Đồ án truyền động điện quang thắng lộc

Trong đồ án Truyền Động Điện em đã được giao cho đồ án 21 với đề tài: “Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục” với các thông số yêu cầu như sau:  Chiều cao nâng: 10 m giáo

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.2 Cấu tạo của cầu trục 3

1.3 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của cầu trục 5

1.4 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục 6

CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 7

2.1 Tính toán phụ tải chính 7

2.1.1 Tính toán tĩnh khi nâng tải 7

2.1.2 Phụ tải tĩnh khi hạ tải 8

2.2 Tính chọn động cơ 9

2.2.1 Lựa chọn các thông số 10

2.2.2 Xác định phụ tải tĩnh 10

2.2.3 Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha dây quấn kiểu KQ112L6 14

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 18

3.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 18

3.2 Lựa chọn phương án truyền động 22

3.2.1 Phương án truyền động trực tiếp ( Bộ điều khiển đảo chiều quay của động cơ ba pha bằng khởi động từ kép) 22

3.2.2 Phương án truyền động sử dụng biến tần 25

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH LỰC 31

LỜI NÓI ĐẦU

Trong ngành công nghiệp nói chung để giải quyết một số công việc khó khăn với cona người như việc vận chuyển các nguyên vật liệu, hàng hóa nặng nhọc,trong môi trường khắc nghiệt thì rất cần đến sự trợ giúp của các loại máy móc công nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục

Trong đồ án Truyền Động Điện em đã được giao cho đồ án 21 với đề tài: “Thiết kế

hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục” với các thông số yêu cầu như sau:

 Chiều cao nâng: 10 m

giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè Đặc biệt là sự giúp đỡ của Thạc sỹ Phạm Hoàng Nam và các thầy cô giáo công tác trong Viện kỹ thuật và công nghệ

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC 1.1 Giới thiệu chung

Cầu trục là một trong những thiết thiết bị nâng hạ gồm hai chuyển động chính (ngang, dọc trên cao nhà xưởng) để đảm bảo các thao tác nâng hạ, di chuyển tải trong không gian làm việc của cầu trục trong nhà xưởng

Việc sử dung cầu trục rất tiện lợi cho việc bốc, xếp hàng hóa các vật có tải trọng lớn, kích thước cồng kềnh (sắt, thép, bê tông )

Cầu trục được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau như trongcác nhà máy, xí nghiệp, công trường xây dựng, hải cảng

Phân loại cầu trục:

- Loại trung bình : TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy trong một giờ là 120

- Loại nặng : TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy trong một giờ >240

 Theo chức năng:

- Cầu trục vận chuyển : dùng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao

- Cầu trục lắp ráp : phần lớn nằm trong các nhà máy, xí nghiệp , dùng để lắpráp các chi tiết máy móc có yêu cầu độ chính xác cao

1.2 Cấu tạo của cầu trục

Là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm một dầmchính 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 haidầm ngang tạo thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh xecủa cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọcsuốt nhà xưởng một cách dễ dàng

Hình 1.1 Cấu tạo cầu trục

14 Hành lang bảo dưỡng

15 Lan can an toàn Cầu trục được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: xe cầu, xe con và cơ cấu nâng hạ

 Xe cầu: có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép, đặt cách nhau

một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con Hai đầu cầu đượcliên kết cơ khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật trongmặt phẳng ngang

Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữnhật , tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng

 Xe con: là thiết bị được đặt trên xe cầu và dịch chuyển trên chiều dài của xe

cầu

 Cơ cấu nâng hạ: được đặt trên xe con và đóng vai trò nâng hạ hàng hóa.

Nhờ cấu tạo như trên mà cầu trục có thể di chuyển phụ tải theo 3 phương phủ kín mặtbằng nhà xưởng:

- Chuyển động dọc theo phân xưởng , nhờ chuyển động của xe cầu

- Chuyển động ngang theo phân xưởng , nhờ chuyển động của xe con

- Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động của cơ cấu nâng hạ

1.3 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của cầu trục

Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở hải cảng, trong cácnhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ

truyền động và trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiệnnghiệt ngã của môi trường

Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng Nhất là

cơ cấu nâng hạ , mô men thay đổi rõ rệt Khi không có tải trọng mô men động cơkhông vượt quá (15 - 20 )% M đm Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục ngoạm đạt tới50%M đm Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng (30-50)%M đm Đối với động cơ dichuyển xe con bằng (30-35 )%M đm, đối với động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55 )%

M đm

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục yêu cầu quá trình tăng và giảmtốc xảy ra rất êm Bởi vậy mô men động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo

kĩ thuật an toàn

Năng suất cầu trục được quyết định bởi hai yếu tố : tải trọng của các thiết bị và

số chu kì bốc xúc trong một giờ Số lượng hành hoá bốc xúc trong mỗi một chu kìkhông như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức nên phụ tải với động cơ chỉ đạt (60 -

70 )% công suất của động cơ

Các động cơ truyền động điện đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có tần sốđóng điện lớn Đa số các cầu trục đều làm việc trong điều kiện môi trường nặng nề,chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy , hãm và đảo chiều

Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu công nghệ ,chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất

đa dạng Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ thống truyền động điện phảiphù hợp với từng loại cụ thể

Từ những đặc điểm trên ta có những yêu cầu cơ bản với hệ thống truyền động chocác cơ cấu của cầu trục như sau:

- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản

- Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễ dàng

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

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

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

- Có công tắc hành trình hạn chế quá trình tiến,lùi cho xe cẩu , xe con và hạn chếhành trình lên xuống của cơ cấu nâng hạ

- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp

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

1.4 Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục

Momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quaycủa động cơ thay đổi thế nào Nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộcloại momen cản thế năng, có đặc tính Mc = constant và không phụ thuộc vào chiềuquay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây

quay Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướngtheo chiều quay của động cơ.

Khi nâng tải động cơ làm việc ở chế độ động cơ

Khi hạ tải có thể có hai chế độ: hạ động lực và hạ hãm

- Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó mômen do tải trọng gây ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ

- Hạ hãm thực hiện khi tải trọng lớn, khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ với tốc độ

ổn định

Đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ: làm việc ở chế độ ngăn hạn lặp lại, thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định

CHƯƠNG 2 : TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 2.1 Tính toán phụ tải chính

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu do tải trọng quyết định Để xác định phụtải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ

2.1.1 Tính toán tĩnh khi nâng tải

Momen trục động cơ khi có tải

M n=(G+G0)R t

u i μ c

Trong đó:

G - là trọng lượng của tải

G0 - là trọng lượng của bộ lấy tải

n - là tốc độ quay của động cơ

Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:

Hình 2.1.1 Quan hệ phụ thuộc μ c theo tải trọngKhi nâng không tải

Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó momen do tải trọng gây ra không

đủ để thắng ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ

Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó, momen do tải trọng gây ra rất lớn.Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng hạ với tốc độ ổn định ( hạkhông có gia tốc )

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là Mt thì:

M h : momen trên trục động cơ khi hạ tải

∆ M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động

μ h :hiệu suất cơ cấu khi hạ tảiNếu M t>∆ M: hạ hãm

M t<∆ M : hạ động lựcCoi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải là như nhau thì:

Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc; so với động cơmột chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắcchắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp lưới điện xoaychiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo

- Nhược điểm: điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn;riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động

cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều

- Ưu điểm: khả năng chịu quá tải lớn, có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấutrúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điềuchỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Nhược điểm: so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiềucùng cỡ thì giá thành đắt hơn, do cấu tạo có hệ thống chổi than cổ góp nên việc bảodưỡng phải thường xuyên hơn

Kết luận : Từ những phân tích nêu trên em chọn loại động cơ xoay chiều không đồng bộ vì những ưu điểm cấu tạo đơn giản,vận hành tin cậy và chắc chắn và đặc biệt

là có thể dùng trực tiếp lưới xoay chiều ba pha

Gia tốc cực đại khi nâng: a max=0,5 m/s

Bội số của hệ thống ròng rọc: u=2

2.2.2 Xác định phụ tải tĩnh.

+ Khi nâng có tải: v n=0,35 m/s

Momen trục động cơ khi nâng có tải là:

Momen trục động cơ khi hạ có tải là:

Momen trục động cơ khi nâng không tải là:

M n 0=G0 R t

u i u c=

50.0,25 9,812.10 0 82 =7.48(N m)

Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải là:

+ Khi hạ không có tải

Momen trục động cơ khi hạ không tải:

+ Thời gian hạ có tải:

t h=h

v h=

100,35=28,571(s)

+ Thời gian nâng,hạ không tải:

TNHH động cơ điện Việt Hung với các số liệu như sau:

kd dm

M

M  2-Tỷ số dòng khởi động: 7

kd dm

Hình 2.2.1b Động cơ không đồng bộ 3pha kiểu KQ112L6 2.2.3 Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha dây quấn kiểu KQ112L6 2.2.3.1 Cấu tạo

Hình 2.2.3.1 a,Cấu tạo của động cơ không đồng bộ

Phần tĩnh ( stato)

Hình 2.2.3.1b Stato máy điện không đồng bộ

- Vỏ máy: để cố định lõi thép và dây quấn, không dùng làm mạch dẫn

từ.Thường làm bằng gang hay thép tấm hàn lại

- Lõi thép: là phần dẫn từ,được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại

0,35-Phần quay ( Roto)

Lõi thép: dẫn từ, làm bằng những lá thép kỹ thuật điện, phía ngoài có xẻ rãnh.Dây quấn:

Roto dây quấn: quấn giống stato

2.2.3.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha dây quấn kiểu KQ112L6

Khi ta cho dòng điện ba pha tần số vào dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ

1 1

đm

đm đm

 

1 1

30001

p f

rad s p

đm đm

n n S

và điện áp lưới hoàn toàn đối xứng

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ biểu diễn mối quan hệ giữamomen quay và tốc độ của động cơ có dạng:

' 2

1 2 2 2 o

'

2 nm 1

3U M

Với những giá trị khác nhau, phương trình cho những giá trị của M Đường biểudiễn M= f(s) trên trục tọa độ, đó là đường đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiềukhông đồng bộ ba pha.

Hình 2.2.3.2 Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 3 pha

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K Tại điểm đó:

3U M



Vì ta đang xem xét trong giới hạn 0 ≤ s ≤ 1 ( chế độ động cơ ) nên giá trị sth và

Mth của đặc tính cơ trên hình ứng với dấu (+)

Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều KĐB là một đường cong phức tạp cóhai đoạn AK và BK, phân bởi điểm tới hạn K Đoạn AK gần thẳng và cứng Trên đoạnnày momen động cơ tăng khi tốc độ giảm và ngược lại Do vậy động cơ làm việc trênđoạn này sẽ ổn định Đoạn BK cong với độ dốc dương Trên đoạn này động cơ làmviệc không ổn định

Trên đường đặc tính cơ tự nhiên, điểm B ứng với tốc độ  0 1   s  vàmomen mở máy:

2 f p

  

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

3.1 Các ph ương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba ng pháp đi u ch nh t c đ đ ng c không đ ng b ba ều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba ỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba ốc độ động cơ không đồng bộ ba ộ động cơ không đồng bộ ba ộ động cơ không đồng bộ ba ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba ồng bộ ba ộ động cơ không đồng bộ ba pha

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như:

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch roto Rf

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa

- Điều chỉnh bằng cách điều chỉnh công suất trượt

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

Trong các phương pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần

số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất, đạt đến mức độtương đương như điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phầnứng Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần sốđang ngày càng phát triển Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh động cơkhông đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn.Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn và

số đôi cực từ theo công thức:

1 o

2 f p

giảm, trở kháng của động cơ giảm theo ( X=2πfL ) Kết quả là làm cho dòng điện và từfL ) Kết quả là làm cho dòng điện và từthông của động cơ tăng lên Nếu điện áp nguồn cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bịbão hòa và động cơ không làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy được hết côngsuất Vì vậy người ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần có một luật điều khiển nào

đó sao cho từ thông của động cơ không đổi Từ thông này có thế là từ thông stato Φ1,

từ thông của roto Φ2, hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φµ Vì momen động cơ tỉ lệvới từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông không đổi cũng làm giữcho momen không đổi Có thể kể ra các luật điều khiển như sau:

- Luật U/f không đổi: U/f = const

- Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const

- Luật dòng điện không tải không đổi: Io = const

- Luật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc: I1 = f(Δω))

2 Phương pháp điều chỉnh U/f = const

Sức điện động của cuộn dây stato E1 tỷ lệ với từ thông Φ1 và tần số f1 theobiều thức:

1 K f1 1 U1 I Z1 1

E     

Từ (1-14) nếu bỏ qua trên tổng trở stato Z1, ta có E1 ≈ U1, do đó:

1 1

1

U K f

 

Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U1/f1 không đổi Trong phươngpháp U/f = const thì tỷ số U1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ số này ở định mức Cầnlưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm tăng sụt áp trên điện trở stato dẫnđến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm Do đó động cơ không hoàn toàn làm việc

ở chế độ từ thông không đổi

Ta có công thức tính momen cơ của động cơ như sau:

2 1

2

0 1

' 2

'

'

3U R / sM

'

3UM

2 (R  R (X X ))



Khi hoạt động ở chế độ định mức:

2 1dm dm

2

' 2 '

m '

3U R / sM

'

3UM



Ta có công thức sau: