PHÂN TÍCH ưu KHUYẾT điểm của cơ cấu NÂNG hạ HÀNG TRONG THIẾT bị bốc xếp sử DỤNG ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ RÔTO dây QUẤN với hệ THỐNG sử DỤNG ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ RÔTO LỒNG sóc CUNG cấp bởi BIẾN tần GIÁN TIẾP

Thì hệ thống nâng hạ hàng hiện nay, người ta sử dụng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ ba pha rôto lồng sóc bằng phương pháp thay đổi tần số cấp nguồn cho mạch stator nhờ các bộ b

BIẾN TẦN GIÁN TIẾP

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban

Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Biển

Lớp: Điện Công nghiệp và Dân dụng

Khóa: k9

LỜI MỞ ĐẦU

Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cũng được ứng dụng rất rộng rãi vì có thể đưa điện trở phụ ở ngoài vào để cải thiện tính mở máy và điều chỉnh Nhưng có cấu tạo phức tạp, bảo quản khó, tốc độ điều khiển theo từng cấp

Với việc ứng dụng các kỹ thuật hiện đại để điều khiển các quá trình sản xuất và công nghệ Thì hệ thống nâng hạ hàng hiện nay, người ta sử dụng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ ba pha rôto lồng sóc bằng phương pháp thay đổi tần số cấp nguồn cho mạch stator nhờ các bộ biến tần gián tiếp điều chế độ rộng xung đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, hãm dừng chính xác hơn so với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Trong đề tài: “Phân tích ưu khuyết điểm của cơ cấu nâng hạ

hàng trong thiết bị bốc xếp sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn với hệ thống sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc cung cấp bởi biến tần gián tiếp”.

Đồ án có các nội dung sau:

Chương 1 Giới thiệu các thiết bị nâng hạ điển hình

Chương 2 Truyền động điện thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Chương 3 Truyền động điện thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc bằng biến tần gián tiếp

Chương 1 Giới thiệu các thiết bị nâng hạ hàng

1 Chức năng của hệ thống nâng hạ hàng

2 Phân loại hệ thống nâng hạ

3 Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị nâng hạ hàng

1 Chức năng của hệ thống nâng hạ hàng

- Nâng hàng và di chuyển hàng hoá trong các kho hàng.

- Bốc xếp hàng hóa lên các phương tiện vận chuyển.

2 Phân loại hệ thống nâng hạ

- Phân loại theo mục đích sử dụng

+ Tời hàng và cần trục: dùng để bốc xếp hàng hoá từ nơi này sang nơi khác hay lên các phương tiện vận chuyển Đây là các thiết bị được sử dụng rộng rãi ngày nay.

+ Máy nâng: dùng để luân chuyển các hàng hoá ở các kho bãi hoặc di

chuyển…

- Phân loại theo chế độ cấp nguồn

Lấy nguồn trực tiếp từ lưới điện hay lấy nguồn từ máy phát riêng.

3 Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị nâng hạ hàng

- Năng suất làm hàng cao

- Hệ thống phải có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng, tạo được tốc

độ cao khi không tải hoặc tải nhẹ

- Hệ thống phải có khả năng rút ngắn được thời gian quá độ

- An toàn cho hàng hoá và thiết bị

Chương 2 TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT BỊ NÂNG HẠ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN

1 Cấu trúc của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn (có ưu nhược điểm?)

2 Đặc tính cơ và đặc điểm khai thác hệ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cho cần trục

3 Quá trình hãm năng lượng xảy ra khi hãm ở động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ

không đồng bộ rôto dây quấn

2.1 Cấu trúc của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không

đồng bộ rôto dây quấn

Hệ truyền động mạch hở đối với cần trục

Ưu điểm

- Có đặc tính điều chỉnh tốt, độ trơn điều chỉnh và có khả năng điều chỉnh sâu

cả hai phía nâng hạ, quay trái – quay phải.

Nhược điểm

- Hệ thống điều khiển thường phức tạp và là hệ kín, giá thành tổng thể cao, hiệu suất vùng điều chỉnh sâu thấp.

2.2 Đặc tính cơ và đặc điểm khai thác hệ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cho cần trục

+ Tốc độ của hệ thống truyền động điện có yêu cầu 10% n0, 15% n0,

động cơ bằng điện trở phụ Rf trong mạch rôto của động cơ không đồng

bộ rôto dây quấn Điều khiển chính xác mômen của phụ tải động sẽ giải quyết được sai lệch tĩnh tốc độ cho hệ thống

2.3 Quá trình hãm năng lượng xảy ra khi hãm ở động cơ

không đồng bộ rôto dây quấn

Hãm ngược khi đảo chiều quay động cơ

Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

- Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào

rôto đủ lớn khi đó động cơ điện sẽ làm việc ổn định tại điểm làm việc là điểm hãm nối ngược, đoạn AB là đoạn hãm nối ngược

- Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

+ Xảy ra khi thay đổi tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số hoặc thay đổi số cặp

+ Trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới còn vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay Điều này làm cho điều khiển không kinh tế, không nằm trong mong muốn

Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào rôto

Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

Chức năng của các thiết bị điều khiển

Mạch động lực:

Am1, As1: Động cơ và phanh hãm dừng.

Ac1, Ac2: Các tiếp điểm công tắc tơ đảo chiều và điều khiển cấp nguồn

mạch điện stator động cơ truyền động.

Ac41 – Ac45: Các tiếp điểm công tắc tơ điều khiển trở phụ mach rôto của động cơ truyền động chính.

Am5: Phanh điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ hàng

Ad5: Rơle dòng cực đại bảo vệ quá dòng cho cuộn dây stator của phanh Am5.

Ac7: Tiếp điểm cấp điện cho phanh As1 là phanh hãm dừng cho cơ cấu nâng hạ.

Mạch điều khiển:

Ac1, Ac2: Cuộn hút của các công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ.

Ac41 – Ac45: Cuộn hút của các công tắc tơ điều khiển điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ.

Ad1, Ad2, Ad3, Ad63: Cuộn hút của các rơle trung gian.

Ad43 – Ad45: Rơle thời gian khống chế đóng ngắt điện trở trong mạch rôto của động cơ.Bộ điều khiển dòng KA 481

Chương 3 TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT BỊ NÂNG HẠ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC BẰNG

BIẾN TẦN GIÁN TIẾP

1 Cấu trúc của biến tần gián tiếp

2 Biến tần tạo nên đặc tính tốc độ động cơ

3 Đặc điểm sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng

4 Năng lượng động cơ sử dụng biến tần khi hãm tái sinh

Nhận xét về hai hệ truyền động nâng hạ tiêu biểu và

các đánh giá kỹ thuật

3.1 Cấu trúc của biến tần gián tiếp

Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi mới biến trở lại điện

áp xoay chiều với tần số f2 Điện áp đầu ra được chỉnh lưu nhờ sự thay đổi của các van trong nhóm hoặc điều chế độ rộng xung

Việc phải thay đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất của biến tần, song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dàng tần số f2

không phụ thuộc f1 mà nó chỉ phụ thuộc mạch điều khiển

Ngày nay, trong bộ nghịch lưu điện nguồn người ta thường sử dụng các van bán dẫn trong sơ đồ nghịch lưu là transistor IGBT, bởi nó có nhiều tính ưu việt như tốc độ chuyển mạch nhanh Công suất điều khiển yêu cầu rất nhỏ

và khối nghịch lưu IVT

đầu vào thành nguồn điện xoay chiều ba pha hình sin có tần số điện áp thay đổi để cấp nguồn cho động cơ thực hiện

3.2 Biến tần tạo nên đặc tính tốc độ động cơ

Đặc tính cơ và cơ điện trong qua trình khởi động

Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở mạch stato (bỏ qua R1và X1) ta có:

U1 = E1 = 4,44f1W1kcd (3.1)

Điều chỉnh giữ từ thông không đổi (có thể bỏ qua điện trở và điện kháng stato) do đó lúc này mômen bằng:

Từ hỡnh vẽ thấy rằng nguồn cú tần số nhỏ thỡ lại tạo nờn mụmen mở mỏy lớn hơn nguồn cú tần số lớn.

 Nếu tần số khi mở mỏy cảm khỏng rụto nhỏ và do đú dũng điện cảm ứng ở rụto gần trựng pha với điện ỏp

Điều đú tạo nờn mụmen lớn, hệ số cụng suất lớn và biờn độ dũng

k = 1,3 Tần số định mức k = 1

3.3 Đặc điểm sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng

Đặc điểm nổi bật sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng

Sử dụng biến tần gián tiếp có thể khai thác được nhiều tính năng linh hoạt như :

+ Tự động nhận dạng động cơ

+ Tính năng điều khiển thông qua mạng,

+ Khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm

ái (khởi động mềm), giảm chi phí lắp đặt, bảo trì, và các chế độ tiết kiệm năng lượng

+ Có thể kiểm soát được năng lượng thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần

3.4 Năng lượng động cơ sử dụng biến tần khi hãm tái sinh

 Điều khiển động cơ không đồng bộ khi dùng biến tần thì vấn đề

hãm tái sinh được giải quyết bằng hai phương án:

 + Phương án 1: Để tránh hiện tượng hãm tái sinh như ở động cơ

không đồng bộ rôto dây quấn, biến tần tạo ra một loạt các đường đặc tính cơ trung gian sát nhau và song song với nhau như sau

 Tuy nhiên làm được điều này biến tần cần phải tạo ra một họ đặc tính

đủ dày để khống chế điểm làm việc trong góc phần tư thứ nhất của đặc tính cơ Điều này đòi hỏi biến tần thiết kế tốn kém hơn

+ Phương án 2: Lắp thêm bộ nghịch lưu phụ thuộc song song với bộ chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc hoạt động tương tự ở động cơ một

chiều, phát điện về lưới

Khi xảy ra hãm tái sinh thì động cơ vẫn tiêu thụ công suất phản kháng

Q để duy trì từ trường còn công suất tác dụng P trả lại bộ nghịch lưu như một máy phát điện xoay chiều Như vậy năng lượng mà động cơ phát ra dưới dạng công suất tác dụng đã được gửi trả lại nguồn

Nhận xét về hai hệ truyền động nâng hạ tiêu biểu và các đánh giá kỹ thuật

Nhận xét đối với hệ truyền động nâng hạ hàng dùng động cơ

không đồng bộ rôto dây quấn

So với các loại động cơ điện khác (động cơ điện đồng bộ, động cơ điện một chiều) thì động cơ có nhiều ưu việt như: kết cấu đơn giản,

dễ sử dụng, độ bền cao, giá đầu tư thấp

So với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thì động cơ không đồng

bộ rôto dây quấn có cấu tạo phức tạp, bảo quản khó, giá thành cao hơn

Dùng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có thể đưa điện trở phụ

ở ngoài vào để cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ động

cơ

Để khởi động và dừng động cơ điện không đồng bộ công suất vừa và lớn thông thường các cơ sở sản xuất sử dụng phương pháp khởi động trực tiếp (qua cầu dao hoặc áp tô mát) nên gây sụt áp trên đường dây khá lớn

Tuy nhiên, với phương pháp “cổ truyền” không thể phù hợp với xu thế sản xuất hàng hóa chất lượng cao theo công nghệ tiên tiến và tỷ

lệ tổn thất điện năng trên toàn hệ thống vẫn còn khá cao

Nhận xét đối với hệ truyền động nâng hạ hàng dùng biến tần

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:

 Hiệu suất làm việc của máy cao.

Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn Khi khởi động có hệ

số cao, nên có đặc tính khởi động tốt, hiệu suất cao

An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt

số nhân công phục vụ và vận hành máy…

Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động vận

hành

Hệ thống máy có kết nối với máy tính ở trung tâm Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay…), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chuẩn đoán và sử

lý các sự cố có thể xảy ra

Kết luận

 Với tính năng vượt trội của biến tần, ngoài việc cải thiện khả năng điều

khiển của hệ thống máy còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng ở những máy có tải biến đổi theo tốc độ

 Như vậy trong đề tài này em đã giải quyết được những vấn đề cơ bản sau: + Giới thiệu được các thiết bị nâng hạ hàng.

+ Giới thiệu được cấu trúc của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn và cấu trúc của biến tần gián tiếp

+ Trình bày được đặc tính cơ và đặc điểm khai thác hệ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cho cần trục và của biến tần

+ Quá trình hãm năng lượng xảy ra khi hãm ở động cơ không đồng bộ rôto dây quấn và của biến tần

+ Nhận xét về hai hệ truyền động nâng hạ tiêu biểu và các đánh giá kỹ