Đề tài thiết kế hệ thống điện cho truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng

Mụi trường làm việc của cỏc mỏy nõng - vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt làngoài hải cảng, cỏc nhà mỏy hoỏ chất, cỏc xớ nghiệp luyện kim…Cỏc khớ cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền độ

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN Khoa: ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn: TRẦN DUY TRINH

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DOÃN NAM

Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống điện cho truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục phân

xưởng “

1 Các thông số cơ bản:

- Trọng lượng của tải trọng G = 190000 N

- Trọng lượng bộ phận mang tải: G0 = 2800 N

- Chiều cao nâng tải: H= 12m

- Tốc độ nâng tải: Vn = 14.5m/ph

- Chế độ làm việc của cơ cấu: Chế độ trung bình

2 Nội dung thực hiện:

- Tổng quan về cầu trục

- Tính chọn công suất động cơ cho truyền động cơ cấu nâng

- Phân tích lựa chọn phương án truyền động.

- Tính chọn thiết bị mạch động lực và hệ thống điều khiển

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, khoa học kỹthuật phát triển một cách rõ rệt và đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vựctrong đó có lĩnh vực công nghiệp ở nước ta đã và đang xuất hiện nhiều máymóc, trang thiết bị hiện đại cho nên đòi hỏi quá trình giảng dạy phải trang bị chosinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động cũng như nguyên tắcvận hành của các trang thiết bị nhằm nắm bắt kịp thời xu thế phát triển của khoahọc công nghệ trong những năm tới

Trong quá trình học tập tại trường ĐH SPKT Vinh, em đã được thầy giáo

Vũ Anh Tuấn giảng dạy cho em môn học Trang Bị Điện Nhằm củng cố kiếnthức của môn học này, đã có rất nhiều đề tài để làm đồ án của các máy côngnghiệp khác nhau Và em đã được thầy giáo Trần Duy Trinh giao thiết kế đề tài:

”Thiết kế trang bị điện cho cơ cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng”

Thiết kế trang bị điện cho cầu trục là một việc tương đối khó đối với em.Tuy nhiên trong thời gian làm đồ án, với sự cố gắng của bản thân cùng với sự

chỉ bảo hướng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Duy Trinh em dã hoàn thành

xong bản đồ án môn học của mình Trong quá trình làm đồ án, với nhiều kiếnthức còn hạn chế nên bản đồ án vẫn còn nhiều chỗ thiếu sót, cho nên em rấtmong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo bộ môn để bản đồ áncủa em có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Duy Trinh cùng với các thầy cô

giáo bộ môn

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Doãn Nam

PHẦN MỘT:

TỔNG QUAN VỀ CẨU TRỤC

A khái niệm chung

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giớihoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất, máy nâng -vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng máy nâng - vận chuyển là cầu nối giữacác hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhàmáy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất v.v…

Tính chất và số lượng hàng hoá cần vận chuyển tuỳ thuộc vào đặc thù củaquá trình sản xuất

Trong ngành khai thác mỏ, trên các công trình thuỷ lợi, trên các công trườngxây dựng nhà máy thuỷ điện, xây dựng công nghiệp, xây dựng dân dụng v.v…,phần lớn các công việc nặng nề như bốc, xúc, đào, khai thác đất đá đều do cácmáy nâng - vận chuyển thực hiện

Việc sử dụng các máy nâng - vận chuyển trong các hạng mục công trình lớn

sẽ làm giảm đáng kể thời gian xây dựng, giảm bớt số lượng công nhân (khoảng

10 lần)

Trong các nhà máy chế tạo cơ khí, máy nâng - vận chuyển dùng để vậnchuyển phôi, bán thành phẩm và thành phẩm từ các nhà máy này sang nhà máykhác, từ phân xưởng này sang phân xưởng khác

b Phân loại máy nâng - vận chuyển.

Phụ thuộc vào đặc điểm của hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng

và phương vận chuyển mà các máy nâng - vận chuyển rất đa dạng Việc phânloại một cách hoàn hảo các máy nâng - vận chuyển rất khó khăn

Có thể phân loại các máy nâng - vận chuyển theo các đặc điểm chính sau:

1 Theo phương vận chuyển hàng hoá.

a, Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng

b, Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải

c, Theo mặt phảnh nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải

d, Theo các phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc v.v…

2 Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển.

a, máy nâng - vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền,băng tải, băng chuyền v.v…

0 Mc

b, Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại cần trục, cầutrục v.v…

c, Di chuyển quay với 1 góc quay tới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc v.v…

3 Theo cơ cấu bốc hàng.

a, Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo…

b, Dùng móc, xích treo, băng

c, Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện

4 Theo chế độ làm việc.

a, Chế độ dài hạn: Băng tải, băng chuyền, thang chuyền

b, Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục v.v…

c Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện máy nâng - vận chuyển.

Máy nâng - vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoàitrời Môi trường làm việc của các máy nâng - vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt làngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, các xí nghiệp luyện kim…

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của cácmáy nâng - vận chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã củamôi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.đối với hệ truyền động điện cho băng chuyền và băng tải, phải đảm bảo khởiđộng động cơ khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông, khi nhiệt độ môi trườnggiảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômencản tĩnh Mc



 đmHình 1-2

0,2 0,2

0,4 0,6 0,8 1,0

0,4 0,6 0,8 G/G ®m

M/M ®m

3 2 1

Quan hệ Mc = f() khi khởi động không có băng tải

Trên hình 1-2 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng - vận chuyển, yêu cầuquá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy vàthang chuyền chở khách Bởi vậy, mômen động cơ trong quá trình quá độ phảiđược hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn

Hình 1-3Mômen của động cơ phụ thuộc vào tải trọng

1-Động cơ di chuyển xe cầu; 2-Động cơ di chuyển xe con; 3-Động cơ nâng - hạ

Năng suất của máy nâng - vận chuyển quyết định bởi 2 yếu tố: tải trọng củathiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong 1 giờ Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗichu kỳ không như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức, cho nên phụ tải đối vớiđộng cơ chỉ đạt (6070)% công suất định mức của động cơ.

Do điều kiện làm việc của máy nâng - vận chuyển nặng nề, thường xuyênlàm việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng - vậnchuyển được chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn

D Hệ truyền động dùng trong các máy nâng - vận chuyển.

Hiện nay, hệ truyền động điện trong các máy nâng - vận chuyển sử dụng phổbiến là hệ truyền động với động cơ xoay chiều và 1 chiều Xu hướng chủ yếukhi thiết kế và chế tạo hệ truyền động điện cho máy nâng - vận chuyển là thườngchọn hệ truyền động với động cơ xoay chiều vì có hiệu quả kinh tế cao, đạt yêucầu về đặc tính khởi động cũng như đặc tính điều chỉnh

Để đáp ứng các yêu cầu về an toàn, độ tin cậy khi làm việc dài hạn của hệtruyền động điện các máy nâng - vận chuyển, nâng cao tuổi thọ của các khí cụđiều khiển, nên dùng các khí cụ phi tiếp điểm thay cho các khí cụ tiếp điểm (rơle

- công tắc tơ) Các khí cụ phi tiếp điểm đó có thể chế tạo, lắp ráp thừ các phần tủđiện từ, điện tử và bán dẫn

Những năm gân đây, do sự phát triển mạnh của kỹ thuật bán dẫn, kỹ thuậtbiến đổi điện năng công suất lớn, các hệ truyền động điện cho máy nâng - vậnchuyển đã dùng nhiều các bộ biến đổi thyristor thay thế cho các hệ cổ điển dùngmáy điện khuyếch đại cũng như khuyếch đại từ

Bộ biến đổi thyristor có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với bộ biến đổi quay: quántính nhỏ, độ nhạy cao, kích thước và trọng lượng bé hơn,cho phép chế tạo đượcnhững hệ truyền động có các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cao

E Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động và trang bị điện cầu trục.

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục được xác định từ các yêu cầu củaquá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất Cấu tạo

và kết cấu của cầu trục rất đa dạng Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển

và hệ truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể

Cầu trục trong phân luyện thép lò mactanh, trong các phân xưởng nhiệt luyệnphải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong chế độ quá độ Cầu trục trong các phân

xưởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng,dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng v.v…

Các cơ cấu của cầu trục làm việc trong chế độ cực kì nặng nề: tần số đóng cắtlớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều

Từ những đặc điểm trên, có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệtruyền động và trang bị điện cho các cơ cấu của cầu trục:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễdàng

- Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp “không”, quá tải vàngắn mạch

- Quá trình mở máy diễn ra theo 1 quy luật được định sẵn

- Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt, độc lập

- Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho xe cầu, xe con;hạn chế hành trình lên của cơ cấu nâng - hạ

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

- Tự động cắt nguồn cấp khi có người làm việc trên xe cầu

PHẦN 2:

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG

A khái niệm chung.

1 Chọn công suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh tốc độ.

+ Truyền động điện có điều chỉnh tốc độ nhằm đáp ứng một công nghệ nào

đó và đảm bảo quá trình công nghệ đó là tối ưu Để điều chỉnh tốc độ truyềnđộng điện ta có thể thực hiện theo phương pháp điện – cơ hay điện thuần tuý

- Phương pháp cơ là phương pháp điều chỉnh có cấp nhờ thay đổi tỷ sốtruyền ở hộp tốc độ hoặc điều chỉnh vô cấp nhờ ly hợp ma sát, đĩa ma sát…phương pháp này làm cho máy trở nên cồng kềnh

- Phương pháp điện – cơ là phương pháp thay đổi tỷ số truyền qua các cặpbánh răng với việc thay đổi dòng điện

- Phương pháp thuần tuý đang được dùng phổ biến hiện nay đó là thay đổitốc độ truyền động điện bằng việc thay đổi tốc độ động cơ điện , phương phápnày làm giảm nhẹ kết cấu cơ khí của máy

- Chọn công suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh tốc độ làphức tạp hơn Ngoài ra các đồ thị phụ tải và tốc độ còn cần biết phạm vi điềuchỉnh tốc độ, yêu cầu về điều chỉnh và một số yêu cầu khác

- Với hệ có điều chỉnh tốc độ, các yêu cầu về công suất và mômen trongtruyền động có thể khác nhau

- Do P = M. nên nếu P = const thì mômen sẽ thay đổi tỷ lệ nghịch theotốc độ Điều chỉnh càng sâu, tốc độ thấp thì mômen càng lớn và mômen cực đạikhi tốc độ thấp nhất

Thực tế đặc tính của máy sản xuất không giữ ổn định như mong muốn trongtoàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà bị thay đổi theo điều kiện công nghệ, điềukiện tự nhiên.

Một hệ truyền động điện có điều chỉnh tốc độ tốt nếu đặc tính điều chỉnh của

hệ giống đặc tính cơ của máy Khi đó động cơ sẽ được sử dụng một cách hợp lýnhất, nghĩa là làm việc có dư tải ở mọi thời điểm, ở mọi tốc độ và hệ truyềnđộng điện sẽ đạt các chỉ tiêu năng lượng cao và động cơ được chọn sẽ có kíchthước phù hợp nhất

2 Chọn công suất động cơ cho cơ cấu nâng hạ trục.

+ Mômen cản trên trục động cơ điện là tổng hợp hai mômen thành phần:

- Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của động cơ

- Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ quay của động cơ tuỳthuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống

+ Do đó khi xác định biểu thức phụ tải của cơ cấu nâng hạ chú ý đến đặcđiểm này:

- Phụ tải của cơ cấu nâng hạ là phụ tải ngắn hạn lặp lại

Thời gian làm việc của động cơ ở chế độ này thường ngắn (tlv<(3  3.5)tn)

và phụ tải cũng có thể là ngắn hạn không đổi hoặc ngắn hạn biến đổi

Trong công nghiệp người ta chế tạo động cơ chuyên dụng để phục vụ ở chế

độ ngắn hạn với các thời gian làm việc tiêu chuẩn là 15, 30, 60 và 90 phút.Chính vì vậy việc chọn và sử dụng động cơ làm việc ngắn hạn khá dễ dàng

- Phụ tải ngắn hạn không đổi, động cơ được chọn cần phải thoả mãn điều

kiện sau: Mdm = (1.1  1.3)Mc

Hoặc: Pdm= (1.1  1.3)Pc

Với thời gian làm việc tiêu chuẩn bằng hoặc lớn hơn chút ít thời gian làmviệc thực: TTC  tlv

- Sơ đồ động lực của một cơ cấu nâng hạ điển hình như hình vẽ sau đây:

10,80,60,40,200,2 0,4 0,6 0,8 1

0,65 0,75 0,8 1,09

3 Biểu thức phụ tải khi nâng.

+ Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do trọng tải quyết định Để xácđịnh phụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ:

Ta có: Mn =

c

o

i u

G G



.Rt (N.m) (1)Trong đó:

G: Trọng lượng của tải trọng (N)

G0: Trọng lượng của bộ lấy tải (N)

Rt:Bán kính của tang nâng (m)

u: Bội số ròng rọc

i: Tỷ số truyền của hộp tốc độ

n v

G G

+ Khi nâng không tải G = 0



.

(3)

4 Phụ tải tĩnh khi hạ:

+ Có hai chế độ khi hạ tải:

- Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó mômen do tải trọng sinh

ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu máy điện làm việc ở chế độđộng cơ

- Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó mômen do tải trọng gây rarất lớn, máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ vớitốc độ ổn định

+ Mômen trên trục động cơ do tả trọng gây ra không có tổn thất

Mt= R t

i u

G G

.

0



(N.m) (4)Khi hạ tải năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền độngnên:

h t t

h M M M

M      (N.m) (5)Trong đó:M h: Mômen trên trục động cơ khi hạ tải

t M M

M M



2 (8)Chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc vào hiệu suất cơ cấu khi hạ tải

5 Hệ số tiếp điện tương đối TD%.

Khi tính toán đến tiếp điện tương đối, ch8úng ta phải bỏ qua thời gian hãm

và thời gian mở máy

Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể tính đượctheo Q và G dm

(s)Trong đó: Q: Năng suất dỡ trong 1h (N)

dm

G : Tải trọng nâng hạ định mức của cơ cấu (N.m)

Hệ số tiếp điện tương đối:

% 100

th T

t M K



 1

.

n

i t

dt T

t M

M : Trị số mômen ứng với khoảng thời gian t i

K=1,21,3 hệ số phụ thuộc vào độ nhấp nhô của đồ thị phụ tải, tần số mởmáy, hãm máy

Điều kiện để chọn công suất động cơ:

th dmdc M

%

CK

h kd

lv

T

t t

t kd : Tổng thời gian khởi động

- Tính mômen đẳng trị chính xác của phụ tải

TC

dt dt

TD M

M

%

%



Trong đó: M TC: Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn

Động cơ được chọn có: M dmM TC

B Tính chọn công suất động cơ truyền động.

1 Xác định phụ tải khi nâng.

t cdm

i

u

G G

95 , 0

2800 190000

2800

2800 190000

.

Ta có:

947,095,0

12

1 2 (

40 2

2 , 0 2800 )

1 2 (

i u

R G

,14

60.12

,14

60.12

,7

60.12

,14

60.12

,4931,99655,49655

275,

%100.275,548

275,248

%100

4 Tính chọn sơ bộ công suất động cơ.

Để xét đến đặc tính phát nóng của động cơ khi làm việc ta chọn sơ bộ côngsuất động cơ theo phụ tải trung bình

CK

n n h h n

n h

h CK

n i

i i

t M t M t M t

M K T

t M K

, 548

655 , 49 5 , 17 31 , 99 5 , 456 655 , 49 37 , 507 655 , 49 ).

5 , 3 ( 2

Vì động cơ không có hệ số tiếp điện chuẩn là TD% = 45,28% nên ta quy về

hệ số tiếp điện chuẩn là TD% = 40%

Ta có:

3 , 138 40

28 , 45 130

TD

TD M

Dựa vào tỉ số truyền để chọn tốc độ động cơ phù hợp

v u

n R

2



9242

,0.14,3.2

5,14.2.40

2

n

Căn cứ vào điều kiện chọn công suất động cơ

tbcx c

dmd tbcx

924 3 , 138 55 , 9

Khối lượng của động cơ Q = 280 (kg)

C Kiểm nghiệm lại động cơ.

Việc tính chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta

bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơvới các thông số ở trên có đáp ứng được yêu cầu truyền động hay không ta cầnphải tiến hành kiểm tra lại theo: điều kiện phát nóng, điều kiện khởi động vàđiều kiện quá tải về momen

a Kiểm tra điều kiện phát nóng:

Việc kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nóng là khó khăn vì không thểtính toán phát nóng động cơ 1 cách chính xác Tuy vậy, người ta thường sử dụngcác phương pháp tính gần đúng để kiểm tra điều kiện phát nóng thông qua cácđại lượng điện Có nhiều phương pháp kiểm tra khác nhau ở đây, ta dùngphương pháp momen đẳng trị

Công thức kiểm tra:

9

= 16000

950

55 , 9 = 159,66 (N.m)

44.157

t

t M

Ta thấy Mđt > Mđm, như vậy động cơ thỏa mãn điều kiện phát nóng

b Kiểm nghiệm điều kiện khởi động và quá tải về mômen:

Điều kiện khởi động:

Mkđ ≥ Mcmm

Động cơ đã chọn phải thoả mãn điều kiện khởi động tức là động cơ có thểsinh ra momen khắc phục momen tải lúc mở máy mà không bị quá tải( dòngđiện phần ứng không quá 2-2,5Iđm) Do tính chất tải của ta không thay đổi theotốc độ nên nếu động cơ đã thoả mãn điều kiện làm việc bình thường thì nó cũngthoả mãn điều kiện lúc khởi động.

Điều kiện quá tải về mômen:

Theo tính toán ở phần I, momen cản lớn nhất khi nâng tải Mcmax=268,68Nm.Mặt khác Mđm = 159,66Nm, như vậy ở điều kiện quá tải cực đại, động cơphải làm việc với hệ số quá tải là :

66 , 159

37 , 507

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

A Khái niệm chung.

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngàycàng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càngphức tạp và đòi hỏi có độ chính xác tin cậy cao.

Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành 1 chiều có thể sử dụngnhiều thiết bị như máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van, chúng được điềukhiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu nhược điểm khác nhau

Do đó để lựa chọn phương án phù hợp với những loại công nghệ đòi hỏi nhàthiết kế phải so sánh chi tiết kĩ thuật để đưa ra phương án tối ưu nhất

B Nội dung chọn phương án.

Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết,tuy nhiên mỗi phương án sẽ có ưu nhược điểm riêng Nhiệm vụ của nhà thiết kế

là phải chọn ra phương án tối ưu nhất, phù hợp với yêu cầu công nghệ đó

Đối với các hệ truyền động đơn giản, không có yêu cầu công nghệ cao thì chỉcân dùng động cơ xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản Còn các hệthống điều khiển phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động như điềuchỉnh 2 vùng như, sử dụng bộ biến đổi động cơ 1 chiều (BBĐ-Đ) và hộp tốc độ,

ở bộ biến đổi này có thể là máy phát 1 chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùng thyristor

c ý nghĩa của việc lựa chọn phương án.

Việc so sánh và lựa chọn phương án hợp lý nhất có 1 ý nghĩa đặc biệt quantrọng, nó được thể hiện qua các mặt sau:

- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

- Đảm bảo an toàn, làm việc tin cậy, lâu dài

- Giảm giá thành đồng thời nâng cao chất lượng kỹ thuật, tăng năng suấtlao động và giảm nhẹ cường độ lao động

- Khi xảy ra hư hỏng có thể thay dễ dàng với các linh kiện dự trữ có sẵn

D Các phương án truyền động.

1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ).

Hệ thống F - Đ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện 1chiều kích từ độc lập, máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi Động cơ ĐK cũngkéo luôn máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ K cho động cơ Đ và máyphát F, biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng điện của máy phát tự kích từ Knghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho cuộn kích từ máy phát KTF và

K2

RKK

K KTK

~3 pha

cuộn kích từ động cơ KTĐ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máyphát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dòng kích

từ động cơ do đó thay đổi từ thông

Sơ đồ nguyên lý của hệ F – Đ

UF U F

K

R K

R I E

F

K

R R K

U: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ (V)

RưF, RưĐ: Điện trở phần ứng máy phát, động cơ ()

Iư : Dòng điện phần ứng động cơ cũng là dòng điện phần ứng máy phát (A)

Thay Iư =

D

K M

 vào (*) ta có phương trình đặc tính cơ của hệ F - Đ:

Mc M 0

Để điều chỉnh tốc độ động cơ d2 vùng dưới đường đặc tính tự nhiên ta giữ từthông động cơ là định mức (Đ = Đđm ) và điều chỉnh giảm điện áp đăt vàophần ứng động cơ (UĐ giảm)

Trường hợp này tốc độ  0 thay đổi (giảm) còn độ cứng đặc tính cơ giữnguyên, các đặc tính cơ song song nhau

Thực hiện điều đó nhờ điều chỉnh giảm điện trở RKF d2 mạch từ của máyphát F, do đó thay đổi (giảm) stđ EF của máy phát và điện áp đặt vào động cơ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ d2 vùng trên đường đặc tính tự nhiên, ta khôngthể tăng điện áp đặt vào phần ứng động cơ cao hơn giá trị định mức vì sẽ làmcháy động cơ Vì vậy lúc này giữ nguyên điện áp là định mức và tiến hành điềuchỉnh RKĐ d2 mạch kích từ động cơ để thay đổi giảm từ thông của động cơ.Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng  0 tăng lên còn độ cứng đặc tính cơgiảm đi Đặc tính cơ có tốc độ  0 càng lớn thì càng mềm

Dạng đặc tính cơ vùng dưới đường đặc tính tự nhiên (vùng 1) và trên đườngđặc tính tự nhiên (vùng 2) như hình vẽ

Đ không cho được những tốc độ quá thấp Lý do là muốn có tốc độ nhỏ thì điện

áp đặy vào động cơ phải nhỏ, nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từmáy phát phải nhỏ Về nguyên tắc tăng RKF thì dòng kích từ sẽ nhỏnhưng từthông F không thể yếu hơn từ dư của máy phát Ngay cả khi IKF = 0 thì sđđ do

từ dư của máy phát tạo ra cũng khoang (36)% trị số sđđ định mức, do vây giới

hạ dưới min của tốc độ hệ F - Đ bị hạn chế

Ngoài ra lúc từ thông kích từ F yếu, tác dụng của phản ứng phần ứng sẽ rõrệt, điện áp rơi ở mặt tiếp xúc giũa chổi than và vành góp tăng lên, điện trở mạchlực trở nên có ý nghĩanên cũng không thể giảm quá thấp EF Vì thế phạm vi điềuchỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ không quá

Khi động cơ đảo chiều quay, các đường đặc tính của động cơ sẽ nằm ở gócphần tư thứ 3 Việc đảo chiều quay động cơ Đ trong hệ F - Đ ở sơ đồ nguyên lýđược thực hiện nhờ việc đảo chiều đảo (cực tính) điện áp của máy phát F đặt vàophần ứng động cơ Đ thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát

MF nhờ đóng tiếp điểm K1 hoặc K2 cũng có thể dùng cầu dao đảo chiều Đây là

hệ F - Đ có đảo chiều quay Đối cới hệ F - Đ không đảo chiều quay thì khôngcần đảo chiều dòng kích từ MF

c Các trạng thái hãm trong hệ F - Đ.

+, Hãm tái sinh

Khi hệ F - Đ hãm tái sinh vì    0 nên động cơ làm việc như 1 máy phát EĐ

> EP phát trả năng lượng điện về nguồn sđđ EF và EĐ khi hãm tái sinh là ngượcchiều nhau

K 0  ( 0  )



 0

 Iư < 0 dòng điện phần ứng đảo chiều, trả lại lưới điện lúc này

mômen động cơ đảo chiều, hãm chuyển động của động cơ

M = KIư < 0

Năng lượng trả về lưới điện được biến đổi từ cơ năng của hệ, cơ năng kéo

động cơ (như 1 máy phát) quay nhanh hơn tốc độ không tải lý tưởng

+, Hãm động năng

Hãm động năng trong hệ F- Đ xảy ra khi cắt kích từ máy phát nhưng vẫn giữ

kích từ động cơ (như 1 máy phát) lúc này EF = 0 nên RK R M

D

R R

Biểu thức công suất

- Phản hồi dương dòng điện phần ứng

- Phản hồi âm áp – dương dòng kết hợp

- Phản hồi âm tốc độ

- Phản hồi âm áp dòng điện có ngắt

- Phản hồi âm áp có ngắt

U KT W 1 F 1

FT

§ F

Mỗi khâu phản hồi đều có những ưu nhược điểm riêng của nó, tuỳ vào yêucầu của hệ thống truyền động mà ta lựa chọn một khâu phản hồi cho phù hợp

Do yêu cầu của cơ cấu cầu trục là phải ổn định tốc độ nhanh, khử tốc độ bùcủa động cơ

Do từ dư máy phát nên em chọn khâu phản hồi âm tốc độ cho hệ truyền độngcủa mình

 Phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc độ, rôto phải nối với rôto của động

cơ, phụ tải FT  cuộn dây W4

F4 ngược chiều với F1 nên F = F1 – F4

n

Từ phương trình cân bằng stđ dễ dàng, giải thích được nguyên lý ổn định tốc

độ của hệ thống Mặt khác, ở vùng tốc độ rất thấp F1 rất nhỏ  F4 nhỏ, dễ dàngphân phối lượng phản hồi và lượng chủ đạo

Mặt khác, để khử tốc độ bù cho động cơ do từ dư máy phát Lực phản hồi F4(khi này F1 = 0) sẽ làm cho stđ của máy đổi dấu  khi từ dư máy phát

Nhận xét về hệ F - Đ:

ưu điểm:

- phạm vi điều chỉnh tăng lên

Bé biÕn

- điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh

- Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kính từ nên tổn hao nhỏ

- Hệ điều chỉnh đơn giản

- Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn

2 Hệ truyền động Thyristor - động cơ (T - Đ).

Trong hệ truyền động (T - Đ) van động cơ, bộ biến đổi (B-B-Đ) làm nhiệm

vụ biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn 1 chiều cung cấp cho động cơ 1chiều

Đặc điểm của hệ này là do bộ biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều thànhnhuồn 1 chiều không qua trung gian cơ học nào và bên cạnh chức năng biến đổi

đó nó còn có khả năng điều chỉnh sđđ đầu ra của bộ biến đổi

Nhiệm vụ:

Dùng thyristor để tạo ra điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều có trị sốthay đổi cấp cho mạch phần ứng động cơ

Hệ thống phát xung điều khiển mở van gồm:

- Nguồn biến áp điều khiển (điện áp chủ đạo) thay đổi được trị số

- Khâu tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

- Khâu phát xung để mở van của bộ chỉnh lưu

b Hoạt động của hệ thống.

Giả sử ban đầu hệ thống được nối vào lưới điện áp phù hợp, để động cơ quaycần phải đưa vào khâu phát xung điều khiển 1 điện áp đặt ứng với độ tính toánvào đó của động cơ Hệ thống phát xung sẽ dưa xung mở đến các cực điều khiểncủa chỉnh lưu

Nếu van nào đó có thế anốt dương thì van đó sẽ mở, xuất hiện dòng điện quađộng cơ thì động cơ quay ứng với tốc độ cực đại

Nhờ có phản hồi âm tốc độ mà tạo ra khă năng ổn định tốc độ ứng vớinguyên lý sau:

Nếu n tăng  UPh tăng  Uđk giảm  tăng góc mở   Ud giảm  nđcgiảm (nếu n giảm thì ngược lại)

E

D

u D

cos

.

2 0

A B C Mc

M 0

Các đặc tính của hệ truyền động T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ

Vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa thyristor góc mở  càng lớn thìđiện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ, khi đó đặc tính cơ hạ thấp và ứngvới 1 mômen cản Mc nào đó, tốc độ động cơ giảm (A  B  C)

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng: phụ tải nhỏ thì đặc tính cơ có tốc độlớn (phần nằm trong vùng gạch chéo) đó là vùng dòng điện gián đoạn, góc càng lớn khi điều chỉnh sâu thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và điềuchỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn, vùng dòng điện gián đoạn có hình êlíp

Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia (p=3) có vùng gián đoạn rộng hơn so với sơ

đồ chỉnh lưu 3 pha hình cầu (p=6) vùng dòng điện gián đoạn càng thu hẹp khi ptăng và tốc độ tự cảm của mạch phần ứng Song khi tăng số xung p thì mạchchỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp vào cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn.Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình quá độ (tăng thời gian quá độ)

và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống

Tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào góc điều khiển 

N N T

Tuy nhiên  0 ở đây chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của đặctính cơ kéo dài Thực tế do có vùng dòng điện gián đoạn nên tốc độ không tải lýtưởng của đặc tính cơ lớn hơn (hình 3-3)

d Đảo chiều trong hệ T - Đ.

Do chỉnh lưu thyristor dẫn theo 1 dòng điện và chỉ điều khiển được khimở,còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiềuquay khó khăn và phức tạp hơn hệ F - Đ Cấu trúc mạch động lực cũng nhưmạch điều khiển hệ truyền động T - Đ đảo chiều có yêu cầu cao và lôgic điềukhiển chặt chẽ

 Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo:

- Giữ nguyên dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.Phương pháp này thời gian đảo chiều lớn, không đáp ứng được yêu cầu của cơcấu truyền động cầu trục Mặt khác, khi đảo chiều thì dòng Iư lớn, sinh ra tia lửamạch ở chổi than cổ góp làm giảm tuổi thọ của máy điện

- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T - Đ đảo chiều có nhiều, song chỉ thựchiện theo 1 nguyên tắc trong 2 nguyên tắc trong 2 nguyên tắc trên và được phân

ra thành 5 loại sơ đồ chính là:

Hình 1

Hình 2