ĐỒ ÁN 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MALAB SIMULINK

1 MỤC LỤC Trang Mục lục 1 Danh mục hình ảnh 3 Lời cảm ơn 5 Lời mở đầu 6 Chương 1 Tổng quan công nghệ, các yêu cầu, lên phương án truyền động và tính chọn động cơ 7 1 1 Giới thiệu chung về hế thống cầu trục 7 1 1 1 Cấu tạo của cầu trục 8 1 1 2 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục 9 1 2 Yêu cầu công nghệ 10 1 2 1 Yêu cầu phụ tải 10 1 2 2 Chế độ cấp điện 12 1 2 3 Điều kiện làm việc 12 1 2 4 Chế độ làm việc 13 1 3 Phương án truyền động 13 1 3 1 Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ đồng cơ không đồng.

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

Danh mục hình ảnh 3

Lời cảm ơn 5

Lời mở đầu 6

Chương 1: Tổng quan công nghệ, các yêu cầu, lên phương án truyền động và tính chọn động cơ 7

1.1 Giới thiệu chung về hế thống cầu trục 7

1.1.1 Cấu tạo của cầu trục 8

1.1.2 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục 9

1.2 Yêu cầu công nghệ 10

1.2.1 Yêu cầu phụ tải 10

1.2.2 Chế độ cấp điện 12

1.2.3 Điều kiện làm việc 12

1.2.4 Chế độ làm việc 13

1.3 Phương án truyền động 13

1.3.1 Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ đồng cơ không đồng bộ 13

1.3.1.1 Điều chỉnh điện áp áp stator dùng thyristor 13

1.3.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch roto 13

1.3.1.3 Điều chỉnh công suất trượt 13

1.3.1.4 Điều chỉnh tần số 14

1.3.2 Các phương pháp điều chỉnh tần số động không đồng bộ roto lổng sóc 14

1.3.2.1 Khái quát lý thuyết điều chỉnh tần số động cơ KĐb 14

1.3.2.2 Điều khiển vô hướng 14

1.3.2.3 Điều khiển vecto từ thông roto 15

1.3.2.4 Điều khiển trực tiếp momen 15

1.3.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) 16

1.4 Chọn động cơ 18

1.4.1 Chọn loại động cơ điều khiển 18

1.4.2 Xây dựng đồ thị phụ tải cơ cấu nâng hạ 19

1.4.3 Tính chọn công suất động cơ 20

1.4.3.1 Phụ tải tĩnh khi nâng 21

1.4.3.2 Phụ tải tĩnh khi hạ 22

1.4.3.3 Tính toán chi tiết 23

1.4.4 Kiểm nghiệm động cơ 25

1.4.5 Tính chọn thông số động cơ 26

Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch lực cho hệ truyền động 28

2.1 Lựa chọn biến tần và tính điện trở hãm cho biến tần 28

2.1.1 Khái niệm biến tần 28

2.1.2 Phần mạch lực 29

2.1.3 Phần mạch điều khiển 31

2.2 Tính toán chọn mạch lực 32

2.2.1 Chọn van cho mạch nghịch lưu 33

2.2.2 Chọn van cho mạch chỉnh lưu 33

2.2.3 Chọn tụ cho khâu trung gian một chiều 34

2.2.4 Chọn biến tần 35

2.2.5 Tính điện trở hãm cho biến tần 36

Chương 3: Mô phỏng hệ điều khiển tốc độ động cơ 38

3.1 Mô phỏng SolidWorks 38

3.2 Mô phỏng điều khiển tốc độ bằng Matlab Simulink 39

3.2.1 Sơ đồ khối điều khiển 39

3.2.2 Khối demux thu thập dữ liệu ra tín hiệu scope 39

3.2.3 Cấu trúc bộ điều khiển DTC 40

3.3 Kết quả mô phỏng 40

Kết luận 43

Tài liệu tham khảo 44

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1 Cầu trục một dầm 7

Hình 1.2 Cầu trục hai dầm 7

Hình 1.3 Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ 10

Hình 1.4 Đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng hạ 10

Hình 1.5 Đặc tính phụ tải cơ cấu dịch chuyển 11

Hình 1.6 Momen động cơ phụ thuộc vào tải trọng 12

Hình 1.7 Quỹ đạo từ thông stato 17

Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ 18

Hình 1.9 Đồ thị đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng hạ 19

Hình 1.10 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc 20

Hình 1.11 Quan hệ phụ thuộc c theo tải trọng 21

Hình 1.12 Đồ thị phụ tải 24

Hình 2.1 Sơ đồ biến tần gián tiếp nguồn áp 28

Hình 2.2 Sơ đồ mạch lực biến tần gián tiếp nguồn áp 28

Hình 2.3 Sơ đồ mạch động lực 29

Hình 2.4 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha 29

Hình 2.5 Hình dạng điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu 30

Hình 2.6 Khối nghịch lưu 31

Hình 2.7 Sơ đồ của hệ thống điều khiển 32

Hình 2.8 Catalogue biến tần LS 35

Hình 2.9 Hình dạng biến tần 36

Hình 2.10 Sơ đồ tủ điện 36

Hình 3.1 Mô phỏng SolidWorks 38

Hình 3.2 Khối điều khiển 39

Hình 3.3 Khối demux thu thập dữ liệu ra tín hiệu scope 39

Hình 3.4 Cấu trúc bộ điều khiển DTC 40

Hình 3.5 Tốc độ roto khi tải định mức 40

Hình 3.6 Tốc độ roto khi nâng không tải 41

Hình 3.7 Tốc độ roto khi hạ tải định mức 41

Hình 3.8 Tốc độ roto khi hạ không tải 42

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Hồ Sỹ Phương cùng các thầy phụ trách hướng

dẫn đồ án 1 đã nhiệt tình giúp đỡ và đóng góp ý kiến để nhóm có thể hoàn thành đồ án lần này

Trong thời gian làm đồ án 1, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến

và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Hồ

Sỹ Phương người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án Em

cũng xin chân thành cảm ơn các thầy bộ môn kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã hướng dẫn cho em kiến thức về cách trình bày và nội dung đồ án, giúp em có được cơ sở lý thuyêt

và tạo điều kiện gúp đỡ em trong quá trình làm đồ án môn học Tuy vậy, với kinh nghiệm

và kiến thức còn thiếu sót nên bản đồ án của em còn chưa được hoàn thiện lắm, em mong được sử chỉ dẫn chân thành của các thầy

Do kinh nghiệm, kiến thức còn có phần hạn chế nên đồ án lần này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để

em tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện hơn trong quá trình học tập và làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp công nhiệp hóa – hiện đại hóa như ngày nay các sản

phẩm công – nông nghiệp ngày càng nhiều, việc xây dựng cần giảm bớt chi phí nhân công,

chính vì vậy việc vận chuyển các hàng hóa là bài toán được các kĩ sư chú trọng đến rất

nhiều Một trong những cơ cấu giúp cho việc vận chuyển được diễn ra dễ dàng đó là cầu

trục Cầu trục có mặt hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp, trong các công trường, hải cảng

Nhờ có cầu trục mà năng suất lao động của con người được nâng cao, đồng thời cũng an

toàn hơn Để có những kiến thức thực tiễn cũng như lý thuyết chúng em đã tìm hiểu đề tài

Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục Với những yêu cầu công

nghệ và truyền động nhóm em quyết định sử dụng động cơ xoay chiều không đồng bộ ba

pha cho hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ và sử dụng phương pháp điều khiển momen

trực tiếp để điều khiển động cơ

Nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Hồ Sỹ Phương cùng với sự nỗ lực của

các thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành đề tài này Do năng lực cũng như thời

gian có hạn, nên trong quá trình tìm hiểu chúng em sẽ không tránh khỏi sai sót, rất mong

nhận được sự đóng góp của thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, ngày 25 tháng 01 năm 2021

Nhóm sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Hoài Nam

Nguyễn Xuân Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ, CÁC YÊU CẦU, LÊN PHƯƠNG ÁN

TRUYỀN ĐỘNG VÀ TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC

Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con có thể

chạydọc theo dầm cầu trục, nhờ vậy mà có thể di chuyển vật đến mọi vị trí trong xưởng

Cầu trục được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau như trong các nhà máy, xí nghiệp, công trường xây dựng, hải cảng

➢ Phân loại cầu trục:

• Theo kiểu dáng kết cấu

- Cầu trục một dầm

Hình 1.1 Cầu trục một dầm

- Cầu trục hai dầm

Hình 1.2 Cầu trục hai dầm

- Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 - 15%, số lần đóng máy trong 1 giờ là 60

- Loại trung bình : TĐ% =15 - 25%, số lần đóng máy trong 1 giờ là 120

- Loại nặng : TĐ% = 40 - 60%, số lần đóng máy trong 1 giờ > 240

• Theo chức năng:

- Cầu trục vận chuyển : dùng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao

- Cầu trục lắp ráp : phần lớn nằm trong các nhà máy, xí nghiệp, dùng để lắp ráp các chi tiết máy móc có yêu cầu độ chính xác cao

Ở học kỳ này em đã được giao cho đồ án I với đề tài: “Thiết kế hệ truyền động cho

cơ cấu nâng hạ cầu trục” với các thông số yêu cầu như sau:

• Chiều cao nâng: 8 m

• Hiệu suất bộ truyền: 0,85

• Momen quán tính cơ cấu: 1,85 kg/m2

• Chu kỳ làm việc: 179s

1.1.1 Cấu tạo của cầu trục

Cầu trục được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ

• Xe cầu: có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép, đặt cách nhau một

khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con Hai đầu cầu được liên kết cơ khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh

xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật, tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng

• Xe con: là thiết bị được đặt trên xe cầu và dịch chuyển trên chiều dài của xe cầu

• Cơ cấu nâng hạ: được đặt trên xe con và đóng vai trò nâng hạ hang hóa

Nhờ cấu tạo như trên mà cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phương phủ kín mặt bằng nhà xưởng:

- Chuyển động dọc theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe cầu

- Chuyển động ngang theo phân xưởng, nhờ chuyển động của xe con

- Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động của cơ cấu nâng hạ Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở hải cảng, trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyền động và trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của môi trường

1.1.2 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục

Momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ thay đổi thế nào Nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính Mc = const và không phụ thuộc vào chiều quay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây ra Khi nâng tải, momen

có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướng theo chiều quay của động cơ

Khi nâng tải động cơ làm việc ở chế độ động cơ

Khi hạ tải có thể có hai chế độ: hạ động lực và hạ hãm

- Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó mômen do tải trọng gây ra không

đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ

- Hạ hãm: thực hiện khi tải trọng lớn, khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định

Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:

Hình 1.3 Đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ

Đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ: làm việc ở chế độ ngăn hạn lặp lại, thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định

1.2 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ

1.2.1 Yêu cầu phụ tải

Đối với cơ cấu nâng hạ: Momen không tải khi nâng móc cầu Mc0 = 15-20% Mđm còn khi gầu ngoạm Mc0 bằng khoảng 50% Mđm Khi hạ tải do tác dụng của lực ma sát nên phụ tải sẽ biến đổi từ (15-20%) đến 80% Mđm

Hình 1.4 Đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng hạ

Đối với cơ cấu dịch chuyển, do momen cản tĩnh và trọng lượng gây nên, vì vậy momen cản không tải là:

Mc0 = (30-50%) Mđm đối với xe con

Mc0 = (50-55%) Mđm đối với xe cầu

Hình 1.5 Đặc tính phụ tải cơ cấu dịch chuyển

Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng Nhất là cơ cấu nâng hạ , mô men thay đổi rõ rệt Khi không có tải trọng mô men động cơ không vượt quá (15 - 20 )% Mđm Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục ngoạm đạt tới 50% Mđm Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng(30-50)% Mđm Đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55 )% Mđm

Các động cơ truyền động điện đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có tần số đóng điện lớn Đa số các cầu trục đều làm việc trong điều kiện môi trường nặng nề, chế độ quá

độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo chiều

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể

Từ những đặc điểm trên ta có những yêu cầu cơ bản với hệ thống truyền động cho các

cơ cấu của cầu trục như sau:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễ dàng

- Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, quá tải và ngắn mạch

- Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật được định sẵn

- Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt, độc lập

- Có công tắc hành trình hạn chế quá trình tiến, lùi cho xe cẩu , xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng hạ

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

Năng suất cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của các thiết bị và số chu

kì bốc xúc trong một giờ Số lượng hành hoá bốc xúc trong mỗi một chu kì không như nhau

và nhỏ hơn tải trọng định mức nên phụ tải với động cơ chỉ đạt (60 - 70)% công suất của động cơ

Hình 1.6 Momen động cơ phụ thuộc vào tải trọng

1 – Động cơ di chuyển xe cầu, 2 – Động cơ di chuyển xe con, 3 – Động cơ nâng hạ

1.2.2 Chế độ cấp điện

Xe cầu và xe con trong cầu trục luôn phải di chuyển nên để cấp điện cho các thiết bị

- Cung cấp điện từ máy phát diezen thường cho loại cầu trục di động trên ôtô

1.2.3 Điều kiện làm việc

Điều kiện làm việc của cầu trục là nặng nề, tần suất đóng cắt lớn, thường xuyên làm việc ở chế độ quá độ Do vậy, động cơ truyền động cầu trục cần có: cách điện có độ chịu nhiệt cao, roto dài với đường kính nhỏ để có momen quán tính bé, giảm tổn hao năng lượng

trong quá trình thay đổi tốc độ, có khả năng chịu quá tải cao Môi trường làm việc rất khắc nghiệt dù trong nhà hay ngoài trời, làm việc ngoài trời phải chịu mưa gió, bụi, hơi muối các cảng biển, ẩm, nhiệt độ cao,… Trong các nhà máy có thể phải chịu ẩm, nhiệt độ cao, bụi, chịu axit, bazơ…

1.2.4 Chế độ làm việc

Chế động làm việc của các động cơ truyền động cầu trục là ngắn hạn lặp lại Trong một chu kì, quy trình các công việc lần lượt được diễn ra như sau: hạ móc → căng cáp →

nâng → dịch chuyển → hạ → tháo tải → nâng móc Mở máy, đảo chiều và hãm liên tục với quá trình chuyển đổi tốc độ xảy ra êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và trả hàng

1.3 PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1.3.1 Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

1.3.1.1 Điều chỉnh điện áp stator dùng thyristor

Khi điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ thì các thông số còn lại không thay đổi và độ trượt s = const, phương pháp này có phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen hẹp nên ngày nay ít sử dụng

1.3.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch roto

Phương pháp này điều chỉnh điện trở phụ nối vào rotor của động cơ không đồng bộ roto dây quấn, có kết cậu mạch lực và mạch điều khiển đơn giản, dễ thực hiện

➢ Đặc điểm :

- Momen khởi động lớn

- Hiệu suất thấp

1.3.1.3 Điều chỉnh công suất trượt

Phương pháp này thực hiện với động cơ roto dây quấn Thực chất của phương pháp này là công suất điện được cấp 100% cho động cơ phía stato, với phụ tải định trước, để điều chỉnh giảm tốc độ, ta lấy bớt công suất phía roto được biến đổi trả lại lưới

- Giá thành của hệ cao

1.3.1.4 Điều chỉnh tần số

Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp được sử dụng cho động cơ không đồng bộ cho đến nay vẫn là phương pháp tốt nhất, vì nó điều chỉnh trực tiếp công suất điện đầu vào động cơ, đặc tính cơ có độ cứng không thay đổi trong dải điều chỉnh rộng Với sự phát triển công nghiệp điện tử công suất, giá thành các bộ biến đổi ngày càng hạ, tính năng

kỹ thuật ngày càng nâng cao, nên hệ điều khiển tần số được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

1.3.2 Các phương pháp điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 1.3.2.1 Khái quát nguyên lý điều chỉnh tần số động cơ KĐB

Xuất phát từ công thức:

𝑛 = (1 − 𝑠)60𝑓

𝑝Trong đó:

- s là độ trượt: 𝑠 =𝜔1 −𝜔

𝜔 1

- 1 là tốc độ góc của từ trường quay

-  là tốc độ động cơ

- f là tần số của điện áp nguồn đặt vào stator

- p là số đôi cực từ của động cơ

Do vậy khi tần số thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ

1.3.2.2 Điều khiển vô hướng

Phương pháp điều khiển vô hướng dựa trên việc điều khiển từ thông stato s thông qua các giá trị biên độ của đại lượng điện áp và dòng điện stato Thực tế được ứng dụng trong công nghiệp có hai loại gồm:

- Điều khiển điện áp – tần số sao cho từ thông stato s là hàm của momen tải, phương pháp này dễ thực hiện, có hiệu quả là tổn thất P nhỏ, lượng tiêu thụ công suất phản kháng luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng công suất phản kháng định mức Tuy vậy ổn định tốc độ thấp gặp khó khăn

- Điều chỉnh điện áp tần số hoặc tần số dòng điện sao cho từ thông stator s luôn luôn không đổi ở toàn dải điều chỉnh Phương pháp này dễ thực hiện, tuy vậy tổn thất công suất P và lượng tiêu thụ công suất phản kháng Q không phải là nhỏ Ổn định tốc độ khó khăn, do vậy điều khiển vô hướng được sử dụng trong công nghiệp khi yêu cầu không điều chỉnh sâu tốc độ

1.3.2.3 Điều khiển vecto từ thông roto

Phương pháp này dùng công cụ biến đổi vecto để ước lượng đại lượng vecto từ thông

r

 và điều chỉnh nó Còn momen động cơ điều chỉnh qua thành phần vecto dòng stato I s Như vậy phương pháp này coi roto là phần cảm, stato là phần ứng và được phân ly với nhau giống như máy điện một chiều kích từ độc lập

Phương pháp này đòi hỏi phức tạp nên yêu cầu công cụ điều khiển số mạnh, độ tác động không cao do mô hình phức tạp phải thực hiện phép quay tọa độ và vẫn phải điều khiển momen gián tiếp qua điều khiển các thành phần dòng điện Động cơ làm việc ổn định rất tốt ở tốc độ cận không

1.3.2.4 Điều khiển trực tiếp momen

Phương pháp này dựa trên điều khiển vị trí vecto từ thông stato s để điều khiển momen động cơ Để thực hiện phương pháp này cần dựa trên phép biến đổi vecto để xác định độ lớn và vị trí vecto s, thay đổi vecto điện áp stator U s để thay đổi vị trí vecto s Phương pháp này có ưu điểm là chỉ cần quan tâm tới các đại lượng vecto stato, không cần xác định vị trí roto nên đơn giản, điều khiển vị trí vecto s thông qua hàm đóng cắt tranzito lực của nghịch lưu nên đáp ứng momen nhanh

Nhược điểm của phương pháp này là do bộ điều chỉnh từ thông và momen là ON/OFF hai hoặc ba vị trí dẫn đến các xung momen động cơ, nên khi làm việc ở tốc độ thấp khó ổn định

Kết luận: Do yêu cầu công nghệ của cầu trục là tốc độ đáp ứng momen nhanh, không

cần đáp ứng momen phẳng và ổn định, do đó phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) là phương pháp điều khiển phù hợp nhất

1.3.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC)

Biểu thức tính momen trong hệ tọa độ tĩnh, gắn chặt với trục dây quấn stato ( , )

Nếu sụt áp trên điện trở được bỏ qua cho đơn giản, thì điện áp stator tác động trực tiếp tới từ thông stator theo đúng phương trình sau:

s s

d U dt



= hay s =U s t

22

có 2 véc tơ module 0 và 6 véc tơ module khác 0 Biểu diễn quỹ đạo động của từ thông stator

và nó có sự thay đổi khác nhau phụthuộc vào việc chọn trạng thái VSI

Quỹ đạo được chia thành sáu vector khác nhau:

Hình 1.7 Quỹ đạo từ thông stator

Từ hình trên ta có thể lập được bảng chọn vector điện áp ứng với trạng thái khóa Sabc

Bảng chọn vector điện áp cho phương pháp điều khiển trực tiếp momen:

FI/FD: từ thông tăng/giảm, TD/T=/TI: mômen giảm/bằng/tăng, Sx: vector từ thong stator, Φ: sai số độ lớn của từ thông stator, τ : sai số mômen

Các giá trị đặt của biên độ từ thông stato và của momen được so sánh với các giá trị thực của chúng, các giá trị sai lệch được đưa vào các khối trạng thái có trễ tương ứng hai mức và ba mức Đầu ra của các khối trạng thái trễ lấy các trạng thái gián đoạn được đưa cùng với vị trí của vectơ từ thông stato vào bảng tra Sai số của module từ thông stato và momen nằm trong dải trễ tương ứng, độ rộng của dải này quyết định độ chính xác điều khiển

Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ

Để ước lượng được từ thông stato và momen thực, có thể sử dụng mô hình khác nhau,

ở đây đưa ra một kiểu mô hình đơn giản nhất

1.4.1 Chọn loại động cơ điều khiển

Động cơ một chiều có ưu điểm điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, độ chính xác cao khả năng chịu được quá tải lớn tuy nhiên giá thành của động cơ một chiều cao hơn so với xoay chiều, nguồn sử dụng là một chiều phải thông qua bộ biến đổi

Động cơ xoay chiều có ưu điểm cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ roto lồng sóc

So với động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn hơn Ngoài ra động cơ không đồng bộ cơ thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình khó khăn

Dựa vào những yêu cầu về công nghệ, truyền động của cầu trục như là: làm việc ở chế độ ngắn hạn lắp lại, động cơ trong quá trình làm việc đảo chiều quay liên tục, yêu cầu

về độ chính xác không quá cao và những ưu, nhược điểm của các động cơ vừa nêu trên, ta lựa chọn hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục là động cơ xoay chiều không đồng bộ

ba pha, cụ thể là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

1.4.2 Xây dựng đồ thị phụ tải cơ cấu nâng hạ

Ta sẽ tính toán thời gian nâng, hạ của cơ cấu

Với chiều cao của nhà xưởng là h = 8m Giả sư, cần di chuyển một vật từ vị trí A đến

vị trí B, coi thời gian di chuyển của xe cầu và xe con là tdc = 60s, thời gian để tháo hoặc lắp tải trọng khi nâng hoặc hạ là tt = tl = 10s

Hình 1.9 Đồ thị đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng hạ

Tốc độ khi nâng tải định mức là Vn = 0,2 m/s

Tốc độ khi hạ tải định mức là Vh = 0,3 m/s

Tốc độ khi nâng-hạ không tải là V0 = 0,5 m/s

Vậy thời gian nâng với tải định mức là

𝑡𝑛 = ℎ

𝑉𝑛 =

80,2= 40(𝑠) Thời gian hạ với tải định mức là:

𝑡ℎ = ℎ

𝑉ℎ =

80,3= 27(𝑠)

Thời gian nâng hạ không tải là:

𝑡𝑛0 = 𝑡ℎ0 = ℎ

𝑉0 =

80,5= 16(𝑠) Tổng thời gian vận chuyển trong một chu kì sẽ là:

𝑇𝑐𝑘 = 𝑡𝑛+ 𝑡ℎ + 𝑡𝑛0+ 𝑡ℎ0+ 𝑡𝑑𝑐 + 𝑡𝑡+ 𝑡𝑙 = 40 + 27 + 16 + 16 + 60 + 10 + 10 = 179(𝑠)

1.4.3 Tính chọn công suất động cơ

Để xác định công suất của động cơ của cơ cấu nâng hạ ta sẽ sử dụng phương pháp đại lượng đẳng trị Vì động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên việc tính chọn công suất động cơ phải xác định cả phụ tải tĩnh và phụ tải động

Hình 1.10 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc

1.4.3.1 Phụ tải tĩnh khi nâng

Momen trục động cơ khi có tải:

- u là bội số của hệ thống ròng rọc, thay đổi theo kết cấu và cách quấn cáp

- i là tỷ số truyền được xác định như sau:

2

t

R n i

u v



=

-  là hiệu suất toàn bộ cơ cấu, được xác định theo tải trọng như hình dưới: c

Hình 1.11 Quan hệ phụ thuộc c theo tải trọng

Momen trục động cơ khi không có tải:

0 0

.

t n

c

G R M

u i 

=

1.4.3.2 Phụ tải tĩnh khi hạ

Tùy thuộc vào tải trọng G lớn hay nhỏ mà có hai chế độ hạ tải như ở phần yêu cầu phụ tải đã nêu:

- Mh là mô men trên trục động cơ khi hạ tải (N.m)

- M là tổn thất mô men trong cơ cấu truyền động (N.m)

-  là hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải h