Đồ án chuyên ngành truyền động một chiều

Chúng cũng đảmnhận vẫn chuyển một khối lượng hàng hóa lớn, nguyên vật liệu, sản phẩm trong một phânxưởng, giữa các phân xưởng của một nhà máy hoặc một dây chuyển sản xuất tự động… Trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

Chương 1:

Chương 3:

Hình 3 1 Sơ đồ khối mạch điều khiển

Hình 3 2 Sơ đồ khối và đồ thị khâu đồng pha

Hình 3 3 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu tạo điện áp răng cưa

Hình 3 4 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu so sánh

Hình 3 5 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu tạo xung

Hình 3 6 Sơ đồ nguyên lý khâu tách xung

Hình 3 7 Đồ thị làm việc khâu tách xung

Hình 3 8 Sơ đồ nguyên lý khâu khuếch đại xung

Hình 3 9 Sơ đầu nguyên lý mạch điều khiển của một pha

Hình 3 10 Đồ thị làm việc mạch điều khiển

Chương 4:

Hình 4.7 Đồ thị tốc độ và dòng điện……… 35Hình 4.8 Đồ thị thu được khi có khâu hạn chế dòng……….36

LỜI NÓI ĐẦU

Các máy nâng – vận chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong việc cơ giới hóa và tựđộng hóa các quá trình sản xuất cũng như các phương tiện tạo tiện nghi Chúng cũng đảmnhận vẫn chuyển một khối lượng hàng hóa lớn, nguyên vật liệu, sản phẩm trong một phânxưởng, giữa các phân xưởng của một nhà máy hoặc một dây chuyển sản xuất tự động…

Trong khai thác khoáng sản, trên các công trình thủy lợi, thủy điện, trong xây dựng,trong các nhà máy chế tạo cơ khí, sản xuất ô tô, máy bay,… Máy nâng – vận chuyển đónggóp rất lớn vào việc tăng năng suất lao động, giảm thời gian thi công, giảm lao động thủcông nặng nhọc, thay đổi hình thức lao động Trong các nhà ở cao tầng, các văn phòng tậptrung, các siêu thị, nhà ga máy bay, nhà ga xe điện ngầm, các máy nâng – vận chuyển giúpchuyển hành khác – hàng hóa nhanh chóng, thuận tiện Như vậy, các máy nâng – vận chuyển

là các máy mà hiện nay không thể thiếu được trong mọi nhành sản xuất cũng như trong sinhhoạt hằng ngày

Bộ môn Tự động hóa đã đưa ra đề tài đồ án chuyên ngành là “ Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu xe cầu- cần trục sử dụng động cơ điện 1 chiều” Đồ án này giúp chúng

em tổng hợp lại những kiến thức về truyền động điện, máy điện, điện tử công suất …

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy TS.Nguyễn Mạnh Tiến em đã tiến hành nghiên

cứu và thiết kế đề tài

Trong quá trình hoàn thiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên khôngthể tránh khỏi những sai sót, kinh mong các thầy cô đóng góp ý kiến để hoàn thiện đề tàihơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ TRUYỀN ĐỘNG

độ ) giữa hai đường ray đó

Các cơ cấu của đảm bảo 3 chuyển động:

• Nâng hạ vật

• Di chuyển xe con

• Di chuyển xe cầu

1.1.2 Đặc điểm cấu tạo của cầu trục

Dầm cầu được gọi là dầm chính, thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một hoặchai dầm Trên dầm có xe con và cơ cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm chính Hai đầu dầmchính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu Trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe:cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe bị động

Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện Dẫn động bằng tay chủyếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, khôngđòi hỏi năng suất và tốc độ cao

Cầu trục thường được chế tạo với các thông số:

Tải trọng nâng: Q = 1 ÷ 500 tấn

Chiều cao nâng: Hmax = 16 m

Vận tốc nâng: Vn = 2 ÷ 40 m/phút

Vận tốc di chuyển xe con: Vxmax = 60 m/phút

Vận tốc di chuyển cầu trục:Vcmax = 60 m/phút

Cầu trục có Q > 10 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng, gồm một cơcấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ, được lắp trên xe con.

1.1.3 Phân loại

Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng:

• Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn

• Cầu trục dùng gầu ngoạm

• Cầu trục dùng nam châm điện

• Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt trong một giờ là 60

• Loại trung bình: TĐ%= 15÷25% , số lần đóng cắt trong một giờ là 120

• Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240.Theo chức năng:

• Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ chính xác không cao

• Cầu trục lắp ráp: sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính xáccao

1.1.4 Cấu tạo

Hình 1 1 Cấu tạo cầu trục

Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm 3 bộ phận chính:

Xe cầu : là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm mộtdầm chính chế tạo bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách củabánh xe con, bao quanh là một dàn khung Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầmngang tạo thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh xe của cầu trụcđược thiết kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọc suốt nhà xưởng mộtcách dễ dàng

Xe con : là bộ phận chuyển động trên đường ray trên xe cầu, trên đó có đặt cơ cấu nâng

hạ và cơ cấu di chuyển cho xe con Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có mộthoặc hai, ba cơ cấu nâng hạ, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ

Xe con di chuyển trên xe cầu và xe cầu di chuyển dọc theo phân xưởng hoặc nhà máy sẽ đápứng việc vận chuyển hàng hóa đến mọi nơi trong phân xưởng

Cơ cấu nâng - hạ

Có hai loại chính:

Loại dùng cho cầu trục một dầm là palăng điện hoặc palăng tay Palăng điện haypalăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật Các loại palăngnày được chế tạo theo tải trọng và tốc độ nâng yêu cầu

Đối với các loại dầm thông thường, các cơ cấu nâng hạ được chế tạo và đặt trên xe con

để có thể di chuyển dọc theo dầm chính Trên xe con có từ một đến ba cơ cấu nâng hạ

Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm (hình 1.2) Phanh dùng trong dùng trong cầu trục có

ba loại: phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai Nguyên lí hoạt động của các loại phanh này cơbản giống nhau Cơ cấu phanh hãm gồm có:

Ngoài ra, tùy theo quá trình công nghệ mà ta có một số yêu cầu như:

Cầu trục vận chuyển được sử dụng rộng rãi, yêu cầu về độ chính xác không cao

Cầu trục lắp ráp thường được sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, dùng để lắp ghépcác chi tiết cơ khí nên yêu cầu độ chính xác cao.Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thốngphải làm việc tin cậy để nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác

Từ những đặc điểm trên có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống và trang

bị điện của cơ cấu:

Các phần tử cấu thành của hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậycao

Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ quá tải và ngắnmạch

Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn

Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ rieng biệt, độc lập

Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hànhtrình lên của cơ cấu nâng hạ

Đảm bảo hạ hang ở tốc độ thấp

Tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu

1.3 Yêu cầu về truyền động

Đặc tính phụ tải: Trong quá trình làm việc thì Momen không đổi

Động cơ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ, hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Trong các hệ thống xe cầu-cầu trục yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm.Bởi vậy, momen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật antoàn Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s Sử dụng phanh hãm khi chuẩn bị dừng và khi mấtđiện phanh hãm phải dừng hệ truyền động ở hiện trạng,

Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất điệnhay xảy ra sự cố đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị Để đảm bảo điều này,trong sơ đồ điều khiển phải có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu.Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột thì phải dừng chính xác

Yêu cầu về nguồn và trang bị điện:

Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380/220V, mạng một chiều hay dùng là 220V, 44V.Điện áp chiếu sang không vượt quá 220V Đa số làm việc trong môi trường nặng nề, đặc biệttrong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa

Chương 2

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC

2.1 Tính chọn công suất động cơ

Trong một hệ thống thì thành phần quan trọng nhất là động cơ truyền động, nó lànguồn động lực cho hệ thống, chất lượng làm việc của hệ thống cả về mặt kinh tế và kĩ thuậtphụ thuộc rất mạnh mẽ vào động cơ được chọn truyền động và nhiều khi nó còn ảnh hưởngđến sự hoạt động chung của các hệ thống khác Động cơ được chọn phải yêu cầu đáp ứngđược các chỉ tiêu kĩ thuật sau:

- Động cơ phải có đủ công suất để có thể thực hiện được yêu cầu của truyền động

- Có tốc độ, phạm vi điều chỉnh tốc độ phù hợp yêu cầu với một phương án truyền động tương ứng

- Thỏa mãn các yêu cầu về mở máy và hãm động cơ

Tính chọn công suất động cơ xe cầu cầu trục

Thông số đã cho ban đầu :

Hệ số ma sát cổ trục bánh xe (µ

Thời gian dừng lấy tải ( lt

Dời điểm đặt về vành bánh xe:

Suy ra toàn bộ lực đặt lên bánh xe:

(k là hệ số dự trữ): Xét cho cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường raytính lực cản ma sátgiữa mép bánh xe và đường ray, k=2

Công suất và moment trên trục động cơ

Từ hai trường hợp tính toán

Số nhánh song song của phần ứng: 2

Vòng dây 1 cực của cuộn song song: 1650

Từ thông hữu ích của 1 cực: 7,7Wb

Dòng kích từ song song định mức: 0,91A

Tốc độ quay cho phép cực đại: 1500 vòng/phút

2.2 Tính chọn van mạch lực

Các van trong mạch chỉnh lưu công suất thường phải làm việc với dòng điện lớn, điện

áp cao, công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh vì vậy việc tính chọn van phải hợp lý mới đảmbảo mạch hoạt động tin cậy

Khi chọn van ta dựa vào 2 chỉ tiêu chính:

- Chỉ tiêu về dòng điện.

- Chỉ tiêu về điện áp

a Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện

Khi đã biết tham số về dòng điện tải định mức hoặc lớn nhất, đồng thời cũng đãchọn được phương án sơ đồ chỉnh lưu, để xác định giá trị trung bình dòng điện thực

tế qua từng van ta chọn van theo nguyên tắc:

Trong đó:

- : dòng trung bình của van được chọn

- : hệ số dự trữ về dòng điện cho van Với các tải ổn định và dòng qua van dưới100A chỉ cần có = 1,2 ÷ 1,4 Chọn = 1,4

- = 6 (A)

Vậy trị số dòng trung bình qua van:

= 1,2.6 = 7,2 (A)Vấn đề thoát nhiệt làm mát cho van:

Vấn đề làm mát cho van đặc biệt quan trọng nên các nhà chế tạo bao giờ cũng có chỉ dẫn cụ thể về tản nhiệt chuẩn cho từng loại van với những điều kiện làm mát tiêu chuẩn

Có 3 phương pháp thoát nhiệt cho van:

- Làm mát tự nhiên

- Làm mát bằng quạt gió

- Làm mát bằng nước tuần hoàn

Với đặc thù bài toán chỉ dùng các van với dòng nhỏ dưới vài chục Ampe Vì vậy

ta chọn phương pháp làm mát tự nhiên với hệ số dự trữ k=3

 =7,2.3=21,6(A)

b Chọn van theo chỉ tiêu điệ,n áp

Chọn van theo chỉ tiêu điện áp cần biết điện áp ngược làm việc lớn nhất của van, rồi sau đó cũng theo nguyên tắc điện áp của van được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

• – độ sụt áp trên máy biến áp, thường khoảng (5 ÷ 10) % điện áp tải định mức.

Do đó chọn độ sụt áp trên máy biến áp bằng 5%

= 5%(V)

• – sụt áp trung bình trên van ;Với mạch chỉnh lưu cầu ba pha tại một thời điểm

có hai van dẫn, độ sụt áp trên mỗi van khoảng 1,5 ÷ 3 (V), chọn = 1,7 (V) Do

đó tổng sụt áp trên các van là 3,4 (V)

Thay vào ta có điện áp chỉnh lưu:

= 220 + 5%.220 + 2.1,7 = 234,4 (V)

Ở chế độ định mức, tương ứng với góc , điện áp chỉnh lưu định mức là:

thường chọn trong khoảng 100̊ ÷ 180̊ , chọn =100̊

=> = 238 (V)

Ta có: => = 101,72 (V)

Điện áp làm việc lớn nhất:

= 249 (V)Thay và vào biểu thức ta có:

= 1,8.249 = 449 (V)

Từ hai chỉ tiêu trên ta chọn thyristor theo [Phụ lục 2 – Bảng 2.2.2 – Sách hướngdẫn thiết kế điện tử công suất], ta chọn được Thyristor loại T86 N , nên chọn van cócấp điện áp tương ứng với cấp điện áp chịu được bằng 600 (V).

Các thông số của thyristor: T10-25

- Dòng điện trung bình cho phép :

- Dòng điện đỉnh:

- Tốc độ tăng dòng cực đại

- Sụt áp thuận trên van :

- Tốc độ hồi phục tính chất khóa trên van :

- Điện áp điều khiển: =4 (V)

- Dòng qua van: = 75 (A)

- : tần số góc của điện áp xoay chiều.

Với = 6 và = 0,0865 tra đồ thị hình 1.13 [TL – 1] ta được = 0,34

.=0,34.238 = 80,92(v)

= = 3,93

Chọn hệ số đập mạch ra = 0,2

Từ đó hệ số san bằng = 19,65

Với = 19,65 bộ lọc điện cảm được tính bởi:

- Công suất máy biến áp: =4,7 (kVA)

- Điện áp sơ cấp máy biến áp: =220 (V)

- Dòng điện sơ cấp: = 19 (A)

- Điện áp thứ cấp máy biến áp: =100,5 (V)

- Dòng điện thứ cấp: = 21,26 (A)

2.5 Bảo vệ van

Biện pháp bảo vệ thông dụng nhất hiện nay là dùng mạch RC mắc song song với van

và phải đặt càng gần van càng tốt, sao cho dây nối ngắn tối đa Thực chất về nguyên lý chỉcần tụ C, song vì khi van dẫn sẽ xuất hiện dòng phóng từ tụ C qua van làm nóng thêm chovan nên cần có điện trở R để hạn chế dòng điện này trong khoảng 10 ÷ 15 (A) Do việc xácđịnh trị số RC ở đây cũng phức tạp nên ta chọn theo kinh nghiệm thực tế: điện trở nằm trongkhoảng 10 ÷ 100 (Ω), còn tụ điện từ 0,1 ÷ 2 (μF)

Ta chọn: Điện trở R = 20 (Ω).

Tụ điện C = 0,47 (μF)

Chương 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Sơ đồ khối tạo xung điều khiển

Hình 3 1 Sơ đồ khối mạch điều khiển

Trong đó:

- Khâu đồng pha có chức năng đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của van lực nhắm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α Hình thành điện áp có dạng phù hợp với xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo điện áp tựa phía sau nó

- Khâu tạo điện áp răng cưa dùng để khắc phục nhược điểm của điện áp dạng hình sin, có nghĩa là nó ít bị ảnh hưởng của điện áp và tần số nguồn điện xoay chiều

- Khâu so sánh có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để định thời điểm phát xung điều khiển, thông thường đó là thời điểm khi hai điện áp này bằng nhau Nói cách khác, đây là khâu xác định góc điều khiển α

- Khâu tạo xung, sử dụng dạng xung chùm vì cho phép mở tốt van lực trong mọi trường hợp, với mọi dạng tải và nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tần số cao gấp nhiều lần lưới điện (fxc = 6 ÷ 12 kHz) Độ rộng của một

chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng (100 ÷ 130) độ điện, về nguyên tắc nó phảikết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều khiển đổi dấu sang âm.

- Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạng xung hình thành đến mức đủ mạnh để mở van lực Đa số thyristor mở chắc chắn khi xung điều khiển có = 5 ÷ 10 (V) và = 0,3 ÷ 1 (A) trong thời gian cỡ 100 μs Đầu ra của khâu khuếch đại xung sẽ nối với các cực G – K của thyristor, còn đầu vào nối với khâu tạo dạng xung

3.2 Sơ đồ các khâu và tính toán

3.2.1 Khâu đồng pha

Hình 3 2 Sơ đồ khối và đồ thị khâu đồng pha

Khâu đồng pha sử dụng mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điểm giữa (tia hai pha) dùngdiode , và tải cho chỉnh lưu này là điện trở

a.Nguyên lý làm việc

Điện áp sơ cấp của biến áp đồng pha lấy nguồn từ mạch lực đồng pha với thyristor cầndẫn

Điện áp thứ cấp của biến áp đồng pha được đưa vào chỉnh lưu hình tia hai nửa chu kỳtạo được điện áp nửa hình sin dương tại điểm Điện áp chỉnh lưu này được đưa vào cổng (+)(cổng không đảo) của khuếch đại thuật toán qua điện trở

Điện áp ngưỡng được đưa vào cổng (–) (cổng đảo) của , được cấp nguồn bởi điện trở ,biến trở để so sánh với điện áp dương Điện áp đồng bộ sẽ tuần theo quan hệ sau:

Trong khoảng thời gian từ (0 ÷ ) và ( ÷ ) thì dương hơn (lớn hơn) do đó tín hiệu ra ở

sẽ là tín hiệu của Do được đưa vào cổng (–) của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu ra âm

và bằng điện áp bão hòa của OA: = –

Trong khoảng thời gian từ ( ÷ ) thì dương hơn do đó tín hiệu ra sẽ là tín hiệu của , và

do được đưa vào cổng dương của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu ra dương và bằng điện

áp bão hòa của OA: = +

Vì vậy ta thấy được tín hiệu ra là một dãy xung hình chữ nhật

b.Tính toán

có giá trị chạy từ 1012V, chọn = 12V

R1=1020 chọn R1=15

Điện trở tải cho chinh lưu

Mạch so sánh tạo xung đồng bộ OA1: TL 081

Chọn dòng qua biến trở P1 và R4 là 1(mA)

Chọn

Chọn R4=10, P1=5

3.2.2 Khâu tạo điện áp răng cưa

a.Sơ đồ nguyên lý