Đồ án truyền động điện - Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục 5 tấn

LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành công nghiệp nói chung, để giải quyết một số công việc khó khăn với con người như việc vận chuyển các nguyên vật liệu, hàng hóa nặng nhọc, trong môi trường khắc nghiệt thì rất cần đến sự trợ giúp của các loại máy móc công nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục. Ở học kỳ này em đã được giao đồ án môn học với đề tài : “Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục 5 tấn ” với các thông số yêu cầu như sau: Chiều cao nâng: 10 m Tốc độ nâng hạ: 0,35 m/s Trọng lượng tải: 5000 kg Trọng lượng móc câu: 50 kg Đường kính puli: 0,5 m Tỉ số truyền: 50 Hiệu suất bộ truyền: 0,85 Momen quán tính cơ cấu: 0,1kg/m^2 Chu kỳ làm việc: 360s Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS.Hoàng Thị Thương cộng với sự làm việc nghiêm túc em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Đến nay em hoàn thành được đề tài. Tuy nhiên do trình độ và kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm còn non kém nên trong quá trình làm em đã gặp rất nhiều khó khăn vì vậy chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày …… tháng ……năm 2022 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM VỀ CẦU TRỤC 1.1 Giới thiệu chung Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu trục, nhờ vậy mà có thể di chuyển vật đến mọi vị trí trong xưởng. Cầu trục được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau như trong các nhà máy, xí nghiệp, công trường xây dựng, hải cảng... Phân loại cầu trục: Theo tải trọng: Loại nhẹ: từ 5 đến 10 tấn. Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn. Loại nặng: trên 15 tấn. Theo chế độ làm việc: Loại nhẹ: hệ số tiếp điện TĐ% = 10 - 15%, số lần đóng máy trong một giờ là 60. Loại trung bình: TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy trong một giờ là 120. Loại nặng: TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy trong một giờ > 240. Theo chức năng: Cầu trục vận chuyển: dùng rộng rãi, yêu cầu chính xác, không cao. Cầu trục lắp ráp: phần lớn nằm trong các nhà máy, xí nghiệp , dùng để lắp ráp các chi tiết máy móc có yêu cầu độ chính xác cao. 1.1.1 Cấu tạo của cầu trục Cầu trục được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ. Xe cầu: có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật, tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng. Xe con: là thiết bị được đặt trên xe cầu và dịch chuyển trên chiều dài của xe cầu. Cơ cấu nâng hạ: được đặt trên xe con và đóng vai trò nâng hạ hàng hóa. Nhờ cấu tạo như trên mà cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phương phủ kín mặt bằng nhà xưởng: Chuyển động dọc theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe cầu. Chuyển động ngang theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe con. Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động của cơ cấu nâng hạ. 1.1.2 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của cầu trục Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở hải cảng, trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim... Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyền động và trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của môi trường. Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng. Nhất là cơ cấu nâng hạ, momen thay đổi rõ rệt. Khi không có tải trọng, momen động cơ không vượt quá (15 - 20)% M_đm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục ngoạm đạt tới 50%M_đm. Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng (30-50)%M_đm. Đối với động cơ di chuyển xe con bằng (30-35)%M_đm, đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55)%M_đm. Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục, yêu cầu quá trình tăng và giảm tốc xảy ra rất êm. Bởi vậy, mô men động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo kĩ thuật an toàn. Năng suất cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của các thiết bị và số chu kì bốc xúc trong một giờ. Số lượng hành hoá bốc xúc trong mỗi một chu kì không như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức nên phụ tải với động cơ chỉ đạt (60 - 70)% công suất của động cơ. Các động cơ truyền động điện đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có tần số đóng điện lớn. Đa số các cầu trục đều làm việc trong điều kiện môi trường nặng nề, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều. Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu 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 thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Từ những đặc điểm trên ta có những yêu cầu cơ bản với hệ thống truyền động cho các cơ cấu của cầu trục như sau: 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 một quy luật được định sẵn. Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt, độc lập. Có công tắc hành trình hạn chế quá trình tiến, lùi cho xe cẩu, xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng hạ. Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp. Tự động cắt nguồn cấp khi không có người làm việc trên xe cầu. 1.1.3 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục Momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và bất kể chiều quay của động cơ thay đổi thế nào. Nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính Mc = constant và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây ra. Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướng theo chiều quay của động cơ.   Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau: Hình 1.1 Đặc tính của cơ cấu nâng hạ Khi nâng tải động cơ làm việc ở chế độ động cơ. Khi hạ tải có thể có hai chế độ: hạ động lực và hạ hãm. Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó momen do tải trọng gây ra không đủ để thắng momen ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Hạ hãm thực hiện khi tải trọng lớn, khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định. Đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ: làm việc ở chế độ ngăn hạn lặp lại, thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Chọn phương án chuyển động là chọn phương án điều chỉnh động cơ của cầu trục là tối ưu nhất nhằm đảm bảo mọi yêu cầu về công nghệ của cầu trục. Cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiều quay. Động cơ sử dụng cho cầu trục có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều. Ở đây ta đưa ra phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. 2.1 Hệ truyền động điện 1 chiều 2.1.1 Hệ truyền động máy phát – động cơ điện (F-Đ) Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Trong đó: Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản Đ: là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ. F: là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ. ĐK: động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác. K: máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ. Ưu điểm: Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc. Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: điều chỉnh kích thích máy phát và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thích máy phát. Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau: Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không. Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ. Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng). Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ. Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt. Do các thành phần trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt. Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh. Hệ số cos  khá cao. Nhược điểm: Sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc. Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn. Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều...). 2.1.2 Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor. Sơ đồ mạch điều khiển: 3 pha Hình 2.2 Hệ truyền động T - Đ Hoạt động của hệ thống: Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ. Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu. Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi. Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống. Ưu điểm: Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 1000). Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy. Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp. Nhược điểm: Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế. Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6 0,65). Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới. Mạch điều khiển phức tạp. 2.1.3 Lựa chọn phương án chuyển động Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F - Đ và T - Đ. Ta thấy, mỗi hệ thống đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thyristor là phương pháp linh hoạt nhất hiện nay, nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụ không tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ. Dùng thyristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F - Đ cũng như các hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được. Nhờ BBĐ thyristor mà các trạng thái cưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn. Vì thyristor không có quán tính nên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặc trưng bởi hai lượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc của máy và quán tính điện trở của máy phần ứng. Do đó so với hệ F – Đ, sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta có thể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ để gia công các sản phẩm với chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng, luôn sẵn sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do vậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động cho truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng. 2.2 Lựa chọn loại động cơ 2.2.1 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ roto lồng sóc. So với động cơ một chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra, động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. Nhược điểm: điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ roto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động cơ điện một chiều. 2.2.2 Động cơ điện một chiều Ưu điểm: khả năng chịu quá tải lớn, có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Nhược điểm: so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn, do cấu tạo có hệ thống chổi than cổ góp nên việc bảo dưỡng phải thường xuyên hơn. *Kết luận: Qua những phân tích so sánh ở trên, em chọn phương án sử dụng động cơ điện một chiều vì những ưu điểm nổi bật trong việc điều chỉnh tốc độ, khả năng chịu quá tải. 2.3 Tính chọn công suất động cơ 2.3.1 Xác định phụ tải tĩnh Khi nâng có tải: M_n1=(G+G_0)/(u.i.μ_c ) R_t=((5000+50).0,25.9,81)/1.50.0,85=291,4 (N.m) Khi nâng không tải: M_n0=G_0/(u.i.μ_c ) R_t=50.0,25.9,81/1.50.0,85=2,89 (N.m) Khi hạ có tải: M_h1=((G+G_0 ) R_t)/(u.i) (2-1/μ_c )=((5000+50).0,25.9,81)/1.50 (2-1/0.85)=203,9(N.m) Khi hạ không tải: M_h0=(G_0 R_t)/(u.i) (2-1/μ_c )=50.0,25.9,81/1.50 (2-1/0.85)=2,02 (N.m) Ta có tốc độ nâng hạ là 0.35m/s nên tổng thời gian làm việc là: ∑▒t_i =4.h/v=4.10/0.35=114.3 (s) Momen đẳng trị: M_đt=√((∑_i^n▒〖M_i^2 t_i 〗)/(∑▒t_i )=) √((〖291,4〗^2+〖2,89〗^2+203,9+〖2,02〗^2 )28.6/114,3)=177,9(N.m) 2.3.2 Xác định hệ số tiếp điện ε% Hệ số tiếp điện tương đối: ε%=(∑▒T_lvi )/T_ck =114,3/500=23% 2.3.3 Lựa chọn động cơ Tốc độ góc của động cơ: ω=2v/D i=2.0,35/0.5.50=70 (rad/s) Tốc độ quay của động cơ: n=ω/2π.60=70/2π.60=668,45 (vg/ph) Công suất động cơ: P_tt=M_đt.ω=177,9.70=12453 (W) Ta chọn động cơ có công suất: P_đm≥1,3.P_tt=1,3.12453=16188,9 (W) Từ các số liệu tính toán, tra bảng phụ lục 4 sách “Các đặc tính của động cơ trong truyền động điện - Bùi Đình Tiếu” chọn động cơ kích từ song song kiểu Mπ-42 với các số liệu như sau: Uđm=220 (V) Pđm= 16 (Kw) Iđm = 84 (A) n= 700 (vg/ph) ε%=25% r_ư+r_cp=0,168 (Ω) r_cks=81 (Ω) Dòng điện định mức của cuộn kích từ song song: 1,97 (A). 2.4 Chọn phương án truyền động 2.4.1 Chỉnh lưu cầu một pha Hình 2.3 Đồ thị dòng, áp Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Để đưa dòng điện ra tải luôn cần có hai van cùng dẫn vì vậy xung điều khiển phải đưa tới hai van cùng thời điểm để T1 cùng dẫn với T2; T3 cùng dẫn với T4. Khi van T1, T2 dẫn sẽ có dòng i_d chảy qua tải và chưa kịp tắt thì van T3, T4 đã được phát xung mở trở lại như vậy dòng tải sẽ liên tục. Coi điện cảm L đủ lớn để dòng điện i_d có độ gợn sóng không đáng kể, nên i_d=I_d là giá trị không đổi. Ưu điểm: có thể không cần sử dụng máy biến áp, khi điện áp ra tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều thì có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện. Nhược điểm: có hai van tham gia dẫn dòng, như vậy sẽ có sụt áp do hai van gây ra, chính vì vậy khiến cho mạch cầu không thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp dưới 10V khi dòng tải lớn. 2.4.2 Chỉnh lưu ba pha hình tia Hình 2.4 Đồ thị dòng áp của sơ đồ tia ba pha Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Điểm tính góc điều khiển không phải điểm qua 0 mà chậm pha hơn một góc 30° điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp nguồn. Xung điều khiển các van lệch nhau một phần ba chu kỳ, tức 120° điện. Với điện cảm L đủ lớn có thể coi i_d=I_d là giá trị không đổi. Dạng điện áp u_d bằng điện áp phía nguồn có van đang dẫn. Giá trị điện áp U_dα tuân theo qui luật: U_dα=U_d0.cosα với U_d0=1,17U_2. Ưu điểm: sụt áp trong mạch van nhỏ do dòng chỉ chạy qua một van, sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều. Mặt khác, độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi. Nhược điểm: cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, mà công suất biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần. 2.4.3 Chỉnh lưu cầu ba pha Hình 2.5 Đồ thị dòng áp của sơ đồ cầu một pha Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấu chung katot, nhóm van đánh số chẵn đấu chung anot. Để điều khiển van cần tuân thủ một số quy luật sau: Với tiristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương. Với tiristor của nhóm đấu anot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm. Xung điều khiển được phát theo đúng thứ tự đánh số từ T1 đến T6 cách nhau 60° điện, còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120°. Để thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có một van tham gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì vậy dạng xung là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều khiển cần có, xung thứ hai là đảm bảo điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác gửi đến. Quy luật điều chỉnh (chế độ dòng liên tục): U_dα=U_d0.cosα với U_d0=2,34U_2. Ưu điểm: cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch rất nhỏ, sử dụng nguồn ba pha nên công suất lớn, công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa dòng điện ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V. *Kết luận: Từ các phân tích về ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu nói trên, với tải là động cơ một chiều có công suất 16kW thì việc sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha là hợp lý nhất. Đồng thời, do đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ là thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định nên em sẽ sử dụng một bộ biến đổi chuyển mạch phần ứng. Hình 2.6 Bộ biến đổi chuyển mạch phần ứng CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch

LỜI NÓI ĐẦUTrong ngành công nghiệp nói chung, để giải quyết một sốcông việc khó khăn với con người như việc vận chuyển cácnguyên vật liệu, hàng hóa nặng nhọc, trong môi trường khắcnghiệt thì rất cần đến sự trợ giúp của các loại máy móc côngnghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục

Ở học kỳ này em đã được giao đồ án môn học với đề tài :

“Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục 5 tấn ” với các thông số yêu cầu như sau:

 Chiều cao nâng: 10 m

 Hiệu suất bộ truyền: 0,85

 Momen quán tính cơ cấu: 0,1kg/m2

sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự chỉ bảo vàđóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM VỀ CẦU TRỤC

1.1 Giới thiệu chung

Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng.Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con

có thể chạy dọc theo dầm cầu trục, nhờ vậy mà có thể di chuyển vật đến mọi vị trítrong xưởng

Cầu trục được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau nhưtrong các nhà máy, xí nghiệp, công trường xây dựng, hải cảng

Phân loại cầu trục:

- Loại trung bình: TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy trong một giờ là 120

- Loại nặng: TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy trong một giờ > 240

 Theo chức năng:

- Cầu trục vận chuyển: dùng rộng rãi, yêu cầu chính xác, không cao

- Cầu trục lắp ráp: phần lớn nằm trong các nhà máy, xí nghiệp , dùng để lắpráp các chi tiết máy móc có yêu cầu độ chính xác cao

1.1.1 Cấu tạo của cầu trục

Cầu trục được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ

 Xe cầu: có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép, đặt cách nhaumột khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con Hai dầm cầu đượcliên kết cơ khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật trongmặt phẳng ngang

 Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữnhật, tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng

 Xe con: là thiết bị được đặt trên xe cầu và dịch chuyển trên chiều dài của xecầu

 Cơ cấu nâng hạ: được đặt trên xe con và đóng vai trò nâng hạ hàng hóa

Nhờ cấu tạo như trên mà cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phương phủ kínmặt bằng nhà xưởng:

- Chuyển động dọc theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe cầu

- Chuyển động ngang theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe con

- Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động của cơ cấu nâng hạ

1.1.2 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của cầu trục

Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở hải cảng, trong cácnhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyềnđộng và trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệtngã của môi trường

Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng Nhất là

cơ cấu nâng hạ, momen thay đổi rõ rệt Khi không có tải trọng, momen động cơ khôngvượt quá (15 - 20)% M đm Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục ngoạm đạt tới 50%M đm.Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng (30-50)%M đm Đối với động cơ di chuyển xecon bằng (30-35)%M đm, đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55)%M đm

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục, yêu cầu quá trình tăng vàgiảm tốc xảy ra rất êm Bởi vậy, mô men động trong quá trình quá độ phải được hạnchế theo kĩ thuật an toàn

Năng suất cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của các thiết bị và

số chu kì bốc xúc trong một giờ Số lượng hành hoá bốc xúc trong mỗi một chu kìkhông như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức nên phụ tải với động cơ chỉ đạt (60 -70)% công suất của động cơ

Các động cơ truyền động điện đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có tần sốđóng điện lớn Đa số các cầu trục đều làm việc trong điều kiện môi trường nặng nề,chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu 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 thống truyền động điện phảiphù hợp với từng loại cụ thể

- 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 ngắnmạch

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

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

- Có công tắc hành trình hạn chế quá trình tiến, lùi cho xe cẩu, xe con và hạn chếhành trình lên xuống của cơ cấu nâng hạ

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

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

1.1.3 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục

Momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và bất kể chiều quay củađộng cơ thay đổi thế nào Nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loạimomen cản thế năng, có đặc tính Mc = constant và không phụ thuộc vào chiều quay.Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây ra.Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiềuquay Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướngtheo chiều quay của động cơ

Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:

Hình 1.1 Đặc tính của cơ cấu nâng hạ

- Khi nâng tải động cơ làm việc ở chế độ động cơ

- Khi hạ tải có thể có hai chế độ: hạ động lực và hạ hãm

- Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó momen do tải trọng gây rakhông đủ để thắng momen ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độđộng cơ

- Hạ hãm thực hiện khi tải trọng lớn, khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn.Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ với tốc độ

ổn định

- Đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ: làm việc ở chế độ ngăn hạn lặplại, thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức màthường có trễ sau một thời gian nhất định

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Chọn phương án chuyển động là chọn phương án điều chỉnh động cơ của cầu trục

là tối ưu nhất nhằm đảm bảo mọi yêu cầu về công nghệ của cầu trục Cầu trục làm việc

ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiều quay Động cơ sử dụng cho cầu trục có thể làđộng cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều Ở đây ta đưa ra phương pháp điều chỉnhtốc độ động cơ

2.1 Hệ truyền động điện 1 chiều

2.1.1 Hệ truyền động máy phát – động cơ điện (F-Đ)

Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện làmáy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấpkhông đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

Trong đó:

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản

- Đ: là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ

- F: là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ

- ĐK: động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồnnăng lượng khác

- K: máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ

Ưu điểm:

+ Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống cónhững đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc

+ Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: điều chỉnh kích thích máy phát vàđiều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thíchmáy phát Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau:

 Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không

 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ

 Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc

ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng)

Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ.+ Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng tháilàm việc rất linh hoạt

+ Do các thành phần trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệthống rất tốt

+ Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt quá trìnhđiều chỉnh

+ Hệ số cos  khá cao

Nhược điểm:

- Sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng

ồn lớn trong quá trình làm việc Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điềuchỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn

- Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độlớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thờigian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )

2.1.2 Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ độnglập Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảmđộng cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor

Sơ đồ mạch điều khiển:

BBÐ

Hình 2.2 Hệ truyền động T - Đ

- Hoạt động của hệ thống:

+ Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ

+ Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều

bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu.+ Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R vàđưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

+ Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng caotính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống

+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế

+ Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6 0,65)

+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn haophụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới

+ Mạch điều khiển phức tạp

2.1.3 Lựa chọn phương án chuyển động

Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F

-Đ và T - -Đ Ta thấy, mỗi hệ thống đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Nhưngnhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thyristor là phương pháp linh hoạtnhất hiện nay, nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụ khôngtiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêu cầu côngnghệ

Dùng thyristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F - Đ cũng nhưcác hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được Nhờ BBĐ thyristor mà các trạng tháicưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn Vì thyristor không có quán tínhnên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặc trưng bởi hailượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc của máy

và quán tính điện trở của máy phần ứng

Do đó so với hệ F – Đ, sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta

có thể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ để gia công các sảnphẩm với chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng,luôn sẵn sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn dovậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động cho truyền động cơ cấu nâng hạcầu trục phân xưởng

2.2 Lựa chọn loại động cơ

2.2.1 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ roto lồng sóc So với động cơmột chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắcchắn Ngoài ra, động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp lưới điện xoaychiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo

- Nhược điểm: điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn,riêng với động cơ roto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động

cơ điện một chiều

2.2.2 Động cơ điện một chiều

- Ưu điểm: khả năng chịu quá tải lớn, có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấutrúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điềuchỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

- Nhược điểm: so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiềucùng cỡ thì giá thành đắt hơn, do cấu tạo có hệ thống chổi than cổ góp nên việcbảo dưỡng phải thường xuyên hơn

*Kết luận: Qua những phân tích so sánh ở trên, em chọn

2.3 Tính chọn công suất động cơ

- Công suất động cơ:

- Ta chọn động cơ có công suất:

P đm ≥ 1 ,3 P tt =1,3.12453=16188 ,9 (W )

Từ các số liệu tính toán, tra bảng phụ lục 4 sách “Các đặc tính của động cơ trong

các số liệu như sau:

Uđm=220 (V)

Pđm= 16 (Kw)

Iđm = 84 (A)n= 700 (vg/ph)

Hình 2.3 Đồ thị dòng, áp

- Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tảiliên tục Để đưa dòng điện ra tải luôn cần có hai van cùng dẫn vì vậy xung điềukhiển phải đưa tới hai van cùng thời điểm để T1 cùng dẫn với T2; T3 cùng dẫn vớiT4 Khi van T1, T2 dẫn sẽ có dòng i d chảy qua tải và chưa kịp tắt thì van T3, T4 đãđược phát xung mở trở lại như vậy dòng tải sẽ liên tục Coi điện cảm L đủ lớn đểdòng điện i d có độ gợn sóng không đáng kể, nên i d=I d là giá trị không đổi

+ Ưu điểm: có thể không cần sử dụng máy biến áp, khi điện áp ra tải phù hợp vớicấp điện áp nguồn xoay chiều thì có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lướiđiện

+ Nhược điểm: có hai van tham gia dẫn dòng, như vậy sẽ có sụt áp do hai van gây

ra, chính vì vậy khiến cho mạch cầu không thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấpdưới 10V khi dòng tải lớn

2.4.2 Chỉnh lưu ba pha hình tia

Hình 2.4 Đồ thị dòng áp của sơ đồ tia ba pha

- Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tảiliên tục Điểm tính góc điều khiển không phải điểm qua 0 mà chậm pha hơn mộtgóc 30° điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp nguồn Xung điều khiểncác van lệch nhau một phần ba chu kỳ, tức 120° điện

- Với điện cảm L đủ lớn có thể coi i d =I d là giá trị không đổi Dạngđiện áp u d bằng điện áp phía nguồn có van đang dẫn Giá trị điện

áp U dα tuân theo qui luật:

U dα =U d 0 cosα với U d 0 =1,17 U2.

+ Ưu điểm: sụt áp trong mạch van nhỏ do dòng chỉ chạy qua một van, sử dụngnguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều Mặt khác, độ đậpmạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọccũng nhỏ đi

+ Nhược điểm: cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, mà côngsuất biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần

2.4.3 Chỉnh lưu cầu ba pha

Hình 2.5 Đồ thị dòng áp của sơ đồ cầu một pha

- Đồ thị áp - dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòngtải liên tục Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấuchung katot, nhóm van đánh số chẵn đấu chung anot Để điều khiển van cầntuân thủ một số quy luật sau:

- Với tiristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểmgiao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương

- Với tiristor của nhóm đấu anot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểmgiao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm

- Xung điều khiển được phát theo đúng thứ tự đánh số từ T1 đến T6 cách nhau 60

° điện, còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120°

- Để thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có mộtvan tham gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc

Vì vậy dạng xung là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều

khiển cần có, xung thứ hai là đảm bảo điều kiện thông mạch, thực tế là xungcủa van khác gửi đến.

Quy luật điều chỉnh (chế độ dòng liên tục): U dα =U d 0 cosα với U d 0 =2,34 U2.

+ Ưu điểm: cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch rất nhỏ, sửdụng nguồn ba pha nên công suất lớn, công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉcông suất tải

+ Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn đểđưa dòng điện ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V

*Kết luận: Từ các phân tích về ưu nhược điểm của các sơ đồ

chỉnh lưu nói trên, với tải là động cơ một chiều có công suất16kW thì việc sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha là hợp lý nhất.Đồng thời, do đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ làthường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngaylập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định nên em sẽ

sử dụng một bộ biến đổi chuyển mạch phần ứng

Hình 2.6 Bộ biến đổi chuyển mạch phần ứng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch

Hình 3.1 Sơ đồ mạch động lực

+ ATM: là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạchphía sơ cấp MBA

+ BA: là máy biến áp 3 pha, biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầucủa bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ.

+ K: là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp

+ BI: là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chếdòng điện

+ BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầukép 3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ

+ Đ: là động cơ 1 chiều kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển

+ CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cânbằng Bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt)khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristortrong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp Ngoài ramạch R - C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor Đểbảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộnkháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực

+ AT1: là aptomat bảo vệ khởi động từ

+ D, M: là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ

3.1.1 Nguyên lý làm việc của mạch động lực

- Để khởi động, đóng ATM cấp điện cho BA, ấn nút khởi động, contactor Kđóng cấp điện cho các BBĐ thyristor cấp nguồn cho phần ứng động cơ và bộchỉnh lưu diot cấp nguồn cho cuộn kích từ động cơ CKĐ Ta đồng thời cấpxung điều khiển cho BBĐ1 và BBĐ2, nhưng khi BBĐ1 làm việc thì BBĐ2 ởtrạng thái chờ và ngược lại) Động cơ Đ được cấp nguồn, quay kéo theo máyphát tốc (FT) quay đưa tín hiệu phản hồi âm tốc độ về mạch điều khiển để ổnđịnh tốc độ

- Khi muốn dừng ấn nút dừng ở mạch khống chế cắt nguồn, K mở tiếp điểm,động cơ mất điện, mạch điện thực hiện hãm tái sinh trả năng lượng về lưới,động cơ dừng

+ knv: là hệ số điện áp ngược van

+ ku: là hệ số điện áp chỉnh lưu

b) Điện áp ngược van cần chọn

U nv = kdtU U n.max = 1,7.230,26 = 391,442(V )

Lấy Unv=392 (V)

Trong đó: kdtU = 1,7 là hệ số dự trữ điện áp, với kdtU = (1,6  2)

c) Dòng điện làm việc của van

định mức của van cần chọn là: Iđm.V=ki Ilv = 4.145,03 = 580,12( A).

Trong đó: ki: là hệ số dự trữ dòng điện Với điều kiện làm việc của van ta đã chọn nhưtrên thì: Ilv = (10  30)%.Iđmv Do vậy ta chọn Ilv = 25%.Iđmv, suy ra ki =4

d) Chọn Thyristor

Từ các thông số Unv, Iđmv đã xác định ở trên, để van bán dẫn làm việc an toàn,không bị chọc thủng về nhiệt, nên ta chọn van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tíchtỏa nhiệt Ta chọn 12 Thyristor loại C431E1 do Mỹ chế tạo.

3.2.3 Tính toán chọn máy biến áp lực

Điện áp một chiều tổng quát tương ứng tải định mức:

U dđm =U Đđm +ΣΔU V + ΔU ba + ΔU Ld

= U Đđm +ΣΔU

Trong đó:

- ΣΔU: là tổng các sụt áp khi tải định mức

- U Đđm: là điện áp một chiều ra tải định mứcU Đđm =220V.

- ΣΔU V: tổng sụt áp trên van, trong sơ đồ cầu 3 pha mỗi thời điểm có 2 van dẫnnên Σ ∆ U V=2∆ U V (sụt áp trên van các van thông thường nằm trong khoảng (1÷

Mặt khác điện áp chỉnh lưu với chỉnh lưu cầu 3 pha được xác định bởi công thức:

3.2.3.1 Tính toán dây quấn máy biến áp

- Số vòng dây của mỗi cuộn được tính bởi công thức:

W= U 104

Trong đó: U – điện áp cuộn dây cần tính

B – từ cảm, thường chọn trong khoảng (1,0÷ 1 , 8) Tesla Chọn B=1,4

Q Fe – tiết diện lõi thép

f – tần số lưới điện xoay chiều f=50 (Hz)

Số vòng dây của cuộn sơ cấp là:

Trong đó: I – dòng điện chạy qua cuộn dây

J – mật độ dòng điện trong biến áp, thường chọn trong khoảng (2

- Do không có kích thước dây tròn phù hợp nên sử dụng dây hình chữ nhật

- Chọn loại dây dẫn phù hợp cho từng loại (kể cả lớp cách điện) là:

- Với dây sơ cấp: a x b = 2,8 x 5,2 = 14,56 (mm2)