Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cho cầu trục

Trong nghành công nghiệp nói chung để giải quyết một số công việc khó khăn đối với con ngời nh việc vận chuyển các nguyên vật liệu,hàng hoá nặng nhọc, trongmôi trờng khắc nghiệt thì khi

Mục lục

Lời nói đầu 2

Chơng I:Các yêu cầu về công nghệ và truyền động 3

I.1.Giới thiệu chung 3

I.2.Cấu tạo của cầu trục 4

I.3.Yêu cầu truyền động 5

Chơng II: Tính chọn phơng án truyền động 8

II.1.Đối với động cơ điện một chiều 8

II.2.Đối với động cơ không đồng bộ 11

Chơng 3: Tính chọn công suất động cơ 15

III.1.Tính chọn sơ bộ công suất động cơ 15

Chơng IV: Lựa chọn và tính toán mạch lực 18

IV.1.Lựa chọn mạch lực 18

IV.2.Tính toán mạch lực 21

Chơng V: Tổng hợp hệ điều khiển 28

V.1.Mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập……… 28

V.2.Tổng hợp bộ điều chỉnh……… 30

Chơng VI: Thiết kế hệ điều khiển 40

VI.1.Nhiệm vụ của mạch điều khiển……… 40

VI.2.Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ………… 42

VI.3.Thiết kế mạch phát xung mở van……… 43

Kết luận……….48

Tài liệu tham khảo………49

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của các ngành kĩ thuật điện tử, công nghệ thông tin,ngành kĩ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt đợc nhiều tiến bộ mới Tự

động hoá quá trình sản suất đang đợc phổ biến rộng rãi trong các hệ thống côngnghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Tự động hoá không nhữnglàm giảm nhẹ sức lao động cho con ngời mà còn góp phần rất lớn trong việc nângcao năng suất lao động, cải thiện chất lợng sản phẩm

Trong nghành công nghiệp nói chung để giải quyết một số công việc khó khăn

đối với con ngời nh việc vận chuyển các nguyên vật liệu,hàng hoá nặng nhọc, trongmôi trờng khắc nghiệt thì khi đó rất cần đến các máy móc công nghiệp nh cần cẩu,cầu trục băng truyền….Với đồ án môn học điều chỉnh tự động truyền động điện em

đã nhận đợc đề tài là: “thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cho cầu trục” Trong

đồ án này em chủ yếu chỉ xét đến quá trình nâng hạ cho cầu trục

Để làm đợc đề tài này cần phải có sự hiểu biết về một số môn học trên lớp đặc biệt là

môn học tổng hợp hệ điện cơ cùng với sự giúp đỡ của các thầy Bùi Quốc Khánh và thầy Nguyễn Quang Địch Trong đồ án này em thiết kế gồm có các mục chính nh

sau: Chơng I: Các yêu cầu về công nghệ và truyền động

Chơng II: Tính chọn phơng án truyền động

Chơng III: Tính chọn công suất động cơ

Chơng IV: Lựa chọn và tính toán mạch lực Chơng V: Tổng hợp hệ điều khiển

Chơng VI: Thiết kế mạch điều khiển

Để hoàn thiện bản đồ án này tuy đã rất cố gắng nhng không thể tránh khỏinhững thiếu sót và sai sót Rất mong các thầy cô trong bộ môn chỉ bảo thêm Em xinchân thành cảm ơn

Chơng I:

Các yêu cầu về công nghệ và truyền động

I.1.Giới thiệu chung

Cầu trục đợc sử dụng rộng rãi trong tất cả mọi nghành, mọi lĩnh vực Nó đảmnhận chức năng vận chuyển nguyên liệu thành phẩm và bán thành phẩm Trong côngnghiệp nó là khâu nối giữa các nguyên công trong một dây truyền công nghệ, giữacác phân xởng trong một xí nghiệp, giữa các xí nghiệp trong một tổng công ty…

Cầu trục dùng để lắp trong các nhà xởng, trên cao, chạy trên hai đờng ray dọcxởng Dẫn động bằng tay hoặc bằng điện Nhờ có cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyểnvật có thể di chuyển đến mọi vị trí trong xởng

I.2 Cấu tạo của cầu trục.

Cầu trục có ba cơ cấu chính:

+Cơ cấu di chuyển xe cầu: Gồm hai dầm chính hoặc khung dàn chính đợc

chế tạo bằng thép có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng tơng ứng vớikhoảng cách bánh xe của xe con Hai đầu cầu đợc liên kết cơ khí với hai dầm ngangtạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang

Các bánh xe của cầu trục đợc thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhậttạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt nhà xởng

+ Cơ cấu di chuyển xe con: Trên xe con đặt cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển

xe con Tuỳ theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoặc hai cơ cấunâng Xe con có thể di chuyển dọc trên xe cầu tạo điều kiện cho cầu trục có thể dichuyển đợc trong suốt chiều ngang phân xởng

+ Cơ cấu nâng hạ: Thờng có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp

nâng và hạ Cuối hai đầu dây cáp mắc palăng kép để đảm bảo nâng hạ tải trọng theophơng thẳng đứng Toàn bộ cơ cấu tang, hộp biến tốc, động cơ đợc đặt trên xe con

Ngoài ra phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầutrục

3

2

1

Gph 3

2 1

Nc

Phanh dùng trong cầu trục thờng có 3 loại: Phanh guốc, phanh đĩa và phanh

đai Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau mô tả cơ cấu phanh đai gồm

ời ta dùng 2 phanh để đảm bảo an toàn

*Nhờ đặc điểm cấu tạo nh trên cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phơngphủ kín mặt bằng nhà xởng

- Chuyển động theo phơng thẳng đứng là chuyển động chính nhờ có cơ cấunâng hạ đặt trên xe con

- Chuyển động dọc theo phân xởng là nhờ hệ thống chuyển động đặt trên xecầu

- Chuyển động ngang theo phân xởng nhờ hệ thống truyền động trên xe con(xe trục)

I.3 yêu cầu truyền động

1 Chế độ làm việc của động cơ trong hệ truyền động

+)Góc phần t thứ hai: động cơ làm việc ở chế độ máy phát

Lúc này chế độ hãm gồm có hãm tái sinh và hãm động năng

đổi chiều quay của động cơ, đoạn EF là hãm ngợc

Nh vậy đối với cơ cấu nâng hạ động cơ truyền động sẽ làm việc ở cả bốn gócphần t

2.Đặc điểm công nghệ.

Nội dung của đồ án là thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nâng hạ Dovậy để đa ra những phơng pháp hợp lý thì trớc tiên ta phải phân tích khái quát những

điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cầu trục

Những yêu cầu về đặc điểm của cơ cấu nâng hạ bao gồm:

 Phụ tải: phụ tải của cơ cấu nâng hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,

có tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và

đảo chiều

 Phạm vi điều chỉnh: Đối với cơ cấu nâng hạ ở chế độ hạ tải phải có dải

điều chỉnh khá rộng để đảm bảo hạ tải với chế độ thấp D≥4:1

 Đảo chiều quay: Đối với cơ cấu nâng hạ nhất thiết phải có khả năng

đảo chiều quay, có momen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt Theo khảosát từ thực tế thì khi không có tải trọng(không tải) momen động cơkhông vợt quá(15ữ20)%Mđm; đối với cơ cấu nâng của cầu trục ngoặm

đạt tới 50%Mđm…

 Khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động của các cơ cấu máy

nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm Bởi vậy, momen

động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của

kĩ thuật an toàn, ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thờng đợcqui định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu Đối vớicơ cấu nâng hạ cầu trục gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,5m/s2 để khônggiật đứt dây cáp

 Bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải có phanh

hãm điện từ để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho ngờivận hành

 Nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cầu trục không vợt quá

500V Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220V, 380V; mạng điện mộtchiều hay dùng là 220V,440V Do đa số đều làm việc trong môi trờngnặng nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyệnkim, sửa chữa…Nên các khí cụ điện trong hệ thống truyền động vàtrang bị điện của cơ cấu nâng hạ cầu trục yêu cầu phải làm việc tin cậy,

đảm bảo về năng suất, an toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môitrờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác

án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế.

Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền

động một chiều hay xoay chiều, phơng án truyền động phù hợp với đặc tính tải, sơ đồnối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Vậy chọn phơng án truyền động là chọn phơng pháp điều chỉnh động cơ củacầu trục là tối u nhất đảm bảo mọi yêu cầu về công nghệ cũng nh truyền động củacầu trục Cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,có đảo chiều quay Động cơdùng cho cầu trục có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ KĐB ở đây ta đa ra 3phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

II.1.Đối với động cơ một chiều

1.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng hệ truyền động máy phát -động cơ một chiều (F - Đ ):

a)Cấu trúc hệ F-Đ và các đặc tính cơ bản

Hệ thống máy phát - động cơ ( F -Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi làmáy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thờng do động cơ sơ cấpKĐB ba pha quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

Tính chất của máy phát đợc xác định bởi hai đặc tính đặc tính từ hoá là sự phụthuộc giữa sức điện động của điện áp rơi trên hai cực của máy phát vào dòng điện tảicác đặc tính này là phi tuyến do tính chất của lõi sắt , do các phản ứng của dòng điệnphần ứng

Nếu dây quấn kích thích của máy đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng UKF thì

KF F

KF F

U

M U

U

M K

R U

K K

K

I R U

K K

.

.

0

2

Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát thì

điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng thì giữ nguyên Cũng có thể

điều chỉnh kích từ của động cơ để có giải điều chỉnh tốc độ rộng hơn

Ưu điểm nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển trạng thái làm việc rất

linh hoạt, khả năng quá tải lớn Do vậy thờng sử dụng hệ truyền động F-Đ ở các máykhai thác trong công nghiệp mỏ

Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều máy điện

quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ítnhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành Ngoài ra do máy phát có từ d, đặctính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ

b)Hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục dùng hệ truyền động F-Đ

Đối với những cấu trúc trọng tải lớn, chế độ làm việc nặng nề, cần đáp ứng cácyêu cầu về điều chỉnh tốc độ cũng nh các yêu cầu ngặt nghèo do công nghệ đặt ra,thì việc sử dụng động cơ không đồng bộ với bộ khống chế động lực không thể thoảmãn đợc mà thờng dùng hệ F-Đ

2.Hệ chỉnh lu Thyristo- Động cơ một chiều

Trong hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển-động cơ một chiều, bộ biến

đổi là các mạch chỉnh lu điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị xung pha điềukhiển (góc điều khiển) Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áphải phần

ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vàophơng thức điều khiển và vào các tính chất của tải

a.Chế độ dòng điện liên tục

Sđđ chỉnh lu là những đoạn hỉnh sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình:

mạch tự nhiên

p-số xung áp đập mạch trong một chu kì điện áp xoay chiềuNếu gọi góc dẫn của van là  thì có thể tính đợc thành phần một chiều củadòng điện chỉnh lu, chính là thành phần sinh ra momen quay của động cơ:

2 sin

0    , bộ biến đổi làm việc ở chế

độ chỉnh lu, động cơ có thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E còn dơng và nếu ở

chế độ hãm ngợc nếu sđđ E đổi chiều Khi tăng góc điều khiển max





 và tải cótính chất thế năng để quay ngợc chiều động cơ cả sđđ Ed và E đều đổi dấu Nếu sđđ

động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sđđ của bộ biến đồi thì dòng điện phần ứngvẫn phải chạy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, dới tác dụngcủa sđđ động cơ mà các van tiristo sẽ dẫn dòng trong thời gian nửa chu kì âm của

điện áp lới Góc pha của dòng điện trở nên lớn hơn 2, bộ biến đổi làm việc ở chế

độ nghịch lu phụ thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều, cùng tần sốlới và trả về lới điện

b)Chế độ dòng điện gián đoạn

Hiện tợng gián đoạn dòng điện chỉnh lu xảy ra do năng lợng điện từ tích luỹtrong mạch khi dòng điện tăng không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện khi

nó giảm Lúc này góc dẫn của van trở nên nhỏ hơn2 p, dòng điện qua van trở về

không trớc khi van kế tiếp bắt đầu dẫn Trong khoảng dẫn của van thì sđđ chỉnh lubằng sđđ nguồn:

e d ;   2 

0   



c)Hiện tợng chuyển mạch

Khi phát xung để mở một van tiristo thì điện áp anot của pha đó phải dơng hơn

điện ap của pha đang dẫn dòng, dó đó dòng điện của van đang dẫn sẽ giảm dần vềkhông, còn dòng điện của van kế tiếp sẽ tăng dần lên Do có điện cảm trong mạch

mà quá trình trong mạch xảy ra từ từ, cũng tại một thời điểm cả hai van dẫn dòng vàchuyển dòng cho nhau, quá trình này gọi là quá trình chuyển mạch giữa các van.d)Nhận xét:

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh, không gây tiếng ồn và

đặc biệt dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất rất cao,

điều đó thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống đIều chỉnh nhiều vòng để nâng caochất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống

Nhợc điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng

đIện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện,và ởcác truyền động công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới điện xoaychiều Hệ số cos thấp

II.2.Đối với động cơ Không đồng bộ

1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phơng pháp xung điện trở:

Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạchrô to, trong mục này chúng khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạchrôto bằng các van bán dẫn, u thế của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc điềuchỉnh Điện trở trong mạch rôto động cơ KĐB Rr = Rrd+Rf

Trong đó Rrd điện trở dây quấn rôto

Rf điện trở ngoài mắc thêm vào rôto

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ KĐB khôngthay đổi và độ trợt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở Nếu coi đoạn đặc tính làmviệc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trợt từ s = 0 tới s = sth là thẳng thì khi điều

chỉnh điện trở ta có thể viết

Trong đó s là độ trợt khi điện trở mạch rôto là Rr

si là độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd

i

s rd

R Ir M

rd

R i s

s 

Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và phụ thuộcvào tốc độ động cơ Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạchrô to cho truyền động có mômen tải không đổi

Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá bán dẫn T1 Khóa T1 sẽ

đ-ợc đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở trung bình của toànmạch Khi T1 đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện rôto tăng lên Khi T1ngắt điện trở Ro lại đợc đa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống Với tần số

đóng cắt nhất định , nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi nh không đổi và cómột giá trị điện trở tơng đơng Re trong mạch Thời gian ngắt tn = T-tđ

Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời gian ngắt ta điều chỉnh

trơn giá trị điện trở trong mạch rôto

Điện trở tơng đơng trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ở rôtotheo qui tắc bảo toàn công suất tổn hao trong mạch rôto

Cơ sở để tính tổn hao công suất là nh nhau

Khi dùng chỉnh lu cầu ba pha thì điện trở tính đổi là:

Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dợc đặc tính cơ theo phơng pháp thôngthờng, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên

và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf = 0,5Ro

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen có thể nối tiếp điện trở Ro với một

tụ điện có điện dung đủ lớn

2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng ph ơng pháp tần số:

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, chophép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp Nócho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điềuchỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng Trớc hếtchúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc

nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn phơng pháp này còn đợc

Ro T

td Ro tn

td td



 Re

2

0 2

e R f

R     

ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao

nh máy ly tâm , máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cáchbiến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơngiản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trờng

Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp

Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lới chung mà từ một bộ biến tần

Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐBbằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần -

động cơ KĐB

*Kết luận : Qua phân tích các hệ truyền động trên em chọn phơng án dùng

loại hệ truyền động chỉnh lu- động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nh chúng ta

đã biết những năm gần đây, truyền động cho cầu trục đã dùng bộ biến đổi thyristorthay cho bộ biến đổi quay (máy phát) Dùng bộ biến đổi thyistor có nhiều u điểm:giảm trọng lợng, kích thớc và chất lợng điều chỉnh cao Nhất là về phơng diện điềuchỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn so với những động cơ khác.Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch

điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đặt đợc chất lợng cao trong dải điều chỉnh tốc

độ rộng

5 6 G

G0

 Mômen động cơ khi nâng tải

m N R

i

G G

90 1 , 1

i

G

258 , 0

1 2 34 , 0 258 , 0 76

1 , 1 1

i

G

258 , 0 76

1 , 1 0

0



*Tính thời gian nâng hạ, chọn chiều cao h=11m.

+)Thời gian nâng khi vn=0,35m/s

s v

h t

n

35 , 0

h t

h

4 , 0

h t t

h n

6 , 0

11 0

Vậy thời gian khi làm việc là

t i =31,43+27,5+18,33.2=95,59sChọn Tchu kì= 6phút = 360s

Do vậy hệ số tiếp điện tơng đối là:

360

59 , 95

Từ vận tốc nâng ta tính đợc tốc độ góc của động cơ khi nâng:

747 34

, 0 2

35 , 0 60 76

2

.

1 1 76

34 , 0 ).

90 1 , 1 ( 1 2 )

i

R G G M



+)Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếp điện tơng

đối:

360

33 , 18 12 , 187 33 , 18 57 , 90 5

, 27 57 , 2998 43

, 31 62 , 4997

T

t M

M

=1693,99N.m

+)Công suất động cơ chọn sơ bộ là:

5 , 132 9550

747 99 , 1693 9550

+)Công suất qui đổi tơng đối ứng với hệ số tiếp điện chuẩn 25%

545 , 136 25

55 , 26 5 , 132

TD

TD P

III.2.Kiểm nghiệm lại động cơ

Việc tính chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ quagiai đoạn mở và hãm máy Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ với cácthông số ở trên có đáp ứng đợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hànhkiểm tra lại theo: điều kiện phát nóng, điều kiện khởi động và điều kiện quá tải vềmomen

1.Kiểm tra điều kiện phát nóng

Việc kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nóng là khó khăn vì không thể tínhtoán phát nóng động cơ 1 cách chính xác Tuy vậy, ngời ta thờng sử dụng các phơngpháp tính gần đúng để kiểm tra điều kiện phát nóng thông qua các đại lợng điện Cónhiều phơng pháp kiểm tra khác nhau ở đây, ta dùng phơng pháp momen đẳngtrị.Công thức kiểm tra:

=140

640

55 , 9

=2089,0625Nm

Nh vậy, động cơ thoả mãn điều kiện phát nóng

2.Kiểm nghiệm điều kiện khởi động và quá tải về momen

*Điều kiện khởi động:

Mkđ ≥ Mcmm

Động cơ đã chọn phải thoả mãn điều kiện khởi động tức là động cơ có thể sinh ramomen khắc phục momen tải lúc mở máy mà không bị quá tải( dòng điện phần ứngkhông quá 2-2,5Iđm) Do tính chất tải của ta không thay đổi theo tốc độ nên nếu độngcơ đã thoả mãn điều kiện làm việc bình thờng thì nó cũng thoả mãn điều kiện lúckhởi động

*Điều kiện quá tải về momen:

Theo tính toán ở phần I, momen cản lớn nhất khi nâng tải Mcmax=4997,62Nm Mặtkhác Mđm = 2089,0625 Nm, nh vậy ở điều kiện quá tải cực đại, động cơ phải làm việcvới hệ số quá tải là :

0925 , 2089

62 , 4997 max

Nh vậy động cơ đã chọn thoả mãn các điều kiện phát nóng và điều kiện quá tải vềmomen

Mà để xây dựng hệ truyền động(T-Đ) đảo chiều có hai nguyên tắc cơ bản:

+Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ+Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

1.Phơng pháp điều khiển chung

Dùng phơng pháp này thì đảo chiều và hãm êm Nhng nó có nhợc điểm là cónhững khoảng thời gian ngắn, trong đó Tiristor của hai nhóm cùng thông, dẫn đếnngắn mạch giữa hai pha tơng ứng Để hạn chế ảnh hởng của dòng điện này phải dùngthêm cuộn kháng mà các cuộn kháng này sẽ làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh,

đặc biệt giá thành của nó rất đắt

2.Phơng pháphải điều khiển riêng

Để khác phục nhựơc điểm của phơng pháp điều khiển chung ta có phơng pháp

điều khiển riêng Tuy mạch điều khiển riêng có phức tạp hơn do khi điều khiển lần

l-ợt từ nhóm chỉnh lu này sang nhóm chỉnh lu kia, cần phải đảm bảo nhóm trớc ngừnglàm việc hoàn toàn mới đợc phát xung cho nhóm sau làm việc Nhng trong phơngpháp này, khi xung điều khiển đợc cấp cho bộ chỉnh lu này thì bộ kia không đợc cấpxung điều khiển(nghỉ làm việc) Phơng pháp này tránh đợc dòng ngắn mạch giữa haipha nên có thể không dùng các cuộn kháng, làm việc an toàn

Kết luận: Từ những phân tích ở trên trong đồ án thiết kế này em sử dụng hệ truyền

động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng, song cần có mộtkhoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng 0 Trong phơng pháp này tadùng hai bộ biến đổi có điều khiển chỉnh lu cầu ba pha làm việc độc lập Sở dĩ tadùng sơ đồ có điều khiển chỉnh lu cầu ba pha vì nó cho phép thực hiện các yêu cầu kĩthuật của hệ truyền động điện một chiều với độ tự động hoá cao nên đợc sử dụngrộng rãi, nhất là sơ đồ cầu do đấu trực tiếp vào lới điện, không phải dùng biến áp lực

nh sơ đồ hình tia

Sơ đồ chỉnh l u cầu 3 pha đối xứng :

Sơ đồ:

Sơ đồ mạch chỉnh lu cầu 3 pha đối xứng

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn)

 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp lần lợt là:



sin

3

2 sin 2

2 2

2 2

U u

c b

 Góc mở đợc tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các nửa hình sin).Giả thiết T5 , T6 đang dẫn cho dòng chảy qua VF = U2c ; VG= U2b;

Khi  =1=

6



+ cho xung điều khiển mở T1 Tiristor này đợc mở vì U2a>0 Sự

mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì U2a> U2c Lúc này T6 và T1

cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là:

Ud=Uab=U2a-U2b;Khi  =  2 = 3

6



+ cho xung điều khiển mở T2 .Tiristor này mở vì khi T6 dẫndòng,nó đặt U2b lên anốt T2 mà U2b>U2c.Sự mở của T2 làm cho T6 bị khoá lại mộtcách tự nhiên vì U2b>U2c

Quá trình cứ tiếp tục nh vậy, mỗi van đợc đa xung vào mở sau 1

3T.

 Ta có biểu thức tính toán sau:

Điện áp trung bình trên tải : Ud=

5 6

2 6

Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van: Unmax= 6U2;

Dòng điện chảy qua các van là : IT = Id/ 3;

Ưu nhợc điểm của sơ đồ:

C R1cc

Bộ biến đổi chỉnh lu Tiristor cần có giá trị điện áphải không tải đảm bảo cấpcho phần ứng động cơ một chiều có các tham số: sức điện động định mức động cơ

EUđm, sụt áphải tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại IUmax Cụ thể:

γ1Ud0.cosαmin=γ2.EƯđm+U V +IƯmax.RƯ+ΔUγmax

Trong đó:

+)γ1: hệ số tính đến sự suy giảm điện áp lới γ1=0,95

+)γ2: hệ số dự trữ máy biến áp γ2=1,04ữ1,06

+)αmin: góc điều khiển cực tiểu Đối với đảo chiều αmin=120(m=6 xung)

+)U V : tổng sụt áphải trên van, vì tại mỗi thời điểm chỉ có hai vandẫn nên ta có U V =2.1,6=3,2V

+)RƯ: điện trở mạch phần ứng

+)IƯmax: dòng điện phần ứng cực đại nằm trong khoảng (2ữ2,5)IƯđm

+)Sụt áphải cực đại do trùng dẫn ΔUγmax

.

min 1

max 2

K

U U V Udm

U Y

I R U E

Vậy ta tính đợc

V

2 , 2 05 , 0 5 , 0 12 cos 95 , 0

1540 0314 , 0 2 , 3 198 05 , 1

78 , 296 0





2 Máy biến áp nguồn

Máy biến áp nguồn bộ biến đổi có ba chức năng chính:

+Tạo điện áp U2 phù hợp với điện áp động cơ

+Cách ly giữa phần lực bộ biến đổi và lới điện

+Khi bộ biến đổi cần cách ly một số đầu ra của biến áp

3.Tính chọn cuộn kháng lọc mạch một chiều

Điện cảm mạch phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập có thể tính gần đúng:

LƯ udm p dm

udm L

n Z I

U K

.

747 2 700

220

8 ,

Do vậy ta chọn đợc Tiristor của hãng International Rectifier với thông số :

Tên Loại vỏ Ung,max It(TB) T,oC It(đỉnh) dU/dt

5.Thiết kế nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ

Làm sau

6.Tính toán các thiết bị bảo vệ cho van

a)Bảo vệ quá nhiệt

Van bán dẫn bị hỏng khi nhiệt độ mặt ghép vợt quá nhiệt độ giới hạn cho

phép Giá trị nhiệt độ này thờng từ 800 –1000( bán dẫn GE) và 1250-2000C(bán dẫn SI) Loại van mà ta chọn có nhiệt độ cho phép là 1250C

Công suất tổn hao:

trong đó:

∆P : công suất tổn hao trên van

∆U: điện áp rơi trên van khi dẫn( 2,8V)

Ihdv: dòng điện hiệu dụng chạy qua van, Ihdv=233,33(A)Vậy:

∆P=2,8.233,33=653,24(W) Vì tổn hao là khá lớn nên ta chọn phơng thức làm mát bằng nớc

b)Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải

*Bảo vệ quá tải: Để bảo vệ van không bị quá tải, ta mắc aptomat ở phía đầu vào của

bộ biến đổi Với các thông số của aptomat thích hợp thì khi van bị quá tải, rơle nhiệt của aptomat sẽ tác động cắt bộ biến đổi ra khỏi lưới Dòng điện định mức của

Aptomat thường chọn trong khoảng (1,1-1,3) lần dòng điện thực tế qua nó

IATdm=1,2.I1=1,2.112=134,4(A) chọn IATđm=150(A)

UATdm=220(V)Dũng điện quỏ tải:

Iqt=1,5 I1=1,5.112= 168(A)

*Bảo vệ ngắn mạch: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các

Tiristor,ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lu

Bảo vệ quá điện áp cho van

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt các Tiristor đợc thực hiện bằng cáchmắc R-C song song với Tiristor Khi có sự chuyển mạch,các điện tích tích tụ trongcác lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian ngắn,sựbiến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn