Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục

Mục lục
Đề bài
1.Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục
- Tải trọng hàng: 35tấn
- Tải trọng móc và cáp: 2.5 tạ
- Tải trọng xe: 2.5 tấn
- Tốc độ di chuyển định mức: V=44m/phút
- Tốc độ gió cho phép làm việc: V
g
= 40km/h
- Khẩu độ: L = 15m
- Yêu cầu điều khiển 3 cấp tốc độ làm việc
- Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 2 cấp tốc
độ, điều khiển thay đổi số cặp cực và thay đổi điện áp động cơ (hoặc nối thêm
cuộn kháng nối tiếp stator)
2.Nhiệm vụ
1. Tính chọn động cơ, phanh hãm và hộp giảm tốc
2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch động lực
3. Tính chọn các phần tử trên sơ đồ mạch động lực
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 1
4. Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển. Thuyết minh các chế độ làm
việc của sơ đồ.
5. Tính chọn các thiết bị trên sơ đồ mạch điều khiển
6. Xây dựng sơ đồ đi dây và tính chọn tủ điện
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
1. Cổng trục
a.Công dụng:
Cổng trục được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng và
công nghiệp,dùng để xếp dỡ hàng hóa tại các kho bến bãi,các cảng sông ,cảng
biển,sử dụng có hiệu quả trong các công trình xây dựng công nghiệp thủy
điện,lao lắp dầm cầu Các chức năng làm việc của cổng trục giống với cầu

trục nhưng thường làm viêc ở ngoài trời,di chuyển trên đường ray đặt trên nền
nên phải có chân để tạo chiều cao nâng. Các máy của cổng trục được trang bị
các động cơ điện riêng biệt,dùng điện từ mạng lưới điện công nghiệp.
b. Phân loại
- Theo cấu tạo thép:
+ Cổng trục 1 dầm (<10tấn)
+ Cổng trục 2 dầm ( dùng cho trọng tải lớn)
-Theo kết cấu dầm chính: dạng dầm tổ hợp,dạng dàn
-Theo phương thức dẫn động
+Dẫn động chung (1 động cơ dẫn ddoonhj 2 cơ cấu)
+Dẫn động riêng ( các động cơ dẫn động đôc lập)
c.Cấu tạo
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 2
1
2
3
4
5
6
7
8
- S¬ ®å cÊu t¹o cæng trôc
1. Ray 5. Xe con
2. C¬ cÊu di chuyÓn 6. Pal¨ng
3. Ch©n cæng trôc 7.§éng c¬
4. DÇm chÝnh 8. Côm puly mãc c©u
d.Nguyên lý làm việc:
Khi làm việc điều khiển bằng hộp hoặc cabin,cơ cấu di chuyển(2) giúp cổng
trục di chuyển trên ray (1), động cơ trên xe con (5) cung cấp nguồn động lực
để xe con di chuyển trên dầm chính (4), động cơ (7) của palăng dẫn động tang

cuốn cáp để nâng hạ hàng.
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 3
2. Khái quát về động cơ không đồng bộ
a.Khái Niệm:
Động cơ không đồng bộ(đckđb) là loai động cơ điện hoạt động dựa trên
nguyên lý cảm ứng điện từ với tốc độ quay của rotor chậm hơn so với tốc độ
quay của từ trường.

Mô hình động cơ không đồng bộ
b.Phân Loại Và Kết Cấu :
*)Phân loại
+Phân loại theo kết cấu của vỏ :gồm là kiểu hở,kiểu bảo vệ,kiểu kín và kiểu
phòng nổ…
+Phân loại theo kết cấu của roto gồm hai loại là roto kiểu dây quấn và roto lồng
sóc .
…ngoài ra thì phân loại theo số pha trên stato một pha hai pha và ba pha
*)Kết cấu:
 Phần đứng yên (stato) gồm có vỏ máy lõi sắt và dây quấn
+ Vỏ máy : cố định lõi thép và dây quấn không dùng để làm mạch dẫn
thường được làm từ gang.
+Lõi sắt là phần dẫn từ thường được làm từ những lá thép kĩ thuật mỏng ép
lại.Mục đích là để làm giảm tổn hao do từ trường gây ra.
Mỗi lá thép kĩ thật đều được phủ một lớp sơn cách điện để làm giảm tổn
hao do dòng điện xoáy gây nên.
+Dây quấn: dây quấn stato được đặt sát vào các rãnh của lõi sắt và được
cách điện tốt với lõi sắt.

Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 4
 Phần quay (roto):
+ Lõi sắt:thường dùng lõi sắt như ở stato và được ép trực tiếp nên trục máy

hoặc nên giá roto của máy.
+ Roto và dây quấn roto.
- Roto kiểu lồng sóc và khe hở:
.Kết cấu :trong mỗi rãnh của roto đặt vào một thanh dẫn bằng đồng hay bằng
nhôm dài .Ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng vành ngắn mạch.
.Khe hở :để hạn chế dòng điện từ hóa khi lấy điện từ lưới vào cũng như làm
cho hệ số công suất của máy cao hơn người ta thiết kế các khe hở.
c.Nguyên Lý Làm Việc:
- Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở của dây
quấn xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1=60f/p (trong đó thì f là tần số của
dòng điện lưới đưa vào,p là số đôi cặp cực).Hệ số trượt để chỉ phạm vi tốc độ
máy định nghĩa bằng s=(n1-n)/(n1)=(1-n/n1) (n là tốc độ quay của roto). Nếu
n1=n thì s=0.Nếu n1<n  0<s<1; nếu roto quay ngược chiều từ trường thì n<0
s>1. Để động cơ ở chế độ làm việc thì n<n1 tức 0<s<1
- Giả thiết roto quay cùng chiều với từ trường;n<n1 . Lúc này trong cuộn dây
roto sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng.dòng điện cảm ứng này có thể xác định
theo quy tắc bàn tay phải. Mặt khác lúc này cuộn dây lại đang chuyển động
trong từ trường có một moment sinh ra và làm quay cuộn dây.Moment này
được xác định theo quy tắc ban tay trái moment này làm quay roto.Đồng thời
trong roto sẽ suất hiện một moment có tác dụng chống lại moment từ đưa vào
nên động cơ sẽ tăng tốc cho tới khi trạng thái cân bằng được xác lập.
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 5
PHẦN II: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ PHANH HÃM,HỘP GIẢM TỐC
1.Tính chọn công suất động cơ di chuyển xe con
+ Công suất kéo tải định mức:
N
1
=
F
1

= W
t
.f
Trong đó:
- Wt: Trọng tải của hàng, móc, dây cáp, và xe [KN]
- v: Vận tốc di chuyển định mức [m/s]
- ɳ: Hiệu suất bộ truyền
- f: hệ số ma sát giữa bánh xe và ray:
W
t
=35000+250+2500=37750kg
ɳ=0.85
f=0.05
V= m/s
N
1
=
N
1
==16.284(kw)
+ Công suất bù sức cản của cơ cấu nâng hạ:
(Dùng cho xe con có cơ cấu nâng hạ nằm ngoài xe con)
N
2
=
F
2
: lực cản của cơ cấu nâng. Chọn F
2
=2N

⟹ N
2
==1.725 (kw)
+ Công suất bù sức cản của gió ( cổng trục làm việc ngoài trời)
N
3
=
F
3
=2.5*A*q : Lực cản gió
A: diện tích tác dụng của gió (0.5m
2
/tấn)
A=37.75*0.5=18.875m
2
q: lực tác dụng của gió trên 1 đơn vị diện tích
q=Vg
2
/16 Vg: vận tốc gió=100/9 (m/s)
q==7.716(N/m
2
)
F
3
=2.5*18.875*7.716=364.099(N)
⟹N
3
==3.14 (kw)
+ Công suất gia tốc phần quay:
ω = (rad/s)

Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 6
M
4 =
(N)
N
4 =
(kW)
n
đm
: tốc độ quay định mức(stato nối kiểu tam giác),chọn n
đm
=700 vòng/p
J
t
: moomen quán tính quy về trục động cơ. Chọn J
t
=8
t
a
: thời gian gia tốc. Chọn t
a
=6(s)
w ==(700*2*3.14)/60=73.3 (rad/s)
M
4
==97.73 N.m
⟹ N
4
==7.16 (kw)
+ Công suất gia tốc phần chuyển động tịnh tiến:

F
5
(N)
N
5 =
(kW)
⟹ N
5
= = = 3.98 (kw)
P
đc
= Max (N1+N2+N3;)
f: hệ số phát huy công suất(1.6-2.2).Lấy f=1.6
⟹P
đc
=Max (21.15 ; 20.18)
Chọn công suất P
đc
21.15 kw
Tra bảng công suất chọn động cơ,ta chọn động cơ A02-91-8/4 có các thông số
P
đm
=24/34 kw
n
đm
=735/1470 vòng/p
ɳ = 0.89/0.9
cos = 0.79/0.93
s%=2/2
I

mm
/I
đm
=7
M
m
/M
đm
=1.2/1
M
max
/M
đm
=2/2
Động cơ làm việc dạng ngắn hạn lặp lại
2. Chọn hộp giảm tốc
+Tỉ số truyền:
i =
D
t
: đường kính tang quấn. Chọn 0.3m
i = = 14.1
Chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ có tỉ số truyền i = 15
3. Chọn phanh
M
đm
= = = 311 N.m
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 7
M
ph

≥ 1.8 M
đm
= 1.8*311 = 560N
=> Chọn Phanh điện thủy lực kiểu: TKG-300
Đường kính bánh phanh: 300mm
Mômen phanh: 600 Nm
Cơ cấu di chuyển xe con


4.Kiểm nghiệm động cơ
+Thời gian di chuyển: t
dc
= = = 20 (s)
Thời gian làm việc: t
lv
= 20.5*2 = 40 (s)
Ta chọn t
ck
= 60 (s)
+Hệ số tiếp điểm của động cơ: TĐ% = = 40/60 =66.67%
+Mômen M
dc
= = =198.8 (N.m)
u: bội số hệ thống ròng rọc,lấy u= 2
R
t
: Bán kính tang quấn = 0.15
+Kiểm nghiệm qua tải về mômen
Momen cản lớn nhất: M
cmax

= M
dc
= 198.8 (N.m)
M
đm =
311 M
cmax
. Vậy động cơ đảm bảo yêu cầu quá tải về mômen
+ Kiểm nghiêm mômen khởi động của động cơ:
M
c mở máy
= 2M
cmax
= 2*198.8 = 397.6 (N.m)
M
kđ
= 2 M
đm
=2.311 = 622 M
c mở máy

Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 8
PHẦN III: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC
1.Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số cặp cực và mắc thêm cuộn kháng
nối tiếp stato
ω ; n=
Trong đó : n: tốc độ động cơ
f: tần số
p: số cặp cực
- Vì vậy bằng cách thay đổi số cặp cực từ P có thể điều chỉnh tốc độ quay của

động cơ
- Để thay đổi đôi cực p ta thay đổi số cách đấu dây và cách thay đổi chiều dòng
điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ
Hình 1. Cuộn dây mắc nối tiếp số đôi cực là 2p
Hình 2. Cuộn dây mắc song song số đôi cực là p
- Giả sử lúc đầu cuộn dây được nối như hình (1) khi đó số cặp cực là 2p nếu bây
giờ thay đổi như hình (2) dòng điện trong một phần giữ nguyên như chiều cũ còn
trong phần kia dòng điện đảo chiều, ta được số đôi cực là p theo công thức:
n= ta thấy tốc độ tăng lên gấp đôi
- Theo giả thiết trên ta xây dựng được mạch thay đổi tốc độ động cơ bằng cách
thay đi số cặp cực như sau:
+Lúc đầu ta để cuộn dây nối tam giác với số cặp cực là 2p các cuộn dây sẽ mắc nối
tiếp với nhau rồi chuyển sang nối sao kép các cuộn dây nối song song với 2p giảm
đi một nửa.
-Sơ đồ thay đổi số cặp cực: đổi từ nối tam giác sang nối sao kép
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 9
A
B
C

A
B
C
Hình 3. Sơ đồ nối tam giác Hình 4. Sơ đồ nối sao kép
-Đổi nối từ tam giác sang sao kép
P
∆
= 3.U.I.Ƞ.cos)
P
⅄⅄

= 2U.I. Ƞ.cos
.Nếu coi như cos) = cos
.Ta có tỷ số = 1.15
.Khi tiến hành điều chỉnh tốc độ công suất thay đổi không đáng kể
⟹Vậy đổi nối từ tam giác sang sao kép thích hợp khi công suất truyền động
không đổi. P không đổi n tăng gấp đôi ⟹ M giảm đi 1 nửa
Ta có đặc tính cơ như sau :
*Mắc cuộn kháng vào mạch stato giảm điện áp cấp vào cho động cơ dẫn đến làm
giảm tốc độ của động cơ.
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 10
-Đường đặc tính cơ như sau:
*Ưu và nhược điểm của phương pháp:
-Nhược điểm:
+Phương pháp thay đổi số đôi cực p của động có co phạm vi điều chỉnh tốc
độ hạn chế vì mở rộng phạm vi điều chỉnh sẽ làm tăng kích thước,trọng
lượng động cơ.
+ Phương pháp này điều chỉnh không trơn mà nhảy cấp.
-Ưu điểm:
+Kinh tế vì không có tiêu hao năng lượng phụ và các đường dặc tính cơ khi
điều chỉnh vẫn giữ được độ cứng lớn.
+ Được sử dụng rộng rãi khi không có yêu cầu về độ trơn điều chỉnh.
*Từ thông số động cơ ta có:
- Stato nối kiểu tam giác:
S
đm
=2% ; λ = = 2
n=735 v/p ; M
đm
= 311(N.m)
⟹ M

th
= 622(N.m)
- Stato nối sao kép: S
đm
=2%
; n=1470v/p
M
đm
= = 155.5(N.m)
⟹ M
th
=
- Đường đặc tính cơ:
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 11
2.Sơ đồ mạch động lực
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 12
L1
L2
L3
A B
C
L1 L1 L1
L2 L2 L2
K1 K1 K1 K2 K2 K2
K3 K3 K3
K4 K4 K4
K5
K5
K5K6 K6 K6
K7

K7
K7
A B C
RN
RN
CC
CD
CC
KM
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 13
PHẦN IV: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ MẠCH
ĐỘNG LỰC
I
tt
= = = 29.94(A)
1.Cầu chì
- Cầu chì là khí cụ bảo vệ ngắn mạch quá tải nguồn
I
c
= 1,15 I
đm
= 34.4 (A)
→chọn cầu chì: chì – thiếc có I
c
=40A
2.Rơle nhiệt
- Rơle nhiệt dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện bị quá tải, thường được
sử dụng cùng với contacto trong các khởi động từ.
I
r

= (1-1.5 )I
tt
=( 29.94 – 44.94) (A)
=> Chọn rơle nhiệt do LG chế tạo loại GTH85 có: I= 34-85 (A)
3. Cầu dao
- Cầu dao là khí cụ đóng cắt mạch điện
U
CD
≥

U
ng
= 380v
I
CD
≥ I
tt
=29.94 (A)
Trong đó:
U
ng
điện áp định mức của nguồn chọn U
ng
= 380V
I
CD
dòng điện định mức cầu dao
U
CD
điện áp định mức cầu dao

I
tt
dòng điện tính toán của nguồn
=> Chọn cầu dao: Panasonic BBD3403CA có I=40A; I
cu
=6KA và
U
CD
=415V
4. Contacto
-Là loại khí cụ dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch
điện động lực có phụ tải
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 14
-Điện áp qua tiếp điểm chính ≥380 V
-Dòng qua tiếp điểm chính I
tt
= 29.94A
-Chọn contacto có U
đm
= 380 V
I
đm
=40 A
=>Chọn Côngtắctơ do LG chế tạo loại GMC50 có I=50A
PHÀN V: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC.
THUYẾT MINH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
1.Sơ đồ nguyên lý
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 15
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 16
2.Thuyết minh chế độ làm việc

- Đóng aptomat cấp điện cho mạch điều khiển
- Tay chang vị trí số 0 cuộn dây KU có điện, tiếp điểm thường hở KU đóng lại
cấp điện cho mạch điều khiển. Cuộn dây K4 có điện tiếp điểm K4 đóng lại.
+ Ở chế độ quay thuận
- Gạt tay chang sang vị trí 1 cuộn dây K1 có điện, tiếp điểm thường hở K1 có
điện đóng lại làm cho cuộn dây KM có điện. Tiếp điểm thường hở KM đóng
lại,phanh được nhả. Cuộn dây R
th
có điện, đồng thời cuộn dây K5 có điện tiếp
điểm thường hở K5 đóng lại. Động cơ quay theo chiều thuận với tốc độ 1, sau
1 thời gian tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth có điện làm cho tiếp điểm K3
đóng lại,cắt cuộn kháng ra khỏi mạch.
- Gạt tay chang sang vị trí 2, cuộn dây K1 có điện, tiếp điểm K1 có điện đóng
lại. Cuộn dây K6, K7 có điện, tiếp điểm K6,K7 đóng. Động cơ quay theo
chiều thuận với tốc độ số 2.
- Gạt tay chang sang vị trí số 3,cuộn dây KU1 có điện tiếp điểm thường đóng
KU1 có điện mở ra,cuộn dây K4 mất điện làm cho tiếp điểm K4 đóng mở ra.
Cuộn dây K6,K7 có điện , nên tiếp điểm K6,K7 đóng lại. Động cơ quay với
tốc độ số 3.
+ Ở chế độ quay ngược
- Gạt tay chang sang vị trí 1', cuộn dây K2 có điện, tiếp điểm thường hở K2 có
điện, cuộn dây K5 có điện , nên tiếp điểm K5 đóng lại. Động cơ quay ngược
với tốc độ số 1.
- Gạt tay chang sang vị trí 2', cuộn dây K2,K6, K7 có điện, tiếp điểm
K2,K6,K7 đóng lại. Động cơ quay ngược với tốc độ số 2.
- Gạt tay chang sang vị trí 3', cuộn dây KU1 có điện tiếp điểm thường đóng
KU1 có điện mở ra,cuộn dây K4 mất điện tiếp điểm K4 mở ra. Cuộn dây
K6,K7 có điện,nên tiếp điểm K6,K7 đóng lại. động cơ quay ngược với tốc độ
số 3.
+ Ở chế độ bảo vệ

-Khi động cơ quá tải, role nhiệt RN mở mạch ngắt điện toàn bộ
-Ngắn mạch CC1 sẽ tác động ngắt điện -Bảo vệ điểm 0 khi làm việc tay chang
phải ở vị trí 0 cuộn dây R
ư
mới được cấp điện từ đó làm cho tiếp điểm thường
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 17
hở của nó đóng lại,K
u
đóng mạch điều khiển mới được cấp điện , khi làm việc
nếu tay chang không ở vị trí 0 mạch sẽ không hoạt động được
*Kết luận: Mạch thực hiện được chức năng điều khiển động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc quay 2 chiều với 3 cấp tốc độ có hỗ trợ khởi động bằng cách dùng cuộn
kháng nối tiếp với stato của động cơ.
PHẦN VI: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRÊN SƠ ĐỒ MẠCH
NGUYÊN LÝ
1. Aptomat
-Là khí cụ dùng để tự động đóng cắt mạch điện để bảo vệ quá tải hoặc ngắn
mạch, sụt áp.
U
đm
≥ 380V
I
đm
≥ (1.2 – 1.3) I
tt
(35.92 – 38.92)
I
r
= I
đm

I
cu
≥ 6kA
Chọn aptomat 1 pha, 2 cực với I =40(A)
=> Chọn áptomát MCB của LS 50A (1P-6KA)
2.Rơle thời gian
- Là thiết bị tạo thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ 1 rơle ( hoặc
thiết bị) đến 1 role ( hoặc 1 thiết bị ) khác.
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 18
- Chọn role điện từ : trễ từ vài giây đến vài chục giây
- Điện áp cuộn dây U
CD
= U
ng
=380V
=>H3CR-A 240AC, thời gian: 05s ~ 300h
3.Rơle điện áp,rơle trung gian
-Dùng để bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp làm việc tăng hoặc giảm quá
mức quy định,được mắc song song với thiết bị cần bảo vệ.
=>Chọn Rơle trung gian Ormon loại LY : 10A
LY4 : 4 tiếp điểm
Nguồn: 220VAC
Ðế cắm: PTF14A-E (LY4)
PHẦN VII: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐI DÂY VÀ TÍNH CHỌN TỦ ĐIỆN
1.Sơ đồ đi dây và tủ điện
+Sơ đồ đi dây
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 19
ABC
L N
CD

AT
K1
RN
AT
Ku
Rth
Ku1
K2 K3
K4 K5
K6
K7
Tay Chang
KM
T1 T2 T3 T4 T5 T6
+Tủ điện:
AT
K1
RN
AT
Ku1
Rth
Ku2
K2 K3
K4 K5
K6 K7KM
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 20
2.Lựa chọn dây và cáp điện
+ Cáp từ tủ điện đến động cơ di chuyển xe con
Chọn cáp đồng 4 lõi cách điện bằng cao su có vỏ thép tiết diện 6mm
2

loại
4G6 có:
I
cp
= 50 (A)
d
lõi
= 2.9 (mm
2
)
d
vỏ
= 16 (mm
2
)
Cấp điện cho hệ thống dùng bộ tiếp điểm dây mềm
+ Chọn dây điện cho mạch điều khiển
Chọn dây dẫn đồng 2 lõi cách điện bằng cao su tiết diện 1mm
2
loại có
I
cp
= 50A
Phạm Trọng Thuận – TBĐ K52 Trang 21