Đồ án môn học thiết kế hệ thống truyền động điện nâng hạ cho cầu trục phân xưởng

ĐẠI HỌC SPKT VINH Bộ môn Điều khiển và Tự động hóa - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống truyền động điện nâng hạ cho cầu trục phân xưởng Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Tuấn Sinh viên thực hiện: Lại Văn Long Lớp: DHTDHCK13Z Hà Nội, 12/2020 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng Trong quá trình học môn thiết kế hệ thống tự động hóa quá trình em được nhận đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ cơ cấu nâng hạ cầu trục Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên không khỏi có những sai sót Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo NGUYỄN VĂN TUẤN và các thầy cô giáo công tác trong khoa điện Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, tháng 12 năm 2020 Sinh Viên LẠI VĂN LONG MỤC LỤC CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG CẤU TRỤC PHÂN XƯỞNG 8 1.1 Tổng quan về thiết bị cầu trục phân xưởng .8 1.1.1 Khái niệm 8 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo của cầu trục 8 1.1.3 Phân loại .8 1.1.4 Cấu tạo 9 1.1.5 Đặc điểm công nghệ 10 1.2 Yêu cầu truyền động .11 1.2.1 Đặc tính phụ tải 11 1.2.2 Chế độ làm việc của động cơ truyền độ 12 1.2.3 Yêu cầu truyền động 14 CHƯƠNG 2 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG 15 2.1 Tổng hợp thông tin về hệ thống 15 2.2 Tính toán các thông số của hệ thống .16 2.3 Tính toán phụ tải tĩnh 16 2.4 Tính hệ số tiếp điện tương đối TĐ% .17 2.5 Tính chọn động cơ 18 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG .20 3.1 Lựa chọn hệ truyền động 20 3.2 Động cơ điện không đồng bộ 20 3.2.1 Nguyên lý làm việc 20 3.2.2 Ứng dụng : 23 3.2.3 Khả năng dùng động cơ xoay chiều thay thế máy điện một chiều: 24 3.2.4 Kết luận 25 3.3 Biến tần 26 3.3.1 Nguyên lý bộ biến tần 26 3.3.2 Cấu trúc bộ biến tần 26 CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO BBĐ 28 4.1 Thiết kế mạch lực 28 4.1.1 Sơ đồ mạch lực 28 4.1.2 Tính toán lựa chọn mạch lực 29 4.2 Phương pháp điều khiển 35 4.2.1 Các phương pháp điều khiển 35 4.2.2 Giới thiệu về biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f 37 4.2.3 Các phương pháp thông dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ 40 4.2.4 Cấu trúc điều khiển 53 CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG 55 5.1 Sơ đồ mô phỏng 55 5.2 Kết quả mô phỏng 56 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu tạo cầu trục 9 Hình 1.2: Cấu tạo cơ cấu phanh hãm .10 Hình 1.3: Đặc tính cơ cấu nâng-hạ 12 Hình 1.4: Trạng thái làm việc của động cơ truyền động cầu trục 13 Hình 2.1: Hệ truyền động nâng hạ cho cầu trục phân xưởng 15 Hình 2.2: Quan hệ phụ thuộc nc vào tải trọng 16 Hình 2.3: Bảng tra động cơ cho cơ cấu nâng hạ 18 Hình 3.1: Quá trình tạo moment của máy điện không đồng bộ .20 Hình 3.2: Lá thép kỹ thuật điện 22 Hình 3.3: Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động của biến tần 26 Hình 3.4: Sơ đồ mạch điều khiển .27 Hình 4.1: Sơ đồ mạch lực 28 Hình 4.2: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng diode .29 Hình 4.3: Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 30 Hình 4.4: Dạng tín hiệu điều khiển các van và dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử trong sơ đồ NLĐL ba pha 30 Hình 4.5: Hình ảnh thực tế van IGBT FS75R12KE3G 31 Hình 4.6: Quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số 40 Hình 4.7: Nguyên lý phương pháp điều rộng sin .41 Hình 4.8: Sơ đồ dạng điện áp trên các pha .41 Hình 4.9: Quá trình hoạt động của bộ điều khiển 43 Hình 4.10: Sơ đồ kết nối các khóa trong bộ nghịch lưu 44 Hình 4.11: Sơ đồ bộ biến tần nghịch lưu áp 6 khóa 45 Hình 4.12: Biểu diễn không gian vector trong hệ tọa độ x-y 45 Hình 4.13: Các vector không gian tử 1-6 47 Hình 4.14: Trạng thái đóng ngắt của các khóa 48 Hình 4.15: Vector không gian Vs trong vùng 1 .49 Hình 4.16: Vector không gian Vs trong vùng bất kỳ .50 Hình 4.17: Giản đồ đóng cắt linh kiện .51 Hình 4.18: Vector Vs trong các vùng tử 0-6 53 Hình 4.19: Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển vô hướng vòng hở cho bộ nghịch lưu 54 Hình 4.20: Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển vô hướng vòng kín cho bộ nghịch lưu 54 Hình 5.1: Sơ đồ mô phỏng .55 Hình 5.2: Đáp ứng momen .56 Hình 5.3: Dòng điện dòng điện 58 Hình 5.4: Điện áp đầu ra 60 Hình 5.5: Đáp ứng tốc độ 61 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Thông số diode chỉnh lưu 30 Bảng 4.2: Thông số van IGBT FS75R12KE3G .32 Bảng 4.3: Bảng lựa chọn van IGBT loại 6 IGBT kiểu đấu sẵn theo sơ đồ cầu 3 pha 32 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật ACEPACK™ 2 34 Bảng 4.5: Giá trị điện áp các trạng thái đóng ngắt và vector không gian tương ứng 48 CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG CẤU TRỤC PHÂN XƯỞNG 1.1 Tổng quan về thiết bị cầu trục phân xưởng 1.1.1 Khái niệm Cầu trục là tên gọi chung của các máy trục chuyển động trên hai đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không (khẩu độ) giữa hai đường ray đó Các cơ cấu của đảm bảo 3 chuyển động: - Nâng hạ vật - Di chuyển xe con - Di chuyển xe cầu 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo của cầu trục Dầm cầu được gọi là dầm chính, thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặc hai dầm Trên dầm có xe con và cơ cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm chính Hai đầu dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu Trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe: cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe bị động Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao Cầu trục thường được chế tạo với các thông số: - Tải trọng nâng: Q = 1 ÷ 500 tấn - Chiều cao nâng: Hmax = 16 m - Vận tốc nâng: Vn = 2 ÷ 40 m/phút - Vận tốc di chuyển xe con: Vxmax = 60 m/phút - Vận tốc di chuyển cầu trục:Vcmax = 60 m/phút Cầu trục có Q > 10 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ, được lắp trên xe con 1.1.3 Phân loại  Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng: SVTH: Lại Văn Long 8 - Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn - Cầu trục dùng gầu ngoạm - Cầu trục dùng nam châm điện  Theo tải trọng: - Loại nhẹ: dưới 10 tấn - Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn - Loại nặng: trên 15 tấn  Theo chế độ làm việc: - Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt trong một giờ là 60 - Loại trung bình: TĐ%= 15÷25%, số lần đóng cắt trong một giờ là 120 - Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240  Theo chức năng: - Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ chính xác không cao - Cầu trục lắp ráp: sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xác cao 1.1.4 Cấu tạo Hình 1.1: Cấu tạo cầu trục Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm bộ phận chính:  Cơ cấu nâng - hạ Có hai loại chính: SVTH: Lại Văn Long 9 - Loại dùng cho cầu trục một dầm là palăng điện hoặc palăng tay Palăng điện hay palăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật Các loại palăng này được chế tạo theo tải trọng và tốc độ nâng yêu cầu - Đối với các loại dầm thông thường, các cơ cấu nâng hạ được chế tạo và đặt trên xe con để có thể di chuyển dọc theo dầm chính Trên xe con có từ một đến ba cơ cấu nâng hạ Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm (hình 1.2) Phanh dùng trong dùng trong cầu trục có ba loại: phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai Nguyên lí hoạt động của các loại phanh này cơ bản giống nhau Cơ cấu phanh hãm gồm có: - Má phanh - Cuộn dây nam châm phanh - Đối trọng phanh Hình 1.2: Cấu tạo cơ cấu phanh hãm 1.1.5 Đặc điểm công nghệ Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề như ngoài hải cảng, các nhà máy, xí nghiệp luyện kim Làm việc ở chế độ đóng cắt rất cao Ngoài ra, tùy theo quá trình công nghệ mà ta có một số yêu cầu như: - Cầu trục vận chuyển được sử dụng rộng rãi, yêu cầu về độ chính xác không cao SVTH: Lại Văn Long 10