THIẾT kế hệ TRUYỀN ĐỘNG cơ cấu NÂNG hạ cầu TRỤC

Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Lời nói đầu
Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất.
Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan
trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm. Ngày nay, cùng với
những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền động cũng
ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến
bộ trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng đợc độ tác
động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế
hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong
kỹ thuật vào thực tế sản xuất.
Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động
điện em đợc giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:
I. Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
Đợc sự hớng dẫn trực tiếp và tận tình của GS TS. Bùi Quốc Khánh , em
đã hoàn thành đồ án đợc giao.
Nội dung của đồ án chia làm 6 chơng, cụ thể nh sau:
Chơng I: Tổng quan về công nghệ. Nội dung cơ bản của chơng này đề cập
tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động nâng hạ cầu trục và có sự
khảo sát kỹ đặc tính phụ tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những
đặc điểm này.
Chơng II: Chọn động cơ truyền động. Nội dung cơ bản của chơng này sẽ
trình bày cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ.
Chơng III: Chọn phơng án truyền động. Nội dung của chơng này trình
bày các phơng án truyền động cho loại động cơ đã chọn ở chơng II, đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng có so sánh giữa các phơng án khả thi đề chọn ra phơng án phù hợp nhất. Tất cả đều có sự phân tích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất.
Chơng IV: Thiết kế mạch lực. Nội dung của chơng này đi khảo sát những
nét cơ bản của các bộ biến đổi công suất sử dụng trong phơng án truyền động và
tính chọn các phần tử sử dụng trong sơ đồ.
Chơng V: Tổng hợp hệ thống. Nội dung của chơng này sẽ đi tổng hợp cấu
trúc cũng nh các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn.
Chơng VI: Thiết kế mạch điều khiển. Nêu lên nguyên lý điều chỉnh và

thiết kế sơ bộ các mạch điều khiển các bộ biến đổi.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

1


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nên chắc
chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy đóng góp ý kiến
để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện.
Trần Bình Dơng
chơng I
Tổng quan về công nghệ
Cầu trục nói chung đợc sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác nhau nh
các phân xởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công trờng xây dựng, cầu
cảng... Chúng đợc sử dụng trong các nghành sản xuất trên để giải quyết các việc
nâng bốc vận chuyển tải trọng, phối liệu, thành phẩm ... Có thể nói rằng, nhịp độ
làm việc của máy nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định
đến năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các nghành nói trên. Vì vậy, thiết kế
hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình
kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế. Trớc khi đi vào thiết kế hệ
truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số
đặc điểm công nghệ cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu
truyền động cầu trục.
I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.

Cần trục thờng có ba chuyển động:
Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải ).
Chuyển động ngang của xe trục.
Chuyển động dọc của xe cầu.
Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng
cơ cấu nâng hạ. Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ truyền động cơ
cấu nâng hạ, trớc hết ta đi phân tích khát quát những điểm cơ bản về yêu cầu
trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cần trục.
Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong
cơ cấu cần trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có
số lần (tần số) đóng điện lớn.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

2


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất
là cơ cấu nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay
đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải
trọng (không tải) mômen động cơ không vợt quá (15 ữ 20)%Mđm; đối với
cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50% Mđm
Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ
cấu của máy nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm, đặc
biệt đối với thang máy và thang chuyên chở khách. Bởi vậy, mômen
động trong quá trình hạn chế quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của
kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thờng đợc

quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu. Đối với
cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s 2
để không giật đứt dây cáp. Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu
này phải có phạm vi điều chỉnh đủ rộng và có các đờng đặc tính cơ thoả
mãn yêu cầu công nghệ. Đó là các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên
đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều đờng đặc tính trung gian để
mở hãm máy êm.
Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thờng D
3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ữ 1) hoặc lớn hơn. Độ chính xác điều
chỉnh không yêu cầu cao, thờng trong khoảng 5%.
Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển
động phải có phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo
đảm an toàn cho ngời vận hành và các bộ phận khác trong hệ thống sản
xuất. Để đảm bảo an toan cho ngời và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ
không chế có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của cơ cấu
khi chúng đi đến các vị trí giới hạn. Đối với cơ cấu nâng-hạ thì chỉ cần
hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ.
Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần
trục không vợt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220V,
380V; mạng một chiều là 220V, 44V. Điện áp chiếu sáng không vợt quá
220V. Không đợc dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu
sáng sửa chữa. Do đa số đều làm việc trong môi trờng nặng nề, đặc biệt ở
các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa...Nên các
khí cụ điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu
nâng hạ cần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất, an
toàn trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trờng, hơn nữa lại phải đơn
giản trong thao tác.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

3


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và
số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lợng hàng bốc xúc trong mỗi chu kỳ không
nh nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60 ữ
70%) công suất định mức của động cơ.
Trên đây là một số những đặc điểm và yêu cầu cơ bản nhất của cơ cấu nâng
hạ cần trục. Quá trình thiết kế sau này sẽ đi sát vào các đặc điểm đó.
II. Khảo sát đặc tính phụ tải.
Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động có ý
nghĩa quan trọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa phơng án truyền
động cũng nh cân nhắc khi lựa chọn động cơ. Vì trạng thái làm việc của truyền
động phụ thuộc vào momen quay (Mđ) do động cơ sinh ra và momen cản tĩnh
(Mc) của phụ tải của máy quyết định.
Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất
luôn không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi
thế nào. Nói cách khác momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế
năng có đặc tính Mc=const và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể
giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi
tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động;
tức là hớng ngợc chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế
năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động
cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:

MC
M

H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nânghạ

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

4


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:
+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M đ là mômen hãm,
Mc là mô men gây chuyển động.
+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động.
Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều
khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động
cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi
hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là
các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng lợng của móc câu không đủ để bù lại
các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen nhỏ theo
chiều hạ. Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục
hết mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó,
muốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định.
III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.
Nh đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với

phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều. Do đó, khi chọn công suất
động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động.
Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng.
1. Xác định phụ tải tĩnh.
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu và vật
nâng gây ra. Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và
loại có dây cáp hai đầu. Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp
một đầu đợc sử dụng rộng rãi trong các cần trục, palăng trong các phân xởng lắp
ráp.
a. Phụ tải tĩnh khi nâng tải.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục

5


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất P ; bộ truyền trung
gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất 0.
Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc vn.
Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:
T0 = T1 = T2 = =

(G + G 0 )

u

Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang
nên:
T0 =

T0 '
G
=
p u. p

Momen do vật nâng gây ra trên tang:
M v = T0 .

D0 (G + G0 ).D0 (G + G0 ).Rt
=
=
2
2u. p
u. p

Momen trên trục cuối cùng của bộ truyền trung gian (trục III) là:
M3 =

M v (G + G0 )
=
t
u. p . t

(t: là hiệu suất của tang, hệ số này tính đến do việc: muốn nâng vật lên ta

phải đặt vào trục III (trục tang) một momen lớn hơn momen M n trên tang , vì còn
phải thắng lực cản trên tang do độ cứng của dây và do ma sát trong ổ trục).
Tơng tự, momen trên trục II sẽ là;

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

6


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

M2 =

M3
(G + G0 ).Rt
=
i 2 . 2 u.i2 . p . t . 2

và momem trên trục I:
M1 =

(G + G0 ).Rt
M2
=
i1 .1 u.i1 .i2 . p . t .1 . 2

Tổng quát:
M1 =

(G + G0 ).Rt
u.(i1i2 ...i n ).(1 2 ... n ). p . t

Ta đặt:
i=i1i2in : là tỷ số truyền chung của bộ truyển.
=12n: là hiệu suất chung của bộ truyền
c=Pt là hiêu suất chung của cơ cấu.
M1 =

(G + G0 ) Rt
(N.m)
u.i. c

Vậy muốn nâng đợc vật lên, động cơ phải phát ra momen nâng khắc phục đợc momem trên trục động cơ.
M n = M1 =

(G + G0 ) Rt
(N.m)
u.i. c

(1)

Công suất của động cơ cần thiết để nâng vật:
Pn =

M n . n (G + G0 ).v n
=
(kW)
1000

60.102. c

(2)

Trong các công thức (1), (2) thì:
G - trọng lợng của tải trọng (kg).
G0 trọng lợng bản thân cơ cấu nâng (kg).
Rt bán kính tang nâng (m).
c hiệu suất của cơ cấu nâng.
u bội số của ròng rọc (palăng)
i Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian.
i=

2 .Rt .n
u.v n

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

7


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
n Tốc độ động cơ (v/phút)
vn tốc độ nâng tải (m/phút)
Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc
nâng không tải:
G0 .Rt
u.i. c

M n0 =
Pn 0 =

G0 .v n
60.102. c

(3)
(4)

b. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.
Có thể có hai trạng thái hạ tải.
+ Hạ động lực
+ Hạ hãm.
Hạ động lực đợc dùng khi hạ những tải trọng nhỏ. Khi đó momen do tải
trọng sinh ra không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế
độ động cơ.
Hạ hãm đợc dùng khi hạ những tải trọng lớn. Khi đó momen do tải trọng
sinh ra lớn hơn mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệ thống. Máy điện
phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng rơi với vận tốc ổn định (tức là
chuyển động không có gia tốc).
Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là
momen tải trọng:
Mt =

(G + G0 ).Rt
u.i

Khi hạ tải, năng lợng đợc truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và
động cơ, nên:

M h = M t M = M t . h

trong đó:

Mh momen trên trục động cơ khi hạ tải.
M mất mát trong cơ cấu truyền.
h hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.

Nếu Mt > M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu M t < M ta có trạng thái hạ
động lực.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

8


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:
Mt
1
M t = M t ( 1)
c
c

M =

1

1

c

c

M h = M t M t ( 1) = M t .(2 ) =

(G + G0 ).Rt
1
(2 )
u.i
c

(6)

1

So sánh (5) và (6) h = 2

c

Đối với những tải trọng tơng đối lớn (tơng ứng với c > 0,5), ta có h >0, Mh
>0. Điều này có nghĩa là momen động cơ ngợc chiều với momen phụ tải, động cơ
làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm). Khi tải trọng tơng đối nhỏ c <0,5 thì h < 0;
Mh <0. Điều này có nghĩa là momen động cơ cùng chiều với momen phụ tải để
cùng khắc phục lực ma sát trong cơ cấu truyền lực.
Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải:
M h0 =

G0 .Rt

1
(2 ) = M n 0 .(2 c 1)
u.i
c

(7)

Từ đó tính đợc công suất trên trục động cơ khi hạ tải:
Ph =

M h . h
1000

Ph 0 =

M ho . h
1000

(kW)

(9)

(kW)

(10)

2. Tổng kết các công thức cần thiết dùng trong tính toán cơ cấu nânghạ:
Từ phân tích đặc điểm công nghệ của cơ cấu cần trục nâng-hạ, ta nhận thấy
chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng thờng bao gồm các giai đoạn: Hạ không tải,
nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Giữa các gia đoạn đó có những thời gian nghỉ.

Dựa vào nhiệm vụ cụ thể của cơ cấu mà xác định chu kỳ làm việc. Dới đây xin
tổng kết lại các công thức cần thiết trong tính toán cơ cấu này.
Giai đoạn hạ không tải:
M h0 =

G0 .Rt
1
(2 ) (N.m)
u.i
c

Ph 0 =

M h 0 . h
(kW).
1000

Giai đoạn nâng có tải:
Mn =

(G + G0 ).Rt
u.i. c

(N.m);

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

Pn =

(G + G0 ).v n

(kW)
6120. c

GVHD: Bùi Quốc Khánh

9


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Giai đoạn hạ có tải:
Mh =

(G + G0 ).R t
1
M .
(2 ) (N.m) Pn = h h (kW)
u.i
c
1000

Giai đoạn nâng không tải:
M n0 =

G0 .Rt
(N.m)
u.i. c

Pn 0 =

G0 .v n

(kW)
6210. c

Chơng II
tính công suất động cơ truyền động
Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một khâu quan
trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc chọn công suất động cơ
bao hàm cả việc chọn loại động cơ.
I.

Chọn loại động cơ.

Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến
giá thành lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Trong lĩnh vực truyền động cần trục trớc kia, động cơ điện một chiều kích
thích nối tiếp đợc dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ nh vậy là bản thân loại
động cơ này có những u điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ
không có đợc, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trng của một số lĩnh vực truyền
động. Trớc hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lợng thanh trợt ít
so với các loại động cơ khác. Đối với truyền động nâng, động cơ này đảm bảo đợc những tốc độ hạ ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng.
Tuy nhiên hiện nay, đợc sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những
đặc điểm nh: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng
bộ đã thay thế hầu hết các loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này. Thực
vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của lĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà
càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nhợc điểm của động cơ không đồng
bộ, cụ thể là ngời ta đã tạo ra đợc tất cả những đặc tính cơ thoả mãn hầu hết quá
trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành và
lắp đặt. Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do
việc dùng nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

10


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Từ những lý do trên ta chọn loại động cơ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ là
loại động cơ không đồng bộ.
II. Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động.
Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra một momen M Đ
có khả năng khắc phục đợc momen tải của cơ cấu sản xuất.
MĐ Mpt.
Muốn xác định đợc công suất động cơ, cũng tức là tìm đợc MĐ, cần phải có
điều kiện ban đầu. Đó là các điều kiện:
+ Phải có biểu đồ phụ tải tĩnh của cơ cấu sản xuất mà động cơ sẽ phục vụ dới dạng: IC=f(t), MC=f(t) hoặc PC=f(t) đã tính quy đổi về trục động cơ.
+ Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc.
Vì vậy, trớc hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
Theo kết quả phân tích ở trên, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ thờng
gồm: hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Dựa vào các công thức
đã thiết lập ở phần trên ta tiến hành các bớc tính toán.
Khi tải trọng nâng là định mức Gđm=20T.
+ Mô men động cơ khi nâng tải:
Mn =

(G + G0 ).Rt (20 + 1).0,4.1000
=
= 1340 Nm
i.u.c

75.0,82

+ Mô men động cơ khi hạ tải:
Mh =

(G + G0 ).Rt
1
(20 + 1).0,4.1000
1
(2 ) =
(2
) = 87 KG.m = 850 N .m
i.u
c
75
0,82

Khi không tải, tức là động cơ khi đó chỉ nâng một lợng tải trọng là của
chính bản thân cơ cấu.
Ta có:

c0 =

trong đó:

1
a
1+
+b
K3

G0
1
K3 =
=
= 0,0477
Gdm + G0 20 + 1
1 c
a = 0,6.
= 0,133
c
1 c
b = 0,4.
= 0,088
c

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

11


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
c0 =

M n0
M h0

1
= 0,258

0,133
1+
+ 0,088
0,0477
G .R 1.0,4.1000.9,81
= 0 t =
= 202 N .m
i. c 0
75.0,258
G .R
1
= 0 t (2
) = 98,5 N .m
i
c0

Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là Mh0 < 0;
nghĩa là khi đó cơ cấu làm việc ở trạng thái hạ tải động lực.
Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải nh sau:

Từ kết quả khảo sát chu kỳ làm việc của cơ cấu cần trục, ta thấy thời
gian Tck làm việc của nó khoảng 10 phút (Tck = 10 phút).Với các số liệu
cho trớc:
+ Vận tốc nâng: vn= 18 m/phút = 0,3 m/s.
+ Chiều cao nâng: H=12m.
Trong giai đoạn tính toán sơ bộ để chọn động cơ ta bỏ qua thời gian
mở và hãm máy. Mặt khác nếu coi tốc độ làm việc của cả 4 giai đoạn trên
là nh nhau thì:
+ Tổng thời gian làm việc trong chu kỳ đợc tính nh sau:

t

lv

= 4.

H
12
.60 = 4.
.60 = 198,6 s = 3,3 ph
vn
14,5

+ Hệ số đóng điện tơng đối:
% =

t
Tck

lv

=

3,3
= 33%
10

+ Momen đẳng trị:
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

12


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

M dtr =

M
t

2

i

i

.t i

1340 2 + 850 2 + 202 2 + (98,5) 2
=
= 801Nm
4

Từ vận tốc nâng ta tính đợc tốc độ góc của động cơ khi nâng:
n=

i.u.v n 75.14,5
=

= 433v / ph
2 .Rt
2 .0,4

Công suất của động cơ khi hệ số đóng điện tơng đối là: =33%.
Pdc =

M dtr .ndm 801.435
=
= 36,3kW
9550
9550

Từ kết quả tính toán ở trên ta lựa chọn sơ bộ loại động cơ xoay chiều rô
to dây quấn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có thời gian đóng điện tơng đối tiêu chuẩn = 40%. Do đó, công suất quy đổi tơng ứng:
Pqd = Pdc .

% pt
% tc

= 36,3.

33%
= 32,6kW
40%

Chơng III
Chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả
tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phơng án khả thi đáp ứng đợc cả

yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phơng án
truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền động là một chiều hay
xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ
biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Để giải quyết vấn đề trên, trớc hết ta đi phân tích các đặc tính kinh tế kỹ
thuật của các phơng pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

13


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
II. Khảo sát các phơng án truyền động
1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ.
a. Nguyên lý:
Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào
Stato động cơ nh sau:
2

M =

3.U f 1 .R2 '
2


R2 '
1 R1 +

+ X n.m 2 .s
s



Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình
phơng điện áp đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c
KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực
hiện đợc điều này ngời ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).
Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trợt tới hạn (ứng với đặc tính cơ
tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp.
Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phơng
điện áp. Vì lý do này mà phơng pháp này ít đợc dùng cho động cơ KĐB roto
lồng sóc mà thờng kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB
roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh.
b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng:
+ Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không
làm thay đổi tốc độ không tải lý tởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ
động cơ giảm, độ trợt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trợt của
động cơ:
Ps = M c ( 1 ) = Pdt .s

+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở
phụ đa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ
mâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động.
Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trờng hợp điều chỉnh sâu
tốc độ, thì tổn hao công suất trợt càng lớn.
Do có nhiều hạn chế nh trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều
khiển tốc độ động cơ chỉ đợc ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thờng ứng dụng
làm bộ khởi động mềm (softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có

cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lới
tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đờng đặc tính khởi
động êm, tránh việc gây sụt áp lới, làm ảnh hởng đến các tải khác khi các động
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

14


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với
hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (nh quạt
gió, bơm ly tâm).
Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi
(Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phơng
án truyền động dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền
động nâng-hạ cần trục là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phơng án dùng
điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này.
2. Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra
từ mạch roto, đợc gọi là công suất trợt, tỷ lệ với độ trợt s. Theo cách tính tổn
thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng:
Ps = M c .( 1 ) = M c . 1 .s = Pdt .s



s=

Ps
Pdt

Nh vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đa và mạch
stato là không đổi, thì công suất điện từ P đt cũng không đổi. Khi đó bằng cách
nào đó ta thay đổi đợc tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi đợc
độ trợt s; tức là ta điều chỉnh đợc tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của
việc điều chỉnh công suất trợt.
Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện
trở phụ đa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống
truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhng với hệ truyền động
công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đa công suất trợt trở lại lới hoặc biến thành
cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp
đồng bộ. Dới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:
Trong sơ đồ này thì sức điện động roto đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều
qua bộ chỉnh lu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ
nghịch lu phụ thuộc.Nghịch lu làm việc với góc điều khiển từ 90 o đến khoảng
140o , điều chỉnh góc điều khiển trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh đợc sức
điện động chỉnh lu trong mạch roto; tức là điều chỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện đợc dựng
qua việc thay đổi góc điều khiển của nghịch lu đợc dựng nh hình vẽ; trong
đó do ảnh hởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản
của máy biến áp (MBA) cũng nh sụt áp do chuyển mạch của nghịch lu và
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

15


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

chỉnh lu nên các đặc tính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và
mô-men tới hạn của đặc tính tự nhiên.

ĐC

CL điot

MBA

NL phụ thuộc
H3.2: Sơ đồ nguyên lý nối tầng van
điện

b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
+ Nh đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ
truyền động với công suất lớn (thờng cỡ trên 500kW), vì khi đó công suất trợt
đa về mới là đáng kể và việc đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không
lãng phí.
+ Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống
lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lợng công suất đa về có thể
đạt đợc những chỉ tiêu điều chỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có
hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mô-men của động cơ
bị giảm khi tốc độ thấp.
+ Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là
khởi động động cơ, thờng dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động
cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công
suất trợt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền
động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có
đảo chiều.
Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động nâng hạ

cần trục nêu ở chơng đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chơng hai
ta loại bỏ việc sử dụng phơng án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có
hai lý do cơ bản sau:

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

16


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu
quay
+ Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu t cả hệ nối
tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế.
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Trớc hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng đợc với
động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng đợc cho động cơ roto lồng sóc.
Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng đặc tính cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất
của phơng pháp này là điều chỉnh công suất trợt; công suất trợt ở đây đợc lấy
bớt ra và đợc biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở.
s

R

R

0 th

2
2
+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: s = R + R = R
th
2
f
rd

Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trợt từ s=0 ữ
sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết:
s 0 s 0th
R
R
=
= 2 s = s 0 . rd
s
sth
Rrd
R2

trong đó: s0 _ là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở
mạch roto); còn s _ là độ trợt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf.
Theo biểu thức mô-men thì:

Rtd
R2 '
3U 1 f .
2
3I .R
s

M =
= 2 rd
R '
1 .s 0
.[( R1 + 2 ) + X n.m 2 ]
s
2

Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì momen không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phơng pháp
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ
truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở

roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều
chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng
van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng
và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh.

t

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:
M

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

H3.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều
chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto.

17

Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp
một chiều:
+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
+ Khi S ngắt: R0 đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi nh không
đổi và ta có một giá trị điện trở tơng đơng Rtd trong mạch.
Rtd = R0 .

td
t
= R0 . d = .R0
t d + t ng
Tck

Điện trở tơng đơng Rtd trong mạch một chiều đợc tính quy đổi về mạch xoay
chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi
đợc:
R
1
R f = .Rtd = . 0
2
2

Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi đợc và từ đó thay
đổi đợc Rf. Cho =0 ữ 1, ta dựng đợc họ các đặc tính cơ tơng ứng quét gần nh
mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ

Rf=R0/2.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

18


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
Có thể nói việc sử dụng phơng pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh
truyền động, về mặt lý thuyết, là một phơng pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện
và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều
chỉnh (tốc độ và dòng điện).
+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có
mô-men không đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục. Cụ thể là nó cho phép điều
chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một
cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều
chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R 0 kết hợp với việc dùng
một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh
đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hởng đến công suất động cơ
tiêu thụ đa vào stato; tức là không gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi
động cơ khởi động nh ở phơng pháp điều chỉnh điện áp stato.
+ Tuy vậy, nh đã đề cập ở trên, thực chất của phơng pháp cũng dựa vào việc
điều chỉnh công suất trợt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh
khỏi. So với phơng pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu t hơn,
nhng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử
dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dới 100kW).
Phân tích u và nhợc điểm của phơng án dùng điều chỉnh xung điện trở roto
cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cần trục ta thấy rằng đây là một phơng án

khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phơng pháp biến tần sẽ
đợc trình bày dới đây.
4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: 1 =

2f 1
điều đó có nghĩa là
p

thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trờng quáy và do đó dẫn đến tốc độ động cơ
thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số đợc trình bày dới
hình vẽ sau:

+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần só
tăng ( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại
giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể
là:
M th

fđm

1
f1

2

M

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh
H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB
khi điều chỉnh tần số.

19


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động
cơ tăng (do f giảm X=2fL cũng giảm I tăng), gây ảnh hởng xấu đến các
chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động
cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp
cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng
+ Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu
đảm bảo đợc luật điều chỉnh điện áp tần số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ
mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn
cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho
mọi yêu cầu truyền động.
+ Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tởng
và tốc độ trợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trợt giảm thì tốc độ không tải cũng
giảm với tỷ lệ tơng ứng nên phơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ
nhất.
+ Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm
ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức
tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến
đổi trang bị cho các phơng pháp điều chỉnh khác.
Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phơng án truyền
động dùng phơng pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế

khi vận hành cũng nh đáp ứng đợc yêu cầu truyền động cần trục.
III. So sánh giữa các phơng án khả thi
ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phơng pháp truyền
động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai phơng án là
phù hợp với yêu cầu truyền động cần trục. Đó là:
Phơng án truyền động bằng phơng pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto
dây quấn.
Phơng án truyền động bằng phơng pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng
sóc.
Để chọn ra một phơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng nh chi
phí vận hành dới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phơng án.
1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh.
Về mặt này rõ ràng phơng pháp xung điện trở roto chiếm u thế hơn. Nh
nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung
để đóng cắt mạch điện trở ro to là có thể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ. Với
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

20


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
phơng pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp
theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phơng pháp xung điện trở.
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả
năng đảo chiều.
Nh đã biết phơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phơng pháp
điều chỉnh công suất trợt, nhng ở đây công suất mạch roto không đợc đa tái
sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở

roto. Vì vậy phơng pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt
cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10 ữ 1; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ
nghịch với vùng điều chỉnh. Còn phơng pháp điều chỉnh tần số có khả năng
giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp
nhất trong các phơng pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều.
Cả hai phơng pháp đều cho phép có đợc momen khỏi động lớn, đều có
khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở
hai góc phần t (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhng
với phơng pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp
với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả
năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
3. Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động.
Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là
phơng án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có
đắt hơn so với giá đầu t cho bộ điều chỉnh xung; nhng bù lạ động cơ kéo tải
lại dùng động cơ roto lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy
giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh
xung. Với môi trờng làm việc nặng nề của động cơ truyền động cần trục thì
việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý.
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành.
Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong
muốn nên thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu
cầu truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần
trục là điều hiển nhiên.
Xét về mặt lý thuyết thì phơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết
bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhng thực tế các van sử
dụng trong bộ xung áp phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng
roto thực tế không bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà
khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy kém.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

21


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng
động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột
phá của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn.
Hơn nữa giá thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời
kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có
nhiều luật điều chỉnh phù hợp.
KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay
có thể quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử
dụng động cơ roto lồng sóc.
I. Chọn động cơ truyền động.
1. Chọn sơ bộ loại động cơ.
Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở chơng II, tra theo catalog, ta
tra đợc các thông số của động cơ cần chọn theo điều kiện:
PđmĐ Pqđ = 32,6kW.
nđmĐ n=433v/ph.
đc=tc=40%.
Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc , phục vụ cần trục:
=40%

Pđm=38kW nđm=705v/ph cosđm=0,75 coskhông tải=0,67

I1.đm=90A I1.không tải=57A

r1=0,119 x1=0,222 I2=63A

r2=0,19 x2=0,16 J=4,25 kgm2 G=860kg
M th
= 3,6
M dm

M kd
= 3,3
M dm

kr=ke2=0,15.104 .

I kd
= 5,8
I 1dm

2. Kiểm nghiệm lại động cơ.
Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta
bỏ qua giai đoạn mở và hãm máy. Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ
với các thông số ở trên có đáp ứng đợc yêu cầu truyền động hay không ta cần
phải tiến hành kiểm tra lại.
Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồm các bớc
sau:
+ Kiểm tra điều kiện khởi động.
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

22


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Kiểm nghiệm quá tải mômen.
a. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.
Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành xây
dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Tức là
tính đến các giai đoạn quá độ nh thời gian mở máy, hãm máy. Phụ tải động
của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ và đợc xác định từ quan hệ:
M dg = J c

d
dt

Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi
sang trục động cơ:
GD 2 n =

365.G.v 2 365.21.10 3.0,3 2
=
= 2,1kg.m 2
2
2
n
577

Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên trục của động
cơ là 3kGm2.
Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đợc quá 0,2 m/s2, do đó thời

gian mở máy nhỏ nhất tơng ứng là:
tmm=vn/a = 5.vn = 5.0,3 =1,5 (s).
trong đó: vn _ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi động
(m/s ).
2

Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ hơn 0,6 ữ
0,7 (m/s2). Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải tơng ứng là:
tmh = v/a =5.0,3 = 1,5 (s).
Từ đó ta tính đợc mô-men d khi nâng tải định mức là:
Md =

1,2(4,25 + 2,1 + 3) ì 577
= 11,5kG.m
375 ì 1,5

Mô-men cản lớn nhất của động cơ: Mmax = 136,9 + 11,5 = 148,4 kG.m
=1454 N.m
Mô-men d khi hạ không tải: Md.h0 = 148,4 (10) =138,4 kG.m
Mô-men d khi nâng không tải: Md.n0= 148,4 20,6 = 127,8 kG.m
Thời gian mở máy khi hạ không tải:
t h0 =

1,2.(4,25 + 2,1 + 3) ì 577
= 0,12( s )
375 ì 138,4

và thời gian mở máy khi nâng không tải:
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

23


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

t n0 =

1,2(4,25 + 2,1 + 3) ì 577
= 0,14( s )
375 ì 127,8

Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh hình H3.4.
Từ biểu đồ phụ tải dựng đợc ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ
trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ
làm việc ổn định. Cụ thể là tổng thời gian quá độ tqd = (1,5 + 0,12 + 0,14 +
4.1,5 ) = 7,9 (s) << thời gian làm việc tlv=198,6 (s). Hơn nữa ở giai đoạn
tính chọn sơ bộ động cơ đợc tính theo phơng pháp mô-men đẳng trị nên ta
không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng.

M, P

t



t

Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

24


Sv: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

H3.4. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và (t)

b. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.
Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét
đến hiện tợng sụt áp của lới điện. Thông thờng, cho phép sụt áp 10%, nên
mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:
Mth =(90%)2.Mth =0,81.Mth
(Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ).
Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:
+ Mô-men định mức của động cơ là:
M dm =

9550 ì Pdm 9550 ì 38
=
= 515 N .m
n dm
705

+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
M max D = 0,81 ì 515 ì 3 = 1251,45 N .m

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định

mức là 1454N.m
Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men.
c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.
Ta có: M kd = 3,3 ì M dm = 3,3 ì 515 = 1699,5 1700 Nm
Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: Mc.max
=1340Nm.
Vậy: M kd M c. max , nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động.

Chơng IV
Thiết kế bộ biến đổi mạch lực
ở chơng III, ta đã chọn phơng pháp truyền động là dùng bộ biến tần. Chơng
này đi giải quyết việc tính chọn các phần tử dùng trong mạch lực.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện

GVHD: Bùi Quốc Khánh

25