lọc, mạch điều khiển, mạch đo dòng điện Rư : điện trở mạch phần ứng Tư: số thời gian điện từ KCL: số khuếch đại mạch chỉnh lưu Ki: hệ số khuếch đại khâu đo dòng Hàm truyền mạch vòng điện: 𝑆𝑜𝑖 (𝑝) = 𝐾𝑐𝑙 𝐾𝑖 /𝑅𝑢 (1 + 𝑝𝑇𝑓 )(1 + 𝑝𝑇đ𝑘 )(1 + 𝑝𝑇𝑣𝑜 )(1 + 𝑝𝑇𝑢 )(1 + 𝑝𝑇𝑖 ) Đặt 𝑇𝑠 = 𝑇𝑓 + 𝑇đ𝑘 + 𝑇𝑣𝑜 + 𝑇𝑖 ta có cơng thức gần đúng: 𝑆𝑜𝑖 (𝑝) = 𝐾𝑐𝑙 𝐾𝑖 𝑅𝑢 (1 + 𝑝𝑇𝑢 )(1 + 𝑝𝑇𝑠 ) Áp dung tiêu chuẩn tối ưu modun, ta tìm hàm truyền điều chỉnh dịng: + 𝑇𝑢 𝑝 𝑅𝑖 (𝑝) = 𝐾𝑐𝑙 𝐾𝑖 𝑎𝑇𝑠 𝑝 𝑅𝑢 Thông số động cơ: 𝑃đ𝑚 = 16kW 𝑈đ𝑚 = 220V 𝑛đ𝑚 = 690 vòng/phút 𝐼đ𝑚 = 86 A Ta có: 𝜔 = 72,3 (rad/s) kϕ = 2,84 (s) 𝐿ư = 𝐾𝐿 𝑈đ𝑚 𝐼đ𝑚 𝑍𝑝 𝑛đ𝑚 = 2,6mH Trong đó: KL hệ số 1,4- 1,9 => chọn KL=1,4 34 Zp : số đôi cực = Hằng số mạch phần ứng: 𝑇ư = 𝐿ư 𝑅𝑢 = 2,6 10−3 0,17 = 0,015(s) Momen quán tính phần chuyển động quy đổi trục cơ: M(p) - 𝑀𝑐 (𝑝) = 𝐽𝑝 𝜔(𝑝) -> 𝐽𝑝 = 𝑀(𝑝)− 𝑀𝑐(𝑝) 𝜔(𝑝) Trường hợp 𝑀𝑐 = 0: 𝐽𝑝 = 𝑀(𝑝) 𝐾𝜙 𝐼đ𝑚 2,84.86 = = = 3,38 (𝑘𝑔𝑚2 ) 𝜔(𝑝) 𝜔 72,3 Hằng số thời gian học: 𝐽 𝑅𝑢 3,38.0,17 = = 0,07 (𝑠) 𝐶𝑢2 2,842 Hằng số thời gian biến đổi: 1 𝑇𝑣𝑜 = = = 0,00167 (𝑠) 2𝑚𝑓 2.6.50 Hằng số thời gian mạch chỉnh lưu: 𝑇đ𝑘 = 0,001 (𝑠) 𝑇𝑐 = Hằng số thời gian khâu phản hồi: 𝑇𝑖 = 0,001 (𝑠) Hằng số thời gian khâu lọc : 𝑇𝑓 = 0,001 (𝑠) Hệ số biến đổi mạch chỉnh lưu: ∂ 𝑈𝑑 220 𝐾𝑐𝑙 = = = 18,3 ∂𝛼 12 Hệ số hàm truyền phản hồi dòng điện: 𝑈𝑖 (𝑝) 12 𝐾𝑖 = = = 0,14 𝐼𝑢 (𝑝) 86 Vậy, hàm truyền điều chỉnh dòng điện: + 𝑇𝑢 𝑝 + 0,015𝑝 + 0,015𝑝 𝑅𝑖 (𝑝) = = = 𝐾𝑐𝑙 𝐾𝑖 18,3.0,14 0,11𝑝 𝑎𝑇𝑠 𝑝 2.0,00167𝑝 𝑅𝑢 0,17 Hàm truyền mạch vòng dòng điện thu là: 𝐼(𝑝) 1 1 = = 2 𝑈𝑖𝑑 (𝑝) 𝐾𝑖 + 2𝑇𝑠 𝑝 + 2𝑇𝑠 𝑝 0,14 + 0,14𝑝 + 0,142 𝑝2 5.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ Để đảo chiều quay, hệ thống dung biến đổi: BBĐ1 BBĐ2, mắc song song ngược Các máy phát xung FX1 FX2 phát xung điều khiển biến đổi Các điều chỉnh dòng điện 𝑅𝑖1 xensơ dòng 𝑆𝑖1 , 𝑅𝑖2 xensơ dòng 𝑆𝑖2 tạo thành mạch vịng điều khiển 35 Hình 5.6 Sơ đồ khối hệ T - Đ đảo chiều Hình 5.7 Sơ đồ cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ Để tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ, ta sử dụng biểu thức kết tổng hợp mạch vòng dòng điện, bỏ qua sức điện động động cơ: 𝐼 (𝑝 ) 1 = 𝑈𝑖𝑑 (𝑝) 𝐾𝑖 + 2𝑇𝑠 𝑝(1 + 𝑇𝑠 𝑝) Để thuận tiến tính tốn, ta dung cơng thức gần đúng: 𝐼(𝑝) 1 = 𝑈𝑖𝑑 (𝑝) 𝐾𝑖 + 2𝑇𝑠 𝑝 Hàm truyền khâu quán tính với hệ số truyền Kω số thời gian lọc Tω Thường Tω có giá trị nhỏ, đặt 2T’s = 2Ts + Tω, đối tượng điều chỉnh có hàm truyền: 𝑅𝑢 𝐾𝜔 𝑆02 (𝑝) = 𝐾𝑖 𝐾𝜙 𝑇𝑐 𝑝(2𝑇𝑠; 𝑝 + 1) 2𝑇𝑠 + 𝑇𝜔 2.0,0037 + 0,001 = = 0,0042 2 𝑇𝑐 = 0,07 (𝑠) 𝑇𝜔 = 0,001 (𝑠) 𝑇𝑠′ = 𝐾𝑖 = 0,14 𝑇𝑠 = 0,0037 (𝑠) 36 Khi 𝜔 = 𝜔 đ𝑚 , 𝑈𝜔 = 10 (𝑉 ): 𝐾𝜔 = 𝑈𝜔 𝜔 = 10 72,3 = 0,14; Theo tiêu chuẩn modun tối ưu, xác định hàm truyền điều chỉnh tốc độ : 𝑅𝜔 (𝑝) = 𝑅𝑢 𝐾𝜔 𝐾𝑖 𝐾𝜙 𝑇𝑐 2𝑇𝑠′ 𝑎2 = 𝐾𝑝 với 𝑎2 =2 => 𝑅𝜔 (𝑝) = Hàm truyền hệ kín mạch tốc độ: 𝜔 (𝑝) 𝑈𝑣𝑑 (𝑝) = 𝐾𝜔 0.17 0,14.1 0,14.0,07.2,84.2.0,0042.2 = 50,9 4𝑇𝑠′ 𝑝(1+𝑇𝑠 𝑝)+1 Thay số ta có: 𝜔 (𝑝) 1 = 𝑈𝑣𝑑 (𝑝) 0,14 4.0,0042𝑝(2.0,0037𝑝 + 1) + 1 = 0,14 0,12 10−4 𝑝2 + 0,0168𝑝 + 37 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài em hồn thành có kiến thức về: Thiết kế hệ thống truyền động điện cho cấu nâng hạ cầu trục Bài tập lớn sở kiến thức quan trọng để sau em áp dụng kiến thức học để áp dụng thực tế công việc kỹ sư Trong trình làm tập lớn, điều kiện khách quan lượng kiến thức thân hạn chế nên chắn thiếu sót, em mong nhận sử bảo thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm Em xin chần thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Quang Địch thầy cô giáo môn nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành tập lớn 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Điều chỉnh tự động Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – NXB khoa học kỹ thuật – 2004 [2] - Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh ĐH Bách Khoa Hà Nội – 2000 [3] - Lý Thuyết điều khiển tự động - Phạm Công Ngô - NXB khoa học kỹ thuật - 2001 [4] – Truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – NXB Khoa học kỹ thuật - 2001 39 ... phận chuyển động đường ray xe cầu, có đặt cấu nâng hạ cấu di chuyển cho xe Tùy theo công dụng cầu trục mà xe có hai, ba cấu nâng hạ, gồm cấu nâng hai cấu nâng phụ Xe di chuyển xe cầu xe cầu di chuyển... tính cấu nâng hạ sau: Hình 1.2 Đặc tính cấu nâng hạ Từ đặc tính cấu nâng hạ ta có nhận xét: - Khi nâng tải động làm việc chế độ động - Khi hạ tải có hai chế độ: hạ động lực hạ hãm + Hạ động lực... cấu nâng hạ cầu trục gầu ngoạm tới 50% Mđm Yêu cầu khởi động hãm: Trong hệ thống truyền động cấu nâng hạ nói chung cầu trục nói riêng, yêu cầu trình tăng tốc giảm tốc phải êm Bởi vậy, momen động