điều khiển động cơ đồ án cẩu giàn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM
Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông
oOo
ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
ĐỀ TÀI : CẨU GIÀN TRONG NHÀ MÁY BAO GỒM
KHÂU NÂNG HẠ VÀ CHẠY NGANG
GVHD :TS. Lê Quang Đức
Nhóm : 25
1. Hoàng Hoài Nguyên MSSV: 1051060040
2.Đoàn Phương Nam MSSV: 1051060038
3. Nguyễn Minh Sang MSSV: 1051060047
NỘI DUNG BÁO CÁO
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CẨU GIÀN
1. Nội dung đề tài
2. Giới thiệu đôi nét về hệ thống cẩu giàn
3. Xây dựng đặc tính cơ
4. Sơ đồ giải pháp
II. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ
1. Tính toán cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang.
2. Chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang.
III. CHỌN BIẾN TẦN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ.
1. Cơ cấu nâng hạ :
a) Chọn biến tần
b) Chọn MCCB
c) Chọn contactor
d) Chọn AC reactor
e) Sine Filter (bộ lọc sóng hài)
f) Chọn cáp
2.Cơ cấu chạy ngang :
a) Chọn biến tần
b) Chọn MCCB

c) Chọn contactor
d) Chọn AC reactor
e) Sine Filter (bộ lọc sóng hài)
f) Chọn công tắc hành trình
g) Chọn cáp
IV. CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
1. Chọn MCB
2. Chọn rơle trung gian
3. Chọn encoder
4. Chọn bộ nguồn cho encoder
5. Chọn card encoder
6. Chọn nút nhấn
7. Đèn báo
8. Chọn hộp nút nhấn điều khiển
9. Chọn cáp mạch điều khiển
10. Chọn tủ điện
V. MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN.
1. Giới thiệu sơ đồ mạch động lực và điều khiển
2. Thuyết minh sơ đồ
3. Cài đặt biến tần
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CẨU GIÀN.
1. Nội dung đề tài :
-Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạ và chạy ngang, tải M = 5 tấn, vận tốc 0.5
m/s cho động cơ nâng hạ, 1 m/s cho động cơ điều khiển chuyển động ngang. Chọn
động cơ kéo, hộp số, AC drive
- Điều khiển cẩu dàn chạy ngang và nâng hạ bằng nút ấn
- Cơ cấu nâng hạ có điều khiển quá trình thắng cơ khi khi nâng và hạ
- Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu chạy ngang có bảo vệ hành trình hai đầu không cho thiết
bị chạy quá hành trình
- Điều khiển cẩu bằng hộp nút ấn cầm theo có nút ấn tự nhả: nút đi lên, nút đi xuống,

nút qua phải, nút qua trái, nút dừng khẩn cấp
- biến tần sử dụng của hãng Delta.
2. Giới thiệu đôi nét về hệ thống cẩu giàn :
- Trong công nghiệp cầu giàn có nhiệm vụ di chuyển hàng hóa, vật tư, thiết bị từ
vị trí này sang vị trí khác như trong các phân xưởng , các nhà máy. Cẩu giàn tự
động hóa các trình nâng, hạ bốc xếp trang thiết bị, vật tư, hàng hóa làm giảm sức
lao động tăng năng suất và chất lượng lao động
- Cấu tạo của cầu trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di chuyển
xe con, cơ cấu di chuyển xe cẩu
- Về chế độ làm việc: cẩu giàn làm việc bốc dỡ hàng hóa nhiều lần nên chế độ làm
việc của cẩu giàn là chế độ ngắn hạn lặp lại và chế độ làm việc của cơ cấu cầu giàn là
cực kỳ nặng nề: tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và
đảo chiều liên tục
3.Xây dựng đặc tính cơ :
 Đặc tính cơ của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:
 Đối với cẩu giàn moment thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt.
 Đặc tính làm việc của biến tần điều khiển động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• Tải momen không đổi cần momen khởi động lớn lúc ban đầu
• Dòng khởi động đạt tới 155% định mức trong vòng 3s
• Yêu cầu biến tần điều khiển vector
4.Sơ đồ giải pháp
Hướng giải quyết :
• Chọn động cơ nâng hạ và chạy ngang của Simens phù hợp với công suất tính toán
• Dùng biến tần của hãng Delta
• Dùng công tắc hành trình để bảo vệ hành trình 2 đầu
• Chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực và mạch điều khiển
• Chọn cáp, tủ điện .
II. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ
1. Tính toán cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang :
a.Tính toán phụ tải tĩnh:

Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:
chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cầu trục
tỉ số truyền của động cơ
Với
Biến tần
nâng hạ
Đ
ộ
n
Tang
cuốn
Hộp số
Tải
Biến tần
Động cơ
chạy
ngang
Hộp số
Tính chọn công suất và moment:
- Trọng lượng vật nâng : G=5000kg=(50000N)
- Trọng lượng cơ cấu nâng vật ( chọn theo tiêu chuẩn của Nga)
Go=0,25G=5000*0,25=1250kg=(12500N)
- Momen nâng có tải :
)(1.221
9,0*1.47*1
15,0*)1250050000(

)(
0
Nm

ui
RGG
Mn
t
=
+
=
+
=
η
- Công suất nâng có tải :
)(7.34
60
1500.2
.
1000
1.221
60
.2
10001000
.
kw
n
MM
Pn
nnn
====
ππ
ω
- Momen nâng không tải:

)(2,44
9,0.1,47
15,0.12500
).(

0
NmmN
ui
RG
Mn
t
===
η
- Momen hạ có tải:
)(9,176)
9,0
1
2(
1,47
15,0).1250050000(
)
1
2.(
.
)(
0
Nm
ui
RGG
M

t
h
=−
+
=−
+
=
η
- Momen hạ không tải:
)(3,35)
9,0
1
2(
1,47
15,0.12500
)
1
2.(
.
0
0
Nm
ui
RG
M
t
h
=−=−=
η
Tính toán hệ số tiếp đi phụ tải:

- chiều cao nâng : H=8m
- vận tốc nâng : v=0,5m/s
- thời gian nâng vật : t
n
=
)(16
5,0
8
s
v
H
==
- nếu coi thời gian của 4 giai đoạn : nâng có tải, hạ có tải ,nâng không tải và hạ không tải
là như nhau
=> tổng thời gian làm việc :t
lv
=4t
n
=16*4=64(s)
- chiều dài di chuyển xe con theo chiều ngang :L=8m
- vận tốc di chuyển xe con theo chiều ngang :v=1m/s
 thời gian di chuyển xe con trong chu kỳ làm việc
 :t
xc
=
)(16
1
8
22 s
v

L
==
- tổng thời gian móc hàng+ dỡ hàng :t
md
=60(s)
 Tổng thời gian làm việc trong 1 chu kỳ
t
ck
=t
lv
+t
xc
+t
md
=64+16+60=140(s)
- hệ số tiếp điện phụ tải tính theo công thức :
ξ
pt
=
ck
lv
t
t
=
%71,45%100*
140
64
=
- hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương ứng với
chế độ làm việc nặng :ξ

tc
=40%(do nhà sx chế tạo)
chọn động cơ nâng hạ:
p
đc
=p
n
40
71,45
.7,34
=
tc
pt
ε
ε
= 37,11(kw)
Tính toán ra công suất của động cơ +15% quá tải = 42,7(Kw)
- vận tốc của của tang cuốn : ta có i=
t
dc
n
n
vậy (v/p)
Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ
Mục đích của việc tính toán lựa chọn phanh
Trong quá trình hoạt động ,nếu xảy ra sự cố bất thường như tuột cáp,vật mang trong khi di
chuyển bị va chạm với chướng ngại vật trong nhà xưởng phải có thiết bị hãm chuyển động của
hệ thống lại,tránh hư hỏng cho các bộ phận khác và tránh gây tai nạn trong sản xuất
–tải trọng định mức
–trọng lượng của cơ cấu bốc hàng

-bán kính của tang
i- tỉ số truyền
u – số mạch nhánh của ròng rọc
–hiệu suất của cơ câú
Momen của cơ cấu phanh
Với k=2 do động cơ làm việc ở chế độ nặng
dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:
tốc độ rotor :1500 (v/p)
động cơ có công suất :42,7(kw)
tỉ số truyền của động cơ :47,1
tốc độ đầu ra của động cơ : 31,8 (v/p)
momen phanh :354(Nm)
Momen quay của động cơ :221N.m
Tính toán chọn động cơ cho cơ cấu chạy ngang:
Ta có
- tải trọng nâng :G=5000 (kg) =50000( N)
- trọng lượng xe con (kể cả bộ phận mang vật) :G
0
=200(kg)=2000(N)
- vận tốc di chuyển xe con :v=1(m/s)
- bán kính bánh xe :r
bx
=65(mm)
- bán kính cổ trục bánh xe :r
ct
=20(mm)
- Tốc độ quay của bánh xe:
- n
bx=

147
13,014,3
60
=
×
=
×
bx
D
v
π
v/p
Trong đó :
v = 60 m/p : Vận tốc di chuyển xe con
D
bx
=0,13 m : đường kính bánh xe
- Tỷ số truyền hộp giảm tốc :
i
gt
=
2,10
147
1500
==
bx
dc
n
n
- lực cản chuyển động của xe được theo biểu thức

F=
brctt
bx
kfrk
r
gGG
).(
)(
0
+
+
Trong đó :
• g=10(m/s
2
) :gia tốc trọng trường
• k
t
= 0,0008 :hệ số ma sát trượt ( dùng ổ trượt )
• f= 0,0005 :hệ số ma sát lăn ( dùng ổ trượt)
• k
br
=1,5 :hệ số ma sát giữa bánh xe va đường ray (1,25-165)
- bán kính cổ trục
 F=
(
065,0
10)200050000( +
0,0008.0,02+ 0,0005).1,5=6192(N)
 momen động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động
η

.
.
i
RF
M
b
=
=
)(42,46
85,0.2,10
065,0.6192
N=
η
=0,85 :hiệu suất cơ cấu
- Công suất động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :

)(28,7
85,0.1000
1.6192
.1000
.
kw
vF
P ===
η
Dựa vào các số liệu tính toán được,ta chọn động cơ gắn liền hộp giảm tốc theo yêu cầu sau:
Động cơ có công suất thấp nhất là 7,28kw
Tốc độ đầu ra của động cơ là 147 v/p
Tỉ số truyền của động cơ là 10,2
Momen quay 46,42N.m

2.Chọn động cơ cho cơ cấu nâng hạ và chạy ngang :
a. cơ cấu nâng hạ :
 Yêu cầu :
• Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)
• động cơ có công suất :42,7(kw)
• tỉ số truyền của động cơ :47,1
• tốc độ đầu ra của động cơ : 31,8 (v/p)
• momen phanh :354(Nm)
• Momen quay của động cơ :221N.m
• Chọn động cơ có tích hợp hộp số
 Giải pháp
• Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số giảm
tốc có các loại động cơ sau:
• Động cơ bánh răng côn xoắn : hiệu suất cao, ứng dụng rộng rãi như : bộ truyền động
dịch chuyển, bộ truyền động máy trộn, bộ truyền động trống cáp. Tuy nhiên cấu trúc
( hình dạng ) động cơ có hộp số nằm ngang với động cơ nên không thích hợp cho cẩu
giàn .
• Động cơ bánh răng xoắn ốc : hiệu suất cao, ứng dụng rộng rãi như : máy khuấy, bộ
truyền động bàn ăn, máy chế biến gỗ.
• Động cơ bánh răng trục song song với động cơ : ứng dụng của nó cũng như động cơ
bánh răng côn xoắn nhưng hộp số lại mắc song song với motor nên phù hợp cho lắp
đặt cẩu giàn.
• Động cơ bánh răng xoắn ren : hiệu suất thấp, công suất nhỏ khoảng 0.75Kw. dùng
trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm.
• Động cơ bánh răng xoắn ren : hiệu suất thấp, công suất khoảng 11Kw. dùng trong
ngành xử lí nước thải.
•Nhóm chọn động cơ bánh răng song song với trục động cơ có mã hiệu FZ.168B-
LG225ZM4E ( Có catalog kèm theo trang 311, 926 )
 Thông số kỹ thuật:

- Công suất : 45 kW
- Tỉ số truyền : 45,25
- Tốc độ đầu ra : 33 vòng/phút
- Điện áp định mức : 400V
- Dòng điện định mức : 80 A
- Hệ số công suất : 0.87
- Momen quay: 291N.m
 Chọn phanh cho động cơ :
• Yêu cầu :
Dùng để hãm tốc độ động cơ theo yêu cầu. với moment phanh hãm lớn hơn momen
quay của động cơ.
• Giải pháp :
Ứng với động cơ có moment quay là 291N.m . Theo hướng dẫn của catalog động cơ
ta chọn phanh có mã L400/300 với moment phanh 300N.m ( ứng với motor sai 225)
catalog trang 868
b. Cơ cấu chạy ngang :
 Yêu cầu :
• Động cơ có công suất thấp nhất là 7,28kw
• Tốc độ đầu ra của động cơ sau hộp số là 147 v/p
• Tỉ số truyền của động cơ là 10,2
• Momen quay 46,42N.m
• Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
• Động cơ có tích hợp hộp số
 Giải pháp :
• Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số có mã
hiệu FZ.8 8B-LA2ZMP4E ( Có catalog kèm theo trang 296, 926 ).
 Thông số kỹ thuật:
- Công suất : 7,5 kW
- Tốc độ định mức : 1455 vòng/phút

- Tỉ số truyền : 9,19
- Tốc độ đầu ra : 158 vòng/phút
- Điện áp định mức : 400V
- Dòng điện định mức : 14,5 A
- Hệ số công suất : 0.84
- Momen quay 49,2 N.m
III. CHỌN BIẾN TẦN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ.
1.Cơ cấu nâng hạ :
a.Chọn biến tần:
• là biến tần điều khiển vector.
• dùng để điều khiển động cơ.
• Phù hợp với công suất động cơ
NHÓM CHỌN BIẾN TẦN CỦA HÃNG DELTA
 Hãng delta có các loại biến tần sau :
• Biến tần VFD-C2000 SERIES
ứng dụng : máy cẩu, cẩu trục, cẩu tháp, máy in, máy dệt, máy kéo tháp ,Máy cán thép.
• Biến tần VFD- E , VFD -EL
Có công suất nhỏ, phù hợp điều khiển các hệ thống thông gió, điều hòa không khí, hệ
thống cấp nước tòa nhà lớn.
• Biến tần VFD- L
Có công suất nhỏ, ứng dụng cho máy đóng gói, băng tải.
• Ngoài ra còn có 1 số loại tuy nhiên chỉ áp dụng đối với công suất nhỏ vài Kw.
 Yêu cầu :
• Chọn biến tần phù hợp với công suất động cơ nâng hạ là 45Kw.
• Động cơ 3 pha 380-460V
• Dòng định mức đầu ra phù hợp với dòng vào động cơ (80A)
 Giải pháp :
o loại VFD- C2000 SERIES . Với mã (VFD- 450 C43A ) size D trang 152 biến tần
Delta.
o Điện áp : 3 Pha 380~ 460AC

o Công suất : 45KW
o Dòng định mức đầu vào: 101A
o Dòng định mức đầu ra :91A
 Chọn điện trở hãm, phanh hãm theo catalog của biến tần.
• Điện trở hãm có chức năng:giúp biến tần xả bớt năng lượng dư thừa lúc này động
cơ chuyển thành máy phát.
• Được chọn theo hướng dẫn của biến tần mã ( BR1K5W013) trang 73
Điện trở có giá trị 13Ω.
2. Chọn MCCB: Dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạchđộng lực
 Yêu cầu :
• Iđm của MCCB >=1,2 Iđm của biến tần
• Dòng ngắn mạch cực đại In > hoặc = 25kA
• Với Rdd= 0,38Ω/km. ở đây nhóm chọn dây cáp có ciều dài 20m
 Giải pháp:
• Ở đây nhóm chọn MCCB của hãng Siemens ( có catalog kèm theo) mã sản phẩm
3VT1712-2DA36-0AA0 .
• có dòng định mức I(đm) =125A
• 3 cực
• Khả năng cắt :25kA
c. Chọn Contactor cho mạch động lực: (Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ thống )
 yêu cầu :
• điện áp 3 pha 380- 460V
• Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.2- 1.5 )
• Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,2.I
dm
≈120A
 giải pháp:
• Chọn contactor S3 mã 3RT1046-1AP00, loại AC1 của Simens ( catalog trang 79 ) . Có
dòng định mức 120A, 3pha ,3 cực
• Điện áp cuộn hút 230V

d. chọn AC reactor:
 yêu cầu
• Chọn AC reactor để giảm sóng hài cho biến tần và dòng điện của nó phải lớn hơn
dòng vào của biến tần ( A)
 Giải pháp :
• Chọn AC reactor của simens có mã số : 6SE6400-3CC11-2FD0. Có dòng định
mức đầu ra là 151A.
e. chọn Sine Filter (bộ lọc sóng hài)
Dùng để lọc nhiễu cho đầu ra biến tần :
chọn theo hướng dẫn của biến tần trang 81. Mã MIF3150
f. Chọn công tắc hành trình cho nâng hạ và chạy ngang :
 yêu cầu :dùng để giới hạn hành trình 2 đầu. không cho thiết bị chạy quá hành trình.
 Giải pháp :ta chọn công tắc hành trình của simnens mã 3SES 5122-0CE01
• Dòng định mức 6A
• Điện áp : 230A
• Có 2 tiếp điểm 1NO/1NC
• Độ chính xác : 0.05mm
g. chọn cáp cho cơ cấu nâng hạ : dùng để kết nối các thiết bị trong mạch động lực
 yêu cầu : phù hợp với dòng vào định mức của biến tần và động cơ. Có khả
năng chịu quá tải, cách điện tốt.
 Giải pháp :dựa vào hướng dẫn chọn cáp điện của Cadivi Mã sản phẩm
1060119
• chọn cáp có 3 lõi .Tiết diện 50mm
2
. Sợi đồng
• chịu được dòng quá tải là 107A.
• với điện trở 0,387Ω/Km
2.Cơ cấu chạy ngang.
a. chọn biến tần:
 Yêu cầu :

• Chọn biến tần phù hợp với công suất động cơ nâng hạ là 7,5Kw.
• Động cơ 3 pha 380-460V
• Dòng định mức đầu ra phù hợp với dòng vào động cơ (14,5A)
 Giải pháp :
o loại VFD- C2000 SERIES . Với mã (VFD- 075 C43D ) trang 152 biến tần Delta.
o Điện áp : 3 Pha 380~ 460AC
o Công suất : 7,5KW
o Dòng định mức đầu vào: 20A
o Dòng định mức đầu ra :18A
 Chọn điện trở hãm, phanh hãm theo catalog của biến tần.
• Điện trở hãm được chọn theo hướng dẫn của biến tần mã ( BR1K0W075) trang
73
Điện trở có giá trị 0,75Ω.
2.Chọn MCCB: dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch mạch động lực của cơ cấu chạy
ngang.
 Yêu cầu :
• Iđm của MCCB =1,2 Iđm của biến tần (1,2. 20= 22A)
• Dòng ngắn mạch cực đại Icu >= 2,3kA
• Với Rdd= 4,61Ω/km. ở đây nhóm chọn dây cáp có chiều dài 20m
 Giải pháp:
• Ở đây nhóm chọn MCCB của hãng Siemens ( có catalog kèm theo) mã sản phẩm
3VT1792-2DM36-0AA0 .
• có dòng định mức I(đm) =25A
• 3 cực
• Khả năng cắt :Icu= 25(KA)