7. Ngày hoàn thành đồ án:
2.1.4.Cơ cấu di chuyển cẩu
- Tốc độ dịch chuyển: 20,17m/phút
- Hộp giảm tốc loại trục vít-bánh vít
- Động cơ truyền động:
+ Số lượng: 4
+ Kiểu: Không đồng bộ rotor dây quấn
+ Thông số định mức: 220/380V;25,4/14,7A; 50Hz; 4,5kW; 900V/p; Cấp cách điện H;
- Cơ cấu phanh hãm:
+ Số lượng: 2
+ Loại động cơ: TЭ 25T2
+ Mô men phanh M=200 Nm + Đường kính bánh phanh D=200mm + Khe hở điều chỉnh δ= 0.5mm
- Hệ thống điều khiển: Sử dụng công tắc tơ và rơ le điện từ.
2.1.5. Cơ cấu di chuyển xe tời
- Tốc độ dịch chuyển: 11,9m/phút
- Hộp giảm tốc loại trục vít-bánh vít
- Động cơ truyền động:
+ Số lượng: 1
+ Kiểu: Không đồng bộ rotor dây quấn
+ Loại: MTH311-6T1
+ Thông số định mức: 220/380V;52,7/30,5; 50Hz; 11kW; 940V/p; Cấp cách điện H.
- Cơ cấu phanh hãm:
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an
+ Loại động cơ: TЭ 25T2
+ Mô men phanh M=200 Nm + Đường kính bánh phanh D=200mm + Khe hở điều chỉnh δ=0.5mm
- Hệ thống điều khiển: Sử dụng công tắc tơ và rơ le điện từ.
Toàn bộ động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được điều khiển thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ngoài nối vào rotor. Hệ thống điều khiển gồm nhiều rơ le, công tắc tơ nối với nhau tạo thành sơ đồ logic. Nguyên lý thay đổi điện trở dây quấn rotor, với sơ đồ điều khiển dùng rơ le điện từ đã trở nên lạc hậu so với việc dùng các bộ biến tần và thiết bị điều khiển vi xử lý để điều khiển thiết bị nâng hạ ngày nay.
2.1.6. Thông tin cần chú ý về môi trường nơi vận hành cần cẩu
Cần cẩu được lắp đặt và vận hành trong nhà, toàn bộ thiết bị lắp đặt tại cần cẩu nằm gần sát trần toà nhà nên chịu tác động nhiều của môi trường. Nhà thầu phải lựa chọn thiết bị và thiết kế hệ thống điều khiển để đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy trong điều kiện môi trường sau đây:
- Nhiệt độ môi trường từ 150C đến 600C
- Độ ẩm tương đối đạt đến 95%.
- Nơi lắp đặt không có khí cháy nổ, không có hoá chất ăn mòn hoặc bụi dẫn điện.
2.1.7. Yêu cầu về độ chính xác của hệ thống nâng hạ đồng bộ rotor 500 tấn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi chạy song song hai giàn cầu trục phục vụ cho việc nâng hạ rotor, hai giàn cầu được kết nối cơ khí một cách chắc chắn với nhau. Hai động cơ nâng hạ chính được điều khiển chạy phối hợp để nâng hạ rotor. Trong quá trình chạy phối hợp rotor phải được giữ cân bằng với độ chính xác lớn, đặc biệt là trong khi hạ để lắp ráp vào stator. Vì vậy vấn đề đặt ra là phải đảm bảo sao cho chênh lệch về vị trí của hai móc cẩu luôn đảm bảo chỉ được trong sai số cho phép khi thực hiện nâng hạ.
Hình 7.1. Hình vẽ mô tả trục của rotor lắp vào ổ bi khi bị nghiêng
Ta phải đi tính góc nghiêng giới hạn để vẫn đảm bảo quá trình lắp ráp đúng kỹ thuật.
Các số liệu sử dụng để tính toán
o Bán kính rotor R=5m
o Chiều cao trục lắp vào ổ bi h=0,6 m
o Đường kính trục lắp vào ổ bi φ=1m
o Độ chính xác yêu cầu khi lắp δ=1 mm. Từ hình vẽ ta có các công thức sau 2 2 ad = h +ϕ 2 ( )2 2 2 ( )2 de= ad − +φ δ = h +ϕ − +φ δ Ta có * os de tg c ϕ ϕ δ α α + = + (ϕ δ) osc α de*sinα ϕ → + = + (ϕ δ) osc α de*sinα ϕ → + − =
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an 2 2 2 2 2 2 ( ) os *sin ( ) ( ) ( ) de c de de de ϕ δ α α ϕ ϕ δ ϕ δ ϕ δ + → − = + + + + + + 2 2 2 2 2 2 ( ) os de *sin c h h h ϕ δ α α ϕ ϕ ϕ ϕ + → − = + + + 0 0 os(53,13 ) os53, 05 c α c → − = 0 0,08 α → =
Hình 7.2. Hình vẽ mô tả góc nghiêng của cả rotor
Như vậy góc nghiêng lớn nhất cho phép của rotor là 0,08o. Từ góc nghiêng này ta sẽ tính được chênh lệch về vị trí cho phép của 2 móc treo
sin *2 sin 0,08 *2*5 0,013 ( ) 13( ) o R m mm α ∆ = = = =
2.2. Hệ thống điều khiển cũ
Như đã giới thiệu bên trên, các động cơ của 2 hệ thống cầu trục là động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn. Toàn bộ động cơ được điều khiển tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện trở ngoài nối vào rotor. Hệ thống điều khiển gồm nhiều rơ le, công tắc tơ nối với nhau tạo thành sơ đồ logic.
Ta đi phân tích ưu, nhược điểm của phương pháp điều chỉnh điện trở rotor và hệ thống điều khiển logic bằng rơle, công tắc tơ.
2.2.1. Phương pháp điều chỉnh điện trở rôto
a. Nguyên lý điều chỉnh
Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở rotor chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc.
Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở.
+ Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: 0 2 2
2
th
th f rd
s R R
s =R +R = R
Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s=0÷sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết:
0 0 2 0 2 th rd th rd s R s R s s s = s =R ⇒ = R
trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf.
Theo biểu thức mô-men thì:
2 2 2 1 2 2 2 1 0 1 ' 3 3 ' [( ) ] f rd nm R U I R s M R s R X s ω ω = = + + (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy, khi thay đổi điện trở rotor, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mô men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp điều chỉnh
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an
tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô men tải không đổi.
Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh thay đổi điện trở rotor có cấp như sau:
M MC Mth TN,Rrd Rrd+Rf1 Rrd+Rf2 Rrd+Rf3 Rrd+Rf4 a) b)
Hình 1.1. Điều chỉnh điện trở mạch rotor a) Sơ đồ khối b) Các đặc tính cơ tương ứng
Khi đóng cắt các tiếp điểm rơle, điện trở phụ sẽ được thêm vào mạch rotor.
b. Đánh giá ưu điểm và nhược điểm của phương pháp
+ Có thể nói việc sử dụng phương pháp điều chỉnh điện trở rotor trong điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và vận hành.
+ Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mômen không đổi như cơ cấu nâng-hạ cần trục. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch rotor nên
không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stator; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động.
+ Tuy vậy, thực chất của phương pháp là dựa vào việc điều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dưới 100kW).
+ Đặc tính cơ của động cơ khi thêm vào điện trở phụ mềm, độ ổn định tốc độ thấp, khi tải thay đổi thì tốc độ thay đổi lớn. Với động cơ nâng hạ khi hạ tải hoạt động ở chế độ hãm ngược không tiết kiệm năng lượng cho hệ thống.
+ Thay đổi điện trở rotor bằng cách thêm điện trở phụ làm cho tốc độ động cơ thay đổi có cấp. Điều này là nhược điểm rất lớn trong việc thực hiện chạy phối hợp 2 cầu trục 250 tấn để nâng và hạ rotor 500 tấn đặt vào trong stator. Bởi vì việc chạy phối hợp để nâng hạ như vậy đòi hỏi độ chính xác và độ mịn điều khiển tốc độ rất cao.
2.2.2. Hệ thống điều khiển bằng rơle điện từ
Các hệ thống điều khiển bằng các rơle điện từ được nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trường hợp bảng điều khiển quá lớn đến nỗi không thể gắn toàn bộ lên trên tường và các dây nối không hoàn toàn tốt. Vì vậy rất hay xảy ra trục trặc trong hệ thống. Một điểm quan trọng nữa là thời gian làm việc của các rơle có giới hạn nên khi thay thế phải dừng toàn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay mới cho phù hợp, bảng điều khiển chỉ phục vụ cho một chức năng riêng biệt không thể thay đổi tức thời thành chức năng khác mà phải lắp ráp lại toàn bộ. Và trong trương hợp bảo trì cũng như sửa chữa đòi hỏi phải có thợ chuyên môn có tay nghề cao. Như vậy hệ điều khiển rơle hoàn toàn không linh động.
Tóm lại ta có thể thấy hệ thống điều khiển cũ sử dụng rơle điện từ có nhiều nhược điểm như sau:
o Tốn kém rất nhiều dây dẫn, thay thế phức tạp.
o Công suất tiêu thụ lớn.
o Cần công nhân sửa chữa có tay nghề cao, thời gian sửa chữa lâu.
o Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như bảo dưỡng.
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an
Ngoài do các máy móc thiết bị từ lâu và đã trở lên lạc hậu. Trong khi đó khoa học công nghệ hiện nay đang phát triển mạnh trong đó có cả công nghệ vật liệu nên các thiết bị máy móc trở nên nhỏ gọn hơn mà tính năng không thua kém trước và tiết kiệm năng lượng nên hiện nay các thiết bị máy móc trước kia không còn sản xuất nữa làm cho việc mua thiết bị thay thế trở nên khó khăn.
Từ những nhược điểm đã nêu đặt ra yêu cầu cần phải thay mới hệ thống điều khiển cho hai giàn cầu trục. Hệ thống mới đòi hỏi phải khắc phục được những nhược điểm của hệ thống cũ, đồng thời có những tính năng ưu việt hơn.
Yêu cầu đối với hệ thống mới :
o Đảm bảo được các chuyển động đúng yêu cầu kỹ thuật. Mômen khởi động lớn, tốc độ ổn định cho các chuyển động.
o Thực hiện được việc chạy phối hợp nâng hạ rotor 500 tấn đặt vào trong stator.
o Thao tác lái cầu ít thay đổi nhất có thể. Trong trường hợp tối ưu, các thao tác này không thay đổi.
o Tiết kiệm điện năng trong quá trình vận hành.
o Tiết kiệm chi phí nhân công sửa chữa, bảo trì thiết bị và giảm gián đoạn trong sản xuất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
o Giữ lại các động cơ truyền động, các bộ phanh hãm và các bộ truyền động cơ khí khác nhằm giảm chi phí lắp đặt ( tái sử dụng thiết bị cũ ).
2.3. Thiết kế hệ thống mới thay thế
2.3.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ thay thế phương án điều chỉnh tốc độcũ cũ
a. Điều chỉnh điện áp stator
Momen quay của động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp stator, do đó có thể điều chỉnh được momen và tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stator trong khi giữ nguyên tần số. Khi thay đổi U1 giữ nguyên đặc tính tải thì đặc tính cơ biến đổi dần dần đến làm thay đổi hệ số trượt. Khi tải không đổi nghĩa là khi M = const hệ số trượt biến đổi coi như tỉ lệ nghịch với bình phương điện áp s = 1 / U2, các hệ số trượt khác nhau ứng với các giá trị Uđm khác nhau. Để điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ ta phải sử dụng các bộ biến đổi điện áp.
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh điện áp
Nếu coi điện áp xoay chiều là nguồn áp lý tưởng thì theo biểu thức momen tới hạn ta có quan hệ sau: 2 . th u th b dm U M M = U
Nếu tốc độ của động cơ là không đổi thì M = Mu / Mth công thức trên đúng với mọi giá trị điện áp momen trong đó:
- Uđm là điện áp định mức của động cơ. - Ub là đầu ra của điện áp xoay chiều.
- Mth là momen tới hạn khi điện áp là định mức.
- Mu là momen tới hạn khi điện áp là điện áp điều chỉnh. - Mgh là momen ứng với Uđm và điện trở phụ Rf.
Vì giá trị của độ trượt tới hạn Sth của đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ nên không áp dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. Khi thực hiện cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn ta cần nối thêm điện trở phụ để mở rộng giới hạn điều chỉnh tốc độ và momen. Lúc đó độ cứng đặc tính cơ giảm đi trong đó tốc độ không tải lý tưởng của mọi đặc tính cơ đều như nhau và bằng tốc độ từ trường quay. Ta có đường đặc tính cơ như sau:
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an
Hình 1.2. Đặc tính cơ điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ
Nhưng phương pháp này có nhược điểm là giảm khả năng quá tải của động cơ dải điều chỉnh tốc độ hẹp (từ s = 0 ÷ sđm), tăng tổn hao ở rotor nên phương pháp này chủ yếu được áp dụng cho những động cơ công suất vừa và nhỏ có hệ số trượt tới hạn sth lớn.
b. Điều chỉnh công suất trượt
Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách làm
mềm đặc tính và giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ΔPs = s.Pđt
được tiêu tán trên mạch rotor. Các hệ truyền động công suất lớn tổn hao này là đáng kể vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ công suất trượt gọi là sơ đồ nối tầng. Có nhiều phương pháp xây dựng hệ nối tầng. Hiện nay người ta dùng hệ nối tầng thyristor.
Với sơ đồ nối tầng dùng thyristor thì sức điện động rotor được qua bộ chỉnh lưu thành một chiều qua cuộn kháng cấp cho nghịch lưu phụ thuộc. Điện áp và tần số xoay chiều của nghich lưu là không đổi do được xác định bởi tần số và điện áp của lưới điện. Góc điều chỉnh của nghịch lưu thay đổi trong khoảng 900 ÷ 1400. Độ lớn của dòng rotor hoàn toàn phụ thuộc vào momen tải mà không phụ thuộc vào góc điều khiển của nghịch lưu.
Ở chế độ không tải lý tưởng khi dòng rotor bằng không thì tốc độ không tải lý tưởng sẽ được tính: s0 = Ur0 / Um
Um là biên độ điện áp pha stator.
Nên nếu ta điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu mạch phía rotor thì có thể điều chỉnh được độ trượt không tải lý tưởng tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý