Thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển xi măng

MỤC LỤC
T
r
a
n
g
LỜI MỞ ĐẦU

3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ, LỰA CHỌN ĐỘNG
CƠ
VÀ PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
…………………………..

4

Giới thiệu tổng quan về thiết bị
…………………………………

4

Khái niệm ……………………………………..
…………………

4

Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của băng tải
…………………

5

Ứng dụng của băng tải
…………………………………………..

7

Phương án truyền động
……………………………………….....

7

Hệ truyền động điện
…………………………………………….

7

Lựa chọn hệ truyền động
………………………………………..

9

1.2.3.

Một số phương pháp truyền động trong cơng nghiệp
………....

1
0

1.2.4.

Đặc tính cơ của tải
………………………………………………

1
1

Lựa chọn động cơ
……………………………………………….

1
3

1.1.

1.1.1.

1.1.2.

1.1.3.

1.2.

1.2.1.

1.2.2.

1.3.

1

1.3.1. Một số loại động cơ thường dùng
……………………………….

1
4

1.3.2. Lựa chọn loại động cơ
…………………………………………..

1
5

1.3.3. Tính chọn cơng suất và động cơ
…………………………………

1
6

Chương 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ
TRUYỀN ĐỘNG
……………………………………………….

2
1

2.1.
Biến tần
………………………………………………………….

2
1

2.1.1. Lựa chọn biến tần
…………………………………………….....

2
1

2.1.2.
Biến
tần
………………………………………………

nguồn

áp

2
3

2.1.3. Tính tốn mạch lực cho biến tần nguồn áp
……………………...

2
7

2.1.4. Chọn biến tần
……………………………………………………

3
0

2.2.
Tủ
………………………………………………………….

điện

Chương 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ
TRUYỀN
ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG
……………………………………......

3
2

3
6

3.1.
Phương pháp điều khiển vector tựa từ thông rotor (FOC)
………

3
6

3.1.1. Mô tả tốn học động cơ khơng đồng bộ ba pha
…………………

3
6

2


3.1.2.
Phép biến đổi tuyến tính khơng gian vector
…………………..

3
7

3.1.3. Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong khơng gian
vector ….

4
0

3.2.
Mơ phỏng hệ thống bằng phần mềm Matlab Simulink
………….

4
6

3.2.1.
Sơ
đồ

mô
…………………………………………………

4
6

phỏng

3.2.2. Kết quả mô phỏng
……………………………………………….

4
9

3.3.
Cài đặt biến tần
…………………………………………………..

4
9

TÀI LIỆU

5
3

3


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nhiều
ngành sản xuất công nghiệp và các ngành khác như nông nghiệp, du lịch cùng
phát triển theo. Để nâng cao năng suất, tiết kệm sức người cũng như giảm thiểu
ô nhiễm môi trường, độ chính xác và an tồn... thì các thiết bị vận tải liên tục
được ứng dụng rộng rãi trong các nghành sản xuất như: xi măng, vận chuyển
than,vận chuyển hàng hóa trong các bến cảng, vận chuyển khoáng sản trong các
hầm mỏ, vận chuyển nguyên liệu trong các nhà máy công nghệ vi sinh ... Như
vậy các thiết bị vận tải liên tục có một phần đóng góp rất quan trọng trong rất
nhiều các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, xã hội nói chung và cơng nghiệp nói
riêng. Với những ưu điểm và ứng dụng rộng lớn của thiết bị vận tải liên tục nói
trên, em đã tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống băng tải
vận chuyển xi măng”.
Em xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên Đinh Văn Nam đã tận tình hướng dẫn
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Do cịn việc hạn chế về trình độ chun
mơn và thiếu kinh nghiệm làm bài nên đồ án của em cịn nhiều khiếm khuyết,
sai sót. Em mong nhận được ý kiến đóng góp cũng như những lời khun
hữu ích từ các thầy, cô giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến kết quả tốt hơn
và tạo tiền đề cho chúng em sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ
VÀ PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
1.1. Giới thiệu tổng quan về thiết bị
1.1.1. Khái niệm
Băng tải là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp, được cấu tạo
từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng vận chuyển một tải đơn (thùng carton,

hộp, túi,…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, đá, xi măng,…) từ điểm này tới
điểm khác cách đó một khoảng cách vật lý nhất định.
Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có
tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong
sản xuất với mọi khoảng cách.
Một số loại băng tải chính trong sản xuất hiện nay:


Băng tải cao su là loại phổ biến nhất. Một băng tải cao su thường là một vành
đai vô tận làm của một số loại vải hay cao su. Các vòng cao su di chuyển giữa
các ròng rọc với hỗ trợ tại các điểm trung gian dọc theo chu vi vành đai. Băng
tải cao su có thể mang theo nhiều loại vật liệu khác nhau. Các vật liệu có thể là
những tảng đá có kích thước như quặng hoặc bột nguyên chất. Tốc độ sẽ khác
nhau tùy theo nhu cầu của các thiết bị sản phẩm và chế biến.

Hình 1.1: Băng tải cao su
5




Băng tải PVC gồm nhiều ngăn để chứa sản phẩm. Bảng Air và bảng chuyển
bóng được sử dụng khi vị trí của một sản phẩm là cần thiết. Chúng cũng được sử
dụng để di chuyển sản phẩm từ một đường chuyền cho bất kỳ một số băng
tải khác được kết nối.



Hình 1.2: Băng tải PVC
Băng tải con lăn là loại băng tải sử dụng các con lăn trong việc phục vụ truyền

tải các hàng hóa, vật liệu có trọng tải nặng theo chiều ngang và chiều dọc.

Hình 1.3: Băng tải con lăn
1.1.2. Cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của băng tải
1.1.2.1.

Cấu trúc băng tải

6


Hình 1.4: Cấu trúc chung hệ thống băng tải
Băng tải làm việc được là nhờ lực ma sát giữa bề mặt đai và tang dẫn. Một
băng tải cơ bản có cấu tạo gồm các bộ phận như sau:
1. Cơ cấu kéo băng
2. Tang chịu dẫn
3. Mặt băng tải
4. Cụm con lăn trên
5. Cụm con lăn dưới
6. Hộp giảm tốc
7. Động cơ điện
8. Tang dẫn động
9. Khung đỡ băng tải
10. Khớp nối
11. Bộ truyền đai – dây curoa hoặc bộ truyền xích – dây xích
1.1.2.2.

Nguyên tắc hoạt động của băng tải

7

Động cơ được gắn vào một kết thúc một cán lên. Khi động cơ hoạt động thì
các con lăn sẽ quay ngược lại gây ra do con lăn áp lục lên các tấm thảm cao su
hoặc đai xích. Khi áp dụng đúng cách sẽ tạo ra lực đáng kể làm di chuyển mặt
băng tải.
1.1.3.

Ứng dụng của băng tải

Băng tải được ứng dụng rộng rãi từ rất lâu nhờ những ưu điểm là có cấu tạo
đơn giản, bền và có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa để vận chuyển nguyên
liệu dạng hạt dạng lát và dạng đơn chiếc với hướng mặt phẳng nằm ngang hoặc
nằm nghiêng góc nghiêng phụ thuộc vào tính chất lý học của hàng hóa và địa
hình góc nghiêng có thể lên tới 30 0 có thể cố định hoặc di chuyển loại này có
cấu tạo đơn giản dễ dàng vận hành có độ bền cao hiệu quả kinh tế và có khoảng
lớn để điều chỉnh năng suất, làm việc êm năng suất cao và tiêu hao năng lượng
khơng lớn lắm.
Có nhiều loại băng tải được ứng dụng trong các điều kiện và tính chất làm
việc khác nhau. Trong các cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ, các cơng trình thi
cơng vĩ mơ, việc sử dụng các loại băng tải sẽ giúp tiết kiệm sức lao động, nhân
công, nhân lực, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt. Mỗi loại băng tải được sử dụng
trong những trường hợp nhất định.
- Dùng trong các dây chuyền sản xuất.
- Dùng trong các cơng trình xây dựng trạm thủy điện, bến cảng.
- Trong sản xuất khai thác mỏ, luyện kim, hóa chất, đúc, vật liệu xây dựng.
- Có thể vận chuyển vật liệu rời hoặc vật phẩm thành kiện.
1.2.

Phương án truyền động điện

1.2.1. Hệ truyền động điện

8


Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị
điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện –cơ cũng như gia cơng
truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi năng lượng đó.
Cấu trúc chung của hệ truyền động điện gồm 2 phần chính:
- Phần lực là bộ biến đổi và động cơ truyền động. Các bộ biến đổi thường dùng
là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay chiều), bộ biến đổi từ
(khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu tiristor, biến
tần tranzitor). Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều , xoay chiều đồng
bộ, không đồng bộ và các loại động cơ đặc biệt khác v.v…
- Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh truyền động và
cơng nghệ, ngồi ra cịn có các thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ
và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ truyền động có cả mạch ghép nối
với các thiết bị tự động khác trong một dây chuyền sản xuất.
Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, không phải hệ truyền động nào cũng có đầy
đủ cấu trúc như vậy. Cho nên có thể phân loại hệ truyền động điện như sau:
- Truyền động khơng điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới
điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
- Truyền động có điều chỉnh: trong loại này, tùy thuộc vào yêu cầu cơng nghệ
mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh momen, lực
kéo và truyền động điều chỉnh vị trí. Trong cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh
có thể là truyền động nhiều động cơ. Ngồi ra tùy thuộc vào cấu trúc và tín
hiệu điều khiển ta có hệ truyền động điều khiển số, điều khiển tương tự hoặc
truyền động điều khiển theo chương trình v.v…

9


Hình 1.5: Cấu trúc chung của hệ truyền động
Trong đó: BBĐ – Bộ biến đổi.
ĐC – Động cơ truyền động.
MSX – Máy sản xuất.
R, – Bộ điều chỉnh công nghệ.
K, – Các bộ đóng ngắt phục vụ cơng nghệ.
GN – Mạch ghép nối
VH – Người vận hành
1.2.2.

Lựa chọn hệ truyền động điện

Vì băng tải là thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên
không quan tâm đến quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà chỉ quan tâm đến
mômen khởi động của động cơ, cũng như chế độ làm việc của động cơ là chế độ
làm việc dài hạn. Động cơ truyền động nối trực tiếp với lưới điện quay máy sản
xuất với một tốc độ nhất định nên ta sử dụng hệ truyền động không điều chỉnh.
Ngày nay hầu hết các động cơ truyền động của băng tải là động cơ điện xoay
chiều vì loại động cơ này có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ điện một
10


chiều, nhưng không cần đến bộ biến đổi nguồn cung cấp từ xoay chiều sang một
chiều mà có thể sử dụng trực tiếp điện áp từ mạng điện cung cấp chỉ cần thay
đổi cấp điện áp sao cho phù hợp với cấp điện áp ghi trên động cơ.
1.2.3. Một số phương pháp truyền động trong cơng nghiệp
Hiện nay có rất nhiều phương pháp điều khiển cho bộ biến tần. Phổ biến

trong công nghiệp là các phương pháp điều khiển V/f, điều khiển theo hệ số
trượt, điều khiển trực tiếp từ thông roto (FOC), điều khiển momen trực tiếp
(DTC).
1.2.3.1. Phương pháp điều khiển điện áp – từ thông (V/f )



Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ thực hiện, giá thành rẻ.
Nhược điểm:
- Tổn thất công suất ∆P và lượng tiêu thụ công suất phản kháng lớn.
- Ổn định tốc độ khó khăn, hạn chế về khả năng ổn định tốc độ.
- Mô men đáp ứng kém.
- Không đảm bảo điều khiển được các đáp ứng về mô men và từ thông.

1.2.3.2. Phương pháp điều khiển momen trực tiếp (DTC)


Ưu điểm:
- Cho phép áp đặt mơ men rất nhanh.
- Có thể điều chỉnh với độ chính xác tùy ý.
- Mơ hình đơn giản, khơng phụ thuộc nhiều tham số, không bị ảnh hưởng

bới sai lệch tham số của động cơ như các phương pháp khác.
- Không phải thực hiện phép quay tọa độ, do đó thời gian tính tốn nhanh.
 Nhược điểm:
Đáp ứng ở tốc độ rất kém.
Đáp ứng mô men không trơn, độ nhấp nhơ mơ men phụ thuộc dải trễ và
khó khác phục.
1.2.3.3. Phương pháp điều khiển trực tiếp từ thông roto (FOC)



Ưu điểm:
- Phù hợp với vùng tốc độ cơ bản, có thể làm việc ổn định rất tốt ở tốc độ
-

cận khơng.
Cho hệ đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ giống hệt với đặc tính cơ

-

cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi.
Hiện nay, công cụ điều khiển số rất mạnh nên vấn đề tính tốn phức tạp
khơng cịn là vấn đề lớn.
11




Nhược điểm:
- Rất nhạy với sự biến thiên thống số của động cơ, nhất là điện trở roto thay
-

đổi đến 50% giá trị chuẩn do sự thay đổi nhiệt dộ và hiệu ứng mặt ngoài.
Phải thực hiện nhiều phép quay tọa độ nên tính tốn phức tạp.

Qua các phân tích ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp truyền động
cho động trong công nghiệp sử dụng bộ biến tần trên, từ đó ta sẽ lựa chọn
phương pháp điều khiển trực tiếp từ thơng roto (FOC).
1.2.4.

Đặc tính cơ của tải

ω
Mc = Mco + ( M®m − Mco ) ( m )α
ω®m

Tương tự như động cơ truyền động,

mỗi máy sản xuất có hàm riêng về quan hệ tốc độ và mơmen, quan hệ này gọi là
đặc tính cơ máy sản xuất, nó rất đa dạng, nhưng có thể biểu diễn dưới dạng biểu
thức tổng quát:

Trong đó:

– Momen ứng với tốc độ w = 0
– Momen ứng với tốc độ định mức
(1/S) ứng với tốc độ w.
ω
– Momen

1

2
3

ω
c®
m

4
0
MCO

ω
Mc

a)

M c®
m

M (Nm)

ω

(1/S)
Mc

0
2

1

Mc

12

M

0

M (Nm)

Mc

b)

c)


Hình 1.6: Dạng đặc tính cơ của tải
Ta có các trường hợp:
-

α = 0, Mc = Mđm = const, các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy

-

cắt gọt thuộc loại này (đường 1,Hình 1.6a).
α = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về loại này có

-

thể lấy ví dụ máy phát một chiều tải thuần trở (đường 2,Hình 1.6a).
α = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của các máy bơm, quạt

-

gió (đường 3,Hình 1.6a).

α = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy ly tâm, cơ cấu dịch
chuyển, máy cuộn, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại
có đặc tính thuộc loại này (đường 4,Hình 1.6a).

a) Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất:
(1) α = 0 ; (2) α = 1; (3) α = 2; (4) α = -1;
b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng;
c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng.
-

Mơmen cản thế năng (như ở trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng) có đặc tính
Mc = const và khơng phụ thuộc vào chiều quay (Hình 1.6b).
13


-

Mômen cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như mômen ma sát,
mômen của cơ cấu ăn dao cắt gọt kim loại (Hình 1.6c).
Với băng tải vận chuyển xi măng ta có: α = 0. Do đó đặc tính cơ của băng tải

có dạng:
Mc = Mđm = const
Ta thấy rằng tải của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi
trong q trình làm việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Ta có đồ thị cơng suất và mơmen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ
với

Mc

= const như sau:

Hình 1.7: Đồ thị cơng suất và mơmen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ
với
1.3.

Mc

= const.

Lựa chọn động cơ

1.3.1. Một số loại động cơ thường sử dụng

14


Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động cơ song chúng ta cần
chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đảm
bảo yếu tố kỹ thuật. Dưới đây là 1 vài loại động cơ thường gặp:
1.3.1.1. Động cơ điện một chiều
Ngày nay động cơ điện một chiều vẫn có vai trị quan trọng trong cơng
nghiệp giao thơng vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay
liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy
điện…).
-

Ưu điểm: là dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong nhiều điều kiện
làm việc khác nhau. Nhưng ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều đó là
điều chỉnh, thay đổi tốc độ và khả năng làm việc trong điều kiện quá tải. Động

cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác , mạch điều
khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao so với động cơ điện không

-

đồng bộ. Đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng ...
Nhược điểm: là có hệ thống cổ góp – chổi than nên vận hành kém tin cậy và
khơng an tồn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. Giá thành đắt, khó
kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu.
1.3.1.2. Động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều bao gồm 2 loại: động cơ điện xoay chiều 1 pha và



động cơ điện xoay chiều 3 pha.
Động cơ điện xoay chiều 1 pha
- Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, vận hành và bảo dưỡng dễ dàng.
- Nhược điểm : hiệu suất thấp, mômen khởi động yếu, tốn nhiều vật liệu khi


chế tạo.
Động cơ điện xoay chiều 3 pha
Động cơ điện xoay chiều 3 pha gồm 2 loại gồm: động cơ điện xoay chiều 3

pha đồng bộ và không đồng bộ:


Động cơ điện xoay chiều 3 pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn.
Nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết
bị phụ để khởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần

15


công suất lớn (>100kW), và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số khơng đổi của vận

-

tốc góc.
Động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ
Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong
một phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dịng mở máy thấp nhưng cos ϕ thấp, giá thành
đắt, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận

-

tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ.
Động cơ ba pha không đồng bộ rơto lồng sóc có ưu diểm là kết cấu đơn giản, giá
thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cos ϕ thấp) so với động cơ ba pha
đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc .
1.3.2. Lựa chọn loại động cơ
Vì hầu hết băng tải là các thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh
tốc độ nên khơng quan tâm đến q trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà chỉ
quan tâm đến mômen khởi động của động cơ, cũng như chế độ làm việc của
động cơ là chế độ làm việc dài hạn vì vậy ta lên chọn loại động cơ có những đặc
tính phù hợp với các yêu cầu trên. Động cơ điện xoay chiều vì loại động cơ này
có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ điện một chiều, như không cần
đến bộ biến đổi nguồn cung cấp từ xoay chiều sang một chiều mà có thể sử dụng
trực tiếp điện áp từ mạng điện cung cấp chỉ cần thay đổi cấp điện áp sao cho phù
hợp với cấp điện áp ghi trên động cơ, động cơ điện xoay chiều có cấu tạo đơn
giản hơn so với động cơ điện một chiều vì vậy giá thành thấp hơn. Động cơ

khơng đồng bộ có thể đáp ứng được những yêu cầu trên. Động cơ không đồng
bộ: là loại động cơ phù hợp với thiết bị có cơng suất nhỏ, rẻ, chắc chắn, độ tin
cậy cao. So với các loại động cơ điện dùng trong cơng nghiệp thì động cơ khơng
đồng bộ được dùng nhiều hơn cả và chúng đang dần thay thế các loại động cơ
một chiều.
Từ những ưu, nhược điểm cùng với sự phân tích trên ta chọn động cơ khơng
đồng bộ ba pha roto lồng sóc.
1.3.3.

Tính chọn cơng suất và động cơ
16


Thông số đầu vào:

1.3.3.1.

1. Chiều dài băng tải: L = 100 (m).
2. Trọng lượng tải tối đa: 50 bao xi măng.
3. Tốc độ tối đa: = 2 (m/s).
4. Gia tốc tối đa: a = 1 (m/).
5. Đường kính tang: D = 400 (mm).
6. Gia tốc trọng trường: g = 9.8(m/).
Xác định cơng suất u cầu của trục động cơ

Khi tính chọn công suất động cơ truyền động trên băng tải ta thường tính
theo các thành phần sau:
-

Cơng suất để dịch chuyển vật liệu

Công suất để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa

-

băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy.
Công suất để nâng tải (nếu là băng tải nghiêng).

Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
= L. . . g. cos
Trong đó: L – chiều dài băng tải
– khối lượng vật liệu trên 1m băng tải
– hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu, = 0.05
– góc nghiêng của băng tải
Theo thông số đầu vào, trọng lượng tải tối đa là 50 bao xi măng mà mỗi bao
xi măng nặng 50kg, nên ta có:
Trọng lượng tải tối đa:

= 50 × 50 = 2500 (kg)

Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải là:
= = = 25 (kg/m)
Ta sử dụng loại băng tải nằm ngang nên: = 0 => cos = 1
Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu:
17


= L. . . g. cos
= L. . . g =

100 × 25 × 0.05 × 9.8

= 1225 (N)

Cơng suất tối đa để dịch chuyển vật liệu:

1225 × 2

=.v=

= 2450 (W)

Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải:
= 2. L. . . g. cos =

2 × 100 × 1× 0.005 × 9.8 × 1

= 9.8 (N)

Trong đó: – khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng tải
– hệ số tính đến lực cản khi không tải, = 0.005
Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát:
=.v=

9.8 × 2

= 19.6 (W)

Lực cần thiết để nâng vật:
=

±

L.. g. sin = 0

Công suất tĩnh của băng tải:
P = + = 2450 + 19.6 = 2469.6 (W) = 2.45 (kW)
Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau:
=.
Trong đó: η – hiệu suất truyền động
– hệ số dự trữ về công suất ( = 1.2 1.25)
Với hiệu suất của bộ truyền được tính theo cơng thức:
18


η = η013 .nkn .ηd .ηbr
Trong đó: Hiệu suất của một cặp ổ lăn: ηol = 0.99
Hiệu suất của khớp nối: ηkn = 1
Hiệu suất của bộ đai: ηd = 0.96
Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: ηbr =0.97
Thay số vào, ta có:
=>

η = 0.993 ×1× 0.96 × 0.97

= 0.9

= . = 1.2 = 3.3 (kW)

1.3.3.2. Xác định số vòng quay của động cơ
Số vịng quay của trục cơng tác:

nct =

60 ×103 × v 60 ×103 × 2
=
= 95.54
π ×D
π × 400

Tỉ số truyền sơ bộ của hệ thống :

Usb = Ud × Uc

Trong đó: Ud - Tỉ số truyền động đai, chọn Ud = 3
Ut - Tỉ số truyền động bánh răng trụ, chọn Ut = 5
=>

= × = 3× 5 = 15

Số vịng quay của động cơ :
1.3.3.3.

ndc = nct × U sb = 95.54 ×15 = 1433

Xác định tỉ số truyền chung của hệ thống

Theo thông số động cơ ở trên, ta có:

ndc = 1433 (v/ph)
nct = 95.54 (v/ph)

Suy ra, tỉ số truyền chung của hệ thống là:
19

(v/ph)


=
1.3.3.4.

= = 15

Xác định momen trên trục động cơ

Mômen cản quy đổi về trục động cơ.
M cqd =

1.3.3.5.

F × R 1225 × 0.2
=
= 18.15(N.m)
i ×η
15 × 0.9

Chọn động cơ

Từ tính tốn trên ta có : = 3.3 (kW) và ndc = 1433 (v/ph), tra động cơ trên
trang abb.com:

Từ đó ta chọn được động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc M3AA 112MB

3GAA 112 612-J có các thơng số như sau :
Pdm = 4kW

- Công suất định mức:

U dm = 400V

- Điện áp dây định mức:
- Tần số định mức:

f = 50 Hz

- Số đôi cực:

p=2
20


ω

- Tốc độ định mức:

η

- Hiệu suất:
- Hệ số công suất:

= 1444 rad/phút
= 88.6 %

cosφ= 0.79
I dm = 8.2( A)

- Dịng Stator định mức:

I s = 8.2 × 7.1 = 58.22( A)

- Dòng Stator khởi động:

M dm = 26.4( Nm)

- Momen định mức:

M s = 26.4 × 2.8 = 73.92( Nm)

- Momen khởi động định mức (s=1):
- Momen tới hạn:

= 26.4 × = 87.12 (Nm)
J = 0.018(kg / m 2 )

- Momen quán tính:
- Trọng lượng:

m = 34kg

1.3.3.6. Kiểm nghiệm động cơ
- Cơng suất định mức của động cơ tính được : Pđm tính = 3.3 ( kW)
- Cơng suất định mức của động cơ đã chọn: Pđm chọn = 4 ( kW)


Pđm chọn > Pđm tính
- Mơ men tải định mức quy về trục động cơ tính được: Mđm tính = 18.15 ( N.m)
- Mơ men tải định mức ứng với động cơ đã chọn là: Mđm chọn = 26.4 ( N.m)

Mđm chọn > Mđm tính
Như vậy động cơ đã chọn cho phép vận hành tốt với điều kiện đặt ra.

21


CHƯƠNG 2
TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG
2.1. Biến tần
2.1.1. Lựa chọn biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng
điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Có 2 loại biến tần chính
là: biến tần trực tiếp (biến tần phụ thuộc) và biến tần gián tiếp (biến tần độc lập).
 Biến tần trực tiếp:

Biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành f2 (bộ chỉnh lưu điều
khiển pha đảo chiều), khơng qua khâu chỉnh lưu nên có hiệu suất cao, tuy
nhiên việc thay đổi tần số ra phức tạp và phụ thuộc vào tần số vào f1.
 Ưu điểm.
-

Mạch chỉ cần dùng van Thyristor thơng thường, q trình chuyển mạch
theo điện áp lưới.

-

Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian một chiều nên hiệu suất rất
cao.

-

Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố.
-

Thường sử dụng cho dải cơng suất rất lớn đến vài chục MW.

 Nhược điểm.
-

Sử dụng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiển rất phức tạp.

-

Hệ số cơng suất thấp.



Biến tần gián tiếp:
Dịng điện xoay chiều đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòng điện
một chiều (tần số f = 0), lọc rồi được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần
số f2. Biến tần gián tiếp có 2 loại là: biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn
22


áp. Hai loại này được phân biệt dựa vào khâu trung gian một chiều.
•

Biến tần nguồn dịng.
Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf , thực hiện chức năng nguồn
dịng cho bộ nghịch lưu.
Ưu điểm:



-

Có khả năng trả năng lượng về lưới.

-

Khơng sợ chế độ ngắn mạch vì dịng điện một chiều được giữ không đổi.

-

Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW.
Nhược điểm:



-

Hiệu suất kém ở dải cơng suất nhỏ.

-

Cồng kềnh vì có cuộn kháng.

- Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ.

Do đó, ứng dụng thang máy với tải chỉ vào khoảng 4kW thì biến tần nguồn
dịng là khơng phù hợp.
•

Biến tần nguồn áp.
Khâu trung gian một chiều là tụ Ce, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ
nghịch lưu.


Ưu điểm:

-

Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW.

-

Hệ số cơng suất của mạch lớn (≈1).

-

Hình dạng và biên độ điện áp ra khơng phụ thuộc tải, dịng điện cho tải quy
định.

-

Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khử
đập mạch momen.



Nhược điểm:

- Không trả được năng lượng về lưới. Nếu muốn trả năng lượng về lưới
phải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu
ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư. Trong phạm vi
đồ án này sẽ khơng trả năng lượng về lưới trong quá trình hãm tái sinh mà dùng
điện trở hãm
23


Từ các phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode và
có điện trở hãm.
2.1.2. Biến tần nguồn áp
Ta có sơ đồ tổng quan của bộ biến tần nguồn áp:

Hình 2.1: Sơ đồ gián tiếp biến tần nguồn áp
Biến tần nguồn áp gồm 2 phần sau:
- Phần mạch động lực.
- Phần mạch điều khiển.
2.1.2.1. Phần mạch lực.

Hình 2.2: Sơ đồ mạch động lực


Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha: bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dịng xoay chiều có

-

tần số f1 thành dịng 1 chiều.
Mạch chỉnh lưu gồm 6 diode mắc với nhau theo sơ đồ:

24


Hình 2.3: Cấu trúc mạch chỉnh lưu diode
Nguyên lý hoạt động.
Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều, ở
đây ta dùng mạch chỉnh lưu hình cầu khơng điều khiển, bộ chỉnh lưu bao gồm
các nhóm van diode chỉnh lưu bằng máy biến áp.
•
•

Van có tác dụng đóng mở tạo thành dịng một chiều.
Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầu càn thiết
của phụ tải, cách ly phụ tải lưới điện để vận hành an toàn, cải thiện được dạng
sóng nguồn điện lưới. Ngồi ra cịn có tác dụng hạn chế tốc độ tăng của dịng

•

anode
Giá trị trung bình của điện áp ra:
Ud =

•

6
2π

π /6

∫

6.U 2 f cos θ dθ =

−π /6

Số đập mạch: n = 6.
Iv =

•

Dịng trung bình qua van:

Id
3

U v max = 6U 2 f
•

Điện áp ngược max trên van:

25

3 6
U 2 f ≈ 2,34U 2 f
π