TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

1.1 Khái quát chung

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:

- Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn

- Cầu trục dùng gầu ngoạm

- Cầu trục dùng nam châm điện

- 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

Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm 3 bộ phận chính:

+ Xe cầu

Là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm một dầm chính chế tạo bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách của bánh xe con, bao quanh là một dàn khung Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ dàng

+ Xe con

Là bộ phận chuyển động trên đường ray trên xe cầu, trên đó có đặt cơ cấu nâng hạ và

cơ cấu di chuyển cho xe con Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai, ba cơ cấu nâng hạ, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ Xe con

di chuyển trên xe cầu và xe cầu di chuyển dọc theo phân xưởng hoặc nhà máy sẽ đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến mọi nơi trong phân xưởng

+ Cơ cấu nâng - hạ

Có hai loại chính:

- 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.

1.2 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

- Cầu trục lắp ráp thường được sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, dùng để lắp ghép các chi tiết cơ khí nên yêu cầu độ chính xác cao

- Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác

Từ những đặc điểm trên có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống và trang

bị điện của cơ cấu:

- Các phần tử cấu thành của hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậy cao

- Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ quá tải và ngắn mạch

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

- 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 hang ở tốc độ thấp

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

1.3 Yêu cầu truyền động

1.3.1 Đặc tính phụ tải

Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta nhận thấy rằng momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và chiều 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 1.3 Đặc tính cơ của cơ cấu nâng – hạ

Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét:

- Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì Mđ là momen hãm, Mc là momen gây chuyển động.

- Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai momen đều gây chuyển động

Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng hay hạ thì động cơ phải được điều khiển để đảm bảo làm việc đúng với trạng thái làm việc của nó, phù hợp với đặc tính tải phụ tải của cầu trục có thể biến đổi từ 0 tới những giá trị rất lớn

1.3.2 Chế độ làm việc của động cơ truyền động

+Ở góc phần tư thứ nhất:

Máy điện làm việc chế độ động cơ ( đường 1)

M = Mc + Mđm

Với: M - momen do động cơ sinh ra

Mc - momen cản do tải trọng gây ra

Hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó Còn động cơ đóng điện ở nâng đề hãm tốc độ hạ hàng Lúc này động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược ( đường 2 ).

Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh ( máy phát ) với tốc

độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ ( đường 4 )

Hình 1.4 Trạng thái làm việc của động cơ truyền động cầu trục

1.3.3 Yêu cầu truyền động

+Yêu cầu về khởi động và hãm:

Trong các hệ thống truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm Bởi vậy, momen động trong quá trình quá

độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn Ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng chiu đựng phụ tải của từng động cơ Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục thì gia tốc phải nhỏ hơn 0,5m/s2 để không làm đứt cáp Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s Sử dụng phanh hãm khi chuẩn bị dừng và khi mất điện phanh hãm phải dừng hệ truyền động ở hiện trạng, tránh rơi tự do Phải dừng chính xác tại nơi lấy tải và hạ tải hay dừng chính xác ở tốc độ thấp

+Phạm vi điều chỉnh:

Trong cơ cấu nâng hạ cầu trục thì phạm vi điều chỉnh không cao Ở các cầu trục thông thường thì D < 3, ở các cầu trục lắp ráp thì D > 10 Độ chính xác điều chỉnh cũng yêu cầu không cao, khoảng 5%

+Yêu cầu đối với truyền động trong trạng thái bất bình thường, như hãm khẩn cấp, đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột

Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất điện hay xảy ra sự cố đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị Để đảm bảo điều này, trong

sơ đồ điều khiển phải có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột thì phải dừng chính xác

+Yêu cầu về nguồn và trang bị điện:

Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không vượt quá 500V Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380/220V, mạng một chiều hay dùng là 220V, 44V Điện áp chiếu sang không vượt quá 220V Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa … nên các khí cụ trong hệ thống truyền động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong thao tác

2.1.1 Phụ tải tĩnh khi nâng tải

+ Momen trục động cơ khi có tải:

Mn =

c

t i u

R G G

G - là trọng lượng của tải trọng

G0 - là trọng lượng của bộ lấy tải

n R i

.

.

2π

Trong đó:

vn - là tốc độ nâng tải

n - là tốc độ quay của động cơ

Trong các công thức trên, hiệu suất ηc lấy bằng định mức khi tải bằng định mức Ứng với các tải trọng khác định mức, ηc xác định theo hệ số mang tải:

K =

cdm

c P

P

=

đm G G

G G

+

+ 0 0

Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:

Pn =

c

0

1000

) (

η n

đm v G

R G

η

.

.

0

[2 – 3]Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải:

Pno =

c n v G

η

1000

0

2.1.2 Phụ tải tĩnh khi hạ tải.

Có hai chế độ hạ tải:

- Hạ động lực

- Hạ hãm

Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó momen do tải trọng gây ra không đủ

để thắng ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ

Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó, momen do tải trọng gây ra rất lớn Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng hạ với tốc độ ổn định ( hạ không có gia tốc )

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là Mt thì:

Mt =

i u

R G

Mh : momen trên trục động cơ khi hạ tải

∆M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động

ηh : hiệu suất cơ cấu khi hạ tải

Nếu Mt > ∆M : hạ hãm

Mt < ∆M : hạ động lựcCoi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải là như nhau thì:

∆M =

c t M

R G

Đối với những tải trọng tương đối lớn (ηc > 0,5 ), ta có ηh >0, Mh > 0 Điều này có nghĩa là momen động cơ ngược chiều với momen phụ tải Động cơ làm việc ở chế độ hạ hãm Khi tải trọng tương đối nhỏ ( ηc <0,5 ) thì ηh < 0, Mh <0, momen động cơ cùng chiều với momen phụ tải Động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực.

Momen hạ không tải:

Mho =  − c 

t

i u

R G

η

1 2

η

1 2 1000

η

1 2 1000

0

2.2 Chọn sơ bộ công suất động cơ.

2.2.1 Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.

+ Khi nâng tải: vn = 2m/s

Mn =

c

t i u

R G G

)(

η n

v G

G+

= (50001000+50.0).,085,2.9,81 = 11,67( KW )+ Khi hạ tải: vh = 0,3 m/s

Mh =

i u

R G

1 2 ( 28

2

81 , 9 5 , 0 ).

50 5000 (

1 2 ( 1000

81 , 9 3 , 0 ).

50 5000 (

−

+

= 12,14 ( KW )Khi hạ không tải hoặc nâng không tải, công suất động cơ thay đổi

Hệ số mang tải:

K =

đm G G

G

+ 0 0 = 50+505000 = 0,01

Hình 2.2 Quan hệ phụ thuộc ηc theo tải trọng

Dựa vào đường đặc tính quan hệ giữa hệ số mang tải và hiệu suất (hình 2.2), ta có:

R G

η

.

.

0 = 502..280,5.0.9,85,81 = 20,85 ( Nm )

Pno =

co n v G

η

1000

.

0 = 501000.0,5.0.9,21,81 = 1,168 ( KW )

+ Khi hạ không tải:

Mho =

i u

1 2 ( 28 2

5 , 0 50

1 2 ( 1000

81 9 5 , 0

M < 0 chứng tỏ động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực

- Thời gian nâng tải:

t

M

= 1 , 2 521.50+364,4.33.33200+20,85.20−24,2.20

= 229,5( Nm )

Động cơ được chọn phải có Mđ > Mtb

Vậy ta chọn động cơ điện một chiều loại Π - 41, chế độ 60ph và TĐ 100%, có các thông số như sau:

- Số vòng dây một cực của cuộn song song ( wcks ) : 1480

- Từ thông hữu ích của một cực Φ (mWb ) : 17

- Dòng kích từ định mức iđm (A ) : 2,20

2.2.2 Kiểm nghiệm động cơ

+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:

Phương pháp kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng gián tiếp là mômen được suy ra từ phương pháp dùng điện đẳng trị, khi mômen tỉ lệ với dòng điện:

Momen đẳng trị:

Mđt =

ck

n i i T

t M

∑1

2 =

200

20 2 , 24 20 85 , 20 33 , 33 3 , 364 50

( Nm )

Momen định mức của động cơ:

Mđm = Pđc.ωđc.Trong đó: ωđc =

U u

= 9,n55Vậy: Mđc = Pđc.9n,đm55

= 16.9690,55 ≈ 1156 (Nm) ≥ Mđt

Do Mđc > Mđt nên động cơ Π - 41đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm nghiệm quá tải về momen:

Momen cản lớn nhất: Mc max = Mn = 521 (Nm )

Momen định mức của động cơ Mđc = 1156 (Nm) > Mc max

+ Kiển nghiệm về momen khởi động của động cơ:

Mc mở máy = 2Mc max = 2.521 = 1041 ( Nm )

Ta có: Mkd = 2.Mđc = 2.1156 ≈ 2312 (N.m) > Mc mở máy.Động cơ Π – 41 đã chọn thỏa mãn yêu cầu

Chương 3:

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG3.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

3.1.1 Khái quát về động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto Stato của động cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện Roto có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn một chiều Một bộ phận quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của roto là liên tục Thông thường bộ phận này gồm 1 cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ góp

+ Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó, trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng điện kích từ Ik Dòng kích từ này sẽ sinh ra từ thông Φ chạy trong mạch từ của động

cơ Nếu ta đặt lên mạch phần ứng của động cơ một điện áp U thông qua hệ thống chổi than và

cổ góp thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua Tương tác giữa dòng điện phần ứng I và từ thông kích từ Φ sẽ sinh ra một momen điện từ Giá trị của momen điện từ được tính như sau:

I K I a

pN

π

2

Với K là hệ số kết cấu của động cơ

Momen điện từ này kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto

+ Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 3.1 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Từ sơ đồ thay thế của động cơ ( Hình 3.1 ), ta có phương trình cân bằng điện áp:

Uư = Eư + ( Rư + Rf )Iư [3 – 1]Trong đó:

rcl - điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp

Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo biểu thức:

Trong đó: K = 2pNπa - hệ số cấu tạo của động cơ

p – số đôi cực từ chính

N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

Φ – từ thông kích thích dưới một cực từ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n ( vòng/phút )

60 : hệ số sức điện động của động cơ

Từ ( 3 – 1 ) và ( 3 – 2 ta có phương trình đặc tính cơ điện:

I K

R R K

U u u f

.

φ φ

R R K

) ( φ 2 φ

Từ các biểu thức trên, ta vẽ được dạng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 3.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.

3.1.2 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm:

Trong thực tế, với cơ cấu nâng hạ cầu trục, khi nâng tải, động cơ được đấu theo cực tính thuận và làm việc trong góc phần tư thứ I Khi hạ tải trọng, ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ Lúc này, nếu momen do tải trọng gây ra lớn hơn momen ma sát trong các cơ cấu của hệ thống, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh

Hình 3.3 Đặc tính hãm tái sinh.

(a) Ứng với tải thế năng

(b) Trong trường hợp cơ cấu nâng – hạ

b) Hãm ngược:

Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ta khi phần ứng dưới tác dụng của các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momen của động cơ Momen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất

Có 2 trường hợp hãm ngược:

- Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng

Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a Ta đưa một điện trở đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở

Tại điểm b, momen do động cơ sinh ra nhỏ hơn momen cản nên động cơ giảm tốc nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên Đến điểm c, tốc độ bằng không nhưng vì momen động cơ nhỏ hơn momen tải nên dưới tác dụng của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngược lại tải trọng được hạ xuống với tốc độ tăng dần Đến điểm d, momen động cơ bằng với momen cản nên hệ ổn định với tốc đôh hạ không đổi Sức điện động lúc này đổi dấu

Như vậy, trong trạng thái hãm ngược, sức điện động cùng chiều với điện áp lưới Động

cơ làm việc như một máy phát điện nối tiếp với lưới, biến điện năng nhận được từ lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở, vì vậy tổn thất năng lượng lớn

- Đảo chiều điện áp phần ứng:

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên, ta đảo chiều điện

áp phần ứng và đưa vào một điện trở phụ đủ lớn Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính cơ biến trở Tại b momen đã đổi chiều, chống lại chiều quay của động cơ nên tốc

độ động cơ giảm theo đoạn bc Tại c, tốc độ bằng 0 Nếu ta cắt điện áp đặt vào phần ứng động

cơ, động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ nguyên điện áp đặt vào động cơ, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại và làm việc ổn định tại điểm d Đoạn bc chính là đặc tính hãm ngược

Hình 3.4 Đặc tính cơ khi hãm ngược(a) Khi đưa Rf vào mạch phần ứng(b) Đảo cực tính điện áp phần ứng

c) Hãm động năng:

Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ

tích lũy trong quá trình làm việc trước đó biến nhiệt năng tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm.

- Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập, ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ

Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích lũy đc nên công suất tiêu tốn chỉ ở trên mạch kích từ

Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập:

Hình 3.5 Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập

- Hãm động năng kích từ tự kích:

Nhược điểm của hãm động năng kích từ độc lập là mất điện lưới thì không thực hiện hãm được do cuộn dây kích từ vẫn phải nối với nguồn Muốn khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ tự kích

Trong quá trình hãm, tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần, do đó dòng kích từ cũng giảm dần và là hàm số của tốc độ, vì vậy đặc tính cơ có dạng phi tuyến.

Hình 3.6 Đặc tính cơ hãm động năng kích từ tự kích

3.1.3 Ảnh hưởng của các tham số tới đặc tính cơ.

+ Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

K d

Khi tăng điện trở, độ cứng đặc tính cơ suy giảm., nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với β = 0, ta có đặc tính cơ tự nhiên.

Hình 3.7 Các đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở

phụ mạch phần ứng

+ Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết Φ = Φđm , điện trở phụ Rf = 0, khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với

Uđm , ta có:

đm

u K

Hình 3.8 Các đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp đặt

vào phần ứng

+ Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm , điện trở phụ Rf = 0 Muốn thay đổi từ thông, tat hay đổi dòng kích từ Ikt động cơ trong đoạn tuyến tính của đặc tính từ hóa Trong trường hợp này, tốc độ không tải:

x

u K

K d

Từ biểu thức trên, ta nhận thấy, khi giảm từ thông, đặc tính cơ mềm hơn.

Hình 3.9 Các đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

Ứng với những ảnh hưởng trên, người ta đưa ra 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:

- Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

- Điều chỉnh điện áp phần ứng

- Điều chỉnh từ thông

3.2 Các hệ truyền động dùng cho động cơ điện một chiều.

3.2.1 Hệ truyền động máy phát-động cơ( F-Đ ).

Hệ truyền động F-Đ là hệ truyền động là bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

Hình 3.10 Sơ đồ hệ truyền động F - Đ

Theo sơ đồ trên, động cơ chấp hành trên có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh cả hai phía: kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích thích máy phát, hãm động năng khi dòng khích thích máy phát bằng 0, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng… Hệ F-Đ có đặc tính

cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng ( ω,M )

+ Ở góc phần tư thứ I và thứ III, tốc độ quay và momen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau công suất điện từ của máy phát và động cơ là:

PF = Ef.I > 0

PĐ = E.I < 0

Pcơ = M.ω > 0Suy ra năng lượng được vận chuyển từ nguồn tới máy phát tới động cơ và đến tải

+ Vùng hãm tái sinh nằm ở góc phần tư thư II và IV, lúc này ω > ω 0, dòng điện chảy ngược động cơ về máy phát làm cho momen quay ngược chiều với tốc độ quay Công suất điện từ của máy phát, công suất điện từ và công suất cơ học của động cơ là:

PF = Ef.I < 0

PĐ = E.I > 0

Pcơ = M.ω < 0Năng lượng lúc này lại được chuyển theo chiều từ tải đến động cơ đến máy phát và đến nguồn Máy phát và động cơ đổi chức năng cho nhau Hãm tái sinh được dùng triệt để khi giảm tốc độ, hãm để đảo chiều quay và khi làm việc ổn định với tải có tính chất thế năng

+ Vùng hãm ngược của động cơ được giới hạn bởi đặc tính hãm động năng và trục momen Sức điện động của động cơ lúc này trùng với chiều sức điện động của máy phát Biểu thức tính công suất sẽ là:

PF = Ef.I > 0

PĐ = E.I > 0

Pcơ = M.ω < 0Hai nguồn suất điện động E và Ef cùng chiều với nhau và cùng cung cấp cho mạch phần ứng tạo nên nhiệt năng tiêu tán trên nó

+ Nhận xét chung về hệ F-Đ:

- Chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn

- Dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất cũng phải gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành

- Các máy phát điện một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ

3.2.2 Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor-động cơ ( T-Đ ).

Do yêu cầu công nghệ có đảo chiều quay của động cơ nên hệ truyền đông T-Đ được chọn cũng phải đáp ứng được yêu cầu trên Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có đảo chiều:

- Giữ nguyên dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của động cơ

- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T-Đ đều được xây dựng theo nguyên tắc trên và được chia ra thành 5 loại sơ đồ:

- Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ

- Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi )

- Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

- Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược, điều khiển chung

- Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo, điều khiển chung

a) Phương án đảo chiều dòng kích từ

Hình 3.12 Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ

Sơ đồ này đòi hỏi đảo chiều rất chặt chẽ Ngoài ra, hằng số thời gian của cuộn kích từ

Tk lớn, đặc tính từ hóa có tính phi tuyến mạnh,phạm vi điều chỉnh hẹp và bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiễu phụ tải Mc, từ dư của động cơ có ảnh hưởng xấu tới chất lượng hệ truyền động

 Phương án này chỉ phù hợp với tải công suất lớn, ít đảo chiều

b) Phương án dùng bộ biến đổi chỉnh lưu, dùng công tắc tơ chuyển mạch.

Hình 3.13 Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay

bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng

Phương án này chỉ dùng cho tải công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Ngày nay, phương pháp này ít được sử dụng do giá thành công tắc tơ cao hơn rất nhiều so với các thiết bị bán dẫn

c) Phương án dùng 2 bộ biến đổi điều khiển riêng.

Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung cho một bộ biến đổi, còn bộ kia khóa do không có xung điều khiển Như vậy sẽ không còn tồn tại điện áp cân bằng và điều này dẫn đến mạch lực sẽ không còn cuộn kháng cân bằng, làm cho kích thước mạch lực nhỏ gọn hơn, giá thành giảm đáng kể

Hình 3.14 Mạch lực hê T – Đ điều khiển riêng

Đối với chiều thuận, bộ biến đổi 1 (BBĐ1)làm việc ở chế độ chỉnh lưu ở góc phần tư thứ nhất, BBĐ2 khóa hoàn toàn Ngược lại, đối với chiều ngược, BBĐ2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu ở góc phần tư thứ ba, BBĐ2 khóa hoàn toàn.

Khi truyền động đảo chiều hoặc giảm tốc độ sẽ thực hiện ở góc phần tư thứ II do BBĐ2 đảm nhận hoặc ở góc phần tư thứ IV do BBĐ1 đảm nhận Tuy nhiên, việc chuyển chế làm việc từ BBĐ1 sang BBĐ2 và ngược lại, cần tuân theo điều kiện logic chặt chẽ

Ưu điểm của hệ truyền động này là làm việc an toàn, không có dòng điện chạy giữa các

bộ biến đổi

Nhược điểm: logic đảo chiều phức tạp do phải đảm bảo tại 1 thời điểm chỉ có một bộ biến đổi được mở, nếu không sẽ gây ngắn mạch nguồn cấp, quá trình đảo chiều diễn ra chậm

Phương án này có thể dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn

c) Phương án dùng hai bộ biến đổi điều khiển chung.

Hình 3.15 Mạch lực hệ T – Đ điều khiển chung

Về mạch lực, có 2 sơ đồ: sơ đồ đấu chéo và sơ đồ đấu song song ngược, có cuộn kháng cân bằng

Đối với sơ đồ đấu chéo cần có biến áp 3 cuộn dây, còn với sơ đồ song song ngược bắt buộc phải có cuộn kháng cân bằng Tuy khác nhau về cấu trúc nhưng vốn đầu tư 2 mạch này tương đương nhau cả về lượng đồng, sắt và số lượng thyristor.

Để có đặc tính điều chỉnh như hệ F - Đ, người ta dùng nguyên tắc điều khiển chung, tức là tại một thời điểm, cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung điều khiển, nhưng lại bị rằng buộc bởi điều kiện:

Ưu điểm của phương án này là đảo chiều khá đơn giản, ta chỉ phải tăng hoặc giảm góc

mở để một bộ biến đổi chuyển từ trạng thái động cơ sang trạng thái hãm Hệ có thể làm việc ở

cả 4 góc phần tư

Nhược điểm: do điện áp tức thời tai một thời điểm ở 2 bộ biến đổi khác nhau nên luôn tồn tại dòng điện vòng chạy qua 2 bộ biến đổi Để hạn chế điều này cần mắc them cuộn kháng cân bằng Tuy nhiên, điều này làm cho quá trình đảo chiều diễn ra chậm, sau một thời gian

sử dụng phải thay cuộn kháng cân bằng

3.2.3 Hệ truyền động điều chỉnh xung-áp.

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lí hệ điều chỉnh xung áp