TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới Vận tải bằng tời trục là hình thức vận tải phổ biến ở các nớc trên thế giới. Vận tải bằng tời trục có nhiệm vụ giải quyết vấn đề đi lại ở các khu vực khai thác mỏ, vận chuyển vật liệu, khoáng sản trong các hầm mỏ. Trên thế giới, tời trục vẫn là phơng tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận chuyển đất đá, khoáng sản, thiết bị vật t và con ngời phục vụ sản xuất. 1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam Vận tải bằng tời trục có u điểm là năng suất vận tải lớn, độ tin cậy cao, dễ bảo quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ nên hầu hết các mỏ than khai thác hầm lò ở nớc ta đều sử dụng tời trục làm phơng tiện vận chuyển. Hiện nay, động cơ truyền động cho tời trục mỏ thờng là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rôto dây quấn, điều khiển chủ yếu bằng phơng pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch rôto thông qua các công tắc tơ. Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có u nhợc điểm là: * Ưu điểm: - Giảm dòng khởi động động bằng cách đa các điện trở phụ vào mạch rôto . - Điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng điện trở phụ ra nhờ công tắc tơ. - Có mômen tới hạn (M th ) không đổi trong quá trình làm việc - Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải. * Nhược điểm: - Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở đặc biệt khi làm việc ở tốc độ thấp. - Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu. - Chi phí vận hành lớn 1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện 1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian * Ưu điểm: - Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi. Thiết bị đơn giản an toàn và làm việc tin cậy. - Nguyên tắc này thờng đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nên sử dụng nguyên tắc này để khởi động và hãm động năng. * Nhược điểm: Mômen, dòng điện khởi động chịu ảnh hởng bởi các tham số mômen cản (M c ), mômen quán tính (J), điện áp nguồn (U) và nhiệt độ môi trờng ( θ ). 1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ * Ưu điểm: Dùng ít thiết bị * Nhược điểm: - Điện áp chỉnh định của các công tắc tơ khác nhau. - Thời gian mở và hãm máy phụ thuộc vào M c , J, U, θ , R của cuộn dây. - Khi nhiệt độ thay đổi thì tốc độ chuyển cấp cũng thay đổi. - Phơng pháp này dùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều. 1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 1 2 * Ưu điểm: - Duy trì đợc mômen động cơ trong một giới hạn xác định. - Quá trình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle. * Nhược điểm: - Thời gian mở máy phụ thuộc vào sự tăng (giảm) của M c và J. - Mômen động phụ thuộc vào M c , J, U . 1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí) * Ưu điểm: Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị. * Nhược điểm: - Độ chính xác không cao. - Thiết bị thờng dùng: các loại công tắc giới hạn. - Chỉ áp dụng đợc ở máy, cơ cấu có từng vị trí xác định trong không gian. 1.2.5. Kết luận Trong thực tế còn có nhiều nguyên tắc điều khiển khác theo công nghệ, theo chức năng, công suất, nhiệt độ v.v…Tất cả mọi nguyên tắc điều khiển có thể đợc phối hợp với nhau trong cùng một sơ đồ điều khiển. 1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh 1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ 1.3.3.1. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ là biểu đồ tốc độ đơn giản, sử dụng đối với tời trục kéo thùng cũi có quãng đờng vận chuyển ngắn (< 80m). 1.3.3.2. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ 2 3 Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là dạng biểu đồ tốc độ đơn giản, song quá trình tăng tốc và giảm tốc không phù hợp với tời trục mỏ có đờng cong dỡ tải. 1.3.3.3. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ Đặc trng của biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc có hai gia tốc khác nhau. Để goòng không tải khi đi ra khỏi đờng cong dỡ tải dễ dàng hơn goòng có tải khi đi vào đờng cong dỡ tải chọn v k1 > v k2 . Hình 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục 1.3.3.4. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ phù hợp với tời trục kéo thùng skip hoặc thùng cũi lật. Hình 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục 1.3.3.5. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ 3 4 Hình 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ thích hợp với tời trục kéo hai thùng skíp hoặc hai thùng cũi lật. 1.3.3.6. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ Biểu đồ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ thích hợp cho tời trục kéo một thùng skíp hoặc một thùng cũi lật. Hình 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) 1.3.4. Nhận xét - Tời trục kéo hai xe goòng cho năng suất gấp đôi tời trục kéo một xe goòng. - Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ là dạng biểu đồ tổng quát nhất cho các tời trục mỏ 4 5 - Việc chọn các chế độ làm việc của tời trục mỏ cần thỏa mãn yêu cầu sau: + Tời trục chuyển động trong khu vực nhận tải hoặc dỡ tải phải êm dịu. + Tời trục sau khi ra khỏi khu vực nhận tải cần phải tăng tốc nhanh đến tốc độ cho phép hoặc gần vào đến khu vực dỡ tải cần phải giảm tốc nhanh đến tốc độ nhỏ nhất cho phép. + Gia tốc khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tải trọng tác động lên máy trục là nhỏ. 1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ 1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) a. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhng bị ảnh hởng của hiện tợng từ trễ, do có phần quay nên độ bền cơ bị hạn chế. b. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian 5 6 Hình 1-12. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian Hệ thống này có u điểm là cải thiện đợc đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt hơn, giảm đợc công suất của mạch điều khiển do dòng điều khiển trong khuếch đại từ trung gian nhỏ hơn nhiều so với dòng điều khiển trong khuếch đại máy điện. d. Ưu, nhược điểm của hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ - Thực hiện việc điều khiển theo đúng biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ. - Khi điều chỉnh tốc độ cho hiệu quả kinh tế cao. - Có khả năng duy trì tốc độ trung gian độc lập với tải. - Có khả năng chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm điện. - Quá trình khởi động và giảm tốc êm dịu. - Có khả năng tự động hóa và điều chỉnh tự động cao. - Kích thớc hệ thống lớn, chi phí đầu t và chi phí vận hành cao. - Hiệu suất làm việc và độ tin cậy không cao do phải sử dụng nhiều máy điện quay. 1.3.5.2. Hệ truyền động điện xoay chiều a. Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại (hình 1-15) Hệ thống truyền động điện này có nhợc điểm là tổn hao năng lợng lớn trên các điện trở phụ, gia tốc trong quá trình khởi động và giảm tốc thay đổi gây nên các xung lực ảnh hởng đến độ bền cơ học của tời trục. 6 7 Hình 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor b. Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng Trong hệ thống này, việc dịch chuyển các điện cực nhúng trong dung dịch chất lỏng do động cơ điện một chiều kích từ độc lập truyền động thông qua hộp giảm tốc có tính tự hãm. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn và mômen quán tính nhỏ để tăng tính tác động nhanh của hệ thống. 7 8 Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng trong mạch rôtor 1.3.5.3. Các phương pháp điều khiển hệ truyền động điện xoay chiều trong giai đoạn giảm tốc và chuyển động đều trên đường cong dỡ tải a. Điều khiển trong thời kỳ giảm tốc Phơng pháp đơn giản nhất để điều khiển truyền động điện trong thời kỳ giảm tốc là sử dụng phanh cơ khí. Trong quá trình giảm tốc nếu cần gia tốc không đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép thì cần phải thay đổi mômen hãm. Nếu không duy trì gia tốc không đổi sẽ dẫn đến trong thời kỳ giảm tốc quãng đờng làm việc của tời trục sẽ thay đổi, do đó tời trục sẽ không dừng chính xác ở vị trí mong muốn. b. Điều khiển truyền động trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải Trong thời kỳ chuyển động đều trên đờng cong dỡ tải yêu cầu tời trục chuyển động sử dụng các biện pháp sau: + Điều khiển mômen hãm cơ khí + Sử dụng hệ thống truyền động điện phụ công suất nhỏ + Sử dụng hệ thống truyền động điện hai động cơ + Cung cấp cho động cơ nguồn dòng có tần số thấp 1.3.5.4. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ Để nhận đợc chế độ giảm tốc và chuyển động đều với tốc độ thấp trong đờng cong dỡ tải tốt hơn so với truyền động điện đông cơ không đồng bộ rôtor dây quấn sử dụng hệ thống truyền động điện Biến tần - Đông cơ. Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ 8 9 Hình 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ Trong hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ, để điều chỉnh tốc độ động cơ ta tiến hành thay đổi tần số và điện áp nguồn cấp cho mạch stator của động cơ. 9 10 Chương 2 TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ 2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh 2.1.1. Hệ thống truyền động tời trục mỏ JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo Khê Hình 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6 2.1.1.2. Nhận xét * Ưu điểm: Quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng phơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ kết hợp với phanh cơ khí. Điều khiển đơn giản và phụ thuộc vào kinh nghiệm vận hành của ngời thợ * Nhược điểm: - Tổn hao năng lợng lớn đặc biệt là vùng tốc độ thấp. - Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém. - Điều khiển không linh hoạt kết hợp nhiều thao tác cùng một lúc. - Thờng xuyên phải bảo dỡng và kiểm tra 10 [...]... trước 2.5.4 Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ Từ những phân tích trên ta xây dựng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục mỏ như hình 2-18 19 20 Hình 2-18 Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ 2.6 Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục mỏ 2.6.1 Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính... truyền động điện Biến tần - Động cơ Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ có sơ đồ cấu trúc chung được thể hiện trên hình 2-11 Hình 2-11 Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ 2.5 Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 2.5.1 Động cơ điện Để khắc phục những nhược điểm trên cần thay thế hệ truyền động điện cũ bằng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc Động cơ điện. ..11 - Hệ thống mạch lực và mạch điều khiển cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn 1.1.2 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh 11 12 Hình 2-3 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh 12 13 - Hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn điều khiển đơn giản, vốn đầu tư thấp - Tự động cắt và đưa điện trở phụ vào làm việc theo từng chế độ... truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn - Điều khiển các chế độ làm việc gây nên tổn thất năng lượng lớn - Dải điều chỉnh tốc độ thấp, độ êm dịu trong dải điều chỉnh kém - Giàn điện trở phụ cồng kềnh, thiết bị điều khiển là hệ thống phức tạp 2.1.5 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm 15 16 Hình 2-7 Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 16 17... n tời trục mỏ Mô ng Dư ơng 2.1.3.2 Nhận xét - Tổn hao năng lượng lớn trên các cấp điện trở phụ - Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém - Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn 2.1.4 Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm 14 15 Hình 2-6a Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ thống tời trục БМ-2000 2.1.4.2 Nhận xét - Động cơ truyền động. .. thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh * Ưu điểm - Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi Thiết bị đơn giản an toàn và làm việc tin cậy - Giảm dòng khởi động động động cơ bằng cách đưa các điện trở phụ vào mạch rôto của động cơ đồng thời tăng được mômen khởi động - Điều chỉnh tốc độ động cơ được... khởi động bằng điện trở rô to dây quấn hiện tại đang dùng - Phương pháp dùng biến tần khởi động động cơ một cách êm dịu, tránh được động năng lớn và va đập cơ khí khi khởi động và dừng tời - Tời có thể vận hành theo các biểu đồ vận tải đặt trước 25 26 Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC CHO TỜI TRỤC MỎ 4.1 Mô hình hệ thống hệ. .. hợp với động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc truyền động cho tời trục mỏ 2.5.3 Bộ điều chỉnh dòng a Các đặc điểm chung của bộ điều chỉnh dòng điện Bộ nghịch lưu dòng điện và nghịch lưu điều biến độ rộng xung (PWM) có thể làm việc với phương thức điều khiển dòng điện Ở bộ nghịch lưu dòng điện, nguồn một chiều đầu vào là một nguồn dòng thực, nên dễ dàng thích nghi với chế độ điều khiển dòng điện Trong... TỜI TRỤC MỎ 4.1 Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển 4.1.1 Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động Biến tần - Động cơ bằng PLC Hình 4-1 Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC Hình 4-2 Sơ đồ bố trí cảm biến hành trình theo biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ 4.1.2 Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển - PLC: Lập trình và điều khiển cho biến tần chạy theo chương trình... không đồng đều thì điều khiển phức tạp, trong thời kỳ tăng tốc t1 thì vận tốc thùng nâng dao động mạnh, gia tốc và lực động lớn 2.7.2 Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đường * Ưu điểm: Luật điều khiển biến tần theo quãng đường sẽ điều khiển thùng nâng chuyển động với vận tốc êm dịu, gia tốc và lực động nhỏ Sử dụng luật điều khiển bộ biến tần theo quãng đường chuyển động của thùng nâng . 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới Vận. lớn. 1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh 11 12 Hình 2-3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh 12 13 - Hệ thống truyền động điện động cơ. 2 TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ 2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh 2.1.1. Hệ thống truyền