Phân tích trang bị điện cấp nguồn cầu trục QG của hãng Kalmar

Trang bị điện

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CẦU TRỤC QC CỦA HÃNG

KALMAR 1.1 Giới thiệu về cầu trục QC của hãng Kalmar

a Sơ bộ về cầu trục QC

Hình 1.1 Cầu trục QC nâng chuyển container của hãng

KALMAR Cầu trục giàn QC xếp dỡ container của hãng Kalmar là

cầu trục cổng có

công son liên kết bản lề chuyển động trên đường ray, xe con di chuyển bằngcáp

kéo, sử dụng nguồn ba pha Cầu trục QC của hãng Kalmar là thiết bị

hiện đại nhất phục vụ xếp dỡ container lên xuống tàu được cảng

Container Xanh Vip- Vip Green Port đầu tư và trang bị ngay khi thành

động cơ tang quấn cáp Cầu trục được sử dụng cho việc vận chuyểncontainer bằng một khung speader có khả năng co duỗi Khung speaderđược giữ trên dầm chính của một cầu trục, hệ thống điện của khung đượcliên kết với xe con.

Cầu trục QC có một cấu trúc dầm với hai phần chính: phần đất liền vàdầm treo phía mặt sông Dầm phía sông có khả năng nâng lên cao và hạxuống thấp nhờ một hệ truyền đông đặt bên trong buồng máy của cơ cấunâng hạ boom

Ở góc phía chân của cầu trục có một thang máy và cầu thang bộ

Đường chạy của xe con nằm ở phía dưới của dầm cầu trục Nguồn cấpcho xe con được dẫn qua hệ thống mang cáp điện Bộ giữ tải của xe contreo trên các giá di chuyển xe con chứa các ròng rọc hệ thống cáp tải của cơcấu nâng hạ hàng

Cabin điều khiển được treo trên một hệ thống, giá treo cabin là một bộphận với cơ cấu di chuyển xe con kết nối với bộ giữ cáp tải của xe con.Hướng quan sát của người lái ngồi trong cabin là về phía sông bên trênkhung speader

Hệ truyền động cơ cấu nâng hạ hàng được đặt trong buồng máy của cơ cấu.Trước cửa buồng máy của cơ cấu nâng hạ boom và nâng hạ hàng có haicần cẩu nhỏ phục vụ cho việc sửa chữa bảo dưỡng, bằng các cần trục sửachữa này tải có thể được hạ từ trên dầm cầu trục xuống tới mặt đất

b Các thông số cơ bản của cầu trục QC của hãng

KALMAR Loại cần cẩu: Feeder-server

Đặc tính: Cẩu container có khả năng nâng hạ

Bề rộng giàn cầu… 20m

Bề rộng xe con 4m

Quãng đường di chuyển xe con 69m

Chiều dài làm việc phía bờ sông 35m

Chiều dài làm việc phía đất liền 16m

Độ rộng hai chân cẩu… 20m

Tổng chiều cao cẩu (khi nâng công son) 71m

Nguồn cấp… nguồn 3pha, 22kV, 50HzKhung Spearder:

Chiều cao giới hạn khi nâng hàng……27m

Chiều cao giới hạn khi hạ hàng………-12m

Nhiệt độ môi trường ……….25

-40 C Số bánh xe: 6 bánh/1 cụm chân

Số cụm chân: 4 cụm

Kích thước tủ điện(E-HOUSE)

Chiều rộng của tủ… 2,7m

Chiều dài của tủ 7,26m

Chiều cao của tủ 2,2m

Các vị trí bộ phận của cầu trục QC của hãng Kalmar

Hình 1.2-a Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãngKalmar

Hình 1.2-b Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar+BO1: Tay vươn cần trục

+GRD: Đường cầu tàu cho cần trục di chuyển

+CH1: Hệ thống kiểm tra cabin

+DC1: Ghế người lái trên cabin

+EH1: Buồng điện

+GI1: Dầm cầu trục

+HB1: Khối đầu trên ngoạm

+LG/ LS: Chân cổng thông tin

+LT1: Tang quấn cáp

+LT2: Cổng truy cập vào tang quấn

+MB1: Buồng động cơ nâng tay vươn cần trục

+MH1: Buồng động cơ nâng hạ

+SP1: Ngoạm container

+TY1: Xe con

+TR1: Phòng biến áp

+WSA: Chân cổng thông tin phía bờ

sông Các động cơ truyền động chính

Động cơ nâng hạ hàng

Số lượng: 02

Công suất định mức: Pđm= 250kW

Tốc độ: 1000/2400 vg/ph

Điện áp định mức: Uđm= 400VAC

Động cơ di chuyển xe con

1.2 Các cơ cấu chuyển động chính của cầu trục QC hãng Kalmar

1.2.1 Cơ cấu di chuyển dàn

Cầu trục QC của hãng Kalmar di chuyển bởi 4 chân đế trên đường ray cốđịnh, mỗi chân có 8 bánh xe bằng sắt di chuyển trên thanh ray được bố trí theokiểu kết cấu cân bằng Bốn bánh xe ở giữa được dẫn động bởi 2 động cơ

Do cơ cấu di chuyển giàn cầu trục được dẫn động từ 8 động cơ khác nhaunên việc điều chỉnh cho tốc độ của 4 cụm bánh xe chân đế bằng nhau là rất quantrọng Việc này được thực hiện nhờ một hệ thống điều khiển PLC trong hệthống thông qua các cảm biến điện tử

Mỗi chân đế đều có nút dừng khẩn cấp, đèn, chuông cảnh báo di chuyển.Cảm biến đo khoảng cách được đặt ở 2 chân phía bờ sông

- Động cơ di chuyển giàn là động cơ không đồng bộ 3 pha:

Động cơ sử dụng cho di chuyển chân đế bao gồm 8 động cơ không đồng

bộ 3 pha sử dụng điện áp định mức Uđm = 400V với công suất định mức là Pđm =

22 kW và tốc độ động cơ n = 1465 vg/ph

1.2.2 Cơ cấu nâng hạ công son

Sơ đồ nguyên lý nâng hạ công son được biểu diễn trên hình 1.7 và hình1.8:

2

1

5

6 4

7

3 2

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý nâng hạ công son

Trong đó: 1 – Công son; 2 – Con trượt; 3 – Dây cáp; 4 – Trống tời; 5 –Thanh đỡ; 6 –Trụ cầu trục; 7 – Phòng điều khiển nâng hạ công son.

Động cơ truyền động chính của cơ cấu nâng hạ công son:

Động cơ nâng hạ công son là loại động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụngđiện áp định mức Uđm = 400V với công suất định mức là Pđm = 75 kW và tốc độđộng cơ n = 1465 vg/ph

Điện áp định mức: Uđm = 400V

1.2.3 Cơ cấu di chuyển xe con

Xe con của cầu trục QC hãng Kalmar :

Xe con di chuyển dọc trục trên khung giàn chính của cầu trục Khunggiàn chính có 2 dầm chính được chế tạo băng kép có độ cứng không gian đặtcách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con

Do xe con có cơ cấu di chuyển được dẫn động từ 16 động cơ khác nhaunên việc điều chỉnh cho tốc độ của 4 cụm bánh xe bằng nhau là rất quan trọng.Việc này được thực hiện nhờ một hệ thống điều khiển PLC trong hệ thốngthông qua các cảm biến điện tử

Cabin của người vận hành được đặt cố định trên xe con Tại cabin nàyngười điều khiển có thể thao tác vận hành di chuyển xe con, nâng hạ hàng và dichuyển chân đế

Động cơ sử dụng cho di chuyển xe con bao gồm 16 động cơ không đồng

bộ 3 pha sử dụng điện áp định mức Uđm = 400V với công suất định mức là Pđm =9,2 kW và tốc độ động cơ n = 1465 vg/ph

1.2.4 Cơ cấu nâng hạ cầu trục

a) Sơ đồ cấu trúc truyền động điện của cơ cấu nâng hạ cầu trục QC hãngKalmar được biểu diễn trên hình 1.12:

Hình 1 4 Cấu trúc truyền động điện cơ cấu nâng hạ cầu trục QC Kalmar

Trong đó: 1 – Động cơ; 2 – Phanh hãm dừng điện từ; 3 – Bộ truyền cơkhí; 4 – Trống tời quấn cáp nâng hạ; 5 – Phanh hãm an toàn cho cơ cấu nâng hạ;

6 – Phụ tải động dùng để điều chỉnh tốc độ của hệ thống

Cơ cấu nâng hạ được biểu diễn như hình sau:

Hình 1.5 Cơ cấu nâng hạ cầu trục QC Kalmar

Trong đó: 1 – Động cơ truyền động chính; 2 – Tang quấm; 3 – Phanhhãm an toàn; 4 – Encoder đo số vòng

Trong đó:

1: Rulo, 2 tang trống kép được đặt song song nhau trong buồng các thiết

bị nâng hạ hàng

2: Khớp nối điện từ có tác dụng đồng bộ tốc độ và chiều quay của haiđộng cơ chính

3: Động cơ nâng hạ chính

Qua sơ đồ động học của cơ cấu, ta có thể thấy cơ cấu nâng hạ hàng củacần trục sử dung hệ thống cáp kéo rulo Hệ thống dây tời được thiết kế thả gầnnhư song song giữa xe con và khung chụp Là yếu tố bổ trợ hoàn hảo cho hệthống chống lắc điện tử và là một phần của cơ chế định vi chuẩn của cầu trụchãng kamlmar

b) Nguyên lí hoạt của cơ cấu nâng hạ:

Việc vận hành cơ cấu nâng hạ được thực hiện tại cabin chính, quá trìnhnâng hạ được diễn ra tự động kết hợp với sự điều khiển của người vận hành.+ Cơ cấu nâng hạ hàng có động cơ được cấp nguồn từ một bộ biến tần giántiếp

+ Việc điều khiển chuyển động của hai động cơ cấu này bắt buộc phải liênđộng với nhau, chỉ được phép điều khiển một cơ cấu tại một thời điểm nhấtđịnh

+ Khi dịch chuyển tay sang bên phải người lái trên cabin theo chiều tiến, lùi

sẽ điều chỉnh cơ cấu nâng hạ theo chiều hạ, nâng

1.3 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển và giám sát cầu trục QC hãng Kalmar

Cầu trục QC của hãng Kalmar sử dụng biến tần SINAMICS S120 250kW đểđiều khiển giám sát chuyển động

* Bộ hãm brake chopper kết nối điện áp một chiều trên thanh DC của biến tầnvới điện trở xả bên ngoài, chuyển đổi năng lượng hãm thành nhiệt trên điện trở.Cấu hình DC bus chung cũng có thể được sử dụng để chia sẻ điện áp 1 chiềugiữa các biến tần

* Phương pháp điều khiển động cơ mang lại độ chính xác cao

* Điều khiển cẩu trục linh hoạt với các dạng tín hiệu đặt khác nhau

+ Việc điều khiển cẩu trục có thể sử dụng các nguồn tín hiệu như tínhiệu tương tự từ joystick đơn cực, lưỡng cực hoặc tín hiệu số.

+ Kiểm soát tốc độ tải giúp tối ưu công suất của cẩu trục

+ Việc kiểm soát tốc độ tải giúp tối đa hóa tốc độ tời nâng với một tải cốđịnh và đảm bảo có đủ mô men cho động cơ trong vùng suy giảm từ trường.Điều này sẽ làm giảm thời gian hoạt động và tối ưu hóa công suất của cẩu trục.Nâng cao độ an toàn với chức năng bảo vệ lệch tốc độ và bảo vệ quá tốc độ cẩutrục

+ Chức năng bảo vệ lệch tốc độ động cơ liên tục so sánh tín hiệu tốc độđặt của cẩu trục với tốc độ thực tế trên trục động cơ để phát hiện sự sai lệch

+ Chức năng bảo vệ lệch tốc độ tải liên tục so sánh tốc độ thực tế củađộng cơ với tốc độ tang trống

+ Bảo vệ quá tốc đảm bảo tốc độ động cơ được duy trì trong giới hạn antoàn giúp ngăn chặn việc động cơ chạy quá tốc độ cho phép

+ Chức năng điều khiển an toàn giữ cẩu trong giới hạn hành trình chophép

Biến tần tự động giảm tốc độ cẩu trục tới một tốc độ nhất định khi cẩu đi đếnmột khu vực được định trước Tín hiệu logic của cảm biến xác định vị trí giớihạn trên và giới hạn dưới được kết nối trực tiếp với biến tần để dừng an toàncho cẩu trục khi đạt đến giới hạn hành trình

* Phát hiện sự trùng cáp giúp nâng cao độ an toàn trên tang của cẩu trục

+ Cẩu trục bị trùng cáp trên tang có thể dẫn đến các tình huống nguyhiểm Điều này có thể được phát hiện và khắc phục bằng chương trình điềukhiển cẩu trục thông qua các khối logic được lập trình sẵn

+ Lập trình khối chức năng (FBP) giúp mở rộng ứng dụng của cẩu trục.Việc lập trình khối chức năng được tích hợp sẵn trong chương trình điều khiểncẩu trục cho phép người sử dụng tạo ra các chức năng mới cho cẩu trục hoặcsửa đổi các chương trình điều khiển đã được lập trình sẵn

+ Chế độ dẫn đường (homing mode) xác định vị trí của cẩu hoặc củamóc cẩu Chế độ dẫn đường hiệu chuẩn vị trí thực tế từ điểm không đến một vịtrí định trước dựa trên encoder gắn trên trục động cơ Chế độ này có thể được sửdụng như một trình tự tự động trong quá trình hoạt động của cẩu trục, đảm bảomóc cẩu hoặc cả cẩu trục được đưa về một vị trí đặc biệt mà từ đó cẩu trục bắtđầu hoạt động.

+ Chức năng phân tích tải (load analyzer) giúp biến tần giám sát tải củacẩu trục

+ Chức năng phân tích tải đưa ra các dữ liệu về tải của cẩu trục Người

sử dụng cẩu trục có thể lựa chọn tín hiệu được giám sát bằng bộ lưu trữ giá trịcực đại

* Bộ đếm bảo trì (maintenance counters) cho cẩu trục

Người sử dụng cẩu trục có thể lựa chọn sáu bộ đếm bảo trì khác nhau sử dụng

để đưa các cảnh báo cho sáu cơ cấu hoạt động khi số lần hoạt động của chúng đạt đến một con số được định trước

CHƯƠNG 2 TRẠM BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA

CẦU TRỤC QC HÃNG KALMAR 2.1 Sơ đồ lắp đặt và nguyên lý mạch động lực hệ thống cấp nguồn cho cầu trục QC

2.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ thống cấp nguồn của cầu trục QC hãng Kalmar

Hình 2 1 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn bản vẽ số 1

Hình 2 2 Sơ đồ mạch động lực cấp nguồn cho động cơ nâng hạ

vẽ số 1 cột 1 biến nguồn cao áp 22kV thành nguồn 400V 50Hz để cấp cho hệthống Hệ thống trạm biến áp được nối mát để đảm bảo an toàn Ở bản vẽ số 1,đóng cầu dao 1Q1 đưa đến hệ thống đo dòng, áp phía thứ cấp hoạt động Đóngcầu dao 1Q2 đưa đến các thiết bị chống sét Đóng cầu dao 2Q1 cấp nguồn chocác hệ thống phụ tải bản vẽ số 2 cột 3 và nguồn 400V, 50Hz được cấp tới cáccầu dao 2Q2, 2Q3, 2Q4, 2Q5, 2Q6, 3Q1, 3Q2 ở bản vẽ số 3 Các cầu dao này cónhiệm vụ cấp nguồn cho các thiết bị chiếu sáng, quạt làm mát, nguồn nuôi biếntần Trong lúc đóng cầu dao 2Q1 và 3Q1, hai cầu dao này là cầu dao đóng mở

bằng động cơ, dùng bảo vệ quá tải, ngắn mạch và thấp áp, mất pha để bảo vệ hệthống khi xảy ra sự cố sẽ tự động đóng cắt Khi phần liên động của cầu daođược động cơ đóng lại, thì nguồn 400V sẽ đi theo 2 lộ tới 2 khối chỉnh lưu mộtchiều 4A1 và 5A1 ở bản vẽ số 2 Hai bộ chỉnh lưu này biến đổi nguồn 400Vxoay chiều thành nguồn một chiều DC 675V cấp cho một thanh cái Hai lộ nàylàm việc song song với nhau, nhưng không thể tách nhau được Nguồn từ thanhcái này được cấp cho 4 cơ cơ cấu truyền động chính: động cơ nâng hạ, cơ cấu dichuyển giàn và cơ cấu nâng hạ boom, và cơ cấu di chuyển xe con

2.2 Các tủ và cách bố trí lắp đặt thiết bị cấp nguồn

- Các tủ điện cấp nguồn

+EF14: Tủ điện chiếu sáng

+EF15: Tủ điện trở sấy

+EF16: Tủ quấn cáp

+EF10: Tủ điện phân phối

+EF23: Tủ điều khiển từ xa

+EF22: Tủ động cơ nâng hạ hàng2

+EF31/41: Tủ động cơ di chuyển xe con và nâng tay vươn cần trục

- Cách bố trí các tủ điện cấp nguồn

Hình 2 4 Các vị trí của tủ cấp nguồn

Các thiết bị được ký hiệu theo mẫu: nhóm bản vẽ - vị trí/số trang- số cột Ví dụ

14 M+EF14/3 6 là biểu diễn thiết bị thuộcnhóm bản vẽ 14 M trong tủ chiếu sáng EF14 ở

bản vẽ 3 cột 6

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ ĐIỆN CẤP NGUỒN CHO CẦU TRỤC

QC CỦA HÃNG KALMAR

3.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý sơ đồ mạch điều khiển cấp nguồn cho cầu trục QC của hãng Kalmar

là tập bản vẽ bao gồm 36 bản vẽ điều khiển cấp nguồn trong tập hồ sơ kỹ thuật cầu trục Kocks krane GMBH có số hiệu là 3015951

Hình 3 1 Tập hồ sơ kỹ thuật cầu trục

3.2 Phân tích bản vẽ cấp nguồn

 Bản vẽ số 1

Hình 3 2 DISTRIBUTION SINGLE LINE DIAGRAM

Nguồn điện 22Kv được lấy từ lưới điện đưa đến các lộ nằm ở chân cầu trục.Từ

lộ này nguồn điện được cấp đưa lên cầu trục thông qua tang quấn cáp Nguồn điện đưa qua cầu chì cao áp (F1), hệ thóng đèn báo cấp nguồn, qua chống sét van và nối đất an toàn đưa đến cuộn sơ cấp của máy biến áp 22/0,4KV biến điện

áp 22kV xuống 400VAC 3 pha 50Hz có công suất 1000KVA Đầu ra của cuộn thứ cấp máy biến áp được rẽ nhánh Nhánh thứ nhất cấp nguồn cho bản vẽ số 3 cột 1 có ký hiệu là 3T1 3.1 Nhánh thứ hai cấp nguồn cho hệ thống theo dõi gồm các đồng hồ vôn kế, ampe kế, woat kế, công tơ tiêu thụ điện và đồng hồ theo dõi công suất máy biến áp Nhánh thứ ba còn có hệ thống giám sát thứ tự pha Nhánh thứ 4 theo nguồn đi qua cầu chì tự rơi đến bộ biến đổi công suất cấpnguồn cho hệ thống chiếu sáng Nhánh thứ năm và nhánh thứ sáu đi qua cầu dao

tự động có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải để đưa đến cung cấp cho 2 bộ chỉnh lưu 4A1 và 5A1 ở bản vẽ số 2 cột 3 và cột 7

 Bản vẽ số 2

Hình 3 3 DISTRIBUTION SUPPLY POWER SECTION DRIVES SINGLE LINE

DIAGRAM

Nguồn điện của bản vẽ số 2 đưa từ bản vẽ số 1 cột 7, 8 đến qua máy cắt phụ tải đến 2 khối chỉnh lưu một chiều 400kW, biến đổi điện áp xoay chiều 400V, 50Hz thành điện áp 1 chiều DC 675V lần lượt được đưa đến các bộ biến đổi củađộng cơ nâng hạ 1 và 2, cơ cấu di chuyển dàn và cơ cấu di chuyển xe con, nâng

hạ Boom ở các bản vẽ sau đó Hoist 1/ Gantry travelling bản vẽ số 7 cột 1, Hoist

2 bản vẽ số 8 cột 1, Trolley drive/ Boom drive bản vẽ số 9 cột 1

 Bản vẽ số 3

Hình 3 4 DISTRIBUTION SINGLE LINE DIAGRAM

Ở bản vẽ số 3 trong tập bản vẽ cấp nguồn thì nguồn điện được đưa từ bản vẽ số

1 cột 2 đưa đến Nhánh thứ nhất đi qua cầu dao 1Q1 đóng ngắt bộ đo 1A1 đến các đồng hồ theo dõi và hiển thị cho người vận hành biết các thông số về điện

áp, dòng điện, công suất tác dụng, và công suất phản kháng trên đường dây Nhánh thứ 2 nguồn đưa qua thiết bị giám sát và bảo vệ thứ tự pha Nhánh thứ 3 qua cầu dao có bảo vệ quá tải chịu dòng ngắn mạch là 315A chia nhỏ đến các cầu dao 2Q2, 2Q3, 2Q4, 2Q5, 2Q6, 3Q1, 3Q2, 3F3 có bảo vệ quá tải và có dòngngắn mạch nhỏ hơn để cấp cho hệ thống đèn chiếu sáng ở bản vẽ 24 cột 1, quạt biến tần ở bản vẽ số 5 cột 1, động cơ quạt gió ở bản vẽ 7 cột 4 và nguồn điện áp điều khiển 24V ở bản vẽ 6 cột 1, nguồn điện áp điều khiển 230V ở bản vẽ 6 cột

1 và nguồn cho hệ thống giám sát bản vẽ 36 cột 1

 Bản vẽ số 4

Hình 3 5 400V AUXLIARY BUSBAR 1 SWITCHED SINGLE LINE DIAGRAM

Nguồn của bản vẽ số 4 được đưa đến từ bản số 3 cột 5 qua cầu dao bảo vệ quá tải 5Q1 có dòng ngắn mạch là 80A đến cung cấp cho hệ thống xe con ở bản vẽ

số 9 cột 1 Nhánh khác nguồn từ bản vẽ số 3 cột 4 lần lượt tới cầu dao 5Q2 cấp cho tủ kiểm soát tín hiệu vào ra EF23 ở bản vẽ số 7 cột 4, cầu dao 5Q3 cấp cho

tủ xe con và boom EF41 ở bản vẽ số 10 cột 1 Hai nhánh tiếp theo qua cầu dao 5Q4 và 5Q5 cấp cho động cơ chốt phanh kẹp đường ray trước ở bản vẽ số 12 cột 1 và động cơ chốt phanh kẹp đường ray sau ở bản vẽ số 13 cột 1

 Bản vẽ số 5

Hình 3 6 400V AUXLIARY BUSBAR 2 NOT SWITCHED SINGLE LINE

DIAGRAM

Nguồn 400V 50Hz được cấp từ bản vẽ số 3 cột 6 cầu dao 2Q5 đến bản vẽ số 5 cấp lần lượt qua các cầu dao tự động 7Q1, 7Q2, 7Q3, 7Q4 có bảo vệ quá tải chịu dòng ngắn mạch 5.2A đến các cầu dao đóng cắt bằng tay và đưa đến các bộbiến đổi cho quạt gió ở các bản vẽ 7, 8 và 9 cộc 1 Nhánh số 4 dùng để dự phòng trong trường hợp cần thiết hay sự cố với 1 trong các nhánh còn lại

 Bản vẽ số 6