Xem mẫu
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO
TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG
HẠ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG
GVHD: Trần Duy Trinh
SVTH: Trưowng Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
1. Lời nhận xét của giáo viên hướng dẫn
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………..
2. Lời nhận xét của giáo viên phản biện
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
…………………………………………
GVHD: Trần Duy Trinh -1- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................ ................................ ................................ .................. 4
Chương 1 ................................ ................................ ................................ .......................... 5
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC ................................ ................................ ........................ 5
1.1 Khái quát chung ................................ ................................ ................................ .......... 5
1.1.1. Khái niệm ................................ ................................ ................................ ........... 5
1.1.2. Đặc điểm cấu tạo của cầu trục ................................ ................................ ............. 5
1.1.3. Phân loại ................................ ................................ ................................ ............. 5
1.1.4. Cấu tạo................................ ................................ ................................ ................ 6
1.2. Đặc điểm công nghệ ................................ ................................ ................................ ... 8
1.3. Yêu cầu truyền động ................................ ................................ ................................ .. 8
1.3.1. Đặc tính phụ tải................................ ................................ ................................ ... 8
1.3.2. Chế độ làm việc của động cơ truyền động ................................ ........................... 9
1.3.3. Yêu cầu truyền động ................................ ................................ ......................... 10
Chương 2 ................................ ................................ ................................ ........................ 12
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG ....... 12
2.1.Tính toán phụ tải chính ................................ ................................ ............................. 12
2.1.1. Lựa chọn các thông số ................................ ................................ ...................... 12
2.1.2. Phụ tải tĩnh khi nâng tải ................................ ................................ .................... 13
2.1.3. Phụ tải tĩnh khi hạ tải. ................................ ................................ ....................... 14
2.2. Chọn sơ bộ công suất động cơ................................. ................................ ................. 15
2.2.1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh. ................................ ................................ .......... 15
2.2.2. Kiểm nghiệm động cơ ................................ ................................ ....................... 17
Chương 3 ................................ ................................ ................................ ........................ 19
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ................................ ......... 19
3.1. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều ................................ ............................ 19
3.1.1. Khái quát về động cơ điện một chiều ................................ ................................ 19
3.1.2. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm ................................ ................................ . 22
3.1.3. Ảnh hưởng của các tham số tới đặc tính cơ. ................................ ..................... 25
3.2. Lựa chọn phương án truyền động ................................ ................................ ............. 27
3.2.1. Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) ............................ 27
3.2.2. Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch
đại từ trường ngang (MKĐ) ................................ ................................ ........................ 28
3.2.3 Đánh giá hệ thống F- Đ ................................ ................................ ..................... 30
3.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ) ................................ ......... 30
3.3.1 Sơ đồ hệ thống ................................ ................................ ................................ ... 31
3.3.2 Đánh giá về hệ thống ................................ ................................ ......................... 31
3.4. Lựa chọn phương án truyền động ................................ ................................ ............. 32
Chương 4 ................................ ................................ ................................ ........................ 33
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ............. 33
4.1. Tính chọn thiết bị mạch lực ................................ ................................ ...................... 33
4.1.1. Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực ................................ ................................ ...... 33
4.1.2. Lựa chọn phương án đảo chiều ................................ ................................ ......... 38
GVHD: Trần Duy Trinh -2- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
4.1.3. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động ................................ .......... 40
4.1.4. Tính chọn các thiết bị mạch động lực ................................ ................................ 42
4.2. Tính chọn các thiết bị mạch điều khiển ................................ ................................ .... 53
4.2.1. Khái quát chung ................................ ................................ ................................ 53
4.2.2. Thiết kế mạch cụ thể ................................ ................................ ......................... 56
4.2.3. Khâu tạo xung: ................................ ................................ ................................ . 64
4.2.4. Mạch tạo điện áp chủ đạo................................ ................................ ................. 71
4.2.5. Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt ................................ ................... 71
4.2.6. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ ................................ .................. 72
4.2.7. Thiết kế mạch nguồn nuôi một chiều ................................ ................................ 73
Chương 5 ................................ ................................ ................................ ........................ 74
ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ............ 74
5.1. Tính toán các thông số cơ bản ................................ ................................ .................. 74
5.1.1. Các tham số cơ bản ................................ ................................ ........................... 74
5.1.2. Hệ số khuếch đại của động cơ ................................ ................................ ........... 74
5.1.3. Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi kb ................................ ................................ .. 74
5.1.4. Hệ số khuếch đại trung gian ................................ ................................ .............. 75
5.1.5. Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) của toàn hệ thống................................ .............. 76
5.2. Khảo sát chế độ tĩnh của hệ thống ................................ ................................ ............ 77
5.2.1. Khái niệm chung ................................ ................................ ............................... 77
5.2.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ở chế độ tĩnh................................ ................................ 77
5.2.3. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống ở chế độ tĩnh ................................ ................. 78
5.3. Khảo sát chế độ động của hệ thống ................................ ................................ .......... 79
5.3.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc ................................ ................................ ................... 79
5.3.2. Xác định hàm truyền của hệ thống phản hồi tốc độ ................................ ........... 81
5.3.3. Kiểm tra sự ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Routh ................................ ... 83
KẾT LUẬN ................................ ................................ ................................ .................... 85
GVHD: Trần Duy Trinh -3- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay
đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản
xuất đòi hỏi những người Kĩ Sư Điện tương lai phải được trang bị những kiến thức
chuyên ngành một cách sâu rộng.
Trong quá trình học môn Trang Bị Điện em được nhận đề tài: Thiết kế hệ thống
điện cho truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng
Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên
bản đồ án không khỏi có những sai sót. Em mong nhận đ ược sự góp xây dựng của các
thầy, cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ
án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng
như sự góp ý xây dựng của các bạn bè. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Thầy giáo Trần Duy
Trinh và các thầy cô giáo công tác trong khoa điện.
Em xin chân thành cảm ơn !
Vinh, 26 tháng 09 năm 2012
Sinh Viên
Trương Văn Dân
GVHD: Trần Duy Trinh -4- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
1.1 Khái quát chung
1.1.1. Khái niệm
Cầu trục là tên gọi chung của các máy trục chuyển động trên hai đường ray cố định
trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật phẩm trong khoảng không (
khẩu độ ) giữa hai đường ray đó.
Các cơ cấu của đảm bảo 3 chuyển động:
Nâng hạ vật.
-
Di chuyển xe con.
-
Di chuyển xe cầu.
-
1.1.2. Đặc điểm cấu tạo của cầu trục
Dầm cầu được gọi là dầm chính, thường có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có một
hoặc hai dầm. Trên dầm có xe con và cơ cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm chính. Hai
đầu dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu. Trên mỗi dầm đầu có hai cụm
bánh xe: cụm bánh xe chủ động và cụm bánh xe bị động.
Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động bằng tay chủ
yếu dùng trong các phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên,
không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao.
Cầu trục thường được chế tạo với các thông số:
- Tải trọng nâng: Q = 1 ÷ 500 tấn
- Chiều cao nâng: Hmax = 16 m
- Vận tốc nâng: Vn = 2 ÷ 40 m/phút
- Vận tốc di chuyển xe con: Vxmax = 60 m/phút
- Vận tốc di chuyển cầu trục: Vcmax = 60 m/phút
Cầu trục có Q > 10 tấn thường được trang bị hai hoặc ba cơ cấu nâng, gồm một cơ
cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng phụ, được lắp trên xe con.
1.1.3. Phân loại
+ Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng:
- Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn.
- Cầu trục dùng gầu ngoạm.
- Cầu trục dùng nam châm điện.
GVHD: Trần Duy Trinh -5- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
+ Theo tải trọng:
- Loại nhẹ: dưới 10 tấn.
Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn
-
Loại nặng: trên 15 tấn.
-
+ Theo chế độ làm việc:
- Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt trong một giờ là 60.
Loại trung bình: TĐ%= 15÷25% , số lần đóng cắt trong một giờ là 120.
-
Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt trong một giờ là trên 240.
-
+ Theo chức năng:
- Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ chính xác không cao.
Cầu trục lắp ráp: sử dụng trong các phân xưởng cơ khí, yêu cầu độ chính
-
xác cao.
1.1.4. Cấu tạo
Hình 1.1. Cấu tạo cầu trục.
Cấu tạo cầu trục được thể hiện trên hình 1.1, gồm 3 bộ phận chính:
+ Xe cầu
Là một khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm một dầm
chính chế tạo bằng thép, đặt cách nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách của bánh
xe con, bao quanh là một dàn khung. Hai dầm cầu được liên kết cơ khí với hai dầm ngang
tạo thành một khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục
được thiết kế trên các dầm ngang của khung để cầu trục có thể chạy dọc suốt nh à xưởng
một cách dễ dàng.
GVHD: Trần Duy Trinh -6- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
+ Xe con
Là bộ phận chuyển động trên đường ray trên xe cầu, trên đó có đặt cơ cấu nâng hạ
và cơ cấu di chuyển cho xe con. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe con có một
hoặc hai, ba cơ cấu nâng hạ, gồm một cơ cấu nâng chính và một hoặc hai cơ cấu nâng
phụ. Xe con di chuyển trên xe cầu và xe cầu di chuyển dọc theo phân x ưởng hoặc nhà
máy sẽ đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến mọi nơi trong phân xưởng.
+ Cơ cấu nâng - hạ
Có hai loại chính:
- Loại dùng cho cầu trục một dầm là palăng điện hoặc palăng tay. Palăng điện hay
palăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật. Các loại palăng
này được chế tạo theo tải trọng và tốc độ nâng yêu cầu.
- Đối với các loại dầm thông thường, các cơ cấu nâng hạ được chế tạo và đặt trên
xe con để có thể di chuyển dọc theo dầm chính. Trên xe con có từ một đến ba cơ cấu nâng
hạ.
Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm (hình 1.2). Phanh dùng trong dùng trong cầu
trục có ba loại: phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai. Nguyên lí hoạt động của các loại
phanh này cơ bản giống nhau. Cơ cấu phanh hãm gồm có:
- Má phanh.
- Cuộn dây nam châm phanh.
- Đối trọng phanh.
Hình 1.2. Cấu tạo cơ cấu phanh hãm.
GVHD: Trần Duy Trinh -7- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
1.2. Đặc điểm công nghệ
Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề như ngoài hải cảng, các nhà máy,
xí nghiệp luyện kim.
Làm việc ở chế độ đóng cắt rất cao.
Ngoài ra, tùy theo quá trình công nghệ mà ta có một số yêu cầu như:
- Cầu trục vận chuyển được sử dụng rộng rãi, yêu cầu về độ chính xác không cao.
- Cầu trục lắp ráp thường được sử dụng trong các phân x ưởng cơ khí, dùng để lắp
ghép các chi tiết cơ khí nên yêu cầu độ chính xác cao.
- Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao
năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.
Từ những đặc điểm trên có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống và
trang bị điện của cơ cấu:
- Các phần tử cấu thành của hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin
cậy cao.
- Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ quá tải và
ngắn mạch.
- Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn.
- Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ rieng biệt, độc lập.
- Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế
hành trình lên của cơ cấu nâng hạ.
- Đảm bảo hạ hang ở tốc độ thấp.
- Tự động cắt nguồn khi có người làm việc trên xe cầu.
1.3. Yêu cầu truyền động
1.3.1. Đặc tính phụ tải
Khảo sát cơ cấu nâng hạ người ta nhận thấy rằng momen cản của cơ cấu luôn
không đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ thay đổi thế nào. Nói cách
khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính Mc =
constant và không phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là
momen của cơ cấu do trọng lực của tải gây ra. Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở
chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen
gây ra chuyển động, tức là nó hướng theo chiều quay của động cơ.
GVHD: Trần Duy Trinh -8- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:
Hình 1.3. Đặc tính cơ của cơ cấu nâng – hạ.
Từ đặc tính của cơ cấu nâng hạ ta có nhận xét:
- Khi hạ tải ứng với trạng thái phát của động cơ thì Mđ là momen hãm, Mc là
momen gây chuyển động.
- Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai momen đều gây chuyển động.
Như vậy, trong mỗi giai đoạn nâng hay hạ thì động cơ phải được điều khiển để
đảm bảo làm việc đúng với trạng thái làm việc của nó, phù hợp với đặc tính tải. phụ tải
của cầu trục có thể biến đổi từ 0 tới những giá trị rất lớn.
1.3.2. Chế độ làm việc của động cơ truyền động
+ Ở góc phần tư thứ nhất:
Máy điện làm việc chế độ động cơ ( đường 1)
M = Mc + Mđm
Với: M - momen do động cơ sinh ra
Mc - momen cản do tải trọng gây ra
Mđms - momen cản do ma sát gây ra
Đối với động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ nâng hàng, còn đối với động cơ di
chuyển làm việc ở chế độ chạy tiến.
+ Ở góc phần tư thứ II:
Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu di chuyển, đường 1 thực
hiện hãm tái sinh khi có ngoại lực tác dụng cùng chiều với chuyển động của cơ cấu. Còn
đối với cơ cấu nâng hạ thực hiện hãm động năng ( đường 3 ).
GVHD: Trần Duy Trinh -9- SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
+ Ở góc phần tư thứ III:
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Đối với cơ cấu di chuyển tương ứng với chạy
lùi. Còn đối với cơ cấu nâng hạ:
Mc < M m
M = Mms - Mc
Chế độ này được gọi là chế độ hạ động lực.
+ Ở góc phần tư thứ IV:
Máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ:
Mc > Mms
M = Mc – Mms
Hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó. Còn động cơ đóng điện ở nâng đề hãm tốc độ
hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược ( đường 2 ).
Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh ( máy phát ) với
tốc độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ ( đường 4 ).
Hình 1.4. Trạng thái làm việc của động cơ truyền động cầu trục.
1.3.3. Yêu cầu truyền động
+ Chế độ làm việc: Động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ nói chung có chế độ
làm việc là ngắn hạn lặp lại, có tần số đóng cắt lớn.
+ Vấn đề đảo chiều: Động cơ cầu trục phải có khả năng đảo chiều quay, có momen
thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng,
momen động cơ không vượt quá ( 15÷20% )Mđm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục gầu
ngoạm tới 50%Mđm.
GVHD: Trần Duy Trinh - 10 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
+ Yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ thống truyền động của cơ cấu nâng
hạ nói chung và cầu trục nói riêng, yêu cầu về quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm. Bởi
vậy, momen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn.
Ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho phép thường được quy định theo khả năng chiu
đựng phụ tải của từng động cơ. Đối với cơ cấu nâng hạ cầu trục thì gia tốc phải nhỏ hơn
0,5m/s2 để không làm đứt cáp. Thời gian khởi động nhỏ nhất là 2s. Sử dụng phanh hãm
khi chuẩn bị dừng và khi mất điện phanh hãm phải dừng hệ truyền động ở hiện trạng,
tránh rơi tự do. Phải dừng chính xác tại nơi lấy tải và hạ tải hay dừng chính xác ở tốc độ
thấp.
+ Phạm vi điều chỉnh: Trong cơ cấu nâng hạ cầu trục thì phạm vi điều chỉnh không
cao. Ở các cầu trục thông thường thì D < 3, ở các cầu trục lắp ráp thì D > 10. Độ chính
xác điều chỉnh cũng yêu cầu không cao, khoảng 5%.
+ Yêu cầu đối với truyền động trong trạng thái bất bình thường, như hãm khẩn cấp,
đảo chiều quay tức thời hay hãm đột ngột.
Các bộ phận chuyển động phải có phanh hãm điện từ để giữ chặt các trục, khi mất
điện hay xảy ra sự cố đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị. Để đảm bảo điều
này, trong sơ đồ điều khiển phải có các công tắc hành trình để hạn chế chuyển động của
cơ cấu. Khi hãm khẩn cấp hay hãm đột ngột thì phải dừng chính xác.
+ Yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cơ cấu cầu trục không
vượt quá 500V. Mạng điện xoay chiều hay dùng là 380/220V, mạng một chiều hay dùng
là 220V, 44V. Điện áp chiếu sang không vượt quá 220V. Đa số làm việc trong môi trường
nặng nề, đặc biệt trong các hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim, phân xưởng sửa chữa
…. nên các khí cụ trong hệ thống truyền động và trang bị điện cơ cấu yêu cầu phải làm
việc tin cậy, đảm bảo an toàn, năng suất trong mọi điều kiện khắc nghiệt, đơn giản trong
thao tác.
GVHD: Trần Duy Trinh - 11 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Chương 2
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG
2.1.Tính toán phụ tải chính
Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu do tải trọng quyết định. Để xác địn h phụ
tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ.
Hình 2.1. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng – hạ.
2.1.1. Lựa chọn các thông số
+ Các thông số đã cho:
Trọng lượng của tải trọng: 150000N
Trọng lượng bộ phận mang tải: 2500N
Chiều cao nâng tải: h = 1 0m
Tốc độ nâng tải: Vn = 14,5m/ph
Chế độ làm việc: Chế độ trung bình
+ Lựa chọn các thông số:
Do hệ thống làm việc ở chế độ trung bình nrrn chọn các thông số cần thiết
cho tính toán như sau:
Hiệu suất cơ cấu: 0,8
Tỉ số truyền: i = 10
Dường kính culi: Rt = 0,7m
GVHD: Trần Duy Trinh - 12 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Gia tốc cực đại khi nâng: 0,5(m/s2)
Bội số của hệ thống rang rọc(u): 2
2.1.2. Phụ tải tĩnh khi nâng tải
+ Momen trục động cơ khi có tải:
(G G0 ) Rt
Mn = ( Nm )
u.i.. c
Trong đó:
G - là trọng lượng của tải trọng.
G0 - là trọng lượng của bộ lấy tải
Rt - là bán kính tang nâng
u - là bội số của hệ thống ròng rọc
c - là hiệu suất của cơ cấu
- là tỉ số truyền
i
2 .Rt .n
i
u.v n
Trong đó:
vn - là tốc độ nâng tải
n - là tốc độ quay của động cơ
Trong các công thức trên, hiệu suất c lấy bằng định mức khi tải bằng định mức.
Ứng với các tải trọng khác định mức, c xác định theo hệ số mang tải:
Pc G0 G
K= =
Pcdm G0 G đ m
Công suất động cơ cần thiết để nâng vật:
( G 0 G đm ) v n
Pn =
1000 . c
+ Khi nâng không tải:
G0. .Rt
Mno =
u.i. c
Công suất động cơ phát ra khi nâng không tải:
G0 .vn
Pno =
1000. c
GVHD: Trần Duy Trinh - 13 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
2.1.3. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.
Có hai chế độ hạ tải:
Hạ động lực
-
- Hạ hãm
Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ. Khi đó momen do tải trọng gây ra không
đủ để thắng ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ động cơ.
Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn. Khi đó, momen do tải trọng gây ra rất lớn.
Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng hạ với tốc độ ổn định ( hạ
không có gia tốc ).
Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất là Mt thì:
(G 0 G ).Rt
Mt = (Nm) (*)
u.i
Khi hạ tải trọng, năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động
nên:
Mh =Mt +∆M = Mt.ηh
Trong đó:
Mh : momen trên trục động cơ khi hạ tải.
∆M : tổn thất momen trong cơ cấu truyền động.
ηh : hiệu suất cơ cấu khi hạ tải.
Nếu Mt > ∆M : hạ hãm
Mt < ∆M : hạ động lực
Coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải là như nhau thì:
1
Mt
∆M = - Mt = Mt.( - 1) (**)
c
c
Do đó:
1
1 2 (G G ).Rt
)= 0
Mh =Mt – Mt ( - 1) = Mt.( 1- ( 2- ) [2 – 7]
c
c c u.i
So sánh (*) và (**) ta có:
1
h = 2 -
c
Đối với những tải trọng tương đối lớn (c > 0,5 ), ta có ηh >0, Mh > 0. Điều này có
nghĩa là momen động cơ ngược chiều với momen phụ tải. Động cơ làm việc ở chế độ hạ
hãm. Khi tải trọng tương đối nhỏ ( ηc
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Momen hạ không tải:
1
G0 .Rt
2
Mho =
u.i c
Do đó công suất động cơ khi hạ có tải và không tải:
(G 0 G ).v h 1
2
Ph =
c
1000
G0. v ho 1
2
Pho =
c
1000
2.2. Chọn sơ bộ công suất động cơ.
2.2.1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
+ Khi nâng tải: vn = 14,5m/ph = 0,242m/s
(G G0 ) Rt (150000 2500).0,7.9,81
Mn = = 65451,09( Nm )
u.i.. c 2.10.0,8
(G G 0 )v n (150000 2500).0,242.9,81
Pn = = 452,5(kW )
1000 . c 1000.0,8
Hệ số mang tải:
2500
G0
0,0164
K= =
2500 150000
G 0 G đm
Hình 2.2. Quan hệ phụ thuộc ηc theo tải trọng
Dựa vào đường đặc tính quan hệ giữa hệ số mang tải và hiệu suất (hình 2.2), ta có:
ηc = 0,31
GVHD: Trần Duy Trinh - 15 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
+ Khi nâng không tải:
G0. .Rt 2500.0,7.9,81
Mno = = 4087,5( Nm)
u.i. co 2.10.0,21
G0 .vn 2500.0,242.9,81
Pno = = 28,26(kW )
1000. co 1000.0,21
+ Thời gian nâng :
h 10
tn = = 41,3( s )
vn 0,242
- Thời gian nâng không tải:
10
h
tno = = 41,3( s )
0,242
v no
Vậy thời gian làm việc:
Tlv = 2.41,3 = 82,6s
Từ kết quả trên chọn Tck = 100 s
Hệ số tiếp điện:
Tlv 82,6
TĐ% = = 82,6%
Tck 100
Đồ thị phụ tải:
Hình 2.3. Đồ thị phụ tải.
Momen trung bình:
M i .t i
Mtb = k.
Tck
Trong đó: k =(1,2÷1,3) – hệ số phụ thuộc vào đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm
máy. Chọn k = 1,2
GVHD: Trần Duy Trinh - 16 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Thay số vào ta có:
M i .t i 65451,09.41,32 4087,5.41,32
Mtb = k. = 1,2. 28733,4( Nm )
Tck 100
Động cơ được chọn phải có Mđ > Mtb.
Vậy ta chọn động cơ điện một chiều loại Π – 710, chế độ 60ph và TĐ 100%, có
các thông số như sau:
- Pđm : 30 kW
- Tốc độ quay : 600 vòng/phút
- Iđm : 251,2 A
0,23 Ω
- Rư + Rcp :
90 Ω
- Rcks :
Số thanh dẫn tác dụng N
- : 492
Số nhánh song song 2a
- : 2
Số vòng dây một cực của cuộn song song ( wcks )
- : 1480
Từ thông hữu ích của một cực Φ (mWb )
- : 67,2
Dòng kích từ định mức iđm (A )
- : 110
2.2.2. Kiểm nghiệm động cơ
+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:
Phương pháp kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng gián tiếp là mômen
được suy ra từ phương pháp dùng điện đẳng trị, khi mômen tỉ lệ với dòng điện:
Momen đẳng trị:
n 2
M .t i 65451,09 2..41,3 4087 ,5 2.41,3
i
1
Mđt = = 42144,14( Nm )
100
Tck
Momen định mức của động cơ:
Mđm = Pđc.ωđc.
Uu n
R.I
Trong đó: ωđc = =
9,55
K . K .
n đm 600
≈ 2324,6.103 (Nm) ≥ Mđt.
Vậy: Mđc = Pđc. = 3 0.
9,55 9,55
Do Mđc > Mđt nên động cơ Π – 812 đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.
+ Kiểm nghiệm quá tải về momen:
Momen cản lớn nhất: Mc max = Mn = 65451,09(Nm )
Momen định mức của động cơ Mđc = 2324,6.103 (Nm) > Mc max
GVHD: Trần Duy Trinh - 17 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Vậy, động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải về mommen.
+ Kiển nghiệm về momen khởi động của động cơ:
Mc mở máy = 2Mc max = 2.65451,9 = 131.103 ( Nm )
Ta có: Mkd = 2.Mđc = 2.2324,6.103 ≈ 4649,2.103 (N.m) > Mc mở máy.
Động cơ Π – 710 đã chọn thỏa mãn yêu cầu.
GVHD: Trần Duy Trinh - 18 - SVTH: Trương Văn Dân
- Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện
Chương 3
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
3.1. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
3.1.1. Khái quát về động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều. Trong
công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy
lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto. Stato của
động cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện. Roto có các cuộn dây quấn
và được nối với nguồn một chiều. Một bộ phận quan trọng của động c ơ điện một chiều là
bộ phận chỉnh lưu. Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của
roto là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm 1 cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ
góp.
+ Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó, trong dây quấn kích từ sẽ xuất
hiện dòng điện kích từ Ik. Dòng kích từ này sẽ sinh ra từ thông Φ chạy trong mạch từ của
động cơ. Nếu ta đặt lên mạch phần ứng của động cơ một điện áp U thông qua hệ thống
chổi than và cổ góp thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua. Tương tác
giữa dòng điện phần ứng I và từ thông kích từ Φ sẽ sinh ra một momen điện từ. Giá trị
của momen điện từ được tính như sau:
pN
M I K I
2a
Với K là hệ số kết cấu của động cơ.
Momen điện từ này kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục.
Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến
góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như
không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto.
GVHD: Trần Duy Trinh - 19 - SVTH: Trương Văn Dân
nguon tai.lieu . vn
