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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỂN TỬ BÀI TẬP LỚN TRANG BỊ ĐIỆN MÁY XÂY DỰNG VÀ GIAO THÔNG VẬN TẢI Đề bài: Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỂN TỬ

BÀI TẬP LỚN

TRANG BỊ ĐIỆN MÁY XÂY DỰNG VÀ GIAO THÔNG VẬN TẢI

Đề bài: Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho

cơ cấu di chuyển xe con cổng trục

HÀ NỘI Tháng 07 năm 2016

NỘI DUNG ĐỀ BÀI

Đề bài: Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục

- Tải trọng hàng: 25tấn

- Tải trọng móc và cáp: 2.5 tạ

- Tải trọng xe: 2.5 tấn

- Tốc độ di chuyển định mức: 36m/phút

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

- Khẩu độ: 15m

- Yêu cầu điều khiển 4 cấp tốc độ làm việc

- Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, điều khiển thay đổi các cấp điện trở phụ hỗ trợ khởi động và điều chỉnh tốc độ

MỤC LỤC

NỘI DUNG ĐỀ BÀI 1

Chương I Tính chọn động cơ 3

1 Công suất kéo tải định mức 3

2 Công suất bù nâng hạ 3

3 Công suất bù sức cản của gió 3

4 Công suất gia tốc 4

5 Chọn công suất động cơ 4

6 Chọn hộp giảm tốc 4

Chương II Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển 5

1 Sơ đồ mạch đông lực 5

2 Sơ đồ mạch điều khiển 6

Chương III Nguyên lí hoạt động 7

1 Sơ đồ 7

2 Hoạt động 7

3 Bảo vệ 8

Chương IV Tính điện trở khởi động 9

1 Tính toán điện trở khởi động cho động cơ đồng bộ 3 pha roto dây quấn 9

Chương V Tính chọn thiết bị 12

Chương VI Sơ đồ đi dây 13

Chương I Tính chọn động cơ

1 Công suất kéo tải định mức

1

1

0,85

F V t f V

Trong đó: -F1 = Wt.f (KN) là lực cản của bánh xe

-Wt: tải trọng đè lên bánh xe

- f = 0,05 là hệ số ma sát lăn

2 Công suất bù nâng hạ

2

2

.

F V

P





Trong đó: -F2 là lực cản của cơ cấu nâng

- làhiệusuấtcủa cơ cấu truyền

-F2 là lực cản của cơ cấu nâng (1,5- 4 Kw) Chọn F2=2 kN

2

2.0, 6

0,85

3 Công suất bù sức cản của gió

3

3

F V

P





Trong dó: F3 = 2,5.A.q là lực cản gió

q: lực tác dụng trên đơnvịdiệntích

ó 2 16

gi

V

q  chọn ó

2

gi

V =30 km/h= 8,3m/s 1 8,32 43 / 2

1, 6

A: Diện tích tác dụng của gió, theo kinh nghiệm ta chọnA0,5m2

Với tổng trọng tải 27,75tấn =>A13,9m2

3

3 3

2,5.13,9.43 1,5( ) 1,5.10 0, 6

1, 06( ) 0,85

4 Công suất gia tốc

Chọn động cơ có n= 1450 vg/ph, J=8kg/ 2

+phần quay:

4

4

.2 5.145 2

30( )

9550 60 .9550 60.6.9550

a

t

+phần tịnh tiến:

5

5

W 27, 75.10 10.0, 6

11( ) 0,85

F V t V

5 Chọn công suất động cơ

P1+P2+P3=9,8+1,4+1,06=12,26(kw)

25, 6( ) 2

kw f

 Pdc= 25,6 (Kw)

Ta chọn động cơ Việt- Hung có các thông số như sau:

+điệnápstato  / : 380/660(V) + điện áp roto: 228V

+Dòngđiệnstato  / : 59/34 (A) +dòng điện roto: 83A

6 Chọn hộp giảm tốc

- chọn hộp giảm tốc có đường kính : Dt=0,3m

=> Tỉ số truyền:

1460.3,14.0, 3

38, 2 36

dm dm

n Dt i

V



Ta chọn hộp giảm tốc TSUBAKI 30KW

Tỉ số truyền:i= 38

Hiệu suất: 85%

Momen đầu tạo trụ max: 30000N.m

kiểu nắp: nắp chân đế

Xuất xứ: Japan

Chương II Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển

1 Sơ đồ mạch đông lực

R6

R5 R4 R3 R2 R1

G6 G5 G4 G3 G2 G1

AT CD

2 Sơ đồ mạch điều khiển

4' 3' 2' 1' 0 1 2 3 4

K0

K0

RN

K1

K2

AT

K0

KP

K2

K1

RD

G1

Rth1

Rth1 G2

Rth2

G5 G6 Rth4

Rth5

Rth4 Rth5

G2 G4 G5

KP K1

K2

CT1

CT2

Chương III Nguyên lí hoạt động

1 Sơ đồ

- AT: aptomat

-CC: cầu chì

-RN: rơle nhiệt

-CT1, CT2: các tiếp điểm của công tắc hành trình

-Rth1, Rth2, Rth3, Rth4, Rth5: các rơle thời gian

-KP: rơle phanh

2 Hoạt động

- khi tay trang ở vị trí 0, ko có điện cấp điện cho mạch điều khiển,mạch điều khiển sẵn sàng hoạt động

- khi gạt tay trang sang vị trí 1:

+cuộn dây của rơle K1 có điện, đóng các tiếp điểm K1 bên mạch động lực đồng thời KP có điện các tiếp điểm Kp bên mạch động lực cũng được đóng lại,

+phanh nhả ra và động cơ quay thuận ở cấp tốc độ 1(đưa tất cả các cấp điện trở vào)

-Gạt tay trang sang vị trí 2:

+các cuộn dây của RD, G1 và Rth1 có điện

+tiếp điểm RD được đóng lại

+tiếp điểm G1 bên mạch động lực đóng lại loại bớt điện trở R1 ra, động cơ quay ở cấp tốc độ 2

-Gạt tay trang sang vị trí 3

+lúc này.sau 1 thời gian tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 đóng lại

+G2 và Rth2 có điện, các tiếp điểm của G2 đóng lại cấp điện cho Rth3 đồng thời bên mạch động lực được loại bỏ bớt điện trở R2

+sau 1 thời gian tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth3 đóng lại, G3 có điện lại điện trở R3 bên mạch động lực, lúc này động cơ quay nhah hơn ở cấp tốc độ 3

-Gạt tay trang sang vị trí 4:

+Lúc này tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth2 đóng lại, cấp điện cho G4

+Tiếp điểm của G4 đóng lại, loại bớt điện chở R4, đồng thời Rth4 có điện

+sau 1 thời gian G5 có điện G5 có điện sẽ loại bớt điện trở R5, đồng thời Rth5 có điện, sau 1 thời gian G6 có điện G6 có điện động cơ sẽ chạy ở cấp tốc độ 4

-tương tự khi tay trang ở các vị trí 1’, 2’, 3’, 4’, lúc này công tắc tơ K2 có điện và động cơ quay ngược lại với các cấp tốc độ tương ứng giông khi quay thuận

3 Bảo vệ

- Ta có các thiết bị bảo vệ là: aptomat, cầu chì và rơ le nhiệt

Chương IV Tính điện trở khởi động

1 Tính toán điện trở khởi động cho động cơ đồng bộ 3 pha roto dây quấn

- Thông số của động cơ:

𝑃đ𝑚 = 30 (𝑘𝑤); 𝑈đ𝑚 = 660 (𝑉); 𝐼1đ𝑚 =59(A)

𝑅1 = 0,0.14(Ω); 𝑅2 = 0,12(Ω) ; 𝑋1 = 1,87(Ω); 𝑋2 = 2,74(Ω)

𝑆đ𝑚 = 0,025; 𝑛đ𝑚 = 1460 (𝑣𝑔/𝑝ℎ)

𝜂 = 90,5%; 𝑃 = 2

- Phương trình đặc tính cơ gần đúng:

- Bước 1:

+ Tính𝑀đ𝑚, 𝑀𝑡ℎ:

thay số ta được:

𝑀đ𝑚 = 197 (N m)

𝑀𝑡ℎ =741(N.m)

+ Chọn dải khởi động:

𝑀𝑘đ𝑚𝑖𝑛 = (1,1 − 1,5)𝑀đ𝑚

𝑀𝑘đ𝑚𝑎𝑥 = (0,7 − 0,9)𝑀𝑡ℎ

- Bước 2: Vẽ họ đặc tính khởi

động giả định:

- Bước 3:

+ Lập tỷ số:

𝜆 =𝑀𝑘đ𝑚𝑎𝑥

𝑀𝑘đ𝑚𝑖𝑛 = 2,27 + Tính điện trở khởi động toàn phần:

thay số: 𝑅𝑡𝑝 = 8,5(Ω)

- Bước 4:

+ Tính giá trị các điện trở khởi động:

+ Tiến hành so sánh với giá trị điện trở

Toàn phàn, đến khi nào lớn hơn thì

dừng lại, ta có các kết quả:𝑅1 = 0,186(Ω)

𝑅2 = 0,4225(Ω)

𝑅3 = 0,96(Ω)

𝑅4 = 2,18(Ω)

𝑅5 = 4,94(Ω)

𝑅6 = 11,2(Ω)

- Bước 5:

+ Tính giá trị các cấp điện trở khởi động:

n n1

0

TN 4

6

3 5

7

M

1 2

R1

R 1 +R2 R3+R2+R1

Mth

Thay số ta được: 𝑅𝑝1 = 0,104(Ω)

𝑅2 = 0,3185(Ω)

𝑅3 = 0,6415(Ω)

𝑅4 = 1,54(Ω)

𝑅5 = 3,405(Ω)

𝑅6 = 6,28(Ω)

- Bước 6:

+ Quy đổi các điện trở phụ về giá trị thực:

𝑅𝑝𝑡 = 𝑅𝑝

𝑘𝑒 𝑘𝑖

⟹ 𝑅𝑝𝑡1 = 0,09(Ω)

⟹ 𝑅𝑝𝑡2 = 0,27(Ω)

⟹ 𝑅𝑝𝑡3 = 0,54(Ω)

⟹ 𝑅𝑝𝑡4 = 1,3(Ω)

⟹ 𝑅𝑝𝑡5 = 2,9(Ω)

⟹ 𝑅𝑝𝑡6 = 5,3(Ω)

-Kết luân:

+với vị trí 1(hoặc 1’) tốc độ tải là 24 (m/phút) với hệ số trượt là s=0,3

+với vị trí 2 (hoặc 2’) tốc độ tải là 30(m/phút) với hệ số trượt là s=0,16

+với vị trí 3(hoặc 3’) tốc độ tải là 33 (m/phút) với hệ số trượt là s=0,08

+với vị trí 4(hoặc 4’) tốc độ tải là 36(m/phút) với hệ số trượt là s=0,025

Chương V Tính chọn thiết bị

- Tính toán đường dây, cáct hiết bị điện

Với động cơ có P=30kW, ta có:

Idm= 𝑃

𝑈√3  𝑐𝑜𝑠 =380.√3.0,86.0,90530000 =58,6(A)

Tính chọn aptomat

UdmA≥Udmlv=400V

IdmA≥Itảidm .chọn IdmA=1,3Idm=76,18(A)

- Chọn aptomat 3 cực loại G4CB30100C do Clipsal sản xuất có thông số: Điện áp 230/400V, Idm=100A, INdm=6kA

- Tính chọn relay nhiệt có:Ilv≥ (1,3÷ 1,5)Idm

Chọn Ilv=1,5Idm=1,5.58,6=80A

- Lựa chọn relay nhiệt LSMT-95 của hang LS có xuất xứ Hàn Quốc có dải hoạt động từ 63-85A

- Lựa chọn dây nguồn

Ta có: Itảidm=58,6A

Lựa chọn cáp đồng 4 lõi PVC (3x7+1x2,3) có Itt=120A, kí hiệu CVV do

CADIVI chế tạo

Giả sử môi trường làm việc ở 30oC, tra sổ tay có hiệu số hiệu chỉnh nhiệt độ

k1=0.94; k2=0,75

Khi bảo vệ bằng aptomat có:

K1.k2.Itt ≥ 1,25.𝐼𝑑𝑚𝐴

1,5  0,75.0,94.120≥ 1,25.100

1,5

<=> 84,6≥83,3

Vậy lựa chọn dây phù hợp

Chương VI Sơ đồ đi dây

2

1 3

8 4

7 5

6

2

1 3

8 4

7 5

6

2

1 3

8 4

7 5

6

2

1 3

8 4

7 5

6

2

1 3

8 4

7 5

6

1

2

3

4

5

KP

G1

G2

G3

G4

G5

G6

4 3 2 1 0 AT

AT RD RN

K2

K1

A B C N