Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

MỤC LỤC

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 lượng 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 được 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 đưa 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 được giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:
2


Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng 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 được hoàn thiện hơn.

3


CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều nghành kinh tế khác
nhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công
trường xây dựng, cầu cảng... Chúng được 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. Trước khi đi vào thiết
kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ cầu trục, trong chương 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 thường 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 đưa ra những phương án hợp lý
cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trước hết ta đi phân tích khát quát
những điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ
cần trục.

4


 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
vượt quá (15 ÷ 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 được
hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải
trọng, gia tốc cho phép thường được 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 đường đặc tính cơ thoả
mãn yêu cầu công nghệ. Đó là các yêu cầu về dừng máy chính
xác, nên đòi hỏi các đường đặc tính cơ thấp, có nhiều đường đặc
tính trung gian để mở hãm máy êm.


Thứ tư, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông
thường D ≤ 3:1;ở các cần trục lắp ráp (D= 10 ÷ 1) hoặc lớn hơn.
Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao, thường trong
khoảng ±5%.

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 người vận hành và các bộ phận
khác trong hệ thống sản xuất. Để đảm bảo an toan cho người 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 vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay
dùng là 220V, 380V; mạng một chiều là 220V, 44V. Điện áp
chiếu sáng không vượt quá 220V. Không được dùng biến áp tự
ngẫu để cung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa. Do đa số đều
làm việc trong môi trường 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 trường,
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 lượng hàng bốc xúc
trong mỗi chu kỳ không như nhau và nhỏ hơn tải định mức, cho nên
phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60 ÷ 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 đưa ra những lựa chọn hợp lý
giữa phương án truyền động cũng như cân nhắc khi lựa chọn động cơ.
6


Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay
(Mđ) do động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (M c) của phụ tải của máy
quyết định.
Khảo sát cơ cấu nâng hạ người 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
hướng ngược chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen
thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo
chiều quay động cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:

ω
M
H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ
MC

7

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.
Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải
được 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 lượng 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 được
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 phương 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. Thường 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 được sử dụng rộng rãi trong
các cần trục, palăng trong các phân xưởng lắp ráp.
a. Phụ tải tĩnh khi nâng tải.
Giả sử có cơ cấu nâng hạ như sau:

8

H2. Sơ đồ cơ cấu nâng-hạ cần trục

Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất ηP ; bộ
truyền trung gian có tỷ số truyền chung là i và hiệu suất η0.
Khi động cơ quay theo chiều tương ứng, vật được nâng lên với
vận tốc vn.
Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:
(G + G0 )
T0’ = T1’ = T2’ = … = u

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

9

T0 '
G
=
η p u.η p


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

D0 (G + G0 ).D0 (G + G0 ).Rt
=
=

2
2u.η p
u.η p

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

M v (G + G 0 )
=
ηt
u.η p .η t

(ηt: 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
Mn trên tang , vì còn phải thắng lực cản trên tang do độ cứng của dây
và do ma sát trong ổ trục).
Tương tự, momen trên trục II sẽ là;
M2 =

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

và momem trên trục I:
M1 =

M2
(G + G0 ).Rt
=

i1 .η1 u.i1 .i2 .η p .η t .η1 .η 2

M1 =

(G + G0 ).Rt
u.( i1i 2 ... in ).(η1η 2 ...η n ).η p .η t

Tổng quát:

Ta đặt:
i=i1i2…in : là tỷ số truyền chung của bộ truyển.
η=η1η2…ηn: là hiệu suất chung của bộ truyền
ηc=ηPηtη là hiêu suất chung của cơ cấu.
⇒ M1 =

10

(G + G0 ) Rt
u.i.η c
(N.m)


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

(G + G0 ) Rt
u.i.η c
(N.m)

(1)

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

M n .ω n (G + G0 ).v n
=
1000
60.102.η c (kW)

(2)

Trong các công thức (1), (2) thì:
G - trọng lượng của tải trọng (kg).
G0 – trọng lượng bản thân cơ cấu nâng (kg).
Rt – bán kính tang nâng (m).
ηc – 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=

2π .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.η c

G0 .v n
60.102.η c

b. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.
11

(3)

(4)


Có thể có hai trạng thái hạ tải.
+ Hạ động lực
+ Hạ hãm.
Hạ động lực được 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 được 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 lượng được truyền từ phía tải trọng về phía cơ
cấu truyền và động cơ, nên:
M h = M t − ∆M = M t .η h

trong đó:

Mh – momen trên trục động cơ khi hạ tải.
∆M – mất mát trong cơ cấu truyền.
ηh – 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.
Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là như nhau
thì:

12


Mt
1
− M t = M t ( − 1)
ηc
ηc

∆M =

(G + G0 ).Rt

1
1
1
M h = M t − M t ( − 1) = M t .( 2 − ) =
(2 − )
ηc
ηc
u.i
η c (6)
⇒

So sánh (5) và (6) ⇒

ηh = 2 −

1
ηc

Đối với những tải trọng tương đối lớn (tương ứng với ηc > 0,5), ta
có ηh >0, Mh >0. Điều này có nghĩa là momen động cơ ngược chiều với
momen phụ tải, động cơ làm việc ở trạng thái hãm (hạ hãm). Khi tải
trọng tương đối nhỏ ηc <0,5 thì ηh < 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 .( 2η c − 1)

u.i
ηc

(7)

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

Ph 0 =

13

M h .ω h
1000
M ho .ω h
1000

(kW)

(9)

(kW)

(10)


CHƯƠNG 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 trước kia, động cơ điện một
chiều kích thích nối tiếp được dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ
như vậy là bản thân loại động cơ này có những ưu điểm mà các loại
động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có được, đặc biệt là những
yêu cầu rất đặc trưng của một số lĩnh vực truyền động. Trước hết vì nó
dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lượng thanh trượt ít so với
các loại động cơ khác. Đối với truyền động nâng, động cơ này đảm bảo
được những tốc độ hạ ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng.
Tuy nhiên hiện nay, được sự hỗ trợ của các thiết bị công suất,
cùng với những đặc điểm như: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất
14


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 nhược điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là
người ta đã tạo ra được 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.
IV. Tính toán chọn động cơ :
Như đã biết, động cơ muốn kéo được tải thì cần phải sinh ra một
momen MĐ có khả năng khắc phục được momen tải của cơ cấu sản

xuất.
MĐ ≥ Mpt.
Muốn xác định được công suất động cơ, cũng tức là tìm được M Đ,
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 dưới 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, trước hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
V. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phần trên ta tiến hành các
bước tính toán.
 Khi tải trọng nâng là định mức Gđm=90T.
+ Mô men động cơ khi nâng tải:
15


Mn =

(G + G0 ).Rt (90 + 0,5).0,4.1000
=
= 565,6 KGm = 5548,5 Nm
i.u.ηc
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
ηc
80 .1
0,8

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

M n0 =

G0 .Rt 0,5.0,4.1000
=
= 11,9 KG.m = 116,7 N .m
i.η c 0
80 .0,21

⇒
M h0 =

G0 .Rt
1

0,5.0,4.1000
1
(2 −
)=
(2 −
) = −6,9 KG.m = −67,7 N .m
i
ηc0
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 như sau:

H2.1Biểu đồ phụ tải cơ cấu nâng hạ

16


VI. Tính toán hệ số tiếp điện tương đối
+ Vận tốc nâng: vn = 0,06 ÷ 0,6 m/s. chọn tốc độ năng vn = 0,3 m/s
+ Chiều cao nâng: H=8 m.
+ Chiều dài phân xưởng 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 như 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=

2πRt n
iv
80 .1.0,3.60
⇒n=
=
= 573v / ph
v
2πRt
2.π .0,4

Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn như
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 tương đối.
TD % =

17

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:

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 × 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 tương đối tiêu chuẩn ε =25%. Do đó, công suất quy đổi tương ứng:
Pqd = Pdc .

ε % pt
ε % tc

= 114,5.

25%
= 114.5kW
25%

CHƯƠNG III:CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN
ĐỘNG
Chọn phương 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 phương án
khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với
công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định
được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương
pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi
đảm bảo yêu cầu truyền động.
18


I.

Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ
cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto
động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt;
công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt
năng vô ích trên điện trở.
+ Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
s 0th
R2
R
=
= 2
s th
R2 + R f
Rrd

Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt
từ s=0 ÷ 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
s th
Rrd
R2

trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R 2 (tức điện trở
tự nhiên ở mạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là
Rrd=R2+Rf.
Theo biểu thức mô-men thì:
2

M =

3U 1 f .

ω .[( R1 +

R2 '
s

R2 '
2
) + X n .m ]
s

2

=

3I 2 .Rrd
ω 1 .s 0

Như 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,
phương 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,
19


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 được 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 như sau:

H3.1: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng
phương pháp xung điện trở roto.
Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như 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 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như
không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch.
20


Rtd = R0 .

td
t
= R 0 . d = ρ .R 0
t d + t ng
Tck

Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi
về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất.
Kết quả tính quy đổi được:
Rf =

R
1
.Rtd = ρ. 0
2
2

Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được ρ và từ
đó thay đổi được Rf. Cho ρ=0 ÷ 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ
tương ứng quét gần như 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 phương pháp xung điện trở roto trong
điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương 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).
+ Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với
phụ tải có mô-men không đổi như 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 R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm
vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto
nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào
stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động
cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato.

21


VII. Chọn động cơ truyền động.
1.

Chọn sơ bộ loại động cơ.

Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở chương II, tra theo
catalog, ta tra được các thông số của động cơ cần chọn theo điều
kiện:
PđmĐ ≥ Pqđ = 114,5 kW.
nđmĐ ≥ n=573 v/ph.
εđc=25% ; εtc=25% ;
Loại động cơ: MTH 713-10, roto dây quấn , phục vụ cần trục:
ε=25% ; Pđm=160kW ; nđm=587 v/ph ; cosϕđm=0,68 ; cosϕkhông
tải

=0,04
I1.đm=395A;I1.không tải=285A;r1=0,012Ω

;x1=0,061Ω; I2=235A

;x2=0,098Ω ;J=15 kgm2 ;G=1900kg;

r2=0,022Ω
kr=ke2=0,842 .
M th
= 2,8

M dm
2.

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 thường
gồm các bước 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
22


động. Tức là tính đến các giai đoạn quá độ như thời gian mở máy, hãm
máy.
M dg = J c

dω
dt

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

4π 2 .G.v 2 4π 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 được quá 0,2 m/s 2, do
đó thời gian mở máy nhỏ nhất tương 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 ÷ 0,7 (m/s2). Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải
tương ứng là:
tmh = v/a’ =5.0,3 = 1,5 (s).
Từ đó ta tính được mô-men dư khi nâng tải định mức là:
Md =

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

Mô-men cản lớn nhất của động cơ: M max = 565 + 20,65 =
585,65.m = 5745,2 N.m
Mô-men dư khi hạ không tải: Md.h0 = 585,65 – 6,9 =578,75 kG.m
Mô-men dư 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 )
23


M, P
t
ω
t

H3.2. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và ω (t)
24


Từ biểu đồ phụ tải dựng được 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 được tính
theo phương pháp mô-men 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 tượng sụt áp của lưới điện. Thông thường, 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 được của động cơ đã chọn ta tính được:
+ Mô-men định mức của động cơ là:
M dm =

9550 × Pdm 9550 × 160
=
= 2603,1N .m
n dm
587

+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
M max D = 0,81 × 2603,1 × 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.
c. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.
Ta có: M kd = 2,3 × M dm = 2,3 × 2603,1 = 5987 ,13 Nm
25