Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lượng

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Đồ án môn học tổng hợp hệ điện Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lợng Phễu F Vật liệu Cơ cấu cân định lợng Puli chủ động Hộp số Động Động điện chiều - Số liệu : + Lực kéo 600N + Tốc độ cực đại 1,5 m/s + Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s + Đờng kính trục 300 mm + Hép sè i = 10 ;  = 80% - Yêu cầu : + Nêu yêu cầu công nghệ truyền động + Tính chọn công suất động + Chọn phơng án truyền động + Xây dựng sơ đồ điều khiển + Tổng hợp hệ Chơng I Mô tả trình công nghệ yêu cầu hệ truyền động cân băng định lợng Mô tả trình công nghệ cân băng định lợng Cân băng định lợng cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ) vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm , Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN thép thỏi ) theo phơng nằm ngang theo mặt phẳng nghiêng ( góc nghiêng không lớn 30o ) Nó đóng vai trò quan trọng trình sản xuất, cầu nối hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt phân xởng nhà máy, máy sản xuất dây chuyền sản xuất Hệ truyền động cân băng định lợng gồm có: + Động + Hộp số + Puli chủ động + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lợng Động quay tang chủ động thông qua hộp số Puli chủ động , nhờ ma sát mà băng tải chuyển động Tang bị động tự quay ma sát với băng Để khắc phục độ võng băng ngời ta đặt lăn chúng tự quay ma sát với băng Vật liệu từ phễu nhờ băng tải đ ợc chuyển đến đổ máng phối liệu Khối lợng vật liệu đợc cấu cân định lợng cân xác theo lợng đặt ban đầu Năng suất băng tải đợc tính theo biểu thøc: Q=∂ v hay: Q= [ kg/s ] 3600.∂.v =3,6 ∂ v 1000 [ tÊn/h ] ®ã:  : khối lợng tải theo cjiều dài [kg/m ] v : tốc độ di chuyển băng [m/s] Khối lợng băng tải theo chiều dài đợc tính theo công thức: ®ã: ∂=S γ 103  : khèi lợng riêng vật liệu [ tấn/m3 ] S : tiết diện cắt ngang vật liệu băng [ m ] Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ yêu cầu hệ truyền động băng tải phối liệu 2.1 Các thông sè kü tht      HƯ trun ®éng sư dơng ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Lùc kÐo 600 N Tốc độ cực đại 1,5 m/s Tốc độ cùc tiĨu 0,075 m/s §êng kÝnh trơc 300 mm  Hép sè i = 10 ;  = 80% 2.2 Đặc điểm công nghệ yêu cầu hệ truyền động a Loại phụ tải Đặc tính máy sản xuất thờng có dạng M c=M co + ( M dmM co ) Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện w w dm ( ) Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN đó: Mco - Mômen ứng với tốc ®é  = M®m - M«men øng víi tèc ®é w ®m Mc - M«men øng víi tèc ®é Với băng tải = Do ta cã Mc = M®m = const Ta thÊy r»ng tải hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh thay đổi trình làm việc Hệ truyền động hệ làm việc chế độ dài hạn Ta có đồ thị công suất momen cản tĩnh truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const nh sau: w wmax Pc Mc wmin P max Mc ,Pc b Chiều quay băng Băng tải nhận vật liệu từ phễu vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển động theo chiều bắt buộc đảo chiều quay Nếu đảo chiều quay băng tải quán tính nguyên vật liệu rơi vÃi, không bảo đảm đợc yêu cầu phối liệu Ngoài đảo chiều có số phần vật liệu không chuyển qua đợc thiết bị cảm biến để cân xác c Giản đồ phụ tải Các thông số chÝnh cđa hƯ trun ®éng VËn tèc lín nhÊt, nhá nhÊt vmin = 0,075 ( m/s ) vmax = 1,5 ( m/s ) VËn tèc cđa trơc quay v ,075 = =0,5 ( rad /s ) R ,15 v max 1,5 w ' max = = =10( rad / s ) R , 15 w ' = VËn tèc cđa trơc quay qui ®ỉi víi i = 10 w max =w ' max i=10 10=100(rad /s ) w =w' i=0,5 10=5(rad /s ) Từ phơng trình động học truyền động ®iƯn M=Mc+J dw dt ta cã gi¶n ®å phơ t¶i MC Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện 3 t Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN + Đoạn 01 đoạn băng tải đợc khởi động Vì băng tải làm việc chế độ dài hạn, số lần đóng cắt Các yêu cầu khởi động động không nặng nề Ta cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc ổn định tốc độ cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu + Đoạn 12 đoạn băng tải làm việc với tải M c không đổi Biến thiên dw/dt có giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 23 + Đoạn 23 đoạn giảm tốc dừng băng tải Ta cho băng tải dừng tự do, dừng tự có dùng thêm phanh hÃm d Các yêu cầu khởi động hÃm Hệ truyền động băng tải phèi liƯu khëi ®éng víi gia tèc lín sÏ làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng làm đứt băng Để hạn chế điều ta phải sử dụng khâu giảm tốc khởi động Để động khởi động đợc sau điện trình làm việc chọn động có mômen khởi động đủ lớn Khi dừng không yêu cầu dừng xác, nhng tránh cho hệ dừng với gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng Hệ truyền động băng tải thờng làm việc liên tục phải dừng nên không cân fthiết kế giảm tốc Cũng không cần thiết kế phanh hÃm kết thúc công việc ta băng dừng tự e Sơ đồ động học Sơ đồ động học hệ truyền động cân băng định lợng có dạng đơn giản nh sau : Wc Wd i n Pc Mc puli chủ động kéo máy sản xuất Trong đó: 1- Động điện 2- Hộp tốc độ 3- Trục để lắp vào máy quay băng tải Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN g Hệ truyền động nhiều động Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp dây truyền đòi hỏi phải đồng hoá tốc độ động truyền động đặt khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động Khi tốc độ động phải trờng hợp để tránh lực đàn hồi băng h Độ xác Độ xác tốc độ yêu cầu quan trọng , đợc đánh giá sai lÖch tÜnh: ∂ %= w −w t Δww 100 %= d 100 % w dm wd i D¶i ®iÒu chØnh D=wmax :w =1,5 :0 , 075=20 : Chơng II tính chọn công suất động Xác định thông số cần thiết Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Tốc độ lớn nhÊt vµ nhá nhÊt v max i=(1,5 /0 ,015 )∗10=100(rad / s) R ω min=(ωmax ∗v )/v max =5 (rad/s) Mô men cản qui đổi trục động c¬: ω max = M cqd = F R 600 0,15 = =11, 25( Nm) i.η 10 0,8 TÝnh công suất động Để tính chọn công suất động trờng hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định yêu cầu sau: Đặc tính phụ tải truyền động Pc(), Mc(): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P max = Mđm.max M c = const max M c Đặc tính phụ tải Phạm vi điều chỉnh tốc độ max Dải điều chỉnh tốc độ: D =max/min = 20 : Phơng pháp điều chỉnh biến đổi hệ thống truyền động Dự dịnh dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển (thyristor) Loại động truyền động Yêu cầu dùng động chiều kích từ độc lập Đặc điểm truyền động băng tải giữ M = const phạm vi điều chỉnh tốc độ Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI: Pmax =M cqd max=11, 25∗100=1125(w ) ⇒ Pdm =1 ,25∗Pmax =1125∗1, 25=1400(w )=1,4 (kw ) Ta chọn loại động H-68 Nga với thông số sau Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - §HBKHN         P®m = 1,45 (kW) U®m = 220 (V) I®m = 8,5 (A) nđm = 2100 (vòng/phút) R = R + Rcp =2,49() ®m = 4,8 (mWb) Ikt = 0,57 (A) Jđ = 0,125 (kg.m2) 2p = Xác định thông số động Điện cảm phần ứng k L U dm 220 =5,6 =0 , 0345( H )=34 , 5(mH ) I dm p n dm 8,5 2100  L=   Trong kL hệ số lấy giá trị 5,5 5,7 máy không bù kL= 1,4 1,9 máy có bù; p số đôi cùc    U dm −I dm R 220−8,5 , 49 = =0,9 ωdm 219,9 k®m = Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m2) Hằng sè thêi gian c¬ häc Tc = RΣ J (2 , 49+0 , 182) , 125 = =0 , 412( s ) (kΦ dm ) (0,9 )2 L ­ , 0345 = =0 ,014 (s) R , 49 Hằng số thời gian mạch phần ứng T = Phơng trình đặc tính ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp: ω= U­ R − M=244 , 4−3 , 07 M kΦ ( k)2 Chơng III Chọn phơng án truyền động Chọn phơng án truyền động dựa yêu cầu công nghệ kết tính chọn công suất động cơ, từ tìm loạt hệ truyền động thoả mÃn yêu cầu đặt Bằng việc phân tích, đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta lựa chọn đợc vài phơng án phơng án để thiết kế Lựa chọn phơng án truyền động tức phải xác định đợc loại động truyền động chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động Từ phân tích đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động băng tảI nhiệm vụ thiết kế (dùng động đIện chiều), để điều chỉnh tốc độ động quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi Với phơng án điều chỉnh tốc độ điều chỉnh điện áp phần ứng giữ từ thông động không đổi ta có phơng ¸n trun ®éng sau:  HƯ thèng trun ®éng m¸y phát - động chiều (Hệ F-Đ) Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động chiều ( Hệ T-Đ) Hệ thống điều chỉnh xung áp - động chiều ( Hệ XA-Đ) Hệ thống truyền động máy phát - động chiều (F-Đ) Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - §HBKHN a CÊu tróc hƯ F-§ HƯ thống máy phát - động (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) hệ truyền động điện mà biến đổi điện máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy phát điện thờng động sơ cấp không đồng ba pha ĐK quay coi tốc độ quay máy phát không đổi ~ ĐK F I U i KF F U ®ku U kF kĐ U đk Đ i KĐ M ~ M Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ đợc thể hình vẽ Động Đ truyền động quay chi tiết máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F Động sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi động điện không đồng ĐK Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát i KF điều chỉnh đợc tốc độ không tải hệ thống độ cứng đặc tính đợc giữ nguyên b Đặc điểm hệ F-Đ Các tiêu chất lợng hệ truyền động F-Đ tơng tự nh tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng biến đổi nói chung Ưu điểm bật hệ F-Đ chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả tải lớn Do thờng sử dụng hệ F-Đ máy khai thác công nghiệp mỏ Nhợc điểm quan trọng hệ F-Đ dùng nhiều máy điện quay, hai máy điện chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không 75%), công suất lắp đặt máy gấp ba lần công suất động chấp hành Ngoài ra, máy phát chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ Với hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt phải thay máy phát F nguồn áp máy điện khác nh máy điện khuếch đại (MKĐ) có phản hồi nâng cao chất lợng Các đặc điểm khác Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1) Điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giản, thực hÃm điện dễ dàng Vốn đầu t ban đầu diện tích lắp đặt lín HƯ thèng trun ®éng chØnh lu ®iỊu khiển động chiều Tốc độ động điện chiều đợc điều chỉnh phạm vi rộng phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động (hay hệ truyền động van chiều) chỉnh lu điều khiển đợc Các van điều khiển đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor Hiện nay, công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên thyristor đợc sử dụng rộng rÃi để tạo chỉnh lu có ®iỊu khiĨn bëi nh÷ng tÝnh chÊt u viƯt: gän nhĐ, tổn hao ít, quán Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khèng chÕ nhá Trong hƯ thèng trun ®éng chØnh lu điều khiển - động chiều (CL-Đ), biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lu dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng dòng kích từ động Tùy theo yêu cầu cụ thể truyền động mà dùng sơ đồ chỉnh lu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia ) Các chỉnh lu thyristor dùng truyền động điện chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động (hệ T-Đ) a Hệ truyền động thyristor-động (T-Đ) Hệ truyền động T-Đ hệ truyền động động điện chiỊu kÝch tõ ®éc lËp, ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ động thông qua biến đổi chỉnh lu dùng thyristor ~ U ~ U đk Đ đk i KĐ M M Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T-Đ b Đặc tính hệ T-Đ Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động chỉnh lu thyristor Dòng điện chỉnh lu dòng điện phần ứng động Chế độ làm việc chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển tính chất tải Trong truyền động điện, tải chỉnh lu thờng cuộn kích từ (L-R) mạch phần ứng động (L-R-E) Phơng trình đặc tính cho hệ T-Đ chế độ dòng điện chỉnh lu liên tục: = E cos α kΦ dm − R M ( kΦ dm )2 kΦdm β= R ( ) §é cứng đặc tính R tổng trở toàn mạch phần ứng động (gồm điện trở phần ứng động R điện trở phần tử mạch nối tiếp với phần ứng động cơ) Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào gãc ®iỊu khiĨn :  ωo= E cos α k dm Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởng giao điểm trục tung với đoạn thẳng đặc tính kéo dài Thực tế, có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tởng đặc tính lớn Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Đặc tính hệ T-Đ M Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Họ đặc tính hệ thống trờng hợp nh hình 4-3 điều chỉnh vùng dới tốc độ định mức Các đặc tính hệ truyền động TĐ mềm hệ F-Đ có sụt áp tợng chuyển mạch thyristor Góc điều khiển lớn điện áp đặt vào phần ứng động nhỏ Khi đó, đặc tính hạ thấp ứng với mômen cản M c, tốc độ động giảm Lý thuyết thực nghiệm chứng tỏ: phụ tải nhỏ đặc tính có độ dốc lớn (phần nằm vùng gạch chéo) Đó vùng dòng điện gián đoạn Góc điều khiển lớn (khi điều chỉnh sâu) vùng dòng điện gián đoạn rộng việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, đờng phân cách hai vùng dòng điện liên tục gián đoạn Biên giới vùng dòng điện gián đoạn liên tục có dạng đờng ellipse với trục trục toạ độ đặc tính cơ: ( IL e E )2 +( )2 =1 p π π π U 2m sin U m sin −cos π p p p DÔ dàng nhận thấy độ rộng vùng dòng điện gián đoạn giảm ta tăng giá trị điện cảm L tăng số pha chỉnh lu p Song tăng số xung p mạch lực chỉnh lu tăng độ phức tạp mạch điều khiển phức tạp Còn tăng trị số L dẫn tới làm xấu trình qúa độ (tăng thời gian độ) làm tăng trọng lợng, kích thớc hệ thống Biên giới đợc mô tả đờng cong nét đứt hình 4-3 c Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động Ưu điểm bật hệ T-Đ độ tác động nhanh cao, không gây ồn dễ tự động hoá van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao Điều thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thống Hệ thống T-Đ có khả điều chỉnh trơn với phạm vi ®iỊu chØnh réng HƯ cã ®é tin cËy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn Nhợc điểm chủ yếu hệ T-Đ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ máy điện truyền động có công suất lớn làm xấu dạng điện áp nguồn líi xoay chiỊu HƯ sè c«ng st cos cđa hƯ nói chung thấp điều chỉnh sâu Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp động chiều (XA-Đ) Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động chiều (XA-Đ) sử dụng điều chỉnh xung áp chiều, khoá điện tử đóng vai trò Bộ điều chỉnh xung điện áp chiều đợc sử dụng có sẵn nguồn chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đợc điện áp tải Các băm xung chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải cách chu kỳ theo số luật khác Phần tử thực nhiệm vụ van bán dẫn Song chúng làm việc mạch chiều nên dùng loại thyristor thông thờng không đợc khoá lại cách tự nhiên giai đoạn âm điện áp nguồn nh làm việc với nguồn xoay chiều Do đó, buộc phải có mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi "mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn thực tế Vì vậy, ta cố gắng sử dụng loại van điều khiển đóng ngắt nh transistor bipolar, MOSFET IGBT dải công suất mà van chịu đợc Riêng với mạch công suất lớn phải dùng thyristor Trong hệ truyền ®éng ®iƯn, c¸c bé ®iỊu chØnh xung ¸p mét chiỊu chủ yếu áp dụng cho động điện chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện ) Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện