Mô phỏng hệ truyền động điện PWM-Đ cơ cấu hạ hàng cần trục giàn RTG

Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh.. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi

Trang 1

Mục Lục

Chương1:Tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng của cầu trục giàn……… 3

1.1.Khái quát chung về thiết bị nâng vận chuyển ……… 3

1.2.Giới thiệu chung về cầu trục giàn……… 4

1.3.Hệ thống điều khiển truyền động điện cho cầu trục……… 7

1.4.Kết luận chương 1………

Chương 2:Thiết kế điều khiển truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ hàng… 11

2.1.Lựa chọn phương án truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ hàng…………11

2.2.Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ cho động cơ của cơ cấu nâng hạ hàng ………14

2.3.Xây dựng mạch điều khiển và động lực cho hệ truyền động điện PWM-Đs16 2.4.Kết luận chương 2………35

Chương 3:Viết chương trình mô phỏng……….36

3.1.Xây dựng cấu trúc và tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh……… 36

3.2.Mô phỏng hệ truyền động điện PWM-Đs……….49

3.3.Kết quả mô phỏng………54

3.4.Đánh giá kết quả mô phỏng……….56

Kết luận ……… ……… 57

Tài liệu tham khảo……….58

Trang 2

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đã đưa lạinhững ứng dụng lớn lao vào trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hoá của mỗiđất nước.Bên cạnh những thành tựu về mặt thực tiễn thì những lý thuyết về điềukhiển cũng lần lượt ra đời góp phần không nhỏ trong việc xây dựng các nguyên lýđiều khiển tối ưu các hệ thống truyền động trong công nghiệp.Là một nước đangtrong quá trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp hiện đại với nhiệm vụ hiện nay làthực hiện thành công quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá, đất nước ta đangngày càng đòi hỏi rất nhiều những ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu của khoa học

kỹ thuật vào quá trình sản xuất để đưa lại năng suất lao động cao hơn, cạnh tranhđược với các nước trong khu vực và thế giới

Hiện nay ở tất cả các cảng biển cũng như ở rất nhiều xí nghiệp kinh tế khác thì cầu trục ,cần trục đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong việc bốc xếp hàng hoá.Chính vì vậy mà việc thiết kế điều khiển truyền động điện cho các cơ cấucủa cầu trục ,cần trục cũng đống vai trò quan trọng Dưới đây em xin trình bày việcthiết kế ,điều khiển ,mô phỏng cho hệ truyền động điện cơ cấu nâng hạ hàng cho cầu trục

File mô phỏng matlab, nếu bạn đọc muốn biết thêm chi tiết xin để lại tin nhắn

Trang 3

Chương 1:

Tổng quan về cơ cấu nâng hạ hàng của họ cầu

trục giàn

1.1.Khái quát chung về thiết bị nâng vận chuyển

Mức độ cơ giớ hoá và tự động hoá máy móc trong quá trình sản xuất luôn cómột vai trò quan trọng trong sự phát triển nền kinh tế của đất nước Cùng lúc đó số lượng hàng hoá vận chuyển trong các nhà máy ,trong các hải cảng ngày càng nhiềuvà với số lượng lớn hơn đòi hỏi một loạ máy móc chuyên dùng để có thể đạt được năng suất cao nhất.Việc sử dụng hệ thống máy nâng vận chuyển sẽ tiết kiệm được thời gian làm việc của nhân công trọng các công trình

Loại máy này nhìn chung rất đa dạng ,nó được phân ra làm nhiều nhóm khácnhau ,phụ thược vào đặc điểm của từng loại hàng hoá cần vận chuyển :

+ Phân loại theo phương vận chuyển hàng hoá:

- Vận chuyển theo phương thẳng đứng (Thang máy)

- Vận chuyển theo phương ngang (băng truyền,băng tải …)

- Vận chuyển theo mặt phẳng nghiêng (băng truyền ,băng tải…)

- Vận chuyển theo phương kết hợp (cầu trục,cần trục….)

+ Phân loại theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

- Cơ cấu di chuyển tịnh tiến

- Cơ cấu di chuyển quay một góc tới hạn

- Máy nâng vận chuyển đặt cố định

+ Phân loại theo cơ cấu bốc hàng :

- Cơ cấu bốc hàng là thùng ,gầu treo…

- Cơ cấu bốc hàng là dùng móc ,xích treo,băng

- Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện

+ Phân loại hteo chế độ làm việc :

- Theo chế độ làm việc dài hạn (băng tải ,băng truyền….)

- Theo chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (máy xúc ,thang máy…)

Môi trường làm việc của máy nâng vận chuyển là rất nặng nề,thường xuyên làm việc trong tình trạng quá tải,nên các loại máy này được chế tạo với độ bền cơ khí cao,khả năng chịu quá tải lớn,năng suất máy phụ thuộc vào tải trọng của thiết bị vàchu kỳ bốc xếp trong 1 giờ

Trang 4

1.2.Giới thiệu chung về họ cầu trục giàn

1.2.1.Đặc điểm của họ cầu trục giàn

Phần lớn các cơ cấu của cầu trục và cần trục được truyền động bời các động cơ điện cho hệ truyền động có ba dạng:

- Cung cấp điện từ lưới qua các thanh góp điện cố định loại này thường là cầu trục phân xưởng.13

- Cung cấp điện từ lưới qua các cuộn cáp điện loại này thường t đối với cầu trục vàcần trụcdịch chuyển theo đường ray trên mặt đất

- Cung cấp điện từ máy phát điêzen thường loại cầu trục di động trên ôtô

Môi trường làm việc:

Phần lớn môi trường làm việc của cầu trục cần trục rất khắc nghiệt Thí dụ trong các nhàmáy cơ khí luyện kim môi trường làm việc cầu trục nóng ẩm nhiều bụi Trên cảng biển câu trụccần trục phải làm việc ngoài trờichế độ làm việc cầu trục vàcần trục là chế độ ngắn hạn lặp lại, khởi động, hoãn thường xuyên

Yêu cầu về điều khiển:

- Tất cả truyền động cho các cơ cấu đêu cần phải điều chỉnh tốc độ, lực và gia tốc Hàng hoáđược dịch chuyển theo quỹ đạo trong không gian, cho nên thường phải phối hợp hai hoặc batruyền động cùng một lúc

- Chuyển dịch hàng hoá không gây va đập và không gian dao động quá mức, phụ tải vượt sốtruyền động, mômen quán tính thay đổi do thay đổi tầm với và góc nângcầu Điều này dẫn đến cầu cảnh báo quá tải khi tầm với xa và góc nâng lớn Sự biến đổi phụ tải gây nên tác động kênh giữa các cơ cấu như nâng hạ quay cầu và thay đổi tầm với

Yêu cầu về phụ tải

Đối với cơ cấu nâng hạ: Mômen không tải khi nâng móc câu Mc0 (15-20%) Mđv còn khi gầu ngoạm Mc0 cỡ +50%Mđm Khi hạ tải do cũng t của lực ma sát nên phụ tải sẽ biến đổi từ -(15- 20)% đến + 0,8 Mđm

Đặc tính phụ tải của cơ cấu nâng

Đối với cơ cấu dịch chuyển, do mômen cản tính và tự trọng nên, vì vậy mômen cảnkhông tải là : Mc0= (30-50%)Mđm đối với xe con, Mc0= (50-55%)Mđm đối với

xe cầu

Trang 5

Đặc tính phụ tải cơ cấu dịch chuyển

Đối với truyền động điện cho các cơ cấu di chuyển của cầu trục – cần trục phải đảm bảo khởi động động cơ ở chế độ toàn tải đặc biệt mùa đông khi môi trường làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh

MC

Quan hệ Mc = f(ω) khi khởi động các cơ cấu di chuyểnω) khi khởi động các cơ cấu di chuyển) khi khởi động các cơ cấu di chuyển

Trên đồ thị ta thấy: Khi  = 0, MC lớn hơn 2 2,5 lần ứng với tốc độ định mức.Đối với các động cơ truyền động cho các cơ cấu nâng hạ hàng mômen thay đổi theo tải rất rõ rệt Khi không có tải trọng ( Khi không tải ), mômen động cơ không vượt quá (15 20)%.Mđm, đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu ngoạm đạt tới 50%.Mđm, đối với cơ cấu di chuyển xe con bằng (30 50)%.Mđm, đối với cơ cấu

di chuyển xe cầu bằng (50 55)%.Mđm.

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cần trục – cầu trục, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xẩy ra phải êm, đặc biệt là đối với các cần trục – cầu trụcthiết kế cho nâng chuyển container và bốc xếp hàng hoá, lắp ráp thiết bị máy móc Bởi vậy, mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn Năng suất của cầu trục – cần trục được quyết định bởi hai yếu tố: Tảitrọng của thiết bị và số chu kỳ bốc xếp trong một giờ Thường số lượng hàng hoá

Trang 6

bốc xếp trong một chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, cho nên phụ tải của động cơ chỉ đạt (60 70 )% công suất định mức của động cơ.

Mô men động cơ phụ thuộc vào tải trọng 1- Động cơ di chuyển xe cầu, 2- Động cơ di chuyển xe con, 3- Động cơ nâng hạ.

Do điều kiện làm việc của cần trục và cầu trục hết sức nặng nề thường xuyên làm việc trong chế độ quá tải vì vậy cần trục – cầu trục được chế tạo có độ bền và hệ sốdự trữ của các cơ cấu cơ khí lớn để chịu quá tải

1.2.2.Cấu trúc và bố trí thiết bị trên cầu trục giàn

1.Ca bin điều khiển đặt trên xe con

2.Xe con:Nơi đặt các tay điều khiển cho các cơ cấu và hệ thống báo

động Xe con chạy trên các xà và chỉ chuyển động tiến lùi Xe bị hạn chế bởi các Limit trong khoảng Lmax Chỉ dùng một động cơ truyền động cho xe con Đây là nơi lắp đặt động cơ nâng hạ và động cơ chống lắc…

3.Thiết bị đặc chủng gắn vào sợi cáp của cơ cấu nâng.Dùng để chống lắc ngang ,lắc dọc khi cầu hay xe chuyển động và điều khiển ngoạm hay nhả

container

4.Cấu trúc khung cầu trục bằng thép

5.Buồng chứa thiết bị điện

6.Tổ hợp Diezel –MF và nhiên liệu

7.Hệ thống bánh lốp gồm 8 bánh được truyền động bằng hai động cơ đặt chéo nhau ở phía chân cầu trục,mỗi động cơ truyền động cho 4 bánh xe.Quá trình truyền động tới bánh xe nhờ một động cơ ,một hộp giảm tốc và một xích lăn Các động cơ này được cấp nguồn từ biến tần gián tiếp và hoạt động đồng thời với nhau Ngoài khả năng chuyển động tịnh tiến thì cầu trục còn có thể quay,để điều khiển cho cầu trục quay thì người ta sử dụng động cơ xoay chiều,bơm dầu thủy lực

Trang 7

kết hợp với hệ thống van điện từ ,xy lanh làm cho hệ thống bánh lốp có thể quay một góc tối đa là 900

*Cơ cấu nâng được lắp trên khung xe con là hệ thống truyền động cho tời quán cápthông qua hộp giảm tốc ,bánh răng và 1 động cơ điện xoay chiều

Hệ thống truyền động cho cơ cấu được mô tả cụ thể:

5

4

Sơ đồ dẫn động cơ cấu nâng hạ của cần trục giàn

1.Động cơ truyền động

Khớp nối trục động cơ và hộp giảm tốc ở đây sử dụng khớp đàn hồi ,có khả năng giảm được chấn động và va đập khi mở máy và khi phanh đột ngột

1.3.Hệ thống điều khiển truyền động điện cho cầu trục

1.3.1.Khái quát các yêu cầu cho hệ thống điều khiển truyền động điện cho cầu trục

Hệ truyền động điện của cơ cấu nâng hạ hàng đóng vai trò rất quan trọng đối với họ cầu trục,cần trục.Chính vì vậy mà hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ hàng phải đảm bảo dược các yêu cầu sau:

Trang 8

+ Hệ thống nâng hạ hàng cần đảm bảo tốc độ nâng vận chuyển đối với tải trọng định mức :

Tốc độ nâng vận chuyển có liên quan đến năng suất xếp dỡ của cầu trục do đó tốc độ nâng vận chuyển của cơ cấu nâng hạ hàng được tính toán sao cho tối ưu

nhất.Nếu tốc độ này thấp quá thì sẽ làm giảm năng suất làm việc của cầu

trục.Ngược lại nếu tốc độ nâng hạ quá cao thì các bộ truyền cơ khí phải được thiết kế chắc chắn ,dẫn đến kích thước của thiết bị tăng lên,giá thánh cũng tăng lên…Ngoài ra đối với hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ hàng thì việc hãm ,dừng là rất quan trọng vì vậy tốc độ nâng hạ cần được tính toán sao cho đảm bảo được thời gian hãm dừng

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

Đây là điều kiện cần thiết để nâng cao năng suất bốc xếp đồng thời thoả mãn công nghệ bốc xếp với nhiều loại hàng hoá

Số cấp tốc độ cho các cơ cấu điều khiển chuyển động của cần trục ít nhất là 3 cấp tốc độ.Cấp tốc độ thấp nhằm thoả mãn công nghệ khi nâng hàng và hạ hàng chạm đất ,cấp tốc độ cao là tốc độ tối ưu cho từng cơ cấu ,giữa 2 cấp tốc độ này thường được thiết kế thêm các tốc độ trung gian để thoả mãn công nghệ công nghệ bốc xếphàng hoá cũng như sự ổn định làm việc của cầu trục

+Có khẳ năng rút ngắn thời gian quá độ

Cơ cấu làm việc của cầu trụ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên có hệ số đóng điện tương đối ε%=40% vì vật thời gian quá độ chiếm hầu hết thời gian làm

việc Do đó việc rút ngắn thời gian quá độ là biện pháp nâng cao năng xuất làm việc của cầu trục

+ Có trị số hiệu suất và cosφ cao

+ Đảm bảo an toàn hàng hoá

Đây là yêu cầu cao nhất khi vận hành và khai thác cầu trục đẻ thực hiện được điềunày thì người ta đưa ra các giả pháp:

Có quy trình vận hành ,công tác

Chọn hệ số dự trữ hợp lý

Hệ thống điều khiển cần có hệ thống giám sát và bảo vệ tự động

Hệ thống điều khiển bắt buộc phải có các bảo vệ sự cố ,có phanh hãm an toàn

+ Điều khiển tiện lợi và đơn giản

+ Có tính ổn định nhiệt,cơ và điện

Trang 9

Hệ thống cầu trục thường làm việc ở ngoài trời nên nó cần phải có khả năng ổn định nhiệt ,cơ và điện cao

+ Tính kinh tế và kỹ thuật cao

1.3.2.Các dạng đặc tính cơ của hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ hàng của họ cầu trục giàn

1.3.2.1.Đăc tính cơ của hệ truyền động điện khi dùng động cơ 1 chiều

Đối với cơ cấu nâng hạ hàng

Đối với cơ cấu quay và di chuyển

Trang 10

1.3.2.2.Đăc tính cơ của cơ của hệ truyền động điện khi dùng động cơ xoay chiều roto lồng sóc:

1.3.2.3.Đăc tính cơ của cơ của hệ truyền động điện khi dùng động cơ xoay chiều roto dây quấn:

Trang 11

Chương 2:

Thiết kế điều khiển truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ hàng

2.1.Lựa chọn phương án truyền động điện cho cơ cấu nâng hạ hàng

2.1.1 Yêu cầu của hệ truyền động cơ cấu nâng hạ hàng

t1: Thời gian hạ không tải t2: thời gian nâng tải

t01: thời gian nghỉ t3: thời gian hạ tải

t4: thời gian nâng không tải t02: thời gian nghỉ

Qua giản đồ phụ tải ta thấy đây là phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi Động cơlàm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với yêu cầu có đảo chiều

5 , 1 D

Trang 12

-Đảm bảo chiều quay

- Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trước động cơ không bị đốt nóng quámức

- Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động trong quy định

- Việc tăng công suất động cơ lên quá lớn cũng không cho phép do:

Khi P  có khả năng làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu nâng hạ) có thể dẫn tớiđứt dây treo hay tải bị dật mạnh

- Tăng vốn đầu tư ban đầu

- Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng nề nhất

- Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở điện áp bằng 85% điệnáp định mức

- Khi không có tải trọng (không tải) mô men của động cơ không vượt quá(1520)% Mđm , đối với cơ cấu nâng của cầu trục gầu ngoạm đạt tới 50% Mđm, đốivới động cơ di chuyển xe con bằng (5055)% Mđm

2.1.2.Hệ truyền động một chiều

Hệ thống F -Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ biến đổi máy điện(máy điện một chiều kích từ độc lập)

Động cơ Đ truyền động máy sản xuất MSX được cấp điện phần ứng từ máyphát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điệnkhông đồng bộ ĐK Động cơ ĐK cũng kéo luôn máy phát kích từ K để cấp điện ápcho động cơ Đ và máy phát F Biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng kích từ củamáy phát tự kích K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từnmáy phát KTF và cuộn kích từ động cơ KT Đ Biến trở RKF dùng để điều chỉnhdòng kích từ máy phát F do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát F đặt vàophần ứng động cơ Đ Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đóthay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi tờ thông

Phương trình đặc tính cơ của hệ F -Đ

R R k

E

D

uF uD D F

Ưu điểm: Phạm vi điều chỉnh tăng lên Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong

phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao

Trang 13

nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giẩn Trạng thái làm việc linh hoạt khả năng quá tải lớn.

Có thể thực hiện hãm điện

Nhược điểm: Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (không quá

75%), cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn Công suất đặt máy lớn Vốnđầu tư ban đầu cao Điều chỉnh sâu bị hạn chÕ

2.1.3.Hệ truyền động dùng động cơ điện xoay chiều

Khi sử dụng động cơ xoay chiều trong hệ thống thì người ta hay dùng động cơ điệndị bộ rô to lồng sóc có 3 cấp tốc độ

Loại động cơ này là loại động cơ đặc biệt, nó được xem như hai động cơ ghép lại với nhau

1: Cuộn dây cấp tốc độ 1

2: Rôto rãnh kép hoặc rãnh sâu

3: Rôto thường

4: Cuộn dây cấp tốc độ 2,3

- Cuộn dây cấp tốc độ thấp được bố trí ở một vùng riêng biệt.Cuộn dây tốc độ 2 và

3 được bố trí chung một rãnh Có động cơ chỉ có 2 cuộn dây, trong đó một cuộn cókhả năng đổi nối để tạo tốc độ 2, tốc độ 3

- Ưu điểm của loại động cơ lồng sóc này là nó có khả năng chịu quá tải về mô men Khi sử dụng động cơ xoay chiều trong hệ thống thì người ta hay dùng động cơđiện dị bộ rô to lồng sóc có 3 cấp tốc độ.động cơ này hay được dùng vì nó có cấu tạo đơn giản, đáp ứng tương đối tốt các yêu cầu về tốc độ Đồng thời có trọng lượng và kích thước nhỏ động cơ điện một chiều cùng công suất

Tuy nhiên việc điều chỉnh tốc độ không láng, mô men khởi động nhỏ hơn so với động cơ một chiều

Trang 14

*Kết luận:Do yêu cầu của động cơ của cơ cấu nâng hạ hàng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại và phải có khả năng chịu được quá tải cao về momen nên chúng tachọn sử dụng là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.

2.2.Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ của cơ cấu nâng hạ hàng

2.2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp xung điện trở:

Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trởmạch rô to, trong mục này chúng khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trởmạch rôto bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoáviệc điều chỉnh 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 KĐBkhông thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở Nếu coi đoạn đặctính làm việc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 tới s = sth là thẳng

thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết

Trong đó s là độ trượt khi điện trở mạch rôto là RrT

si là độ trượt khi điện trở mạch roto là Rrd

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 phương pháp điều chỉnh điện trởmạch rô to cho truyền động có mômen tải không đổi N

Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá bán dẫn T1 Khóa T1 sẽđược 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 KhiT1 ngắt điện trở Ro lại được đưa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống Với tầnsố đóng cắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và

có một giá trị điện trở tương đương 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

i

s rd

R Ir M

rd

R r

R i s

s 

Ro T

td Ro tn

td td



 Re

Trang 15

Điện trở tương đương trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ởrôto theo qui tắc bảo toàn công suất tổn hao trong mạch rôto

Cơ sở để tính tổn hao công suất là như nhau

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

Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dược đặc tính cơ theo phương phápthông thường, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơtự 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 vớimột tụ điện có điện dung đủ lớn

2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:

Phương 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 Trước hếtchúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúcnhư các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn phương pháp này cònđược ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốcđộ cao như máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơbằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ cókết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trườngNhược 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 lưới chung mà từ một bộ biếntần Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập vớinhau Trong phần này đề cập đến hai nội dung: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động

cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền độngbiến tần - động cơ KĐB

Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi

Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn cungcấp Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn

Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên

fs C Es Us

X s Rs Is

Us      

2

0 2

1 R e R f

Trang 16

*Khi s giảm từ thông  của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòngđiện từ hoá lớn lên Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơcòn phát năng lượng quá mức cho phép.

*Khi s tăng từ thông  của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không đổithì theo biểu thức M = k..I.n.cos ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng lên.Vậytrong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải.Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động cơ giảmxuống

Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độbằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòngđiện theo hàm của tần số và phụ tải

Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được thựchiện trong hệ kín Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trướcnào đó sẽ biến đổi theo phụ tải

Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ cứngđặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài

ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh

Kết luận :Từ những phân tích trên em quyết định chọn sử dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ cơ cấu nâng hạ hàng bằng phương pháp thay đổi tần số dùng biến tần

2.3.Xây dựng mạch điều khiển và động lực hệ truyền động điện PWM-đ s

2.3.1.Giới thiệu chung về các loại biến tần PWM

a>Các loại biến tần:

gồm hai loại: Biến tần trực tiếp

Biến tần gián tiếp

*>Biến tần trực tiếp:

Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch van là ra ngay tải vớitần số f2,U2

Trang 17

Hệ số công suất thấp, tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cungcấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn, tốc độ làm việc thấp.

*>Biến tần gián tiếp:

+ Biến tần nguồn áp:

Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ít phụthuộc vào tính chất tải Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực hiện dễdàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu Phương pháp điềukhiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới

+ Biến tần nguồn dòng:

Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điềukhiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc Sơ đồ gồm một cầu chỉnhlưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôtchặn

b>Các phương pháp điều khiển tần số:

Có hai phương pháp điều khiển tần số chủ yếu:

- Điều khiển có hướng

- Điều khiển vô hướng

* Điều khiển vô hướng hệ biến tấn- động cơ không đồng bộ 3 pha

 Điều chỉnh điện áp – tần số với từ thông là hàm của mômen tải.

Nguyên lý điều khiển

Đối với hệ biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ khả năng quá tải về mômen của động cơ là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Khả năng quá tải về mômen là: M M / th M c Nếu bỏ qua điện dây quấn stato thì biểu thức

mômen tới hạn có thể tính như sau:

2 1

Trang 18

k - là hằng số, phụ thuộc vào thông số động cơ

Điều kiện để giữ hệ số quá tải về mômen không đổi là:

dm c

dm th c

th

M M

Xác định khả năng quá tải về mômen

Phương trình đặc tính cơ của máy sản xuất:

x

dm c dm co

Nếu xem gần đúng:    1 và bỏ qua giá trị M 0trong biểu thức tính mômen tải Biến đổi ta được:

2 / 1 1 1 2

/ 1 1

1 1

* 1

Nên có thể coi luật điều khiển này chính là luật

từ thông hàm của mômen phụ tải:

- Phương pháp này dễ thực hiện

- Tổn thất công suất nhỏ, lượng tiêu thụ công suất phản kháng luôn nhỏ hơn hoặc bằng công suất phản kháng định mức

+) Nhược điểm:

- Tuy vậy, khó ổn định ở tốc độ thấp.Vì ở tần số thấp sụt áp trên điện trở Stator có thể so sánh với điện áp Stator

 Điều khiển điện áp – tần số giữ từ thông động cơ không đổi.

Từ thông móc vòng qua khe hở không khí   tính theo:

Trang 19

* 1

1 1 1

1

f

R jX I f

U f C

s s dm

f - Tần số đơn vị tương đốiNếu bỏ qua thành phần sụt áp trên điện trở Stator ta có: *

1

* 1

Giải pháp thực hiện giữ   =const trong thực tế là Phát hàm U1 f1 với dòngđiện không tải I10 Khi động cơ mang tải ta bù thêm lượng điện áp tỷ lệ với sụt áp trên điện trở Stator: U Rs I s R s Như vậy, tại một giá trị tần số đầu vào f1 giá trị điện áp U1sẽ có hai thành phần:

- Thành phần thứ nhất U10: lấy từ quan hệ U1 f1

- Thành phần thứ hai U11 : tỷ lệ với dòng điện tải U1 ~ I1

Cấu trúc điều khiển Điện áp – Tần số giữ từ thông không đổi

Đặc tính cơ theo luật điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông

động cơ không đổi

Trang 20

Ưu và nhược điểm

Phương pháp điều khiển U1 f1 giữ từ thông động cơ không đổi Đơn giản

dễ thực hiện Do vậy mà giá thành rẻ Vì vậy phần lớn các biến tần công nghiệp thường sử dụng phương pháp này Do biến tần sử dụng nguồn áp nên không có khảnăng hãm tái sinh

 Điều chỉnh dòng điện - tần số giữ từ thông động cơ không đổi

Khi giữ từ thông rôto rkhông đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tầnsố và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn dải điều chỉnh Để giữ biên độ từthông rotor không đổi:r const ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựavào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằngmạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:

r y

r y r

r y s

rx

r x r

ry r

sy m ry

rx r

sx m rx

p i

R 0

p i

R 0

i L i

L

i L i

L

Nếu giữ được biên độ vector từ thông r  constthì p  r =0 và p rx  p ry  0 ,và

ta có phương trình cân bằng mạc rotor:

ry s sx m ix r

) i L (

T 1 0

) i L (

T 1 0

trong đó:

r

r r

2 2 2

p ry rx sy

i

Ta có thể rút ra biểu thức cuối cùng:

2 s r m

rdm

L

Quan hệ I  s s khi từ thông  s const

Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng giátrị từ thông định mức Như vậy, có thể khai thác hết công suất mạch từ của động cơKĐB Điều khiển tần số thông qua từ thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thôngkhông đổi qua quan hệ dòng chính lưu Id và tần số trượt f2 Bản chất của phươngpháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng điện stato Is và tần số trượt fssao cho từ thông của máy điện được giữ không đổi

Trang 21

Cấu trúc điều khiển tần số - đòng điện giữ từ thông động cơ không đổi

Nguồn dòng một chiều gồm bộ chỉnh lưu, cuộn kháng L d, bộ điều chỉnh sâudòng điện Id: RId Nghịch lưu có tần số đầu ra là f1 cấp cho động cơ được thiết lậpbởi:

Cấu trúc điều khiển tần số – dòng điện sử dụng quan hệ I f s s với  s const

dùng cho từng ứng dụng cụ thể Do sử dụng nguồn dòng nên có các ưu điểm là:

- Có khả năng vượt qua được các sự cố chuyển mạch và tự phục hồi về trạngtháI làm việc bình thường

- Có khả năng thực hiện hãm tái sinh trả năng lượng về lưới điện

Nhược điểm của hệ truyền động biến tần nghịch lưu dòng điện là:

- Không thể làm việc ở chế độ không tải

- Kích thước và giá thành của các tụ điện chuyển mạch và điện cảm lọc một chiều khá lớn

* Điều khiển có hướng(điều khiển vector)

Mô tả toán học động cơ không đồng bộ 3 pha

Động cơ KĐB ba pha nói chung bao gồm sáu dây quấn: 3 dây quấn pha stator cố định đạt cách nhau 1/ đường tròn và 3 dây quấn pha rôto cũng được đặt lệch nhau 1/3 vòng tròn song chúng lại dược quay quanh trục rôto Giữa dây quấn pha stato và dây quấn pha rôto đươc liên hệ với nhau bởi cảm cảm ứng điện từ qua khe hở không khí Giả thiết là:

- Tham số của động cơ không đổi

- Mạch từ chưa bão hoà

- Khe hở không khí đều

- Nguồn ba pha cấp là hình và đối xứng

Các phương trình cơ bản trong hệ toạ độ tổng quát (0,x,y):

Trang 22

Đồ thị vec tơ trong hệ trục toạ độ tổng quát

Phương trình từ thông:

u R i

dt d

Trang 23

r r

M

L L

Sơ đồ thay thế của động cơ trong hệ toạ độ tổng quát

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế ĐCKĐB trong hệ toạ độ tổng quát (ω) khi khởi động các cơ cấu di chuyểno,x,y)

 Điều khiển vector tựa theo vector từ thông roto (FOC)

Nội dung cơ bản của phương pháp tựa theo vectơ từ thông là dựa trên cơ sở điều khiển toàn phần vector dòng điện cả biên độ và góc pha  (góc tải) Giúp tạo được hệ thống điều chỉnh từ thông hoàn hảo mà không cần sử dụng cảm biến từ thông Trong hệ trục toạ độ (o,x,y) Biểu thức mômen động cơ được viết lại như sau:

Hình 2.8: Đồ thị vector cho phương pháp FOC

Trang 24

Khi giữ được r  rx const có nghĩa là i sx const Khi điều khiển thành phần i sy

tức là làm cho vector i svẽ nên một đường thẳng song song với trục oy

Mô hình điều khiển FOC

Ưu và nhược điểm của FOC

- Mô hình rất nhạy với sự biến thiên thông số của động cơ

- Có nhiều khối tính toán nên mất nhiều thời gian cho Vi Xử Lý tính toán Do vậy, độ tác động nhanh không cao

- Nhưng hệ FOC có thể hoạt động tốt ở tốc độ cận không Tức là, có thể điều chỉnhsâu tốc độ

 Điều khiển trực tiếp mômen (DTC)

Nguyên lý hoạt động

Nội dung của phương pháp này là điều khiển vị trí vector từ thông stator sđể điều khiển mômen động cơ Để thực hiện phương pháp này, ta cần dựa trên phép đổi vector để xách định độ lớn và vị vector s Thay đổi vị trí vector U s để thay đổi vị trí vector s Xuất phát từ biểu thức tính mômen:

Trang 25

Điều khiển mômen bằng cách quay từ thông stator

Thay đổi góc tải  sao cho biên độ từ thông stator thay đổi ít, tức là:



 hay  s U t s

Như vậy, thay đổi vị trí vector U ssẽ thay đổi được vị trí vector s Và để thay đổi được vị trí vector điện áp stator U s thì ta sử dụng phương pháp điều chế vector điện áp không gian Phương pháp điều chế như sau:

Trang 26

Thay đổi vị trí vector từ thông stator s

Có thể điều khiển phân ly biên độ từ thông stator s và mômen điện từ thông bằng cách tác động vào các thành phần hướng kính và thành phần tiếp tuyến của vector từ thông móc vòng stator trong quĩ đạo của nó

Quĩ đạo vector từ thông stato

Trong đó:

FD – Giảm từ thông; FI – Tăng từ thông

TD – Giảm mômen; TI – Tăng mômen

Bảng2: Bảng chọn vector điện áp khi điều khiển trực tiếp mômen

Các phương trình cơ bản:

Vị trí vector từ thông stator s trong hệ toạ độ 

Biểu thức tính từ thông:

Trang 27

Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp mômen ĐCKĐB

* Ưu điểm:

- Không cần thực hiện phép quay trục toạ độ, độ chính xác điều chỉnh là tuỳ

ý Phụ thuộc vào khả năng về tần số chuyển mạch của biến tần

- Không cần đo vị trí của rôto, mô hình đơn giản nên đáp ứng mômen nhanh hơn hệ FOC

- Ảnh hưởng của thông số động cơ rất ít, ảnh hưởng duy nhất là điện trở stator có thể bù được

* Nhược điểm:

- Xuất hiện xung mômen nên hệ khó ổn định ở tốc độ thấp

- Khả năng ổn định kém

- Không kiểm soát được dòng điện

Kết luận :

Qua phân tích trên, trong đồ án này em lựa chọn phương án là:”Biến tần nguồn áp dùng thuật toán điều khiển FOC”.

Trang 28

2.3.2.Sơ đồ mạch điện

2.3.2.1.Các thông số chính của hệ truyền động cơ cấu nâng hạ hàng của cầu trục RTG:

+Một khung nâng độ rộng 20 40 feet

+Một động cơ truyền động chính (hoist motor)có Pđm=150 KW,nđm=1000/2230 v/p+Một quạt làm mát cho động cơ nâng(hoist motor cooling fan) có Pđm=650 W+Một động cơ chống nghiêng (skew motor) có Pđm=2,2 KW

+Một xylanh thủy lực để chuyển động khung nâng

+Một động cơ phanh cho động cơ chính (hoist brake),một động cơ phanh cho động

cơ chống nghiêng

+4 động cơ chống lắc (anti_sway torque motor)

+4 quạt làm mát cho động cơ chống lắc có công suất Pđm=40W

+Hệ thống dây cáp nâng hạ Chúng luôn được bố trí đều quanh khung nâng giúp cho việc giữ thăng bằng khi cơ cấu hoạt động

+Động cơ của cơ cấu nâng hạ hàng được cấp nguồng từ 2 bộ biến tần

INV1,2-FRN75VG75-4.Điều khiển cấp nguồn từ 2 biến tần giống nhau làm việc song song INV1 qua tiếp điểm chính của công tắc tơ HM1(15-7D);INV2 qua tiếp điểm chính của công tắc tơ HM2(15-7D).Nối đồng trục với động cơ truyền động làmáy phát xung để phản hồi tốc độ và đưa tín hiệu về biến tần INV1

2.3.2.2.Sơ đồ điện :

Trang 29

Sơ đồ cấp biến tần INV2 cấp nguồn cho động cơ của cơ cấu nâng hạ hàng của

cần trục RTG

Tiêu đề	Mô phỏng hệ truyền động điện PWM-Đ cơ cấu hạ hàng cần trục giàn RTG
Trường học	Trường Đại học Giao thông Vận tải
Chuyên ngành	Kỹ thuật Cơ khí & Điều khiển
Thể loại	Báo cáo môn học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	2,19 MB