Thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp

Thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp.1.Khái quát chung về hệ thống cầu trục và lựa chọn phương án truyền động điện.2.Tính chọn công suất động cơ truyền động và các thiết bị liên quan.3.Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực cho hệ truyền động điện.4.Phân tích hoạt động của mạch điều khiển.

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Số : Đề 2 Giáo viên hướng dẫn:

Họ và tên SV : Nguyễn Đình Chiến

2 Tính chọn công suất động cơ truyền động và các thiết bị liên quan.

3 Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực cho hệ truyền động điện.

4 Phân tích hoạt động của mạch điều khiển.

Ngày giao đề : Ngày hoàn thành :

BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I 4

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4

1 Giới thiệu về công nghệ và chức năng của cầu trục 4

2 Lựa chọn công nghệ 5

3 Chọn phương án truyền động 6

CHƯƠNG II 13

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT BỊ LIÊN QUAN 13

2.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều 13

2.2 Lựa chọn phương án truyền động 19

CHƯƠNG 3 21

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG 21

1 Thiết kế mạch điều khiển 21

2 Mạch động lực của hệ truyền động 27

PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN 30

1 Khởi động 30

2, Nguyên lý hãm dừng động cơ 30

3, Nguyên lý đảo chiều quay 31

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại đangtừng ngày, từng giờ được ứng dụng vào sản xuất Với chính sách mở cửa của Đảng

và Nhà nước ta, chắc chắn các công nghệ tiên tiến và hiện đại của thế giới sẽ ngàycàng được áp dụng hiệu quả vào Việt Nam với quy mô, số lượng, chất lượng mộtcách nhanh chóng Tác dụng của các công nghệ mới và dây chuyền sản xuất hiệnđại đã góp phần thúc đẩy sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước.Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang pháttriển với tốc độ ngày càng cao.Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dâychuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng.Nó là cầu nối giữa các hạng mục sảnxuất, giữa các phân xưởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dâychuyền.Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũngngày càng đa dạng và phức tạp

Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhà máy công nghiệphiện đại là hệ thống cần trục rải liệu Cần trục là một thiết bị vận chuyển và nâng

hạ trong nhà máy, năng suất của cần trục ảnh hưởng rất lớn đến đến năng suấtchung của nhà máy Vì vậy, các thiết bị điện và hệ thống điều khiển của cần trụcphải đảm bảo việc tiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thao tác đơngiản, cũng như đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầu công nghệ của hệ thống

Đồ án “Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp”, nhắm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với các hệ thống cần trục rảiliệu Sử dụng những phương pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làm quen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển Trang bị cho chúng ta những kiến thức cơ bản trước khi ra trường

Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn

và ý kiến của các bạn, em đã hoàn thành được bản đồ án này Nhưng do thời gian tương đối ngắn và kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

CHƯƠNG I

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC VÀ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Cầu trục là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng trêncông trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, tronghải cảng Theo chức năng, cần trục được chia ra làm hai loại:

- Cầu trục vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao

- Cầu trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép các chitiết máy móc với yêu cầu chính xác cao

- Cầu trục trong bài được xếp vào loại cầu trục vận chuyển Nó có thể dichuyển phụ tải theo hai phương: phương nằm ngang và phương thẳng đứng nhờvào hệ thống truyền động đặt trên cần trục

- Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục được xác định từ các yêu cầu củaquá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây truyền sản xuất Nhìnchung, các thiết bị điện cầu trục làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị quátải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảochiều

Từ những đặc điểm của hệ thống cầu trục nói chung, có thể đưa ra các yêucầu công nghệ cơ bản của hệ thống cầu trục:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản Các phần tử cấuthành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng Cầu trục phảiđược bảo vệ chống quá tải và chống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động lực

- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn Sơ đồ điều khiểnchung cho cả hai động cơ

- Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác

- Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ điều khiểnnhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ cấukhi chúng vượt quá giới hạn cho phép.

- Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu đểchuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới

- Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điều khiển phải làmviệc tin cậy trong các điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàntrong vận hành

Sơ đồ công nghệ của hệ thống cầu trục

- Bộ công tắc hành trình dạng xung: các công tắc hành trình tự phục hồi A, B,C

- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm

- Cơ cấu thiết kế được dùng tời và móc.

- Tời nâng gồm có động cơ điện, hộp giảm tốc, tang và cáp nâng

- Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều.Động cơ xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với côngsuất, tính bền cao, momen khởi động lớn, dễ đảo chiều Bên cạnh đó ta có động cơmột chiều : là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng ,khi làm việc đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng , giá thành cao, khilắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp Trên những ưu khuyết điểm của haiđộng cơ điện xoay chiều và động cơ điện 1 chiều ta thấy được động cơ điện xoaychiều tuy tích chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng vớitính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của động cơ này vẫnchấp nhận được Vậy khi thiết kế cầu trục hai dầm này ta dùng động cơ điện mộtchiều phù hợp

a, Động cơ điện 1 chiều

Khái niệm

Là máy điện 1 chiều hoạt động theo chế độ động cơ khi E < U Động cơđiện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải vànói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm

vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…)

Phân loại

Động cơ điện một chiều được phân loại theo phương pháp kích từ,gồmcó bốn loại :

- Động cơ điện kích từ độc lập

- Động cơ điện kích từ song song

- Động cơ điện kích từ nối tiếp

- Động cở điện kích từ hỗn hợp

Cấu tạo

Những phần chính của động cơ điện một chiều gồm stato với cực từ, rotovới dây quấn và cổ góp với chổi than

- Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa làm mạch từ vừa là vỏmáy Các dây quấn kích từ

- Roto(phần ứng): Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồmlõithép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm bằng cọc lõi thép kỹ thuậtđiện ghép lại với nhau.Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dâyquấn phần ứng.Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có chiều vòng dây, hai đầuvới hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnhdưới hai cực khác tên

Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấnphần ứng có dòng điện Iư Cọc thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ

trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho roto quay, chiều lực xác định theo quaytắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí cọc thanh dẫn ab, cd đổi chỗ chonhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng khôngđổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động

Eư Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ mộtchiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư cũn gọi là sức phảnđiện

Vỏ điện trở Rư nhỏ, nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn khoảng (20

÷ 30)Iđm, làm hỏng cổ gúp và chổi than Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng

điện mở máy Imở lớn, làm ảnh hưởng tới lưới điện

Để giảm dòng điện mở máy, đạt Imở = (1,5 2) Iđm, ta dùng có biện pháp sau:

- Dựng biến trở mở máy : mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng Lúcđầu để điện trở mở máy Rmở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên,sức điện động Eư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúngđiện áp định mức

- Giảm điện áp đặt vào phần ứng : Phương pháp này được sử dụng khi cómột chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong máy phát động cơ, hoặc nguồnmột chiều chỉnh lưu

Cần chỳ ý rằng momen mở máy lớn, lỳc mở máy phải có từ thông lớn nhất,

vì thế các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc

mở máy lớn nhất

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việthơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ mộtcách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lạiđạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Mắc nối tiếp R vào phần ứng, từ (1) suy ra Rư tăng lên, suy ra w giảm, độdốc của đường đặc tính giảm Các đường 1,2 là đường đặc tính sau khi tăng Rư,đường TN là đường đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu.

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục,nhưng do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế

 Điều khiển từ thông:

Điều chỉnh từ thông kích thước của động cơ điện một chiều là điều chỉnhmoment điện từ của động cơ M  K I u và sức điện động quay của động cơ

u

E  K  Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vigiới hạn của việc thay đổi từ thông Nhưng theo công thức trên khi F thay đổi thìmômen, dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển

và mômen tải => phương pháp này cũng ít dùng

 Điều khiển điện áp phần ứng:

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện mộtchiều bằng điện áp:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.

Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng.Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phươngtrình sau:

U u u u



Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi,

còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển U u của hệthống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để

Đặc tính thu được khi điều khiển là 1 họ đường song song :

Để Mở Máy dựng biến trở RMở , để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh Rđc

Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như khôngđổi khi công suất trên trục P2 thay đổi, chúng được dùng nhiều trong máy cắt kimloại, máy dụng cụ.

CHƯƠNG II

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ VÀ

THIẾT BỊ LIÊN QUAN

2.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

2.1.1 Khái quát về động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều.Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầumomen mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto.Stato của động cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện Roto cócác cuộn dây quấn và được nối với nguồn một chiều Một bộ phận quan trọng củađộng cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòngđiện trong khi chuyển động quay của roto là liên tục Thông thường bộ phận nàygồm 1 cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ góp

+ Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó, trong dây quấn kích từ

sẽ xuất hiện dòng điện kích từ Ik Dòng kích từ này sẽ sinh ra từ thông Φ chạytrong mạch từ của động cơ Nếu ta đặt lên mạch phần ứng của động cơ một điện

áp U thông qua hệ thống chổi than và cổ góp thì trong dây quấn phần ứng sẽ códòng điện I chạy qua Tương tác giữa dòng điện phần ứng I và từ thông kích từ

Φ sẽ sinh ra một momen điện từ Giá trị của momen điện từ được tính như sau:

Với K là hệ số kết cấu của động cơ

Momen điện từ này kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều

phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto

+ Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập

+ Từ sơ đồ thay thế của động cơ ( Hình 3.1 ), ta có phương trình cân bằng điện áp:

Uư = Eư + ( Rư + Rf )Iư [3 – 1]

Với Rư = rư + rcf + ri + rcl

rư - điện trở cuộn dây phần ứng

rcf - điện trở cuộn cực từ phụ

ri - điện trở cuộn bù

rcl - điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp

+ Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo biểu thức:

Eư = KΦω (3-2)

Trong đó:

p – số đôi cực từ chính

N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

 : Hệ số sức điện động của động cơ

Từ ( 3 – 1 ) và ( 3 – 2) ta có phương trình đặc tính cơ điện:

.

u f

u R R U

u

M I K

Thay giá trị Iư vào ( 3 – 4 ) ta được phương trình đặc tính cơ:

2 (K )

u f

u R R U

M K

Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một

Trị số hãm lớn dần cho đến khi cân bằng với momen phụ tải của cơ cấu sảnxuất thì hệ thống làm việc ổn định với od   0 Đường đặc tính cơ ở chế độ hãmtái sinh nằm trong góc phần tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng tọa độ

Hình 2.3 Đặc tính hãm tái sinh.

(a) Ứng với tải thế năng (b) Trong trường hợp cơ cấu nâng – hạ

b) Hãm ngược:

Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ta khi phần ứng dưới tác dụng củacác bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momencủa động cơ Momen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sảnxuất.

Có 2 trường hợp hãm ngược:

- Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng :

Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a

Ta đưa một điện trở đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việctại điểm b trên đặc tính biến trở

Tại điểm b, momen do động cơ sinh ra nhỏ hơn momen cản nên động cơ giảm tốc nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên Đến điểm c, tốc độ bằng không

nhưng vì momen động cơ nhỏ hơn momen tải nên dưới tác dụng của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngược lại Tải trọng được hạ xuống với tốc độ tăng dần Đến điểm d, momen động cơ bằng với momen cản nên hệ ổn định với tốc đôh hạ không đổi Sức điện động lúc này đổi dấu

- Đảo chiều điện áp phần ứng:

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên, ta đảo chiều điện áp phần ứng và đưa vào một điện trở phụ đủ lớn Động cơ chuyển sanglàm việc tại điểm b trên đặc tính cơ biến trở Tại b momen đã đổi chiều, chống lạichiều quay của động cơ nên tốc độ động cơ giảm theo đoạn bc Tại c, tốc độ bằng

0 Nếu ta cắt điện áp đặt vào phần ứng động cơ, động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ nguyên điện áp đặt vào động cơ, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại và làm việc ổn định tại điểm d Đoạn bc chính là đặc tính hãm ngược