PHÂN TÍCH ưu KHUYẾT điểm của cơ cấu NÂNG hạ HÀNG TRONG THIẾT bị bốc xếp sử DỤNG ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ RÔTO dây QUẤN với hệ THỐNG sử DỤNG ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ RÔTO LỒNG sóc CUNG cấp bởi BIẾN tần GIÁN TIẾP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG TRONG THIẾT BỊ BỐC XẾP SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN VỚI HỆ THỐNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG
SÓC CUNG CẤP BỞI
BIẾN TẦN GIÁN TIẾP

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban
Sinh viên thực hiện: Ngô Quang Biển
Lớp: Điện Công nghiệp và Dân dụng
Khóa: k9


LỜI MỞ ĐẦU

Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cũng được ứng dụng rất rộng rãi vì có thể đưa điện trở phụ ở ngoài vào để cải
thiện tính mở máy và điều chỉnh. Nhưng có cấu tạo phức tạp, bảo quản khó, tốc độ điều khiển theo từng cấp.
Với việc ứng dụng các kỹ thuật hiện đại để điều khiển các quá trình sản xuất và công nghệ. Thì hệ thống nâng hạ
hàng hiện nay, người ta sử dụng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ ba pha rôto lồng sóc bằng phương pháp thay
đổi tần số cấp nguồn cho mạch stator nhờ các bộ biến tần gián tiếp điều chế độ rộng xung đảm bảo quá trình mở máy
êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, hãm dừng chính xác hơn so với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn




Trong đề tài: “Phân tích ưu khuyết điểm của cơ cấu nâng hạ hàng trong thiết bị bốc xếp sử dụng động
cơ không đồng bộ rôto dây quấn với hệ thống sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc cung cấp
bởi biến tần gián tiếp”.







Đồ án có các nội dung sau:
Chương 1. Giới thiệu các thiết bị nâng hạ điển hình
Chương 2. Truyền động điện thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Chương 3. Truyền động điện thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc bằng biến tần gián tiếp


Chương 1. Giới thiệu các thiết bị nâng hạ hàng
1. Chức năng của hệ thống nâng hạ hàng
2. Phân loại hệ thống nâng hạ
3. Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị nâng hạ hàng


1. Chức năng của hệ thống nâng hạ hàng
- Nâng hàng và di chuyển hàng hoá trong các kho hàng.
- Bốc xếp hàng hóa lên các phương tiện vận chuyển.
2. Phân loại hệ thống nâng hạ
- Phân loại theo mục đích sử dụng
+ Tời hàng và cần trục: dùng để bốc xếp hàng hoá từ nơi này sang nơi khác hay lên các phương tiện vận chuyển. Đây là các thiết bị
được sử dụng rộng rãi ngày nay.
+ Máy nâng: dùng để luân chuyển các hàng hoá ở các kho bãi hoặc di chuyển…
- Phân loại theo chế độ cấp nguồn
Lấy nguồn trực tiếp từ lưới điện hay lấy nguồn từ máy phát riêng.
3. Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị nâng hạ hàng
- Năng suất làm hàng cao
- Hệ thống phải có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng, tạo được tốc độ cao khi không tải hoặc tải nhẹ
- Hệ thống phải có khả năng rút ngắn được thời gian quá độ
- An toàn cho hàng hoá và thiết bị

Chương 2
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT BỊ NÂNG HẠ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN

1. Cấu trúc của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn (có ưu nhược điểm?)
2. Đặc tính cơ và đặc điểm khai thác hệ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cho cần trục
3. Quá trình hãm năng lượng xảy ra khi hãm ở động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn





2.1. Cấu trúc của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Hệ truyền động mạch hở đối với cần trục

Hệ thống động lực gồm các phần tử:
1. Động cơ điện truyền động
2. Phanh hãm dừng điện từ.
3. Bộ truyền cơ khí.
4. Trống tời quấn cáp nâng hạ hàng
5. Phanh hãm an toàn



Ưu điểm
+ Kết cấu hệ thống đơn giản, thường xây dựng theo nguyên tắc dùng tay điều khiển kết hợp với trạm từ.
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ rất lớn, đầu tư ban đầu thấp.



Nhược điểm

+ Độ trơn điều chỉnh không cao, có thể gây lên lực giật trong quá trình làm việc của cần trục. Vì vậy tính bền vững không cao.
+ Khi có bất cứ một sửa chữa nào trong hệ trục chính từ phanh cho đến tang cáp thì nhất thiết phải hãm phanh an toàn một cách chắc chắn

.



Hệ truyền động điện xoay chiều ba pha không đồng bộ điều khiển mạch kín

Hệ thống động lực gồm các phần tử:
1. Động cơ truyền động.
2. Phanh điện từ hãm dừng.
3. Bộ truyền cơ khí.
4. Phụ tải động
5. Trống tời cho cơ cấu nâng hạ hàng
6. Phanh an toàn.




Ưu điểm
- Có đặc tính điều chỉnh tốt, độ trơn điều chỉnh và có khả năng điều chỉnh sâu cả hai phía nâng hạ, quay trái – quay phải.



Nhược điểm
- Hệ thống điều khiển thường phức tạp và là hệ kín, giá thành tổng thể cao, hiệu suất vùng điều chỉnh sâu thấp.




2.2. Đặc tính cơ và đặc điểm khai thác hệ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn cho
cần trục



Đặc tính

n
n

0

n

dm

A

N

-M

max

-1,2M

M

cdm

0

-n

0

M

co

1,2M

M

cdm

A

H

max


+ Tốc độ của hệ thống truyền động điện có yêu cầu 10% n 0, 15% n0, 20% n0, sai lệch tĩnh là 5%.

+ Như vậy hệ kín có khả năng tự động hiệu chỉnh sai số giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu thực thông qua bộ điều khiển,
do vậy hệ kín có độ chính xác và chất lượng điều khiển cao



Đặc điểm khai thác
+ Hệ thống điều khiển chuyển động cho các cơ cấu cần trục thường được thiết kế hoạt động độc lập với nhau.
+ Do đó khi có sự tham gia hoạt động của phụ tải động, tốc độ ổn định trên các đặc tính. Đặc điểm của hệ thống khi tạo ra
vùng điều chỉnh sâu với sự thay đổi tải trọng nâng trong giải rộng cần hạn chế dòng cho động cơ bằng điện trở phụ R f trong
mạch rôto của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Điều khiển chính xác mômen của phụ tải động sẽ giải quyết được sai
lệch tĩnh tốc độ cho hệ thống






2.3. Quá trình hãm năng lượng xảy ra khi hãm ở động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Hãm ngược khi đảo chiều quay động cơ
Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
- Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào rôto đủ lớn khi đó động cơ điện sẽ làm việc ổn định tại
điểm làm việc là điểm hãm nối ngược, đoạn AB là đoạn hãm nối ngược.
- Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
+ Xảy ra khi thay đổi tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số hoặc thay đổi số cặp
+ Trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới, trả công suất tác dụng về lưới còn
vẫn tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì từ trường quay. Điều này làm cho điều khiển không kinh tế, không nằm trong
mong muốn


Hãm ngược động cơ điện với tải thế năng khi đưa điện trở phụ vào rôto

Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn




2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị nâng hạ sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn





Chức năng của các thiết bị điều khiển
Mạch động lực:
Am1, As1: Động cơ và phanh hãm dừng.
Ac1, Ac2: Các tiếp điểm công tắc tơ đảo chiều và điều khiển cấp nguồn mạch điện stator động cơ truyền động.
Ac41 – Ac45: Các tiếp điểm công tắc tơ điều khiển trở phụ mach rôto của động cơ truyền động chính.
Am5: Phanh điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu nâng hạ hàng
Ad5: Rơle dòng cực đại bảo vệ quá dòng cho cuộn dây stator của phanh Am5.
Ac7: Tiếp điểm cấp điện cho phanh As1 là phanh hãm dừng cho cơ cấu nâng hạ.
Mạch điều khiển:
Ac1, Ac2: Cuộn hút của các công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ.
Ac41 – Ac45: Cuộn hút của các công tắc tơ điều khiển điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ.
Ad1, Ad2, Ad3, Ad63: Cuộn hút của các rơle trung gian.
Ad43 – Ad45: Rơle thời gian khống chế đóng ngắt điện trở trong mạch rôto của động cơ.Bộ điều khiển dòng KA 481


Chương 3
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT BỊ NÂNG HẠ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC BẰNG

BIẾN TẦN GIÁN TIẾP

1. Cấu trúc của biến tần gián tiếp
2. Biến tần tạo nên đặc tính tốc độ động cơ
3. Đặc điểm sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng
4. Năng lượng động cơ sử dụng biến tần khi hãm tái sinh

Nhận xét về hai hệ truyền động nâng hạ tiêu biểu và
các đánh giá kỹ thuật


3.1. Cấu trúc của biến tần gián tiếp

+

=

f1,U1



Ud

f2, U2

Trong biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành một chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi mới
biến trở lại điện áp xoay chiều với tần số f2. Điện áp đầu ra được chỉnh lưu nhờ sự thay đổi của các van trong nhóm
hoặc điều chế độ rộng xung.

=

-



Việc phải thay đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất của biến tần, song bù lại loại biến tần này cho phép thay đổi dễ
dàng tần số f2 không phụ thuộc f1 mà nó chỉ phụ thuộc mạch điều khiển.



Ngày nay, trong bộ nghịch lưu điện nguồn người ta thường sử dụng các van bán dẫn trong sơ đồ nghịch lưu là
transistor IGBT, bởi nó có nhiều tính ưu việt như tốc độ chuyển mạch nhanh. Công suất điều khiển yêu cầu rất nhỏ.







Kết cấu của bộ biến tần gián tiếp , gồm một khối chỉnh lưu một chiều và khối nghịch lưu IVT.
Khối nghịch lưu IVT dùng các van IGBT có vai trò biến đổi điện áp đầu vào thành nguồn điện xoay chiều ba pha hình
sin có tần số điện áp thay đổi để cấp nguồn cho động cơ thực hiện.


3.2. Biến tần tạo nên đặc tính tốc độ động cơ
Đặc tính cơ và cơ điện trong qua trình khởi động



Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở mạch stato (bỏ qua R1và X1) ta có:

U1 = E1 = 4,44f1W1kcdφ



(3.1)

Điều chỉnh giữ từ thông không đổi (có thể bỏ qua điện trở và điện kháng stato) do đó lúc này mômen bằng:
M=

(3.2)

Gọi U1 là điện áp ở tần số định mức f. Với k là hệ số, phương trình 3.2 trở thành:
M=



(3.3)

Biểu thức mômen (3.3), biểu diễn các đặc tính mômen với tỉ số 2pfL 2/R2 = 5


TÇn sè ®Þnh møc k = 1
k = 0,4

k = 0,7

M « m en

k = 1,3





Từ hình vẽ thấy rằng nguồn có tần số nhỏ thì lại tạo nên mômen mở máy lớn hơn nguồn có tần số lớn.
Nếu tần số khi mở máy cảm kháng rôto nhỏ và do đó dòng điện cảm ứng ở rôto gần trùng pha với điện áp.

Điều đó tạo nên mômen lớn, hệ số công suất lớn và biên độ dòng điện mở máy nhỏ nhất.
1
0

1

0

Tèc ®é
HÖ sè trù¬t


3.3. Đặc điểm sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng



Đặc điểm nổi bật sử dụng biến tần gián tiếp nâng hạ hàng là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông qua
việc điều chỉnh tần số, có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.



Sử dụng biến tần gián tiếp có thể khai thác được nhiều tính năng linh hoạt như :
+ Tự động nhận dạng động cơ

+ Tính năng điều khiển thông qua mạng,
+ Khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (khởi động mềm), giảm chi phí lắp đặt, bảo trì,
và các chế độ tiết kiệm năng lượng
+ Có thể kiểm soát được năng lượng thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất
pha, lệch pha,… của biến tần


3.4. Năng lượng động cơ sử dụng biến tần khi hãm tái sinh




Điều khiển động cơ không đồng bộ khi dùng biến tần thì vấn đề hãm tái sinh được giải quyết bằng hai phương án:
+ Phương án 1: Để tránh hiện tượng hãm tái sinh như ở động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, biến tần tạo ra một loạt
các đường đặc tính cơ trung gian sát nhau và song song với nhau như sau




Tuy nhiên làm được điều này biến tần cần phải tạo ra một họ đặc tính đủ dày để khống chế điểm làm việc trong góc
phần tư thứ nhất của đặc tính cơ. Điều này đòi hỏi biến tần thiết kế tốn kém hơn.



+ Phương án 2: Lắp thêm bộ nghịch lưu phụ thuộc song song với bộ chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc hoạt động tương tự
ở động cơ một chiều, phát điện về lưới.



Khi xảy ra hãm tái sinh thì động cơ vẫn tiêu thụ công suất phản kháng Q để duy trì từ trường còn công suất tác dụng P trả

lại bộ nghịch lưu như một máy phát điện xoay chiều. Như vậy năng lượng mà động cơ phát ra dưới dạng công suất tác
dụng đã được gửi trả lại nguồn.