Bài tập lớn trang bị điện xây dựng

Trong đó : n: tốc độ động cơ f: tần số p: số cặp cực Vì vậy bằng cách thay đổi số cặp cực từ P có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ - Để thay đổi đôi cực p ta thay đổi số cách đấu

Đề bài

1.Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục

- Tải trọng hàng: 35tấn

- Tải trọng móc và cáp: 2.5 tạ

- Tải trọng xe: 2.5 tấn

- Tốc độ di chuyển định mức: V=44m/phút

- Tốc độ gió cho phép làm việc: Vg = 40km/h

- Khẩu độ: L = 15m

- Yêu cầu điều khiển 3 cấp tốc độ làm việc

- Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 2 cấp tốc

độ, điều khiển thay đổi số cặp cực và thay đổi điện áp động cơ (hoặc nối thêm cuộn kháng nối tiếp stator)

2.Nhiệm vụ

1 Tính chọn động cơ, phanh hãm và hộp giảm tốc

2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch động lực

3 Tính chọn các phần tử trên sơ đồ mạch động lực

4 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Thuyết minh các chế độ làm việc của sơ đồ

5 Tính chọn các thiết bị trên sơ đồ mạch điều khiển

6 Xây dựng sơ đồ đi dây và tính chọn tủ điện

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ CỔNG TRỤC

1.Cụng dụng:

Cổng trục được sử dụng rộng rói trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng dõn dụng và cụng nghiệp,dựng để xếp dỡ hàng húa tại cỏc kho bến bói,cỏc cảng sụng ,cảng biển,sử dụng cú hiệu quả trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng cụng nghiệp thủy điện,lao lắp dầm cầu Cỏc chức năng làm việc của cổng trục giống với cầu trục nhưng thường làm viờc ở ngoài trời,di chuyển trờn đường ray đặt trờn nền nờn phải cú chõn để tạo chiều cao nõng Cỏc mỏy của cổng trục được trang bị cỏc động cơ điện riờng biệt,dựng điện từ mạng lưới điện cụng nghiệp

2 Phõn loại

- Theo cấu tạo thộp:

+ Cổng trục 1 dầm (<10tấn) + Cổng trục 2 dầm ( dựng cho trọng tải lớn) -Theo kết cấu dầm chớnh: dạng dầm tổ hợp,dạng dàn

-Theo phương thức dẫn động

+Dẫn động chung (1 động cơ dẫn ddoonhj 2 cơ cấu) +Dẫn động riờng ( cỏc động cơ dẫn động đục lập)

3.Cấu tạo

1 2

3 4

5

6 7

8

- Sơ đồ cấu tạo cổng trục

1 Ray 5 Xe con

2 Cơ cấu di chuyển 6 Palăng

3 Chân cổng trục 7.Động cơ

4 Dầm chính 8 Cụm puly móc câu

4.Nguyên lý làm việc:

Khi làm việc điều khiển bằng hộp hoặc cabin,cơ cấu di chuyển(2) giúp cổng trục di chuyển trên ray (1), động cơ trên xe con (5) cung cấp nguồn động lực

để xe con di chuyển trên dầm chính (4), động cơ (7) của palăng dẫn động tang cuốn cáp để nâng hạ hàng

PHẦN II: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ PHANH HÃM,HỘP GIẢM TỐC

1.Tính chọn công suất động cơ di chuyển xe con

+ Công suất kéo tải định mức:

N1 = F 1.V ɳ

F1 = Wt f Trong đó:

- Wt: Trọng tải của hàng, móc, dây cáp, và xe [KN]

- v: Vận tốc di chuyển định mức [m/s]

- ɳ: Hiệu suất bộ truyền

- f: hệ số ma sát giữa bánh xe và ray:

Wt=35000+250+2500=37750kg

ɳ=0.85

f=0.05

V=1115 m/s

⟹ N1=Wt∗f∗V ɳ

N1=(35000+250+2500)∗10∗0.5∗110.85∗15 =16.284(kw)

+ Công suất bù sức cản của cơ cấu nâng hạ:

(Dùng cho xe con có cơ cấu nâng hạ nằm ngoài xe con)

N2 =F 2∗V ɳ

F2: lực cản của cơ cấu nâng Chọn F2=2N

⟹ N2 =0.85∗152∗11 =1.725 (kw)

+ Công suất bù sức cản của gió ( cổng trục làm việc ngoài trời)

N3 =F 3∗V ɳ

F3=2.5*A*q : Lực cản gió

A: diện tích tác dụng của gió (0.5m2/tấn)

A=37.75*0.5=18.875m2

q: lực tác dụng của gió trên 1 đơn vị diện tích

q=Vg2/16 Vg: vận tốc gió=100/9 (m/s)

q=161 ∗¿=7.716(N/m2)

F3=2.5*18.875*7.716=364.099(N)

⟹N3 =364.099∗110.85∗15 =3.14 (kw)

+ Công suất gia tốc phần quay:

ω =n đm∗2 Π60 (rad/s)

M4 =

Jt ω

t a (N)

N4 = M 4.n đm

9550 (kW)

nđm: tốc độ quay định mức(stato nối kiểu tam giác),chọn nđm=700 vòng/p

Jt: moomen quán tính quy về trục động cơ Chọn Jt=8

ta: thời gian gia tốc Chọn ta=6(s)

w =n đm∗2 Π60 =(700*2*3.14)/60=73.3 (rad/s)

M4=8∗73.36 =97.73 N.m

⟹ N4=97.73∗7009550 =7.16 (kw)

+ Công suất gia tốc phần chuyển động tịnh tiến:

F5 ¿W t∗v

t a (N)

N5 = F 5 v

ɳ (kW) ⟹ N5=W t∗V2

t a∗ɳ = 37.75∗¿ ¿ = 3.98 (kw)

Pđc= Max (N1+N2+N3;N 1+N 2+N 3+N 4+N 5 f )

f: hệ số phát huy công suất(1.6-2.2).Lấy f=1.6

⟹Pđc =Max (21.15 ; 20.18)

Chọn công suất Pđc ¿ 21.15 kw

Tra bảng công suất chọn động cơ,ta chọn động cơ A02-91-8/4 có các thông số

Pđm=24/34 kw

nđm=735/1470 vòng/p

ɳ = 0.89/0.9 cosφ = 0.79/0.93 s%=2/2

Imm/Iđm=7

Mm/Mđm=1.2/1

Mmax/Mđm=2/2 Động cơ làm việc dạng ngắn hạn lặp lại

2 Chọn hộp giảm tốc

+Tỉ số truyền:

i =n đm∗ɳ∗Dt∗Π V

Dt: đường kính tang quấn Chọn 0.3m

i = 735∗0.3∗3.14∗0.8944 = 14.1 Chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền i = 15

3 Chọn phanh

Mđm=wđm Pđm = 24.9.55 1000735 = 311 N.m

Mph ≥ 1.8 Mđm = 1.8*311 = 560N

Chọn phanh đĩa có mômen phanh Mph= 600N

Cơ cấu di chuyển xe con

4.Kiểm nghiệm động cơ

+Thời gian di chuyển: tdc = L v = 11/1515 = 20 (s)

Thời gian làm việc: tlv = 20.5*2 = 40 (s)

Ta chọn tck = 60 (s)

+Hệ số tiếp điểm của động cơ: TĐ% = t ck t lv = 40/60 =66.67%

+Mômen Mdc = Wt Rt u ɳ i = 37750∗0.152∗0.89∗16 =198.8 (N.m)

u: bội số hệ thống ròng rọc,lấy u= 2

Rt : Bán kính tang quấn = 0.15

+Kiểm nghiệm qua tải về mômen

Momen cản lớn nhất: Mcmax = Mdc = 198.8 (N.m)

Mđm = 311¿ Mcmax Vậy động cơ đảm bảo yêu cầu quá tải về mômen

+ Kiểm nghiêm mômen khởi động của động cơ:

Mc mở máy = 2Mcmax = 2*198.8 = 397.6 (N.m)

Mkđ = 2 Mđm =2.311 = 622¿ Mc mở máy

PHẦN III: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC

1.Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số cặp cực và mắc thêm cuộn kháng nối tiếp stato

ω¿2 πff

p ; n=60 f p

Trong đó : n: tốc độ động cơ

f: tần số

p: số cặp cực

Vì vậy bằng cách thay đổi số cặp cực từ P có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ

- Để thay đổi đôi cực p ta thay đổi số cách đấu dây và cách thay đổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ

Hình 1 Cuộn dây mắc nối tiếp số đôi cực là 2p

Hình 2 Cuộn dây mắc song song số đôi cực là p

-Giả sử lúc đầu cuộn dây được nối như hình (1) khi đó số cặp cực là 2p nếu bây giờ thay đổi như hình (2) dòng điện trong một phần giữ nguyên như chiều cũ còn trong phần kia dòng điện đảo chiều, ta được số đôi cực là p theo công thức:

n=60 f p ta thấy tốc độ tăng lên gấp đôi -Theo giả thiết trên ta xây dựng được mạch thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đi số cặp cực như sau:

+Lúc đầu ta để cuộn dây nối tam giác với số cặp cực là 2p các cuộn dây sẽ mắc nối tiếp với nhau rồi chuyển sang nối sao kép các cuộn dây nối song song với 2p giảm

đi một nửa

-Sơ đồ thay đổi số cặp cực: đổi từ nối tam giác sang nối sao kép

A B C

Hình 3 Sơ đồ nối tam giác Hình 4 Sơ đồ nối sao kép

-Đổi nối từ tam giác sang sao kép

P∆ = 3.U.I.Ƞ.cosφ¿)

P⅄⅄= 2√3U.I Ƞ.cosφ ( ⅄ ⅄)

.Nếu coi như cosφ¿) = cosφ ( ⅄ ⅄)

.Ta có tỷ số P ⅄ ⅄

P ∆ =

2√3

3 = 1.15 Khi tiến hành điều chỉnh tốc độ công suất thay đổi không đáng kể

⟹Vậy đổi nối từ tam giác sang sao kép thích hợp khi công suất truyền động không đổi P không đổi n tăng gấp đôi ⟹ M giảm đi 1 nửa

Ta có đặc tính cơ như sau :

*Mắc cuộn kháng vào mạch stato giảm điện áp cấp vào cho động cơ dẫn đến làm giảm tốc độ của động cơ

-Đường đặc tính cơ như sau:

*Ưu và nhược điểm của phương pháp:

-Nhược điểm:

+Phương pháp thay đổi số đôi cực p của động có co phạm vi điều chỉnh tốc

độ hạn chế vì mở rộng phạm vi điều chỉnh sẽ làm tăng kích thước,trọng lượng động cơ

+ Phương pháp này điều chỉnh không trơn mà nhảy cấp

-Ưu điểm:

+Kinh tế vì không có tiêu hao năng lượng phụ và các đường dặc tính cơ khi điều chỉnh vẫn giữ được độ cứng lớn

+ Được sử dụng rộng rãi khi không có yêu cầu về độ trơn điều chỉnh

*Từ thông số động cơ ta có:

- Stato nối kiểu tam giác:

Sđm=2% ; λ = Mđm Mth = 2

n=735 v/p ; Mđm= 311(N.m)

⟹ Mth= 622(N.m)

- Stato nối sao kép: Sđm=2%

λ=2 ; n=1470v/p

Mđm=3112 = 155.5(N.m) ⟹ Mth = 311 ( N m)

- Đường đặc tính cơ:

2.Sơ đồ mạch động lực

L1 L2 L3

K7

K7

K7

A B C

CC

CD

CC KM

PHẦN IV: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

Itt=3Uđm∗cosφφ∗ɳ Pđm = 3∗380∗0.79∗0.8924000 = 29.94(A)

1.Cầu chì

-Cầu chì là khí cụ bảo vệ ngắn mạch quá tải nguồn

Ic = 1,15 Iđm = 34.4 (A)

→chọn cầu chì: chì – thiếc có Ic=40A

2.Rơle nhiệt

- Rơle nhiệt dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện bị quá tải, thường được

sử dụng cùng với contacto trong các khởi động từ

Ir = (1-1.5 )Itt

=( 29.94 – 44.94) (A)\

3 Cầu dao

-Cầu dao là khí cụ đóng cắt mạch điện

UCD ≥Ung = 380v

ICD ≥ Itt =29.94 (A)

Trong đó:

Ung điện áp định mức của nguồn chọn Ung= 380

ICD dòng điện định mức cầu dao

UCD điện áp định mức cầu dao

Itt dòng điện tính toán của nguồn

-Ta chọn cầu dao:UCD = 500v và ICD = 30(A)

cầu dao chọn là cầu dao 3 pha có cầu chì

4 Contacto

-Là loại khí cụ dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện động lực có phụ tải

-Điện áp qua tiếp điểm chính ≥380 V

-Dòng qua tiếp điểm chính ≥ Itt = 29.94A

-Chọn contacto có Uđm = 380 V

Iđm =40 A

PHÀN V: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC THUYẾT MINH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC

1.S đ nguyên lý ơ đồ nguyên lý ồ nguyên lý

2.Thuyết minh chế độ làm việc

- Đóng aptomat cấp điện cho mạch điều khiển

- Tay chang vị trí số 0 cuộn dây KU có điện, tiếp điểm thường hở KU đóng lại cấp điện cho mạch điều khiển Cuộn dây K4 có điện tiếp điểm K4 đóng lại

+ Ở chế độ quay thuận

- Gạt tay chang sang vị trí 1 cuộn dây K1 có điện, tiếp điểm thường hở K1 có điện đóng lại làm cho cuộn dây KM có điện Tiếp điểm thường hở KM đóng lại,phanh được nhả Cuộn dây Rth có điện, đồng thời cuộn dây K5 có điện tiếp điểm thường hở K5 đóng lại Động cơ quay theo chiều thuận với tốc độ 1, sau

1 thời gian tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth có điện làm cho tiếp điểm K3 đóng lại,cắt cuộn kháng ra khỏi mạch

- Gạt tay chang sang vị trí 2, cuộn dây K1 có điện, tiếp điểm K1 có điện đóng lại Cuộn dây K6, K7 có điện, tiếp điểm K6,K7 đóng Động cơ quay theo chiều thuận với tốc độ số 2

- Gạt tay chang sang vị trí số 3,cuộn dây KU1 có điện tiếp điểm thường đóng KU1 có điện mở ra,cuộn dây K4 mất điện làm cho tiếp điểm K4 đóng mở ra Cuộn dây K6,K7 có điện , nên tiếp điểm K6,K7 đóng lại Động cơ quay với tốc độ số 3

+ Ở chế độ quay ngược

- Gạt tay chang sang vị trí 1', cuộn dây K2 có điện, tiếp điểm thường hở K2 có điện, cuộn dây K5 có điện , nên tiếp điểm K5 đóng lại Động cơ quay ngược với tốc độ số 1

- Gạt tay chang sang vị trí 2', cuộn dây K2,K6, K7 có điện, tiếp điểm K2,K6,K7 đóng lại Động cơ quay ngược với tốc độ số 2

- Gạt tay chang sang vị trí 3', cuộn dây KU1 có điện tiếp điểm thường đóng KU1 có điện mở ra,cuộn dây K4 mất điện tiếp điểm K4 mở ra Cuộn dây K6,K7 có điện,nên tiếp điểm K6,K7 đóng lại động cơ quay ngược với tốc độ

số 3

+ Ở chế độ bảo vệ

- Khi động cơ quá tải, role nhiệt RN mở mạch ngắt điện toàn bộ

- Ngắn mạch CC1 sẽ tác động ngắt điện -Bảo vệ điểm 0 khi làm việc tay chang phải ở vị trí 0 cuộn dây Rư mới được cấp điện từ đó làm cho tiếp điểm thường hở của nó đóng lại,Ku đóng mạch điều khiển mới được cấp điện , khi làm việc nếu tay chang không ở vị trí 0 mạch sẽ không hoạt động được

*Kết luận: Mạch thực hiện được chức năng điều khiển động cơ không đồng bộ roto

lồng sóc quay 2 chiều với 3 cấp tốc độ có hỗ trợ khởi động bằng cách dùng cuộn kháng nối tiếp với stato của động cơ

PHẦN VI: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ

1 Aptomat

-Là khí cụ dùng để tự động đóng cắt mạch điện để bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch, sụt áp

Uđm ≥ 380V

Iđm ≥ (1.2 – 1.3) Itt

(35.92 – 38.92)

Ir = Iđm

Icu ≥ 6kA

Chọn aptomat 1 pha, 2 cực với I =40(A)

2.Rơle thời gian

- Là thiết bị tạo thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ 1 rơle ( hoặc thiết bị) đến 1 role ( hoặc 1 thiết bị ) khác

- Chọn role điện từ : trễ từ vài giây đến vài chục giây

- điện áp cuộn dây UCD = Ung =380V

3.Rơle điện áp

-Dùng để bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp làm việc tăng hoặc giảm quá

mức quy định,được mắc song song với thiết bị cần bảo vệ

PHẦN VII: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐI DÂY VÀ TÍNH CHỌN TỦ ĐIỆN

1.Sơ đồ đi dây và tủ điện

+Sơ đồ đi dây

Ký hiệu

ABC L N

CD

AT

K1

RN

Tay Chang

KM

T1 T2 T3 T4 T5 T6

+Tủ điện:

AT

K1

RN

KM

2.Cáp từ tủ điện đến động cơ di chuyển xe con

Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện bằng cao su có vỏ thép tiết diện 6mm2 loại 4G6 có:

Icp = 50 (A)

dlõi = 2.9 (mm2)

dvỏ = 16 (mm2) Cấp điện cho hệ thống dùng bộ tiếp điểm dây mềm