Đồ án truyền động điện thiết kế băng tải vận chuyển hàng hóa

LỜI MỞ ĐẦU Ngày với công nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều ngành cơng nghiệp phục vụ q trình cơng nghiệp phát triển đất nước Như khai thác khoáng sản, vận chuyển nguyên vật liệu bến cảng, nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu rời hay sản phẩm nhờ ưu điểm có khả vận chuyển hàng hóa xa, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng không lớn Chính nhờ ưu điểm mà băng tải ứng dụng rộng rãi lĩnh vự khai thác hầm mỏ hay nhà máy … Đồ án em sâu tìm hiểu cơng nghệ hệ thống truyền động cho băng tải nhà máy bia Đồ án gồm phần chính: Chương 1: Tổng quan thiết bị, phương án truyền động, tính chọn động Chương 2: Tính tốn thiết kế mạch lực cho hệ truyền động Chương 3: Hệ thống điều khiển mơ Do thời gian có hạn hạn chế kiến thức thực nghiệm nên đồ án khơng tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận bảo, góp ý thầy bạn để mang đồ án hoàn thiện sát thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Văn Nam ân cần bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án EXORDIUM Nowadays with modern industrialization of the country, many service industries industrial development process of the country As mining, transport of materials in the harbor, in the factory Conveyor used to transport bulk materials or products because of the advantages to be capable of freight away, working smoothly and productive energy consumption is not very big Thanks to the advantages that the conveyor is widely used in the mining outsource part or in factories In this project, I will study drivetrain technology for the conveyor in a brewery specifically The project consists of main parts: Chapter 1: Overview of equipment, transmission schemes, calculation engine selected Chapter 2: Calculation and design for power transmission circuit Chapter 3: The control system and simulation Due to time constraints and limitations as well as empirical knowledge so schemes inevitably flawed I would like to receive the instructions, the comments of you and friend to help me improve the projects I sincerely thank Mr Dinh Van Nam and Mr Dang Thai Son graciously directing and guiding them to complete the project CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ, PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG, TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 1.1 Giới thiệu tổng quan thiết bị băng tải Băng tải ứng dụng rộng rãi từ lâu nhờ ưu điểm có cấu tạo đơn giản, bền có khả vận chuyển hàng hóa xa để vận chuyển nguyên liệu dạng hạt dạng lát dạng đơn với hướng mặt phẳng nằm ngang nằm nghiêng góc nghiêng phụ thuộc vào tính chất lý học hàng hóa địa hình góc nghiêng lên tới 300 cố định di chuyển loại có cấu tạo đơn giản dễ dàng vận hành có độ bền cao hiệu kinh tế có khoảng lớn để điều chỉnh suất, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng khơng lớn Tuy nhiên q trình sử dụng băng tải máng công nghiệp (vận chuyển xi măng, khai thác than đá, nhà máy bia…) người ta thường gặp vấn đề: Có hao hụt vật liệu vận chuyển rơi vãi đường vận chuyển làm dơ bẩn gây ô nhiễm môi trường Khi vận chuyển khoảng cách dài khơng thẳng địi hỏi phải có thêm trạm trung chuyển tốn Không cho phép vận chuyển nơi có độ chên lệch lớn độ cao Vật liệu vận chuyển tiếp xúc chịu ảnh hưởng trực tiếp môi trường thời tiết (như ẩm ướt, bụi, …) Hình 1.1 Băng tải nhà máy bia cố định 1.2 Các yêu cầu chung: Chế độ làm việc thiết bị vận tải liên tục chế độ dài hạn với phụ tải không thay đổi Theo yêu cầu công nghệ hầu hết thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ Trong phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D=2:1 để tăng nhịp độ làm việc toàn dây chuyền sản xuất Hệ truyền động thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải Mômen khởi động động cơ: Bởi nên chọn động truyền động thiết bị vận tải liên tục loại động có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu để có hệ số mở máy lớn Nguồn cung cấp cho động truyền động thiết bị vận tải liên tục cần có dung lượng đủ lớn, đặc biệt công suất động ≥ 30kw, để mở máy khơng ảnh hưởng đến lưới điện q trình khởi động thực nhẹ nhàng dễ dàng 1.2.1 Yêu cầu điều khiển: Vì hầu hết thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên khơng quan tâm đến q trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà quan tâm đến mômen khởi động động cơ, chế độ làm việc động chế độ làm việc dài hạn ta lên chọn loại động có đặc tính phù hợp với u cầu Ngày hầu hết động truyền động băng tải động điện xoay chiều loại động có nhiều ưu điểm vượt trội so với động điện chiều, không cần đến biến đổi nguồn cung cấp từ xoay chiều sang chiều mà sử dụng trực tiếp điện áp từ mạng điện cung cấp cần thay đổi cấp điện áp cho phù hợp với cấp điện áp ghi động cơ, động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản so với động điện chiều giá thành thấp 1.2.2 Yêu cầu động truyền động hệ truyền động điện: Do hệ thống băng tải thiết bị hoạt động chế độ dài hạn, khởi động đầy tải cần mô men khởi động đủ lớn để đáp ứng yêu cầu tải Động khơng đồng đáp ứng yêu cầu Động không đồng bộ: loại động phù hợp với thiết bị có cơng suất nhỏ, rẻ, chắn, độ tin cậy cao So với loại động điện dùng cơng nghiệp động không đồng dùng nhiều chúng dần thay loại động chiều Đến có phần lớn cầu trục trang bị động không đồng bộ, nhiều cấu máy cắt gọt kim loại, truyền động phụ máy cán nhiều cấu lĩnh vực công nghiệp sử dụng động không đồng Còn với số truyền động thực tế dùng nhiều băng tải, quạt gió, bơm nước…có cơng suất khơng lớn sử dụng động không đồng 1.3 Các loại động điện: Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động song cần chọn loại động cho phù hợp để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đẩm bảo yếu tố kỹ thuật Dưới vài loại động thường gặp: - Động điện chiều: loại động có ưu điểm thay đổi trị số mơmen vận tốc góc phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm đảo chiều dễ dàng chúng lại có nhược điểm giá thành đắt, khó kiếm phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, dùng thiết bị vận chuyển điện, thang máy, máy trục, thiết bị thí nghiệm - Động điện xoay chiều: bao gồm loại : pha ba pha + Động xoay chiều pha có cơng suất nhỏ phù hợp cho dân dụng chủ yếu + Động xoay chiều ba pha: gồm hai loại: đồng không đồng - Động ba pha đồng có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ, chúng dùng cho trường hợp cần công suất lớn (>100kW), cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi vận tốc góc - Động ba pha khơng đồng gồm hai kiểu: rôto dây rôto lồng sóc - Động ba pha khơng đồng rơto dây cho phép điều chỉnh vận tốc phạm vi nhỏ (khoảng 5), có dịng mở máy thấp cos thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp dùng hợp phạm vi hẹp để tìm vận tốc thích hợp dây chuyền công nghệ - Động ba pha không đồng rơto lồng sóc có ưu diểm kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cos thấp) so với động ba pha đồng bộ, không điều chỉnh vận tốc Từ ưu, nhược điểm với điều kiện hộp giảm tốc, ta chọn Động ba pha không đồng rơto lồng sóc Hình 1.2 Động khơng đồng rotor lồng sóc 1.4 Tổng quan biến tần: 1.4.1 Khái niệm: Biến tần thiết bị tổ hợp linh kiện điện tử thực chức biến đổi tần số điện áp chiều hay xoay chiều định thành dịng điện xoay chiều có tần số điều khiển nhờ khóa điện tử 1.4.2 Phân loại: a) Biến tần trực tiếp: Hình 1.3 Sơ đồ biến tần trực tiếp Còn gọi biến tần phụ thuộc Thường gồm nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song ngược cho xung hai nhóm chỉnh lưu nên ta nhận dịng điện xoay chiều tải Như điện áp xoay chiều van chuyển tải với cần qua Tuy nhiên, loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van phức tạp sử dụng cho truyền động điện với công suất cực lớn Tốc độ làm việc thấp việc thay đổi tần số khó khăn phụ thuộc vào b) Biến tần gián tiếp: Hình 1.4 Sơ đồ biến tần gián tiếp Còn gọi biến tần độc lập Trong biến tần điện áp chỉnh lưu thành dịng chiều Sau qua lọc trở lại dòng xoay chiều với tần số f2 nhờ nghịch lưu độc lập (quá trình thay đổi f2 không phụ thuộc vào f1) Việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kĩ thuật vi xử lí nên ta phát huy tối đa ưu điểm biến tần loại thường sử dụng Phân loại biến tần gián tiếp: Do tính chất lọc nên biến tần gián tiếp lại chia làm loại: - Biến tần gián tiếp nguồn áp: Là loại biến tần mà nguồn tạo điện áp chiều nguồn dòng, dạng dòng điện tải phụ thuộc vào dạng dòng điện nguồn Còn dạng điện áp tải phụ thuộc vào thông số tải quy định - Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Là loại biến tần mà nguồn tạo điện áp chiều nguồn áp, dạng điện áp tải phụ thuộc vào dạng điện áp nguồn Còn dạng dòng điện tải phụ thuộc vào thông số tải quy định Bộ biến tần nguồn dòng sử dụng cuộn kháng L lớn mạch chỉnh lưu tạo nguồn dòng, điều làm đáp ứng độ hệ thống chậm so với biến tần nguồn áp kiểu PWM Với biến tần nguồn áp, dễ dàng sử dụng kĩ thuật PWM để điều khiển đóng ngắt khóa bán dẫn Kĩ thuật PWM cho phép giảm tổn thất sóng hài bậc cao gây nên động cơ, không gây momen đạp làm rung động tốc độ thấp Tuy nhiên, kĩ thuật điều chế PWM khó áp dụng cho biến tần nguồn dịng, có áp dụng cho tần số hoạt động thấp Khi hoạt động với nguồn cấp DC, biến tần nguồn áp nhỏ gọn rẻ tiền so với biến tần nguồn dòng thường cồng kềnh phải sử dụng cuộn kháng L lớn tụ chuyển mạch có giá trị cao Do đó, ta chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode có điện trở hãm, điều khiển phương pháp: Điều khiển vector dựa theo vector từ thông roto (FOC) 1.5 Phương pháp điều khiển: Tổng quan FOC: Moment sinh động kết tương tác dòng cuộn ứng từ thơng sinh hệ thống kích từ động Từ thông phải giữ mức tối ưu nhằm đảm bảo sinh moment tối đa giảm tối thiểu mức độ bão hòa mạch từ Với từ thơng có giá trị khơng đổi, moment tỷ lệ với dòng phần ứng  Động điện tương tự nguồn moment điều khiển Yêu cầu điều khiển xác giá trị moment tức thời động đặt hệ truyền động có đặc tính truyền động cao sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục roto Việc điều khiển moment xác lập mở rộng cho độ thực Việc điều khiển động theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác như: định hướng từ thông roto, định hướng từ thông stator, định hướng từ thơng khe hở khơng khí Trong việc điều khiển từ thơng roto (FOC) đơn giản sử dụng rộng rãi Nguyên lý điều khiển định hướng theo vector từ thông dựa phương pháp phân tách phi tuyến sử dụng điều khiển hệ thống phi tuyến Bản chất phương pháp điều khiển biến chọn cho chúng ln Như mơ hình tốn học trở nên đơn giản loại bỏ số nhánh mơ hình tổng qt 1.6 Tính chọn cơng suất động Thơng số đầu vào: Lực kéo băng tải: F=890N Vận tốc băng tải: v=1,44m/s Đường kính tang: D=380mm Thời gian phục vụ: 7500 Số ca làm việc: ca Góc nghiêng đường nối tâm truyền ngồi: 180 độ Đặc tính làm việc: va đập vừa 1.6.1 Xác định công suất yêu cầu trục động cơ: Trong đó: Pyc cơng suất u cầu trục động Pct công suất trục công tác Hiệu suất truyền: (1) Trong đó: Hiệu suất cặp ổ lăn: Hiệu suất khớp nối: Hiệu suất đai: Hiệu suất truyền bánh răng: Thay số vào (1), ta có: Vậy, cơng suất u cầu trục động là: 1.6.2 Xác định số vòng quay động cơ: Trên trục cơng tác, ta có: Trong đó: Usb= Ud.Ut (2) Chọn tỉ số truyền sơ của: ol = 0.99 kn = d = 0.96 br =0.97 Truyền động đai: Ud = Truyền động bánh trụ: Ut = Thay số vào (2), suy ra: Usb = Ud.Ut = 4.5 = 20 Suy ra: Chọn số vòng quay đồng động là: 1.6.3 Xác định tỉ số truyền chung hệ thống: Theo thơng số động trên, ta có: Suy ra, tỉ số truyền chung hệ thống là: 1.6.4 Chọn động cơ: Từ Pyc = 1.3 kW ndc = 1450 , tra động trang abb.com: Từ đó, ta chọn động M3AA 90LD 3GGA 092 135 có thơng số sau: - Cơng suất định mức: - Điện áp dây định mức: - Tần số định mức: - Số đôi cực: f = 50 Hz p=2 - Tốc độ định mức: Hiệu suất: Hệ số cơng suất: Dịng Stator định mức: = 1445 rad/phút = 84.1 % cosφ= 0.82 - Dòng Stator khởi động: - Momen định mức: - Momen khởi động định mức (s=1): - Momen quán tính: - Trọng lượng: m = 17kg CHƯƠNG : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN THÔNG 2.1 Cấu trúc biến tần nguồn áp: Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm tạo dạng dịng điện điện áp sin hơn, dải biến thiên tần số cao nên sử dụng rộng rãi Bộ biến tần nguồn áp có phận riêng biệt: a) Phần động lực: Bộ phận chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dịng xoay chiều có tần số f1 thành dòng điện chiều Bộ lọc: cho phép thành phần chiều mạch động lực qua ngăn chặn thành phần xoay chiều Nó có tác dụng san điện áp tải chỉnh lưu Bộ nghịch lưu: Là phận quan trọng biến tần, biến đổi dịng chiều cung cấp từ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2 b) Phần điều khiển: Hình 2.2 Sơ đồ phần điều khiển Là phận thiếu định làm việc mạch động lực Để đảm bảo yêu cầu tần số, hình dáng điện áp biến tần mạch điều khiển định Bộ điều khiển thông thường gồm phần: 10