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  KHOA ĐIỆN 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 - Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Ngày nhận đề tài…10/10/2012……….Ngày hoàn thành…… 10/11/2012………… Ngày…10.tháng…10… năm 2012 Giáo viên hướng dẫn: Trần Duy Trinh Đồ án môn học: Trang Bị Điện 1 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước, khoa học kỹ thuật phát triển một cách rõ rệt và đã được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong đó có lĩnh vực công nghiệp ở nước ta đã và đang xuất hiện nhiều máy móc, trang thiết bị hiện đại cho nên đòi hỏi quá trình giảng dạy phải trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về nguyên lý hoạt động cũng như nguyên tắc vận hành của các trang thiết bị nhằm nắm bắt kịp thời xu thế phát triển của khoa học 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 kiến thức của môn học này, đã có rất nhiều đề tài để làm đồ án của các máy công nghiệp 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 kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án vẫn còn nhiều chỗ thiếu sót, cho nên em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo bộ môn để bản đồ án của 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 Đồ án môn học: Trang Bị Điện 2 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN 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 giới hoá 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 giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, 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 của quá trình sản xuất Trong ngành khai thác mỏ, trên các công trình thuỷ lợi, trên các công trường xây 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 các máy 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 vận chuyển phôi, bán thành phẩm và thành phẩm từ các nhà máy này sang nhà máy khác, 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 phân loại 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… Đồ án môn học: Trang Bị Điện 3 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN b, Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại cần trục, cầu trục 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 ngoài trời Môi trường làm việc của các máy nâng - vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt là ngoài 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 các máy nâng - vận chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi 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 khởi động động cơ khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông, khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh Mc Mc 0  đm Hình 1-2 Đồ án môn học: Trang Bị Điện 4 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN 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 độ động cơ: Mc = f( ) Trên đồ thị ta thấy: Khi  = 0, Mc lớn hơn (2 2,5 lần)Mc ứng với tốc độ định mức Đặc điểm trên cũng đúng với một số máy nâng - vận chuyển khác như thang chuyền, băng chuyền v.v… Động cơ truyền động cầu trục, nhất là đối với cơ cấu nâng - hạ, mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Khi không có tải trọng (không tải), mômen của động cơ không vượt quá (15 20)% Mđm, đối với cơ cấu nâng của cần trục cầu ngoạm đạt tới 50% Mđm, đối với động cơ di chuyển xe con bằng (35 50%) Mđm, đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 55%)Mđm Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng - vận chuyển, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thang chuyền chở khách Bởi vậy, mômen động cơ trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn M/M®m 1,0 1 0,8 2 3 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 G/G®m Hình 1-3 Mômen 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 Đồ án môn học: Trang Bị Điện 5 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN Năng suất của máy nâng - vận chuyển quyết định bởi 2 yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong 1 giờ Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗi chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức, cho nên phụ tải đối với động 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 xuyên làm việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng - vận chuyển 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 phổ biến là hệ truyền động với động cơ xoay chiều và 1 chiều Xu hướng chủ yếu khi thiết kế và chế tạo hệ truyền động điện cho máy nâng - vận chuyển là thường chọn hệ truyền động với động cơ xoay chiều vì có hiệu quả kinh tế cao, đạt yêu cầu 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 hệ truyền động điện các máy nâng - vận chuyển, nâng cao tuổi thọ của các khí cụ điều 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 tủ điện từ, điện tử và bán dẫn Những năm gân đây, do sự phát triển mạnh của kỹ thuật bán dẫn, kỹ thuật biến đổi điện năng công suất lớn, các hệ truyền động điện cho máy nâng - vận chuyển đã dùng nhiều các bộ biến đổi thyristor thay thế cho các hệ cổ điển dùng máy điện khuyếch đại cũng như khuyếch đại từ Bộ biến đổi thyristor có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với bộ biến đổi quay: quán tính nhỏ, độ nhạy cao, kích thước và trọng lượng bé hơn,cho phép chế tạo được những 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 của quá 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 luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong chế độ quá độ Cầu trục trong các phân Đồ án môn học: Trang Bị Điện 6 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN 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 cắt lớn, 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 hệ truyền 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 dễ dàng - Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp “không”, quá tải và ngắn 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 Đồ án môn học: Trang Bị Điện 7 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN 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 truyền động 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 số truyền 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 cặp bánh răng với việc thay đổi dòng điện - Phương pháp thuần tuý đang được dùng phổ biến hiện nay đó là thay đổi tốc độ truyền động điện bằng việc thay đổi tốc độ động cơ điện , phương pháp này làm giảm nhẹ kết cấu cơ khí của máy - Chọn công suất động cơ cho những truyền động có điều chỉnh tốc độ là phức tạp hơn Ngoài ra các đồ thị phụ tải và tốc độ còn cần biết phạm vi điều chỉnh 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 trong truyền động có thể khác nhau - Do P = M. nên nếu P = const thì mômen sẽ thay đổi tỷ lệ nghịch theo tốc độ Điều chỉnh càng sâu, tốc độ thấp thì mômen càng lớn và mômen cực đại khi tốc độ thấp nhất M max = P min Còn nếu giữ M= const thì công suất sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với tốc độ tới một giá trị cực đại của tốc độ thì công suất sẽ cực đại P max =M max Nhìn chung động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ đơn giản, trơn hơn so với động cơ điện xoay chiều Đồ án môn học: Trang Bị Điện 8 Sinh viên: Nguyễn Doãn Nam TRƯỜNG ĐHSPKT VINH  KHOA ĐIỆN Thực tế đặc tính của máy sản xuất không giữ ổn định như mong muốn trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà bị thay đổi theo điều kiện công nghệ, điều kiện 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 lý nhất, nghĩa là làm việc có dư tải ở mọi thời điểm, ở mọi tốc độ và hệ truyền động điện sẽ đạt các chỉ tiêu năng lượng cao và động cơ được chọn sẽ có kích thước 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 tuỳ thuộc 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 đặc điểm 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 (t lv