Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỂN TỬ

BÀI TẬP LỚN
TRANG BỊ ĐIỆN MÁY XÂY DỰNG VÀ GIAO THÔNG VẬN TẢI
Đề bài: Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho
cơ cấu di chuyển xe con cổng trục.

HÀ NỘI
Tháng 07 năm 2016


NỘI DUNG ĐỀ BÀI
Đề bài: Thiết kế hệ điều khiển truyền động cho cơ cấu di chuyển xe con cổng trục
- Tải trọng hàng: 25tấn
- Tải trọng móc và cáp: 2.5 tạ
- Tải trọng xe: 2.5 tấn
- Tốc độ di chuyển định mức: 36m/phút
- Tốc độ gió cho phép làm việc: 40km/h
- Khẩu độ: 15m
- Yêu cầu điều khiển 4 cấp tốc độ làm việc
- Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, điều khiển
thay đổi các cấp điện trở phụ hỗ trợ khởi động và điều chỉnh tốc độ

1|Page


MỤC LỤC
NỘI DUNG ĐỀ BÀI ..................................................................................................1
Chương I. Tính chọn động cơ ....................................................................................3
1. Công suất kéo tải định mức ................................................................................3

2. Công suất bù nâng hạ .........................................................................................3
3. Công suất bù sức cản của gió .............................................................................3
4. Công suất gia tốc ................................................................................................4
5. Chọn công suất động cơ .....................................................................................4
6. Chọn hộp giảm tốc..............................................................................................4
Chương II. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển ..............................................5
1. Sơ đồ mạch đông lực .........................................................................................5
2. Sơ đồ mạch điều khiển .......................................................................................6
Chương III. Nguyên lí hoạt động ...............................................................................7
1. Sơ đồ ...................................................................................................................7
2. Hoạt động ...........................................................................................................7
3. Bảo vệ .................................................................................................................8
Chương IV. Tính điện trở khởi động .........................................................................9
1. Tính toán điện trở khởi động cho động cơ đồng bộ 3 pha roto dây quấn ..........9
Chương V. Tính chọn thiết bị ..................................................................................12
Chương VI. Sơ đồ đi dây .........................................................................................13

2|Page


Chương I. Tính chọn động cơ
1. Công suất kéo tải định mức
P1 

F1.V

P2 

F2 .V



Wt. f .V



27750.0, 05.0, 6.10
 9,8(kw)
0,85



Trong đó: -F1 = Wt.f (KN) là lực cản của bánh xe.
-Wt: tải trọng đè lên bánh xe.
- f = 0,05 là hệ số ma sát lăn.
2. Công suất bù nâng hạ


Trong đó: -F2 là lực cản của cơ cấu nâng.
-  làhiệusuấtcủa cơ cấu truyền
-F2 là lực cản của cơ cấu nâng (1,5- 4 Kw)
Chọn F2=2 kN

P2 

2.0, 6
 1, 4( Kw)
0,85

3. Công suất bù sức cản của gió

P3 

F3 .V



Trong dó: F3 = 2,5.A.q là lực cản gió
q: lực tác dụng trên đơnvịdiệntích q 
chọn Vgió =30 km/h= 8,3m/s  q 
2

V gi2ó
16

1
.8,32  43N / m2
1,6

A: Diện tích tác dụng của gió, theo kinh nghiệm ta chọn A  0,5m
Với tổng trọng tải 27,75tấn => A  13,9m

2

2

 F3  2,5.13,9.43  1,5( KN )
1,5.103.0, 6
 P3 
 1, 06( Kw)

0,85

3|Page


4. Công suất gia tốc
Chọn động cơ có n= 1450 vg/ph, J=8kg/ m2 ,

t a =6s

+phần quay:

P4 

M 4.ndm J .ndm .2.ndm 5.145o.2


 30(kw)
9550
60.ta .9550
60.6.9550

+phần tịnh tiến:

P5 

F5 .V





Wt.V 2



27, 75.103.10.0, 62

 11(kw)
0,85

5. Chọn công suất động cơ
P1+P2+P3=9,8+1,4+1,06=12,26(kw)
P1  P 4  P5 9,8  30  11

 25, 6(kw)
f
2
 Pdc= 25,6 (Kw)
Ta chọn động cơ Việt- Hung có các thông số như sau:
+công suất: 30kw
+hiệusuất:   90,5%
+tốc độ 1460 vg/ph.
+cos φ= 0,85
+điệnápstato  /  : 380/660(V)
+ điện áp roto: 228V
+Dòngđiệnstato  /  : 59/34 (A)
+dòng điện roto: 83A
6. Chọn hộp giảm tốc
- chọn hộp giảm tốc có đường kính : Dt=0,3m

=> Tỉ số truyền:

i

ndm ..Dt 1460.3,14.0,3

 38, 2
Vdm
36

Ta chọn hộp giảm tốc TSUBAKI 30KW
Tỉ số truyền:i= 38
Hiệu suất: 85%
Momen đầu tạo trụ max: 30000N.m
kiểu nắp: nắp chân đế
Xuất xứ: Japan

4|Page


Chương II. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển
1. Sơ đồ mạch đông lực

CD

AT

k1

k1

k2

k1

k2

k2

KP

R6

G6

R5

G5

R4

G4

R3

G3

R2
R1

KP

G2
G1

5|Page


2. Sơ đồ mạch điều khiển

AT
K0
4' 3' 2' 1' 0 1 2 3 4

M

D

K0

RN

KP

K0

K1

CT1

K2
K2

K1

CT2

RD
G1

Rth1
G2

Rth1

Rth2
G3

Rth3

G4

Rth2
Rth4

Rth5
K1

G5
G6

KP

K2
RD

G2

Rth3

G4

Rth4

G5

Rth5

6|Page


Chương III. Nguyên lí hoạt động
1. Sơ đồ
- AT: aptomat
-CC: cầu chì
-RN: rơle nhiệt
-CT1, CT2: các tiếp điểm của công tắc hành trình.
-Rth1, Rth2, Rth3, Rth4, Rth5: các rơle thời gian
-KP: rơle phanh
2. Hoạt động

- khi tay trang ở vị trí 0, ko có điện cấp điện cho mạch điều khiển,mạch điều khiển
sẵn sàng hoạt động.
- khi gạt tay trang sang vị trí 1:
+cuộn dây của rơle K1 có điện, đóng các tiếp điểm K1 bên mạch động lực đồng
thời KP có điện các tiếp điểm Kp bên mạch động lực cũng được đóng lại,
+phanh nhả ra và động cơ quay thuận ở cấp tốc độ 1(đưa tất cả các cấp điện trở
vào)
-Gạt tay trang sang vị trí 2:
+các cuộn dây của RD, G1 và Rth1 có điện
+tiếp điểm RD được đóng lại
+tiếp điểm G1 bên mạch động lực đóng lại loại bớt điện trở R1 ra, động cơ quay ở
cấp tốc độ 2.
-Gạt tay trang sang vị trí 3
+lúc này.sau 1 thời gian tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 đóng lại
+G2 và Rth2 có điện, các tiếp điểm của G2 đóng lại cấp điện cho Rth3 đồng thời
bên mạch động lực được loại bỏ bớt điện trở R2.
+sau 1 thời gian tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth3 đóng lại, G3 có điện lại điện
trở R3 bên mạch động lực, lúc này động cơ quay nhah hơn ở cấp tốc độ 3.
-Gạt tay trang sang vị trí 4:
+Lúc này tiếp điểm thường hở đóng chậm Rth2 đóng lại, cấp điện cho G4.
+Tiếp điểm của G4 đóng lại, loại bớt điện chở R4, đồng thời Rth4 có điện.
+sau 1 thời gian G5 có điện. G5 có điện sẽ loại bớt điện trở R5, đồng thời Rth5 có
điện, sau 1 thời gian G6 có điện. G6 có điện động cơ sẽ chạy ở cấp tốc độ 4.
-tương tự khi tay trang ở các vị trí 1’, 2’, 3’, 4’, lúc này công tắc tơ K2 có điện và
động cơ quay ngược lại với các cấp tốc độ tương ứng giông khi quay thuận.
7|Page


3. Bảo vệ
- Ta có các thiết bị bảo vệ là: aptomat, cầu chì và rơ le nhiệt.

8|Page


Chương IV. Tính điện trở khởi động
1. Tính toán điện trở khởi động cho động cơ đồng bộ 3 pha roto dây quấn
- Thông số của động cơ:
𝑃đ𝑚 = 30 (𝑘𝑤); 𝑈đ𝑚 = 660 (𝑉); 𝐼1đ𝑚 =59(A)
𝑅1 = 0,0.14(Ω); 𝑅2 = 0,12(Ω) ; 𝑋1 = 1,87(Ω); 𝑋2 = 2,74(Ω)
𝑆đ𝑚 = 0,025; 𝑛đ𝑚 = 1460 (𝑣𝑔/𝑝ℎ)
𝜂 = 90,5%; 𝑃 = 2
- Phương trình đặc tính cơ gần đúng:

- Bước 1:
+ Tính𝑀đ𝑚 , 𝑀𝑡ℎ :

thay số ta được:
𝑀đ𝑚 = 197 (N. m)
𝑀𝑡ℎ =741(N.m)
+ Chọn dải khởi động:
𝑀𝑘đ𝑚𝑖𝑛 = (1,1 − 1,5)𝑀đ𝑚
𝑀𝑘đ𝑚𝑎𝑥 = (0,7 − 0,9)𝑀𝑡ℎ

9|Page


n1
2

1

3

TN

4

- Bước 2: Vẽ họ đặc tính khởi
động giả định:

R1

5
6
7

0

- Bước 3:
+ Lập tỷ số:

R 1 +R2

Mdm Mkdmin

𝑀𝑘đ𝑚𝑎𝑥
𝜆=
= 2,27
𝑀𝑘đ𝑚𝑖𝑛
+ Tính điện trở khởi động toàn phần:

R3+R2+R1

Mkdmax

M

Mth

thay số:
𝑅𝑡𝑝 = 8,5(Ω)
- Bước 4:
+ Tính giá trị các điện trở khởi động:

+ Tiến hành so sánh với giá trị điện trở
Toàn phàn, đến khi nào lớn hơn thì
dừng lại, ta có các kết quả:𝑅1 = 0,186(Ω)
𝑅2 = 0,4225(Ω)
𝑅3 = 0,96(Ω)
𝑅4 = 2,18(Ω)
𝑅5 = 4,94(Ω)
𝑅6 = 11,2(Ω)
- Bước 5:
+ Tính giá trị các cấp điện trở khởi động:

10 | P a g e


Thay số ta được:

𝑅𝑝1 = 0,104(Ω)

𝑅2 = 0,3185(Ω)
𝑅3 = 0,6415(Ω)
𝑅4 = 1,54(Ω)
𝑅5 = 3,405(Ω)
𝑅6 = 6,28(Ω)

- Bước 6:
+ Quy đổi các điện trở phụ về giá trị thực:
𝑅𝑝
𝑅𝑝𝑡 =
𝑘𝑒 . 𝑘𝑖
⟹ 𝑅𝑝𝑡1 = 0,09(Ω)
⟹ 𝑅𝑝𝑡2 = 0,27(Ω)
⟹ 𝑅𝑝𝑡3 = 0,54(Ω)
⟹ 𝑅𝑝𝑡4 = 1,3(Ω)
⟹ 𝑅𝑝𝑡5 = 2,9(Ω)
⟹ 𝑅𝑝𝑡6 = 5,3(Ω)
-Kết luân:
+với vị trí 1(hoặc 1’) tốc độ tải là 24 (m/phút) với hệ số trượt là s=0,3
+với vị trí 2 (hoặc 2’) tốc độ tải là 30(m/phút) với hệ số trượt là s=0,16
+với vị trí 3(hoặc 3’) tốc độ tải là 33 (m/phút) với hệ số trượt là s=0,08
+với vị trí 4(hoặc 4’) tốc độ tải là 36(m/phút) với hệ số trượt là s=0,025

11 | P a g e


Chương V. Tính chọn thiết bị
- Tính toán đường dây, cáct hiết bị điện
Với động cơ có P=30kW, ta có:
Idm=

𝑃
𝑈√3  𝑐𝑜𝑠

=


30000

=58,6(A)

380.√3.0,86.0,905

Tính chọn aptomat
UdmA≥Udmlv=400V
IdmA≥Itảidm .chọn IdmA=1,3Idm=76,18(A)
- Chọn aptomat 3 cực loại G4CB30100C do Clipsal sản xuất có thông số:
Điện áp 230/400V, Idm=100A, INdm=6kA
- Tính chọn relay nhiệt có:Ilv≥ (1,3÷ 1,5)Idm
Chọn Ilv=1,5Idm=1,5.58,6=80A
- Lựa chọn relay nhiệt LSMT-95 của hang LS có xuất xứ Hàn Quốc có dải
hoạt động từ 63-85A
- Lựa chọn dây nguồn
Ta có: Itảidm=58,6A
Lựa chọn cáp đồng 4 lõi PVC (3x7+1x2,3) có Itt=120A, kí hiệu CVV do
CADIVI chế tạo
Giả sử môi trường làm việc ở 30oC, tra sổ tay có hiệu số hiệu chỉnh nhiệt độ
k1=0.94; k2=0,75
Khi bảo vệ bằng aptomat có:
K1.k2.Itt ≥

1,25.𝐼𝑑𝑚𝐴
1,5

 0,75.0,94.120≥

1,25.100
1,5

<=> 84,6≥83,3
Vậy lựa chọn dây phù hợp

12 | P a g e


Chương VI. Sơ đồ đi dây
K2

R6

R5

R4

R3

R2

R1

A B C N

K1

AT
RN

RD

G6

G5

G4

G3

G2

G1

KP

2
1

3

8

4

1
7

G1

5
6

2
1

3

8

7

G2
4

2

5
6

2

G3

1

3

8

4

3
7

5
6

G4
2
1
8

3
4

4
7

5
6

G5

2
1

3

5

8

7

4

5
6

G6

4 3 2 1 0

AT

13 | P a g e