THIẾT kế hệ TRUYỀN ĐỘNG cơ cấu NÂNG hạ cầu TRỤC 20 tấn + bản vẽ

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Mục lục
1
Lời nói đầu
3
Đề bài
4
Chơng I.Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động
1.1 Giới thiệu cầu trục
5
1.2 Đặc điểm công nghệ
6
1.3 Yêu cầu công nghệ
7
7

a Truyền động ăn dao
b Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động
7
c Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp
7
d Độ chính xác
7
e Những yêu cầu khác
7
Chơng II.Lựa chọn phơng án truyền động

2.1 Hệ truyền động một chiều
7
2.1.1 Hệ truyền động máy phát động cơ điên (F-Đ)

8
2.1.2 Hệ truyền động máy phát động cơ (T-Đ)
8
2.2 Hệ truyền động xoay chiều
9
2.2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi
điện trở mạch rotor
9
2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phơng pháp tần
số
10
1


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

2.2.2.1 Nguyên lý điều chỉnh tần số
10
10

2.2.2.2 Các loại biến tần
Chơng III.Tính chọn công suất động cơ

3.1 Tính chọn công suất động cơ
13
3.2 Tính phụ tải tĩnh
13
3.3 Tính hệ số tiếp điện tơng đối TĐ%
14
3.4 Chọn sơ bộ công suất động cơ theo hệ số tiếp điện

tơng đối
14
3.5 Kiểm nghiệm công suất động cơ
14
Chơng IV.Tính toán mạch lực
4.1 Tính toán bộ nghịch lu
17
19
4.2 Tính toán bộ chỉnh lu
18
4.3 Tính toán các tham số cho tổng hợp
18
4.4 Tính các thiết bị đo
20
20

4.4.1 Máy phát tốc
4.4.2 Phản hồi dòng
20
Chơng V.Tổng hợp hệ điều chỉnh

5.1 Luật điều chỉh từ thông không đổi
22
5.2 Sơ đò cấu trúc và khai triển mạch vòng dòng điện
24
5.3 Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ
25
5.4 Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá
27
2

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

5.5 Tổng hợp mạch vòng dòng điện
28
5.6 Tổng hợp mạch vòng tốc độ
29
Chơng VI.Thiết kế nguyên lý mạch điều khiển
6.1 Mạch điều khiển chỉnh lu
35
6.2 Mạch điều khiển nghịch lu
36
6.3 Các mạch bảo vệ
41
Kết luận
42
Tài liệu tham khảo
42

lời nói đầu
3


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học
kỹ thuật đã đa lại những ứng dụng lớn lao vào trong quá
trình công nghiệp hóa hiện đại hoá của mỗi đất nớc.Bên
cạnh những thành tựu về mặt thực tiễn thì những lý thuyết

về điều khiển cũng lần lợt ra đời góp phần không nhỏ trong
việc xây dựng các nguyên lý điều khiển tối u các hệ thống
truyền động trong công nghiệp.Là một nớc đang trong quá
trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp hiện đại với nhiệm
vụ hiện nay là thực hiện thành công quá trình công nghiệp
hoá hiện đại hoá, đất nớc ta đang ngày càng đòi hỏi rất
nhiều những ứng dụng manh mẽ các thành tựu của khoa học
kỹ thuật vào quá trình sản xuất để đa lại năng suất lao
động cao hơn, cạnh tranh đợc với các nớc trong khu vực và
thế giới.
Từ trớc đến nay cầu trục luôn đợc sử dụng phổ biến trong
các nhà máy xí nghiệp, kho, bến bãi, hải cảng ... Nhng để đa ra giải pháp điều khiển giúp tối u cho các chỉ tiêu chất lợng
của hệ truyền động cầu trục thì ta cần quan tâm mấy
điểm sau đây: Động cơ không đồng bộ ba pha thuộc loại
động cơ đợc sử dụng rộng rãi hơn động cơ một chiều vì có
giá thành rẻ, vận hành an toàn sử dụng trực tiếp lới điện công
nghiệp. Mặt khác, do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật
điện tử công suất và kỹ thuật vi điện tử đã tăng khả năng sử
dụng động cơ điện KĐB ba pha ngay cả khi yêu cầu cần
điều chỉnh tự động truyền động trong phạm vi rộng có độ
chính sác cao mà trớc đây phải dùng động cơ điện một
chiều. Điều này càng đặc biệt có ý nghĩa khi hệ thống làm
liệc trong mối trờng có hoá chất ăn mòn, bịu bẩn, cháy nổ.
Trong môi trờng này sử dụng động cơ KĐB rotor lồng sóc sẽ an
toàn và tin cậy hơn nhiều.so với động cơ một chiều. Mặt
khác phơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB ba pha rotor
lồng sóc bằng cách thay đổi tần số dòng điện stator có u
điểm nổi bật so với phơng pháp khác là:
Tốc độ đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng
Độ cứng đặc tính cơ đảm bảo yêu cầu

Do đó ta thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến
tần nguồn dòng có các nhiệm vụ chính là:
-Giới thiệu về công nghệ của cầu trục.
-Tổng hợp hệ thống( bao gồm tổng hợp mạch vòng tốc
độ và mạch vòng dòng điện)
-Thiết kế mạch điều khiển cho hệ truyền động.
Trong quá trình tính toán thiết kế còn sử dụng phần mềm
mô phỏng Simulink, là phần mềm có tính năng rất mạch
trong việc mô phỏng các hệ truyền động điện.
4


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Qua một thời gian tơng đối ngắn với số lợng công việc
cũng đáng kể do đó đồ án này chắc chắn còn có những
thiếu sót, với sự nổ lực của bản thân em rất mong nhận đợc
ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo.
Hà Nội, ngày 28 tháng 6
năm 2002
Sinh viên thực hiện
Phạm Gia Điềm
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Tự Động Hoá

thiết kế môn học
truyền động điện
Tên đề tài:
Thiết kế môn học truyền động điện.
Nội dung:

Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục 20
tấn
Số liệu kỹ thuật:
Tải trong định mức của tải Gđm = 20 Tấn
Tải trọng định mức của cẩu G0 = 1 Tấn
Bán kính tay nâng Rt = 0,4 m
Bội số của hệ thống ròng rọc u = 1
Tỉ số truyền i = 75
Hiệu suất cơ cấu truyền động c = 0,82
Thầy giáo hớng dẫn: PGS-PTS Bùi Quốc Khánh
Sinh viên thực hiện: Phạm Gia Điềm
Lớp: Tự Động Hoá 3_K43

5


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Chơng I

Đặc điểm công nghệ và yêu cầu chuyển
động
1.1 Giới thiệu cầu trục:

Cầu trục điện đợc sử dụng trong nhiều ngành kinh tế
khác nhau nh các nhà máy cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công
trờng xây dựng, hải cảng, kho bãi Nó bao gồm nhiều loại,
nhiều kiểu khác nhau: Loại mono ray, loại cầu trục chạy trên
6

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

dầm treo, loại cầu trục chạy trên nhà xởng, loại cổng trục, loại
cầu trục quay, loại cầu trục không cần ray chạy Theo một số
loại palang
Palăng một tốc độ:
Loại tiêu chuẩn 0,5 ữ 15 tấn
Loại thân ngắn 1 ữ 3 tấn
Loại dầm đôi 3 ữ 50 tấn
Palăng hai tốc độ:
Loại tiêu chuẩn 0,5 ữ 15 tấn
Loại thân ngắn 1 ữ 3 tấn
Loại dầm đôI 3 ữ 50 tấn
Cấu tạo đơn gian một cầu trục gồm có: Palăng, móc treo
tải, dầm trục chính, đờng ray, bảng điều khiển, ray chạy
dọc

2

1
3
1.2 Đặc điểm công nghệ:
Cầu trục thờng có ba chuyển động chính: Chuyển động
nâng hạ( của bộ phận nâng tải ) chuyển động ngang của xe
cần. Các động cơ đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Số
lần đóng cắt điện lớn, điều kiện môi trờng nặng nề, đặc
biệt là cầu trục ngoài trời, hải cảng trên mặt nớc, ở các nhà máy
hoá chất và luyện kim.
Các thiết bị điện cầu trục phải đảm bảo yêu cầu năng

suất, an toàn và đơn giản đảm bảo yêu cầu về năng suất an
toàn và đơn giản trong các thao thác.
Các động cơ chuyển động phải có khả năng đảo chiều
quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng và có các đặc tính cơ
bản thoả mãn yêu cầu công nghệ VD: Các cầu trục lắp ráp phải
thoả mãn yêu cầu về dờng chính xác nên đòi hỏi các đờng
đặc tính cơ cứng có đờng đặc tính cơ thấp có nhiều đờng
đặc tính trung gian để mở và hãm êm. Việc điều chỉnh tốc
độ các cơ cấu đều thực hiện bằng phơng pháp điện.
Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện điện
từ để giữa chặt các trục chuyển động khi động cơ mất điện
7


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

ở các cầu trục di chuyển kim loại nóng chảy để an toàn ngời ta
dùng phanh hãm điện từ trên trục động cơ.
Mạng điện cung cấp cho trục không vợt quá 500V. Mạng
điện xoay chiều: 220V, 380V, mạng điện một chiều là 220V,
440V. Điện áp chiếu sáng không vợt quá 220V, điện áp sửa chữa
phải nhỏ hơn 36V. Không đợc dùng máy biến áp tự ngẫu để
cung cấp điện cho mạch chiếu sáng và sửa chữa.
Các mạch điện và các động cơ phải đợc bảo vệ ngắn
mạch và quá tải trên 200% bằng rơ le dòng điện cực đại.
Không dùng rơle nhiệt vì các động cơ làm việc ở chế độ
ngắn hạn lặp lại. Trong việc không chế phải bố trí khâu bảo
vệ không để động cơ tự khởi động khi điện áp lới tợ phục hồi.
Để đảm cho ngời và thiết bị vận hành trong sơ đồ khống
chế phải có công tắc hành trình để hạn chế chuyển động

của cơ cấu khi chúng đi lên vị trí giới hạn ( Đối với cơ cấu nâng
chỉ hạn chế hành trình nâng mà không cần hạn chế hành
trình hạ ).
Gia tốc của cầu trục là một thông số hết sực quan trọng.
Hầu hết cầu trục có hạn chế gia tốc. ở bộ phận nâng hạ cầu
trục có yêu cầu hạn chế gia tốc. ở bộ phận nâng hạ cầu trục gia
tốc cho phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng
phụ tải động cơ của cơ cấu. VD: đối với cơ cấu nâng hạ cầu
trục gia tốc phải nhỏ hơn 0,2 m 2 để không bị giật đứt dây
s
cáp.
1.3 Yêu cầu công nghệ:
a. Đặc tính tải:
Phụ tải của cơ cấu nâng hạ là phụ tải thế năng. Động cơ
cho truyền động nâng hạ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Có đảo chiều.
b. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động:
Đối với truyền động nâng hạ tải gia tốc khởi động nhỏ
nhất là tkđ 5v (s)
với v - tốc độ nâng tải (m/s)
Thời gian hãm cũng đợc tính tơng tự nh trên
c. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp:
Sử dụng phanh hãm để hạn chế tốc độ khi chuẩn bị dừng
và khi mất điện phanh hãm phải dừng truyền động ở hiện
trạng tránh rơi tự do.
Dừng chính xác tại nơi lấy và trả tải.
d. Độ chính xác:
Dải điều chỉnh tốc độ
D=

max
1,5
30
=
=
min 0,05 1

e. Những yêu cầu khác:
8


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Vấn đề tính chọn công suất động cơ.
Đảm bảo chiều quay
Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trớc động cơ
không bị đốt nóng quá mức.
Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian
khởi động trong quy định
Không cho phép tăng công suất động cơ lên quá lớn:
Tăng công suất lên quá lớn làm cho tăng gia tốc cầu
trục (cơ cấu nâng hạ) có thể dẫn tới tải bị giật mạch
và có thể đứt dây treo.
Tăng vốn đầu t ban đầu.
Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng
nề nhất.
Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở
điện áp bằng 85% điện áp định mức.
Khi không có tải trọng (không tải) mô men của động cơ
không vợt quá (15ữ 20)% Mđm, đối với cơ cấu nâng của cầu trục

gầu ngoạm đạt tới 50% Mđm, đối với động cơ di chuyển xe con
bằng (50ữ 55)% Mđm.

Chơng ii

Lựa chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là chọn phơng pháp điều
chỉnh động cơ của cầu trục là tối u nhất đảm bảo mọi yêu
cầu về công nghệ của cầu trục. Cầu trục làm việc ở chế độ
ngắn hạn lặp lại, có đảo chiều quay. Động cơ dùng cho cầu trục
có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều. ở
đây ta đa ra các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.
2.1 Hệ truyền động điện một chiều:
2.1.1 Hệ chuyển động máy phát - động cơ điện(F-Đ):

9


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Trong hệ thông F-Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là
bộ biến đổi máy điện (máy điện một chiều kích từ độc lập)
Động cơ Đ truyền động máy sản xuất MSX đợc cấp điện
phần ứng từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc
độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Động cơ
ĐK cũng kéo luôn máy phát kích từ K để cấp điện áp cho động
cơ Đ và máy phát F. Biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng kích
từ của máy phát tự kích K nghĩa là để điều chỉnh điện áp
phát ra cấp cho các cuộn kích từ nmáy phát KTF và cuộn kích từ
động cơ KTĐ. Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ

máy phát F do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát F
đặt vào phần ứng động cơ Đ. Biến trở R KĐ dùng để điều
chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động
cơ nhờ thay đổi tờ thông.
Phơng trình đặc tính cơ của hệ F-Đ

=

E F R uD + R uF

M = 0
k D
(K D )2

Ưu điểm: Phạm vi điều chỉnh tăng lên. Điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến
hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh
đơn giẩn. Trạng thái làm việc linh hoạt khả năng quá tải lớn. Có
thể thực hiện hãm điện.
Nhợc điểm: Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất
thấp (không quá 75%), cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây
ồn lớn. Công suất đặt máy lớn. Vốn đầu t ban đầu cao. Điều
chỉnh sâu bị hạn chế.
2.1.2 Hệ truyền động chỉnh lu - động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động cơ điện một
chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách
thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc đặt vào phần
cảm của động cơ thông qua các bộ BĐ chỉnh lu thyristor
Ưu điểm: Hệ thống T-Đ có khả năng điều trơn ( ~ 1) và
phạm vi điều chỉnh rộng ( D ~ 102 ữ 103 ). Hệ có độ tin cậy

cao quán tính nhỏ hiệu suất lớn không gây ồn.
10


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Nhợc điểm: hệ T-Đ là trị số cos thấp, nhất là khi điều
chỉnh sâu. Dòng điện chỉnh lu có biên độ đạp mạch cao,
gây ra tổn hao phụ trong động cơ và có thể sấu điện áp
nguồn.
2.2 Hệ thống truyền động xoay chiều:
2.2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi
điện trở mạch rotor:
Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách
điều chỉnh điện trở mạch rotor, trong mục này chúng khảo sát
việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rotor bằng các
van bán dẫn, u thế của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc
điều chỉnh.
Điện trở trong mạch rotor động cơ KĐB Rr = Rrd+Rf
Trong đó Rrd điện trở dây quấn rotor
Rf điện trở ngoài mắc thêm vào rotor
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rotor thì mômen tới hạn
của động cơ KĐB không thay đổi và độ trợt tới hạn thì tỷ lệ
bậc nhất với điện trở. Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của

Rr
iR
rd
động cơ KĐB tức là đoạn có độ trợt từ s = 0 tới s = sth là thẳng
thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết0

Trong đó s là độ trợt khi điện trở mạch rotor là Rr
si là độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd
s=s

M =

2
3 Ir ìR
ìs

rd

i

Nếu giữ dòng điện rotor không đổi thì mômen cũng
không đổi và phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có
thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rotor cho
truyền động có mômen tải không đổi
Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá
bán dẫn T1. Khóa T1 sẽ đợc đóng ngắt một cách chu kỳ để
điều chỉnh giá trị điện trở trung bình của toàn mạch. Khi T1
đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện rotor tăng lên.
Khi T1 ngắt điện trở Ro lại đợc đa vào mạch dòng điện rotor
lại giảm xuống. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ có điện
cảm L mà dòng điện rotor coi nh không đổi và có một giá trị
điện trở tơng đơng Re trong mạch. Thời gian ngắt tn = T-tđ
11


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời

Re =Ro

td
td
=Ro
=Ro
td +tn
T

gian ngắt ta điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch rotor
Điện trở tơng đơng trong mạch 1 chiều tính đổi về
mạch xoay chiều ở rotor theo qui tắc bảo toàn công suất tổn
hao trong mạch rotor.
Cơ sở để tính tổn hao công suất là nh nhau.
Khi dùng chỉnh lu cầu ba pha thì điện trở tính đổi là:
R
1
R = ì R = ì 0
f
e
2
2
Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dợc đặc tính cơ
theo phơng pháp thông thờng, họ đặc tính cơ này quét kín
phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc
tính cơ có điện trở phụ Rf = 0,5Ro
Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen có thể

nối tiếp điện trở Ro với một tụ điện có điện dung đủ lớn.
Ưu điểm: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, có khả năng
điều chỉnh trơ tốc độ.
Nhợc điểm: Chỉ sử dụng đợc với yêu cầu không cao về
điều chỉnh tốc độ, chỉ thích hợp với tải có mô men không
đổi, tổn hao trên điện trở lớn.
2.2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phơng pháp tần
số:
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến
đổi tần nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ
KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải
điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống
điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động
cơ KĐB nói riêng. Trớc hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị
cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh các
truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... phơng
pháp này còn đợc ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là
những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao nh máy ly tâm, máy
mài. Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rotor
lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể
làm việc trong nhiều môi trờng
Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển
rất phức tạp.
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lới
chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng
biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau.
12

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Trong phần này đề cập đến hai nội dung: Nguyên lý điều
chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các
loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ
KĐB
2.2.2.1 Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách
biến đổi tần số fi của điện áp stato đợc rút ra từ biểu thức xác
định động cơ KĐB
s = 2..fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ
lệ với tần số ra và từ thông:
Es = C..fs
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn

2
Us=Is R2
s + X s 0UsEs=Cfs
stato tức coi
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều
chỉnh cả điện áp nguồn cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi
điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn Us không
đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên
*Khi s giảm từ thông của động cơ lớn lên làm cho mạch từ
bão hoà và dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lợng
xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát năng lợng quá mức
cho phép.
*Khi s tăng từ thông của động cơ giảm xuống và nếu
mômen phụ tải không đổi thì theo biểu thức M = k..I.n.cos

ta thấy dòng điện rotor Ir phải tăng lên.Vậy trong trờng hợp này
dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải.
Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá
tải của động cơ giảm xuống.
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất
là khi điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp biến đổi tần số
ngời ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện theo
hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc
máy sản xuất có thể đợc thực hiện trong hệ kín. Khi đó nhờ
các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trớc nào đó sẽ
biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều
chỉnh tần số đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quá
tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài ra còn
có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối u trong chế độ tĩnh
2.2.2.2 Các loại biến tần :
Gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
Biến tần trực tiếp:
13


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

U 1 ,f

BT

1

U 2 ,f

2

Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch
van là ra ngay tải với tần số f2,U2.
Đặc điểm:
Hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến
đổi điện năng .Thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần
mạch điện phụ.
Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên
bởi tần số nguồn cung cấp.Thờng dùng cho hệ truyền động
công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.
Biến tần gián tiếp:
Biến tần nguồn áp:
L
U 1 ,f

CL

1

C

NL

U 2 ,f

2

Đặc điểm là điện áp ra trên tải đợc định hình sẵn còn
dạng dòng điện tải lại ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc
điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thực hiện dễ dàng
bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lu .Phơng
pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ
thuộc vào lới
Biến tần nguồn dòng :
U 1 ,f

1

L
NL

CL

U 2 ,f

2

Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng đợc sử dụng
rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha,
rotor lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lu và một cầu biến
tần, mỗi tiristor đợc nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt
chặn.
Tóm lại: Qua phân tích ở trên ta phơng án điều khiển
Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc bằng biến tần.
14

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

Ch¬ng iiI

TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬
S¬ ®å ®éng häc cña c¬ cÊu n©ng h¹

15


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

1

2
7

3
4

Fcáp
5
6

G0
G

3.1 Các thông số của hệ thống:
Tải trong định mức của tải Gđm = 20 Tấn

Tải trọng định mức của cẩu G0 = 1 Tấn
Bán kính tay nâng Rt = 0,4 m
Bội số của hệ thống ròng rọc u = 1
Tỉ số truyền i = 75
Hiệu suất cơ cấu truyền động c = 0,82
Chọn vận tốc nâng: vnâng = 15 m/phút = 0,25 m/s
3.2 Tính phụ tải tĩnh:
Tỷ số truyền:
2R t n
iv
75.24
i=
n=
=
= 716v / p
v
2R t 2.3,14.0,4
Mômen khi nâng không tải ( = 0,258)
G R 1.0,4.1000
M no = 0 t =
= 20,67 kGm 202 N.m
i u
0,82.75
Mômen khi hạ không tải
G R
1 1.0,4.1000
1
M h = 0 t (2 ) =
(2
) = 9,96kGm 97,5N.m

i.u

75.1
0,258
Mômen trên trục động cơ khi nâng tải định mức:
(G + G )R t (20 + 1)0,4.1000
Mn = 0
=
= 136,5kGm = 1340 N.m
iuc
75.1.0,82
Mômen trên trục động cơ khi hạ với tải bằng định mức
0

16


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

(G 0 + G ) R t
1 (20 + 1).0,4.1000
1
2 =
2

u.i

75
.
1

0
,
82



c
= 87 kGm = 850 N.m
Mômen hạ không tải M h < 0 có nghĩa là cơ cấu làm việc ở chế
độ hạ động lực.
3.3 Tính hệ số tiếp điện tơng đối TĐ%:
Khi tính toán hệ số tiếp điện tơng đối ta có thể bỏ qua
thời gian mở máy và hãm máy.
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.
Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các
giai đoạn nh sau:
H
Tlv = 4 V 60 = 30s
Giả sử vận tốc xe cầu là 100m/phút và giả thiết lấy tải từ
đầu phân xởng đến cuối phân xởng.
l
=> Tnghi = 2. .60 = 90s
v
=> TCK = Tlv + Tnghi = 30 + 90 = 120s
Hệ số tiếp điện tơng đối.
T
30
TD% = lv .100% =

.100 = 25%
TCK
120
3.4 Chọn sơ bộ công suất động cơ theo hệ số tiếp điện
tơng đối:
Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết
hợp với hệ số tiếp điện tơng đối:
M i2 t i
(1340 2 + 850 2 + 202 2 + 97,5 2 )7.5

M dt =
=
= 400( N.m)
Tkc
120
Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là:
M .n
400 ì 720
Pc = dt dm =
= 30kW
9550
9550
Công suất quy đổi tơng đối ứng với hệ số tiếp điện
chuẩn 25%
TD%
25
Pcqd = PC
= 30
= 30kW
TD tc %

25
3.5 Kiểm nghiệm công suất động cơ:
Từ công suất chọn sơ bộ ta chọn động cơ rotor dây quấn
có các thông số sau:
MTKb 512-8
380/220V 50Hz TĐ 25%
Pđm = 37 kW
Mh =

0

17


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

M th
= 3,6
M dm
M kd
=3,3
M dm
Uđm=380 V; nđm = 720v/p
Istdm = 104A; Rs = 0,08; Xs = 0,17; Rr = 0,19; Xr =
0,16
J = 1,32 kgm2
Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác. Xét đến thời
gian mở máy, hãm máy và thời gian nghỉ của động cơ

M

W
M(t)
w(t)
t
0

t1

t 01

t2

t 02

t3

t0 3

t4

t 04

t1: thời gian hạ không tải
t3: thời gian hạ tải
định mức
t01: thời gian lấy tải
t03: thời gian lấy tải
t2: thời gian nâng tải định mức
t4:

thời
gian
nâng không tải
t02: thời gian di chuyển dọc
t04:
thời
gian
di
chuyển dọc
Trong đồ thị phụ tải trên thời gian khả động khi hạ tải sẽ
rất nhỏ và có thể coi xấp xỉ bằng 0 vì lúc đó mômen thế
năng của tải và mômen cực đại của động cơ sẽ có trị số rất lớn.
Tính thời gian khởi động khi nâng và hạ tải định mức:
Đối với truyền động hạ tải gia tốc không đợc vợt quá 0,2
2
m/s . Suy ra thời gian khởi động nhỏ nhất là: t kd 5V
Trong trờng hợp này chọn tkd là nhỏ nhất là: 5x0,4 = 2s.
Tơng tự đối với hãm th = 2s
tn = t lvd + t mm + t h = 10s
tno = 7s
th = 8s
tho = 6s
18


Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí

31
= 25,8%
120

1340 2 × 10 + 850 2 × 8 + 202 2 × 7 + 97,5 2 × 6
= 448 N.m
M dt =
120
448 × 720
⇒ P®c¬ =
=33,8 kW
9550
Quy ®æi vÒ T§% = 25%
25,8
Pc = 33,8
= 34,3kW
25
37 × 9550
M«men ®éng c¬ =
= 490 N.m > Mdt
720
=>Theo diÒu kiÖn chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ yªu cÇu truyÒn
®éng cÇu trôc ta chän ®éng c¬ MTKB 512-8
⇒ T§%=

19


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Chơng iV

Tính toán mạch lực
Sơ đồ mạch lực:

Các tham số động cơ:
Ufđm = 220V; Ifđm = 91A; cos dm = 0,72; P=37kW
L

T4

T6

Id

T2

T1

T3

C2 T5

D3

C3

A
C1

B
D1

C

D5

Ud
T1

T3

T5

Is

D4

D6

C5 D2

T6

C6 T2

C4
T4

4.1 Tính toán bộ nghịch lu:
I .
6
I s1 = I d
I d = s1 = 116,7A

6

Ud
U 3 6 cos
U d = s1
= 370V

3 6 cos 1
Dòng chảy qua các van T1 T6 và D1 D6 chính bằng
dòng chảy qua các pha của stato động cơ I = 91A.
Điện áp ngợc mở van phải chịu là: Ud = 370 V
Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2
I c = 2 ì 91 = 182A

Dùng để chọn cả T và D
U c = 2 ì 370V = 740V
Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:
U s1 =

LoạI
B-200



Itb(A)
200

Uim(V)
750

U(V)
0.7

Tốc độ quạt(m/s)
12

Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
20


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Loại

I(A)

Uim(V)

U(V)

Tof(às)

Ig(V)

Ug(V)

TL.250

250

750

0,82

70250

0,4

8

du/dt(V/à
s)
20-200

Tụ chuyển mạch C1 - C6 đợc tính theo công thức
2



I f
U
C max = 0,666 0,91 m 1
L + 0,202 m L
U m f max
fn Im


Trong đó:
- fn: tần số định mức 50Hz
- fmax: tần số cực đại 100Hz

- Im: dòng từ hoá I m = 91 1 (cos ) 2 = 63,5A
- In: dòng định mức 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10-3H
- Um: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
2

C max
2à F



63,5.50
380
= 0,666 0,91
14,6.10 3 + 0,202
14,6.10 3 =21
380.100
63,5.50



Chọn C = 200 à F
Quận kháng L

0,134 ì U d
Trong đó Id=(0,05 - 0,1) Id
3
Ld =
.I d

0,134 ì ì 370,5
3
L=
= 0,028(H)
314 ì 0,05 ì 116,7
4.2 Tính toán bộ chỉnh lu:
Theo tính toán phần trên ta có:
Id = 116,7 (A); Ud = 370 (V)
Khi lấy điện áp cung cấp từ trớc ~380V có thể không
cần sử dụng MBA.
U ì
3 6U 2
cos cos = d
= 0,41
Ta có: U d =

3 6U 2
=65,30
- Dòng trung bình chảy qua T1-T0
I
116,7
I tb = d =
= 38,9(A)
3
3
- Điện áp ngợc đặt lên mỗi van:
U ng = 6U 2 = 930,8(V)
- Chọn KI=2; KU=1,6
IC=2x38,9=78,9 80 (A)
21

Ket-noi.com kho ti liu min phớ

UC=1,6x930,8 1500 (V)
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại

I(A)

Uim(V)

U(V)

Tof(às)

Ig(V)

Ug(V)

T.250

250

1500

1

150250

0,3

5

du/dt(V/à
s)
20-500

4.3 Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp:
Ls

Rs

I sd
U

I sq L

s

m

Rr

s
r

UN=220V PN=37kW n=720v/p
IN=91A
f=50Hz

cos=0,78
4.3.1 Tính dòng kích từ danh định.
I sdN = 2I N 1 cos = 2 ì 91 1 0,72 = 68,1(A)
4.3.2 Tính dòng danh định tạo mômen quay IsqN.
2
I sqN 2I 2N I sdN
= 109,2(A )
4.3.3 Hằng số thời gian roto Tr ở chế độ danh định.
I
113,7
Tr = sqN =
= 0,01822s
rN I sdN 87,9 ì 68,1

3n

rN = 2 f N = 87,9rad / s
60

4.3.4 Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần X ở chế độ
danh định.

I U
X = sin cos sdN N
I sqN 3I N


68,1 220
= 0,62 0,72
= 0,342

109
,
2
3
.
91




4.3.5 Tính điện kháng phức Xh.
2 UN
2.220
Xh =
X =
0,342 = 2,296
3 I sdN
3.68,1
22


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Xh
2,7
=
= 0,022(H)
s 314 / 3
4.3.6 Tính hệ số tiêu tán tổng và Ts.

X
0,342
= =
= 0,149
X n 2,296
X h = s .L m L m =

Ls =

Xn
= 0,0073(H)
2f N

Rs Rr =

rN I sdN X n 87,9 ì 68,1 ì 2,296
=
= 0,08()
2f N I sqN
314 ì 109,2

L s 0,0073
=
= 0,09125s
Rs
0,08
4.3.7 Điện cảm tản stato động cơ
X
0,17
L s = s =

= 0,00054( H)
e 314
4.4 Tính các thiết bị đo:
4.4.1 Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền
động . Mạch
nguyên lý đo
tốc độ bằng
máy phát tốc
R
một chiều.
C
R
Ts =

T

W

Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy

U



= K .

phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
K hệ số tỷ lệ K = U/ U = 10V

U (P ) = K
FfF (P ) =
1 +
j
P

P
f là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
2.ndm
10
dm = 60 = 75,4rad / s K = 75,4 0,1326
Chọn f = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:

F

ft

( p) =

0,1326

23

1 + 0,001P


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

4.4.2 Phản hồi dòng:

r2

id
r1
r sun

_
75mV

10v

+

Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo đợc
trình bày trên hình vẽ
Ur
10
R2
K=
=
= 133 =
Uv 0.075
R1
Nguyên lý hoạt động: Dòng Id sau mạch chỉnh lu đợc cho
qua điện trở Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong
khoảng từ 0-75mV.ĐIện áp vi sai này đợc đa vào đầu vào của
khuyếch đại thuật toán để khuyếch đại tạo ra đIện áp ra tỉ lệ
với dòng Id.
Chọn điện áp vào vi sai bằng 75mV.

điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V
=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1k => R2=133k

24


Ket-noi.com kho ti liu min phớ

Chơng V

Tổng hợp hệ điều chỉnh
5.1 Luận điều chỉnh từ thông không đổi:
Is/Isđm

ws
O

wsth

Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ
từ thông máy hoặc từ thông stator s không đổi thì mômen
sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen tới hạn sẽ không đổi
trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi RS = 0 thì:
U
U
S = S = sdm = const
0 0 dm
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên
điện trở stator có thể so sánh đợc sụt áp trên điện cảm mạch

stator khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới
hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập đợc chiến lợc điều chỉnh để giữ biên
độ từ thông rotor không đổi: r = const . ở phần mô tả động cơ
không đồng bộ, hoặc dựa vào sơ đồ thay thế ta có thể tính
đợc từ thông rotor và phơng trình cân bằng mạch rotor ở dạng
các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:
rx = L m i sx + L r .i rx
= L i + L .i
m sy
r ry
ry

0 = R r .i rx + prx + s ry
0 = R r .i ry + pry + s rx

Nếu giữ đợc biên độ vector từ thông r = const thì p r
=0 và prx = pry = 0, và ta có phơng trình cân bằng mạc rotor:
25