Tính chọn công suất động truyền cho băng tải

Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

Phần II: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
TRUYỀN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI
* NGUYÊN LÝ CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN:
Động cơ điện là thiết bị đổi điện năng thành chuyển động tròn xoay.
Nguyên lý cấu tạo của động cơ điện có thể được mô tả như sau:
Vỏ
kim
loại

Roto
r

Cổ góp

Biến
Tần
Bi

Trục

Cấu tạo động cơ điện
Phần quay của động cơ gọi là Rôto hay phần cảm. Trên Rôto có thể có dây hay
nam châm vĩnh cửu hoặc hợp kim đặc biệt tùy theo từ tính của chúng. Một số Rôto có
cuộn dây bằng động nối với nguồn điện bằng các vòng trượt. Thiết bị khống chế chiều
dòng điện qua Rôto gọi là cổ góp. Cổ góp có các cặp chổi than lắp cố định trên vỏ
động cơ, dẫn điện đến phần chuyển động của nó. Rôto được đỡ trên các ổ bi. Các ổ bi
hướng kính là loại thông dụng cần phải được bôi trơn định kỳ.

Phần đứng yên gọi là Stato cấp từ trường chính để làm động cơ hoạt động. Từ
trường này có thể tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Phần lớn
các động cơ chỉ cần nối với điện lưới là có thể hoạt động được. Một số loại động cơ có
độ chính xác cao thường phải có một thiết bị đi kèm đó là thiết bị điều khiển động cơ
(biến tần, mạch điều khiển..) Trong số đó có:
+

Động cơ có tốc độ, vị trí và mômen kéo cần được điều khiển chính xác.

+
Các động cơ công suất lớn, phải khởi động từng bước hoặc tắt dần để dòng
xung kích không phá hỏng động cơ.
Trong các hệ thông tự động thì tín hiệu điều khiển đến thiết bị điều khiển động cơ
nhằm đạt tốc độ hay vị trí yêu cầu. Tín hiệu điều khiển là tín hiệu tương tự một chiều
từ PLC, hoặc Robot, thiết bị trạm hay là máy tính chủ…
a./ Nguyên lý hoạt động của động cơ điện.
Có 3 nguyên lý cơ bản hay sửdụng là:

Nhóm 2

21


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

+
Nguyên lý cực trái dấu của từ trường hút nhau: Đây là nguyên lý của động
cơ đồng bộ xoay chiều và động cơ bước. Các động cơ này có Rôto là các nam châm

vĩnh cửu hay các vật liệu khi từ hóa chúng bị mất định hướng từ trường. Các Rôto này
sẽ quay chính xác theo từ trường quay.
+
Nguyên lý dòng điện chạy qua dây dẫn nằm trong từ trường gây ra lực đẩy
lên dây dẫn đó. Phần lớn các động cơ một chiều hoạt động theo nguyên lý này. Tốc độ
có thể điều chỉnh do thay đổi dòng chạy qua cuộn dây của Rôto hay thay đổi cường độ
từ trường của trường điện từ.
+
Nguyên lý một dây dẫn chuyển động trong một từ trường, làm xuất hiện trên
nó một điện áp và gây ra dòng cảm ứng nếu dây dẫn được đóng mạch. Các động cơ
cảm ứng xoay chiều AC sử dụng nguyên lý này và nguyên lý thứ hai ở trên.
b./ Phân loại động cơ.
Có thể phân động cơ điện ra làm 3 nhóm như sau:
+

Động cơ điện một chiều.

+

Động cơ điện xoay chiều.

+

Động cơ cổ góp điện từ.

*./

ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU

Động cơ xoay chiều có các loại sau:

+

Động cơ xoay chiều vạn năng.

+

Động cơ không đồng bộ.

+

Động cơ đồng bộ.

+

Động cơ cảm ứng.

Do yêu cầu của bài toán và những đặc điểm nổi bật của động cơ điện xoay chiều
không đồng bộ nên trong đề tài băng tải này chúng em chọn động cơ điện xoay chiều 3
pha không đồng bộ rôto lồng sóc làm động cơ kéo băng tải.
*

Những đặc điểm của động cơ điện không đồng bộ:

+
Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những
động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có những đặc điểm như: cấu tạo đơn
giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng và giá thành hạ.
+
Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động
lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công nghiệp nhỏ, trong

các hệ thống băng truyền, băng tải….
+
Tuy nhiên máy điện không đồng bộ còn một số nhược điểm như: Cosφ
không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nhưng ngày nay với bộ biến tần thì
vấn đề đã được giải quyết.
+
Máy điện không đồng bộ thích hợp hơn so với máy đồng bộ khi những ứng
dụng cần thường xuyên mở máy và điều chỉnh tốc độ

Nhóm 2

22


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

Do chế độ làm việc của động cơ kéo băng tải là liên tục, chế độ dài hạn. Theo
yêu cầu công nghệ thì hầu như các loại phụ tải này không yêu cầu điều chỉnh tốc độ ở
nhiều cấp khác nhau. Hệ truyền động các thiết bị liên tục đảm bảo khởi động đầy tải.
Mômen khởi động của động cơ Mkđ = (1,6 ÷ 1,8) Mđm. Bởi vậy, nên chọn động cơ
truyền động là động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stator sâu để có mômen mở máy lớn.
Nguồn cấp cho động cơ truyền động các thiết bị này phải có dung lượng đủ lớn, đặt
biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30 kW, để mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện
và quá trình khởi động của động cơ được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn.
Việc tính chọn công suất động cơ truyền động cho băng tải theo công suất cản
tĩnh. Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ
tảo của động cơ truyền động. Phụ tải của truyền động băng tải thường ít thay đổi trong
quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá

tải. trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.
Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường tính theo các
thành phần sau:
+

Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu.

+
Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa
băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy.
+

Công suất P3 để nâng tải (nếu là băng tải nghiêng)

* Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’.σ.k1.g

Với β = 0 (băng tải nằm ngang).

→ F = 2. 1000. 10. 0,05 = 1000 (N)
Với

L = 2 (m); σ = 1000(g); g = 10

Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa
băng tải và con lăn.
Trong đó:

β = Góc nghiêng của băng tải.
L = Chiều dài băng tải.

σ = Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải.
k1 = Hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu, k1 = 0,05.

Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
P1 = F1.v = σ.L’. k1.v.g
→ P1 = 1000. 1 = 1000 (W)
Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải:
F2 = 2.L.σb.k2.g. cosβ
→ F2 = 2.2.5000.10.0,005=1000 (W)
Trong đó:

k2 = là hế số tính đến lực cản khi không tải. k2 =0,005
σb = khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng.

Nhóm 2

23


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát:
P2 = F2.v = 2.L’.σb .k2 . g
→ P2 =1000.1 = 1000 (W)
Lực cần thiết để nâng vật:

F3 = ±L.σ.g.sinβ

Trong đó dấu (+) là khi tải đi lên, ( - ) khi tải đi xuống.
Công suất nâng bằng:

P3 = F3.v = ±σ.H.v.g

Công suất tĩnh của băng tải:
P = P1 + P2 + P3 = (σ.L’.k1 + 2.L’.σb. k2 ± σ.H).v.g
→ P = P1 + P2 + P3 = 1000 + 1000+ 0 = 2000 (W) = 2 (kW)
Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
Pđc = k3.
→ Pđc = 1,2
Trong đó:

P
η

2
= 2,56 (kW)
0.94

k3 = Hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25).
η = Hiệu suất truyền động.

Kết luận: Như vậy em sẽ chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số kỹ thuật như
sau (Thông số của Công ty Điện Cơ Hà Nội):
Thông số kỹ thuật
Dãy

Kw Hp Vg/ph V

3k132S6 3,0 4,0 945

Nhóm 2

A

Ŋ% Cosα Mmax/ Mmin Mxd/ Mdd Lkđ/Ldd Khốilượng

220/380 12,8/7,4 81

0,76

24

2,2

2,0

6,0

71,5

Số
cực
6


Đồ án TĐHQTSX

Phần III:

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

BIẾN TẦN

Biến tần được đánh giá là một công nghệ tiên tiến, mang lại những thay đổi lớn
trong các ngành công nghiệp thế kỷ XX. Biến tần đã được ứng dụng rộng rãi trên thế
giới, mới được đưa vào Việt Nam trong một vài năm gần đây và đã thể hiện được ưu
điểm của mình.
Nguyên lý làm việc chung của bộ biến tần khá đơn giản. Nguồn điện xoay
chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều bởi bộ chỉnh
lưu. Nhờ vậy, hệ số công suất cosF của biến tần không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít
nhất 0,96. Điện áp 1 chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối
xứng thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Với công nghệ hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu
âm, giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hệ thống điện áp
xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo chế
độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỷ số điện áp tần số là không đổi.
Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp)
nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Đồng
thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ
cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần
chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy, không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo
các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng.
Để thay đổi năng xuất làm việc của băng tải (số sản phẩn/ngày) em sẽ điều chỉnh
tốc độ của động cơ bằng bộ biến tần.
Bộ biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50 Hz)
sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ.

1./ Yêu cầu của bộ biến tần.

+ Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ mong muốn.
+ Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không
đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi.
+ Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số.

2./ Một số biến tần của Siemen
a./ Biến tần dòng MICROMASTER

Nhóm 2

25


Đồ án TĐHQTSX

M 410

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

M 420

M 440

b./ Biến tần dòng SINAMICS

3./ Chọn biến tần
Dựa vào thông số kỹ thuật của biến tần và yêu cầu phụ tải của băng tải (động cơ
truyền động). Em chọn bộ biến tần dòng Micromaster 420 của Siemen. Đặc điểm
thông số kỹ thuật của bộ biến tần này như sau:

Nhóm 2

26


Đồ án TĐHQTSX
Điện áp vào và Công suất

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý
200V đến 240V 1 AC ± 10%

0,12 đến 3kW

200V đến 240V 3 AC ± 10%

0,12 đến 5,5kW

380V đến 480V 3 AC ± 10%

0,37 đến 11kW

Tần số điện vào

47 đến 63Hz

Tần số điện ra

0 đến 650Hz

Hệ số công suất

0,95

Hiệu suất chuyển đổi

96 đến 97%

Khả năng quá tải

Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở
mỗi 300 giây

Dòng điện vào khởi động

Thấp hơn dòng điện vào định mức

Phương pháp điều khiển

Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f;
điều khiển từ dòng thông FCC

Tần số điều chế xung (PWM)

16kHz (tiêu chuẩn cho 230V 1PH hay 3PH)
4kHz (tiêu chuẩn cho 400V 3PH)
2kHz đến 16kHz (bước chỉnh 2kHz)

Tần số cố định

7, tuỳ đặt

Dải tần số nhảy

4, tuỳ đặt

Độ phân giải điểm đặt

10 bit analog
0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)

Các đầu vào số

3 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể
chuyển đổi PNP / NPN

Các đầu vào tương tự

1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi cho PI
(0 đến 10V, định thang được hoặc dùng như đầu
vào số thứ 4)

Các đầu ra rơ le

1, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở),
250VAC/2A (tải cảm)

Các đầu ra tương tự

1, tuỳ chọn chức năng; 0 - 20mA

Cổng giao tiếp nối tiếp

RS-485, vận hành với USS protocol

Độ dài cáp động cơ

- Không có kháng ra :
Max. 50m (bọc kim)
Max. 100m (không bọc kim)
- Có kháng ra :
max.

Nhóm 2

200m
27

(bọc

kim)


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý
max. 300m (không bọc kim)

Tính tương thích điện từ

Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 61

800-3 (giới
hạn theo chuẩn EN 55 011, Class B)

Hãm

Hãm DC, hãm tổ hợp

Cấp bảo vệ

IP 20

Dải nhiệt độ làm việc

-10 0C đến +50 0C

Nhiệt độ bảo quản

-40 0C đến +70 0C

Độ ẩm

90% không đọng nước

Độ cao lắp đặt

1000m trên mực nước biển

Các chức năng bảo vệ

Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch,

chống kẹt, I2tquá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến
tần, khoá tham số PIN

Phù hợp theo các tiêu chuẩn
CE mark

Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC,
loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

Kích thước và tuỳ chọn

Cỡ vỏ (FS)

Cao x Rộng x Sâu

kg

(không có tuỳ chọn)

A

173 x 73 x 149

1

B

202 x 149 x 172

3,3

C

245 x

5,0

4./ Sơ đồ đấu dây

Nhóm 2

28

185 x 195


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

29


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

30


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

Nối đất an toàn

Nhóm 2

31


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

32


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA BIẾN TẦN
MM420

Nhóm 2

33


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

3 pha AC

R
S
T

U
V
W

NFB MC

M

RS 485

GND

(USS)
24 VCD power
supply and external

transistor common

P1
PC

(Jumper)

Cải thiện hệ số
nguồn 1 chiều

N

Chạy thuận

STF
P

Chạy ngược

STR
A

Tốc độ cao

RH

Tốc độ trung bình
Tốc độ thấp

B

RM

C

RL

Tiếp điểm đầu vào
chung

Đầu ra
cảnh báo
lỗi
Vận hành

RUN
SD

Đầu ra chung

SE

Lựa chọn tần số

Dòng vào

+5V
DC 0 to 10 V

AM

Đầu ra tương
tự

DC 4 ÷ 20 mA

GND

MM 420
Đầu nối mạch điều khiển

Đầu nối ra mạch đ.k

Đầu nối mạch chính
SƠ ĐỒ ĐI DÂY
Nhóm 2

34


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

5./ Sử dụng màn hình

*

Nhóm 2

Chức năng của từng nút bấm như sau:

35


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

36


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

6
.

Nhóm 2

37


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

38


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

39


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

40


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

41

Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

42


Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

43


Đồ án TĐHQTSX

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

7./ Cảnh báo và lỗi.

Nhóm 2

44

Đồ án TĐHQTSX

Nhóm 2

G.V hướng dẫn: Phạm Thị Lý

45