đồ án điều khiển động cơ đồ án cẩu giàn hãng abb

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM
Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông
oOo
ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
I.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẨU GIÀN
1. Nội dung đề tài : Cẩu giàn
Cẩu trong nhà máy bao gồm khâu nâng hạvà chạy ngang, tải M = 10 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 khí 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 dùng của hãng :ABB.
2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN :
 Cấu tạo của cổng trục gồm có 3 cơ cấu chính: cơ cấu nâng hạ, cơ cấu di
chuyển xe con, cơ cấu di chuyển xe cầu
3.Đặc điểm chọn động cơ , biến tần.
- Động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
- Đặc trưng của chế độ ngắn hạn lặp lại là thời gian đóng mạch tương đối

Trong đó: t
lv
là tổng thời gian các giai đoạn làm việc
T là thời gian chu kỳ, T = t
lv
+ t
ngh

Biểu đồ phụ tải.
-Về biến tần chon biến tần theo tải ở chế độ làm việc ngắn
hạn
-Yêu cầu momen quá tải lớn
- Dòng khởi động đạt tới hơn 150% định mức trong 1 phút.
- Nếu động cơ không khởi động được, hoặc
dòng khởi động > 150% quá 1 phút, biến
tần sẽ “trip”.
-Biến tần điều khiển vector
4. SƠ ĐỒ GIẢI PHÁP
II. TÍNH
TOÁN VÀ
CHỌN
ĐỘNG CƠ
TRUYỀN
ĐỘNG :
1. CƠ CẤU NÂNG HẠ :
1.1. Tính toán :
Tính toán phụ tải tĩnh:
Sơ đồ cơ cấu nâng hạ:
Chọn hộp số cho động cơ nâng hạ cẩu trục
Tỉ số truyền của động cơ
Với :  à á í ℎ  ố = 150 
 à ố độ độ ơ = 1500 vòng/ ℎ ú
 à ố độ â ả = 30 / ℎ ú
Tính chọn công suất và moment:
- Trọng lượng vật nâng : G= 10 tấn =10000Kg=(100000N)
- Trọng lượng cơ cấu nâng vật(chọn theo tiêu chuẩn của Nga)
Go=0,25G=10000*0,25=2500kg=(25000N)
- Momen nâng có tải :

- Công suất nâng có tải :
-
Momen nâng không tải:
-
Momen hạ có tải:
- Momen hạ không tải:
Tính toán hệ số tiếp điện phụ tải:
- Chiều cao nâng : H = 10 m
- Vận tốc nâng : v = 0,5m/s
- Thời gian nâng vật : t =
- 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 =4t =20*4=80(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 =
- Tổng thời gian móc hàng và dỡ hàng : t =60(s)
 Tổng thời gian làm việc trong 1 chu kỳ
T=t +t +t =80+16+60=156(s)
- Hệ số tiếp điện phụ tải tính theo công thức :
= =
- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%.
- Hằng số thời gian đóng mạch tương đối của động cơ theo tiêu chuẩn tương
ứng với chế độ làm việc nặng : =40%(do nhà sx chếtạo)
Tính toán công suất động cơ :
P =P = 76,06(kw)
Tính toán ra công suất của động cơ +15% quá tải =87,5 kW
Vận tốc của tang cuốn : ta có : i =
Vậy (v/p)

Tính toán chọn phanh cho cơ cấu nâng hạ
G
đm
: tải trọng định mức
G
o
: trọng lượng của cơ cấu bốc hàng
R
t
: bán kính của tang trống
i : tỉ số truyền
u : số mạch nhánh của ròng rọc
: hiệu suất của cơ cấu
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:
 Động cơ 4 cực,tốc độ rotor :1500 (v/p)
 Động cơ có công suất :87,5 (kw)
 Tỉ số truyền của động cơ :47,1
 Tốc độ đầu ra của động cơ : 31,85 (v/p)
 Momen phanh :707,72 Nm
1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ:
o Yêu cầu:
• chọn công suất P>P
Tính toán
• tỉ số truyền i<i
tính toán
• Tốc độ đầu ra n>n
tính
Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền

hộp số và phanh hãm có mã hiệu FD.208-K4-LGI280ZM4E
( Có catalog kèm theo trang 313, 926 ).


 Thông số kỹ thuật:
- Công suất : 90 kW
- Tốc độ định mức : 1485 vòng/phút
- Tỉ số truyền : 42,63
- Tốc độ đầu ra : 35 vòng/phút
- Điện áp định mức : 400V
- Dòng điện định mức : 159 A
- Hệ số công suất : 0.87
Các thông số kích thước động cơ ( trang 416) :

Thông số về phanh của động cơ (Catalog trang 868)
2. CƠ CẤU CHẠY NGANG :
2.1 Tính toán:
- Tải trọng nâng :G=10000 (kg) =100000( N)
- Trọng lượng xe con ( kể cả bộ phận mang vật ) :G =200(kg)=2000(N)
- Vận tốc di chuyển xe con :v=1(m/s)
- Bán kính bánh xe :r =65(mm)
- Bán kính cổ trục bánh xe :r =20(mm)
- Tốc độ quay của bánh xe:
n
bx
=
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
=
- Lực cản chuyển động của xe được tính theo biểu thức
F=
Trongđó :
g=10(m/s ) : gia tốc trọng trường
k =8.10
-4
: hệ số ma sát trượt
f=5.10
-4
:hệ số ma sát lăn
k =1,2 :hệ số ma sát giữa bánh xe và đường ray (1,2-1,5)
r
ct
= 0.02 :bán kính cổ trục
 F= 8.10
-4
.0,02+5.10
-4
)1,2 = 9716,68(N)
 Momen động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động
=
=0,85 :hiệu suất cơ cấu
- Công suất động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động :


Dựa vào các số liệu tính toán được ta chọn được động cơ theo yêu cầu sau:
 Động cơ có công suất : 11,43 KW
 Tỉ số truyền của động cơ :10,2
 Tốc độ đầu ra của động cơ : 146,98 (v/p)
2.2 Chọn động cơ :
• Yêu cầu:
o chọn công suất P>P
Tính toán
o Tỉ số truyền i<i
tính toán
o Tốc độ đầu ra n>n
tính
=> Dựa vào yêu cầu ta chọn được động cơ của hãng Siemens có gắn liền hộp số
và phanh hãm có mã hiệu FZ.108B-LA160ZLP4E loại 2KJ1305 - 7JT13 -
77E1
Có catalog kèm theo trang 303, 926
 Thông số kỹ thuật:
- Công suất : 15 kW
- Tốc độ định mức : 1460 vòng/phút
- Tỉ số truyền : 8,7
- Tốc độ đầu ra : 168 vòng/phút
- Điện áp định mức : 400V
- Dòng điện định mức : 28 A
- Hệ số công suất : 0.86
• Thông số về kích thước của động cơ ( trang 386 )
 Thông số về phanh của động cơ ( trang 868,881)
Dựa vào size của động cơ để ta chọn.
III. CHỌN BIẾN TẦN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ

1. CHỌN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ NẦNG HẠ :
• Các loại biến tần của hãng ABB và ứng dụng cơ bản từng loại:
- ACS 150: ứng dụng đơn giản: máy đóng gói, băng tải, cửa tự động, bơm,
quạt.
- ACS 310: chuyên dùng cho bơm quạt, có chương trình điều khiển PID thông
minh
- ACS 350: chế tạo máy dệt, máy in, chế biến thực phẩm, cao su, gỗ, băng tải
- ACS 355: thích hợp cho chế tạo máy
- ACS 550: các loại tải momen không đổi hoặc momen thay đổi: băng tải, bơm,
quạt.
- ACS 800: dòng biến tần cao cấp: máy li tâm, máy ép đùn, máy dệt, cẩu trục,
điều khiển kéo theo.

1.1 CHỌN BIẾN TẦN:
Yêu cầu: dựa vào động cơ đã chọn ta chọn biến tần phù hợp với yêu cầu sau:
• Biến tần chuyên dùng cho thiết bị nâng hạ
• Biến tần có công suất 90 KW
• Biến tần điều khiển vector
Dựa vào yêu cầu ta chọn được biến tần ACS 800 của hãng ABB mã số có công suất
90 kW
Các thông số của ACS800-01-0100-3.
( có kèm theo catalog trang 14 )
1.2 CHỌN ĐIỆN TRỞ HÃM, PHANH HÃM THEO HƯỚNG DẪN TRONG
CATALOG CỦA BIẾN TẦN
 Phanh hãm và điện trở hãm chọn theo hướng dẫn của biến tần acs800.pdf
(trang 34 )
Kích thước :

 SINE FILTER ( BỘ LỌC SÓNG HÀI )
Yêu cầu:dùng lọc nhiễu và sóng hài cho biến tần.

Bộ lọc SINE FILTER được chọn theo hướng dẫn trong catalog của
biến tần hãng ABB trang 39

Thông số kỹ thuật :
 Chọn AC reactor : Được sử dụng để cải thiện hệ số công suất đầu vào của
nguồn cung cấp năng lượng cho biến tần.
• Chọn AC reactor để giảm nhiễu cho biến tần và dòng điện của nó
phải lớn hơn dòng vào của biến tần ( A)
thuộc loại PFL-2200S của hãng TOSHIBA
• Vậy ta chọn AC reactor thuộc loại PFL-2200S của hãng
TOSHIBA.
Thông số kĩ thuật:
 Điện áp :230V
 Dòng điện :200A
 Chiều dài: 170 mm.
 Chiều rộng: 195 mm.
 Chiều cao: 240 mm.
1.3 CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT.
• Chọn MCCB ( thay cho cầu chì ) : Bảo vệ biến tần,đóng ngắt nhanh khi có
sự cố ngắn mạch,quá tải và sụt áp mạch điện.
- Dựa vào hướng dẫn của catalog của biến tần en_acs800_01.pdf trang 104
- Dòng điện định mức của cầu chì là 200A, nhóm dùng MCCB thay cho cầu
chì. Nên ta chọn :A2N- 1SDA066784R1 (theo catalog MCCB của ABB
trang 4 )
- Các thông số kĩ thuật của MCCB:
• Dòng định mức: 200A.
• Khả năng chịu dòng: 36kA
• Loại : 3 cực.
• Chọn Contactor cho biến tần: ( Contactor dùng để đóng cắt mạch cho hệ
thống )

yêu cầu :
-Vì sử dụng biến tần để điều khiển động cơ nên chọn loại contactor dùng
cho tải AC1, có dòng định mức lớn hơn dòng điện lớn nhất vào biến tần.
-Chọn contactor loại 3 pole có dòng lớn hơn (1.3- 1.5 )
- Như vậy ở đây dòng để chọn contactor là I =1,5 I
dm
=249A
=> Chọn contactor của ABB loại A 145-30-11 (theo catalog trang 4)
 Các thông số kĩ thuật của contactor:
• Thuộc loại A 145-30-11,có 3 poles.
• Dòng điện định mức : 250A.