thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng gópvai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm.Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện

Mục lục

Mục lục 1

Lời nói đầu 3

CHƯƠNG I :Tổng quan về công nghệ 4

I Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục 4

II Khảo sát đặc tính phụ tải 5

III Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng 6

Chơng II:Tính công suất động cơ truyền động 11

I Chọn loại động cơ 11

II Tính toán chọn động cơ : 11

III Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 12

IV Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối 12

Chơng III:Chọn phơng án truyền động 14

I Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto 14

II Chọn động cơ truyền động 16

1 Chọn sơ bộ loại động cơ 16

2 Kiểm nghiệm lại động cơ 16

III Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto 19 Nguyên lý làm việc: 21

IV Tính toán mạch lực 22

1 Tính điện trở điều chỉnh: 22

2 Tính toán bộ chỉnh lu Roto 24

3 Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor 28

4 Tính toán các thiết bị đo: 29

Chơng IV:Tổng hợp mạch vòng 33

I Khái quát chung 33

II Tổng hợp mạch vòng: 35

1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 36

2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 38

Chơng V:Thiết kế tính toán mạch điều khiển 41

I Giới thiệu chung về mạch điều khiển 41

1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 41

Nguyên lý làm việc của sơ đồ: 41

II Tính toán mạch điều khiển: 42

1 Bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện (khâu 1 và 2) 42

2 Khâu tạo xung răng ca: (khâu 3) 42

3 Khâu so sánh (khâu 4) 43

4 Khâu phát xung chùm (khâu 9) 44

5 Phần trở AND (khâu 7 và khâu 8) 45

6 Phần tử cộng đảo NOR (khâu 6) 45

7 Khâu đo điện áp tụ C (khâu 10) 46

8 Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung (khâu 11 và 12) 46

9 Sơ đồ nguyên lý 49

10 Tính toán thông số nguồn nuôi 49

Mô phỏng hệ thống bằng matlab 52

Kết Luận 54

Tài liệu tham khảo 55

Lời nói đầu

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sảnxuất Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng gópvai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm.Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tinhọc, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi

đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến bộ trên Cụ thể là các hệ truyền

động hiện đại không những đáp ứng đợc độ tác động nhanh, độ chính xác

điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc điểm nàyrất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vàothực tế sản xuất

Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển

động điện em đợc giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:

Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nênchắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy

đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I :TổNG quan về công nghệ

Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khácnhau nh các phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờngxây dựng, cầu cảng Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên

để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thànhphẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy nâng chuyển góp phầnquan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến năng suất của cả dây chuyềnsản xuất ở các nghành nói trên Vì vậy, thiết kế hệ truyền động cần trục ởcơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thờicũng phải đảm bảo tính kinh tế Trớc khi đi vào thiết kế hệ truyền độngcho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số đặc

điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầutruyền động cầu trục

I Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.

Cần trục thờng có ba chuyển động:

 Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải )

 Chuyển động ngang của xe trục

 Chuyển động dọc của xe cầu

Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền độngcho riêng cơ cấu nâng hạ Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệtruyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những điểmcơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục

 Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền độngtrong cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắnhạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện lớn

 Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cầntrục, nhất là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay,

có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Theo khảo sát từ thực

tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơ không

v-ợt quá (15  20)%Mđm; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm

đạt tới 50% Mđm

 Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền độngcác cơ cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốcphải êm, đặc biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách.Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợchạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn ở các máy nâng tảitrọng, gia tốc cho phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu

đựng phụ tải động của các cơ cấu Đối với cơ cấu nâng hạ cầntrục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s2 để không giật

đứt dây cáp Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải

có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và có các đờng đặc tính cơ thoảmãn yêu cầu công nghệ Đó là các yêu cầu về dừng máy chínhxác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều đờng đặctính trung gian để mở hãm máy êm

 Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông ờng D  3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10  1) hoặc lớn hơn Độchính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thờng trong khoảng

th-5%

 Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phậnchuyển động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khimất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vận hành và các bộ phậnkhác trong hệ thống sản xuất Để đảm bảo an toan cho ngời vàthiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hànhtrình để hạn chế chuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vịtrí giới hạn Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần hạn chế hành trìnhlên mà không cần hạn chế hành trình hạ

 Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấpcho cần trục không vợt quá 500V Mạng điện xoay chiều haydùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V Điện ápchiếu sáng không vợt quá 220V Không đợc dùng biến áp tự ngẫu

để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa Do đa số đều làmviệc trong môi trờng nặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máyhoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa Nên các khí cụ điệntrong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nânghạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất,

an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trờng, hơn nữalại phải đơn giản trong thao tác.

Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết

bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Số lợng hàng bốc xúc trong mỗichu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải đối với

động cơ chỉ đạt (60  70%) công suất định mức của động cơ

II Khảo sát đặc tính phụ tải.

Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền

động có ý nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữaphơng án truyền động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ Vì trạngthái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (Mđ) do độngcơ sinh ra và momen cản tĩnh (Mc) của phụ tải của máy quyết định

Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấusản xuất luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của độngcơ có thay đổi thế nào Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạthuộc loại momen cản thế năng có đặc tính Mc=const và không phụ thuộcvào chiều quay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu

do trọng lực của tải trọng gây ra Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải)momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động; tức là hớng ngợc chiềuquay động cơ Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momengây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ

Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:



M

H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ

M

C

Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:

+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì Mđ làmômen hãm, Mc là mô men gây chuyển động

+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động

Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc

điều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy pháthay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải Phụ tải của cần trục có thểbiến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rấtlớn Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải Khi hạ không tải, trọng l-ợng của móc câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động,nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo chiều hạ Khi hạ những tảitrọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết mà động cơ còn

bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó Khi đó, muốn hạn chế

và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định

III Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu

và vật nâng gây ra Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cápmột đầu và loại có dây cáp hai đầu Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đềcập tới loại dùng cáp một đầu đợc sử dụng rộng rãi trong các cần trục,palăng trong các phân xởng lắp ráp

a Phụ tải tĩnh khi nâng tải.

Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:

H2 Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục

Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất P ; bộ truyềntrung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất 0.

Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc

R G G u

D G G D T M



).

(

2

).

( 2

v

u

G G M M

Tơng tự, momen trên trục II sẽ là;

2 2

0 2

t

i u

R G G i

M

và momem trên trục I:

2 1 2

1

0 1

1

2 1

.

).

(  pt 

t

i i u

R G G i

M

Tổng quát:

t p n n

t

i i i u

R G G M

1

0 1





Ta đặt:

i=i1i2in : là tỷ số truyền chung của bộ truyển

=12n: là hiệu suất chung của bộ truyền

c=Pt là hiêu suất chung của cơ cấu

c

t

i u

R G G M



) ( 0

i u

R G G M M



) ( 0

n n

v G G M

P





102 60

).

( 1000

c – hiệu suất của cơ cấu nâng

u – bội số của ròng rọc (palăng)

i – Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian

n

t

v u

n R i

.

.

2 



n – Tốc độ động cơ (v/phút)

vn – tốc độ nâng tải (m/phút)

Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ralúc nâng không tải:

c

t

n u i

R G M



v G P



102 60

.

0

b Phụ tải tĩnh khi hạ tải.

Có thể có hai trạng thái hạ tải

+ Hạ động lực

+ Hạ hãm

Hạ động lực đợc dùng khi hạ những tải trọng nhỏ Khi đó momen dotải trọng sinh ra không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu Máy điện làmviệc ở chế độ động cơ

Hạ hãm đợc dùng khi hạ những tải trọng lớn Khi đó momen do tảitrọng sinh ra lớn hơn mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệthống Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng rơi vớivận tốc ổn định (tức là chuyển động không có gia tốc)

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mấtmát là momen tải trọng:

i u

R G G

trong đó: Mh – momen trên trục động cơ khi hạ tải

M – mất mát trong cơ cấu truyền

h – hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải

Nếu Mt > M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu Mt < M ta có trạngthái hạ động lực

Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:

) 1

1 ( 

t M M

M M

1 2 (

) 1

1

c

t c

t c

t t h

i u

R G G M

M M M



2 



Đối với những tải trọng tơng đối lớn (tơng ứng với c > 0,5), ta có h

>0, Mh >0 Điều này có nghĩa là momen động cơ ngợc chiều với momenphụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm) Khi tải trọng tơng

đối nhỏ c <0,5 thì h < 0; Mh <0 Điều này có nghĩa là momen động cơcùng chiều với momen phụ tải để cùng khắc phục lực ma sát trong cơ cấutruyền lực

Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải:

) 1 2 (

)

1 2 (

R G

M

Chơng II:tính công suất động cơ

truyền động

Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là mộtkhâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống Việc chọncông suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ

đồng bộ và đồng bộ không có đợc, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trngcủa một số lĩnh vực truyền động Trớc hết vì nó dùng nguồn một chiềunên nó yêu cầu số lợng thanh trợt ít so với các loại động cơ khác Đối vớitruyền động nâng, động cơ này đảm bảo đợc những tốc độ hạ ổn định(hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng

Tuy nhiên hiện nay, đợc sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùngvới những đặc điểm nh: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì

động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hết các loại động cơ điện mộtchiều trong lĩnh vực này Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của lĩnhvực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phépkhắc phục nhợc điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là ngời ta đã tạo

ra đợc tất cả những đặc tính cơ thoả mãn hầu hết quá trình công nghệ khắtkhe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành và lắp đặt Mặtkhác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việcdùng nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp

II Tính toán chọn động cơ :

Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra mộtmomen MĐ có khả năng khắc phục đợc momen tải của cơ cấu sản xuất

MĐ  Mpt

Muốn xác định đợc công suất động cơ, cũng tức là tìm đợc MĐ, cần

phải có điều kiện ban đầu Đó là các điều kiện:

+ Phải có biểu đồ phụ tải tĩnh của cơ cấu sản xuất mà động cơ sẽ

phục vụ dới dạng: IC=f(t), MC=f(t) hoặc PC=f(t) đã tính quy đổi về trục

động cơ

+ Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc

Vì vậy, trớc hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh

III Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.

Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phần trên ta tiến hành các

b-ớc tính toán

 Khi tải trọng nâng là định mức Gđm=90T

+ Mô men động cơ khi nâng tải:

Nm KGm

c u i

R G G

8 , 0 1 80

1000 4 , 0 ).

5 , 0 90 (

KG u

i

R G G M

c

t

h ) 339 , 4 3329 , 5

8 , 0

1 2 ( 1

80

1000 4 , 0 ).

5 , 0 90 ( )

1 2 (

c

t

n 11 , 9 116 , 7

21 , 0 80

1000 4 , 0 5 , 0

KG i

R G M

c

t

21 , 0

1 2 ( 80

1000 4 , 0 5 , 0 )

1 2 (

0

0



Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là Mh0 <0 ;

nghĩa là khi đó cơ cấu làm việc ở trạng thái hạ tải động lực

Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải nh sau:

t 0

H2.1Biểu đồ phụ tải cơ cấu nâng hạ

IV Tính toán hệ số tiếp điện t ơng đối

+ Vận tốc nâng: vn = 0,060,6 m/s chọn tốc độ năng vn = 0,3 m/s+ Chiều cao nâng: H=8 m

+ Chiều dài phân xởng Là L=100 m

+ Chọn vận tốc của xe cầu là 1 m/s

Trong giai đoạn tính toán sơ bộ để chọn động cơ ta bỏ qua thời gian

mở và hãm máy Mặt khác nếu coi tốc độ làm việc của cả 4 giai đoạntrên là nh nhau thì:

Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ bao gồm 4 giai đoạn chính: Hạkhông tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải Giữa các giai đoạn trên còn

n R i

t

4 , 0 2

60 3 , 0 1 80 2

8 4 4

Thời gian xe cầu chuyển động chính là thời gian nghỉ caủa chuyển

Vậy ta chọn hệ số tiếp điện TD% = 25 %

Mô men đẳng trị tính trên trục động cơ:

7 , 1908 307

7 , 26 ).

7 , 67 7 , 116 5

, 3329 5

, 5548 (

4 1 2

i i dt

T

t M

P

tc

pt dc

% 25

% 25 5 , 114

động

I Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto

a Nguyên lý điều chỉnh:

Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứngcủa đờng đặc tính cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động cơ.Thực chất của phơng pháp này là điều chỉnh công suất trợt; công suấttrợt ở đây đợc lấy bớt ra và đợc biến thành tổn hao nhiệt năng vô íchtrên điện trở

+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:

rd f

th

th

R

R R

0

R

R s s R

R s

s s

rd th

0 1

2 2 2

.

2 1

2 2 1

.

3 ] )

' [(

' 3

s

R I X

s

R R

s

R U

m n

điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điềuchỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ

tự động hoá việc điều chỉnh

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:

H3.1: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng

ph-ơng pháp xung điện trở roto.

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnhxung áp một chiều:

+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.+ Khi S ngắt: R0 đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi nhkhông đổi và ta có một giá trị điện trở tơng đơng Rtd trong mạch

0 0

T

t R t t

t R R

ck

d ng

2

quét gần nh mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có

+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải

có mô-men không đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục Cụ thể là nó chophép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi nâng bằngcách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi

động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điệntrở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi

điều chỉnh Mặt khác, việc điều chỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nênkhông gây ảnh hởng đến công suất động cơ tiêu thụ đa vào stato; tức làkhông gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi động cơ khởi động nh

ở phơng pháp điều chỉnh điện áp stato

I1.đm=395A;I1.không tải=285A;r1=0,012 ;x1=0,061; I2=235A

r2=0,022 ;x2=0,098 ;J=15 kgm2 ;G=1900kg; kr=ke2=0,842

8 , 2

2 Kiểm nghiệm lại động cơ.

Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồmcác bớc sau:

+ Kiểm tra điều kiện khởi động

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng

+ Kiểm nghiệm quá tải mômen

a Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.

Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hànhxây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động.Tức là tính đến các giai đoạn quá độ nh thời gian mở máy, hãm máy

dt

d J

M dg  c 

Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy

đổi sang trục động cơ:

2 2

2 3 2

2

2 2

587

3 , 0 10 9 , 1 4

4

m kg n

v G

tmh = v/a’ =5.0,3 = 1,5 (s)

Từ đó ta tính đợc mô-men d khi nâng tải định mức là:

m kG

5 , 1 387

587 ) 2 02 , 0 15 ( 2 , 1

Mô-men d khi nâng không tải:Md.n0= 585,65 – 11,9 =573,15kG.mChọn thời gian ban đầu để bắt đầu mở máy nâng và hạ tải :

t h0 t n0  0 , 56 (s)

H3.2 Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và (t)

Từ biểu đồ phụ tải dựng đợc ta có nhận xét rằng: Các thời gianquá độ trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thờigian động cơ làm việc ổn định Cụ thể là tổng thời gian quá độ tqd =(1,5 + 0,56 + 0,56 + 4.1,5 ) = 8,62 (s) << thời gian làm việc tlv=107(s) Hơn nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ đợc tính theo ph-

M, P

t



t

ơng pháp mô-men đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơtheo điều kiện phát nóng.

b Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.

Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ,cần xét đến hiện tợng sụt áp của lới điện Thông thờng, cho phép sụt

áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểmnghiệm chỉ còn:

Mth ‘=(90%)2.Mth =0,81.Mth

(Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ)

Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:

+ Mô-men định mức của động cơ là:

m N n

P M

MmaxD  0 , 81  2603 , 1  2 , 8  5903 , 75

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nângtải định mức là 5745,2 N.m

Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men

c Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.

Ta có: M kd  2 , 3 M dm  2 , 3  2603 , 1  5987 , 13Nm

Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: Mc.max

=5745,2 Nm

Vậy: M kd M c max , nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động

III Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto

Phơng pháp điều chỉnh mạch điện trở mạch Roto là phơng pháp chỉ

áp dụng cho động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, nhờ nối tiếp cuộn dây Roto và điện trở nhờ bộ biến đổi mạch ngoài

Sơ đồ mạch lực

Hình 3.3,- Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở Roto

Ta có tổng trở một pha của mạch Roto là:

f

R R

Trong đó:

R2: Điện trở dây quấn của một pha Roto

Rf: Điện trở nối tiếp một pha Roto

Hình 3.4 –Đặc tính cơ của động cơ KĐB Roto dây quấn

Phơng pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm Độ ổn địnhcủa phơng pháp này kém Khi tốc độ giảm thì tốc độ đặc tính cơ tăng.

Sth1 S1 C



B A

Hình vẽ 3.5.Tuyến tính hoá đặc tính cơ

Xét hai tam giác CAD và CBE ta có:

1

2 max 1

M S

S S

Trong đó: S1 độ trợt khi mạch Roto không có điện trở phụ

S2 độ trợt khi mạch Roto có điện trở phụ

' 2 1

0

3

nm S

f

X S

R R S

R U



Ta nhận thấy rằng nếu giữ nguyên dòng điện Roto thì khi thay đổi

mạch điện trở Roto thì tỉ số

S

R2

giữ không đổi có nghĩa là Momen không

đổi khi tốc độ động cơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào điện áp Do vậy phơngpháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto làphù hợp với cơ cấu nâng hạ

Nguyên lý làm việc:

Khi khoá K đóng điện trở trong mạch sẽ là R = R0

Khi khoá K mở thì điện trở trong mạch Roto là RRt = 0 Nếu thờigian đóng cắt đợc xác định là:

T t t

f

d k

1 1

t

d K

- Khi td = 0 thì Rtb = 0

- Khi tk = 0 thì Rtb = 

Vậy khi ta điều chỉnh tỷ số thời gian khoá tk và thời gian truyền

động ta sẽ điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch Roto

Quá trình làm việc khi  = 1 ( td = T) thì khoá K mở Rf = 0 Động cơ làm việc trên đờng đặc tính cơ tự nhiên

Khi  = 0 (td = 0) thì khoá K đóng Rf = R0 động cơ làm việc trên ờng đặc tính cơ nhàn tạo thấp nhất

M Mth

Việc thay đổi thời gian khoá, mở của van bán dẫn làm cho việc

điều chỉnh dễ dàng chuyển từ điều khiển có cấp sang vô cấp

Để mở rộng vùng điều chỉnh ngời ta mắc nối tiếp với điện trở một tụ C.Giả thiết dung lợng tụ C là lớn để khi khoá K đóng thì Uc nhỏ.Khi đó vùng điều chỉnh sẽ đợc giới hạn bởi đờng đặc tính cơ tự nhiên và các trục toạ độ

f = 1



Mth M 0



Hình 3-7: Đặc tính cơ khi điều chỉnh xung điện trở có tụ C.

IV Tính toán mạch lực

1 Tính điện trở điều chỉnh:

Việc tính toán điện trở điều chỉnh sẽ phụ thuộc rất nhiều vào dải

điều chỉnh tốc độ của phơng pháp điều chỉnh Ta chọn trong đồ án này dải

điều chỉnh là D = 10 : 1

 = 1

B A

C D

M

W

Mc

Hình 3-8: Đặc tính điều chỉnh xung điện trở Roto.

Giả sử bình thờng động cơ sẽ làm việc trên đờng đặc tính cơ tự nhiên Khi điều chỉnh động cơ sẽ làm việc trên toàn giải điều chỉnh với giới hạn đặc tính cơ điều chỉnh thấp nhất đó chính là đờng đặc tính cơ hãm:



3

1 2

2 2

Khi động cơ làm việc tại điểm B ta có:

M =

1 2

Vì mômen của cơ cấu nâng hạ trong quá trình điều chỉnh là nh nhau M = const nên ta có:

f

R R I S

R

I

1 2

2 2

2

1

R S

S R R S

R R S

R

dm

B f

B

f dm

978 , 1 022 , 0

* Tính điện trở một chiều quy đổi về Roto

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ có cuộn cảm Ld mà dòng điệnRoto coi nh không đổi ta có một giá trị điện trở tơng đơng Re trong mạch.Thời gian đóng, mở đợc điều chỉnh trơn thì ta điều chỉnh đợc giá trị điệntrở trong mạch Roto

d k

d

d d

t t

t R

2 2

2

f e

I (R2 + Rf ) – tổn hao phía xoay chiều

Trong sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì 2

2 Tính toán bộ chỉnh l u Roto

Bộ chỉnh lu phía Roto nhằm tạo ra dòng điện 1 chiền ổn định để

điều khiển điện trở Rd đa vào mạch Roto Để giảm kích thớc bộ lọc, tínhiệu ra bằng phẳng hơn, giảm công suất tiêu thụ từ nguồn, ta chọn chỉnh

lu cầu 3 pha không điều khiển (Diôt)

Sơ đồ nguyên lý:

A B C

Ud

ld

+ -

Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lu cầu 3 pha.

1

1 '

2

) (

Thay số ta có:

) ( 157 )

06915 , 0 061 , 0 ( ) 4 , 1 012 , 0 (

220

2 2

I = 1,5 54 = 81 (A)Tra sách “thiết kế thiết bị điện trở công suất” tác giả Trần Văn Thịnh ta chọn loại điot sau: SKN400/30

Ith

(A)

IR(A)

Icp

(C0)SKN400/30 400 3000 9000 1,45 1200 3mA 160

* Tính chọn điện kháng lọc:

Sự đập mạch của dòng điện chỉnh lu làm cho dòng điện tải cũng

đập mạnh theo dẫn đến làm xấu đi chất lợng dòng điện một chiều và làmtăng phát nóng của tải do các thành phần sóng hài gây ra

Ta có công thức tính trị số điện cảm

Ld =

dm t

d

I I m K

U

1

max

% 2

100

Trong đó:

Ld – Trị số điện cảm lọc cần thiết (H)

Id đm – dòng định mức của bộ chỉnh lu

 = 314 (Rad/s) tần số góc

K = 1, 2, 3 … Bội số sóng hài Bội số sóng hài

m = 6 số đập mạch trong một chu kỳ của chỉnh lu cầu

Udmax – biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lu

It% - Tự hiệu dụng của dòng sóng hài cơ bản It% < 10%

tg m K m

K U

0 cos

100 56 , 7

4 , 0 )

( 4 ,

+

-Ro

Tc

TP C

D L

235 816

du/dt(V/A)

3 Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor.

Diot và Thyristor có thể bị chọc thủng do điện áp ngợc quá cao hoặc dòng chảy qua van quá lớn

Đối với diot để bảo vệ dòng điện phá hoại ngời ta dùng dây chảy tác động nhanh Ta dùng dây chảy loại  41 có các thông số sau:

Iđm = 400 (A)

- Theo sơ đồ nguyên lý ta thấy các Thyristor vẫn chịu điện áp Ud =

432 (V)

- Khi tốc độ đạt 573 (v/ph) ta có:

I2m = ; 2 2

2 1 1

nm

f

R R

Trong đó: I2m – dòng điện chạy trong dây quấn Roto khi

Do đặc tính mômen không đổi ta có : khi n=573(v/ph)  S  0 , 618

S

R R S

dm

) ( 2



022 , 0

0155 , 0 618 , 0 ' 2 '

' 2 '

S

R S R R R

Thay số ta có:

) 06915 , 0 061 , 0 ( 618 , 0

4354 , 0 012 , 0

IT = Id + Ic

Trong đó: Ic – là dòng điện phóng của tụ C

Ic = 1,2 Id = 1,2 310,4= 372,5 AThay số:

IT = 372,5 + 310,4 = 682,6 (A)Lấy Ki = 1,5 ta có:

IT = 682,6 1,5 = 1023,9 (A)Tra sách “Hớng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất” của tác giả Phạm Quốc Hải ta chọn đợc loại Thyristor T15- 125 có các thông số sau:

du/dt(V/A)