Nghiên cứu sử dụng hệ thống điều khiển quá trình để điều khiển nhiệt độ, thông gió và điều hòa không khí trong tòa nhà

i
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ......................... 3
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..................................................... 3
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam ......................................................... 3
1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới ............................................................................ 3
1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam ...................................................................... 4
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]................................................. 6
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian ............................................................................... 6
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ .................................................................................... 6
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện.............................................................................. 7
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí).................................................................. 7
1.2.5. Kết luận ............................................................................................................................... 7
1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh ................................... 8
1.3.1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ .......................................................................................... 8
1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng ................................................................................. 8
1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ ............................................................................... 11
1.3.4. Nhận xét ............................................................................................................................ 15
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] ..................................................... 15
1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) ............................... 15
Chương 2. TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ......... 22
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ............. 22
2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh ................................ 22
2.1.1. Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo
Khê.............................................................................................................................................. 22
2.1.1.2. Nhận xét .........................................................................................................24
1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh .......................... 24
2.1.3. Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dương ... 26
2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm ..................... 28
2.1.5. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm ........................... 32

2.2. Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của
tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh.......................................... 34
2.3. Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều.......................................... 36
2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ........................................... 38


ii
2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ................................................................ 40
2.5.1. Động cơ điện .................................................................................................................... 40
2.5.2. Biến tần ............................................................................................................................. 40
2.5.3. Bộ điều chỉnh dòng [8]; [10]; [15]; [16] ......................................................................... 40
2.5.4. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ .................... 42
2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục [19] ...................... 43
2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian............................... 44
2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đường ....................... 45
2.7. Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ ................... 46
2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian ................................................. 46
2.7.2. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đường ........................................... 47
Chương 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ
...................................................................................................................................................... 48
TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM ...................................... 48
3.1. Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm ................................................. 48
3.1.1. Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A................................................................... 48
3.1.2. Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] ................................. 49
3.1.3. Tính toán vận tải ............................................................................................................... 50
3.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại
Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink ............................................... 52
3.2.1. Mô tả sơ đồ mô phỏng ..................................................................................................... 52
3.2.2. Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm .................................................... 53
3.2. Kết luận ................................................................................................................................ 55

Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ........... 56
BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC..................... 56
CHO TỜI TRỤC MỎ ................................................................................................................ 56
4.1. Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển .............................................................................. 56
4.1.1. Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC ..... 56
4.1.2. Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển ......................................... 57
3.2. Lựa chọn các thiết bị điều khiển......................................................................................... 57
4.2. Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng...................................................... 57
4.4. Chương trình điều khiển ..................................................................................................... 60
4.4.1. Cài đặt các tín hiệu vào - ra ............................................................................................. 60
4.4.2. Chương trình điều khiển .................................................................................................. 62


iii
4.5. Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 .................................................................... 67
chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải .................................................................................... 69
4.6. Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm ...................................................................... 70
4.6. Kết luận ................................................................................................................................ 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 77


iv
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hì
nh 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ...................................................................................... 8
Hì
nh 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng ............................................. 9
Hì
nh 1-3. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng............................................. 10

Hì
nh 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục........................................................................... 11
Hì
nh 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12
Hì
nh 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12
Hì
nh 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục........................................................................... 13
Hì
nh 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục........................................................................... 13
Hì
nh 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) ................................. 14
Hì
nh 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện ................................................................ 15
Hì
nh 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và
khuếch đại từ trung gian ............................................................................................................... 16
Hì
nh 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 17
cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor............................................................ 17
Hì
nh 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 18
Hì
nh 1-18. Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc ............................................ 20
đưa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator............................................................................. 20
Hì
nh 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ ......................................... 20
Hì
nh 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6.................................................................................. 22
Hì

nh 2-3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh ................................. 25
Hì
nh 2-4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dương ...................... 27
Hì
nh 2-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17 ...................................... 28
Hì
nh 2-6b. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000 .............................................. 31
Hì
nh 2-7. Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 ........................................................... 32
Hì
nh 2-8. Sơ đồ nguyên lý bàn điều khiển tời trục JK - 2,5...................................................... 33
Hì
nh 2-9. Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ.......................................................... 38
Hì
nh 2-11. Sơ đồ cấu trúc các bộ biến tần gián tiếp ................................................................... 39
Hì
nh 2-12. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nghịch lưu PWM ........................................................... 41
Hì
nh 2-13. Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng....................................... 42
bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa từ thông rotor.................................................................... 42
Hì
nh 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 43
Hì
nh 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 43


v
Hì
nh 2-15. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc không đổi ............................................... 44
Hì

nh 2-16. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc thay đổi .................................................. 44
Hì
nh 2-17. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian ........................ 45
Hì
nh 2-18. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đường

 dc  f ( S v )

........... 46

Hì
nh 3-1. Biểu đồ nâng 5 thời kỳ khi chở người mức + 32 - 225 ............................................. 49
Hì
nh 3-2. Biểu đồ nâng 7 thời kỳ khi chở hàng mức + 32 - 225 ............................................... 49
Hì
nh 3-3. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
cho tời trục mỏ .............................................................................................................................. 52
Hì
nh 3-4. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng bộ điều khiển tốc độ ......................................... 52
Hì
nh 3-5. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ.................................................. 53
Hì
nh 3-6. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ ....................................................... 53
Hì
nh 3-7. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ.................................................. 54
Hì
nh 3-8. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ ....................................................... 54
Hì

nh 4-1. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ........................................... 56
truyền động cho tời trục mỏ điều khiển bằng PLC..................................................................... 56
Hì
nh 4-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển............................................................................... 60
Hì
nh 4-8. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V0 .................................... 67
Hì
nh 4-9. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 .................................... 68
Hì
nh 4-10. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V2 .................................. 68
Hì
nh 4-11. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 bị sự cố.................... 69
Hì
nh 4-12. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ hạ tải vận tốc V1 ...................................... 69
chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải....................................................................................... 69
Hì
nh 4-13. PLC S7-300 CPU 313C trong môhì
nh ................................................................... 70
Hì
nh 4-15. Cảm biến hành trình trên đường ray......................................................................... 71
Hì
nh 4-16. Biến tần M440 trong mô hình.................................................................................. 71
Hì
nh 4-17. Goòng tải trong mô hình ........................................................................................... 72
Hì
nh 4-18. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 73
Hì
nh 4-19. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 74

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến than đang được thiết kế và
xây dựng ngày càng có công suất lớn hơn, biên giới mỏ được mở rộng, các mỏ than
hầm lò thì ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hoá cao hơn. Đồng nghĩa
với việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: thông gió, bơm thoát nước mỏ,
vận tải, máy khai thác ... ngày một gia tăng. Vì vậy vấn đề sử dụng điện năng một cách
có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, an toàn là rất cần thiết.
Từ vấn đề trên để triển khai chương trình từng bước tự động hoá các khâu trong
sản xuất, đặc biệt là tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đoàn
Công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam đã ban hành chỉ thị số 08/CT- CĐM về
việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất, và công văn số
1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận của Tổng giám đốc về sử dụng biến
tần và khởi động mềm nhằm tiết kiệm điện năng.
Chương trình đầu tư, phát triển sản xuất than tập đoàn than khoáng sản Việt
Nam hiện nay đang tập trung giải quyết các vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao
hiệu quả sản xuất kinh doanh. Đồng thời tiết kiệm điện năng nâng cao năng lực sản
xuất là vấn đề cấp bách khi sản lượng khai thác ngày càng tăng.
Giải pháp ứng dụng biến tần để điều khiển hệ thống vận tải bằng băng tải, máng
cào, trục tải; hệ thống bơm thoát nước chính, hệ thống quạt thông gió chính... thay thế
cho hệ thống điều khiển cũ không chỉ giúp cho hệ thống chạy ổn định, dải điều chỉnh
rộng, nâng cao tuổi thọ động cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao năng suất và đơn giản
trong quá trình vận hành, mà còn tiết kiệm được điện năng.
2. Mục tiêu của đề tài
“Nghiên cứu thay tế hệ thống điều khiển truyền động cho tời trục mỏ than
Khe Chàm” nhằm giải quyết các vấn đề sau:
+ Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằng tời trục qua giếng
nghiêng.

+ Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo công nghệ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho trục tải vận tải người và thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng .
- Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh.


2

4. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát thực trạng các hệ điều khiển hiện nay của tời trục mỏ tại khu vực
khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh .
- Mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho trục tải giếng
nghiêng bằng phần mềm SIMULINK - MATLAB.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lôgic khả trình (PLC) - Biến tần - Động
cơ để tự động hoá trục tải giếng nghiêng.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC
5. Phương pháp nghiên cứu
Trong phạm vi đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau:
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng tại các mỏ than để nắm rõ về
mức độ vận tải sử dụng trục tải.
- Phương pháp mô phỏng phân tích: nhằm mô phỏng hệ truyền động điện cho
trục tải ghiếng nghiêng.
- Phương pháp tính toán lý thuyết: dựa trên kết quả mô phỏng để từ đó tự động
hoá hệ truyền động điện cho trục tải mỏ.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu có thể triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền động điện của
các của trục tải đang sử dụng hiện nay để nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả của
vận tải ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh.
- Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC

- Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển hệ truyền động điện Biến tần Động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ trong các mỏ than hầm lò tại phòng thí nghiệm.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới
Vận tải bằng tời trục là hình thức vận tải phổ biến ở các nước trên thế giới. Vận
tải bằng tời trục có nhiệm vụ giải quyết vấn đề đi lại ở các khu vực khai thác mỏ, vận
chuyển vật liệu, khoáng sản trong các hầm mỏ.
Ở các mỏ hầm lò trên thế giới, do những tính chất rất riêng biệt của khâu vận
chuyển nên tời trục vẫn là phương tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận chuyển
đất đá, khoáng sản, thiết bị vật tư và con người phục vụ sản xuất.
Theo thống kê trên thế giới hiện nay một số nước vẫn sử dụng tời trục trong khai
thác mỏ hầm lò điển hình là Trung Quốc và Nga.
Một số thiết bị tời trục Trung Quốc sản xuất được thống kê trong bảng 1.1.
Bảng 1.1
Công suất
Lực
Chiều dài
Tổng
động cơ
Tốc độ nâng kéo lớn làm việc
trọng
STT
Mã hiệu tời
(KW)
(m/s)

nhất
(m)
lượng
(KN)
(Kg)
1 JD -1
11.4
0,43 - 1,03
10
400
550
2 JD -1.6
25
0.6 -1.2
20
400
1460
3 JD - 2.5
40
1.115-1.632
25
400-650
2800
4 JD - 3
45
1.115 - 1.632
30
400-650
2800
5 JH - 8

7.5
0.1
80
80
650
6 JH - 14
18.5
0.1
140
120
1400
7 JH - 20
22
0.124
200
170
2500
8 JH – 30
45
0.13
300
31
4460
9 JH – 8E
7.5
0.115
80
80
650
10 JTK - 1600

130
2.5
45
865
11080
11 JK - 2/20A
255
3,75
60
1000
11250
12 JK - 2.5/20A
570
4.7
90
1300
12750
Một số loại tời trục của Nga sản xuất được thống kê trong bảng 1.2

Mã hiệu
БМ-2000/1530 3A
БМ-2000/1520 3A
2БМ-2000/1020 3A

Số
tang

Đường
Đường
Chiều

kí
nh
kí
nh
rộng
tang
cáp lớn
(mm)
(mm)
nhất

Tốc độ
chuyển
động
(m/s)

Công
suất
động cơ
(kW)

Bảng 1.2
Trọng
lượng
máy
(KG)

1

2000

1500

25

2,5

140

22700

1

2000

1500

25

3,7

225

22700

2

2000

1000

25

2,5

90

31300


4
2БМ-2500/1230 4A
2БМ-2500/12114A
БМ-3000/2030 4A
БМ-3000/2030 4A
2БМ-3000/15114A
БЛ - 800/630- 2M
БЛ - 1200/10302M
2БЛ - 1200/8302M
ΠΠΚ - 4/500

2

2500

1200

31

2,5/3,15

115/140

34050

2

2500

1200

31

5,45/6,6

250/300

34055

1

3000

2000

37

3,0/3,7

260/325

40600

1

3000

2000

37

4,5/5,6

345/450

40920

2

3000

1500

37

4,5/5,7

350/460

48050

1

800

600

15,5

1,5

15

1504

1

1200

1000

17,5

2,0

60

7200

2

1200

800

18,5

2,0

35

8400

1

850

600

21,5

0,24

20

4540

1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam
Ở các mỏ than vùng Quảng Ninh, do tính phức tạp của công nghệ khai thác,
khối lượng công việc vận chuyển lớn, thiết bị vận tải đa dạng, giá thành vận tải chiếm

từ 40% đến 50% trong tổng chi phí chung. Vì vậy để giải quyết tốt nhiệm vụ vận tải
vừa đáp ứng được yêu cầu khai thác vừa mang lại hiệu quả kinh tế cần phải lựa chọn
công nghệ vận tải hợp lý đồng thời phải lựa chọn các thiết bị vận tải phù hợp nhằm
phát huy hiệu quả và năng lực vận tải.
Vận tải bằng tời trục có ưu điểm là năng suất vận tải lớn, làm việc với độ tin
cậy cao, dễ bảo quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ, không ồn, không
gây bụi, đầu tư ban đầu không cao so với đầu tư xây dựng các tuyến băng chuyền cỡ
lớn nên hầu hết các mỏ than khai thác hầm lò ở nước ta đều sử dụng tời trục làm
phương tiện vận chuyển. Theo số liệu khảo sát thực tế tại các mỏ than lớn và trung
bình vùng Quảng Ninh đang hoạt động với số lượng được trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3
Tổng S.lượng C.suất đ.cơ
TT
Tên đơn vị
Mã hiệu
Nước SX
(chiếc)
(kW)
JK - 2.5/20A
T.Quốc
570
01
1
SJ - 1600
130
01
Công ty than
JD - 4
T.Quốc
55

01
Khe Chàm
Ц1,6 x1,2Б
125
01
Nga
75
01
-1200
JTK - 1.6
01
130
T.Quốc
2
Công ty than JD - 4
03
55
Hà Lầm
БM-2000
01
140
Nga
ЛПК-4
01
20
2 Ц-3,5x1,7-17
01
400
Nga
3 Công ty than 2 Ц-3,5x1,7-11

01
320
Mông Dương
JD - 4
09
55
T.Quốc
JTK - 1.6
02
130


5

4

5

Công ty than
Thống Nhất

Công ty than
Mạo Khê

6

Công ty than
Dương Huy

7

Công ty than
Quang Hanh

8

Công ty than
Vàng Danh

9

Công ty TNHH
than Nam Mẫu
Công ty TNHH
10 than Đồng Vông

11

JTK-1600
JH - 30
JTK - 1.0x0.8
БM-2000
2БM-2000
SJ-1600
JK-2/20A
JD - 3
2ЛП 18/1000
2БM-2000
SJ-1600
JD - 4

JD -2.5
JD - 3
JD - 4
JK - 2/20A
SJ-1600
JD - 4
БM-2000
SJ-1600
JD - 4
JD - 4
SJ -1600
БM - 2000

Công ty TNHH JD - 4
than Hồng Thái JH -30
Tổng cộng

T.Quốc
Nga

01
02
01
01
01
01
01
02
02
02

02
04
02
02
02
01
01
02
01
02
04
03
01
02

130
45
75
140
225
130
255
45
55
225
130
55
40
45
55

255
130
55
225
130
55
55
130
140

T.Quốc

04
04

55
45

T.Quốc
Nga

T.Quốc
Nga
Nga
T.Quốc
T.Quốc
T.Quốc
Nga
T.Quốc

75

Hiện nay, động cơ truyền động cho tời trục mỏ thường là động cơ điện xoay
chiều không đồng bộ ba pha rôto dây quấn, điều khiển các chế độ làm việc của tời trục
mỏ chủ yếu bằng phương pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ
thông qua các công tắc tơ.
Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có ưu nhược điểm là:
* Ưu điểm:
- Giảm dòng khởi động động động cơ bằng cách đưa các điện trở phụ vào mạch
rôto của động cơ đồng thời tăng được mômen khởi động.
- Điều chỉnh tốc độ động cơ được thực hiện bằng cách đưa thêm hoặc loại điện
trở phụ ra nhờ công tắc tơ.
- Có mômen tới hạn (Mth) không đổi trong quá trình làm việc khi điều chỉnh điện
trở phụ mạch rôto.
- Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải.
* Nhược điểm:
- Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở điều chỉnh đặc biệt khi làm việc ở
vùng tốc độ thấp.
- Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu.


6
- Chi phí vận hành tăng do phải thường xuyên bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế
vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm.
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]
Để đảm bảo điều khiển tự động một quá trình (mở máy, hãm máy, đảo chiều
quay…) theo một quy luật thường sử dụng một số nguyên tắc điều khiển sau đây:
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là các thông số làm việc
của mạch động lực biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một

quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống. Những
phần tử thụ cảm được thời gian để phát tín hiệu cần được chỉnh dựa theo ngưỡng
chuyển đổi của đối tượng. Ví dụ như tốc độ, dòng điện, mômen của động cơ được tính
toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể.
Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi chung là bộ tính thời gian. Nó
tạo nên một khoảng thời gian trễ kể từ khi có tín hiệu đưa vào đầu vào của nó cho đến
khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành.
* Ưu điểm:
- Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi. Thiết bị đơn giản an toàn và
làm việc tin cậy.
- Nguyên tắc này thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nên sử
dụng nguyên tắc này để khởi động và hãm động năng.
* Nhược điểm:
Mômen khởi động, dòng điện khởi động và mômen động chịu ảnh hưởng bởi
các tham số mômen cản (Mc), mômen quán tính (J), điện áp nguồn (U) và nhiệt độ môi
trường (  ). Đặc biệt là có thể xuất hiện dòng điện và mômen nhảy vọt lớn quá mức
cho phép khi mômen cản (Mc) vàmômen quán tính (J) tăng lên. Vì vậy cần phải đặt
bảo vệ cực đại khi áp dụng nguyên tắc này.
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ
Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc
trưng quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Do vậy,
người ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch
điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác định chính xác được tốc độ làm việc của động
cơ gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt được những trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ
phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống.
* Ưu điểm:
Dùng ít thiết bị (có thể dùng ngay công tắc tơ đấu trực tiếp vào phần ứng của
động cơ để kiểm tra tốc độ mà không cần thông qua rơle tốc độ).
* Nhược điểm:
- Điện áp chỉnh định của các công tắc tơ khác nhau.

- Thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc vào Mc, J, U,  , R của cuộn dây.
Khi điện áp lưới dao động sẽ làm thay đổi tốc độ chuyển cấp, mômen dòng điện sẽ
nhảy vọt.
Khi điện áp lưới giảm quá có khả năng xẩy ra không đủ điện áp hút cho công
tắc tơ tác động, do đó động cơ sẽ làm việc lâu dài ở vùng tốc độ thấp nào đó làm cho
điện trở mở máy bị đốt nóng quá mức.
- Khi nhiệt độ thay đổi thì tốc độ chuyển cấp cũng thay đổi.


7
- Phương pháp này nên dùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều. Đồng
bộ hóa động cơ đồng bộ.
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện
Dòng điện trong mạch phần ứng của động cơ là một thông số làm việc rất quan
trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Nó phản ánh trạng
thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái non tải, trạng thái quá tải, cúng như
phản ánh trạng thái đang khởi động hay hãm của động cơ truyền động điện. Trong quá
trình khởi động và hãm dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho
phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể giữ không đổi ở một trị số
nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ.
Ta có thể dùng các công tắc tơ có cuộ dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu
điện từ hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều
khiển hệ thống theo yêu cầu trên.
* Ưu điểm:
- Duy trì được mômen động cơ trong một giới hạn xác định.
- Quátrình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle.
* Nhược điểm:
- Thời gian mở máy tăng lên (hay giảm xuống) phụ thuộc vào sự tăng (hay
giảm xuống) của Mc vàJ.
- Mômen động phụ thuộc vào Mc, J, U và có thể xẩy ra tình trạng động cơ dừng

lại ở một đường đặc tính nhân tạo trung gian nào đó làm cho điện trở khởi động bị
nung nóng quá mức.
Phương pháp này dùng có lợi khi đồng bộ hóa động cơ đồng bộ hoặc dùng vào
những trường hợp cần làm giảm dao động của từ thông và tăng cường từ thông của
động cơ một chiều.
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí)
Khi đối tượng bị điều khiển chuyển động mà tại một vị trí trên hành trình của nó,
cần có lệnh điều khiển thì dùng phương pháp điều khiển theo vị trí là thích hợp nhất.
Thường có hai cách để điều khiển theo vị trí:
- Điều khiển theo vị trí đơn giản nhất là dùng các công tắc hành trình (có tiếp
tiểm hoặc không tiếp điểm) đặt tại nơi cần ra lệnh điều khiển.
* Ưu điểm:
Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị.
* Nhược điểm:
- Độ chính xác không cao.
- Thiết bị thường dùng: các loại công tắc giới hạn.
- Chỉ áp dụng được ở máy, cơ cấu có từng vị trí xác định trong không gian.
1.2.5. Kết luận
Trong thực tế còn có nhiều nguyên tắc điều khiển khác, chẳng hạn điều khiển
theo công nghệ, theo chức năng, công suất, nhiệt độ v.v…
Tất cả mọi nguyên tắc điều khiển có thể được phối hợp với nhau trong cùng
một sơ đồ điều khiển.


8
1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh
1.3.1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ

Hình 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ
Trong đó:

1 - Trục chính; 2 - Hộp giảm tốc; 3- Múp nối; 4- Múp nối chốt trụ; 5 - Phanh đĩa;
6 - Trạm thủy lực; 7 - Bộ hiển thị độ sâu; 8 - Bộ phận truyền động của bộ hiển thị độ
sâu; 9 - Động cơ phanh thủy lực; 10 - Bộ phận khóa chốt; 11 - Ghế ngồi điều khiển;
12 - Bàn điều khiển; 13 - Động cơ truyền động cho tời;
1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng


9
a) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng
Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng được thể hiện trên
hì
nh 1-2. Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải được tính theo công thức sau: [19]
F cn  [( m v  m 0 ).(sin   f b . cos  )  g c .( L  S v ).(sin   f k . cos  )]. g
(1.1)
F ch   [( m v  m 0 ).(sin   f b . cos  )  g c .S v .(sin   f k . cos  )]. g
(1.2)
trong đó:
Fcn - Lực cản trên tang khi nâng có tải, N;
Fch - Lực cản trên tang khi hạ có tải, N;
 - Góc nghiêng của giếng vận chuyển, độ;
fb - Hệ số sức cản khi xe goòng chuyển động;
fk - Hệ số sức cản khi cáp nâng chuyển động;
L - chiều dài cáp từ tang quấn cáp đến thùng nâng, m;
Sv - Quãng đường nâng, m;
gc - Khối lượng 1 mét cáp, Kg/m;
mv - khối lượng hàng vận chuyển, Kg;
m0 - Khối lượng xe goòng, Kg;
1
3

1- §éng c¬truyÒn ®éng
2- C¸p
3- Tang
4- Xe goßng
Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc

2

4

Lk


Hình 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng
Hệ số sức cản fb phụ thuộc vào trọng lượng xe goòng, vận tốc nâng được tra
theo bảng 1.5. [19]
Bảng 1.5. Hệ số sức cản fb
Khối lượng
Vận tốc lớn nhất (m/s)
xe goòng có tải
 3m / s

 3  5m / s

Nhỏ hơn 1 tấn

0,026

0,039

Từ 1 đến 2 tấn

0,02

0,030

Từ 2 đến 3 tấn

0,016

0,024

Lớn hơn 3 tấn

0,015

0,022


10
H s sc cn fk ph thuc vo cỏp, s lng con ln cỏp b trớ trờn ng
ray vgúc nghiờng , fk = 0,3 0,37.
b) Ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng
S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng (goũng lờn cú ti,
goũng xung khụng ti) th hin trờn hỡnh 1-3. Lc cn trờn tang khi nõng hoc h ti
c tớnh theo cụng thc sau:
F cn {[ m v g c ( L 2 S v )]. sin [( m v 2 m 0 ). f b g c . L . f k ] cos }. g
(1.3)
F ch {[ m v g c ( L 2 S v )]. sin [( m v 2 m 0 ). f b g c . L . f k ] cos }. g
(1.4)

1
3

5

1- Động cơtruyền động
2- Cáp
3- Tang
4- Xe goòng cótải
5 - Xe goòng không tải
Lk Quãng đuờng làm việc

2

4

Lk


Hỡnh 1-3. Cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo hai goũng
Nh vy lc cn trờn tang ca ti trc m cú hai xe goũng s n hn so vi
trng hp ti trc kộo mt xe goũng, nng sut ca ti trc kộo hai xe goũng ln hn
so vi ti trc kộo mt xe goũng.
c) Ti trc m ging nghiờng kộo mt goũng v mt i trng
S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo mt goũng v mt i trng:
1
5

3
1- Động cơtruyền động

2- Cáp
3- Tang
4- Xe goòng cótải
5 - Đối trọng
Lk Quãng đuờng làm việc

2

4

Lk


Hỡ
nh 1-4. S cu trỳc ca ti trc m ging nghiờng kộo 1 goũng v 1 i trng
Lc cn trờn tang khi nõng hoc h ti c tớnh theo cụng thc sau: [19]


11
F cn  {[( m

v

 m 0  m d )  g c ( L  2 S v )]. sin   [( m

 m 0  m d ). f b  g c . L . f k ] cos }. g

v

(1.5)

F ch  {[(  m

v

 m 0  m d )  g c ( L  2 S v )]. sin   [( m

v

 m 0  m d ). f b  g c .L .f k ] cos }. g

(1.6)
trong đó: L - Chiều dài cáp từ tang đến xe goòng, m;
md - Khối lượng đối trọng, Kg;
Như vậy lực cản trên tang của tời trục khi có đối trọng sẽ nhỏ hơn so với
trường hợp không có đối trọng.
1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ
Tời trục mỏ có 3 chế độ làm việc: tăng tốc, chạy đều và giảm tốc đến dừng.
- Chế độ tăng tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ tốc
độ bằng không đến tốc độ làm việc cho phép.
- Chế độ chạy đều là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục có
tốc độ làm việc không đổi trong thời gian làm việc cho phép.
- Chế độ giảm tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ
tốc độ cho phép giảm dần về tốc độ bằng không.
Trong ba chế độ làm việc thì chế độ tăng tốc và chế độ giảm tốc có ý nghĩa
quan trọng, phụ thuộc vào từng loại tời trục và kết cấu của xe goòng. Đặc trưng cho
các chế độ làm việc của tời trục là biểu đồ tốc độ, biểu đồ tốc độ đối với tời trục mỏ rất
đa dạng, song có 5 dạng cơ bản sau:
- Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ
- Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ
- Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ

- Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ
- Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ
1.3.3.1. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ hai thời kỳ được thể hiện trên hình 1-5. Đặc trưng cơ bản của
biểu đồ tốc độ hai thời kỳ là giai đoạn tăng tốc t0 và giảm tốc t1. Trong giai đoạn tăng
tốc vận tốc tăng liên tục từ không đến giá trị cực đại v max, trong giai đoạn giảm tốc vận
tốc giảm liên tục từ giá trị cực đại vmax về không. Gia tốc trong 2 thời kỳ không thay
đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép.

V,a
V max

a1
0
t0

a2

t

Hì
nh 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục
a1 = const; a1 < a1cp
a2 = const; a2 < a2cp


12
Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ là biểu đồ tốc độ đơn giản, sử dụng đối với tời trục kéo
thùng cũi có quãng đường vận chuyển ngắn (< 80m). [21]
1.3.3.2. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ

Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ được thể hiện trên hình 1-6 [19]. Đặc trưng cơ bản của
biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là gia đoạn tăng tốc t1, giai đoạn chuyển động đều t2 vàgia
đoạn giảm tốc t3. Trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc xe goòng chuyển động với tốc
độ thay đổi, gia tốc khi tăng tốc không đổi hoặc thay đổi nhỏ hơn giá trị cho phép.
a 1 ≤ a 1 cp ;

a

2

a 3 ≤ a 3 cp

= const ;

Trong giai đoạn chuyển động đều vận tốc của thùng nâng, vận tốc của thùng
nâng luôn nhỏ hơn hoặc bằng vận tốc cho phép ( v  v cp max ), vận tốc cho phép phụ
thuộc vào từng loại tời trục, tải trọng và quãng đường vận chuyển.
Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là dạng biểu đồ tốc độ đơn giản, song quá trình tăng
tốc và giảm tốc không phù hợp với tời trục mỏ có đường cong dỡ tải.
V,a

V,a

V max

V max
a1

a1
a2

0

t

a3
t0

t1

a2

0

a3

t2

t1

t0

t

t2

Hì
nh 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục
1.3.3.3. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục mỏ được thể hiện trên hình 1-7 [21]

Đặc trưng của biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc có
hai gia tốc khác nhau. Để goòng không tải khi đi ra khỏi đường cong dỡ tải dễ dàng
hơn goòng có tải khi đi vào đường cong dỡ tải chọn vk1 > vk2.
- Thời kỳ tăng tốc t0
Trong thời kỳ t0 vận tốc xe goòng tăng từ tốc độ v = 0 đến vk1, xe goòng chuyển
động với gia tốc a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc trong đường cong dỡ tải.
V, a

V, a

V max

V max

a1

vk1

a2
a3

t0

t1

t2

vk2
a4
t3

a5
t4

a1

vk1

a2

a3

t
t0

t1

Hì
nh 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục
- Thời kỳ tăng tốc t1

t2

vk2
a4
t3

a5
t4

t


13
Trong thời kỳ tăng tốc t1 vận tốc của xe goòng tăng từ vk1 đến vmax, thùng nâng
chuyển động với gia tốc a2 > a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc sau khi ra khỏi
đường cong dỡ tải, gia tốc a2 có thể không đổi hoặc thay đổi.
- Thời kỳ giảm tốc t3
Trong thời kỳ t3 tốc độ xe goòng giảm tốc từ tốc độ vmax đến vk2, xe goòng
giảm tốc với gia tốc a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trước khi vào đường cong dỡ
tải.
- Thời kỳ giảm tốc t4
Trong thời kỳ này vận tốc xe goòng giảm từ vk2 đến tốc độ bằng không, với gia
tốc a5 < a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trong đường cong dỡ tải.
1.3.3.4. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ
Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ được thể hiện trên hình 1-8 Sự khác nhau giữa biểu đồ
tốc độ 6 thời kỳ và biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ ở giai đoạn giảm tốc. Trong giai đoạn giảm
tốc, ngoài hai thời kỳ giảm tốc t3 vàt5 giống biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ còn có thời kỳ
chuyển động đều t4 với vận tốc vk2 trong đường cong dỡ tải. Vì có vận tốc dỡ tải không
đổi (vk2 = const) nên thiết bị nhận tải đều hơn, hệ thống hoạt động tốt hơn. Biểu đồ tốc
độ 6 thời kỳ phù hợp với tời trục kéo thùng skip hoặc thùng cũi lật.
V, a
vmax
vk1

a2

vk2

a1

a3

a5

0
t0

t1

a4
t3

t2

a6

t

t4 t5

Hì
nh 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục
1.3.3.5. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ
V, a

V max
vk1
a1

a4

a2

t0

t1

vk2

a3

t2

t3

a6
a5
t4

a7
t5

t6

Hì
nh 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục
Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ được thể hiện trên hình 1-9. Sự khác nhau giữa biểu đồ
tốc độ 7 thời kỳ với biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ là ở giai đoạn tăng tốc.

14
Trong giai đoạn tăng tốc, ngoài hai thời kỳ tăng tốc với gia tốc không đổi a1, a3
còn có thời kỳ chuyển động đều trong đường cong dỡ tải với vận tốc vk1.
Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ thích hợp với tời trục kéo hai thùng skíp hoặc hai
thùng cũi lật.
1.3.3.6. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ
Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ được thể hiện trên hình 110, biểu đồ là sự kết hợp giữa các loại biểu đồ tốc độ với nhau.
- Khi nâng tải
t0 - Thời kỳ tăng tốc từ v = 0 đến vmax, a 1  0
t1 - Thời kỳ chuyển động đều với vmax = const, a2 = 0
t2 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 (  0 ,5 m / s ) trước khi vào đường cong dỡ
tải, a 3  0
t3 - Thời kỳ chuyển động đều với tốc độ thấp vk2 trong đường cong dỡ tải
t4 - Thời kỳ giảm tốc sau khi dỡ tải xong và dừng
- Khi hạ tải
t’0 - Thời kỳ tăng tốc trong đường cong dỡ tải để hạ thùng nâng không tải.
Vận tốc thùng nâng tăng từ 0 đến vk1  0 ,5 m / s , khi v = vk1 thì thùng nâng bắt đầu
ra khỏi đường cong dỡ tải với a’1 < a1.
t’1 - Thời kỳ tăng tốc sau khi thùng nâng ra khỏi đường cong dỡ tải, vận tốc
tăng nhanh từ vk1 đến vmax.
t’2 - Thời kỳ chạy đều của thùng nâng không tải đến khu vực nhận tải
t’3 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 để thùng nâng vào khu vực nhận tải
t’4 - Thời kỳ giảm tốc thùng nâng từ vk2 đến 0 trong khu vực nhận tải
Biểu đồ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ thích hợp cho tời trục kéo một
thùng skíp hoặc một thùng cũi lật.
V, a
vmax
N©ng
a1

a2

a4

0
t0

a5

a3
t2

t1

t3

t

t4

a)
V, a

vmax
H¹
a’ 1

vk1
a’ 2

vk2
a’ 5

a’ 3

a’ 6

a’ 4
t’ 0

t’ 1

t’ 2

t’ 3

t’ 4

t

t’ 5

b,

Hì
nh 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b)


15

1.3.4. Nhận xét
- Tời trục mỏ kéo hai xe goòng cho năng suất vận chuyển gấp đôi so với tời trục
mỏ kéo một xe goòng.
- Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ là dạng biểu đồ tổng quát nhất cho các tời trục mỏ
trong ngành khai thác mỏ hầm lò, gia tốc trong các thời kỳ tăng tốc hoặc giảm tốc có
thể không đổi hoặc thay đổi.
- Việc chọn các chế độ làm việc của tời trục mỏ cần thỏa mãn yêu cầu sau:
+ Tời trục chuyển động trong khu vực nhận tải hoặc dỡ tải phải êm dịu.
+ Tời trục sau khi ra khỏi khu vực nhận tải cần phải tăng tốc nhanh đến tốc độ
cho phép hoặc gần vào đến khu vực dỡ tải cần phải giảm tốc nhanh đến tốc độ nhỏ
nhất cho phép.
+ Gia tốc khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tải trọng
tác động lên máy trục là nhỏ.
Việc tời trục mỏ làm việc có thỏa mãn được điều kiện cơ bản trên hoàn toàn
phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ thống truyền động và luật điều khiển truyền động điện.
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19]
1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC)
a. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện (hình 1-11)

§1
§2
®c

MF

C4

K§M§

UKT§

UKTF

C3

C2

BCD

B§K
N
KOP
RN
C1

RT

KAN

H

H

KOP

N

RH
KAH

Hì
nh 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện
máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện

KAP
OA


16
Khuếch đại máy điện cung cấp điện áp cho cuộn kích thích của máy phát có 4
cuộn dây điều khiển: cuôn dây C1là cuộn điều khiển chính (cuộn chủ đạo); cuộn dây
C2 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng; cuộn dây C 3 là cuộn hồi tiếp
âm theo điện áp máy phát; cuộn dây C4 là cuộn ổn định (hồi tiếp âm mềm theo dòng).
Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC có KĐMĐ khi thay đổi chiều và giá
trị dòng điện trong cuộn dây chủ đạo (C1) sẽ thay đổi chiều và giá trị điện áp máy phát
do đó thay đổi chiều và giá trị tốc độ động cơ truyền động cho tời. Hệ thống có hai chế
độ điều khiển bằng tay và tự động.
Khi điều khiển tự động sử dụng hai xen xin KAN và KAH, vị trí của rôtor xen
xin phụ thuộc vào đĩa chương trình đã thiết kế. Xen xin KAN thực hiện chương trì
nh
nâng tải, xen xin KAH thực hiện chương trình hạ tải. Hai công tắc tơ N và H thực hiện
xác định chiều dòng điện trong cuộn chủ đạo để đảo chiều dòng điện động cơ truyền
động cho tời trục theo yêu cầu.
Điều khiển dừng động cơ truyền động cho tời bằng cảm biến xác định vị trí
dừng để ngắt công tắc tơ N hoặc (H) và đóng tiếp điểm thường đóng KOP để đưa điện
áp máy phát cùng tham gia cung cấp điện cho cuộn chủ đạo nhằm giảm sức từ động
của KĐMĐ, do đó giảm từ thông kích từ của máy phát 50% .
Khi điều chỉnh bằng tay thì sử dụng xen xin KAP, việc điều khiển góc quay của
rôtor thông qua tay điều khiển.
Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhưng bị ảnh

hưởng của hiện tượng từ trễ, do có phần quay nên độ bền cơ bị hạn chế.
b. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ
trung gian
Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC với khuếch đại máy điện để giảm
sức điện động dư (2 - 3 V), nâng cao tính ổn định, tăng hệ số khuếch đại người ta trang
bị thêm một khuếch đại từ trung gian. Sơ đồ cấu trúc hệ thống (hình 1-12).

§1
§2
C4

K§M§

MF

®c

UKT§

UKTF

C1, C2, C3
K§T
MY2

MY3

B§K

BCD

MY1

Hì
nh 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và
khuếch đại từ trung gian
Khuếch đại máy điện có ba cuộn dây C1, C2, C3 được mắc nối tiếp và đấu vào
đầu ra của khuếch đại từ trung gian, riêng cuộn dây C4 thực hiện hồi tiếp âm cứng theo


17
điện áp của khuếch đại máy điện. Khuếch đại từ trung gian có 5 cuộn dây điều khiển.
Cuộn dây MY1 là cuộn dây điều khiển chính, cuộn MY2 là cuộn hồi tiếp âm theo điện
áp máy phát, cuộn dây MY3 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng, cuôn dây
MY4 là cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng khuếch đại máy điện, cuộn dây MY5 là cuộn
dập tắt từ trường trễ của máy phát khi dừng. Việc điều khiển các chế độ làm việc của
hệ thống truyền động điện tương tự như việc điều khiển hệ truyền động điện máy phát
- động cơ với khuếch đại máy điện.
Hệ thống này có ưu điểm là cải thiện được đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt
hơn, giảm được công suất của mạch điều khiển do dòng điều khiển trong khuếch đại từ
trung gian nhỏ hơn nhiều so với dòng điều khiển trong khuếch đại máy điện.
c. Ưu, nhược điểm của hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ
- Thực hiện việc điều khiển theo đúng biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ.
- Khi điều chỉnh tốc độ cho hiệu quả kinh tế cao.
- Có khả năng duy trì tốc độ trung gian độc lập với tải.
- Có khả năng chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm điện.
- Quá trình khởi động và giảm tốc êm dịu.
- Có khả năng tự động hóa và điều chỉnh tự động cao.
- Kích thước hệ thống lớn, chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao.
- Hiệu suất làm việc và độ tin cậy không cao do phải sử dụng nhiều máy điện quay.

1.3.5.2. Hệ truyền động điện xoay chiều
a. Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại (hì
nh 1-15)
380V
A
+
H

N

_

§N

2K
Rp2
1K
Rp1

Hì
nh 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động
cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor


18
Nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn điện xoay chiều ba pha điện áp
380V hoặc 6000V. Việc khởi động điều chỉnh tốc độ hoặc giảm tốc độ động cơ được
thực hiện bằng phương pháp thay đổi trị số điện trở phụ trong mạch rôtor.
Trong mạch rôto thường có 5  8 cấp điện trở phụ, điều khiển quá trình đưa
vào hoặc ngắt ra các cấp điện trở phụ bằng các công tắc tơ. Việc đảo chiều quay động

cơ được thực hiện bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha của nguồn cấp cho mạch
stator thông qua hai công tắc tơ N và H.
Việc hãm truyền động điện thường sử dụng phương pháp hãm động năng, điện
áp nguồn cung cấp hãm động năng có thể không đổi hặc thay đổi. Mômen hãm động
năng được thay đổi bằng hai cách:
- Điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp cho mạch hãm động năng không đổi,
thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor.
- Thay đổi đồng thời điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp và giá trị điện trở
phụ trong mạch rôtor. Việc thay đổi điện áp (hoặc dòng) của nguồn cấp cho mạch hãm
có thể theo cấp hoặc liên tục nhờ các thiết bị điều khiển.
Hệ thống truyền động điện này có nhược điểm là tổn hao năng lượng lớn trên
các điện trở phụ, gia tốc trong quá trình khởi động và giảm tốc thay đổi gây nên các
xung lực ảnh hưởng đến độ bền cơ học của tời trục.
b. Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng

A
KTM1

M2
KN

H

N
M1

OY4

OY2

KH
K§M§
P
B1

BTL

OY3

XX2

OY1

XX1

B2

T§K

Hì
nh 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động
cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng trong mạch rôtor
Để tăng độ êm dịu và duy trì tốc độ không đổi thay thế biến trở kim loại bằng
biến trở lỏng. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện được thể hiện trên hình 1-16.


19
Trong hệ thống này, việc dịch chuyển các điện cực nhúng trong dung dịch chất
lỏng do động cơ điện một chiều kích từ độc lập truyền động thông qua hộp giảm tốc có
tí

nh tự hãm. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn và mômen quán tính nhỏ để tăng tính tác
động nhanh của hệ thống.
Việc điều khiển động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp của
khuếch đại máy điện cung cấp cho nó, khuếch đại máy điện có 4 cuộn dây điều khiển.
Hai cuộn dây OY1 và OY3 của khuếch đại máy điện được cung cấp điện từ hai xen
xin XX1 và XX2 thông qua hai cầu chỉnh lưu B1, B2. Sức từ động của hai cuộn dây
này có hướng ngược nhau (Ft = F1 - F2), khi dòng điện trong hai cuộn dây bằng nhau
thì sức từ động tổng bằng không, do đó điện áp phát ra của khuếch đại máy điện bằng
không. Khi thay đổi góc quay rôtor của XX1 thì dòng trong cuộn dây OY1 và OY3 sẽ
khác nhau, sức từ động tổng sẽ khác không, động cơ M1 sẽ quay di chuyển điện cực
trong dung dịch chất lỏng. Rôtor xen xin XX2 sẽ quay cho đến khi dòng trong hai
cuộn dây OY1 và OY3 bằng nhau.
Muốn tăng tốc hoặc giảm tốc động cơ truyền động cho tời cần điều khiển sao
cho các điện cực được hạ xuống hay nâng lên trong dung dịch chất lỏng. Hai khóa ngắt
vị trí KN và KH với mục đích giới hạn chuyển động của điện cực trong khoảng dịch
chuyển cho phép. Cuộn dây OY4 của khuếch đại máy điện thực hiện hồi tiếp âm theo
điện áp còn cuộn dây OY2 tác dụng ổn định hệ thống trong chế độ động.
1.3.5.3. Các phương pháp điều khiển hệ truyền động điện xoay chiều trong giai
đoạn giảm tốc và chuyển động đều trên đường cong dỡ tải
a. Điều khiển trong thời kỳ giảm tốc
Phương pháp đơn giản nhất để điều khiển truyền động điện trong thời kỳ giảm
tốc là sử dụng phanh cơ khí. Trong quá trình giảm tốc nếu cần gia tốc không đổi và
nhỏ hơn gia tốc cho phép thì cần phải thay đổi mômen hãm. Nếu không duy trì gia tốc
không đổi sẽ dẫn đến trong thời kỳ giảm tốc quãng đường làm việc của tời trục sẽ
thay đổi, do đó tời trục sẽ không dừng chính xác ở vị trí mong muốn.
Việc thay đổi mômen hãm cơ khí trong thời kỳ giảm tốc được thực hiện bằng hệ
thống điều khiển điện - khí nén hoặc điện - thủy lực. Việc điều khiển van khí nén để
điều chỉnh áp lực má phanh lên tang hãm thông qua van điện từ. Hiệu quả hơn cả là áp
dụng phương pháp hãm điện kết hợp với phanh cơ khí. Phương pháp hãm điện thường
dùng cho tời trục là phương pháp hãm động năng có nguồn cấp thay đổi liên tục.

b. Điều khiển truyền động trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải
Trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải yêu cầu tời trục chuyển
động với vận tốc ổn định từ 0,3  0,6 m/s, để đáp ứng được yêu cầu đó người ta sử
dụng các biện pháp sau:
+ Điều khiển mômen hãm cơ khí
Để duy trì tốc độ thấp cần điều khiển động cơ không đồng bộ dẫn động cho tời
trục làm việc ở chế độ động cơ có một hoặc hai cấp điện trở phụ trong mạch rôtor kết
hợp với điều chỉnh phanh cơ khí. Phương pháp này có tổn hao công suất lớn.
+ Sử dụng hệ thống truyền động điện phụ công suất nhỏ
Hệ thống truyền động điện phụ có công suất nhỏ gồm một động cơ không đồng
bộ rôtor lồng sóc có công suất nhỏ, một hộp giảm tốc phụ và một khớp nối. Phương
pháp này có hệ thống điều khiển phức tạp và chi phí cao.
+ Sử dụng hệ thống truyền động điện hai động cơ
Trong hệ thống truyền động điện hai động cơ không đồng bộ, khi thực hiện chế
độ chuyển động đều với tốc độ thấp tiến hành cho một động cơ làm việc ở chế độ động


20
cơ, một động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng. Việc điều chỉnh tốc độ bằng
phương pháp điều chỉnh mômen hãm động năng khi thay đổi dòng hãm động năng
hoặc thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtor.
Phương pháp này có khả năng tạo ra đặc tính cơ cứng ở vùng tốc độ thấp, hệ
làm việc tin cậy, tác động nhanh, giá thành không cao nhưng điều khiển phức tạp.
+ Cung cấp cho động cơ nguồn dòng có tần số thấp
Trong quá trình giảm tốc tiến hành đưa dòng điện có tần số thấp f 2 từ bộ biến
tần kiểu máy điện vào mạch stator đồng thời giảm trị số điện trở phụ trong mạch rôtor.
Để ổn định tốc độ thấp, loại hết điện trở phụ mạch rôtor và cung cấp dòng có
tần số f2 phù hợp với tốc độ yêu cầu. Đặc tính tĩnh hệ thống thể hiện trên hình 1-18.


01

8

9

7

6

5

4
11
13
15

10

3

2

12
14

02

16
1

M h1

M h2

0

MC

M2

M 1 M th

M

Hì
nh 1-18. Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc
đưa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator
1.3.5.4. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
Để nhận được chế độ giảm tốc và chuyển động đều với tốc độ thấp trong đường
cong dỡ tải tốt hơn so với truyền động điện đông cơ không đồng bộ rôtor dây quấn sử
dụng hệ thống truyền động điện Biến tần - Đông cơ.
Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ được thể hiện như
hì
nh 1-19.
U2, f 2
U1, f 1

BT

§

Hì
nh 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các bộ biến tần hiện đại có cấu trúc gọn
nhẹ, hệ thống điều khiển sử dụng vi xử lý nên có tính tác động nhanh và độ chính xác
cao, dải điều chỉnh rộng:0  600Hz. Hiện nay hệ truyền động điện Biến tần - Động
cơ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp.