Nghiên cứu thay thế hệ thống điều khiển truyền động cho tời trục mỏ than khe chàm

Mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu thay tế hệ thốngđiều khiển truyền động cho tời trục mỏ than Khe Chàm”nhằm giải quyết các vấn đề sau: + Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằ

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trang 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3

CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 3

1.1 Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam 3

1.1.1 Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam 4

1.2 Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18] 6

1.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 6

1.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 6

1.2.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 7

1.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí) 7

1.2.5 Kết luận 7

1.3 Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh 8

1.3.1 Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ 8

1.3.2 Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng 9

1.3.3 Các chế độ làm việc của tời trục mỏ 11

1.3.4 Nhận xét 15

1.3.5 Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] 15

1.3.5.1 Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) 15

Chương 2 TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ 22

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ 22

2.1 Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh 22

2.1.1 Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo Khê 22

2.1.1.2 Nhận xét 25

1.1.2 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh 25

2.1.3 Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dương 27

2.1.4 Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm 30

2.1.5 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm 34

2.2 Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh 36

Trang 3

2.3 Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều 38

2.4 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 40

2.5 Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 42

2.5.1 Động cơ điện 42

2.5.2 Biến tần 43

2.5.3 Bộ điều chỉnh dòng [8]; [10]; [15]; [16] 43

2.5.4 Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ 45

2.6 Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục [19] 46

2.6.1 Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian 47

2.6.2 Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đường 48

2.7 Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ 49

2.7.1 Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian 49

2.7.2 Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đường 50

Chương 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ 51

TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM 51

3.1 Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm 51

3.1.1 Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A 51

3.1.2 Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] 52

3.1.3 Tính toán vận tải 53

3.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink 55

3.2.1 Mô tả sơ đồ mô phỏng 55

3.2.2 Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm 57

3.2 Kết luận 59

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 60

BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC 60

CHO TỜI TRỤC MỎ 60

4.1 Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển 60

4.1.1 Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC 60

4.1.2 Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển 61

3.2 Lựa chọn các thiết bị điều khiển 61

4.2 Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng 61

4.4 Chương trình điều khiển 64

Trang 4

4.4.1 Cài đặt các tín hiệu vào - ra 64

4.4.2 Chương trình điều khiển 66

4.5 Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 71

chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải 74

4.6 Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm 74

4.6 Kết luận 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Trang 5

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ 8

Hình 1-2 Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng 9

Hình 1-3 Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng 10

Hình 1-5 Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục 12

Hình 1-10 Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) 15

Hình 1-11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện 16

Hình 1-12 Cấu trúc hệ truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian 17

Hình 1-15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động 18

cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor 18

Hình 1-16 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động 19

Hình 1-18 Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc 21

đưa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator 21

Hình 1-19 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ 21

Hình 2-1 Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6 23

Hình 2-3 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh 26

Hình 2-4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dương 28

Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17 30

Hình 2-6b Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000 33

Hình 2-7 Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 34

Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý bàn điều khiển tời trục JK - 2,5 35

Hình 2-9 Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ 41

Hình 2-11 Sơ đồ cấu trúc các bộ biến tần gián tiếp 42

Hình 2-12 Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nghịch lưu PWM 44

Hình 2-13 Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng 45

bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa từ thông rotor 45

Hình 2-14 Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ 46

Trang 6

Hình 2-15 Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc không đổi 47

Hình 2-16 Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc thay đổi 47

Hình 2-17 Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian 48

Hình 2-18 Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đường dc (Sv) 49

Hình 3-1 Biểu đồ nâng 5 thời kỳ khi chở người mức + 32 - 225 52

Hình 3-2 Biểu đồ nâng 7 thời kỳ khi chở hàng mức + 32 - 225 53

Hình 3-3 Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ 55

Hình 3-4 Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng bộ điều khiển tốc độ 56

Hình 3-5 Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ 57

Hình 3-6 Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ

truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ 57

Hình 3-7 Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ 58

Hình 3-8 Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ

truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ 58

Hình 4-1 Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 60

truyền động cho tời trục mỏ điều khiển bằng PLC 60

Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 64

Hình 4-8 Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V0 72

Hình 4-11 Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 bị sự cố 73

Hình 4-12 Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ hạ tải vận tốc V1 74

chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải 74

Hình 4-13 PLC S7-300 CPU 313C trong mô hình 75

Hình 4-15 Cảm biến hành trình trên đường ray 76

Hình 4-16 Biến tần M440 trong mô hình 76

Hình 4-17 Goòng tải trong mô hình 77

Hình 4-18 Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong 78

Hình 4-19 Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong 79

Trang 7

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến than đang được thiết kế và xây dựng ngày càng có công suất lớn hơn, biên giới mỏ được mở rộng, các mỏ than hầm lò thì ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hoá cao hơn Đồng nghĩa với việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: thông gió, bơm thoát nước mỏ, vận tải, máy khai thác ngày một gia tăng Vì vậy vấn đề sử dụng điện năng một cách

có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, an toàn là rất cần thiết

Từ vấn đề trên để triển khai chương trình từng bước tự động hoá các khâu trong sản xuất, đặc biệt là tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đoàn Công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam đã ban hành chỉ thị số 08/CT- CĐM về việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất, và công văn số 1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận của Tổng giám đốc về sử dụng biến tần và khởi động mềm nhằm tiết kiệm điện năng

Chương trình đầu tư, phát triển sản xuất than tập đoàn than khoáng sản Việt Nam hiện nay đang tập trung giải quyết các vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh Đồng thời tiết kiệm điện năng nâng cao năng lực sản xuất là vấn đề cấp bách khi sản lượng khai thác ngày càng tăng

Giải pháp ứng dụng biến tần để điều khiển hệ thống vận tải bằng băng tải, máng cào, trục tải; hệ thống bơm thoát nước chính, hệ thống quạt thông gió chính thay thế cho hệ thống điều khiển cũ không chỉ giúp cho hệ thống chạy ổn định, dải điều chỉnh rộng, nâng cao tuổi thọ động cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao năng suất và đơn giản trong quá trình vận hành, mà còn tiết kiệm được điện năng

2 Mục tiêu của đề tài

“Nghiên cứu thay tế hệ thốngđiều khiển truyền động cho tời trục mỏ than Khe Chàm”nhằm giải quyết các vấn đề sau:

+ Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằng tời trục qua giếng nghiêng

+ Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo công nghệ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ truyền động cho trục tải vận tải người và thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng

- Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh

Trang 8

4 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát thực trạng các hệ điều khiển hiện nay của tời trục mỏ tại khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh

- Mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho trục tải giếng nghiêng bằng phần mềm SIMULINK - MATLAB

- Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lôgic khả trình (PLC) - Biến tần - Động

cơ để tự động hoá trục tải giếng nghiêng

- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong phạm vi đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau:

- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng tại các mỏ than để nắm rõ về mức độ vận tải sử dụng trục tải

- Phương pháp mô phỏng phân tích: nhằm mô phỏng hệ truyền động điện cho trục tải ghiếng nghiêng

- Phương pháp tính toán lý thuyết: dựa trên kết quả mô phỏng để từ đó tự động hoá hệ truyền động điện cho trục tải mỏ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu có thể triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền động điện của các của trục tải đang sử dụng hiện nay để nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả của vận tải ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh

- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC

- Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ trong các mỏ than hầm lò tại phòng thí nghiệm

Trang 9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam

1.1.1.Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới

Vận tải bằng tời trục là hình thức vận tải phổ biến ở các nước trên thế giới Vận tải bằng tời trục có nhiệm vụ giải quyết vấn đề đi lại ở các khu vực khai thác mỏ, vận chuyển vật liệu, khoáng sản trong các hầm mỏ

Ở các mỏ hầm lò trên thế giới, do những tính chất rất riêng biệt của khâu vận chuyển nên tời trục vẫn là phương tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận chuyển đất đá, khoáng sản, thiết bị vật tư và con người phục vụ sản xuất

Theo thống kê trên thế giới hiện nay một số nước vẫn sử dụng tời trục trong khai thác mỏ hầm lò điển hình là Trung Quốc và Nga

Một số thiết bị tời trục Trung Quốc sản xuất được thống kê trong bảng 1.1

Bảng 1.1

STT

Mã hiệu tời

Công suất động cơ (KW)

Tốc độ nâng (m/s)

Lực kéo lớn nhất (KN)

Chiều dài làm việc (m)

Tổng trọng lượng (Kg)

Chiều rộng (mm)

Đường kính cáp lớn nhất

Tốc độ chuyển động (m/s)

Công suất động cơ (kW)

Trọng lượng máy (KG) БМ-2000/1530 -

Trang 10

2БМ2500/1230

-4A 2 2500 1200 31 2,5/3,15 115/140 34050 2БМ-2500/1211-

4A 2 2500 1200 31 5,45/6,6 250/300 34055 БМ-3000/2030 -

4A 1 3000 2000 37 3,0/3,7 260/325 40600 БМ-3000/2030 -

4A 1 3000 2000 37 4,5/5,6 345/450 40920 2БМ-3000/1511-

1.1.2 Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam

Ở các mỏ than vùng Quảng Ninh, do tính phức tạp của công nghệ khai thác, khối lượng công việc vận chuyển lớn, thiết bị vận tải đa dạng, giá thành vận tải chiếm

từ 40% đến 50% trong tổng chi phí chung Vì vậy để giải quyết tốt nhiệm vụ vận tải vừa đáp ứng được yêu cầu khai thác vừa mang lại hiệu quả kinh tế cần phải lựa chọn công nghệ vận tải hợp lýđồng thời phải lựa chọn các thiết bị vận tải phù hợp nhằm phát huy hiệu quả và năng lực vận tải

Vận tải bằng tời trục có ưu điểm là năng suất vận tải lớn, làm việc với độ tin cậy cao, dễ bảo quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ, không ồn, không gây bụi, đầu tư ban đầu không cao so với đầu tư xây dựng các tuyến băng chuyền cỡ lớn nên hầu hết các mỏ than khai thác hầm lò ở nước ta đều sử dụng tời trục làm phương tiện vận chuyển Theo số liệu khảo sát thực tế tại các mỏ than lớn và trung bình vùng Quảng Ninh đang hoạt động với số lượng được trình bày trong bảng 1.3

T.Quốc T.Quốc Nga

T.Quốc Nga

Nga T.Quốc

Trang 11

4 Công ty than

Thống Nhất

JTK-1600

JH - 30 JTK- 1.0x0.8 БM-2000 2БM-2000

T.Quốc Nga

JD - 3 2ЛП 18/1000

T.Quốc Nga

JD - 4

Nga T.Quốc

JD - 4 БM-2000

T.Quốc Nga

Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có ƣu nhƣợc điểm là:

Trang 12

- Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu

- Chi phí vận hành tăng do phải thường xuyên bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm

1.2.Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]

Để đảm bảo điều khiển tự động một quá trình (mở máy, hãm máy, đảo chiều quay…) theo một quy luật thường sử dụng một số nguyên tắc điều khiển sau đây:

1.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là các thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống Những phần tử thụ cảm được thời gian để phát tín hiệu cần được chỉnh dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng Ví dụ như tốc độ, dòng điện, mômen của động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể

Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi chung là bộ tính thời gian Nó tạo nên một khoảng thời gian trễ kể từ khi có tín hiệu đưa vào đầu vào của nó cho đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành

1.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ

Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện Do vậy, người ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác định chính xác được tốc độ làm việc của động

cơ gọi là rơle tốc độ Khi tốc độ đạt được những trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống

* Ưu điểm:

Dùng ít thiết bị (có thể dùng ngay công tắc tơ đấu trực tiếp vào phần ứng của động cơ để kiểm tra tốc độ mà không cần thông qua rơle tốc độ)

* Nhược điểm:

- Điện áp chỉnh định của các công tắc tơ khác nhau

- Thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc vào Mc, J, U, , R của cuộn dây Khi điện áp lưới dao động sẽ làm thay đổi tốc độ chuyển cấp, mômen dòng điện sẽ nhảy vọt

Khi điện áp lưới giảm quá có khả năng xẩy ra không đủ điện áp hút cho công tắc tơ tác động, do đó động cơ sẽ làm việc lâu dài ở vùng tốc độ thấp nào đó làm cho điện trở mở máy bị đốt nóng quá mức

Trang 13

- Khi nhiệt độ thay đổi thì tốc độ chuyển cấp cũng thay đổi

- Phương pháp này nên dùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều Đồng

bộ hóa động cơ đồng bộ

1.2.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện

Dòng điện trong mạch phần ứng của động cơ là một thông số làm việc rất quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái non tải, trạng thái quá tải, cúng như phản ánh trạng thái đang khởi động hay hãm của động cơ truyền động điện Trong quá trình khởi động và hãm dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể giữ không đổi ở một trị số nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ

Ta có thể dùng các công tắc tơ có cuộ dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu điện từ hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều khiển hệ thống theo yêu cầu trên

* Ưu điểm:

- Duy trì được mômen động cơ trong một giới hạn xác định

- Quá trình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle

Phương pháp này dùng có lợi khi đồng bộ hóa động cơ đồng bộ hoặc dùng vào những trường hợp cần làm giảm dao động của từ thông và tăng cường từ thông của động cơ một chiều

1.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí)

Khi đối tượng bị điều khiển chuyển động mà tại một vị trí trên hành trình của nó, cần có lệnh điều khiển thì dùng phương pháp điều khiển theo vị trí là thích hợp nhất Thường có hai cách để điều khiển theo vị trí:

- Điều khiển theo vị trí đơn giản nhất là dùng các công tắc hành trình (có tiếp tiểm hoặc không tiếp điểm) đặt tại nơi cần ra lệnh điều khiển

* Ưu điểm:

Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị

* Nhược điểm:

- Độ chính xác không cao

- Thiết bị thường dùng: các loại công tắc giới hạn

- Chỉ áp dụng được ở máy, cơ cấu có từng vị trí xác định trong không gian

Trang 14

1.3 Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh

1.3.1.Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ

Hình 1-1 Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ

Trong đó:

1 - Trục chính; 2 - Hộp giảm tốc; 3- Múp nối; 4- Múp nối chốt trụ; 5 - Phanh đĩa;

Trang 15

6 - Trạm thủy lực; 7 - Bộ hiển thị độ sâu; 8 - Bộ phận truyền động của bộ hiển thị độ sâu; 9 - Động cơ phanh thủy lực; 10 - Bộ phận khóa chốt; 11 - Ghế ngồi điều khiển;

12 - Bàn điều khiển; 13 - Động cơ truyền động cho tời;

1.3.2 Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng

a) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng

Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng đƣợc thể hiện trên hình 1-2 Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải đƣợc tính theo công thức sau: [19]

g)]

cos.f).(sinS

L.(

g)cos.f).(sinm

m[(

g)]

cos.f.(sinS.g)cos.f).(sinm

m[(

trong đó:

Fcn - Lực cản trên tang khi nâng có tải, N;

Fch - Lực cản trên tang khi hạ có tải, N;

- Góc nghiêng của giếng vận chuyển, độ;

fb - Hệ số sức cản khi xe goòng chuyển động;

fk - Hệ số sức cản khi cáp nâng chuyển động;

L - chiều dài cáp từ tang quấn cáp đến thùng nâng, m;

3- Tang 4- Xe goßng

Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc

Hình 1-2 Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng

Hệ số sức cản fb phụ thuộc vào trọng lƣợng xe goòng, vận tốc nâng đƣợc tra theo bảng 1.5 [19]

Bảng 1.5 Hệ số sức cản fb Khối lƣợng

xe goòng có tải Vận tốc lớn nhất (m/s)

s/m

Trang 16

Hệ số sức cản fk phụ thuộc vào cáp, số lượng con lăn đỡ cáp bố trí trên đường ray và góc nghiêng , fk = 0,3 0,37

b) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng

Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng (goòng lên có tải, goòng xuống không tải) thể hiện trên hình 1-3 Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải được tính theo công thức sau:

g}

cos]f.L.gf)

mm

[(

sin)]

SL(gm{[

g}

cos]f.L.gf)

mm

[(

sin)]

SL(gm{[

3- Tang 4- Xe goßng cã t¶i

5 - Xe goßng kh«ng t¶i

5

Hình 1-3 Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng

Như vậy lực cản trên tang của tời trục mỏ có hai xe goòng sẽ nỏ hơn so với trường hợp tời trục kéo một xe goòng, năng suất của tời trục kéo hai xe goòng lớn hơn

so với tời trục kéo một xe goòng

c) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng và một đối trọng

Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng và một đối trọng:

Trang 17

3- Tang 4- Xe goßng cã t¶i

5 - §èi träng

5

Hình 1-4 Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo 1 goòng và 1 đối trọng

Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải được tính theo công thức sau: [19]

g}.cos]f.L.gf)

mmm[(

sin)]

SL(g)mmm

{[(

(1.5) g}.cos]f.L.gf)

mmm[(

sin)]

SL(g)mmm

{[(

(1.6) trong đó: L - Chiều dài cáp từ tang đến xe goòng, m;

md - Khối lượng đối trọng, Kg;

Như vậy lực cản trên tang của tời trục khi có đối trọng sẽ nhỏ hơn so với trường hợp không có đối trọng

1.3.3 Các chế độ làm việc của tời trục mỏ

Tời trục mỏ có 3 chế độ làm việc: tăng tốc, chạy đều và giảm tốc đến dừng

- Chế độ tăng tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ tốc

độ bằng không đến tốc độ làm việc cho phép

- Chế độ chạy đều là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục có tốc độ làm việc không đổi trong thời gian làm việc cho phép

- Chế độ giảm tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ tốc độ cho phép giảm dần về tốc độ bằng không

Trong ba chế độ làm việc thì chế độ tăng tốc và chế độ giảm tốc có ý nghĩa quan trọng, phụ thuộc vào từng loại tời trục và kết cấu của xe goòng Đặc trưng cho các chế độ làm việc của tời trục là biểu đồ tốc độ, biểu đồ tốc độ đối với tời trục mỏ rất

đa dạng, song có 5 dạng cơ bản sau:

Trang 18

tốc giảm liên tục từ giá trị cực đại vmax về không Gia tốc trong 2 thời kỳ không thay đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép

1.3.3.2 Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ

Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ được thể hiện trên hình 1-6 [19] Đặc trưng cơ bản của biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là gia đoạn tăng tốc t1, giai đoạn chuyển động đều t2 và gia đoạn giảm tốc t3 Trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc xe goòng chuyển động với tốc

độ thay đổi, gia tốc khi tăng tốc không đổi hoặc thay đổi nhỏ hơn giá trị cho phép

cp 3 3 2

cp 1

1 ≤a ; a =const; a ≤a

a

Trong giai đoạn chuyển động đều vận tốc của thùng nâng, vận tốc của thùng nâng luôn nhỏ hơn hoặc bằng vận tốc cho phép (v vcpmax), vận tốc cho phép phụ thuộc vào từng loại tời trục, tải trọng và quãng đường vận chuyển

Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là dạng biểu đồ tốc độ đơn giản, song quá trình tăng tốc và giảm tốc không phù hợp với tời trục mỏ có đường cong dỡ tải

Trang 19

Đặc trưng của biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc có hai gia tốc khác nhau Để goòng không tải khi đi ra khỏi đường cong dỡ tải dễ dàng hơn goòng có tải khi đi vào đường cong dỡ tải chọn vk1> vk2

- Thời kỳ giảm tốc t3

Trong thời kỳ t3 tốc độ xe goòng giảm tốc từ tốc độ vmax đến vk2, xe goòng giảm tốc với gia tốc a4 Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trước khi vào đường cong dỡ tải

độ 6 thời kỳ phù hợp với tời trục kéo thùng skip hoặc thùng cũi lật

Trang 20

Hình 1-8 Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục

Hình 1-9 Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục

Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ được thể hiện trên hình 1-9 Sự khác nhau giữa biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ với biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ là ở giai đoạn tăng tốc

Trong giai đoạn tăng tốc, ngoài hai thời kỳ tăng tốc với gia tốc không đổi a1, a3còn có thời kỳ chuyển động đều trong đường cong dỡ tải với vận tốc vk1

Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ thích hợp với tời trục kéo hai thùng skíp hoặc hai thùng cũi lật

1.3.3.6 Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ

Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ được thể hiện trên hình

1-10, biểu đồ là sự kết hợp giữa các loại biểu đồ tốc độ với nhau

- Khi nâng tải

t0 - Thời kỳ tăng tốc từ v = 0 đến vmax, a1 0

t1 - Thời kỳ chuyển động đều với vmax = const, a2 = 0

t2 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 ( 0,5m/s) trước khi vào đường cong dỡ tải, a3 0

t3- Thời kỳ chuyển động đều với tốc độ thấp vk2 trong đường cong dỡ tải

t4 - Thời kỳ giảm tốc sau khi dỡ tải xong và dừng

- Khi hạ tải

t’0 - Thời kỳ tăng tốc trong đường cong dỡ tải để hạ thùng nâng không tải Vận tốc thùng nâng tăng từ 0 đến vk1 0,5m/s, khi v = vk1 thì thùng nâng bắt đầu

ra khỏi đường cong dỡ tải với a’1< a1

t’1 - Thời kỳ tăng tốc sau khi thùng nâng ra khỏi đường cong dỡ tải, vận tốc tăng nhanh từ vk1 đến vmax

t’2 - Thời kỳ chạy đều của thùng nâng không tải đến khu vực nhận tải

t’3 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 để thùng nâng vào khu vực nhận tải t’4 - Thời kỳ giảm tốc thùng nâng từ vk2 đến 0 trong khu vực nhận tải

Biểu đồ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ thích hợp cho tời trục kéo một thùng skíp hoặc một thùng cũi lật

Trang 21

- Việc chọn các chế độ làm việc của tời trục mỏ cần thỏa mãn yêu cầu sau: + Tời trục chuyển động trong khu vực nhận tải hoặc dỡ tải phải êm dịu

+ Tời trục sau khi ra khỏi khu vực nhận tải cần phải tăng tốc nhanh đến tốc độ cho phép hoặc gần vào đến khu vực dỡ tải cần phải giảm tốc nhanh đến tốc độ nhỏ nhất cho phép

+ Gia tốc khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tải trọng

tác động lên máy trục là nhỏ

Việc tời trục mỏ làm việc có thỏa mãn đƣợc điều kiện cơ bản trên hoàn toàn phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ thống truyền động và luật điều khiển truyền động điện

1.3.5 Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19]

1.3.5.1.Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC)

a Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện (hình 1-11)

Trang 22

N

H KOP

KOP

N H KAN

KAH

KAP

OA B§K

U KT§

®c MF

C2 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng; cuộn dây C3 là cuộn hồi tiếp

âm theo điện áp máy phát; cuộn dây C4 là cuộn ổn định (hồi tiếp âm mềm theo dòng)

Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC có KĐMĐ khi thay đổi chiều và giá trị dòng điện trong cuộn dây chủ đạo (C1) sẽ thay đổi chiều và giá trị điện áp máy phát

do đó thay đổi chiều và giá trị tốc độ động cơ truyền động cho tời Hệ thống có hai chế

độ điều khiển bằng tay và tự động

Khi điều khiển tự động sử dụng hai xen xin KAN và KAH, vị trí của rôtor xen xin phụ thuộc vào đĩa chương trình đã thiết kế Xen xin KAN thực hiện chương trình nâng tải, xen xin KAH thực hiện chương trình hạ tải Hai công tắc tơ N và H thực hiện xác định chiều dòng điện trong cuộn chủ đạo để đảo chiều dòng điện động cơ truyền động cho tời trục theo yêu cầu

Điều khiển dừng động cơ truyền động cho tời bằng cảm biến xác định vị trí dừng để ngắt công tắc tơ N hoặc (H) và đóng tiếp điểm thường đóng KOP để đưa điện

áp máy phát cùng tham gia cung cấp điện cho cuộn chủ đạo nhằm giảm sức từ động của KĐMĐ, do đó giảm từ thông kích từ của máy phát 50%

Khi điều chỉnh bằng tay thì sử dụng xen xin KAP, việc điều khiển góc quay của rôtor thông qua tay điều khiển

Trang 23

Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhưng bị ảnh hưởng của hiện tượng từ trễ, do có phần quay nên độ bền cơ bị hạn chế

b Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian

Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC với khuếch đại máy điện để giảm sức điện động dư(2 - 3 V), nâng cao tính ổn định, tăng hệ số khuếch đại người ta trang

bị thêm một khuếch đại từ trung gian Sơ đồ cấu trúc hệ thống (hình 1-12)

Hình 1-12 Cấu trúc hệ truyền động điện máy phátđộng cơ với khuếch đại máy điện và

khuếch đại từ trung gian

Khuếch đại máy điện có ba cuộn dây C1, C2, C3 được mắc nối tiếp và đấu vào đầu ra của khuếch đại từ trung gian, riêng cuộn dây C4 thực hiện hồi tiếp âm cứng theo điện áp của khuếch đại máy điện Khuếch đại từ trung gian có 5 cuộn dây điều khiển Cuộn dây MY1 là cuộn dây điều khiển chính, cuộn MY2 là cuộn hồi tiếp âm theo điện

áp máy phát, cuộn dây MY3 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng, cuôn dây MY4 là cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng khuếch đại máy điện, cuộn dây MY5 là cuộn dập tắt từ trường trễ của máy phát khi dừng Việc điều khiển các chế độ làm việc của

hệ thống truyền động điện tương tự như việc điều khiển hệ truyền động điện máy phát

- động cơ với khuếch đại máy điện

Hệ thống này có ưu điểm là cải thiện được đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt hơn, giảm được công suất của mạch điều khiển do dòng điều khiển trong khuếch đại từ trung gian nhỏ hơn nhiều so với dòng điều khiển trong khuếch đại máy điện

c Ưu, nhược điểm của hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ

-Thực hiện việc điều khiển theo đúng biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ

- Khi điều chỉnh tốc độ cho hiệu quả kinh tế cao

- Có khả năng duy trì tốc độ trung gian độc lập với tải

- Có khả năng chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm điện

- Quá trình khởi động và giảm tốc êm dịu

- Có khả năng tự động hóa và điều chỉnh tự động cao

- Kích thước hệ thống lớn, chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao

- Hiệu suất làm việc và độ tin cậy không cao do phải sử dụng nhiều máy điện quay

Trang 24

1.3.5.2 Hệ truyền động điện xoay chiều

a.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại(hình 1-15)

H

A

380V

Hình 1-15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động

cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor

Nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn điện xoay chiều ba pha điện áp 380V hoặc 6000V Việc khởi động điều chỉnh tốc độ hoặc giảm tốc độ động cơ được thực hiện bằng phương pháp thay đổi trị số điện trở phụ trong mạch rôtor

Trong mạch rôto thường có 5 8 cấp điện trở phụ, điều khiển quá trình đưa vào hoặc ngắt ra các cấp điện trở phụ bằng các công tắc tơ Việc đảo chiều quay động

cơ được thực hiện bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha của nguồn cấp cho mạch stator thông qua hai công tắc tơ N và H

Việc hãm truyền động điện thường sử dụng phương pháp hãm động năng, điện

áp nguồn cung cấp hãm động năng có thể không đổi hặc thay đổi Mômen hãm động năng được thay đổi bằng hai cách:

- Điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp cho mạch hãm động năng không đổi, thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor

- Thay đổi đồng thời điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp và giá trị điện trở phụ trong mạch rôtor Việc thay đổi điện áp (hoặc dòng) của nguồn cấp cho mạch hãm

có thể theo cấp hoặc liên tục nhờ các thiết bị điều khiển

Hệ thống truyền động điện này có nhược điểm là tổn hao năng lượng lớn trên các điện trở phụ, gia tốc trong quá trình khởi động và giảm tốc thay đổi gây nên các xung lực ảnh hưởng đến độ bền cơ học của tời trục

b.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng

Trang 25

N H

Hình 1-16 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động

cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng trong mạch rôtor

Để tăng độ êm dịu và duy trì tốc độ không đổi thay thế biến trở kim loại bằng biến trở lỏng Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện được thể hiện trên hình 1-16

Trong hệ thống này, việc dịch chuyển các điện cực nhúng trong dung dịch chất lỏng do động cơ điện một chiều kích từ độc lập truyền động thông qua hộp giảm tốc có tính tự hãm Hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn và mômen quán tính nhỏ để tăng tính tác động nhanh của hệ thống

Việc điều khiển động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp của khuếch đại máy điện cung cấp cho nó, khuếch đại máy điện có 4 cuộn dây điều khiển Hai cuộn dây OY1 và OY3 của khuếch đại máy điện được cung cấp điện từ hai xen xin XX1 và XX2 thông qua hai cầu chỉnh lưu B1, B2 Sức từ động của hai cuộn dây này có hướng ngược nhau (Ft = F1 - F2), khi dòng điện trong hai cuộn dây bằng nhau thì sức từ động tổng bằng không, do đó điện áp phát ra của khuếch đại máy điện bằng không Khi thay đổi góc quay rôtor của XX1 thì dòng trong cuộn dây OY1 và OY3 sẽ khác nhau, sức từ động tổng sẽ khác không, động cơ M1 sẽ quay di chuyển điện cực trong dung dịch chất lỏng Rôtor xen xin XX2 sẽ quay cho đến khi dòng trong hai cuộn dây OY1 và OY3 bằng nhau

Muốn tăng tốc hoặc giảm tốc động cơ truyền động cho tời cần điều khiển sao cho các điện cực được hạ xuống hay nâng lên trong dung dịch chất lỏng Hai khóa ngắt

vị trí KN và KH với mục đích giới hạn chuyển động của điện cực trong khoảng dịch chuyển cho phép Cuộn dây OY4 của khuếch đại máy điện thực hiện hồi tiếp âm theo điện áp còn cuộn dây OY2 tác dụng ổn định hệ thống trong chế độ động

Trang 26

1.3.5.3 Các phương pháp điều khiển hệ truyền động điện xoay chiều trong giai đoạn giảm tốc và chuyển động đều trên đường cong dỡ tải

a Điều khiển trong thời kỳ giảm tốc

Phương pháp đơn giản nhất để điều khiển truyền động điện trong thời kỳ giảm tốc là sử dụng phanh cơ khí Trong quá trình giảm tốc nếu cần gia tốc không đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép thì cần phải thay đổi mômen hãm Nếu không duy trì gia tốc không đổi sẽ dẫn đến trong thời kỳ giảm tốc quãng đường làm việc của tời trục sẽ thay đổi, do đó tời trục sẽ không dừng chính xác ở vị trí mong muốn

Việc thay đổi mômen hãm cơ khí trong thời kỳ giảm tốc được thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện - khí nén hoặc điện - thủy lực Việc điều khiển van khí nén để điều chỉnh áp lực má phanh lên tang hãm thông qua van điện từ Hiệu quả hơn cả là áp dụng phương pháp hãm điện kết hợp với phanh cơ khí Phương pháp hãm điện thường dùng cho tời trục là phương pháp hãm động năng có nguồn cấp thay đổi liên tục

b Điều khiển truyền động trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải

Trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải yêu cầu tời trục chuyển động với vận tốc ổn định từ 0,3 0,6 m/s, để đáp ứng được yêu cầu đó người ta sử dụng các biện pháp sau:

+ Điều khiển mômen hãm cơ khí

Để duy trì tốc độ thấp cần điều khiển động cơ không đồng bộ dẫn động cho tời trục làm việc ở chế độ động cơ có một hoặc hai cấp điện trở phụ trong mạch rôtor kết hợp với điều chỉnh phanh cơ khí Phương pháp này có tổn hao công suất lớn

+ Sử dụng hệ thống truyền động điện phụ công suất nhỏ

Hệ thống truyền động điện phụ có công suất nhỏ gồm một động cơ không đồng

bộ rôtor lồng sóc có công suất nhỏ, một hộp giảm tốc phụ và một khớp nối Phương pháp này có hệ thống điều khiển phức tạp và chi phí cao

+ Sử dụng hệ thống truyền động điện hai động cơ

Trong hệ thống truyền động điện hai động cơ không đồng bộ, khi thực hiện chế

độ chuyển động đều với tốc độ thấp tiến hành cho một động cơ làm việc ở chế độ động

cơ, một động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng Việc điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh mômen hãm động năng khi thay đổi dòng hãm động năng hoặc thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtor

Phương pháp này có khả năng tạo ra đặc tính cơ cứng ở vùng tốc độ thấp, hệ làm việc tin cậy, tác động nhanh, giá thành không cao nhưng điều khiển phức tạp

+ Cung cấp cho động cơ nguồn dòng có tần số thấp

Trong quá trình giảm tốc tiến hành đưa dòng điện có tần số thấp f2 từ bộ biến tần kiểu máy điện vào mạch stator đồng thời giảm trị số điện trở phụtrong mạch rôtor

Để ổn định tốc độ thấp, loại hết điện trở phụ mạch rôtor và cung cấp dòng có tần số f2 phù hợp với tốc độ yêu cầu Đặc tính tĩnh hệ thống thể hiện trên hình 1-18

Trang 27

10 11

Hình 1-18 Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc

đưa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator

1.3.5.4 Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ

Để nhận được chế độ giảm tốc và chuyển động đều với tốc độ thấp trong đường cong dỡ tải tốt hơn so với truyền động điện đông cơ không đồng bộ rôtor dây quấn sử dụng hệ thống truyền động điện Biến tần - Đông cơ

Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ được thể hiện như hình 1-19

U2, f2

U1, f1

Hình 1-19 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ

Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các bộ biến tần hiện đại có cấu trúc gọn nhẹ, hệ thống điều khiển sử dụng vi xử lý nên có tính tác động nhanh và độ chính xác cao, dải điều chỉnh rộng:0 600Hz Hiện nay hệ truyền động điện Biến tần - Động

cơ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp

Trong hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ, để điều chỉnh tốc độ động cơ ta tiến hành thay đổi tần số và điện áp nguồn cấp cho mạch stator của động cơ

1.3.5.5 Ưu nhược điểm của hệ truyền động điện xoay chiều và lĩnh vực áp dụng

- Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn có mạch điều khiển đơn giản, ít thiết bị, vốn đầu tư thấp hơn so với hệ truyền động điện một chiều, nhưng tổn hao năng lượng trên điện trở phụ lớn

- Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc không

có tổn hao công suất trên điện trở phụ như động cơ rôtor dây quấn, có kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, dải điều chỉnh rộng nhưng vốn đầu tư ban đầu cao

Trang 28

- Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, hiện nay các hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đang phát triển mạnh trong sản xuất

Chương 2 TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ

2.1.Các hệ thống truyền động điệncho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh

2.1.1 Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80)công ty than Mạo Khê

2.1.1.1 Các thông số lỹ thuật của trục tải JTK-1.6

Trang 29

H

K1 K2 K3 K4 K5

- Điện áp rôto: 187 V; Dòng điện rôto: 441 A

- Tổ đấu dây: tam giác ( )

Trang 30

220V

B B1

NC3

H·m

380V K7 R3

RN

Ch©n

Hình 2-2 Sơ đồ mạch điều khiển tời trục JTK-1.6

Trang 31

2.1.1.2 Nhận xét

* Ưu điểm:

Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có điện áp 380V, qúa trình khởi động, điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng phương pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ thông qua các tiếp điểm của công tắc tơ Hãm truyền động bằng phương pháp hãm động năng kết hợp với phanh cơ khí mục đích làm giảm tổn hao năng lượng trên điện trở phụ trong quá trình hãm

Quá trình điều khiển đơn giản và phụ thuộc vào kinh nghiệm vận hành của người thợ điều khiển

- Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém

- Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn gây nên ảnh hưởng đáng kể tới cơ cấu truyền lực

- Điều khiển không linh hoạt kết hợp nhiều thao tác cùng một lúc

- Do sử dụng các rơle và công tắc tơ trong mạch điều khiển nên quá trình điều khiển với độ tin cậy không cao, thường xuyên phải bảo dưỡng và kiểm tra do làm việc trong môi trường ẩm ướt bụi bẩn

- Hệ thống mạch lực và mạch điều khiển cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn

1.1.2 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh

Hệ thống truyền động điện của các tời trục mỏ công ty than Vàng Danh có sơ

đồ nguyên lý thể hiện trên hình 2-3

Động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có những đặc điểm sau:

Phối hợp 8 cấp điện trở phụ để khởi động máy và hệ thống hãm động năng theo

2 cấp, hệ thống này do các mắt xích như: đường hồi động cơ quay xuôi ngược, đường hồi điều khiển điện trở rôto, đường hồi bộ phận giới hạn tốc độ và phanh có thể điều chỉnh, đường hồi khoá liên động và tín hiệu cáp điều chỉnh, đường hồi hãm động năng, đường hồi an toàn, và đường hồi hỗ trợ tạo thành

- Hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn điều khiển đơn giản, vốn đầu tư thấp

- Tự động cắt và đưa điện trở phụ vào làm việc theo từng chế độ bằng các rơle

- Điều chỉnh tốc độ, và phanh một cấp, phanh 2 cấp an toàn khi bị bị mất điện toàn bộ bằng hệ thống phanh thuỷ lực

- Có thiết bị hiển thị độ sâu và bộ phận giới hạn tốc độ để đảm bảo hệ thống làm việc đúng hành trình, tốc độ và vị trí

- Có thiết bị bảo vệ khi lỏng cáp

- Điều khiển các chế độ làm việc: quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ, giảm tốc bằng phương pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor gây nên tổn thất năng lượng lớn.Việc thay đổi giá trị điện trở phụ theo cấp do đó gia tốc động thay đổi lớn gây nên các xung lực ảnh hưởng tới độ bền của các thiết bị

- Dải điều chỉnh tốc độ thấp, độ êm dịu trong dải điều chỉnh kém

Trang 32

- Giàn điện trở phụ cồng kềnh, thiết bị điều khiển là hệ thống các công tắc tơ, rơle, tiếp điểm làm việc với độ tin cậy không cao do bị ảnh hưởng bởi môi trường làm việc ẩm ướt bụi bẩn

Hình 2-3 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh

Trang 33

2.1.3 Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dương

Trang 34

Hình 2-4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dương

Trang 35

SA7 KM41

R1 KM42

R2 KM43

R3 KM44

Trang 36

Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17

2.1.3.1 Thông số lỹ thuật của trục tải 2Ц-3,5x1,7-17

- Công suất động cơ: 400 kW

Do việc khởi động, điều chỉnh tốc độ và giảm tốc bằng điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ cho nên gây ra những ảnh hưởng sau:

- Tổn hao năng lượng lớn trên các cấp điện trở phụ dưới dạng nhiệt đặc biệt là vùng tốc độ thấp

- Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém

- Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn gây nên ảnh hưởng đáng kể tới cơ cấu truyền lực

Tuy nhiên để giảm tổn hao trên điện trở phụ trong thời gian làm việc Công ty than Mông Dương đã sử dụng động cơ truyền động cho tời trục có cấp điện áp là 6kV

2.1.4 Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm

2.1.4.1.Hệ thống tời trục БМ-2000 (hình 2.6)

2.1.4.2 Nhận xét

Hệ truyền động của tời trục mỏ Công ty than Hà Lầm có ưu nhược điểm sau: Động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, việc khởi động, điều chỉnh tốc độ, và giảm tốc bằng phương phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch mạch rôto theo cấp (6 cấp) Việc đảo chiều quay động cơ được thực hiện thay đổi thứ tự hai trong ba pha nguồn cung cấp bằng các công tắc tơ S và D Các chế

độ hãm của động cơ bằng phanh khí nén khi cuối hành trình ở chế độ nâng tải và hãm tái sinh và hãm ngược ở chế độ hạ tải là tự động

Bảo vệ tời trục khi sự cố Việc hãm bảo vệ tời trục được thực hiện bằng cách ngừng cung cấp điện cho phanh điện từ Trong mạch công tắc tơ của phanh điện từ có các khoá ngắt giới hạn tốc độ định mức và tốc độ nhỏ khi về cuối hành trình Ngoài ra còn có các tiếp điểm kiểm tra độ mòn má phanh và điều chỉnh áp lực khí nén của phanh công tác

- Quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi các cấp điện trở phụ mạch rôtor gây nên tổn thất năng lượng lớn.Việc thay đổi giá trị điện trở

Trang 37

phụ theo cấp do đú gia tốc động thay đổi lớn gõy nờn cỏc xung lực ảnh hưởng tới độ bền của cỏc thiết bị

- Dải điều chỉnh tốc độ thấp, độ ờm dịu trong dải điều chỉnh kộm

- Giàn điện trở phụ cồng kềnh, thiết bị điều khiển với độ tin cậy khụng cao do bị ảnh hưởng bởi mụi trường làm việc ẩm ướt bụi bẩn, mạch điều khiển phức tạp Thường xuyờn phải hiệu chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa tiếp điểm nờn chi phớ trong vận hành lớn

Vị trí 2 CG1

CG3 CG2 CG4

Vị trí số 1 Chế độ máy phát

Vị trí số 2 Chế độ động cơ

Trang 38

Hình 2-6a Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ thống tời trục БМ-2000

Trang 39

CL Afr4

1T 2T 3T 4T 5T

6T

D6

S6 2C 1 3C 1 4C 6

3C 6 2C 6

1C 6 2C 4 3C 4 4C 4

3T1 4T1 5T1

6T

S1

D1

B2 CC1 A2 CC2

D4 CP1

Rơle thời gian khởi động động cơ ở chế độ động cơ

Rơle thời gian hãm nguơc sang chế độ máy phát khi hạ tải

Công tắc tơ cắt điện trở rôto ở chế độ hãm ngụơc

Hỡnh 2-6b Sơ đồ nguyờn lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000

Trang 40

2.1.5 Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm

L11 L12 L13

A 1A LH1

LH2 LH3

L21 L22 L23 XLC

DZC L+

L-JLJ JLJ

JLJ

1KC 2KC 1SLJ 2SLJ

1KC 1KC 2KC 2KC

1JC 2JC 3JC 4JC 5JC 6JC 7JC 8JC

Q12 Q22 Q32 Q42 Q52 Q62 Q72 Q82

Q11 Q21 Q31 Q41 Q51 Q61 Q71 Q81

Q13 Q23 Q33 Q43 Q53 Q63 Q73 Q83

Hình 2-7 Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	2,77 MB

Nghiên cứu thay thế hệ thống điều khiển truyền động cho tời trục mỏ than khe chàm

Mụ hỡnh thực nghiệm tai phũng thớ nghiệm