thiết kế điều khiển truyền động cơ cấu nâng hạ hàng, truyền động bằng động cơ dị bộ

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
thiết kế điều khiển truyền động cơ cấu nâng hạ hàng, truyền động bằng động
cơ dị bộ.
Mục lục
Lời nói đầu
CHƯƠNG I :Tổng quan về công nghệ
I. Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.
II. Khảo sát đặc tính phụ tải.
III. Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.
Chương II:Tính công suất động cơ truyền động
I. Chọn loại động cơ.
II. Tính toán chọn động cơ :
III. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
IV. Tính toán hệ số tiếp điện tương đối
Chương III:Chọn phương án truyền động
I. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto
II. Chọn động cơ truyền động.
1. Chọn sơ bộ loại động cơ.
2. Kiểm nghiệm lại động cơ.
III. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto
Nguyên lý làm việc:
IV. Tính toán mạch lực
1. Tính điện trở điều chỉnh:
2. Tính toán bộ chỉnh lưu Roto
3. Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor.
4. Tính toán các thiết bị đo:
Chương IV:Tổng hợp mạch vòng
I. Khái quát chung.
II. Tổng hợp mạch vòng:
1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ

Kết Luận
Tài liệu tham khảo
Giáo viên hướng dẫn

sinh viên thực hiện
1


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:
Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
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.

2


Chng 1. Tng quan v cụng ngh

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.
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
3

(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/s2 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 tr-

4


ờng 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.
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.
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 (M đ) 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

5
H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-


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 Mđ 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.

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:

6
H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục


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:

7


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;
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:

8


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

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:
M n0 =

Pn 0 =

G0 .Rt
u.i. c

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.

9


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 Mt < M ta có trạng thái
hạ động lực.
Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:
M =

Mt
1
M t = M t ( 1)
c
c
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

10


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 =
Ph 0 =

M h . h

1000
M ho . h
1000

(kW)

(9)

(kW)

(10)

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.
11


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.
II. Tính toán chọn động cơ :
Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra một momen
MĐ 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.
12


III. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
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=90T.
+ Mô men động cơ khi nâng tải:
Mn =

(G + G0 ).Rt (90 + 0,5).0,4.1000
=
= 565,6 KGm = 5548,5 Nm
i.u.c
80.1.0,8

+ Mô men động cơ khi hạ tải:

Mh =

(G + G0 ).Rt
1
(90 + 0,5).0,4.1000
1
(2 ) =
(2
) = 339,4 KG.m = 3329,5 N .m
i.u
c
80.1
0,8

Khi không tải, tức là động cơ khi đó chỉ nâng một lợng tải trọng là
của chính bản thân cơ cấu.
Ta có dựa theo đồ thị quan hệ c theo tải trọng: c 0 = 0,21
G .R

0
t
M n 0 = i. =

c0

M h0 =

0,5.0,4.1000
= 11,9 KG.m = 116,7 N .m
80.0,21

G0 .Rt
1
0,5.0,4.1000
1
(2
)=
(2
) = 6,9 KG.m = 67,7 N .m
i
c0
80
0,21

Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là M h0 <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:

13


H2.1Biểu đồ phụ tải cơ cấu nâng hạ
IV. Tính toán hệ số tiếp điện tơng đối

+ Vận tốc nâng: vn = 0,06 ữ 0,6 m/s. chọn tốc độ năng vn = 0,3 m/s
+ Chiều cao nâng: H=8 m.
+ Chiều dài phân xởng Là L=100 m .
+ Chọn vận tốc của xe cầu là 1 m/s .
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:
Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ bao gồm 4 giai đoạn chính: Hạ
không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Giữa các giai đoạn trên còn có
thời gian nghỉ.
+ Tỷ số truyền:
i=

2Rt n
iv
80.1.0,3.60
n=
=
= 573v / ph
v
2Rt
2. .0,4

Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn nh sau:

T

lv

=4

H
8
=4
= 107 s
V
0.3

Thời gian xe cầu chuyển động chính là thời gian nghỉ caủa chuyển động
nâng hạ cầu trục :

T

nghi

l
100
= 2. . = 2.
= 200 s
v
1

TCK = Tlv + Tnghi = 107 + 200 = 307 s

Hệ số tiếp điện tơng đối.
TD% =

Tlv
107
.100% =

.100 = 34,85%
TCK
307

Vậy ta chọn hệ số tiếp điện TD% = 25 %
Mô men đẳng trị tính trên trục động cơ:
14


4

M dt =

M
i =1

2
i

.t i

Tck

=

(5548,5 2 + 3329,5 2 + 116,7 2 + 67,7 2 ).26,7
= 1908,7
307

Nm

+ Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là:
Pc =

M dt .ndm 1908,7 ì 573
=
= 114,5kW
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 =25%. Do đó, công suất quy đổi tơng ứng:
Pqd = Pdc .

% pt
% tc

= 114,5.

25%
= 114.5kW
25%

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.
I. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto

a. Nguyên lý điều chỉnh:
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.

15


+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
s 0th
R2
R
=
= 2
sth
R2 + R f
Rrd

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 R 2 (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:
2

M =

3U 1 f .

.[( R1 +

R2 '
s

R2 '
2
) + X n.m ]
s

2

=

3I 2 .Rrd
1 .s 0

Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I 2 không đổi thì
mo-men 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.
Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:

16


H
3.1: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phơng
pháp xung điện trở roto.
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

17


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.
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.

II. Chọn động cơ truyền động.
i.

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 = 114,5 kW.
nđmĐ n=573 v/ph.
đc=25% ; tc=25% ;
Loại động cơ: MTH 713-10, roto dây quấn , phục vụ cần trục:
=25% ; Pđm=160kW ; nđm=587 v/ph ; cosđm=0,68 ; coskhông tải=0,04

18


I1.đm=395A;I1.không tải=285A;r1=0,012 ;x1=0,061; I2=235A
r2=0,022
M th
= 2,8
M dm

ii.

;x2=0,098 ;J=15 kgm2 ;G=1900kg; kr=ke2=0,842 .
M kd
= 2,3
M dm

I kd

n
= 7,5 ; 0 dm = 2,5
I 1dm
ndm

Kiểm nghiệm lại động cơ.

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
+ 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.
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 =

4 2 .G.v 2 4 2 .1,9.10 3.0,3 2
=
= 0,02kg.m 2
2
2

n
587

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 = 5.0,2 =1 (s).
trong đó: vn _ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi
động (m/s2).
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:

19


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(15 + 0,02 + 2) ì 587
= 20,65kG.m
387 ì 1,5

Mô-men cản lớn nhất của động cơ: Mmax = 565 + 20,65 = 585,65.m =
5745,2 N.m
Mô-men d khi hạ không tải: Md.h0 = 585,65 6,9 =578,75 kG.m
Mô-men d khi nâng không tải:Md.n0= 585,65 11,9 =573,15kG.m
Chọn thời gian ban đầu để bắt đầu mở máy nâng và hạ tải :
t h 0 = t n 0 = 0,56( s )

M,

P

t



t

20


H3.2. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và (t)
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 +
0,56 + 0,56 + 4.1,5 ) = 8,62 (s) << thời gian làm việc tlv=107 (s). Hơn
nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ đợc tính theo phơng pháp mômen đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện
phát nóng.
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 160

=
= 2603,1N .m
n dm
587

+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
M max D = 0,81 ì 2603,1 ì 2,8 = 5903,75 N .m

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải
định mức là 5745,2 N.m
Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men.
21


c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.
Ta có: M kd = 2,3 ì M dm = 2,3 ì 2603,1 = 5987,13Nm
Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: M c.max
=5745,2 Nm.
Vậy: M kd M c. max , nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động.
III. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto
Phơng pháp điều chỉnh mạch điện trở mạch Roto là phơng pháp chỉ áp
dụng cho động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, nhờ nối tiếp cuộn dây Roto
và điện trở nhờ bộ biến đổi mạch ngoài.
Sơ đồ mạch lực

Hình 3.3,- Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở Roto
Ta có tổng trở một pha của mạch Roto là:
R = R 2 + R f

Trong đó:

R2: Điện trở dây quấn của một pha Roto.

22


R f:

Điện trở nối tiếp một pha Roto.

Hình 3.4. Đặc tính cơ của động cơ KĐB Roto dây quấn
Phơng pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm. Độ ổn định
của phơng pháp này kém. Khi tốc độ giảm thì tốc độ đặc tính cơ tăng.
Ta có: S th =
Vậy:

R2
R12 + m2

S tho R 2
=
S th1 R

Nếu coi đoạn làm việc ổn định của đặc tính từ S = 0 đến S = S th là đờng
thẳng thì ta có thể vẽ lại độ trợt ứng với mômen cẩu nh sau:

23


Hình vẽ 3.5.Tuyến tính hoá đặc tính cơ
Xét hai tam giác CAD và CBE ta có:

Mc
S1
S
=
= 2
S th1 M max S th 1

hay

S 2 S th 2 R
=
=
S 1 S th1 R 2
R
R2

Suy ra: S2 = S1.
Trong đó:

S1 độ trợt khi mạch Roto không có điện trở phụ.
S2 độ trợt khi mạch Roto có điện trở phụ.

Từ biểu thức
3 U 12f . R'

M=

2

R2
2
+ X nm
R S +

S



S0

Ta nhận thấy rằng nếu giữ nguyên dòng điện Roto thì khi thay đổi
mạch điện trở Roto thì tỉ số

R2
giữ không đổi có nghĩa là Momen không đổi
S

khi tốc độ động cơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào điện áp. Do vậy phơng pháp
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto là phù hợp
với cơ cấu nâng hạ.
Nguyên lý làm việc:
Khi khoá K đóng điện trở trong mạch sẽ là R = R0
Khi khoá K mở thì điện trở trong mạch Roto là R Rt = 0. Nếu thời gian
đóng cắt đợc xác định là:
f=

1
1
=

tk + td T

Thì điện trở tơng đơng của mạch là:
Re = R 0 .
Trong đó:

tK
t
= R0 . K = . R0
tK + td
T

tk :
td :

là thời gian đóng khoá
là thời gian dẫn (mở)

Vậy ta có:
24


- Khi td = 0 thì Rtb = 0
- Khi tk = 0 thì Rtb =
Vậy khi ta điều chỉnh tỷ số thời gian khoá tk và thời gian truyền động
ta sẽ điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch Roto.
Quá trình làm việc khi = 1 ( td = T) thì khoá K mở Rf = 0. Động cơ
làm việc trên đờng đặc tính cơ tự nhiên.
Khi = 0 (td = 0) thì khoá K đóng Rf = R0 động cơ làm việc trên đờng
đặc tính cơ nhàn tạo thấp nhất.

Hình 3-6: Đặc tính cơ của hệ điều chỉnh xung điện trở Roto.
Nhận xét:
Việc thay đổi thời gian khoá, mở của van bán dẫn làm cho việc điều
chỉnh dễ dàng chuyển từ điều khiển có cấp sang vô cấp.
Để mở rộng vùng điều chỉnh ngời ta mắc nối tiếp với điện trở một tụ C.
Giả thiết dung lợng tụ C là lớn để khi khoá K đóng thì Uc nhỏ.
Khi đó vùng điều chỉnh sẽ đợc giới hạn bởi đờng đặc tính cơ tự nhiên
và các trục toạ độ.

25