Nghiên cứu cải tiến hệ điều khiển truyền động điện động cơ không đồng bộ rôto dây quấn điều khiển biến trở của các trục tải giếng nghiêng đang sử dụng ở các mỏ việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

NGÔ VĂN ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN
ĐIỀU KHIỂN BIẾN TRỞ CỦA CÁC TRỤC TẢI GIẾNG
NGHIÊNG ĐANG SỬ DỤNG Ở CÁC MỎ VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà nội – 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

NGÔ VĂN ANH

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN
ĐIỀU KHIỂN BIẾN TRỞ CỦA CÁC TRỤC TẢI GIẾNG
NGHIÊNG ĐANG SỬ DỤNG Ở CÁC MỎ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Tự động hóa
Mã số: 60.52.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS – TS Thái Duy Thức

Hà nội - 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan rằng: Ngồi những tài liệu mà tơi trích dẫn, nội dung trong
quyển luận văn này là kết quả làm việc của bản thân tôi trong thời gian qua.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng nếu bị phát hiện có sự sao
chép nội dung ở các tài liệu hoặc các cơng trình nghiên cứu khác đã được
công bố.

Hà nội, ngày

tháng 09 năm 2010
Học viên

Ngô Văn Anh


LỜI CẢM ƠN !
Với sự quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo,
PGS _ TS Thái Duy Thức, cùng với nỗ lực của bản thân đến nay tơi đã hồn
thành cuốn luận văn thạc sĩ kỹ thuật này. Tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn và
gửi tới thầy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy cơ giáo trong bộ mơn Tự động
hóa – Trường Đại học Mỏ Địa Chất HN, những người đã truyền dạy cho
chúng tôi những kiến thức quý báu.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo phòng cơ điện mỏ than Thống
Nhất, Khe Chàm, Nam Mẫu, Vàng Danh, Mạo Khê, Quang Hanh, Cẩm
Thành đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong q trình thực hiện đề tài này.
Cảm ơn tồn thể bạn bè và gia đình đã giúp đỡ động viên để tơi hồn
thành tốt luận văn này.

Hà nội, ngày

tháng 09 năm 2010

Học viên

Ngô Văn Anh


MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU

01

Chương 1: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁC LOẠI TRỤC TẢI GIẾNG
NGHIÊNG Ở CÁC MỎ HẦM LỊ VIỆT NAM

1.1. Tình hình sử dụng các loại trục tải giếng ghiêng mỏ hầm lò đang
dùng ở các mỏ hầm lị của Việt Nam
1.2. Thơng số kỹ thuật của các trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò đang
dùng ở Việt Nam
1.3. Phân loại biểu đồ tốc độ đang được ứng dụng ở các trục tải giếng
nghiêng mỏ hầm lò đang ứng dụng ở Việt Nam
1.4. Nhận xét
Chương 2: MÔ PHỎNG CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐẶC TRƯNG
CỦA TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG MỎ HẦM LỊ HIỆN NAY

05

05

06

15
16
17

2.1. Tính tốn mơmen cản

17

2.1.1. Lực cản trên tang

17

2.1.1.1. Tính lực căng tĩnh khi kéo một gng

18

2.1.1.2. Tính lực căng tĩnh khi kéo hai gng

18

2.1.2. Mơmen cản quy đổi về trục động cơ

18

2.1.2.1. Khi kéo một goòng

18

2.1.2.2. Khi kéo hai goòng

18

2.2. Ứng dụng phần mềm Simulink của Matlab để xây dựng sơ đồ cấu
trúc của các hệ truyền động đặc trưng trục tải giếng nghiêng mỏ

19


hầm lò của Việt Nam
2.3. Ứng dụng phần mềm Simulink của Matlab để mô phỏng các hệ
truyền động đặc trưng trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò của Việt

20

Nam để xác định các tham số động học
2.4. Tổn thất năng lượng trong quá trình làm việc

22

2.5. Nhận xét

31

Chương 3: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN –
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO DÂY QUẤN ĐIỀU
KHIỂN BIẾN TRỞ CỦA CÁC TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG

33

ĐANG SỬ DỤNG Ở CÁC MỎ VIỆT NAM
3.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp hợp lý để cải tiến hệ truyền động
cũ

33

3.2. Giải pháp băm xung trở mạch rôto

33

3.2.1. Phương pháp

33

3.2.2. Mô phỏng hệ thống truyền động điện trục tải điều khiển bằng

phương pháp băm xung điện trở

35

3.2.3. Các kết quả mô phỏng

40

3.2.4. Nhận xét

49

3.3. Giải pháp sử dụng hệ truyền động biến tần động cơ

49

3.3.1. Phương pháp

49

3.3.1.1. Thiết bị biến tần gián tiếp

49

3.3.1.2. Thiết bị biến tần trực tiếp

62

3.3.2. Hệ truyền động biến tần động cơ

62

3.3.2.1. Mô phỏng hệ thống truyền động điện trục tải sử dụng biến tần động cơ

62

3.3.2.2. Mô tả chức năng các khối

65

3.3.2.3. Thông tin khai báo các khối mô phỏng

67


3.3.2.4. Kết quả mô phỏng các trường hợp

70

3.4. Nhận xét

74

Chương 4: ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRỤC TẢI SỬ
DỤNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ XÂY DỰNG
GIAO DIỆN ĐỂ GIÁM SÁT HỆ THỐNG TRỤC TẢI GIẾNG

76

NGHIÊNG MỎ HẦM LÒ

4.1. Nghiên cứu xác định luật điều khiển hợp lý

76

4.1.1. Yêu cầu tự động hóa điều khiển cho trục tải

76

4.1.2. Lựa chọn giải pháp điều khiển tốc độ trục tải giếng nghiêng mỏ
than Thống Nhất

76

4.1.2.1. Điều khiển tốc độ động cơ theo thời gian

76

4.1.2.2. Điều khiển tốc độ động cơ theo quãng đường

77

4.2. Nghiên cứu các thiết bị tự động được dùng trong hệ thống điều
khiển trục tải giếng nghiêng mỏ Thống Nhất
4.2.1. Mơ hình hệ thống điều khiển khả trình (PLC) – Biến tần - Động
cơ

78

78

4.2.2. Lựa chọn thiết bị

79

4.2.2.1. Lựa chọn bộ điều khiển logic khả trình PLC của hãng Siemens

79

4.2.2.2. Lựa chọn biến tần

88

4.2.2.3. Lựa chọn cảm biến

99

4.3. Nghiên cứu để xây dựng chương trình điều khiển trục tải giếng
nghiêng mỏ Thống Nhất

101

4.3.1. Lưu đồ thuật tốn điều khiển

101

4.3.2. Chương trình điều khiển

103

4.3.2.1. Bảng đặt các địa chỉ cho các chức năng trong hệ thống điều

khiển
4.3.2.2. Sơ đồ bố trí cảm biến

103
104


4.3.2.3. Chương trình điều khiển hệ thống trục tải trên PLC S7-200
4.4. Xây dựng giao diện để giám sát hệ thống trục tải giếng nghiêng mỏ
hầm lò

104
111

4.4.1. Nghiên cứu thiết kế giao diện trên TD200

111

4.4.1.1. Giới thiệu chung

111

4.4.1.2. Một số đặc tính của TD200

112

4.4.1.3. Cấu tạo phần cứng

112

4.4.1.4. Giao tiếp TD200 và PLC S7-200

113

4.4.2.Thiết kế giao diện giám sát hệ thống trục tải giếng nghiêng mỏ
hầm lò bằng TD200

115

4.5. Sơ đồ nối dây PLC - biến tần – động cơ

122

4.5. Nhận xét

122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

123

TÀI LIỆU THAM KHẢO

125


DANH MỤC CÁC BẢNG
Nội dung bảng

Bảng

Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3

Danh mục các loại trục tải giếng nghiêng đang dùng ở
các mỏ hầm lị của Việt Nam
Thơng số kỹ thuật trục tải JTK- 1.6 Mỏ than Thống Nhất
Thông số kỹ thuật trục tải JTB- 1.0x0.8 Mỏ than Thống
Nhất

Trang
6
7
8

Bảng 1.4

Thông số kỹ thuật trục tải JTK- 1.6 Mỏ than Nam Mẫu

9

Bảng 1.5

Thông số kỹ thuật trục tải щ 1.6x 1.2 Mỏ than Khe Chàm

10

Bảng 1.6

Thông số kỹ thuật trục tải SJ- 1600 Mỏ than Mạo Khê

11

Bảng 1.7

Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 3.1

Thông số kỹ thuật trục tải JK- 2/20A Mỏ than Vàng
Danh
Thông số của động cơ khi mô phỏng hệ truyền động điện
cũ
Tốc độ và tổn thất công suất ở các cấp điện trở
So sánh tổn thất công suất khi làm việc ở các cấp tốc độ
khác nhau

12

22
29
43

Bảng 3.2

Giải thích các khối mơ phỏng

63

Bảng 4.1

Các đặc tính kỹ thuật của CPU 212, CPU 214

82

Bảng 4.2

Cổng truyền thông PLC S7- 200

83

Bảng 4.3

Thông số kỹ thuật của biến tần ATV71HC11N4

92

Bảng 4.4

Đặc điểm cổng thông tin của biến tần ATV71HC11N4

97

Bảng 4.5

Đặc tính kỹ thuật của cảm biến

99

Bảng 4.6

Bảng đặt các địa chỉ cho các chức năng trong hệ thống
điều khiển

103


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình
Hình 1.1
Hình 1.2

Tên hình
Sơ đồ điều khiển trục tải JTK – 1.6 mỏ than Thống
Nhất
Sơ đồ điều khiển trục tải щ 1.6x 1.2 mỏ than Khe
Chàm

Trang
13
14

Hình 1.3
Hình 1.4

Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ trục tải giếng nghiêng
Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trục tải giếng nghiêng

15
16

Hình 1.5

Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ trục tải giếng nghiêng

16

Hình 1.6

Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ trục tải giếng nghiêng

16

Hình 2.1

Sơ đồ phân tích lực kéo của trục tải giếng nghiêng
Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động chính trục tải

17

Hình 2.2

mỏ sử dụng động cơ khơng đồng bộ ba pha rơto dây

20

quấn
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5

Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11

Đồ thị điện áp đặt vào Stato của động cơ
Đồ thị các thông số của động cơ khi khởi động
Graph mômen điện từ và tốc độ động cơ khi khởi
động
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi khởi động
Đồ thị các thông số của động cơ khi khởi động và
làm việc với 5 cấp Rf
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc với 5 cấp Rf
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc với 4 cấp Rf
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc với 3 cấp Rf
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc với 2 cấp Rf

21
21
22
23
25
25

26
26
27


Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14

Đồ thị tổn hao cơng suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc với 1 cấp Rf
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rơto khi làm việc nâng 2 gng
Đồ thị tổn hao công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q trên mạch rôto khi làm việc nâng 1 gng

27
28
28

Sơ đồ mơ phỏng hệ thống truyền động chính trục tải
Hình 2.15

mỏ sử dụng động cơ khơng đồng bộ ba pha rơto lồng

30

sóc
Hình 2.16

Đồ thị các thơng số của động cơ khi khởi động trực
tiếp

30

Đồ thị công suất động cơ khơng đồng bộ ba pha rơto
Hình 2.17

lồng sóc tiêu thụ trong quá trình khởi động và làm

31

việc
Hình 3.1

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung trở

34

Hình 3.2

Đồ thị đóng cắt điện trở phụ

34

Hình 3.3

Sơ đồ nguyên lý băm xung trở

35

Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10

Sơ đồ mơ phỏng hệ truyền động điện trục tải sử dụng
phương pháp băm xung điện trở mạch rôto
Kết quả mô phỏng với Rf= 1,86 Ω; L= 0 H; T = 0,01
sec; ε= 45%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0 H; T = 0,01 sec;
ε= 65%
Kết quả mô phỏng với Rf= 4 Ω; L= 0 H; T = 0,01 sec;
ε= 45%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,01 H; T = 0,01
sec; ε= 45%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,008 H; T = 0,01
sec; ε= 45%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,005 H; T = 0,01
sec; ε= 45%

36
40
40
41
41
41

41


Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23

Kết quả mơ phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,008 H; T = 0,01
sec; ε= 55%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,005 sec;ε= 55%
Kết quả mô phỏng với Rf= 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 55%
Kết quả mô phỏng với Rf = 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 67% (Cấp tốc độ thứ nhất)
Tổn thất công suất khi mô phỏng với Rf = 3 Ω; L=
0,008 H; T =0,002 sec;ε= 67% (Cấp tốc độ thứ nhất)
Kết quả mô phỏng với Rf = 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 84% (Cấp tốc độ thứ hai)
Tổn thất công suất khi mô phỏng với Rf = 3 Ω; L=

0,008 H; T =0,002 sec; ε= 84% (Cấp tốc độ thứ hai)
Kết quả mô phỏng với Rf = 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 93,5% (Cấp tốc độ thứ ba
Tổn thất công suất khi mô phỏng với Rf = 3 Ω; L=
0,008 H; T =0,002 sec; ε= 93,5% (Cấp tốc độ thứ ba)
Kết quả mô phỏng với Rf = 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 97% (Cấp tốc độ thứ tư)
Tổn thất công suất khi mô phỏng với Rf = 3 Ω; L=
0,008 H; T =0,002 sec; ε= 97% (Cấp tốc độ thứ tư)
Kết quả mô phỏng với Rf = 3 Ω; L= 0,008 H; T =
0,002 sec;ε= 99% (Cấp tốc độ thứ năm)
Tổn thất công suất khi mô phỏng với Rf = 3 Ω; L=
0,008 H; T =0,002 sec; ε= 99% (Cấp tốc độ thứ năm)

41
41
42
43
43
44
44
44
44
44
44
45
45

Sơ đồ mơ phỏng hồn chỉnh hệ truyền động điện trục
Hình 3.24

tải sử dụng phương pháp băm xung điện trở mạch

45

rơto
Hình 3.25

Kết quả mơ phỏng q trình khởi động bằng phương
pháp băm xung trở mạch rôto

46


Hình 3.26

Tổn thất cơng suất khi khởi động bằng phương pháp
băm xung trở mạch rơto

46

Hình 3.27

Sơ đồ mơ phỏng 5 cấp tốc độ

47

Hình 3.28

Sơ đồ gói của một cấp tốc độ

47

Hình 3.29

Đồ thị tốc độ động cơ ở các cấp tốc độ khác nhau

48

Hình 3.30

Tổn thất cơng suất ở các cấp tốc độ khác nhau

48

Hình 3.31

Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần gián

49

Hình 3.32

Các dạng nghịch lưu của bộ biến tần

50

Hình 3.33

Dịng và áp trên tải

51

Hình 3.34

Ngun lý làm việc của mạch điều biến độ rộng xung

51

Hình 3.35

Sơ đồ mạch biến tần một pha

53

Hình 3.36

Điều biến độ rộng xung lưỡng cực

53

Hình 3.37

Sơ đồ mạch nghịch lưu với trường hợp đầu vào và
đầu ra cùng có bộ lọc

54

Hình 3.38

Đồ thị điều biến độ rộng xung đơn cực

57

Hình 3.39

Sơ đồ nguyên lý biến tần ba pha nguồn áp

58

Hình 3.40

Đồ thị so sánh điện áp giữa một pha với cực âm của
nguồn và điện áp dây UAB của tải

59

Hình 3.41

Đồ thị của phương pháp khi điều biến ma > 1

60

Hình 3.42

Đồ thị điện áp ra trên tải

60

Hình 3.43

Sơ đồ nguyên lý của nghịch lưu dịng điện

61

Hình 3.44

Đồ thị dịng áp đầu ra nghịch lưu

61

Hình 3.45
Hình 3.46

Sơ đồ mơ phỏng thu gọn hệ truyền động biến tần
động cơ
Sơ đồ mô phỏng đầy đủ hệ truyền động biến tần động
cơ

62
63

Hình 3.47

Khối lọc và giải phóng năng lượng

65

Hình 3.48

Bộ điều chỉnh tựa theo vecto từ thơng

66

Hình 3.49
Hình 3.50

Khối điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ
thông
Kết quả mô phỏng khi vận hành trục tải theo biểu đồ

67
71


3 thời kỳ. Tốc độ lớn nhất là 1m/s
Hình 3.51
Hình 3.52

Kết quả mô phỏng khi vận hành trục tải theo biểu đồ
3 thời kỳ. Tốc độ lớn nhất là 2m/s
Tốc độ đặt khi vận hành trục tải với biểu đồ 7 thời kỳ:
Tốc độ lớn nhất 2m/s

72
74

Hình 4.1

Luật điều khiển tốc độ động cơ theo thời gian

77

Hình 4.2

Luật điều khiển tốc độ động cơ theo qng đường

77

Hình 4.3

Mơ hình hệ thống PLC- Biến tần – Động cơ

78

Hình 4.4

Các mơ đun phần cứng của một bộ PLC

80

Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7

Hai cách ghép nối PLC S7-200 với máy tính để
truyền thơng
Gá lắp PLC S7-200 với các module mở rộng
Kết nối module CPU và module mở rộng sử dụng bus
truyền dữ liệu

83
84
84

Hình 4.8

Sơ đồ cung cấp nguồn cho module CPU

85

Hình 4.9

Ký hiệu trên module CPU

85

cách mắc cho các loại đầu vào/ra của module

86

Hình 4.13

Ghép nối các đầu vào/ra tương tự

87

Hình 4.14

Màn hình của biến tần ATV71HC11N4

89

Hình 4.15

Ngoại hình hiển thị của biến tần ATV71HC11N4

89

Hình 4.104.12

Hình 4.16

Mạch điện lực và mạch điều khiển của biến tần
Altivar 71HC11N4

91

Hình 4.17

Hình dáng cảm biến E2A-M30LN30-M1-C1

100

Hình 4.18

Sơ đồ đấu dây của E2A-M30LN30-M1-C1

100

Hình 4.19
Hình 4.20

lưu đồ thuật tốn điều khiển chính của hệ thống trục
tải mỏ than Thống Nhất
Lưu đồ thuật toán điều khiển tự động của hệ thống
trục tải mỏ Thống Nhất

101
102

Hình 4.21

Vị trí đặt các cảm biến

104

Hình 4.22

Giao diện TD 200

112


Hình 4.23
Hình 4.24

Sơ đồ cáp ghép nối TD200 với PLC S7-200 có cấp
nguồn
Sơ đồ cáp ghép nối TD200 với PLC S7-200 khơng

cấp nguồn

113
113

Hình 4.25

Ghép nối TD200 với PLC S7-200

114

Hình 4.26

Ghép nối nhiều TD200 với nhiều PLC S7-200

114

Hình 4.274.31
Hình 4.33
– 4.41
Hình 4.42

Các bước xây dựng giao diện TD 200
Kết quả mô phỏng trên PLC S7-200 simulator
Sơ đồ nối dây biến tần – động cơ - PLC

115 117
118 121
122

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay các công ty khai thác mỏ đang được thiết kế và xây dựng có
cơng suất ngày càng lớn, biên giới mỏ được mở rộng, các mỏ than hầm lị thì
ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hóa cao hơn. Đồng nghĩa với
việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: Bơm thốt nước mỏ,
thơng gió mỏ, máy khai thác, vận tải mỏ…ngày một gia tăng. Vì vậy vấn đề
sử dụng điện năng một cách có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế và kỹ
thuật, an tồn là rất cần thiết.
Trong cơng nghệ khai thác khống sản nói chung cũng như khai thác
than nói riêng, khai thác bằng cơng nghệ hầm lị đóng một vai trị hết sức
quan trọng vì nó có thể khai thác khống sản ở mức sâu, ít ảnh hưởng đến mơi
trường…Trong tương lai khai thác khống sản bằng cơng nghệ hầm lị đóng
vai trị chủ đạo. Cơng nghệ khai thác hầm lò chủ yếu dùng giếng nghiêng. Để
vận chuyển khống sản, đất đá, thiết bị máy móc…người ta thường dùng trục
tải. Vì vậy trục tải giếng nghiêng trong các mỏ hầm lị có vai trị hết sức quan
trọng.
Trục tải mỏ sử dụng khá phổ biến ở vùng mỏ Quảng Ninh, với điều
kiện khai thác ngày càng xuống sâu thì trục tải sẽ là phương tiện vận tải chủ
yếu. Trong hệ truyền động điện của trục tải ở các mỏ hầm lò Việt Nam, động
cơ dẫn động cho trục tải là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Điều khiển
các chế độ làm việc của động cơ bằng cách sử dụng hệ thống rơle – côngtắctơ
để thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch rơto. Khi đó sẽ gây tổn hao năng
lượng đáng kể, các thông số động lực học thay đổi lớn ảnh hưởng đến độ bền
của cáp kéo và các thiết bị cơ khí khác trong hệ thống truyền động. Đồng thời
hệ thống điều khiển cồng kềnh, tác động chậm gây khó khăn khi thay đổi luật

điều khiển đáp ứng với yêu cầu thực tế.


2

Nhằm đáp ứng được yêu cầu tăng sản lượng của mỏ, giảm tổn thất năng
lượng, cải thiện tốt các thông số động học và ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ
thuật mới trong lĩnh vực điều khiển trục tải mỏ chúng ta phải phân tích được
các nhược điểm của hệ thống truyền động hiện tải từ đó đưa ra các phương
pháp điều khiển thay thế. Đồng thời phân tích ưu nhược điểm của các phương
pháp thay thế để chọn được phương pháp điều khiển thay thế hợp lý nhất.
2. Mục đích của đề tài.
- Thành lập mơ hình và nghiên cứu động lực học, tính tổn hao cơng
suất của hệ truyền động điện trục tải giếng nghiêng sử dụng động cơ không
đồng bộ rôto dây quấn (hệ điều khiển trục tải hiện nay).
- Xây dựng các phương pháp điều khiển thay thế hệ điều khiển trục tải
hiện nay. Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp để chọn được
phương pháp điều khiển thích hợp nhất cho trục tải.
- Xây dựng được hình thức, chương trình điều khiển cho các trục tải
giếng nghiêng mỏ hầm lò.
Nhằm giải quyết các vấn đề sau:
+ Tự động hóa việc điều khiển cơng nghệ vận tải bằng trục tải qua
giếng nghiêng.
+ Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo sơ đồ
công nghệ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Hệ truyền động trục tải giếng nghiêng của các mỏ hầm lò Việt Nam
hiện nay.
Hệ truyền động Biến tần – Động cơ trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò.
Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lị Việt

Nam. Tính tốn và mơ phỏng trục tải mỏ than Thống nhất.
4. Nội dung nghiên cứu.


3

- Khảo sát thực trạng các hệ truyền động điện của các trục tải giếng nghiêng
mỏ hầm lò Việt Nam, đặc biệt là các mỏ hầm tại vùng mỏ Quảng Ninh.
- Mô phỏng hệ thống truyền động điện hiện nay của các trục tải giếng
nghiêng mỏ hầm lò bằng phần mềm Simulink của Matlab, mô phỏng cụ thể
trục tải mỏ than Thống Nhất.
- Mô phỏng phương pháp băm xung trở mạch rôto động cơ không đồng
bộ bằng phần mềm Simulink của Matlab. Mô phỏng cụ thể trục tải mỏ than
Thống Nhất.
- Mô phỏng hệ biến tần động cơ bằng phần mềm Simulink của Matlab.
Mô phỏng cụ thể trục tải mỏ than Thống Nhất.
- Nghiên cứu ứng dụng hệ thống PLC – Biến tần – Động cơ để tự động
hóa cho trục tải giếng nghiêng mỏ than Thống Nhất. Đồng thời xây dựng giao
diện giám sát trục tải bằng TD – 200.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Trong khuôn khổ luận văn, học viên đã sử dụng các phương pháp
nghiên cứu tổng hợp sau:
- Phương pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng các trục tải giếng
nghiêng mỏ hầm lò tại Việt Nam, đặc biệt các mỏ hầm lò tại vùng mỏ Quảng
Ninh.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Nhằm mơ phỏng hệ thống truyền
động điện cho trục tải.
- Phương pháp tính tốn lý thuyết: Phục vụ cho mơ phỏng tính tốn và
thiết kế tự động hóa hệ thống truyền động điện cho hệ thống trục tải giếng
nghiêng.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Để tiết kiệm điện năng, giảm giá thành sản xuất, đáp ứng yêu cầu điều
khiển được mềm dẻo cho hệ thống trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò cần có


4

hệ truyền động điện thay thế. Hệ truyền động điện Biến tần – Động cơ là
phương án tối ưu hiện nay.
- Để tự động hóa hệ thống Biến tần – Động cơ cần có PLC và máy tính.
- Dùng phần mềm trên PLC kết hợp cài đặt biến tần để tự động hóa hệ
thống truyền động điện Biến tần – Động cơ cho trục tải.


5

CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁC LOẠI TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG Ở
CÁC MỎ HẦM LỊ VIỆT NAM

1.1. Tình hình sử dụng các loại trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò đang
dùng ở các mỏ hầm lò của Việt Nam
Trong cơng nghệ khai thác khống sản nói chung cũng như khai thác
than nói riêng, khai thác bằng cơng nghệ hầm lị đóng một vai trị hết sức
quan trọng vì nó có thể khai thác khống sản ở mức sâu, ít ảnh hưởng đến mơi
trường…Trong tương lai khai thác khống sản bằng cơng nghệ hầm lị đóng
vai trị chủ đạo. Cơng nghệ khai thác hầm lò chủ yếu dùng giếng nghiêng. Để
vận chuyển khống sản, đất đá, thiết bị máy móc…người ta thường dùng trục
tải. Vì vậy trục tải giếng nghiêng trong các mỏ hầm lị có vai trị hết sức quan
trọng.
Hiện nay các mỏ hầm lò ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hóa

cao hơn. Đồng nghĩa với việc sử dụng nhiều thiết bị do đó nhu cầu về điện
năng là rất lớn. Phần lớn các trục tải mỏ hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu
về tự động hóa. Mặt khác các trục tải này tiêu thụ rất nhiều điện năng (tổn thất
năng lượng trong quá trình làm việc lớn).
Thời gian gần đây thực tế người ta bắt đầu ứng dụng một số thiết bị tự
động đưa vào điều khiển các loại trục tải của mỏ hầm lị ví dụ như đưa biến
tần và PLC vào điều khiển khiển trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lị tuy nhiên
việc ứng dụng đó chưa có được những nghiên cứu cơ bản để khai thác triệt để
tính ưu việt của các thiết bị tự động.
Hiện nay phần lớn các hệ truyền động của các thiết bị trục tải giếng
nghiêng ở trong mỏ hầm lò trước đây thường dùng động cơ không đồng bộ
rôto dây quấn, điều khiển các động cơ này bằng cách thay đổi điện trở phụ
trong mạch rôto, hoặc sử dụng động cơ không đồng bộ rơto lồng sóc tùy
thuộc vào cơng suất của hệ thống.


6

Đại bộ phận các trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lị hiện nay vẫn điều
khiển theo cơng nghệ cũ ví dụ như điều khiển hệ thống trục tải bằng hệ thống
các rơle, cơngtắctơ. Những hệ thống điều khiển này có độ tin cậy thấp, khả
năng tự động hóa rất thấp, khi muốn thay đổi phương pháp điều khiển phải
thay đổi lại sơ đồ đấu dây của hệ thống điều khiển rất phức tạp…Đồng thời
các hệ thống này gây tổn thất năng lượng lớn trên các điện trở phụ (đây là chỉ
tiêu quan trọng trong chiến lược tiết kiệm năng lượng để hạ giá thành sản
phẩm và tăng tính cạnh tranh ).
Vì vậy vấn đề sử dụng trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lị một cách có
hiệu quả đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và đảm bảo an toàn là rất
cần thiết.
Qua khảo sát ta thu được các loại trục tải giếng nghiêng đang dùng ở

các mỏ hầm lò của Việt Nam như sau:
Bảng 1.1
Tên mỏ

STT

7

Loại trục tải

Ghi chú

JTK – 1.6

1

Công ty CP than Thống Nhất

2

Công ty CP than Khe Chàm

щ 1.6x 1.2

3

Công ty CP than Quang Hanh

JTK – 1.6

4

Công ty CP than Cẩm Thành

JTK – 1.6

5

Công ty CP than Mạo Khê

SJ – 1600

6

Công ty CP than Nam Mẫu

JTK – 1.6

Công ty than Vàng Danh

JK – 2/ 20A

JTB – 1.0x0.8

1.2. Thông số kỹ thuật của các trục tải giếng nghiêng mỏ hầm lò đang
dùng ở Việt Nam


7

Thông số kỹ thuật trục tải JTK- 1.6 Mỏ than Thống Nhất
Bảng 1.2
Giá trị
Thơng số

Đơn vị
JTK-1.6x1.2

Số lượng

Tang tời

Chiếc

01

Đường kính tang quấn cáp

mm

1600

Chiều rộng tang quấn cáp

mm

1200

Số lớp quấn cáp

Lớp

04

Lượng cáp quấn được

m

880

Lực kéo tĩnh lớn nhất

KN

45

Sai số lực căng tĩnh lớn nhất

KN

30

Đường kính lớn nhất

mm

24,5

Tổng lực kéo đứt

KN

405

Tốc độ bình quân

m/s

2,5

Tải trọng

Cáp thép

Ký hiệu
Động cơ
điện

Công suất
Tốc độ

YR315L2-8
kW

110

Vg/ph

730

Tỷ số truyền hộp giảm tốc
Tổng trọng lượng toàn máy

1/23,34
kg

8236


8

Thông số kỹ thuật trục tải JTB- 1.0x0.8 Mỏ than Thống Nhất
Bảng 1.3
Giá trị
Thơng số

Đơn vị
JTK-1.6x1.2

Số lượng

Tang tời

Chiếc

01

Đường kính tang quấn cáp

mm

1000

Chiều rộng tang quấn cáp

mm

800

Số lớp quấn cáp

Lớp

04

Lượng cáp quấn được

m

750

Lực kéo tĩnh lớn nhất

KN

20

Sai số lực căng tĩnh lớn nhất

KN

30

Đường kính lớn nhất

mm

18,5

Tổng lực kéo đứt

KN

219

Tốc độ bình quân

m/s

1,5

Tải trọng

Cáp thép

Ký hiệu
Động cơ
điện

Công suất

Tốc độ

YB280S-6
kW

45

Vg/ph

980

Tỷ số truyền hộp giảm tốc
Tổng trọng lượng toàn máy

1/20
kg

3500


9

Thông số kỹ thuật trục tải JTK- 1.6 Mỏ than Nam Mẫu
Bảng 1.4
Giá trị
Thơng số

Đơn vị
JTK-1.6x1.2

Số lượng

Tang tời

Chiếc

01

Đường kính tang quấn cáp

mm

1600

Chiều rộng tang quấn cáp

mm

1200

Số lớp quấn cáp

Lớp

04

Lượng cáp quấn được

m

880

Lực kéo tĩnh lớn nhất

KN

45

Sai số lực căng tĩnh lớn nhất

KN

30

Đường kính lớn nhất

mm

23,5

Tổng lực kéo đứt

KN

405

Tốc độ bình quân

m/s

2,5

Tải trọng

Cáp thép

Ký hiệu
Động cơ
điện

Công suất
Tốc độ

JR125-6
kW

130

Vg/ph

730

Tỷ số truyền hộp giảm tốc
Tổng trọng lượng toàn máy

1/31,34
kg

10.800

10

Thông số kỹ thuật trục tải щ 1.6x 1.2 Mỏ than Khe Chàm
Bảng 1.5
Giá trị
Thông số

Đơn vị
щ 1.6x 1.2

Số lượng

Tang tời

Chiếc

01

Đường kính tang quấn cáp

mm

1600

Chiều rộng tang quấn cáp

mm

1200

Số lớp quấn cáp

Lớp

04

Lượng cáp quấn được

m

880

Lực kéo tĩnh lớn nhất

KN

45

Sai số lực căng tĩnh lớn nhất

KN

30

Đường kính lớn nhất

mm

24,5

Tổng lực kéo đứt

KN

405

Tốc độ bình qn

m/s

2,3

Tải trọng

Cáp thép

Ký hiệu
Động cơ
điện

Cơng suất
Tốc độ

A-36-61-8Ф5
kW

125

Vg/ph

740

Tỷ số truyền hộp giảm tốc
Tổng trọng lượng toàn máy

1/15,6
kg

9722