TRONG CÁC CƠ CẤU NÂNG HẠ
1.3. Khái quát về hệ thống điều khiển truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ
Đối với các thiết bị nâng chuyển nói chung cần phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
a) Cần đảm bảo tốc độ nâng hạ với tải trọng định mức
Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hoá được nâng hạ là điều kiện trước tiên để nâng cao năng suất hệ thống, đưa lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất cho sự hoạt động của cơ cấu nâng hạ.
Mặt khác, tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệ thống điều khiển chuyển động của cơ cấu thoả mãn các yêu cầu về thời gian đảo chiều, thời gian hãm, làm việc liên tục trong chế độ quá độ (hệ thống liên tục đảo chiều theo chu kỳ lên xuống), gia tốc và độ giật thoả mãn yêu cầu. Ngược lại nếu tốc độ quá thấp sẽ ảnh hưởng đến năng suất của hệ thống. Thông thường tốc độ chuyển động của hàng hoá ở chế độ định mức thường nằm trong phạm vi (0,2 ÷ 1) m/s hay (12 ÷ 60) m/ph, tốc độ chuyển động của thang máy được tính toán tối ưu tùy thuộc vào số tầng của tòa nhà.
b) Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng
- 20 -
Đối với cơ cấu nâng hạ hàng hóa, phạm vi điều chỉnh tốc độ của các cơ cấu điều khiển chuyển động là điều kiện cần thiết để nâng cao năng suất. Cụ thể là: khi nâng và hạ không tải hay tải trọng nhẹ với tốc độ cao, còn khi có yêu cầu khai thác phải có tốc độ thấp và ổn định để hạ hàng hoá vào vị trí yêu cầu (điều này do kỹ thuật bốc xếp hoặc kỹ thuật lắp máy đòi hỏi cụ thể với từng loại cơ cấu). Theo đó, các hệ thống truyền động phải có ít nhất các tốc độ trung gian như sau:
- Tốc độ toàn tải: Vđm
- Tốc độ nâng một phần hai tải: 1,5 ÷1,7Vđm
- Tốc độ không tải: 3 ÷ 3,5Vđm c) Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ
Các cơ cấu nâng hạ làm việc với hệ số đóng điện tương đối nhỏ vì vậy thời gian quá độ chiếm hầu hết thời gian công tác. Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện pháp cơ bản để nâng cao năng suất. Thời gian quá độ trong các chế độ công tác là thời gian khởi động và thời gian hãm trong quá trình tăng tốc và giảm tốc. Để rút ngắn thời gian quá độ cần sử dụng các biện pháp sau:
- Chọn động cơ có mômen khởi động lớn.
- Giảm mômen quán tính của các bộ phận quay.
- Dùng động cơ điện có tốc độ không cao (1000 ÷ 1500 vg/ph).
Đối với động cơ một chiều, mômen khởi động phụ thuộc vào loại động cơ, với động vơ không đồng bộ rôto lồng sóc mômen khởi động có thể đạt 1,5 lần so với mômen định mức, còn đối với động cơ đồng bộ rôto dây quấn về nguyên tắc mômen khởi động có thể chọn bằng 0,85 lần mômen tới hạn Mmax. Việc sử dụng loại động cơ tốc độ thấp trong hệ thống điện cơ một mặt rút ngắn được quá độ, mặt khác nâng cao được hiệu suất, khi sử dụng điều tốc cơ khí có tỷ số nhỏ.
- 21 -
d) Có hệ số cosϕ cao
Công tác khai tác hợp lý cơ cấu nâng hạ là một yếu tố để nâng cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển. Trong khi đó, hệ thống truyền động điện của các cơ cấu thường không sử dụng hết khả năng công suất, hệ số tải thường trong khoảng 0,3 ÷ 0,4. Do vậy khi chọn các động cơ truyền động phải chọn loại có hiệu suất, cosϕ cao và ổn định trong phạm vi rộng.
e) Đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa
Bảo đảm an toàn người sử dụng, hàng hóa và cho thiết bị yêu cầu quan trọng trong công tác khai thác, vận hành cơ cấu nâng hạ. Để thực hiện được điều đó cần chú ý tới các giải pháp sau:
- Cần có quy trình an toàn cho công tác vận hành và điều khiển.
- Trong quá trình tính toán thiết kế phải chọn các hệ số dự trữ hợp lý.
- Kỹ thuật điều khiển chuyển động cần có các hệ thống giám sát, bảo vệ tự động các hệ thống điều khiển chuyển động cho cơ cấu nâng hạ. Ngoài ra cần có các hệ thống đo lường và bảo vệ quá tải trọng nâng cho cơ cấu nâng hạ.
- Các loại phanh hãm cho các hệ thống làm việc có tính vền vững cao.
Các giải pháp đảm bảo an toàn trên đây trong quá trình khai thác cơ cấu nâng hạ cần được kiểm tra thường xuyên.
f) Điều khiển tiện lợi và đơn giản
Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển việc thiết kế các thiết bị điều khiển phải được bố trí thuận tiện. Đồng thời người điều khiển cơ cấu nâng hạ có thể sử dụng các lệnh khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng.
g) Ổn định nhiệt, cơ và điện
Các cơ cấu nâng hạ cần được sử dụng các thiết bị điện, kết cấu cơ khí phải được chế tạo thích hợp với môi trường công tác.
- 22 -
h) Tính kinh tế và kỹ thuật cao
Thiết bị chắc chắn, kết cấu đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ, giá thành hạ. Chí phí bảo quản và chi phí năng lượng hợp lý.
1.3.2. Các hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ a) Khái quát
Các hệ chuyền động điện cho cơ cấu nâng hạ được xây dụng có phạm vi công xuất truyền động khác nhau tùy theo ứng dụng.
Các hệ truyền động điện sử dụng động cơ truyền động có thể là: động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn...
b) Cấu trúc của hệ truyền động điện
Cấu trúc của hệ truyền động điện dùng cho các cơ cấu nâng hạ được đưa ra với dạng phổ biến trình bày trên Hình 1.1.
Hình 1.1. Cấu trúc của hệ truyền động điện dùng cho cơ cấu nâng hạ 1. Động cơ truyền động cho các cơ cấu
2. Phanh hãm dừng điện từ 3. Bộ truyền cơ khí
4. Tời quấn cáp nâng hạ 5. Phanh hãm an toàn
Với cấu trúc trên hình 1.1, động cơ thực hiện có thể là động cơ một chiều được điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ trong mạch phần ứng và mạch
- 23 -
kích từ. Cần chú ý rằng cuộn kích từ nối tiếp được sử dụng để hỗ trợ mômen của động cơ trong điều khiển ở chiều nâng và hạ là khác nhau. Việc đổi chiều quay của động cơ điện một chiều được thay đổi chủ yếu bằng cách đổi chiều điện áp phần ứng.
Nếu động cơ thực hiện là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc là loại có nhiều cuộn dây quấn trên stato, các tốc độ khác nhau được tạo ra bằng cách đổi nối các cuộn dây hoặc thay đổi điện áp, tần số nguồn cấp cho các cuộn dây stato. Việc đổi chiều cho các động cơ xoay chiều không đồng bộ thường thực hiện bằng phương pháp đổi thứ tự pha điện áp nguồn cấp.
Để nâng cao chất lượng trong các hệ thống điều khiển truyền động cho cơ cấu, ngày nay đã ứng dụng các hệ thống truyền động điện hiện đại sử dụng bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ với thiết bị điều khiển PLC. Dạng hệ thống này cho kết quả tốt về điều chỉnh tốc độ, tính linh hoạt trong điều khiển và giám sát, cũng như hiệu quả kinh tế cao.
1.3.3. Các dạng đặc tính cơ của hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ
a) Các dạng đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện một chiều cho cơ cấu nâng hạ
Đặc tính cơ của các động cơ truyền động cho các cơ cấu có dạng sau:
a)
G1 G2
RD
RT
+ - - +
+ -
- 24 -
b)
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi sử dụng ĐCMC truyền động cho cơ cấu nâng hạ
Trên hình 1.2 biểu diễn sơ đồ nguyên lý sử dụng động cơ điện một chiều và các dạng đặc tính cơ của động cơ điều khiển chuyển động cho cơ cấu nâng hạ. Trên hình 1.2a, sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều ĐC bao gồm:
Phần ứng Ư, Cuộn dây kích từ nội tiếp G1G2, cuộn kích từ song song F1F2, điện trở phụ mạch phần ứng Rnt điều chỉnh tốc độ, điện trở Rkt dùng để thay đổi kích từ của động cơ
Các phần tử Rij để điều chỉnh giá trị điện trở Rnt, Rkt, N và H để đảo chều quay, RD rơle dòng cực đại bảo vệ mạch phần ứng, RT rơle dòng điện bảo vệ mất từ trường. Trên hình 1.2b, đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ.
- 25 -
Đặc tính cơ của động cơ thực hiện có hai vùng điều chỉnh tốc độ khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng phía nâng - hạ hàng và vùng điều chỉnh tốc độ khi thay đổi mạch kích từ phía nâng - hạ hàng. Khi hạ có tải, động cơ điện thường làm việc ở chế độ hạ hãm.
b) Các dạng đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện bằng cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
Điều chỉnh tốc độ trong các hệ thống truyền động điện cơ cấu nâng hạ sử dụng động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc rất phổ biến.
Phương pháp điều khiển tốc độ thông thường được thực hiện bằng cách đổi nối cuộc dây phần ứng để thay đổi số đôi cực p. Đảo chiều quay của động cơ truyền động được thực hiện bằng cách thay đổi chiều từ trường quay. Sơ đồ diện nguyên lý đổi nối cuộn dây stato được trình bày trên hình 1.3a, đặc tính cơ của động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ trên hình 1.3b.
a)
- 26 -
b)
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý và các dạng đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện dùng động cơ KĐB rôto lồng sóc
Trên hình 1.3a, khi cuộn dây phần ứng của động cơ không đồng bộ dấu Y, ∆ và YY; trên hình 1.3b, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng cách đổi nối cuộn dây để thay đổi số đôi cực p cho cơ cấu nâg hạ hàng, động cơ điện làm việc ở chế độ động cơ. Vùng điều chỉnh tốc độ phía hạ tải, động cơ điện làm việc ở chế độ hạ hãm.
c) Các dạng đặc tính cơ của hệ thống truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Động cơ không đồng bọ rôto dây quấn sử dụng để truyền động cho các cơ cấu nâng hạ có nhiều ưu điểm như tăng mômen khởi động, hạn chế dòng điện trong quá trình khởi động và có khả năng điều chỉnh tốc độ phạm vi rộng, khai thác và bảo dưỡng đơn giản. Đặc biệt động cơ không đồng bộ sử dụng
- 27 -
cho cơ cấu nâng hạ có thể mở rộng phạm vi công suất vì vậy chúng được sử dụng rất phổ biến.
Trên hình 1.4 trình bày sơ đồ điện nguyên lý và các dạng đặc tính cơ động không đồng bộ rôto dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng hạ. Ở hình 1.4a biểu diễn sơ đồ điện nguyên lý của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ. Trong sơ đồ MC1 và MC2 là các phần từ điều khiển lôgic để đảo chiều quay động cơ; Ki để thay đổi giá trị điện trở phụ mạch rôto Rf, RT – rơle nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ.
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của động cơ KĐB rôto dây quấn
Trên hình 1.4b, dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi giá trị điện trở phụ truyền động cho cơ cấu nâng hạ. Vùng điều chỉnh tốc phía nâng hàng AN, vùng điều chỉnh tốc độ phía hạ hàng AH phụ thuộc giá trị điện trở phụ trong mạch rôto. Đặc tính cơ của truyền động phụ thuộc giá trị điện trở phụ trong mạch rôto.
MC1
MC2
RT R
S
T
K3
K3 K2
K2 K1
K1
- 28 -
Hình 1.5. Đặc tính cơ của động cơ KĐB rôto dây quấn
- 29 -
Chương 2