Bài tập lớn Nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều khiển tự động của máy xúc

n cơ cấu nâng hạ của máy xúc EKG5A Nguyên lý tác động bộ tự động xúc Chương 2 2.1 - Phương trình trạng thái khuếch đại từ kép ПДД -1,5B 2.2 Phương trình trạng thái mô tả khâu máy phát. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B 2.3 - Phương trình mô tả trạng thái động cơ. 2.4 – Hệ phương tình mô tả hệ thống truyền động điện của cả hệ thống. 2-5 Nhật xét Chương 3 3.1 Xác định các thông số 3.1.1 - Xác định hệ số KIi 3.1.2 - Xác định hằng số thời gian của các cuộn dây trong khuếch đại từ kép ПДД -1,5B. 3.1.3 - Xác định điện áp ra của khuếch đại từ ở trạng thái ổn định 3.1.4 - Xác định sức từ động của cuộn dây điều khiển YCM-2 (F2). 3.1.5 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-1 (F1). 3.1.6 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-6 (F6). 3.1.7 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-4 (F6). 3.1.8 - Xác định tham số Eođ của máy phát nâng hạ gầu 3.1.9 - Xác định sức từ động kích thích độc lập (FĐL). 3.1.10 - Xác định sức từ động trong mạch kích thích song song (FKTSS). 3.1.11 - Xác định hằng số thời gian của máy phát TF. 3.1.12 - Xác định tham số của động cơ nâng hạ gầu 3.3 Nghiên cứu thành lập các mô hình trong hệ thống truyền động điện cơ cấu Nâng hạ gầu trong máy xúc ЭKG-5A. 1 Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng thời gian khuếch đại từ 2. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu khuếch đại từ 3. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu máy phát 4. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu động cơ Tài liệu tham khảo: Giáo trình tự động hoá trường ĐHCN QUẢNG NINH Bài giảng máy khai thác trường ĐH MỎ ĐỊA CHẤT SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các thành tựu khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất. Ở nước ta, công nghiệp mỏ giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế, do đó việc ứng dụng các thành tựu khoa học để nâng cao hiệu quả sản xuất là tất yếu.Một trong những thanh tựu khoa học đó phải kể đến chiếc máy xúc. Máy xúc được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác mỏ lộ thiên, trên công trường xây dựng công nhiệp và dân dụng, trên các công trình thuỷ lợi, xây dựng cầu đường và nhiều hạng mục công trình khác nhau, ở những nơi mà yêu cầu bốc xúc đất đá với khối lượng lớn . A.TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY XÚC Tình hình sử dụng ở Việt Nam Trong các mỏ lộ thiên ở Việt Nam thì máy xúc một gầu là thiết bị được sử dụng làm phương tiện khai thác chính.Máy xúc là một phụ tải điện lớn tiêu thụ rất nhiều điện năng. Ví dụ như máy xúc EKG-4,6 và EKG-5A đều có công suất định mức là Pdm=250KW.Còn máy xúc EKT-8N có công suất lên đến 520KW. Công dụng của máy xúc là dùng để bốc đất, đá,than nên nó thường phải làm việc trong điều kiện phụ tải thay đổi thường xuyên và một cách đột ngột. Máy xúc có nhiều cơ cấu truyền động như:truyền động ra vào tay gầu,nâng hạ tay gầu,truyền động quay và di chuyển. Yêu cầu công nghệ của máy xúc Hệ thống truyền động điện phải có nhiều cấp tốc độ Có hệ thống điều chỉnh tốc độ và mômem để có đặc tính cơ như mong muốn phù hợp với yêu cầu của phụ tải. Có hệ thống điều khiển tự động và liên động giữa các cơ cấu truyền động Có hệ thống bảo vệ sự cố một cách chắc chắn. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Máy xúc có thể phân loại theo các quan điểm sau 1. Phân loại theo tính năng sử dụng: Máy xúc xây dựng chay bánh xích,bánh lốp có thể có gầu xúc từ 0.25-2m. Máy xúc dùng trong công nghiệp khai thác mỏ có dung tích gầu 4.6-8m. Máy bốc xúc đất đá có thể tích gầu từ 4-35m. Máy xúc gầu ngoạm có thể tích gầu tư 4-80m. 2.Phân loại theo cơ cấu bốc xúc: Máy xúc kiểu gầu cào. Máy xúc kiểu gầu treo dây. Máy xúc kiểu gầu thuận. Máy xúc kiểu gầu ngược. Máy xúc kiểu gầu ngoạm. Máy xúc kiểu gầu quay. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình 1.0. Các loại máy xúc a) máy xúc gàu thuận; b) máy xúc gàu ngược; c) máy xúc gàu cào; d) máy xúc gàu treo; e) máy xúc roto; h) máy xúc nhiều gàu xúc SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B * Nghiên cứu 2 loại máy xúc thường dùng : 2.1 Máy xúc kiểu gầu thuận Hình 1.1 . MÁY XÚC GẦU THUẬN * Cấu tạo Cơ cấu quay(bàn quay) 1 được lắp trên cơ cấu di chuyển bằn bánh xích 2. Cần gàu 6 và tay gàu 5 cùng được lắp trên bàn quay 1. Tay gàu 5 cùng với gàu xúc 7 di chuyển theo gương lò do cơ cấu đẩy tay gàu 4 và cáp kéo 9 của cơ cấu nâng - hạ gàu. Quá trình bốc xúc được thực hiện kết hợp giữa hai cơ cấu: cơ cấu đẩy tay gàu tạo ra bề dày lớp cắt, cơ cấu nâng - hạ gàu tạo ra lớp cắt là đường di chuyển của gàu theo gương lò. Để đổ tải từ gàu xúc sang các phương tiện khác được thực hiện nhờ cơ cấu mở đáy gàu 3 lắp trên thành thùng xe của máy xúc. Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: nâng - hạ gàu, ra - vào tay gàu và quay, ngoài ra còn có một số chuyển động phụ khác như: nâng cần gàu, di chuyển máy xúc, đóng - mở đáy gàu v.v… Chu trình làm việc của máy xúc bao gồm các công đoạn sau: đào, nâng gàu đồng thời quay gàu về vị trí đổ tải, quay gàu về vị trí đào và hạ gàu xuống gương lò. Thời gian của một chu trình làm việc khoảng từ 20 ÷ 60s. Cơ cấu nâng hạ gàu và cơ cấu tay gàu của máy xúc thường xuyên làm việc quá tải (gọi là quá tải làm việc) do gàu bốc xúc phải đất đá cứng hoặc lớp cắt quá sâu. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số tiếp điểm tương đối TĐ% = (25 ÷ 75)% 2.2 Máy xúc kiểu gầu treo dây Hình1.2.máy xúc kiểu treo dây * Cấu tạo : Tất cả thiết bị điện và thiết bị cơ khí của máy xúc được lắp đặt trên bàn quay 1. Có thể quay với góc quay tới hạn trên bệ 2. Di chuyển máy xúc thực hiện bằng cơ cấu tạo bước tiến 3 và hai kích thuỷ lực 4. Máy xúc di chuyển được nhờ tấm trượt 5 lắp ở hai bên thành của bàn quay 1. Cần gàu 6 lắp cố định trên bàn quay bằng hệ thống thanh giằng 9. Gàu xúc 8 được treo trên dây cáp nâng 10. Quá trình bốc xúc đất đá được thực hiện nhờ cáp kéo 7, kéo gàu theo hướng từ ngoài vào trong máy xúc. Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện môi trường khắc nghiệt với chế độ làm việc nặng nề, chao lắc mạnh, nhiều bụi, nhiệt độ môi trường thay đổi trong phạm vi rộng. Một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các cơ cấu của máy xúc như: độ nghiêng, độ chênh dọc trục của máy xúc, gia tốc lớn khi mở máy và hãm v.v…Do chế độ làm việc của máy xúc nặng nề như vậy, nên các thiết bị của máy xúc phải được chế tạo chắc chắn, độ bền cơ học cao và độ tin cậy làm việc cao. 3. Phân loại theo cơ cấu truyền động a.Máy xúc truyền động bằng động cơ điện. b.Máy xúc truyền động bằng động cơ điện-thuỷ lực. c.Máy xúc truyền động bằng động cơ đốt trong-thuỷ lực. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Phân loại theo nước chế tạo B. Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña m¸y xóc Qúa trình hoạt động Nghiên cứu chế độ làm việc của máy xúc là một vấn đề rất phức tạp.Nhưng trên những điểm chung nhất ta có thể khái quát chế độ làm việc của máy xúc như sau: Cơ cấu quay(bàn quay) được lắp trên cơ cấu di chuyển bánh xích.Cần gầu và tay gầu được lắp trên bàn quay.Tay gầu và gầu xúc di chuyển vào đất đá do cơ cấu đẩy tay gầu và cáp kéo của cơ cấu nâng-hạ.quá trình bốc xúc được thực hiện kết hợp giữa hai cơ cấu:cơ cấu đẩy tay gầu tạo ra bề dày lớp cắt và cơ cấu nâng hạ tạo ra lớp cắt là đường di chuyển của gầu xúc trong đất đá. Đổ tải từ gầu xúc sang các phương tiện vân chuyển khác băng cơ cấu mở đáy gầu. Máy xúc có 3 chuyển động cơ bản: đào,nâng-hạ,quay ngoài ra còn có một số chuyển động phụ khác như:nâng cần,di chuyển, đóng mở đáy gầu… Chu kỳ làm việc của máy xúc bao gôm những giai đoạn sau:hạ gầu xuống mặt bằng làm việc-đào đồng thời nâng gầu-quay gầu về vị trí dổ tải-mở đáy gầu đổ tải-quay gầu về vị trí ban đầu.Thời gian một chu kỳ làm việc khoảng từ 20s đến 60s. Cơ cấu nâng-hạ và cơ cấu đẩy tay gầu thường xuyên làm việc quá tải(quá tải làm việc)do gầu xúc bốc xúc phải đát đá quá cứng hoặc lớp cắt quá sâu. Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số tiếp điện tương đối TĐ%=(25->100)%.Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện nặng nề,chao lắc mạnh,nhiều bụi,nhiệt độ môi trường thay đổi trong phạm vi rộng.Các yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng manh đến các cơ cấu của máy xúc như : độ nghiêng, độ chênh dọc trục của máy xúc,gia tốc lớn khi mở máy và hãm.Do chế độ làm việc nặng nề của máy xúc như vậy nên các thiết bị của máy xúc phải được chế tạo chắc chắn, độ bền cơ học cao và độ tin cậy cao. II. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động điện của máy xúc Từ những đặc điểm của máy xúc như đã nêu ở trên,các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động điện truyền động các cơ cấu chính của máy xúc bao gồm: Đặc tính cơ của hệ truyền động điện của các cơ cấu chính của máy xúc(cơ cấu nâng -hạ, đẩy tay gầu và cơ cấu quay)phải được bảo vệ một cách tin cậy khi quá tải.Có nghĩa là hệ thống truyền động phải tạo ra đặc tính “máy xúc”. Động cơ truyền động các cơ cấu máy xúc phải chắc chắn.Khả năng chịu quá tải lớn. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Độ cách điện của động cơ phải đảm bảo chịu quá nhiệt, độ ẩm cao. Động cơ phải chịu được tần số đóng cắt lớn(từ 400->600)lần/h. Động cơ truyền động các cơ cấu chính của máy xúc phải có mômem quán tính đủ nhỏ để giảm thời gian quá độ khi mở máy và hãm.Nên chọn loại động cơ có phần ứng dài, đường kính nhỏ. Các thiết bị điều khiển dùng trong máy xúc phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nặng nề nhất(độ rung động,chao lắc lớn,phụ tải đột biến và tần số đóng cắt lớn). Hệ thống điều khiển hệ truyền động các cơ cấu của máy xúc phải đơn giản,chắc chắn mức độ tự động hoá cao. Các cơ cấu truyền động máy xúc trong quá trìng làm việc thường bị quá tải luôn,cho nên việc hạn chế mômem nhỏ hơn trị số cho phép ở chế độ tĩnh và động là yêu cầu quan trong bậc nhất. Để máy xúc có năng suất cao nhất đồng thời bảo vệ các thiết bị không bị hỏng hóc khi quá tải cần thực hiện hai yêu cầu:hạn chế mômem dưới trị số cho phép và đảm bảo độ cứng của đường đặc tính cơ trong phạm vi mômem phụ tải bằng mômem định mức của động cơ. (hình.a)Đặc tính cơ của máy xúc (hình.b) Đặc tính cơ các hệ truyền động Trong thực tế không sử dụng đường đặc tính cơ lý tưởng như đường 1 mà thường sư dụng đặc tính cơ mềm hơn (đường 2). Độ cứng của đường đặc tính cơ ở vùng phụ tải giảm xuống từ 85->90%.Nếu đặc tính cơ quá lớn,người ta vận hành máy xúc khó cảm nhận được khi cơ cấu bị quá tải,không kịp giảm lớp cắt dẫn đến cơ cấu bị ngưng làm giảm năng suất của máy xúc. Năng suất của máy xúc đặc trưng bởi diện tích giữa các trục toạ độ và đường đặc tính cơ cấu của hệ truyền động(hình a)SADCO. Để đánh giá năng suất của máy xúc người ta đưa ra hệ số lấp đầy k: SADCO S.m K=──── =──── (b) SABCO W0.Md SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Trong đó: S=SADCO diện tích h thanh bởi hệ trục toạ độ và đường đặc tính cơ của hệ truyền động điện. SABCO là diện tích tạo bởi hệ trục toạ độ và đường đặc tính cơ lý tưởng. Wo :tốc độ không tải lý tưởng Md :mômen dừng m:hệ số tỉ lệ Đối với hệ truyền động này,hệ số lấp đầy của máy xúc có thể đạt tới 0.8 đến 0.9. Hình b,biểu diễn các đường đặc tính cơ của các hệ truyền động khác nhau dùng trong máy xúc. Họ đặc tính cơ của cac hệ đó cho phépđánh giá và tính chọn hệ truỳen động một cách hợp lý đối với từng loại máy xúc cụ thể.Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ba pha(đường 1) được sử dụng rộng rãi cho các loại máy xúc có thể tích gầu xúc tới 1m3 Nếu sử dụng động cơ truyền động là động c xoay chiều có hệ số trượt lớn cho phép hạn chế được dòng điện trong phạm vi cần thiết để giảm độ cứng của đường đặc tính cơ trong vùng mômen phụ tải bằng mômen định mức của động cơ,có thê thực hiện được bằng cách đấu thêm điện trơ phụ vao mạch roto của động cơ: Rf =(10→15)%R(R điện trở của dây quấn rôt động cơ). Nếu trong mach rôt của động cơ có đấu cuộn kháng bão hoà hoặc khuyếch đại từ,ta sẽ nhận được đường đặc tính cơ tối ưu đối với hệ truyền động xoay chiều. Hệ truyền động máy phát-động cơ(máy phát 3 cuộn dây) với đường đặc tính cơ 3 được áp dụng rộng rãi cho các loại máy xúc từ 1 đến 5m3.Hệ này có đường đặc tính cơ gần với đường đặc tính cơ tối ưu cho phep điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động trong một phạm vi khá rộng. Hệ truyền động máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian(khuyếch đại máy điện KĐMĐ,khuyếch đại từ KĐT hoặc khuyếch đại bán dẫn KĐBD) sẽ tạo ra đường đặc tính cơ 4, đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu đối với công nghệ của máy xúc.Hệ nay được sử dụng rộng rãi trong các máy xúc công suất lớn có thể tích gầu xúc từ 10→80m3. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B c.HÖ thèng m¸y xóc ekg-5a ch­¬ng 1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ MÁY XÚC EKG-5A 1.1.Máy xúc EKG-5A Các cơ cấu truyền động chính ở máy xúc EKG-5A là:ra vào tay gầu,quay và di chuyển.Người ta đều dùng động cơ điện một chiều. Để điều khiển động cơ điện một chiều thị người ta sử dụng hệ thống máy phát động cơ điện một chiều và khuyếch đại từ. Trong đó khuyếch đại tư giữ vai trò điều khiển điện áp kích thích của máy phát(tức là điều khiển điện áp phát ra của máy phát để đặt vào phần ứng của động cơ điện một chiều). Xét hệ thống máy phát động cơ một chiều và khuyếch đại từ để truyền động cho cơ cấu truyền động chính của máy xúc EKG-5A,như hình 2.1. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Sơ đồ nguyên lý của máy xúc EKG-5A Hình.2.1 a.Hệ thống gồm có: - Động cơ điện một chiều. - Máy phát điện một chiều F để cung cấp điện áp cho phần ứng động cơ. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B - Khuyếch đại từ đảo chiều làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện kích thích cho cuộn kích thích độc lập của máy phát. WKTI:là cuộn kích thích độc lập của máy phát nó được chia làm 2 nửa và mắc theo sơ đồ cầu cân bằng RCB. WKTII:là cuộn kích thích song song của máy phát để hỗ trợ cho cuộn kích thích độc lập. - CFF và CFĐ là các cuộn dây cực từ phụ của máy phát và của động cơ. - Khuyếch đại từ MY là phần tử điều khiển chính của hệ thống truyền động .Khuyếch đại từ đảo chiều mắc theo sơ đồ visai. - Cuộn chủ đạo 4MY đóng vai trò cuộn điều khiển chính của khuyếch đại từ.Gía trị và chiều dài trong cuộn chủ đạo sẽ quyết định giá trị tốc độ và chiều quay của động cơ điện Đ. - Điện áp chủ đạo được cung cấp tư nguồn một chiều bên ngoài và được điều khiển bằng tay số kiểu công tắc xoay có 4 vị trí tiến và 4 vị trí lùi tương ứng với 2 chiều quay của động cơ điện Đ. - Cuộn dịch chuyển 5MY để dịch chuyển điểm làm việc vào giữa đoạn tuyến tính của đặc tính và làm tăng hệ số khuyếch đại của khuyếch đại từ. Cuộn hồi tiếp âm theo điện áp của máy phát 3MY có tác dụng nâng cao độ cứng của đặc tính cơ của động cơ, đảm bảo năng suất làm việc bằng cách giữ ổn định điện áp ra của máy pha do đó giữ được ổn định tốc độ của động cơ. - Cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng sử dụng bộ khuyếch đại bán dẫn ETO.Trong bộ khuyếch đại bán dẫn có đặt 2 cuộn dây điều khiển của khuyếch đại từ YMC4 và YMC5,một đèn bán dẫn 3 cực TR các điốt ổn áp CT1,CT2,cầu chỉnh lưu B, điện trở nhiệt Rt và các điện trở khác. Bộ ETO sẽ tạo thành mạch hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng ở máy xúc EKG-5A.Ta điện thế đặt vào mạch hồi tiếp chính là sụt áp trên các cuộn dây cực từ phụ của máy phát CFF và của động cơ điện CFĐ. Uht=UCF=IƯ(RCFF+RCFĐ) Như vậy điện áp mạch hồ tiếp tỉ lệ với dòng điện phần ứng tức là tỉ lệ với tải của đoọng cơ dẫn động cơ cấu chính của máy xúc. Khi máy xúc làm việc ở chế độ định mức thi Iư=Iđm thì điôt ổn áp CT1 ở trạng thái khoá,sụt áp trên các điện trở R2+Rt nhỏ hơn điện áp mở đèn TRAZITOR TR cũng khoá do đó không có dòng điện qua cuộn hồi tiếp. Nếu dòng điện phần ứng tăng lên thì điện áp đặt vào mạch hồi tiếp tăng theo làm sụt áp trên điện trở R2+Rt lớn làm cho điôt ổn áp CT1 mở→TR mở →dòng hồi tiếp chảy trong mạch với chiều dòng điện như trên thì dòng hồi tiếp chạy qua YMC4 như sau: (+)→YMC4→D1→TR→Rh→B→(-) Khi đó KĐT sẽ bị khử từ mạnh làm cho dòng kích thích độc lập của máy phát SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B giảm→điện áp ra của máy phát và dòng điện phần ứng cũng như tốc độ của động cơ một chiều giảm nhanh tới khi Iư=Idừng thì hệ thống truyền động điện sẽ dừng lại. Để ổn định dòng điện tác động của mạch hồi tiếp cắt nhanh khi nhiệt độ làm việc của máy tăng lên thì người ta đặt thêm điện trở nhiệt Rt trong cuộn dây cực từ phụ của máy phát.Khi máy nóng sẽ làm cho dây cuốn cực từ phụ nóng theo điện trở của nó tăng lên khiến cho điện áp trong mạch hồi tiếp giảm nhưng điện trở nhiệt Rt cũng giảm trị số lên điện áp đặt vào R2+Rt là không đổi để các đèn ổn áp CT1,CT2,TR làm việc ổn định do đó ổn định được dòng điện cắt của mạch hồi tiếp. - Cuộn hồi tiếp âm mền theo dòng điện phần ứng 1MY nó làm hạn chế sự dao động của dòng điện phần ứng.Cuộn 1MY được cấp điện qua cuộn ổn định OĐ của máy phát.Khi dòng điện phần ứng thay đổi thì từ thông cực từ phụ sẽ biến thiên ,do đó nó cản ứng trong cuộn OĐ một sức điện động. Đây chính là nguồn cung cấp cho hồi tiếp âm mền 1MY.Dòng điện này sinh ra tư thông hồi tiếp có tác dụng chống lại sự thay đổi của dòng điện phần ứng, ổn định được chế độ làm việc của động cơ.Khi dòng điện phần ứng ổn định thì tín hiệu phản hồi này cũng mất. B :Nguyên lý làm việc của hệ thống Khởi động động cơ không đồng bộ làm quay rôto của máy phát lúc này tay số vẫn ở số 0 nên máy phát vẫn chưa phát ra điện áp một chiều để cung cấp điện áp cho phần ứng động cơ Đ nên Đ vẫn chưa làm việc. Sau khi tốc độ rôto của máy phát chạy ổn định ta đóng tay số về số 1(tiến) làm cho 4MY có điện và từ hoá lõi thép của khuyếch đại từ làm cho điện cảm của MYI giảm dẫn đến dòng kích từ độc lập của máy phát có,làm đầu ra của máy phát có điện áp một chiều đặt vào phần ứng động cơ điện một chiều Đ.Do động cơ một chiều Đ được cung cấp kích từ từ nguồn một chiều bên ngoài nên khi có điện áp một chiều đặt vào phần ứng của động cơ thì động cơ một chiều Đ sẽ làm việc quay rôto.Cứ làm tay số tăng quay đến vị ttrí 2,3,4 thì làm tăng Ucđ→tăng điện áp trên cuộn 4MY→từ hoá lõi thép lớn hơn nữa→điện cảm trên cuộn MYI giảm lớn hơn nữa→ФKTMF tăng=UF tăng =n động cơ tăng lên. Đó chính là quá trình tăng tốc độ của động cơ Đ. Khi động cơ Đ đang chạy ở vị trí số 4 tốc độ động cơ đạt tối đa,muốn giảm tốc độ thì ta dùng tay cần về vị trí 3,2,1,0 thì Ucđ giảm dầnU trên cuộn 4MY giảm dần→điện cảm trên cuộn MYI tăng lên → ФKTMFgiảm→n động cơ giảm . Đó chính là quá trình giảm tốc độ của động cơ Đ. Qúa trình trên chính là quá trình tăng tốc và giảm tốc của động cơ Đ theo chiều thuận(tiến)muốn tăng tốc và giảm tốc theo chiều ngược lại thì ta gạt tay số về vị trí 1’,2’,3’,4’ quá trình diễn ra như quá trình chay theo chiều thuận. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Nguyên tắc ổn định tốc độ Khi hệ thống đang làm việc bình thường ở bất kỳ một tốc độ đặt nào đó.Vì một lý do nào đó tải của động cơ tăng lên làm cho tốc độ động cơ giảm→Iư giảm và UF giảm. Khi UF giảm thì 3MY có điện áp đặt vào giảm,nên làmФ 3MY giảm nên Фt tăng →ФKTMF tăng→UF tăng→tốc độ động cơ tăng đến giá trị đặt của điện áp chủ đạo. Khi Iư tăng điện áp rơi trên các cực tư phụ máy phát và động cơ tăng lên.Nếu UCFF+UCFĐ>Uss thì sẽ có dòng điện chạy qua 2MY=2MY có từ thông Ф2MY→Фt giảm→UFgiảm→n giảm,tạo ra đường dốc (gãy khúc của đặc tính cơ). Nếu giảm về 0 thi UF=0→động cơ dừng lại. Với Фt=Фcđ-Ф3MY-Ф2MY-Ф1MY-Ф5MY. 1.2.C ác thông số kỹ thuật của hệ thống truyền động điện trên máy xúc ЭКG-5A: 1.2.1 Động cơ và máy phát điện: a. Động cơ dẫn động АГ-M, mã hiệu AЭ-113-4T: Công suất 250KW, tốc độ 1480vg/ph loại dược bảo vệ và làm mát, có rô to lồng sóc kép, cuộn dây Stato chia làm 2 cấp điện áp 3000V, 6000V, các cực đầu vào đặt trong hộp kín gắn với thân động cơ. Động cơ cho phép tải 2.2 lần trong thời gian ngắn, cuộn dây STATO có bọc chống ẩm loại B, có bảo vệ cực tiểu khỏi điện áp mạng sụt quá thấp (<65%Uđm ) bằng cách ngắt tự động máy cắt dầu cho cuộn HK. b. Máy phát điện một chiều loại ΠЭΜ: Bao gồm các máy phát nâng hạ gầu, ra vào tay gầu, quay-di chuyển, dùng để cung cấp điện cho các động cơ một chiều của các cơ cấu chính. Cuộn kích thích song song được cung cấp trực tiếp từ máy phát và được nối song song với phần ứng, để tránh sự tự kích của máy phát khi không có dòng điện cuộn KTĐL, cuộn kích thích song song được nối với phần ứng qua điện trở phụ 2СДΠ, độ lớn của nó gấp 6-7 lần giá tri điện trở của cuộn tự kích ΟΒш. Trên các cực phụ được đặt các cuộn ổn định chuyên dùng, cổ góp làm từ những phiến đồng ký thuật điện hình nem, giữa chúng có cách điện bằng mi ca SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B c. Máy phát điện một chiều loại ΜΠ: Dùng để cung cấp điện cho mạch điều khiển của máy xúc và cuộn KTĐL các động cơ dẫn động và động cơ mở đáy gầu. Máy phát được kích thích hỗn hợp (kích thích nối tiếp và song song ), sự tự kích như vậy là cần thiết để giữ cho điện áp đầu ra của máy phát là 115V khi dòng tải thay đổi, người ta dùng bộ điều chỉnh điện áp tự động( БCTB ), nó duy trì tự động điện áp trên cửa ra của máy phát khi có sự thay đổi nhiệt độ của môi trường xung quanh. d. Động cơ điện một chiều: Trên tời nâng hạ người ta đặt một động cơ loại ДΠЭ - 816, có công suất 200kW, 440V, 750Vg/ph, phần ứng của nó được nối với máy phát. Trên cơ cấu ra vào gầu đặt một động cơ loại ДΠЭ - 52, có công suất 54kW, 395V, 1200Vg/ph, phần ứng của nó được nối với máy phát.Cũng trên cơ cấu ra vào gầu có đặt một loại động cơ ДΠЭ - 12Y2 có công suất 3,6kW, 110V, 1430Vg/ph. Trên cơ cấu quay đặt hai động cơ loại ДΠЭ - 52, có công suất 60kW, 305V, 1230Vg/ph ở bên trái và bên phải vòng quay phần ứng của nó được nối tiếp với nhau với máy phát ГΠЭI3 -I4/I2M -Y2. Động cơ loại ДΠЭ - 52 có công suất 54kW, 395V, 1200Vg/ph được dùng để di chuyển máy xúc. 1.2.2Hệ thống cung cấp điện xoay chiều Máy xúc ЭКГ-5A làm việc ở gương tầng, nhận điện từ lưới điện 3 pha - 6000V qua tủ điện cao thế ЯKHO- 10 đặt ngoài trời, theo cáp mềm loại 3x25+1x10 mm2 đến hộp đầu vào đặt ở bệ dưới máy xúc, từ đó đến đầu tĩnh của vòng tiếp điện cao thế đặt ở giữa bàn quay và đế dưới, qua vòng động của vòng tiếp điện này đến cầu dao cách ly (PY-PB) 6kV cho các thiết bị phân phối ở trong buồng máy trên bàn quay. Từ thiết bị phân phối 6kV qua máy cắt dầu (BMЭ-6) cung cấp điện cho động cơ dẫn động 3 pha của bộ dẫn động 5 máy, cũng từ thiết bị phân phối 6kV điện dẫn qua cầu chì ống loại (ΠКЭ-6) cung cấp cho máy biến áp lựcTP1( TAMЭ), công suất 40kVA-6/0,23kV. Trong tủ phân phối các thiết bị cao áp để điều khiển động cơ dẫn động còn có các thiết bị hạ áp như: Áptômát, khởi động từ...., được đặt ở ngăn dưới cùng để cung cấp cho SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B khuyếch đại từ, các động cơ bơm dầu, quạt mát, chiếu sáng được cung cấp từ máy biến áp lực. Riêng hệ thống đèn gầm 12V được cung cấp từ máy biến áp 1 pha 220/12V. 1.2.3 Nhật xét: Trong máy xúc ЭKG - 5A các cơ cấu chính được TĐĐ theo hệ máy phát - động cơ - khuyếch đại từ. Với hệ thống này có nhiều ưu điểm phù hợp với các chế độ của máy: - Có thể thay đổi tốc độ quay của động cơ phù hợp với từng chế độ làm việc cụ thể. - Việc điều khiển các cơ cấu linh hoạt, nhẹ nhàng có độ tin cậy cao. - Dải điều chỉnh tốc độ quay của động cơ rộng, có khả năng hãm điện và trả năng lượng về nguồn. - Có khả năng tự điều chỉnh, điều khiển và bảo vệ động cơ khi làm việc quá tải. 1.3 Nguyên lý làm việc của các cơ cấu nâng hạ gầu 1.3.1 Đặc tính cơ kiểu máy xúc Các cơ cấu của máy xúc khi làm việc do tải luôn thay đổi có nghĩa là mô men cản luôn thay đổi dẫn đến dòng điện trong hệ thống máy phát động cơ thay đổi theo làm cho máy xúc làm việc không ổn định. Muốn cho hệ thống làm việc ổn định người ta phải tạo ra cho máy xúc một đường đặc tính riêng đường đặc tính này gồm hai phần: - vùng công tác là đoạn đặc tính Aω0 được tạo ra bởi hệ thống truyền động làm các mạch hồi tiếp âm theo tốc độ hoặc theo áp - Vùng công tác là đặc tính AId, vùng này được tạo ra bởi mạch hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng. Phần diện tích hình chữ nhật ω0AId0 là phần đặc tính lý tưởng, để đặc trưng cho hệ thống TĐĐ có đặc tính cơ cấu kiểu xúc, người ta đưa ra hệ số điền kín. P: Công suất động cơ trên trục. Pdt: Công suất điện từ. Với Kdk=0,8~0,9 thì máy xúc làm việc với năng suất tương đối ổn định và cao. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B 1.3.2. Chức năng bộ khuyếch đại từ của máy xúc ЭKГ-5A a. Chức năng các cuộn của KĐT: - Cuộn YMC1: là cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng phần ứng, cuộn này liên hệ mềm về cường độ đảm bảo cho tốc độ động cơ thay đổi từ từ khi tải động cơ thay đổi, dòng điện đi qua cuộn YCM1 có chiều phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của động cơ. Cuộn YMC2: là cuộn chủ đạo, cho dòng một chiều chạy qua tạo ra từ thông chính để từ hoá lõi thép KĐT, chiều và giá trị của nó sẽ quyết định đến giá trị và cực tính của điện áp đặt lên phần ứng của máy phát, đến tốc độ và chiều quay của động cơ. Việc thay đổi chiều và giá trị của cuộn chủ đạo thông qua hộp khống chế điều khiển KK. Cuộn YMC3: là cuộn dịch chuyển, có tác dụng để điều chỉnh giá trị ban đầu của dòng kích thích độc lập máy phát, cân bằng đặc tính hai khuyếch đại từ đơn tạo ra đường đặc tính chuẩn của KĐT kép qua điểm 0 ( Điểm cân bằng ). Cuộn YMC4: là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng, dòng Ic được điều chỉnh bởi điốt ổn áp CT1 và bóng bán dẫn T1, cuộn này có tác dụng bảo vệ hệ thống máy phát động cơ khi làm việc quá tải. Cuộn YMC5: có tác dụng như cuộn 4. Cuộn YMC6: là cuộn hồi tiếp âm cứng và mềm theo điện áp máy phát, cuộn này tạo ra từ thông tỷ lệ với phần ứng của máy phát, từ thông này có chiều chống lại chiều từ thông trong cuộn YCM2. Cuộn YCM6 có tác dụng làm tăng độ cứng của đường đặc tính cơ trong vùng công tác, rút ngắn thời gian quá trình quá độ tăng năng suất máy, hãm khi hãm truyền động khi máy hạ tải. B. nguyên lý làm việc của KĐT: Khi chưa có tín hiệu điều khiển (Idk=0) thì dòng điện ở cửa ra ( +1-1 và +2-2 ) của KĐT kép là có giá trị bằng nhau và bằng 1/2 giá trị dòng định mức nhờ việc điều chỉnh dòng điện cuộn dịch chuyển YCM3 ( cuộn YCM3 được đấu nối tiếp với nhau còn các cuộn khác được đấu ngược nhau theo trình tự HKKH để cho từ thông ở hai vế ngược nhau, mỗi cuộn làm việc theo một chiều ) Khi có tín hiệu điều khiển (Idk≠0 ) thì do cách nối của các cuộn điều khiển mà dòng Idk sẽ từ hoá một trong hai KĐT và khử KĐT còn lại. Như vậy làm cho dòng điện ở cửa ra của KĐT bị giảm đi, kết quả là ta được điện áp của máy phát trong các cơ cấu của máy xúc như ta mong muốn.Khi đổi chiều dòng Idk thì quá trình từ hoá và khử từ sẽ ngược lại quá trình trước. 1.3. 3. nguyên lý làm việc của mạch hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng БТΟ * Sơ đồ nguyên lý trình bày ở hình 3.9 SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối БТΟ Trong quá trình làm việc do tải thay đổi làm cho tốc độ động cơ cũng thay đổi theo, để tránh cho động cơ bị quá tải dẫn đến dòng điện trong mạch phần ứng của máy phát động cơ tăng cao dẫn đến hư hỏng, vì vậy người ta sử dụng bộ БТΟ để thực hiện hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng bảo vệ cho truyền động máy xúc. Hai cuộn dây YCM4 và YCM5 là hai cuộn điều khiển trong KĐT sức từ động của chúng ngược với sức từ động của cuộn chủ đạo YCM2, khi máy phát làm việc theo một chiều nào đó và phát ra điện áp, lúc này dòng điện trong máy phát động cơ sẽ qua cuộn phụ của nó và qua điện trở sun Rs gây ra giáng áp tại đó. ΔU=(Rfmf + Rfdc + Rs).I ư Giáng áp này qua điểm 1-2 của cầu chỉnh lưu sẽ tạo ra điện áp U3-4 trên hai điểm 3-4 của cầu, điện áp này tỷ lệ với ΔU và tạo ra dòng IRΠ khép kín qua điện trở RΠ và RΠ1, dòng này tạo ra điện áp URΠ và giáng áp trên RΠ1, do đó trên các điện trở R1, R2, RT đều có điện áp rơi, khi điện áp ngược đặt vào đi ốt ổn áp CT1> điện áp chọc thủng của CT1 thì CT1 sẽ thông lúc này T1 sẽ có điện áp dương vào cực gốc và mở làm cho cuộn YCM4 hoặc YCM5 có dòng hồi tiếp chạy qua và có chiều tuỳ theo cực tính của máy phát tại thời điểm đó. Vậy nhờ bộ БТΟ ta đã được tự động đưa hồi tiếp âm theo dòng vào làm việc bảo vệ cho máy xúc khi làm việc quá tải. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B 1.3.4. Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động điện của cơ cấu nâng hạ gầu của máy xúc ЭKG-5A a- Giới thiệu chung: АГ - Г1 và M1 là máy phát điện và động cơ điện một chiều. АГ - Г1 - ОВШ và M1 - дп là hai cuộn dây cực từ phụ của phát động cơ. УК - РТМП là rơ le dòng cực đại. УК - Р1 là rơ le rò. АГ - Г1 - CT là cuộn dây ổn định. ККП là tay đi số điều khiển cuộn dây YCM2. БТОП là bộ cắt nhanh theo dòng phần ứng. УС - МСП là khối khuyếch đại từ. УК - 4СУП là điện trở phân áp. УК - 3СУП là điện trở thay đổi giá trị IYMC2. УК - ПП và УК - Р2 là cuộn dây để khống chế cho phép cuộn dây KTĐL của M1 có IKTĐLM1 lớn hay nhỏ. УК - ВТП là công tắc vạn năng. ЭВ1 là cuộn dây điện từ dùng để mở phanh động cơ. b - Nguyên lý làm việc: Điều khiển nâng gầu: Kéo tay gầu điều khiển về phía trong, tiếp điểm K1 đóng K2 mở, nâng gầu có 4 tốc độ sẽ tăng dần từ số 1 đến số 4. + Tốc độ số 1: k1 đóng ( K2 mở ) dòng điện đi từ +1 đến 1/2 УК - 3СУП từ đây mạch điện chia làm hai nhánh: - Nhánh 1 từ 1/2 УК - 3СУП đến 2H1 - 2H2 đến УК - 4СУП qua K1 về -2. - Nhánh 2 từ 1/2 УК - 3СУП đến УК - Р2 đến УК - д2 qua K1 về -2. Cuộn 2H1 - 2H2 có dòng điện đi qua nó tạo ra từ thông tổng cho KĐT và máy phát phát ra điện áp cung cấp cho động cơ làm việc ở tốc độ số 1, cuộn УК - Р2 có điện sẽ đóng tiếp điểm УК - Р2 làm cuộn УК - ПП có điện và đóng tiếp điểm ở mạch kích thích độc lập của động cơ loại điện trở 3СдП-1 làm cho dòng điện qua cuộn KTĐL của động cơ tăng lên tốc độ động cơ giảm ở chế độ nâng gầu. + Tốc độ số 2: K1, K5 đóng loại đi một phần điện trở УК - 4СУП làm cho dòng qua cuộn YCM2 tăng lên điện áp máy phát tăng lên, tốc độ động cơ tăng lên. + Tốc độ số 3: tương tự như trên K1, K5, K4 đóng lại. + Tốc độ số 4: K1, K5, K4, K3 đóng lại động cơ làm việc ở tốc độ cao nhất. Điều khiển hạ gầu: Ở chế độ hạ gầu không cần mô men lớn và yêu cầu tốc độ phải nhanh để giảm thời gian của một chu kỳ xúc. Khi hạ gầu ta đẩy tay điều khiển về phía trước khi đó K2 đóng, K1 mở để đổi chiều SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B dòng điện đi trong cuộn YCM2 đẫn đến máy phát điện sẽ đổi chiều cực tính cung cấp cho động cơ quay theo chiều ngược lại. + Tốc độ số 1: dòng điện đi từ +1 đến ВТП đến 21 mạch điện cũng được chia làm hai nhánh - Nhánh 1: từ 21 đến УК - 3СУП về -2. - Nhánh 2 từ đến K2 đến 36 đến УК - 4СУП đến YCM2 qua 1/2 УК - 3СУП về -2. + Tốc độ số 2: K2, K5 đóng. + Tốc độ số 3: K2, K5, K4đóng. + Tốc độ số 4: K2, K5, K4, K3 đóng, điện trở УК - 4СУП bị loại dần theo vị trí các tay số, điện áp của máy phát phát ra tăng dần và tốc độ hạ gầu sẽ tăng dần từ số 1 đến số 4. * Các chế độ bảo vệ: - Vì lý do nào đó Iư của Г1 tăng lên quá mức cho phép > 1,3 Idm thì rơ le УК - РТМП sẽ tác động ngắt mach điện điều khiển máy xúc. - Khi hệ thống máy phát động cơ có sự thay đổi dòng làm việc của động cơ tăng lên (1,1 ¸ 1,2) Idm, do sự thay đổi đột ngột của phụ tải nên các cuộn dây cực phụ АГ - Г1 - CT sẽ liên hệ như cuộn sơ cấp của máy biến áp nên ở cuộn thứ sẽ có sức điện động cảm ứng. - Khi dòng điện Iư tăng thì sức từ động của cuộn YCM1 (F1) ngược chiều với sức từ động của cuộn YCM2 (F2) làm cho sức từ động tổng (FS) giảm xuống dẫn đến dòng điện Iư giảm xuống. - Khi dòng điện Iư giảm thì sức từ động của cuộn YCM1 (F1) cùng chiều với sức từ động của cuộn YCM2 (F2) làm cho sức từ động tổng (FS) tăng lên dẫn đến dòng điện Iư tăng lên. Kết quả là làm cho sự dao động của dòng điện giảm, ổn định hơn tránh xung động lớn của máy. - Trong quá trình xúc làm việc động cơ từ (1,3 ¸ 1,5) Idm, thì bộ cắt dòng БТО sẽ làm việc và YCM4 hoặc YCM5 có dòng điện chạy qua sinh ra F4 hoặc F5 ngược với chiều F2 làm cho IKTĐL của máy phát giảm đột ngột để bảo vệ đông cơ khỏi quá tải. - Khi không có sự dò điện YK-P6 và YK-P7 vẫn có điện bình thường, nhưng vì lý do nào đó mà bị dò điện YK-P1, YK-P3, YK-P4, YK-P5 của các bộ máy sẽ có dòng điện chạy qua và chúng tác động tiếp điểm YK-P8 nên YK-P6 và YK-P7 sẽ mất điện và cắt điện điều khiển chung không cho máy làm việc. 1.3.5. Nguyên lý tác động bộ tự động xúc: Bộ này có tác dụng là làm ổn định dòng điện xúc, tức là làm ổn định lực kéo cáp nâng của gầu bằng cách điều chỉnh mô men hãm ở động cơ ra vào tay gầu. Trong quá trình xúc SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B khi dòng điện trong phần ứng của động cơ nâng hạ gầu đạt tới trị số dòng quy định tức là đạt được lực xác định cho cáp nâng gầu thì trong mạch xuất hiện dòng điện đi từ +20 đến YK-3R3 đến YK-3R2 đến YK-P6 và YK-P7, д12 đến д11 đến 150 về -40, Tín hiệu được lấy từ cực từ phụ của máy phát nâng hạ gầu và được đưa đến cực gốc của T3, làm cho T3 mở đưa tín hiệu vào đầu 9 và 11 của khối БТОH làm nối tắt CT1 làm cho cuộn YCM5 có dòng điện đi qua xuất hiện từ thông F5 chống lại từ thông F2 dẫn đến hãm động cơ ra vào gầu, không cho đẩy tay gầu ra được nữa khi đã xúc đầy gầu hoặc vấp phải đá cứng. Mà: Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Chương 2 Thµnh lËp hÖ ph­¬ng tr×nh M« t¶ tr¹ng th¸i hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn 2.1 - Phương trình trạng thái khuếch đại từ kép ПДД -1,5B. Với khuếch đại từ được mô tả bởi phương trình: (2-1) Trong đó: - Uod: Điện áp ổn định ở cửa ra của khuếch đại từ. - Ut : Điện áp đặt lên tải của khuếch đại từ. - TKd : Hằng số thời gian. Trong khuếch đại từ kép loại ПДД -1,5B có 06 cuộn điều khiển, mỗi cuộn đều có hằng số thời gian riêng, do đó hằng số thời gian của khuếch đại từ được tính theo công thức: (2-2) Trong đó: - là hằng số thời gian của cuộn thứ i. Đối với máy xúc ЭKG - 5A khuếch đại từ thuộc loại hồi tiếp trong và có cuộn dịch chuyển, do đó Tj được xác định theo công thức sau: (2-3) Trong đó: - Wi: Số vòng dây của cuộn điều khiển thứ i. - Wht: Số vòng dây của cuộn hồi tiếp (Wht =315vg). SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B - W~ : Số vòng dây của cuộn xoay chiều (W~ =190vg). - rdki : Điện trở của cuộn điều khiển thứ i. - Rt : Điện trở tải đầu ra của KĐT. - a : Hệ số thực nghiệm KĐT thuộc loại có hồi tiếp trong và có cuộn dịch chuyển nên lấy a = 0,25. - f : Tần số của dòng xoay chiều. - KIi: Hệ số khuếch đại dòng của cuộn thứ i. * Hệ phương trình mô tả khâu khuếch đại từ: 2.2 Phương trình trạng thái mô tả khâu máy phát. Trong máy xúc ЭKG - 5A, để điều khiển điện áp ra của máy phát người ta đổi trị số và chiều của dòng kích thích độc lập của máy phát, khi đó tốc độ động cơ thay đổi theo. Theo đường đặc tính không tải của máy phát, thì quan hệ EF và Ikt là quan hệ phi tuyến, EF = f (Ikt) hoặc EF = f (Fkt). Ta đặt: Vậy: (2-4) Trong đó: - Ke : Hệ số khuếch đại áp của máy phát. - Fkt : Sức từ động kích thích tổng của máy phát. Mà: - Fkt = FKTĐL + FKTSS Xác định hằng số thời gian của máy phát TF. Ta có: SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Đặt: (2-5) Ta có phương trình vi phân mô tả trạng thái khâu máy phát như sau: (2-6) Trong đó: - TF: Hằng số thời gian của máy phát. - EFod : Sức điện động của máy phát ở chế độ xác lập. - eF : Sức điện động trên cực của máy phát. * Hệ phương trình mô tả khâu máy phát. 2.3 - Phương trình mô tả trạng thái động cơ. Sơ đồ nguyên lý của khâu thể hiện trên hình 2.1 ­ Д Iư U eF edc J MC H.2.1. Sơ đồ nguyên lý của động cơ Ta có phương trình cân bằng áp của động cơ và máy phát như sau: (2-7) SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B (2-8) Trong đó: - Udc, UmF: Điện áp của động cơ và máy phát. - edc, emF: Sức điện động của động cơ và máy phát. - Iudc, IumF: Dòng điện của động cơ và máy phát. Phương trình cân bằng sức điện động của phần ứng máy phát, động cơ như sau: Hay: (2-9) Trong đó: : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng của máy phát. : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng của động cơ. * Các điện cảm Lưđc và LưmF được tính như sau: (2-10). Trong đó: - : Hệ số thực nghiệm động cơ có cuộn bù. - : Vận tốc góc của động cơ * Phương trình cân bằng mô men của động cơ là: (2-11) Trong đó: - Mc: Mô men cản quy đổi về trục động cơ. - M = Cđc.Iư: Mô men do động cơ sinh ra. - (2-12) Mô men quán tính thay đổi. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Với: - Jdc: Mô men quán tính động cơ. - Jgt: Mô men quán tính hộp giảm tốc. ( Jgt = 0,3Jdc ) - m: Tải trọng của khối quán tính. - V: Vận tốc chuyển động. - Cdc: Hệ số được xác định theo các tham số định mức: * M = Cdc.iư ( N.m ). * Ở đây ta lấy Mc của cơ cấu bằng Mdm của động cơ. Ta lập được phương trình mô tả chế độ làm việc của khâu động cơ như sau: * Hệ phương trình mô tả khâu động cơ. Mc = Hằng số. 2.4 – Hệ phương tình mô tả hệ thống truyền động điện của cả hệ thống. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Mc = Hằng số 2-5 Nhật xét: Trong máy xúc ЭKG - 5A các cơ cấu chính được TĐĐ theo hệ máy phát - động cơ - khuyếch đại từ. Với hệ thống này có nhiều ưu điểm phù hợp với các chế độ của máy: - Việc xây dựng phương trình trạng thái mô tả: khuếch đại từ, máy phát, động cơ và toàn bộ hệ thống truyền động điện của máy xúc giúp ta giải quyết các bài toán kỹ thuật một cách nhanh chóng với độ chính xác cao. - Để hệ thống truyền động điện làm việc với chất lượng cao đem lại hiệu quả sản xuất thì các thiết bị điện cũng như hệ thống truyền động điện cần phải nâng cao sửa chữa, hiệu chỉnh chuẩn xác đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Xuất phát từ yêu cầu thực tế ta thấy rằng việc xây dựng mô hình toán học để mô tả động học cho máy xúc là việc cần thiết Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ Ĝ ĜĜ Ĝ Ĝ CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CƠ CẤU NÂNG HẠ GẦU MÁY XÚC ЭKG - 5A Thông qua việc nghiên cứu nguyên lý làm việc của máy xúc ЭKG - 5A, ta nhận thấy rằng sơ đồ TĐĐ của các cơ cấu có nguyên lý giống nhau, do đó trong đồ án này em chỉ trình bày sơ đồ của cơ cấu nâng hạ gầu 3.1 Xác định các thông số 3.1.1 - Xác định hệ số KIi: Do các cuộn dây điều khiển trong khuếch đại từ có hệ số KIi khác nhau nên cần quy đổi về hệ số khuếch đại của cuộn chủ đạo. KIi được xác định theo công thức: (3-1) SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Trong đó: - Wcd: Số vòng dây của cuộn chủ đạo YCM-2. - Wi : Số vòng dây của cuộn thứ i. Khi quy đổi một cuộn nào đó về cuộn YCM-2 phải đảm bảo sức từ động là không đổi . (3-2) 3.1.2 - Xác định hằng số thời gian của các cuộn dây trong khuếch đại từ kép ПДД -1,5B. Ta có công thức tính thời gian của khuếch đại từ như sau: (3-3) Dựa vào đặc tính vào ra của khuếch đại từ kép ПДД -1,5B cho ở hình 3.1 ta có thể xác định được KIcd theo bảng 3.1: Hình 3.1 Đặc tính không tải của khuếch đại từ kép Áp dụng công thức: (3-4) SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Bảng 3-1 Idk(A) 0 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,23 It(A) 0 9 20 24 26 27,5 28,5 29,4 30,2 31,1 32,1 KIcd 900 550 200 100 75 50 45 40 30 20 3.1.3 - Xác định khâu hồi tiếp theo dòng,theo áp Trong chế độ xác lập thì điện áp ổn định Uod được tính theo công thức: Uod = It.Rt (3-5) Trong đó: - It: Dòng điện chạy trong mạch tải của khuếch đại từ. - Rt: Điện trở tải của khuếch đại từ (Rt=1,9W). Theo đường đặc tính vào ra của khuếch đại từ đã cho ở hình 3-1 thì quan hệ giữa It và Idk là quan hệ phi tuyến, It =f (Idk). Vậy ta có: It =KIcd.Idk hay (3-6) Hệ số KIcd đã được xác định ở bảng 3.1. Trong đó: - Fdk: Sức từ động của khuếch đại từ. - Fdk = F2 - F6 - F1 - F4 Trong đó: - F2: Sức từ động của cuộn chủ đạo. - F1: Sức từ động của cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng phần ứng. - F4: Sức từ động của cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng. - F6: Sức từ động của cuộn hồi tiếp âm theo áp. 3.1.4 - Xác định sức từ động của cuộn dây điều khiển YCM-2 (F2). Ta có: (3-7) Trong đó: - Ucd: Điện áp cuộn chủ đạo. - Rcd: Điện trở của cuộn chủ đạo (Rcd= 22,6W). - Wcd: Số vòng dây của cuộn chủ đạo ( Wcd = 280Vg). Trong máy xúc ЭKG - 5A để thay đổi Fcd người ta thay đổi trị số dòng điện trong cuộn chủ đạo bằng cách thay đổi giá trị điện trở 4CYП nối tiếp với cuộn chủ đạo. Việc đổi chiều dòng điện trong cuộn chủ đạo để làm đảo chiều dòng điện kích thích độc lập máy phát, thực hiện nhờ bộ tay số điều khiển KKП ở trong ca bin. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Với cơ cấu nâng hạ mỗi cấp điện áp điều khiển của cuộn chủ đạo đã cho trong bảng 3-2 với các điện áp khác nhau: Ucd1 = 2,3V. Ucd2 = 4,5V. Ucd3 = 6,3V. Ucd4 = 10,5V. Ta lập được bảng 3.2 giá trị của F2. Bảng 3.2 Vị trí các số 1 2 3 4 U (V) 2,3 4,5 6,3 10,5 Fcd (A/V) 28,49 55,75 78,05 130,09 3.1.5 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-1 (F1). Sơ đồ nguyên lý của cuộn YCM-1 cho trong hình 3.2 Ta có: F1 =I1. W1. Trong đó: - W1: Số vòng dây của cuộn YCM-1. - I1 : Dòng điện chạy qua cuộn YCM-1. Từ hình vẽ ta tính được I1 qua cuộn YCM-1 là: Trong đó: - Rod: Điện trở cuộn CT. - R1: Điện trở cuộn YCM-1. - R9CДП: Điện trở điều chỉnh dòng cho cuộn YCM-1. - e2: Sức điện động của cuộn dây thứ cấp CT. Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của cuộn YCM-1 SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Mà: (3-8) Trong đó: - : là tỷ số vòng dây của cuộn ổn định và số vòng dây cực phụ máy phát. (3-9) Trong đó: - e1: Sức điện động cảm ứng của cuộn sơ cấp CT. - Lcp: Điện cảm cuộn cực phụ máy phát. Để tìm điện cảm cực phụ là dựa vào công thức tính điện cảm cực chính, với số vòng của cực phụ và cực chính khác nhau. Nên ta đặt: (3-10) (3-11) Trong đó: - CF: Hệ số cấu trúc của máy phát (3-12) Trong đó: - : Hệ số từ tản của máy phát - P: Số đôi cực của máy phát (P=2). - N: Số thanh dẫn của rô to (N=186*4=774). - a: Số mạch nhánh song song (a=2). - : Vận tốc góc của máy phát Từ (3-10), (3-11) ta có: (3-13) Từ (3-9), (3-13) ta có: (3-14) Từ (3-8), (3-14) ta có: (3-15) SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Vậy dòng điện chạy trong cuộn YCM-1 là (3-16) Đặt KeF là hệ số khuếch đại của máy phát theo dòng điện kích thích. ; Đặt: Vậy ta có sức từ động F1 của cuộn YCM-1 như sau: (3-17) Xác định TM: Trong đó: - Wod = 30vg - W1 = 60vg - R1 = 0,48W - Rod =1,19W - R9CДП = 15W Xác định KeF từ đường đặc tính không tải của máy phát nâng hạ gầu thể hiện trên hình 3.3. Ta lập bảng 3.3 Bảng 3.3 EF(V) 0 140 260 350 410 440 465 480 490 Ikt(A) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 KeF 140 120 90 40 30 25 15 10 Hình 3.3 Đặc tính không tải của máy phát nâng hạ gầu SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B 3.1.6 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-6 (F6). Sơ đồ nguyên lý của cuộn YCM-6 thể hiện trên hình 3.4 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý của cuộn YCM-6 Trên sơ đồ ta có: - Wss: Cuộn dây kích thích song song của máy phát. - W6 : Cuộn dây YCM-6. - Rss : Điện trở của cuộn dây kích thích song song của máy phát. - RfG : Điện trở cuộn dây cực phụ của máy phát. - RfД: Điện trở cuộn dây cực phụ của động cơ. Ta có sức từ động qua cuộn dây YCM-6 là: F6 =I6.W6. Trong đó: - I6: Dòng điện chảy qua cuộn dây YCM-6. - W6: Số vòng dây cuộn YCM-6. (3-18) - RW6: Điện trở cuộn dây YCM-6. Ta có điện trở tương đương giữa YCM-6 với cuộn kích thích song song là: (3-19) Tổng điện trở toàn mạch là: RS = Rtd + R2. (3-20) Từ (3-18) và (3-20) ta có: (3-21) Từ (3-18) và (3-20) ta tính được sức từ động của YCM-6 như sau: SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B (3-22) Đặt: (: hệ số hồi tiếp âm theo áp của cuộn YCM-6 ). (3-23) Trong sơ đồ Ucd chính là điện áp đặt lên động cơ do vậy: (3-24) * Tính hệ số Biết: - RW6: 276W. - UW6: 26V. - IW6: 0,1A. - Uss : 65V. - Rss : 17,8W. - Iss : 4,14A. - UF : 460V. - W6 : 560Vg. - R7CДП: 750W, (Khi đo ở vị trí số 4). Ta có: Uae = IW6 .( RW6 + R7CДП) =0,1. (276 + 750) =102,6V. Thay R1 vào công thức (3-18) ta được: Þ RS =Rtd + R2 =24,1 +84 =108,1W 3.1.7 - Xác định sức từ động của cuộn YCM-4 (F6). Trong mạch hồi tiếp âm cắt nhanh theo dòng Phần ứng (БTO) có hai cuộn dây YCM-4 và YCM-5 có tính chất và tác dụng như nhau nhưng chúng lại làm việc ở hai chế độ quay khác nhau. Do đây chỉ xét cho một chiều quay dùng cuộn YCM-4. Ta biết rằng sức từ động F4 chỉ xuất hiện khi Iư > Icắt. Việc xác định hệ số hồi tiếp dòng phần ứng này được tính theo mạch điện của bộ БTO. (3-25) Trong đó: : Hệ số hồi tiếp của mạch cắt nhanh theo dòng phần ứng Icắt = 1,5Idm = 1,5.460 =690A. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B * Khi Iư > Icắt : Lúc này điện áp rơi trên RS của máy phát và động cơ đủ lớn để làm thông đi ốt ổn áp CT1, đồng thời tại thời điểm đó Transsitor T1 mở do xuất hiện thiên áp thuận ở cực gốc (B), cuộn YCM-4 có dòng điện chạy qua, mạch hồi tiếp được đưa vào làm việc của Transsitor T1 ở chế độ mở bão hoà. - Khi T1 làm việc ở chế độ mở bão hoà là: Þ F4 =b. ( iư. - Icắt).1(DI) 3.1.8 - Xác định tham số Eođ của máy phát nâng hạ gầu. Theo đường đặc tính không tải của máy phát AG-G1 cho trong hình 3-3, thì quan hệ EF và Ikt là quan hệ phi tuyến, EF = f (Ikt) hoặc EF = f (Fkt). Ta đặt: Vậy: Eod =KeF.Ikt ; Ikt = Fkt/ Wkt Trong đó: - Ke : Hệ số khuếch đại áp của máy phát. - Fkt : Sức từ động kích thích tổng của máy phát. Mà: - Fkt = FKTĐL + FKTSS 3.1.9 - Xác định sức từ động kích thích độc lập (FĐL). Cuộn kích thích độc lập của máy phát kết hợp với điện trở 1CБ và 2CБ tạo thành mạch cầu, cầu này là tải của khuếch đại từ, sơ đồ như hình 3.5 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý cuộn kích từ độc lập Trong đó: - R1CБ và R2CБ: là các điện trở cân bằng. - Wkt/2: Là hai nửa của cuộn KTĐL của máy phát. Từ hình 3-4 ta có: (3-35) Trong đó: - Ikt1: Dòng điện trong hai nửa cuộn KTĐL ở cửa vào U1 gây ra. SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B - IR : Dòng điện qua điện trở cân bằng. - Rkt: Điện trở cuộn dây KTĐL của máy phát. - R1 = R2 = R/2: Điện trở cân bằng 1CБ và 2CБ. - Y : Từ thông móc vòng: Trong đó: - P: Số đôi cực của máy phát. - : Hệ số từ tản. - CF: Hệ số cấu trúc của máy phát. (CF =19152,8). - eF =CF . jF: Sức từ động của máy phát. Vậy ta có: (3-36) (3-37) T ừ (3-36) và (3-37) theo đặc tính của khuếch đại từ kép ta có: Ut = U1 - U2 (3-38) (3-39) Nhân cả hai vế của (3-39) với Wkt/Rkt ta được: (3-40) 3.1.10 - Xác định sức từ động trong mạch kích thích song song (FKTSS). Sơ đồ mạch kích thích song song như trong hình 3.6 SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Ta có phương trình cân bằng áp của cuộn kích thích song song của máy phát như sau: (3-41) Trong đó: - IKTSS: Dòng điện chảy trong cuộn KTSS của máy phát - RKTSS: Điện trở của cuộn KTSS của máy phát Nhân cả hai vế của (3-41) với WKTSS/RKTSS ta có phương trình cân bằng sức từ động cuộn kích thích song song: (3-42) Từ (3-40) và (3-42) ta có: FKTod = FKTĐL + FKTSS. 3.1.11 - Xác định hằng số thời gian của máy phát TF. - Các thông số: P = 2; ; CF = 19152,8; RKTĐL =1,57W; RKTSS =17,8W; WKTĐL = 300vg; WKTSS = 400vg. Ta có: Đăt: 3.1.12 - Xác định tham số của động cơ nâng hạ gầu. Sơ đồ nguyên lý của khâu như hình 3.7 SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý của động cơ nâng hạ gầu Ta có phương trình cân bằng sức điện động của động cơ và máy phát như sau: (3-43) (3-44) Trong đó: - Udc, UmF: Điện áp của động cơ và máy phát. - edc, emF: Sức điện động của động cơ và máy phát. - Iudc, IumF: Dòng điện của động cơ và máy phát. Phương trình cân bằng sức điện động của phần ứng máy phát, động cơ như sau: Hay: (3-45) Trong đó: : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng của máy phát. : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng của động cơ. * Các điện cảm Lưđc và LưmF được tính như sau: (3-46) SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Trong đó: - : Hệ số thực nghiệm động cơ có cuộn bù. - : Vận tốc góc của động cơ . Do đó: * Phương trình cân bằng mô men của động cơ là: (3-48) Trong đó: - Mc: Mô men cản quy đổi về trục động cơ. - M = Cđc.Iư: Mô men do động cơ sinh ra. - (3-49) Mô men quán tính thay đổi. Với: - Jdc: Mô men quán tính động cơ. - Jgt: Mô men quán tính hộp giảm tốc. ( Jgt = 0,3Jdc ) - m: Tải trọng của khối quán tính, m = mhg + mg = 14500kg. - V: Vận tốc chuyển động. - Cdc: Hệ số được xác định theo các tham số định mức: * M = Cdc.Iư = 5,5 . 490 = 2695 ( N.m ). * Ở đây ta lấy Mc của cơ cấu bằng Mdm của động cơ. 3.3 Nghiên cứu thành lập các mô hình trong hệ thống truyền động điện cơ cấu Nâng hạ gầu trong máy xúc ЭKG-5A. 1 Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng thời gian khuếch đại từ: Từ công thức: Bảng 3.4 Idk(A) 0 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,23 It(A) 0 9 20 24 26 27,5 28,5 29,4 30,2 31,1 32,1 KIcd 900 550 200 100 75 50 45 40 30 20 Ta có sơ đồ cấu trúc MATLAB tính hằng số thời gian khuếch đại từ như hình 3-11: Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc MATLAB tính hằng số thời gian khuếch đại từ 2. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu khuếch đại từ: Từ hệ phương trình mô tả khâu khuếch đại từ: Ta có sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu khuếch đại từ như hình 3-12: SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình 3-12 Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu khuếch đại từ 3. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu máy phát: Từ hệ phương trình mô tả khâu máy phát: Ta có sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu máy phát như hình 3.13 Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu máy phát 4. Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu động cơ: Từ hệ phương trình mô tả chế độ làm việc của khâu động cơ: Mc = Hằng số. Ta có sơ đồ cấu trúc MATLAB mô tả khâu động cơ như hình 3.14 SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình 3.14 Sơ đồ cấu trúc MATLAB mô phỏng khâu động cơ Để mô phỏng TĐĐ cơ cấu nâng hạ gầu, trong đồ án này em sử dụng phần mềm SIMULINK của MATLAB để nghiên cứu quá trình quá độ của máy xúc. Mô hình toán học của TĐĐ của cơ cấu như sau: Stđ của cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng St đ của cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng (hồi tiếp âm theo áp) Mc = Hằng số SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B Hình ảnh của máy xúc EKG-5A trên thực tế SVTH:VŨ THỊ THANH HUYỀN CNKT ĐIỆN 1B THE END