điều khiển động cơ đồ án cẩu giàn

đồ án chuẩn điều khiển động cơ, cẩu giàn trong xí nghiệp. sử dụng biến tần để điều khiển.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông

-oOo -

ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

ĐỀ TÀI : CẨU GIÀN TRONG NHÀ MÁY BAO GỒM

KHÂU NÂNG HẠ VÀ CHẠY NGANG

NỘI DUNG BÁO CÁO

I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CẨU GIÀN

1. Nội dung đề tài

2. Giới thiệu đôi nét về hệ thống cẩu giàn

3. Xây dựng đặc tính cơ

4. Sơ đồ giải pháp

II. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ

1. Tính toán cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang

2. Chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang.III. CHỌN BIẾN TẦN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ

1. Cơ cấu nâng hạ :

a) Chọn biến tầnb) Chọn MCCBc) Chọn contactord) Chọn AC reactore) Sine Filter (bộ lọc sóng hài)f) Chọn cáp

2.Cơ cấu chạy ngang :

a) Chọn biến tầnb) Chọn MCCBc) Chọn contactord) Chọn AC reactore) Sine Filter (bộ lọc sóng hài)f) Chọn công tắc hành trìnhg) Chọn cáp

IV. CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1. Giới thiệu sơ đồ mạch động lực và điều khiển

2. Thuyết minh sơ đồ

3. Cài đặt biến tần

I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CẨU GIÀN.

1. Nội dung đề tài :

-Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M = 5 tấn, vận tốc 0.5 m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang Chọn động cơ kéo, hộp số, AC drive

- Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn

- Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khi khi nâng và hạ

- Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu chạy ngang có bảo vệ hành trình hai đầu không cho thiết

bị chạy quá hành trình

- Điều khiển cẩu bằng hộp nút ấn cầm theo có nút ấn tự nhả: nút đi lên, nút đi xuống,nút qua phải, nút qua trái, nút dừng khẩn cấp

- biến tần sử dụng của hãng Delta

2 Giới thiệu đôi nét về hệ thống cẩu giàn :

- Trong công nghiệp cầu giàn có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết bị từ

vị trí này sang vị trí khác như trong các phân xưởng , các nhà máy Cẩu giàn tựđộng hóa các trình nâng, hạ bốc xếp trang thiết bị, vật tư, hàng hóa làm giảm sứclao động tăng năng suất và chất lượng lao động

- Cấu tạo của cầu trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển

xe con, cơ cấu di chuyển xe cẩu

- Về chế độ làm việc: cẩu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độ làm

việc của cẩu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của cơ cấu cầu giàn là

cực kỳ nặng nề: tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm vàđảo chiều liên tục

3.Xây dựng đặc tính cơ :

 Đặc tính cơ của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:

 Đối với cẩu giàn moment thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt

 Đặc tính làm việc của biến tần điều khiển động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

• Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu

• Dòng khởi động đạt tới 155% định mức trong vòng 3s

• Yêu cầu biến tần điều khiển vector

4.Sơ đồ giải pháp

Hướng giải quyết :

• Chọn động cơ nâng hạ và chạy ngang của Simens phù hợp với công suất tính toán

• Dùng biến tần của hãng Delta

• Dùng công tắc hành trình để bảo vệ hành trình 2 đầu

• Chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực và mạch điều khiển

• Chọn cáp, tủ điện

II. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ

1. Tính toán cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang :

a.Tính toán phụ tải tĩnh:

Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:

chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cầu trục

tỉ số truyền của động cơ

Với

Biến tần nâng hạ

Đ ộ n

Tang cuốn Hộp số

Tải

Biến tần

Động cơ chạy ngang

Hộp số

Tính chọn công suất và moment:

,0

*.47

*1

15,0

*)1250050000

(

)

Nm u

i

R G G

η

- Công suất nâng có tải :

)(7.3460

1500.2.1000

1.22160

.210001000

kw n

M M

- Momen nâng không tải:

)(2,449,0.1,47

15,0.12500)

.(

u i

R G

η

- Momen hạ có tải:

)(9,176)9,0

12(1

,47

15,0)

1250050000

()

12.(

)

Nm u

i

R G G

12(1,47

15,0.12500)

12.(

0

u i

R G

η

Tính toán hệ số tiếp đi phụ tải:

- chiều cao nâng : H=8m

- vận tốc nâng : v=0,5m/s

- thời gian nâng vật : t

n

=

)(165,0

8

s v

- chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang :L=8m

- vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang :v=1m/s

 thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc

 :t

xc

=

)(161

82

=

%71,45

%100

*140

- vận tốc của của tang cuốn : ta có i= t

dc n n

vậy (v/p)

Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ

Mục đích của việc tính toán lựa chọn phanh

Trong quá trình hoạt động ,nếu xảy ra sự cố bất thường như tuột cáp,vật mang trong khi di chuyển bị va chạm với chướng ngại vật trong nhà xưởng phải có thiết bị hãm chuyển động của

hệ thống lại,tránh hư hỏng cho các bộ phận khác và tránh gây tai nạn trong sản xuất

–hiệu suất của cơ câú

Momen của cơ cấu phanh

Với k=2 do động cơ làm việc ở chế độ nặng

dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:

tốc độ rotor :1500 (v/p)động cơ có công suất :42,7(kw)

tỉ số truyền của động cơ :47,1tốc độ đầu ra của động cơ : 31,8 (v/p)momen phanh :354(Nm)

Momen quay của động cơ :221N.m

Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu chạy ngang:

- lực cản chuyển động của xe được theo biểu thức

F=

br ct

t bx

k f r k r

g G G

)

()

10)200050000

=

)(42,4685,0.2,10

065,0.6192

N

=

η

=0,85 :hiệu suất cơ cấu

- Công suất động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :



)(28,785,0.1000

1.6192

Dựa vào các số liệu tính toán được,ta chọn động cơ gắn liền hộp giảm tốc theo yêu cầu sau:

Động cơ có công suất thấp nhất là 7,28kw

Tốc độ đầu ra của động cơ là 147 v/p

Tỉ số truyền của động cơ là 10,2

Momen quay 46,42N.m

2.Chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang :

a cơ cấu nâng hạ :

 Yêu cầu :

• Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

• động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)

• động cơ có công suất :42,7(kw)

• tỉ số truyền của động cơ :47,1

• tốc độ đầu ra của động cơ : 31,8 (v/p)

• momen phanh :354(Nm)

• Momen quay của động cơ :221N.m

• Chọn động cơ có tích hợp hộp số

 Giải pháp

• Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số giảm

tốc có các loại động cơ sau:

• Động cơ bánh răng côn xoắn : hiệu suất cao, ứng dụng rộng rãi như : bộ truyền động dịch chuyển, bộ truyền động máy trộn, bộ truyền động trống cáp Tuy nhiên cấu trúc ( hình dạng ) động cơ có hộp số nằm ngang với động cơ nên không thích hợp cho cẩugiàn

• Động cơ bánh răng xoắn ốc : hiệu suất cao, ứng dụng rộng rãi như : máy khuấy, bộ truyền động bàn ăn, máy chế biến gỗ

• Động cơ bánh răng trục song song với động cơ : ứng dụng của nó cũng như động cơ bánh răng côn xoắn nhưng hộp số lại mắc song song với motor nên phù hợp cho lắp đặt cẩu giàn

• Động cơ bánh răng xoắn ren : hiệu suất thấp, công suất nhỏ khoảng 0.75Kw dùng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm

• Động cơ bánh răng xoắn ren : hiệu suất thấp, công suất khoảng 11Kw dùng trong ngành xử lí nước thải

•Nhóm chọn động cơ bánh răng song song với trục động cơ có mã hiệu

FZ.168B-LG225ZM4E ( Có catalog kèm theo trang 311, 926 )

Ứng với động cơ có moment quay là 291N.m Theo hướng dẫn của catalog động cơ

ta chọn phanh có mã L400/300 với moment phanh 300N.m ( ứng với motor sai 225)

catalog trang 868

b Cơ cấu chạy ngang :

 Yêu cầu :

• Động cơ có công suất thấp nhất là 7,28kw

• Tốc độ đầu ra của động cơ sau hộp số là 147 v/p

• Tỉ số truyền của động cơ là 10,2

• là biến tần điều khiển vector.

• dùng để điều khiển động cơ

• Phù hợp với công suất động cơ

NHÓM CHỌN BIẾN TẦN CỦA HÃNG DELTA

 Hãng delta có các loại biến tần sau :

Có công suất nhỏ, ứng dụng cho máy đóng gói, băng tải

• Ngoài ra còn có 1 số loại tuy nhiên chỉ áp dụng đối với công suất nhỏ vài Kw

 Chọn điện trở hãm, phanh hãm theo catalog của biến tần

• Điện trở hãm có chức năng:giúp biến tần xả bớt năng lượng dư thừa lúc này động

cơ chuyển thành máy phát

• Được chọn theo hướng dẫn của biến tần mã ( BR1K5W013) trang 73

Điện trở có giá trị 13Ω

2. Chọn MCCB: Dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạchđộng lực

 Yêu cầu :

• Iđm của MCCB >=1,2 Iđm của biến tần

• Dòng ngắn mạch cực đại In > hoặc = 25kA

• Với Rdd= 0,38Ω/km ở đây nhóm chọn dây cáp có ciều dài 20m

• Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.2- 1.5 )

• Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,2.Idm ≈120A

 giải pháp:

• Chọn contactor S3 mã 3RT1046-1AP00, loại AC1 của Simens ( catalog trang 79 ) Có dòng định mức 120A, 3pha ,3 cực

• Điện áp cuộn hút 230V

e chọn Sine Filter (bộ lọc sóng hài)

Dùng để lọc nhiễu cho đầu ra biến tần :

chọn theo hướng dẫn của biến tần trang 81 Mã MIF3150

f Chọn công tắc hành trình cho nâng hạ và chạy ngang :

 yêu cầu :dùng để giới hạn hành trình 2 đầu không cho thiết bị chạy quá hành trình

 Giải pháp :ta chọn công tắc hành trình của simnens mã 3SES 5122-0CE01

• Dòng định mức 6A

• Điện áp : 230A

• Có 2 tiếp điểm 1NO/1NC

• Độ chính xác : 0.05mm

g chọn cáp cho cơ cấu nâng hạ : dùng để kết nối các thiết bị trong mạch động lực

 yêu cầu : phù hợp với dòng vào định mức của biến tần và động cơ Có khả

năng chịu quá tải, cách điện tốt

 Giải pháp :dựa vào hướng dẫn chọn cáp điện của Cadivi Mã sản phẩm

1060119

• chọn cáp có 3 lõi Tiết diện 50mm2 Sợi đồng

• chịu được dòng quá tải là 107A

• với điện trở 0,387Ω/Km

2.Cơ cấu chạy ngang.

o loại VFD- C2000 SERIES Với mã (VFD- 075 C43D ) trang 152 biến tần Delta

o Điện áp : 3 Pha 380~ 460AC

o Công suất : 7,5KW

o Dòng định mức đầu vào: 20A

o Dòng định mức đầu ra :18A

 Chọn điện trở hãm, phanh hãm theo catalog của biến tần.

• Điện trở hãm được chọn theo hướng dẫn của biến tần mã ( BR1K0W075) trang

73

Điện trở có giá trị 0,75Ω

2.Chọn MCCB: dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch mạch động lực của cơ cấu chạy ngang.

 Yêu cầu :

• Iđm của MCCB =1,2 Iđm của biến tần (1,2 20= 22A)

• Dòng ngắn mạch cực đại Icu >= 2,3kA

• Với Rdd= 4,61Ω/km ở đây nhóm chọn dây cáp có chiều dài 20m

3. Chọn contactor:

-Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.2- 1.5 )

- Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là

I =1,2.Idm≈22A

 Chọn contactor size S00 mã 3RT20 loại AC1 của Simens ( catalog trang 2 ) Có dòng định mức 22A

d chọn AC reactor

e chọn Sine Filter (bộ lọc sóng hài)

dùng để lọc nhiễu cho đầu ra biến tần :

chọn theo hướng dẫn của biến tần trang 81 Với mã KMF350-A

g Chọn cáp cho cơ cấu chạy ngang :dùng để kết nối các thiết bị trong mạch động lực

 yêu cầu : phù hợp với dòng vào định mức của biến tần (20A) và động cơ Có

khả năng chịu quá tải cách điện tốt

 Giải pháp :dựa vào hướng dẫn chọn cáp điện của Cadivi Mã sản phẩm

1060119

• chọn cáp có 3 lõi Tiết diện 4mm2 Sợi đồng

• chịu được dòng quá tải là 24A

• với điện trở 4,61Ω/Km

IV. CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1. Chọn MCB:

Dùng để bảo vệ mạch điều khiển

 Yêu cầu : dòng ngắn mạch cho MCB phải lớn tổng dòng điện chạy trong các tiếp điểm và cuộn hút

 Giải pháp :Chọn MCB 1 pha 230V mã số 5SL3 501-7 của Simens với các thông số: 1P+N cực, dòng Iđm =1A, dòng ngắn mạch cực đại 4,5KA (catalog trang 6 )

3.Chọn rơ le trung gian : Dùng để khởi động biến tần đóng mạch động lực.

5. nguồn cấp cho encoder

 yêu cầu: cấp nguồn 12VDC cho encoder

 giải pháp: chọn bộ nguồn 12VDC của ormon mã 6EP1321-1SH02(Catalog

trang 1)

5.chọn card encoder

• Card Encoder giúp biến tần đọc xung từ Encoder

• Theo hướng dẫn của nhà sản xuất ta chọn được Card Encoder EMC –PG 01O của Delta catalog biến tần Delta trang 129

Sơ đồ đấu nối

 Chọn cáp chống nhiễu cho encoder :

Mục đích :Chống nhiễucho tín hiệu điều khiển với độ chính xác cao Yêu cầu : Chống nhiễu tốt, có 5 lõi

Giải pháp : Chọn loại cáp DVV/Sc của Cadivi ( catalog trang 2/4)

Các thông số của cáp chống nhiễu :

Số lõi : 5

Tiết diện : 0,5 mm2

Có màng chắn đồng chống nhiễu 0,12-0,15mm

 giải pháp :Như vậy ta chọn loại nút nhấn 1NO loại nút nhấn đầu lồi CP3-10L-10

Có catalog của hãng ABB kèm theo ( trang 6 )

 Nút nhấn dừng khẩn cấp : Loại nút có tiếp điểm thường đóng

7.Đèn báo

Báo tín hiệu làm việc của mạch động lực

Chọn loại đèn báo có màu

9.Cáp điều khiển

Mục đích :Chống nhiễucho tín hiệu điều khiển với độ chính xác cao

Yêu cầu : Chống nhiễu tốt, có 2 lõi

Giải pháp : Chọn loại cáp DVV/Sc của Cadivi ( catalog trang 2/4)

Các thông số của cáp chống nhiễu :

- Đủ không gian các thiết bị đã chọn.

Biến tần nâng hạ 668 330 275 Biến tần chạy

AC REACTOR Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu KM1,KM2 (contactor) Đóng ngắt điện vào biến tần

• giới thiệu mạch điều khiển

Cuộn hút của contactor

Báo hiệu các trạng thái của hệ thống

2.Thuyết minh mạch động lực, mạch điều khiển.

a.Mạch động lực( có bản vẽ autocad đính kèm )

• Mạch động lực được cấp nguồn từ điện áp lưới, qua MCCB bảo vệ.Sau

đó qua contactor KM ,rồi đến AC REACTOR,đến biến tần, đến SINE FILTER

• Khi xảy ra sự cố ngắn mạch,quá tải ở mạch động lực,các MCCB bảo vệ

sẽ tác động, làm ngắt nguồn ra khỏi biến tần.

b.Mạch điều khiển ( có bản vẽ autocad đính kèm )

- Mạch được cấp nguồn là 220V AC

- Đóng các MCCB bên mạch động lực và MCB bên mạch điều khiển.

• Khi nhấn nút START thì có nguồn chạy qua cuộn hút KM1, KM2,khi đó tiếp điểm KM1 sẽ đóng để duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển.Đồng thời các tiếp điểm KM1,KM2 bên mạch động lực cũng đóng lại và cấp nguồn cho biến tần sẵn sàng hoạt động.Lúc này đèn Đ1 sáng báo hệ thống đã sẵn sàng hoạt động.

• Khi nhấn nút NÂNG thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K1 khi đó các tiếp điểm thường mở của K1 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K1 ( đầu vào FWD) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động cơ nâng tải lên và dưa tín hiệu mở phanh ,đồng thời đèn Đ2 cũng sáng để báo chế độ nâng tải.Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle R1 đóng tiếp điểm RC1-RA1 khi đó thắng được mở ra để động cơ nâng tải lên.Khi lên đến giới hạn thì gặp LS1 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS1 mở ra làm mất nguồn cho cuộn K1.Khi đóng tất cả tiếp điểm thường đóng K1 sẽ mở.Khi đó K1 (đầu vào FWD)mở ra có tín hiệu đóng phanh, biến tần sẽ xử lý đưa tín hiệu cho R1 đóng tiếp điểm RC1-RB1 lúc này phanh mất điện nên bóp lại để giữ tải.

• Khi nhấn nút HẠ thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K2 khi đó các tiếp điểm thường mở của K2 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K2 ( đầu vào REV) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động cơ hạ tải xuống ,đưa tín hiệu mở phanh và đồng thời đèn Đ3 cũng sáng để báo chế độ hạ tải.

Khi đó biến tần sẽ xử lý và đưa tín hiệu đến rơle R1 đóng tiếp điểm RA1 khi đó thắng được mở ra để động cơ hạ tải.Khi lên đến giới hạn thì gặp LS2 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS2 mở ra làm mất nguồn cho cuộn K2.Khi đóng tất cả tiếp điểm thường đóng K2 sẽ mở.Khi đó K2 (đầu vào REV) mở ra có tín hiệu đóng phanh, biến tần sẽ xử lý đưa tín hiệu cho R1 đóng tiếp điểm RC1-RB1 lúc này phanh mất điện nên bóp lại để giữ tải.

RC1-• Khi nhấn nút TRÁI thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K3 khi đó các tiếp điểm thường mở của K3 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K3 ( đầu vào FWD) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động cơ chạy trái , đồng thời đèn Đ4 cũng sáng để báo chế độ chạy sang trái Khi lên đến giới hạn thì gặp LS3 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS3 mở ra làm mất nguồn cho cuộn K3 tất cả tiếp điểm thường đóng K3 sẽ mở.Khi đó K3 (đầu vào FWD) mở ra không cho động cơ chạy tiếp.

• Khi nhấn nút PHẢI thì cấp nguồn cho cuộn hút rơle K4 khi đó các tiếp điểm thường mở của K4 sẽ đóng lại , còn thường đóng sẽ mở ra.K4 ( đầu vào REV) bên biến tần đóng, lúc này biến tần sẽ điều khiển động cơ chạy sang phải, đồng thời đèn Đ5 cũng sáng để báo chế độ chạy sang phải Khi lên đến giới hạn thì gặp LS4 sẽ làm tiếp điểm thường đóng LS4 mở ra làm mất nguồn cho cuộn K4.Khi đó tất cả tiếp điểm thường đóng K4 sẽ mở.Khi đó K4 (đầu vào REV) mở ra không cho động cơ chạy tiếp.

• Trường hợp động cơ đang nâng, hạ, qua trái ,phải mà ta muốn động cơ dừng lại.khi đó ta bấm nút STOP,các rơle mất điện ,các tiếp điểm trả về vị trí ban đầu.

• Khi nhấn DỪNG thì mất nguồn tín hiệu bên mạch điều khiển khi đó KM1,KM2 cũng mở ra và ngắt nguồn cấp cho biến tần và động cơ.Khi đó dừng hoạt động tất cả.

 BẢO VỆ:

• Khi có xuất hiện lỗi khi động cơ đang hoạt động (quá áp ) thì đưa tín hiệu đến biến tần lúc này tiếp điểm thường đóng RC2-RB2 sẽ mở ra và RC2-RA2