tổng quan về hệ truyền động

Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Tổng quan về Hệ truyền động CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG I. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu hệ truyền động : Cầu trục là một loại máy nâng, vận chuyển được sử dụng phổ biển trong nhiều nghành kinh tế khác nhau như trong nhà máy cơ khí, luyện kim , công trường xây dựng…. Thông thường, cầu trục được điều khiển trong cabin theo yêu cầu của nơi sản xuất , bộ điều khiển đặt ngoài cầu trục, tủ điều khiển đặt ở nền phân xưởng. Phân loại cầu trục : - Theo đặc diểm cấu tạo : + Cầu trục kiểu cầu + Cầu trục tháp - Theo trọng tải : + Loại nhẹ : < 5 - 10 tấn + Loại trung bình : 10 - 15 tấn + Loại nặng : > 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 : Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ + 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. I.1 Cấu tạo cơ bản của cầu trục : Cầu trục hai dầm hiện nay dược dùng rộng rãi trong các nhà máy, dùng để cẩu các kiện sắt thép, các phôi sản phẩm các thiết bị . . . Tuỳ theo tải trọng , chế độ làm việc hoặc theo cơ cấu di chuyển, cầu trục hai dầm cũng được chia thành nhiều loại. nhưng dù có cấu tạo đơn giản hay phức tạp thì một cầu trục cũng gồm 3 phần cơ bản : Xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ. 1. Xe cầu : Xe cầu có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép có độ cứng, không gian đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu 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 . Tải trọng do trọng lượng bản thân cầu, trọng lượng xe con cùng vật nặng sẽ truyền qua bánh xe qua đừơng ray. Trên mặt bằng kết cấu khung có lắp đặt cơ cấu di chuyển xe cầu. 2. Xe con : Xe con đựơc thiết kế lắp đặt trên xe cầu, di chuyển dọc cầu làm cho cầu trục phục vụ được khẩu độ gian nhà phân xưởng . 3. Cơ cấ nâng hạ : Cơ cấu nâng hạ thường có dạng cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp nâng và hạ. Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để đảm bảo nâng hạ tải trọng theo phương thẳng đứng , đồng thời tăng số lượng cá có khả năng chịu lực tốt. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Toàn bộ cơ cấu tang , hộp truyền động bánh răng và động cơ xe con được đặt trên xe con di chuyển ngang phân xưởng . Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm gồm 3 loại : phanh guốc , phanh đĩa và phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới thì đồng thời cơ cấu phanh hãm cũng có điện, mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi động cơ ngừng làm việc , động cơ phanh mất điện , Ðp chặt má phanh vào trục để hãm. Cầu trục loại nặng thường dùng hai phanh. I.2 Các chuyển động của cầu trục : + Chuyển động của xe cầu : tiến hay lùi cầu trục theo phương ngang dọc đường ray. + chuyển động của xe con : chuyển động theo phương vuông góc với chuyển động của xe cầu trên mặt phẳng ngang. + Chuyển động của cơ cấu nâng hạ : nâng hạ tải trọng theo phưong thẳng đứng. I.3 Đặc điểm công nghệ 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 , mô men thay đổi rõ rệt. Khi không có tải trọng mô men động cơ không vượt quá (15 - 20 )% Mđm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục ngoạm đạt tới 50%Mđm. Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng (30-50)%Mđm. Đối với động cơ di chuyển xe con bằng (30-35 )%Mđm, đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55 )%Mđm. 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. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 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 mét chu kì không nh nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức nên phụ tải với động cơ chỉ đạt (60 - 70 )% công suất của động cơ. Do làm việc trong điều kiện nặng nề , thường xuyên làm việc quá tải nên cầu trục dược chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn. Nguyên lý làm việc của cầu trục hai dầm : biến các chuyển động quay tròn của các động cơ điện dẫn qua hộp giảm tốc thành các chuyển động tịnh tiến. II. Yêu cầu truyền động điện : 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 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. Các động cơ truyền động điện dều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có tần số đóng điện lớn. Đa số các cầu trục đếu làm việc trong điều kiện môi trường nặng nề, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy , hãm và đảo chiều. Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo được các yêu cầu công nghệ và năng suất, đảm bảo an toàn, đơn giản các thao tác . Cụ thể là : + Các động cơ truyền động phải có khả năng đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ đủ rộng và có các đường đặc tính thoả mãn yêu cầu công nghệ. Ví dụ với cầu trục lắp ráp yêu cầu dừng máy chính xác nên đòi hỏi đặc tính cơ cứng, đường đặc tính cơ thấp, có nhiều đường đặc tính trung gian để mở máy và hãm êm. Việc điều chỉnh tốc độ các cơ cấu đều thực hiện bằng phương pháp điện trong phạm vi tương đối rộng. + Bộ phận di chuyển phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục truyền động khi động cơ mất điện . - Điện áp cung cấp cho cầu trục không vượt quá 500 V. - Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220 V, 380 V. - Mạng điện một chiều hay dùng là 220 V, 440 V. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ - Điện áp chiếu sáng của cầu trục không vượt quá 220 V. - Điện áp chiếu sáng khi sửa chữa phải nhỏ hơn 36 V , không dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạch điện chiếu sáng , sửa chữa. + Các mạch điện và các động cơ phải đựơc bảo vệ ngắn mạch và quá tải trên 200% bằng các rơle dòng điện cực đại, không dùng bảo vệ nhiệt vì các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong mạch không chỉ phải bố trí các thiết bị bảo vệ để loại trừ hiện tượng động cơ tự khởi động khi điện áp lưới phục hồi sau khi mất điện. + Đối với cầu trục cỡ lớn phải dùng các thiết bị khắc phục vênh giàn cầu. Trong hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục , các động cơ có sơ đồ riêng biệt . Chính vì thế việc tổng hợp bộ điều chỉnh cho từng loại cơ cấu truyền động là độc lập nhau. Động cơ truyền động cầu trục , nhất là đối với cơ cấu nâng hạ , mô men thay đổi theo tải trọng là rõ rệt, khi không tải mô men động cơ không vượt quá (15 - 20 )% Mđm và bằng ( 50 - 55)% Mđm đối với động cơ di chuyển xe cầu . Trong hệ truyền động các cơ cấu máy nâng , vận chuyển nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải xảy ra rất êm. Bởi vậymô men động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn. Những năm gần đây, do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn, kĩ thuật biến đổi điện năng công suất lớn,các hệ truyền động điện cho cầu trục đã dùng nhièu bộ biến đổi Tiristor thay cho các hệ cổ điển dùng máy điện khuyếch đại cũng như khuyếch đại từ. Hệ truyền động các cơ cấu cầu trục dùng bộ biến đổi Tiristor - DC Motor (T-Đ) đối với cơ cấu di chuyển , do có ảnh hưởng của mô men phản kháng nên sơ đồ khống chế đảo chiều đơn giản dùng cho các Contactor đảo chiều trong mạch phần ứng của động cơ . Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 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 hệ điều khiển tự động đơn giản. + Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao. + Sơ đồ bảo vệ có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ quá tải và ngắn mạch. + Quá trình mở máy diễn ra theo mét quy luật định sẵn + 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 có người làm việc trên xe cẩu. + Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ phải riêng biệt. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN Trong hệ truyền động cầu trục là động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay, là động cơ làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại. Nh vậy để thực hiện truyền động các cơ cấu của cầu trục chúng ta đưa ra hai phương án chính nh sau : + Dùng hệ truyền dộng xoay chiều có điều chỉnh tốc độ. + Dùng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor - Động cơ một chiều có đảo chiều quay. Bây giê ta sẽ phân tích ưu , nhược điểm của từng loại hệ truyền động này để từ đó chọn ra một phương án phù hợp nhất cho cầu trục . I. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ : Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha, loại động cơ này được sử sụng rộng rãi trong công nghiệp , chiếm tỉ lệ rất lớn so với các loại động cơ khác. Ngày nay do sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kĩ thuật tin học điện tử, động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với truyền động chỉnh lưu Tiristor . Không giống nh động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông và mô men phụ thuộc nhiều tham sè. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ nh sau : 1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristor : Nguyên tắc điều chỉnh của phương pháp này là dựa vào mô men động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp Stator, do đó có thể điều chỉnh được mô men và tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stator trong khi giữ nguyên tần số. Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mô men tải là hàm tăng theo tốc độ. 2. Điều chỉnh điện trở mạch Rotor : Phương pháp này là điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch Rotor bằng các van bán dẫn. Do vậy ưu điểm của phương pháp này là dễ tự động hoá điều chỉnh. Điện trở trong mạch Roto động cơ không đồng bộ : frdr RRR += Trong đó : Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ rd R là điện trở dây quấn Rotor. f R là điện trở phụ thêm và mạch Rotor. Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch Rotor thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ với bậc nhất với điện trở . Biểu thức mô men : i rdr Sw RI M . 3 = Với i S là độ trượt khi điện trở mạch Rotor là rd R Nếu giữ dòng điện Rotor bằng hằng số thì M=const và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ . Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch Rotor cho truyền động có mô men tải không đổi. Phương pháp động cơ trơn điện trở mạch Rotor bằng phương pháp xung : ρ 000 R T T R TT T RR d nd d C == + = C R là điện trở tương đương trong mạch Rotor được tính thời gian đóng Td và thời gian ngắt Tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở Ro vào mạch hay không. Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 3. Phương pháp điều chỉnh công suất trượt : Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao S P ∆ lớn. Vì vậy để điều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt : dt S dtCCS P P S SRSWMWWMP ∆ = ==−=∆ )( 11 4. Phương pháp biến đổi tần số : Phương pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f1 sang tần số f2. khi điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ thường kéo theo việc điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch Stator. Do vậy đây là phương pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị. Có hai loại biến tần : + Biến tần trực tiếp : loại này sơ đồ dơn giản. [...]... tích hai loại hệ truyền động trên , em chọn phương án chỉnh lưu Tiristor - động cơ một chiều có đảo chiều quay vì : + Hệ tác động nhanh, không gây ồn, dễ tự động hoá do các van có hệ số khuyếch đại công suất rất cao Điều này thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính và đặc tính động của hệ thống + Ta sẽ dùng sơ đồ 3 cho hệ truyền động một chiều... không phụ thuộc f1 II Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor có đảo chiều quay : Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chièu và chỉ điều khiển được khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van được thực hiện đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát động cơ , cấu trúc mạch Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiềucó... tính quy đổi mômen này về hệ số đóng mạch tiêu chuẩn 40% Mdt = Mdt1* DMcx MDtc = 41,3* 40,1 40 =41,5 Nm Vì Mdt < Mdm nên động cơ đã chọn thoả mãn đìêu kiện phát nóng II Tính chọn mạch biến đổi : Hệ truyền động cầu trục là 1 chiều và đảo chiều có sơ đồ khối hệ truyền động đảo chiều và các tín hiệu điều khiển nh sau : Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Mạch bến đổi điện áp tới động cơ gồm hai bộ chỉnh... của hệ truyền động quy đổi về trục động cơ khi có tải được xác định theo công thức : Jt =Kt*(Jdc +J1) +91,5(m dm +m 0 ).(V/n) 2 Jt = 1,15*(0.125+0.15)+91.5*(91.1+1000)*(0.6/1013) = 3.22 Kgm 2 Mômen quán tính của hệ truyền động quy đổi về trục động cơ khi không tải được xác định theo công thức : Jo =Kt*(Jdc+J1)+ 91.5*(m 0 ).(V/n) 2 Jo =1.15*(0.125+0.15)+91.5*(1.1*1000)*(0.6/1013) 2 = 0,33 Kgm 2 Kt hệ. .. có thể dùng cho mọi dải công suất , có tần số đảo chiều lớn + Dùng hệ truyền động này sẽ đạt được tốc độ tối ưu Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ CHƯƠNG III TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC I Chọn động cơ điện : Mét chu kì làm việc của cầu trục gồm có 4 giai đoạn : Lấy tải , di chuyển tải trọng ,theo tải , di chuyển không tải về vị trí ban đầu Ta có : - Thời gian xe đứng để tháo tải T 01 =... lớn và Ýt đảo chiều Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 2 Sơ đồ 2 : truyền động dùng cho một biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng Contactor chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông không đổi ) 3 Sơ đồ 3 : truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng Loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn 4 Sơ đồ 4,5 :truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song... nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều : + Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ + Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng Trong thực tế, các sơ đồ truyền động ( T-Đ) dảo chiều có nhiều song đều thực hiẹn theo mét trong hai nguyên tắc trên và được phân ra 5 loại sơ đồ chính : 1 Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cáp cho... Sau khoảng thời gian này thì phát xung mở bộ BĐ2 đổi chiềudòng phần ứng, động cơ được hãm tái sinh Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu diểm làm việc an toàn , không có dòng cân bằng chạy giữa các bộ điều khiển Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ biến đổi, tuy nhiên lại có một khoảng thới gian trễ mà dòng điện động cơ bằng 0 2 Điều khiển chung : Nguyên tắc :Tại một thời điểm, cả BĐ1... bộ động cơ theo công suất trung bình thì : Pdm = K* Pc.t + Pco.t 2t = 1,25* 2,72 + 4,35 =4,45 2 kw TĐ%= 400% Tốc độ yêu cầu đối với động cơ được xác định từ tốc độ của bánh xe : 60 * V * I n = n b *i = π * Db = 60 * 0,6 * 16 3,14 * 0,34 = 540 v/phut Từ các số liệu trên tra trong quyển “ các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện” - Bùi Đình Tiến và Lê Tòng dịch , ta chọn được động cơ : Động. .. + To1 + To 2 2 * 83,33 * 100% = 2 * 83,33 +100 +150 =40% Công suất cân tĩnh trên trục động cơ khi tải trọng định mức Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Fc * V 5600 * 0,6 1000 * η dm = 1000 * 0,8 =4,35 Pc = kw Khi xe cầu chạy không tải K= Fco 3000 = 3000 + 5800 = Fco + Fcdm 0,34 Hình vẽ Tra đồ thị quan hệ phụ thuộc hệ số mang tảI η c theo tải trọng suy ra η co = 0,65 Công suất cản tĩnh khi xe cầu chạy . Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Tổng quan về Hệ truyền động CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG I. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu hệ truyền động : Cầu trục là một. học TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền. truyền động này để từ đó chọn ra một phương án phù hợp nhất cho cầu trục . I. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ : Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha, loại động cơ