Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu di chuyển xe con cầu trục giàn bốc xếp container thiết kế hệ truyền động điện dùng biến tần PWM cho cơ cấu di chuyển xe con

Với tầm quan trọng như vậy, việc tìm hiệu nắm vững nguyên tắc hoạtđộng cũng như quy trình vận hành cầu giàn container là một nhiệm vụ rấtquan trọng đối với những cán bộ quản lí, phụ trác

Mục lục

Chương 1 Tổng quan về cơ cấu di chuyển xe con cầu truc giàn xếp

container 3

1.1 Giới thiệu về cầu trục giàn xếp container 3

1.2 Trang bị điện điện tử cơ cấu di chuyển xe con cầu trục giàn bốc xếp bốc xếp Container 6

1.3 Sơ đồ điện của cơ cấu di chuyển xe con cầu trục giàn 8

1.4 Kết luận chương 1 12

Chương 2 Thiết kế điều khiển cơ cấu di chuyển xe con 13

2.1 Lựa chọn phương án cấp nguồn 13

2.2 Xây dựng bộ biến tần PWM 16

2.3 Kết luận chương 1 25

Chương 3 Tổng hợp mạch vòng điều khiển và mô phỏng hệ truyền động PWM - Động cơ 26

3.1 Tổng hợp mạch vòng điều khiển hệ truyền động PWM – Động cơ 26

3.2 Mô phỏng hệ truyền động điện PWM - Động cơ 37

3.3 Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện PWM - Động cơ 42

3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng 45

Kết luận 46

Tài liệu tham khảo 46

Lời giới thiệu

Trong công cuộc xây dựng chủ nghĩa xã hội, từng bước công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, nước ta đã thu được những thành tựu to lớn về kinh

-tế, xã hội Gắn liền với sự phát triển kinh tế là sự phát triển liên tục của giaothông vận tải nói chung và vận tải thuỷ nói riêng Trong sự phát triển đó, cáchải cảng đóng vai trò rất quan trọng

Trong các hình thức vận tải thì hình thức vận chuyển hàng hoá bằngcontainer là một hình thức vận chuyển tiên tiến, được áp dụng rộng rãi trênthế giới

Với tầm quan trọng như vậy, việc tìm hiệu nắm vững nguyên tắc hoạtđộng cũng như quy trình vận hành cầu giàn container là một nhiệm vụ rấtquan trọng đối với những cán bộ quản lí, phụ trách kĩ thuật, từ đó có thể đưa

ra các phương án khai thác, bảo dưỡng hợp lí các thiết bị trong hệ thống.Trong quá trình học tập môn trang bị điện em đã được giao đề tài thiết kếmôn học: “Nghiên cứu tổng quan về cơ cấu di chuyển xe con cầu trục giànbốc xếp container thiết kế hệ truyền động điện dùng biến tần PWM cho cơcấu di chuyển xe con”

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Hoàng Xuân Bình và các thầy côgiáo trong khoa cùng sự giúp đỡ của các bạn, em đã hoàn thành bản thiết kếnày Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã rất cố gắng nhưng do khả năng cóhạn nên bản thiết kế không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mongnhận được sự chỉ bảo đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để bản thiết

kế được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRANG BỊ ĐIỆN ĐIỆN TỬ CƠ CẤU

DI CHUYỂN XE CON CẦU TRỤC GIÀN BỐC XẾP CONTAINER 1.1 Giới thiệu về cầu trục giàn bốc xếp Container

1.1.1 Khái quát chung về cầu trục giàn bốc xếp Container

Cầu trục và cần trục làm nhiệm vụ chuyển dịch hàng hoá,vật tư, thiết bị từchỗ này sang chỗ khác Thí dụ trong xây dựng công trình công nghiệp cầutrục nâng các thiết bị công nghệ từ mặt đất lên cao để lắp đặt dây chuyền sảnxuất Trong nhà máy luyện kim cầu trục vận chuyển cuộn thép, phôi théphoặc các thùng nóng chảy để vào khuôn đúc Trong các nhà máy cơ khí cầutrục vận chuyển các phôi gia công để gá lắp lên máy hay vận chuyển các chitiết được gia công xong đưa sang công đoạn khác Trong cảng biển cầu trụcbốc dỡ hàng từ trên tàu xuống kho bãi hay vận chuyển hàng hoá xuất khẩu

từ kho bãi xuống tầu, vận chuyển các container, các máy móc xuất nhậpkhẩu qua đường biển.Như vậy cầu trục và cần trục giúp cho con người cơkhí hoá, tự động hoá bốc xếp làm giảm sức lao động, tăng năng suất vàchấtlượng

Điều này cho thấy trong bất kì lĩnh vực sản xuất nào cũng có sự tham giacầu trục và cần trục.Vì tính đa dạng của nó nên cấu tạo của cần trục và cầutrục cũng rất khác nhau.Tuy nhiên chúng có đặc điểm và các cơ cấu chungthí dụ : cầu trục có ba cơ cấu chính:cơ cấu nâng hạ, cơ cấu dịch chuyển dọc,

cơ cấu dịch chuyển ngang và một số cơ cấu phụ để lấy và giữ hàng

1.1.2 Phân loại cấu tạo cầu trục

*) Phân loại theo cấu trúc điều khiển

a Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, rơle, động cơ 1 chiều

b Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, rơle, động cơ khôngđồng bộ rôto lồng sóc

c Điều khiển cơ cấu chính bằng các côngtắctơ, rơle, động cơ khôngđồng bộ rôto dây quấn

d Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC – BBĐT - động cơ không đồngbộ.

e Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC – PWM - động cơ không đồngbộ

f Điều khiển cơ cấu chính bằng PLC – BBĐ - động cơ điện – phụ tảiđộng

*) Phân loại theo trọng tải nâng chuyển hàng hoá

a Cầu trục có tải trọng nhỏ: Trọng tải nâng chuyển từ 1-5 tấn

b Cầu trục có tải trọng trung bình:Trọng tải nâng chuyển từ 10-30 tấn

c Cầu trục có tải trọng lớn:Trọng tải nâng chuyển từ 30-60 tấn

d Cầu trục có tải trọng rất lớn: Trọng tải nâng chuyển từ 80-1200 tấn

*) Phân loại theo đặc điểm công tác

a) Cầu trục trang bị cho kho bãi và nhà xưởng

Cầu trục chạy trên ray trang bị cho kho hàng, các phân xưởng cơ khí.Cầutrục này có các cơ cấu điều khiển chuyển động chính: cơ cấu nâng hạ hàng,

cơ cấu di chuyển xe con,cơ cấu di chuyển giàn các cầu trục này thường đượcthiết kế điều khiển tại chỗ và từ xa

b) Cầu trục khung dầm hộp chạy trên đường ray

Cầu trục khung dầm thép dạng hộp chạy trên đường ray được trang bị chocảng biển, các nhà máy đóng tàu biển Loại này thường được thiết kế cótrọng tải nâng lớn, làm việc trong phạm vi quy định Gồm 3 cơ cấu điềukhiển chuyển động: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu dichuyển giàn

c) Cầu trục bốc xếp container

Cầu trục giàn bánh lốp xếp container có các cơ cấu điều khiển chuyểnđộng chính là: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu dichuyển giàn Việc cấp nguồn điện cho cầu trục hoạt động bằng diezen lai

máy phát điện đồng bộ Đặc điểm làm việc của cầu trục giàn bánh lốp là tính

cơ động, năng suất cao

d) Cầu trục chạy trên đường ray bốc xếp container có các cơ cấu điềukhiển chuyển động chính là: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con,

cơ cấu di chuyển giàn và cơ cấu nâng hạ giàn (nâng hạ côngson).Đặc điểmcông tác nổi bật của loại này là có tầm với và trọng tải nâng lớn,năng suấtbốc xếp rất cao Được trang bị cho các cầu cảng chuyên dụng bốc xếpcontainer

1.1.3 Cấu tạo cầu trục

Hình 1.1: Cấu trúc cần trục.

Cấu tạo cầu trục gồm 3 bộ phận chính:

- Xe cầu: Gồm dần chính và khung giàn chính được chế tạo bằng thép

có độ cứng không gian đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con Hai đầu cầu được lien kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung chữ nhật trong mặt phẳng ngang Các bánh xe của các cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung chữ nhật tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suất nhà xưởng

- Xe con: Trên xe con đặt cơ cấu nâng và cơ cấu di chuyển xe con Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một hoạc hai cơ cấu nâng Xe

con có thể di chuyển dọc trên xe cầu tạo điều kiện cho cầu trục có thể di chuyển được trong suất chiều ngang phân xưởng

- Cơ cấu nâng hạ: Thường có tang cắt thành rãnh xoắn hai chiều để cuộn cáp nâng và hạ Cuối hai đầu cáp thường mắc palăng để đảm bảo nâng

hạ trọng tải theo phương thẳng đứng Toán bộ cơ cấu tang, hộp biến tốc, động cơ được đặt trên xe con

- Cơ cấu phanh hãm:

Hình 1.2: Cơ cấu phanh hãm

Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầutrục Phanh dùng trong cầu trục có ba loại: Phanh gốc, phanh đĩa và phanhđai Nguyên lí hoạt động của ba loại phanh này tương đối giống nhau Phanhđai được mô tả như sau:

- Chuyển động dọc theo phân xưởng là chuyển động của xe cầu

- Chuyển động ngang theo phân xưởng là hệ thống chuyển động đặttrên xe con

1.2 Trang bị điện điện tử cơ cấu di chuyển xe con cầu trục giàn bốc xếp bốc xếp Container

1.2.1 Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu

Hình 1.3: Cấu trúc điều khiển cho từng cơ cấu dung PLC- bộ biến tần –động

cơ không đồng bộ cho cầu trục

1.Tay điều khiển: Tạo ra tín hiệu điều khiển tương ứng với 3 trạng thái điều

khiển

2 Bộ mã hoá: Bộ mã hoá tín hiệu vị trí tay điều khiển nhằm nâng cao công

suất tín hiệu điều khiển, tăng khả năng chống nhiễu và truyền đi xa

3 Bộ PLC: Bao gồm CPU, các đầu vào DI, các đầu ra DO kết nối với các

hệ điều khiển

4 Thiết bị đóng cắt: Các côngtắctơ MC dung để đóng cắt cấp nguồn cho bộ

biến tần động cơ không đồng bộ và các thiết bị thực hiện khác

5 Bộ biến đổi: Bộ biến tần dung để điều khiển điện áp, tần số cấp cho động

cơ theo luật điều khiển được thiết kế và lưu dữ trong CPU của biến tần…

6 Động cơ điện: Động cơ điện không đồng bộ Rôto lồng sóc dung để điều

khiển truyền động cho hệ thống

7 Thiết bị quan sát: Máy phát tốc PG là thiết bị đo tốc độ cho tín hiệu dạng

xung

8 Máy tính kết nối với hệ thống: Chức năng của PC là để điều khiển và

giám sát hệ thống

1.2.2 Trang bị điện cơ cấu di chuyển xe con

Trên thực tế có rất nhiều cầu trục giàn bốc xếp Container như RTG, QC… Dưới đây ta chỉ phân tích trang bị điện cơ cấu di chuyển xe con của cầu trục giàn RTG

Các thông số chính:

Hành trình của xe con: 19.07m

Tốc độ di chuyển của xe con: 70m/phút

Nguồn điện cấp cho động cơ: AC 440V, 60Hz, 3pha

Phanh hãm: Phanh đĩa điện từ 1 chiều

Thông số động cơ di chuyển xe con

26M SC-03 (33-3D)

BR

TROLLEY MOTOR BRAKE 0.55A

EMX1

EMX2 3CR 4CR 5CR

7CR HOS

HELS 20CR1MA

AC220V

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lí điều khiển động cơ di chuyển xe con cầu trục giàn RTG

1.3.1 Chức năng phần tử trong sơ đồ điện

Cơ cấu di chuyển xe con có động cơ truyền động được cấp nguồn từ

bộ biến tần FRN37VG7S-4, đặc điểm của cơ cấu này là động cơ hoạt động

cơ chế độ ngắn hạn lặp lại, điều khiển động cơ được thực hiện bằng tay trang trong cabin điều khiển chính phía bên trái lựa chọ chế độ là việc bằng

các nút nhất tại bàn điều khiển

24M: Tiếp điểm Congtắctơ 24M cấp nguồn cho phanh thủy lực

IM: Côngtắctơ cấp nguồn chính cho bộ biến tần

MC-T: Tay điều khiển 11 vị trí

EMX1, EMX2: Dừng khẩn cấp

2M: Tiếp điện phụ Côngtắctơ cấp nguồn cho bộ biến tần

3MCB: Tiếp điểm phụ của cầu dao cấp nguồn cho động cơ di chuyển xe conEPB3, EPB4, EPB1, EPB2: Các nút dừng khẩn cấp

4MCB: Tiếp điểm phụ cầu dao dừng cấp nguồn cho bộ biến tần

034: Côngtắc giới hạn vị trí cuối hành trình

TFS, TRS: Rơle trung gian của xe con

RST2: Đặt chế độ làm việc cho bộ biến tần IVN3

20CR: Công tắc giới hạn chiểu cao nâng

33.1: Cảm biến tư

7CR: Rơle trung gian làm việc ở chế độ chạy trình tự

TFE, TRE: Rơle trung gian của xe con

INV1, INV2, INV3: Là tiếp điểm phụ kiểm tra trạng thái hoạt động của biến tần

3CR, 4CR, 5CR: Các Rơle trung gian

PL: Tiếp điểm cho phép làm việc trình tự

2: Bảo vệ nâng dưới định mức

HOS: Rơle bảo vệ tốc độ nâng định mức

32: Dừng khẩn cấp khi nâng

HELS: Rơle trung gian bảo vệ dừng khẩn cấp khi có sự cố

24M: Công tắc cấp nguồn cho phanh xe con

1.3.2 Nguyên lí hoạt động cơ cấu dịch chuyển xe con

Sau khi thực hiện đầy đủ các thao tác cấp nguồn cho toàn bộ cầu trục

và xác định trạng thái có thể làm việc bằng các đèn hiệu trên bàn điều

khiển, nếu không có sự cố gì thì nguồn điện điều khiển, động lực được cấp

để chờ hoạt động

Đưa tay điều khiển MC-T tiến hay lùi tương ứng với chiều dịch

chuyển của xe con => đầu vào B206 hoặc B207 PLC xử lí cấp tín hiệu điều khiển biến tần PWM để lấy điện áp ra tương ứng với tốc độ dịch chuyển của

xe con, lúc này nếu không có sự cố từ biến tần, các cảm biến hành trình thì các tiếp điểm EMX1, EMX2,3CR,4CR,5CR,7CR,HOS,HELS,IM =1 cấp nguồn cho Côngtắctơ 1M, 24M bên mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho

bộ biến tần hoạt động , đồng thời cấp nguồn cho cơ cấu phanh sẵn sàng họat động Máy phát xung PG lúc này nhận thong tin xử lí từ PLC phát xung tương ứng để điều khiển biến tần cấp điện cho động cơ hoạt động Đồng thờitiếp điểm phụ 24M đóng lại cấp nguồn cho cơ cấu phanh

Khi đưa tay trang điều khiển lên mức tốc độ cao hơn thì bộ mã hóa 8bít nhận thong tin này qua xư lí được truyền tới đầu vào của PLC (B208…B20F) PLC xử lí cấp tín hiệu ra điều khiển biến tần sao cho đầu ra của biến tần có điện áp và tần số phù hợp với tốc độn đặt Để tăng tính chính xác hệ

thộng được xây dựng theo sơ đồ mạch kín với máy phát xung PG đóng vai trò phản hồi tốc độ

Khi giảm từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp(xảy ra quá trình hãm tái sinh ), bộ điều khiển PLC thu nhận thông tin và tự động cấp tín hiệu ngắt Côngtắctơ 1M và cấp điện cho Côngtắctơ 2M để trả năng lượng về nguồn

1.4 Kết luận chương 1

Trong chương 1 đồ án đã giới thiệu tổng quan về cầu trục giàn bốc xếp Container Đi sâu phân tích trang bị điện cơ cấu dịch chuyển xe con cầu trục giàn RTG.

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU DI CHUYỂN XE

CON 2.1 Lựa chọn phương án cấp nguồn

Hệ truyền động cho cơ cấu dịch chuyển xe con cần đảm bảo các điều yêu cầu sau:

- Cần đảm bảo tốc độ nâng chuyển với tải định mức

Tốc độ chuyển động tối ưu của hàng hoá được nâng chuyển là điều kiệntrước tiên để nâng cao năng suất bốc xếp hàng hoá, đưa lại hiệu quả kinh tế

kĩ thuật tốt nhất cho sự hoạt động của cầu trục Nếu tốc độ nâng hạ thiết kếquá lớn sẽ đòi hỏi kích thước, trọng lượng của các bộ truyền cơ khí lớn, điềunày dẫn tơí giá thành cao Mặt khác tốc độ nâng hạ tối ưu đảm bảo cho hệthống điều khiển chuyển động của các cơ cấu thoả mãn các yêu cầu về thờigian đảo chiều, thời gian hãm, thời gian làm việc liên tục trong chế độ quá

độ , gia tốc và độ giật thoả măn yêu cầu.Ngược lại nếu tốc độ quá thấp sẽảnh hưởng tới năng suất bốc xếp hàng hoá

- Có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng

Phạm vi điều chỉnh tốc độ của các cơ cấu điều khiển chuyển động là điềukiện cần thiết để nâng cao năng suất bốc xếp đồng thời thoả mãn các yêu cầucông nghệ bốc xếp với nhiều chủng loại hàng hoá

Số cấp tốc độ cho cầu trục ít nhất phải là 3 cấp tốc độ Cấp tốc độ thấpnhằm thoả mãn công nghệ khi nâng hạ hàng chạm đất, cấp tốc độ cao là tốc

độ tối ưu cho từng cơ cấu, giữa hai cấp tốc độ này thường được thiết kế thêmcác tốc độ trung gian để thoả mãn công nghệ bốc xếp hàng hoá

- Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ

Các cơ cấu điều khiển chuyển động trên cầu trục làm việc ở trong chế độngắn hạn lặp lại, vì vậy mà thời gian quá độ chiếm hầu hết thời gian côngtác Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện pháp cơ bản để nâng caonăng suất

- Có trị số hiệu suất cao và cos

Công tác khai thác hợp lí cầu trục trong bốc xếp hàng hoá là một yếu tố đểnâng cao tính kinh tế của hệ thống điều khiển Như chúng ta đã biết hệ thốngtruyền động điện của các cầu trục thường không sử dụng hết khả năng côngsuất, hệ số tải thường trong khoảng 0,3 – 0,4 do vậy khi chọn động cơ phảichọn loại có cos cao và ổn định trong phạm vi rộng

- Đảm bảo an toàn hàng hoá

Bảo đảm an toàn cho hàng hoá, cho thiết bị và an toàn cho công nhân bốcxếp là yêu cầu cao nhất trong công tác khai thác, vận hành cầu trục

- Điều khiển thuận lợi và đơn giản

Để đảm bảo thuận lợi cho người điều khiển việc thiết kế cabin điều khiểncùng với các thiết bị điều khiển phải được bố trí thuận tiện và thống nhấtgiữa các loại cầu trục Đồng thời người điều khiển cầu trục có thể sử dụngcác lệnh khẩn cấp một cách thuận tiện và dễ dàng

- Ổn định nhiệt cơ

Các cầu trục thông thường được lắp ráp để vận hành ngoài trời Các khuvực làm việc thông thường có nhiệt độ biến đổi theo mùa rõ rệt Ngoài racác cầu trục cảng biển chiụ ảnh hưởng của hơi nước mặn, vì vậy các thiết bịđiện, kết cấu cơ khí phải được chế tạo thích hợp với các môi trường côngtác

- Tính kinh tế và kĩ thuật cao

Thiết bị chắc chắn , kết cấu đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ, giáthành hạ Chi phí bảo quản và chi phí năng lượng hợp lí

2.1.1 Hệ truyền động cơ một chiều

Ưu điểm của hệ truyền động động cơ điện một chiều là khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng dễ tạo đường đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu của máy, có khả năng quá tải cao Tóm lại hệ truyền động một chiềuđạt được các đặc tính điều chỉnh lí tưởng của một hệ truyền động Tuy nhiênlại cần phải có nguồn cấp riêng và giá thành đắt

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ khi sử dụng hệ truyền động một chiều

1 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ truyền động máy phát- động cơ

Hệ truyền động máy phát động cơ là hệ truyền động mà bộ biến đổi làmột máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát này được lai bởi động cơ KĐB 3 pha

Ưu điểm: Sự chuyển trạng thái làm việc linh hoạt và khả năng quá tải lớn Nhược điểm: Sử dụng nhiều máy điện quay có ít nhất là hai máy điện một chiều nên gây ra tiếng ồn lớn

2 Hệ chỉnh lưu Thyristo- động cơ một chiều

Hệ truyền động sử dụng bộ biến đổ là các van bán dẫn

Ưu điểm: Không gây tiếng ôn, khả năng tự động hóa cao do sử dụng các vanbán dẫn

Nhược điểm: Bán dẫn có tính phi tuyến, nên dạng điện áp chỉnh lưu có biên

độ đập mạch cao

2.1.2 Hệ truyền động động cơ xoay chiều

1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp xung điện trở

Tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở mạch roto Nhược điểm: Gây ra tổn hao năng lượng trên các điện trở được đưa vào mạch Roto Dải điều chỉnh không láng

2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp tần số.

Tốc độ động cơ KĐB có thể được thay đổi bằng cách thay đổi tần số điện ápcấp

Ưu điểm: Dải tốc độ điều chỉnh trơn, nâng cao được khả năng động học của

hệ thống điều khiển

Nhược điểm: Mạch điều khiển rất phức tạp

2.2 Xây dựng bộ biến tần PWM

2.2.1 Giới thiệu bộ biến tần PWM

- Bộ biến tần gián tiếp PWM điều chế độ rộng xung.

Trong công nghiệp ngày nay khi quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoángày càng phát triển mạnh mẽ thì trong xản suất công nghiệp lại càng đòihỏi có những hệ thống truyền động điện có khả năng thay đổi tốc độ thườngxuyên, liên tục, dễ dàng với độ chính xác cao Vấn đề điều chỉnh tốc độ làmột trong những vấn đề chính của truyền động điện, nó có ý nghĩa quantrọng đối với quá trình công nghệ và sản xuất tiên tiến

Việc điều chỉnh tốc độ của hệ thống có thể tiến hành bằng nhiều phươngpháp như: phương pháp thủy lực, cơ khí và điều khiển tần số là một phươngpháp điều khiển hiện đại nó cho phép điều khiển tốc độ động cơ không đồng

bộ một cách trơn láng, phạm vi điều chỉnh rộng và đạt được hiệu quả cao Ngày nay, việc sử dụng biến tần gián tiếp điều chế độ rộng xung để điềuchỉnh điện áp và tần số cấp cho động cơ có nhiều ưu điểm:

- Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị đặt mong muốn

- Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hởkhông đổi trong vòng điều chỉnh mômen

- Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số

- Độ tin cậy cao, với kỹ thuật tin học và điện tử công suất ngày càng pháttriển, các thiết bị bán dẫn và kỹ thuật biến đổi điện năng công suất lớn đượcđưa vào sử dụng phổ biến thì ngày càng làm cho kỹ thuật điều chỉnh tốc độđạt được chỉ tiêu về chất lượng và kinh tế.

Việc sử dụng bộ biến tần gián tiếp điều chế độ rộng xung trong các thiết

bị nâng hạ, hệ thống cần cẩu đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnhtốc độ rộng, điều khiển trơn, hãm dừng chính xác

- Nguyên lý hoạt động nói chung của bộ biến tần gián tiếp PWM.

- Thiết bị biến tần

Bộ biến tần là bộ biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50 Hz)sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ điện xoay chiều BBTchia làm 2 loại: Bộ biến tần trực tiếp (cycloconverter) và bộ biến tần giántiếp (có khâu trung gian một chiều)

Bộ biến tần trực tiếp: biến đổi trực tiếp năng lượng điện xoay chiều cótần số, điện áp này (U1, f1) thành nguồn năng lượng điện có tần số, điện ápkhác (U2, f2) Bộ biến tần trực tiếp thường được sử dụng ở những hệ thống

có công suất cao

Bộ biến tần gián tiếp: Điện áp xoay chiều có tần số công nghiệp (50Hz)được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu không điều khiểnhoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu sẽ biến đổithành điện áp 3 pha có tần số, điện áp biến đổi cung cấp cho động cơ

- Bộ biến tần có điều biến độ rộng xung

Là bộ biến tần gián tiếp, điện áp một chiều từ bộ chỉnh lưu được lọc nhờ

tụ điện có trị số khá lớn, điện áp và tần số được điều chỉnh nhờ bộ nghịchlưu điều biến độ rộng xung ( Pulse Width Modulation - PWM) Các mạchnghịch lưu bằng các tranzito ( MOSFET, IGBT ) được điều khiển theo

nguyên lý PWM đảm bảo cung cấp điện áp cho động cơ có dạng hình sinnhất.

- Nguyên lý cơ bản của mạch nghịch lưu

Xét một mạch nghịch lưu một pha có sơ đồ khối như ở hình 2.14a, điện

áp ra U0 được lọc sao cho có dạng hình sin Tải của nghịch lưu là động cơ,mang tính cảm kháng, nên dòng điện i0 sẽ chậm pha so với điện áp U0 như ởhình 2.14b Trong khoảng 1, điện áp U0 và dòng điện i0 đều mang dấudương, trong khi ở khoảng 3 chúng đều mang dấu âm, nên công suất tức thời

sẽ được truyền từ mạch một chiều tới mạch xoay chiều, tương ứng với chế

độ nghịch lưu của bộ biến đổi Ngược lại trong khoảng 2, 4 điện áp U0ngược dấu với điện áp i0, dòng công suất sẽ truyền từ mạch xoay chiều vềmột chiều, tương ứng với chế độ chỉnh lưu Như vậy, mạch nghịch lưu hình2.14a sẽ phải có khả năng làm việc ở góc phần tư trên mặt phẳng (i0OU0)trong một chu kỳ điện áp lưới như minh họa trên hình 2.14c

vµ bé läc

a)

c) b)

chØnh luu NghÞch luu

1 2

là tần số điều biến sẽ xác định tần số cơ bản của điện áp ra nghịch lưu.

+ +

Dạng xung chuyển mạch PWM được biểu diễn trên hình 3.5

- Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển

- Điện áp đầu ra nghịch lưu

Ưu điểm của sơ đồ nghịch lưu điều biến độ rộng xung điện áp đơn cực làtần số điện ra gấp đôi tần số chuyển mạch và điện áp đầu ra khi chuyểnmạch thay đổi với trị số Ud so với 2Ud ở sơ đồ chuyển mạch điện áp lưỡngcực Do tần số điện áp ra gấp đôi tần số chuyển mạch nên dải tần số thành

phần sóng hài gấp đôi so với sơ đồ nghịch lưu điều biến với chuyển mạchđiện áp lưỡng cực.

b Mạch nghịch lưu 3 pha

Sơ đồ nghịch lưu 3 pha được biểu diễn trên hình 2.17, gồm 3 nhánh, mỗinhánh tương tự như một nhánh của sơ đồ nghịch lưu một pha hình 2.15

C B

Hình 2.4: Sơ đồ nghịch lưu ba pha

Phương pháp điều biến độ rộng xung cho phép định hình và điều khiển cảbiên độ và tần số điện áp tải khi nghịch lưu được cấp từ một điện áp mộtchiều Ud không đổi Để nhận được điện áp đối xứng ba pha, các điện áp điềukhiển hình sin đối xứng ba pha lệch nhau 120o được so sánh với cùng mộtđiện áp răng cưa Các phần tử chuyển mạch được điều khiển theo phươngpháp điều biến điện áp đơn cực Dạng điện áp của sơ đồ nghịch lưu 3 phađược biểu diễn trên hình 2.18

UAB = UAN - UBN

Hình 2.5: Dạng điện áp của sơ đồ nghịch lưu 3 pha

2.2.2 Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu dịch chuyển xe con dùng biến tần PWM

Do đồ án không đi sâu vào thiết kế biến tần PWM dùng để truyền động cho động cơ, mà đi sâu mô phỏng hệ truyền động cho cơ cấu dịch chuyển xe con dung biến tần PWM, nên đồ án sẽ dựa trên hệ truyền động

PWM – Động cơ của cầu trục RTG, đi sâu phân tích hệ truyền động, và mô phỏng hệ truyền động.

1 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động PWM – ĐC

Từ hình1.4 sơ đồ hệ truyền động biến tần PWM – ĐC ta suy ra được sơ

đồ cấu trúc như sau

IM: Động cơ xoay chiều 3 pha là động co tryuền động chính của xe con

PG: Máy phát tốc xung để đo tốc độ.

R(w): Bộ điều chỉnh tốc độ nó sẽ so sánh tốc độ do máy phát tốc phản hồi về và tốc độ đặt và đưa ra tín hiệu điều khiển.

R(i): Bộ điều chỉnh dòng nhận tín hiệu phản hồi dòng về, kết hợp vơi tín hiệu do

bộ điều chỉnh tốc độ đưa tới và phát ra tín hiệu điều khiển đóng mở các van IGBT.

Khối hãm(Braking Chopper): Gồm một IGBT và một điện trở hãm khối này hoạt động khi động năng của động cơ không đồng bộ chuyển về mạch một chiều qua cầu Diode ngược làm cho điện áp U DC sẽ dâng cao Dùng IGBT T H và điện trở R h đóng cắt theo tần số nhất định sẽ dập được động năng đốt nóng điện trở.