[Khóa luận]trang bị điện điện tử cần trục 120 tấn nhà máy đóng tàu bạch đằng đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế

ĐỀ TÀI: Trang bị điện - điện tử cần trục 120 tấn. Đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế. Sinh viên: NguyÔn TiÕn §¹t GVHD: Th.S TrÇn ThÞ Ph¬ng Th¶o LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm vừa qua rất nhiều máy móc và dây truyền hiện đại phục vụ ngành công nghiệp đóng tàu được nhập về. Tổng công ty CNTT Bạch Đằng cái nôi của ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam cũng nằm trong xu hướng phát triển đó. Rất nhiều máy móc thiết bị hiện đại đã và đang được Tổng công ty nhập về trong đó đáng quan tâm nhất lá các cần cẩu có sức nâng lớn. Hầu hết các hệ thống này đều sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC, nó có khả năng tự động hóa và tối ưu điều khiển rất cao. Thiết bị điều khiển khả trình PLC đã và đang được áp dụng rãi trong các dây chuyền sản xuất, nó làm giảm giá thành công nghệ, giảm độ phức tạp của mạch điều khiển, có khả năng làm việc trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên nó cũng đòi hỏi đội ngũ kĩ sư và công nhân kỹ thuật lành nghề để vận hành hệ thống an toàn cho con người và cho thiết bị cũng như đạt năng suất và hiệu quả cao nhất. Sau quá trình học tập tại trường em được giao đề tài tốt nghiệp: “Trang bị điện điện tử cần trục 120 tấn nhà máy đóng tàu Bạch Đằng. Đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế.” Bố cục của đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về động cơ điện xoay chiều và hệ truyền động điện xoay chiều. Chương 2: Tổng quan về nhà máy đóng tàu Bạch Đằng. Chương 3: Trang bị điện - điện tử cần trục 120 tấn. Đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1.1. MỞ ĐẦU Động cơ điện xoay chiều là máy điện xoay chiều khi nó làm việc ở chế độ động cơ. Ở chế độ này máy điện nhận điện năng từ lưới điện và biến điện năng thành cơ năng để chuyển ra tải. Đối với động cơ không đồng bộ thì tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường, quay cùng chiều với từ trường. Nhưng đối với động cơ đồng bộ thì tốc độ quay của roto bằng tốc độ quay của từ trường quay. 1.2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU [1] 1.2.1. Động cơ điện dị bộ 1. Cấu tạo Động cơ điện không đồng bộ có thể là loại một pha hoặc nhiều pha. Có công suất từ một vài W tới vài MW, có điện áp từ 100V đến 6000V. 2 Hình 1.1. Lá thép stato và roto máy điện dị bộ 1- Lá thép stato, 2-Rãnh, 3- Răng; 4- Lá thép roto Căn cứ vào cách thực hiện roto, người ta phân biệt 2 loại: Loại có roto ngắn mạch và loại roto dây quấn. Cuộn dây roto dây quấn là cuộn dây cách điện, thực hiện theo nguyên lý của cuộn dây dòng xoay chiều. Cuộn dây roto ngắn mạch gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnh của mạch từ roto, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bằng số rãnh. Động cơ roto ngắn mạch có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền, còn động cơ điện không đồng bộ roto dây quấn thì đắt tiền hơn, nặng hơn nhưng có tính năng động tốt hơn, do có thể tạo các hệ thống khởi động và điều chỉnh.  Cấu tạo stato Stato gồm hai phần cơ bản: Mạch từ và mạch điện  Cấu tạo roto Mạch từ: Mạch từ của roto cũng gồm các lá thép kỹ thuật ghép cách điện với nhau. Rãnh của roto có thể song song với trục hoặc nghiêng đi một góc nhất định nhằm giảm dao động từ thông và loại trừ một số sóng bậc cao. Các lá thép kỹ thuật được gắn với nhau thành hình trụ, ở tâm lá thép mạch từ được đục lỗ để xuyên trục, roto gắn trên trục. Ở những máy có công suất lớn roto còn đục rãnh thông gió dọc thân trục roto. Mạch điện: Được chia làm hai loại roto lồng sóc và roto dây quấn. o Loại roto lồng sóc (ngắn mạch): Mạch điện của loại roto này được làm băng nhôm hoặc đồng thau. Nếu làm bằng nhôm thì được đúc trực tiếp vào rãnh roto, hai đầu được đúc hai vòng ngắn mạch. Nếu làm bằng đồng thì được làm thành các thanh dẫn và đặt vào trong rãnh, hai đầu được gắn với nhau bằng hai vòng ngắn mạch cùng kim loại. Loại roto ngắn mạch không phải thực hiện cách điện giữa dây dẫn và lõi thép. o Loại roto dây quấn: Mạch điện của loại roto này thường làm bằng đồng và phải cách điện với mạch từ. Cách thực hiện cuộn dây này 3 giống như cách thực hiện cuộn dây ở máy điện xoay chiều. Cuộn dây roto dây quấn có số cặp cực và pha cố định. 2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ Để xét nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ, ta lấy mô hình máy phát điện ba pha gồm 3 cuộn dây đặt cách nhau trên chu vi máy điện một góc 120 0 , roto là cuộn dây ngắn mạch. Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống điện 3 pha có tần số là f 1 thì trong máy điện sinh ra từ trường quay với tốc độ 60f 1 /p. Từ trường này cắt thanh dẫn của roto và stato sinh ra ở cuộn stato sđđ tự cảm e 1 và ở cuộn dây roto sđđ cảm ứng e 2 có giá trị hiệu dụng như sau: E 1 = 4,44W 1 Φf 1 k cd (1.1) E 2 = 4,44W 2 Φf 1 k cd Do cuộn roto kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây này. Sự tác động tương hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn roto và từ trường, sinh ra lực, đó là ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đường kính roto) nên tạo ra momen quay. Momen quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại sự tăng từ thông móc vòng với cuộn dây. Nhưng vì stato gắn chặt còn roto gắn trên ổ bi do đó roto phải quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tuy nhiên tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ trường, bởi nếu n = n tt thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sđđ cảm ứng nữa, E 2 = 0 dẫn đến I 2 = 0 và momen quay cũng bằng không, roto quay chậm lại, khi roto quay chậm lại thì từ trương lại cắt các thanh dẫn, nên có sđđ, có dòng và momen nên roto lại quay. Do tốc độ quay của roto khác tốc độ quay của từ trường nên xuất hiện độ trượt và được định nghĩa như sau: 100 tt tt n nn s − = % (1.2) Do đó tốc độ quay của roto có dạng: n = n tt (1-s) (1.3) 4 Do n ≠ n tt nên (n tt -n) là tốc độ cẳt các thanh dẫn roto của từ trường quay. Vậy tần số biến thiên của sđđ cảm ứng trong roto biểu diễn bởi: f 2 = ( ) ( ) ( ) tt tttttt tt tttt n nnpnpnn n npnn − = − = − 606060 = sf 1 (1.4) Khi roto có dòng I 2 chạy, nó cũng sinh ra một từ trường quay với tốc độ: n tt2 = p f 2 60 = p sf 1 60 = sn tt (1.5) So với một điểm không chuyển động của stato, từ trường này sẽ quay với tốc độ: n tt2s = n tt + n = sn tt + n tt (1-s) = n tt (1.6) Như vậy so với stato, từ trường quay của roto có cùng giá trị với tốc độ quay của từ trường stato. 3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha Đặc tính cơ là mối quan hệ giữa tốc độ và momen điện từ của động cơ n = f(M). Đặc tính cơ tự nhiên: đây là đặc tính cơ được xây dựng khi các thông số của máy như điện áp, điện trở, tần số có giá trị định mức. Đặc tính cơ nhân tạo: là đặc tính cơ khi có một trong các thông số trên thay đổi, các thông số khác không đổi. Hình 1.2. Đặc tính cơ động cơ dị bộ 5 Hình 1.3. Đặc tính cơ nhân tạo động cơ dị bộ a-khi p = var, b-khi f = var, c-khi R 2 = var, d-khi U 1 = var 1.2.2. Động cơ đồng bộ Động cơ đồng bộ là máy điện đồng bộ sau khi hòa đồng bộ vào lưới điện có thể làm việc như một động cơ phụ thuộc tải. Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều có tốc độ quay của roto bằng tốc độ quay của từ trường. Hầu hết các máy điện đồng bộ làm việc như máy phát có tần số 50Hz đến 60Hz. Máy điện đồng bộ cũng có thể làm việc như một động cơ công suất lớn. Để nghiên cứu tổng quan về động cơ đồng bộ ta đi xét máy điện đồng bộ. 1. Cấu tạo Căn cứ chức năng mà người ta có thể chia máy điện đồng bộ ra làm hai phần: phần cảm và phần ứng. o Phần cảm tạo từ trường chính (phần kích từ) o Phần ứng thực hiện biến đổi năng lượng 6  Cấu tạo phần tĩnh (stato) Nếu phần cảm nằm ở stato thì lá thép có dạng như hình 1.5, cuộn dây kích từ được quấn quanh cực từ. Nếu stato là phần ứng thì lá thép giống như lá thép stato của máy điện không đồng bộ (hình 1.1). Ngoài mạch từ là vỏ bằng gang, cấu tạo của máy đồng bộ lúc này giống như máy điện dị bộ, nhưng vỏ của nó lại không có gân tản nhiệt.  Cấu tạo phần động (roto) Nếu roto là phần cảm thì chia làm hai loại:  Roto cực ẩn  Roto cực hiện b a Hình 1.5. Roto của máy điện đồng bộ a-roto cực ẩn, b-roto cực hiện 7 Hình 1.4. Lõi thép phần cảm ở stato Stato Roto Hình 1.6. Mô hình máy đồng bộ không chổi than 2. Nguyên lý hoạt động Để đơn giản ta xét nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ ba pha hai cực. Cuộn dây phần ứng đặt ở stato, còn cuộn kích từ đặt ở roto. Cuộn kích từ được nối với nguồn kích từ (dòng một chiều) qua hệ thống chổi than. Để nhận được điện áp ba pha trên chu vi stato ta đặt ba cuộn dây cách nhau 120 0 . Dòng điện một chiều tạo ra từ trường không đổi. Bây giờ ta gắn trục roto vào máy lai và quay roto với tốc độ n. Ta được một từ trường quay tròn có từ thông chính Φ khép kín qua roto, cực từ và lõi thép stato (hình 1.8). Từ thông của từ trường quay cắt các thanh dẫn phần ứng, làm xuất hiện trong ba cuộn dây ba sđđ: e A = E m sinωt (1.7) e B = E m sin(ωt - 3 2 π ) e C = E m sin(ωt + 3 2 π ) Trong đó tần số biến thiên của các sđđ biểu diễn bằng ω = 2πf. Nếu số cặp cực là p thì tấn số biến thiên f của dòng điện sẽ là: f = 60 np Hz (1.8) 8 Ta nhận thấy tần số biến thiên của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ quay của roto và số đôi cực. Nếu bây giờ ta tải ba pha của máy điện bằng ba tải đối xứng, ta có dòng ba pha đối xứng. Theo nguyên lý tạo từ trường quay nên trong máy phát đồng bộ lúc này cũng xuất hiện từ trường quay mà tốc độ xác định bằng biểu thức: n tt = p f60 (1.9) Thay (1.8) vào (1.9) ta có n = n tt . Như vậy ở máy đồng bộ tốc độ quay của roto bằng tốc độ quay của từ trường tải. Hai từ trường này ở trạng thái nghỉ với nhau. U ~ Hình 1.7. Giải thích nguyên lý hoạt động của máy đồng bộ 3. Đặc tính cơ Ưu điểm của động cơ đồng bộ là có độ ổn định cao, hệ số cosφ và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao. 9 Hình 1.8. Đặc tính cơ Trong phạm vi momen cho phép M ≤ M max , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ cứng đặc tính cơ β = ∞. Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ được trình bày trên hình 1.8. 1.3. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU [1] 1.3.1. Khởi động động cơ không đồng bộ 1. Khởi động động cơ roto dây quấn Đối với động cơ không đồng bộ roto dây quấn để giảm dòng khởi động ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch roto. Lúc này dòng ngắn mạch có dạng: I ngm = ( ) ( ) 2 ' 21 2 21 1 XXRRR U p ++++ (110) Việc đưa điện trở phụ R p vào mạch roto ta được hai kết quả: làm giảm dòng khởi động nhưng lại tăng momen khởi động. Bằng cách lựa chọn R p ta có thể đạt được momen khởi động bằng momen cực đại. Khi mới khởi động, toàn bộ điện trở khởi động được đưa vào roto, cùng với tăng tốc độ roto, ta cũng cắt dần điện trở khởi động ra khỏi roto để khi tốc độ đạt đến giá trị định mức, thì điện trở khởi động cũng được cắt hết ra khỏi mạch roto, roto bây giờ là roto ngắn mạch. 10 . nghiệp: “Trang bị đi n đi n tử cần trục 120 tấn nhà máy đóng tàu Bạch Đằng. Đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế. ” Bố cục của. ĐỀ TÀI: Trang bị đi n - đi n tử cần trục 120 tấn. Đi sâu nghiên cứu hệ thống cấp nguồn và cơ cấu di chuyển chân đế. Sinh viên: NguyÔn TiÕn