Đề tài Đánh giá trang bị điện - Điện tử cần trục Kone tại công ty đóng tàu Phà Rừng - Đề xuất giải pháp cải tiến hiện đại hóa hệ truyền động điện

35 2.6. giíi thiÖu vÒ ®iÒu khiÓn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ Hệ thống chạy chân cần cẩu Kone hiện có là hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ bằng cách ngắt dần điện trở phụ mạch rotor động cơ dây quấn. Việc điều chỉnh này thông qua các công tắc tơ, rơ le đóng điện trở phụ, điện trở này để thay đổi tốc độ di chuyển chân đế của cần trục Kone. Đặc tính cơ của hệ thống khi dùng điện trở phụ Hình 2.9 : Tủ điện trở phụ cơ cấu di chuyển chân đế Động cơ có đặc điểm là: thường có từ 3 đến 6 cấp tốc độ, cho phép momen khởi động lớn, hạn chế được dòng khởi động, khai thác bảo dưỡng đơn giản và có thể mở rộng phạm vi công suất. Ở tốc độ cao người ta cũng không loại bỏ hết điện trở phụ để khắc phục hiện tượng quá tải momen ở tốc 36 độ cao.Đảo chiều quay bằng đảo chiều thứ tự pha của điện áp cấp cho stato. Hình 2.10: Sơ đồ điện và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn khi thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtor. Ở mạch roto tại thời điểm đầu, mạch roto nối 2 pha để tạo ra sự làm việc không đối xứng, từ trường tổng trong máy là elip làm mềm đặc tính cơ, để tạo tốc độ ban đầu rất thấp nhằm khắc phục sai lệch cơ khí của các bánh răng truyền động. Đặc tính cơ tĩnh của hệ thống biểu diễn trên hình 2.5 khi sử dụng động cơ không đồng bộ roto dây quấn, Rf1< Rf2<Rf3. Khi Rf lớn, động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược với tải là thế năng nhằm giữ cho tốc độ là hạ hàng là const. Ưu điểm : Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto để điều chỉnh tốc độ động cơ có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ. Hay dùng điều chỉnh tốc độ cho các phụ tải dạng thế năng (Mc = const). Đối với hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ không đồng bộ roto dây quấn có các ưu điểm sau: Có khả năng tạo ra được nhiều cấp tốc độ bằng cách thay đổi Rf đối R S T NC2NC1 RT U V W KC4 KC3 KC2 KC1 M n 0 -n M co 1,2M cdm M max A N n dm n 0 -1,2M cdm-Mmax A H 0 37 xứng hoặc không đối xứng. Khi Rf tăng dẫn đến Mkđ tăng lên. Nhược điểm: Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là điều chỉnh không triệt để; khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, điều chỉnh trong mạch rôto, dòng rôto lớn nên phải thay đổi từng cấp điện trở phụ, công suất điều chỉnh lớn Gây tổn hao phụ trên điện trở khởi động, hiệu suất của hệ thống là không cao. Không gian lắp đặt đòi hỏi lớn. 2.6.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu Động cơ truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế của cần trục Kone là động cơ dị bộ roto dây quấn M13MTB2F có thông số kĩ thụât như sau:  Công suất định mức: Pdm = 6,5 kW  Hệ số công tác ngắn hạn lặp lại: ε% = 40  Điện áp định mức: Udm = 380V  Tốc độ định mức: n = 1420 v/ph  Điện áp rotor: U2 = 195V  Dòng điện rotor: I2 = 22 (A)  Điện trở rotor: R2 = 0,19 Ω/20 o C Cơ cấu này sử dụng 4 động cơ mỗi bên có 2 động cơ 2.6.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ  Mạch động lực: - 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 là các công tắc tơ cấp nguồn cho mạch Stator của 4 động cơ tương ứng M1, M2, M3, M4 đồng thời có tác dụng trong việc đảo chiều quay của động cơ. Đảo chiều quay của động cơ được thực hiện bằng cách đảo thứ tự 2 trong 3 pha. 38 F31, F32, F33, F34 là các rơ le nhiệt có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ. Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên các động cơ tương ứng. 1K40÷1K43 ; 2K40÷2K43 ; 3K40÷3K43 ; 4K40÷4K43 là các công tắc tơ có nhiệm vụ điều khiển điện trở phụ cho mạch rotor. K7 là công tắc tơ cấp nguồn cho phanh.  Mạch điều khiển : S3 là tay trang điều khiển cho cơ cấu tương ứng với 4 cấp tốc độ. 1K40÷1K43 ; 2K40÷2K43 ; 3K40÷3K43 ; 4K40†4K43 là cuộn hút của công tắc tơ điều khiển điện trở phụ cho mạch rotor của động cơ. D42, D43 là cuộn hút của rơ le thời gian có tác dụng cho việc khống chế điều khiển tốc độ của động cơ. K7 là cuộn hút của công tắc tơ cấp nguồn cho phanh điện từ. 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 là cuộn hút công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ. 2.6.3. Nguyên lý hoạt động  Khi tiến lên phía trước : Đưa tay điều khiển về vị trí số 1 của chiều tiến lên khi đó cấp nguồn cho cuộn hút K11, K11=1 tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút 1K1 và 2K1, tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho mạch stator của 4 động cơ,4 động cơ này hở một pha điện trở rotor không đối xứng máy điện làm việc ở chế độ máy biến áp. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 1 thì đồng thời cấp nguồn cho K7=1 nên Y1, Y2, Y3, Y4 = 1. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 2 thì các cuộn hút 1K40, 2K40, 3K40, 4K40 = 1, tiếp điểm thường mở của chúng đóng lại điện trở mạch rotor đối xứng rotor quay với tốc độ chậm, cơ cấu bắt đầu di chuyển về phía trước. Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 3 thì các cuộn hút 1K41, 2K41, 3K41, 4K41 = 1, tiếp điểm thường mở đóng lại một phần điện trở phụ đã 39 được ngắt ra khỏi mạch tốc độ động cơ được tăng lên làm cho cơ cấu di chuyển về phía trước cũng tăng lên. 1K41 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút của rơ le thời gian D42 làm cho tiếp điểm thường mở đóng chậm được duy trì trong khoảng 1,5s thì đóng lại Khi đưa tay điều khiển về vị trí số 4 thì 1K42, 2K42, 3K42, 4K42 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại điện trở phụ tiếp tục được ngắt ra tốc độ động cơ tiếp tục được tăng lên.1K42 = 1 cấp nguồn cho cuộn hút rơ le thời gian D43 = 1. Tiếp điểm thường mở đóng chậm D43 duy trì sau khoảng thời gian 1,5s được đóng lại cấp nguồn cho cuộn hút 1K43, 2K43, 3K43, 4K43 = 1 tiếp điểm thường mở đóng lại ngắt điện trở phụ ra khỏi mạch tốc độ động cơ tiếp tục tăng lên cơ cấu di chuyển nhanh về phía trước.  Khi lùi về phía sau : Khi điều khiển cơ cấu lùi về phía sau thì các bước thực hiện như tiến về phía trước tuy nhiên công tắc tơ cấp nguồn cho mạch stato lúc này là 2K1 và 2K2 động cơ đảo chiều quay bằng đổi thứ tự pha điện áp mạch stator.Mạch điện rotor thứ tự loại trừ điện trở phụ giống chiều tiến. Khi chuyển nhanh tay điều khiển từ vị trí 1 sang vị trí 4 hay từ 4 về 1 nhờ có sự duy trì của các rơle thời gian mà tốc độ động cơ không tăng đột ngột. 40 Hình 2.11 : Sơ đồ mạch động lực cơ cấu di chuyển chân đế dùng điện trở phụ. w w w w w w w w ww w w 41 Hình 2.12 : Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. 0 1 4 S3 1K1 2K1 1K2 2K2 K11 2K11K1K11 1K41 1K2 2K2 K21 2K1 1K1 2K2 1K2 4 1 0 K21 1K41 K7 0 1 4 1 4 K01 K02 K7 4K403K402K401K40 4 2 4 2 0 0 3 4 3 4 2K41 3K41 4K411K41 1K40 D42 1K41 1K42 D431K42 4K423K422K42 4 4 0 D42 2K43 3K43 4K421K43 D43 0R01 22 : 23 K06 0S048 0S0 X1:21 42 2.6.4. Các bảo vệ  Bảo vệ quá tải cho các động cơ được thực hiện bằng các rơle nhiệt F31, F32, F33, F43.  Bảo vệ ngắn mạch được thực hiện bởi cầu chì trong sơ đồ cấp nguồn.  Bảo vệ „không‟ được thực hiện trong sơ đồ cấp nguồn.Khi cơ cấu đang làm việc vì lý do nào đó mất nguồn cấp thì khi có nguồn trở lại phải đưa tay điều khiển về vị trí không sau đó mới khởi động điều khiển hệ thống làm việc trở lại. Bảo vệ an toàn bằng cơ cấu phanh và công tắc ngắt cuối hành trình 2.7. kÕt luËn vµ nhËn xÐt Về cơ bản chế độ làm việc của hệ thống điều khiển chạy chân cần trục Kone đáp ứng được nhu cầu, chế độ di chuyển tốt. Hiện nay ngành đóng tàu đang được coi là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam, một trong các điển hình tiêu biểu phải kể đến Công ty đóng tàu Phà Rừng. Để phát triển nâng cao năng lực trong đóng mới công ty đã và đang đầu tư mở rộng cơ sở hạ tầng, đẩy mạnh đầu tư vào khoa học công nghệ, trang thiết bị hiện đại tiên tiến. Đồng thời khuyến khích đẩy mạnh công tác khoa học sáng kiến tiết kiệm trong CNV của Công ty để tăng sức cạnh tranh cho sản phẩm. Thiết bị nâng hạ là một trong những thiết bị chủ yếu và quan trọng tham gia vào các khâu sản xuất chính của Công ty trong đó có cần cẩu Kone 15T. Nhiều thiết bị nâng hạ tiên tiến và hiện đại đã được Công ty đầu tư và khai thác rất hiệu quả như: Cẩu 200T và 50T…bên cạnh đó hệ thống chạy chân cần cẩu Kone còn đang dùng chế độ điều khiển cũ . Vậy để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ hiện đại hóa cũng như tiết kiệm nguồn năng lượng tôi xin đề xuất phương án cải tiến hiện đại hóa cho cơ cấu chạy chân đế bằng hệ truyền động điện biến tần – động cơ. 43 Chương 3 ®Ò xuÊt gi¶I ph¸p c¶I tiÕn hiÖn ®¹i hãa hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ 3.1. ®Æt vÊn ®Ò Động cơ không đồng bộ là loại máy điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật truyền động điện do có các ưu điểm là: đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ sử dụng, đặc biệt động cơ rotor lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở cả môi trường có hoạt tính cao và trong nước. Trước đây việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ thường gặp khó khăn khi điều khiển ở vùng tốc độ thấp. Ngày nay, động cơ không đồng bộ được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang được hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớn với điều khiển một chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ thấp. * Cấu trúc của bộ biến tần bán dẫn Bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện từ tần số cố định (thường 50Hz) sang nguồn điện có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều. Hình 3.1: Sơ đồ khối của 1 bộ biến tần và các dạng điện áp 44 Điện áp xoay chiều tần số cố định (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu (CL) ( có thể là không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. Biến tần ngày càng có vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp. Biến tần có khả năng tự bảo vệ quá tải và quá nhiệt cho động cơ mà không cần attomat hay công tắc tơ nào khác. Điều khiển tốc độ động cơ một cách dễ dàng với các tính năng vượt trội của biến tần ngoài việc cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống biến tần còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng. Do biến tần sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại vì vậy năng lượng tiêu thụ cũng sấp sỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Biến tần luôn giữ cho hệ số công suất cosφ = 0,96. Điều này đảm bảo cho lưới điện có hệ số sử dụng cao và giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng. Biến tần đảm bảo cho chế độ điều khiển liên tục, phù hợp với đòi hỏi tuyệt đối của công nghệ về lưu lượng và áp suất. Điều này làm tăng chất lượng của quá trình Ngoài ra biến tần còn có khả năng tự động hoá hệ thống nhờ bộ PID tích hợp sẵn bên trong dùng cho điều khiển vòng kín cổng giao tiếp với hệ thống tự động hoá RS485 có sẵn trên bộ biến tần tạo khả năng ghép nối và điều khiển tự động từ xa dễ dàng. Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài...). Với những ưu điểm vượt trội của biến tần như vậy, việc nghiên cứu để đưa ra giả pháp cải tiến hệ TĐĐ là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nắm vững nguyên lý làm việc của hệ thống, đưa ra các phương án cải tiến đồng thời ngày một hoàn thiện hệ thống góp phần tiết kiệm ngân sách cho đất nước. 45 3.2. kh¶o s¸t c¸c ph•¬ng ¸n truyÒn ®éng hiÖn ®¹i hãa Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Trong các cơ sở công nghiệp thường sử dụng một lượng lớn các hệ thống truyền động điện . Sự phát triển của điện tử công suất trong những năm 90 của thế kỷ trước đã dẫn tới sự phát triển mạnh mẽ của các hệ truyền động xoay chiều và nó dần thay thế các hệ thống truyền động điện một chiều truyền thống . Cùng với các yêu cầu về chất lượng điều khiển của hệ thống, yêu cầu về mặt kinh tế đã đưa tới hệ quả là việc lựa chọn giải pháp truyền động điện không còn đơn giản là việc lựa chọn động cơ với bộ biến đổi công suất thuần tuý mà nó yêu cầu các nhà thiết kế phải có sự tính toán cân nhắc giải pháp cho toàn hệ thống. Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Đồ án này trình bày một số vấn đề đặt ra khi tính toán lựa chọn giải pháp truyền động điện cho cơ cấu di chuyển chân đế nhà máy đóng tàu Phà Rừng. 3.2.1. Hệ truyền động điều chỉnh điện áp động cơ a. Nguyên lý: Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stator động cơ tài liệu [3,trang 61] như sau: sX s R R RU M mn f . ' '..3 2. 2 2 11 2 2 1 46 Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch rotor đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh. b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng:  Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở rotor tốc độ động cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động cơ tài liệu [3, trang173] như sau: sPMP dtcs .)( 1 Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đưa vào mạch rotor nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn. Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng làm bộ khởi động mềm (softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường 47 đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm). Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động di chuyển chân đế cần trục Kone là không có ý nghĩa, điều đó có nghĩa là phương án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này. 3.2.2. Hệ điều chỉnh xung điện trở mạch rotor a. Nguyên lý điều chỉnh: Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc. Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt. Công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. + Độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto tài liệu [3, trang 73]: rdfth th R R RR R s s 2 2 20 Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s= 0 sth là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết: 2 0 200 . R R ss R R s s s s rd rdth th Trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Có biểu thức mô-men tài liệu [3, trang 162] như sau: 48 01 2 2 2 . 2 1 22 1 . .3 ]) ' .[( ' .3 s RI X s R R s R U M rd mn f Như vậy nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng, mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: Kho¸ K Mạch điều khiển gồm điện trở mạch một chiều R1 và khóa bán dẫn K đấu song song đóng cắt một cách chu kì để điều chỉnh giá trị trung bình của điện trở toàn mạch. Khi K đóng điện trở R1 bị loại ra khỏi mạch, dòng điện Rtd t M Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính 49 rôto tăng lên. Khi K ngắt điện trở R1 lại được đưa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. 000 ... R T t R tt t RR ck d ngd d td Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: 2 .. 2 1 0RRR tdf Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của K ta thay đổi được và từ đó thay đổi được Rf. Cho =0 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động về mặt lý thuyết là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). + Phương pháp này nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi di chuyển bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. 50 + Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việc điều ch ỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều ch ỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều ch ỉnh lớn hơn lại b ị tiêu hao vô ích nên nó ch ỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình. Phân tích ưu và nhược điểm của phương án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone ta thấy rằng đây là một phương án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phương pháp biến tần sẽ được trình bày dưới đây. 3.2.3. a. Hệ truyền động biến tần – động cơ Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển biến tần động cơ Trong hệ truyền động điện dạng này thường sử dụng máy phát xung (pulse generator) để phản hồi tốc độ, phục vụ cho việc điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần PWM, sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền động điện được SD T2 T1 E Th2 Th1 W V U T S R M 3~ INV2 T2 SD T1 PG nguån 440V AC tõ PLC PLC DODI2 bit chiÒu 8 bit tèc ®é ENCODER 30 30 tay ®iÒu khiÓn bé m· ho¸ INVERTER c¬ cÊu chÊp hµnh computer 51 trình bày trên các hình 3.3 Tay điều khiển nối liên động với trục Encoder tạo ra các tín hiệu dạng số điều khiển giá trị tốc độ quay của động cơ. Encoder cấp tín hiệu 8 bite tốc độ +2 bite chiều cho bộ mã hoá đưa tín hiệu điện đến các đầu vào (DI) của hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controler). Các tín hiệu 8 bite mã hoá tốc độ đặt gồm có 256 trạng thái (tín hiệu số) được chuyển thành analog có giá trị từ 0 đến 10 VDC để điều khiển biến tần. Ta đảo chiều động cơ bằng cách đảo pha giữa các đầu ra của biến tần quyết định điện áp U1, tần số ở đầu ra R1,S1,T1. Trên trục động cơ được nối với một máy phát xung (P/G) là cảm biến tốc độ thường có 3 đầu vào tín hiệu, số lượng xung của cảm biến (2000 - 6800 xung/vòng) và có 2 đầu nguồn điện cấp cho (P/G). Khi các đầu vào (D/I) thoả mãn mọi điều kiện theo chương trình điều khiển cài đặt sẵn trong CPU thì phần mền điều khiển PLC cho phép cấp các tín hiệu ở đầu ra (D/O). Các thông tin đo, kiểm tra và bảo vệ được đưa vào các (D/I) các tín hiệu được lưu giữ, biến đổi. CPU của PLC được nối với máy tính công nghiệp để thông báo các chế độ công tác hoặc lỗi của hệ thống.  Ưu điểm: - Số cấp tốc độ được tạo ra cho biến tần là rất lớn theo nguyên tắc D/A. Hệ thống điều chỉnh tốc độ láng, do đó trong hệ thống không cần thiết kế hãm động năng, tái sinh trong các máy công suất nhỏ (không xảy ra hãm vì khoảng tăng tốc độ rất nhỏ). Tỉ số f u thay đổi để phù hợp với tải Mc thay đổi. Hệ thống ổn định tốc độ khi Mc thay đổi từ Mc0 đến 1,2 Mcđm bằng cách thay đổi U, f. Trên đặc tính cơ tĩnh khi tải thay đổi nó làm việc với đặc tính cơ ở phía trên.  Nhược điểm: 52 Nhược điểm chủ yếu của các hệ thống truyền động điện này là hiện nay bộ biến tần còn tương đối phức tạp và đắt tiền. Vì vậy đã hạn chế phạm vi ứng dụng của truyền động điện có điều khiển tần số. Nhưng những ưu điểm của chúng vẫn là cơ bản. Nếu tạo ra được những bộ biến tần với mức độ phức tạp và giá thành vừa phải, thì truyền động điện điều khiển tần số dùng động cơ không đồng bộ lồng sóc sẽ được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và sinh hoạt. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng + Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp – tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. + Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất. + Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phương pháp điều chỉnh khác. Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phương án truyền động dùng hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng như đáp ứng được yêu cầu truyền động cần trục. 3.3. chän ph•¬ng ¸n c¶I tiÕn hîp lý Ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phương pháp truyền động cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai 53 phương án là phù hợp với yêu cầu truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. Đó là:  Phương án truyền động bằng phương pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn.  Phương án truyền động bằng phương pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc. Để chọn ra một phương án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng như chi phí vận hành dưới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phương án. 3.3.1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh Về mặt này rõ ràng phương pháp xung điện trở roto chiếm ưu thế hơn. Như nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở ro to là có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ. Với phương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương pháp xung điện trở. 3.3.2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều Như đã biết phương pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phương pháp điều chỉnh công suất trượt, nhưng ở đây công suất mạch roto không được đưa tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy phương pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh D =10 1; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn phương pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng số nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Cả hai phương pháp đều cho phép có được momen khỏi động lớn, đều có khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần tư (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhưng với phương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp 54 với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn. 3.3.3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phương án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu tư cho bộ điều chỉnh xung; nhưng bù lại động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi trường làm việc nặng nề của động cơ truyền động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý. 3.3.4.Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành Do khả năng điều chỉnh tần số đưa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên thực tế phương pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên. Xét về mặt lý thuyết thì phương pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhưng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy kém. Phương án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp. KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay của nhà máy đóng tàu Phà Rừng có thể quyết định chọn phương án 55 truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. 3.4. thiÕt kÕ cÊp nguån cho cÇn trôc kone Nguồn cấp cho hoạt động của cẩu được đưa trực tiếp từ máy biến áp 35kV/6,5kV, qua hệ thống rulo quấn cáp, bộ chổi than vành góp đưa vào buồng cao thế. Trong buồng cao thế gồm có 1 biến áp ba pha 6,5kV/380V 200KVA để cấp nguồn động lực cho các cơ cấu truyền động nâng hạ hàng, nâng hạ cần, quay mâm, di chuyển chân đế và một biến áp 380/220V 3KVA để cấp nguồn điều khiển, ánh sáng, điều hòa, còi, báo động… Từ biến áp ba pha có 4 lộ dẫn đến các công tắc tơ K1,K2 trong tủ số 1,2,3 và 1 lộ còn lại cấp nguồn cho biên tần ở cơ cấu di chuyển chân đế thông qua công tắc tơ KM ở tủ số 4. Hình 3.4: Cơ cấu chân đế cần trục Kone 56 Hình 3.5: Sơ đồ lắp ráp cơ cấu di chuyển chân đê 57 : STT đm (kW) 1 4 20 2 2 15 3 Phanh 1 1 65 3 4 Phanh 1 1 65 3 5 3 3 kVA 6 1 12 kVA 7 3 3 8 2 1.5 9 3 0.3 10 30 0.075 11 2 1.5 12 1 2.5 284 58 Phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cấp điện. Khi thiết kế một công trình nào đú nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy . Phụ tải tính toán phụ thuộc nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các máy, chế độ vận hành của chúng. Vì vậy xác định chính xác phụ tải tính toán là nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng bởi vì phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị có khi dẫn tới cháy nổ. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu do đó gây lãng phí Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax công suất trung bình Ptb Xác định phụ tải tính toán theo công thức [7, trang 594] n i dmisdtbtt PkkPkP 1 maxmax ... tgPQ tttt . 22 tttttt QPS dm tt tt U S I .3 Trong đó: n – số Ptb - công suất trung bình của nhóm phụ tải trong ca máy tải lớn nhất. Pđm - công suất định mức của máy, nhà chế tạo cho ( kW). Uđm - điện áp dây định mức của lưới, (V). ksd = 0.16 Cos φ . kmax – hệ số cực đại công suất hữu công của nhóm thiết bị. Tra bảng đường cong [7, trang 32] 59 nhq - số thiết bị dùng điện hiệu quả. Các bước xác định nhq : Bước 1: Xác định n1 là số thiết bị có công suất lớn hơn hoặc bằng một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. Bước 2: Xác định In i dmiI PP 1 Bước 3: Xác định n n n I* P P P I* P: tổng công suất của các thiết bị trong nhóm thiết bị (nhóm phụ tải) đang xét. Bước 4: tra [7, trang 36] ta được nhq* theo n* và P* Bước 5: tính nhq= n. nhq* Xác định phụ tải tính toán cho cả cẩu Kone 74,0 284 210 * P P P I 23,0 26 6 * n n n I Tra bảng [7, trang 36] ta có nhq* = 0,45 nhq= n. nhq* = 0,45 . 26 = 11,7 Tra đường cong tài liệu [7, trang 32] ta có kmax = 3,4 )(155284.16,0.4,3 ... 1 maxmax kW PkkPkP n i dmisdtbtt 60 )(2,20633,1.155 . kVA tgPQ tttt )(2582,206155 22 22 kVA QPS tttttt )(392 .3 A U S I dm tt tt Xác định phụ tải cho từng cơ cấu của cẩu Kone theo như trên ta có bảng số liệu sau: Bảng 3.2: Bảng phụ tải tính toán các cơ cấu cẩu Kone STT Tên cơ cấu Ptt (kW) Qtt (kVAR) Stt (kVA) Itt (A) 1 Cơ cấu quay mâm 31 41,23 51,6 78,4 2 Cơ cấu nâng hạ hàng 70 93,1 16,5 177 3 Cơ cấu nâng hạ cần 70 93,1 16,5 177 4 Cơ cấu di chuyển chân đế 81 107 134 203,6 5 Chiếu sáng 9,6 12,76 15,9 24,3 3.4.3. Tính chọn cáp và cầu chì bảo vệ cho cẩu Kone a. Tính chọn cáp Chọn dây dẫn cho cần cẩu Kone sử dụng phương pháp xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng không đổi. Phương pháp này có ưu điểm là tổn thất công suất và điện năng là nhỏ nhất Phương pháp này sử dụng công thức trong tài liệu [7, trang 283] như sau: F I J Hay J I F 61 Trong đó J là mật độ dòng điện Đối với cáp trên bờ chọn J = 5 A/mm2. Vậy ta tính được cáp cấp nguồn cho cẩu Kone và cho từng cơ cấu như sau: Chọn cáp từ nguồn biến áp tới Rulo cuốn cáp và tới cầu dao Q1: )(4,78 5 392 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 95 mm2. * Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu di chuyển chân đế: )(7,40 5 6,203 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu quay mâm: )(68,15 5 4,78 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp loại PVC 4 lõi có tiết diện 25 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu nâng hạ hàng: )(4,35 5 177 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp từ cầu dao Q1 tới cơ cấu nâng hạ cần: )(4,35 5 177 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp PVC 4 lõi có tiết diện 50 mm2 Chọn cáp chiếu sáng: )(86,4 5 3,24 2mm J I F Tra bảng ta chọn cáp loại PVC 4 lõi có tiết diện 6 mm2 62 b. Tính cầu chì bảo vệ *Chọn cầu chì bảo vệ tổng Dây chảy của cầu chì bảo vệ chung cho một nhóm máy sử dụng công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(8,275 2 2,116.5,1)2,116263( 2 . max A IkI I đm kđđmi đmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 300 A Dòng điện định mức của cầu chì là 350 A Chọn cầu chì từ cầu dao Q1 tới cơ cấu di chuyển chân đế Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(25,89 6,1 7,35.4 5,26,1 A I I kđđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 100 A Dòng điện định mức của cầu chì là 100 A Chọn cầu chì từ cầu dao tới cơ cấu nâng hạ hàng Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(13,243)36,52,116(.2. AImI lvđvđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 260 A Dòng điện định mức của cầu chì là 380A Chọn cầu chì từ cầu dao tới cơ cấu nâng hạ hàng cần Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(13,243)36,52,116(.2. AImI lvđvđmdc 63 Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 260 A Dòng điện định mức của cầu chì là 380A Chọn cầu chì chiếu sáng Công thức trong tài liệu [7, trang 608] như sau: )(2,4 AII lvđvđmdc Tra bảng 2.31 tài liệu [7, trang 644] chọn cầu chì kiểu ống do Liên Xô chế tạo Dòng điện định mức của dây chảy là 6 A Dòng điện định mức của cầu chì là 15 A Bảng 3.3: Chọn cáp và cầu chì cho cẩu Kone STT Tên cơ cấu Chọn cáp Chọn cầu chì Loại cáp Thông số (mm 2 ) Loại cầu chì Thông số 1 Cấp nguồn cho Kone PVC 4 lõi 95 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 300 2 Cơ cấu chạy chân đế PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo `100 100 3 Cơ cấu quay mâm PVC 4 lõi 25 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 4 Cơ cấu nâng hạ hàng PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 260 5 Cơ cấu nâng hạ cần PVC 4 lõi 50 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 350 260 6 Chiếu sáng PVC 4 lõi 6 ПP – 2 Liên Xô chế tạo 15 6 64 Q1 F1 300 350 F2 100 100 A-F2 16AH F70 10AH K-F1 80A A-F1 260 350 P- F1 260 350 50 50 Co c?u nâng h? hàng Co c?u nâng h? c?n Co c?u quay mâm Micro hoist Phanh chi?u sáng 66 Di chuy?n chân d? Q2 Hình 3.6: Sơ đồ cấp nguồn cho cần cẩu Kone 65 3.5. c¶I tiÕn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ 3.5.1. Tính chọn công suất của động cơ Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một khâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ. Chọn loạ i động cơ. Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến giá thành lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ. Trong lĩnh vực truyền động cần trục trước kia, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp được dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ như vậy là bản thân loại động cơ này có những ưu điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có được, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trưng của một số lĩnh vực truyền động. Trước hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lượng thanh trượt ít so với các loại động cơ khác. Đối với truyền động di chuyển chân đế, động cơ này đảm bảo được những tốc độ di chuyển ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng. Tuy nhiên hiện nay, được sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những đặc điểm như: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hết các loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này. Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của lĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nhược điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là người ta đã tạo ra được tất cả những đặc tính cơ thoả mãn hầu hết quá trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành và lắp đặt. Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việc dùng nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp. 66 Các thông số đã biết của cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone: Trọng lượng cơ cấu chân đế: 6T Tải trọng định mức: Gdm = 15T Lực cản chuyển động khi trọng tải định mức Fc = 6480N Hiệu suất cơ cấu: 85% Tỉ số truyền: 20 Đường kính bánh xe: D= 0,35m Thời gian xe dừng để tháo tải trọng: t01 = 80s Thời gian lấy tải: t02 = 120s Cung đường dịch chuyển tải trọng l = 50m Tốc độ di chuyển: V= 55m/ph Bán kính cổ trục: r = 0,14 m Hệ số ma trượt trượt: 01,0 Hệ số dự trữ : k = 1,75 Hệ số ma sát của bánh và ray: f = 0,09 Bán kính cong: R = 50 cm Tính lực cản: N R rfk D GF k n 9150 50 05,0 14,0.01,009,075,1 35,0 2 10 05,0 . 2 4 0 Công suất tính trên trục động cơ khi có tải bằng định mức: kW F P c c 88,9 85,0.60.1000 55.9150 .1000 . Công suất cản tĩnh mà khi xe chạy không tải khi đó hiệu suất 78,0 kW P P c co 75,10 78,0.60.1000 55.88,9 .1000 . 67 Thời gian xe chạy hết quãng đường là: s l t 55 55 60.50 Hệ số tiếp điện tương đối: %36 1208055.2 %100.55.2 2 %100.2 0201 ttt t TĐ Động cơ chế tạo không có hệ số tiếp điện quy chuẩn TĐ = 36% nên chọn loại động cơ có hệ số tiếp điện 40 % Tốc độ động cơ được xác định theo công thức: phv D i n k dc /1001 35,0.14,3 20.55 . . Theo sổ tay tra cứu ta chọn động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có thông số kĩ thuật như sau: Công suất của động cơ: Pdm = 20 kW Điện áp định mức: Udm = 380V Dòng điện định mức: Idm = 23A Tốc định mức: ndm = 1410 vòng/phút Hệ số công suất cosφ = 0,81 Như vậy bốn động cơ rotor dây quấn được thay thế bằng bốn động cơ rotor lồng sóc có thông số kĩ thuật như trên. : Tần số tương ứng với các cấp tốc độ là tốc độ 1 : 10Hz tốc độ 2 : 20Hz tốc độ 3 : 30 Hz tốc độ 4 : 60Hz 68 3.4.2 Dynac Vector II Dynac Vector II . Dynac Vector II . 69 Hình 3.7: Biến tần Dynac Vector II : . . 0 ÷ 200Hz. 2,2 ÷ 90 Kw. 380 ÷ 480V. 3s. . 70 . ,qu . Dynac Vector II , tro . Dynac Vector II. 3.5.3. Sơ đồ thiết kế hệ TĐĐ biến tần - động cơ cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone a. Chức năng các phần tử trong sơ đồ: F2 là cầu chì bảo vệ cho ngắn mạch. K2 là công tắc tơ cấp nguồn cho biến tần. T1 có công suất 3000VA là máy biến áp hạ áp từ 400 xuống 220 cấp nguồn cho mạch điều khiển. S3 là tay trang điều khiển có 4 cấp tốc độ. M1, M2, M3, M4 là các động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc truyền động cho cơ cấu di chuyển chân đế.Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên trục các động cơ tương ứng. R – R10 ÷ R – R14 là các công tắc tơ có nhiệm vụ làm thay đổi tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tiếp điểm chính của mạch điều khiển đưa tín hiệu vào biến tần. TK1 là công tắc tỏ đặt chế độ sẵn sàng có hoạt động biến tần. 71 RK06 và R K36 là hai công tắc tơ của ngắt cuối hành trình cho cơ cấu. Tiếp điểm R K06 (13,14) và R K 36 (13, 14) là hai tiếp điểm chính của công tắc tơ điều khiển TK1 chế độ Ready. K71 là công tắc tơ điều khiển phanh cho cơ cấu. R K10 và R K11 là hai công tắc tơ đảo chiều quay cho cơ cấu tiến hay lùi. b. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Hệ thống điều khiển cũng có 4 cấp tốc độ điều khiển tương ứng với 4 công tắc tơ điều khiển nguồn vào biến tần. Ở chế độ tiến: Ứng với tốc độ 1 của tiến thì tay trang điều khiển tác động ở tốc độ 1 cấp nguồn cho công tắc tớ RK10 = 1 , tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng lại cấp nguồn điều khiển cho biến tần xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển cấp cho động cơ. Ứng với tốc độ 2, 3, 4 hệ thống hoạt động tương tự như trên Với chế độ lùi Để hệ thống đảo chiều quay thì tay trang tác động cấp nguồn cho công tắc tơ RK11 = 1 tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng lại cấp nguồn điều khiển cho biến tần xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển cấp cho động cơ quay theo chiều ngược lại. 72 Hình 3.8: Sơ đồ mạch động lực cơ cấu di chuyển chân đế cải tiến. 73 Hình 3.9: Mạch biến tần cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone. 74 Thay 4 công tắc tơ 1K1, 1K2, 2K1, 2K2 bằng 1 công tắc tơ có dòng điện định mức tương đương bằng 1,5 tổng dòng điện định mức của các công tắc tơ trên đồng thời để cấp nguồn cho biến tần. Bỏ các rơ le nhiệt F31, F32, F33, F34 là các rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ vì biến tần có chức năng bảo vệ quá tải. Y1, Y2, Y3, Y4 là các phanh điện từ gắn trên các động cơ tương ứng được giữ lại, cuộn hút của phanh được điều khiển bằng PLC. Khi ra lệnh dừng động cơ đến biến tần sau 1 giây PLC sẽ xuất tín hiệu ngắt điện của cuộn hút phanh để má phanh bóp lại dừng động cơ. K7 là công tắc tơ cấp nguồn cho phanh được giữ lại, cuộn hút của công tắc tơ được điều khiển bởi PLC. Bỏ các công tắc tơ 1K40 đến 1K43 ; 2K40 đến 2K43 ; 3K40 đến 3K43 ; 4K40 đến 4K43 là các công tắc tơ có nhiệm vụ điều khiển điện trở phụ mạch roto, thay vào đó là các cuộn hút của công tắc tơ R-K10 ÷ R-K14 cùng với các tiếp điểm tương ứng đưa vào đầu vào điều khiển biến tân với 4 cấp tốc độ tương ứng. Giữ lại tay trang điều khiển 4 cấp tốc độ S3, tín hiệu điều khiển từ tay trang được đưa vào đầu vào của PLC. Bỏ D42, D43 là cuộn hút của rơ le thời gian có tác dụng khống chế điều khiển tốc độ động cơ thay vào đó sử dụng PLC để khống chế. Đây là công việc cuối cùng khi thiết kế hệ thống điều khiển tự động. Khi thiết kế lắp ráp cần phải đảm bảo nâng cao các chỉ tiêu về chất lượng và phải chấp hành đầy đủ các tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật hiện hành của nhà nước về lắp đặt thiết bị. Khi lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị thì các thiết bị động lực để truyền động cơ cấu sản xuất cùng với các công tắc hành trình, các nút ấn điều khiển 75 phải được bố trí trực tiếp trên cơ cấu sản xuất. Còn khi bố trí các thiết bị trên panel phải dựa trên các nguyên tắc: Nguyên tắc nhiệt độ: Các thiết bị toả nhiệt lớn khi làm việc phải để ở phía trên, các thiết bị chịu ảnh hưởng lớn về nhiệt độ phải ở xa các nguồn sinh nhiệt. Nguyên tắc trọng lượng: Các thiết bị nặng phải đặt dưới thấp để tăng cường độ vững chắc của bảng điện, giảm nhẹ các điều kiện để cố định chúng. Nối dây tiện lợi: Đường nối dây ngắn nhất và ít chồng chéo nhau. Khi bố trí thiết bị cần phân thành từng nhóm riêng biệt để thuận lợi việc sửa chữa thay thế. Các phần tử trong một nhóm phải bố trí gần nhau nhất sao cho thuận tiện cho việc tiến hành lắp đặt sủa chữa, hiệu chỉnh. Từ những nguyên tắc trên, tủ điện của cần trục được bố trí theo từng ngăn riêng biệt: cấp nguồn, nâng hạ hàng, di chuyển chân đế, nâng hạ cần, quay mâm và tủ cấp điện cho các cơ cấu phụ. Các tủ điện được bố trí trên dầm ngang của cần trục, bắt đầu từ tủ cấp nguồn (EE1), tiếp đến là tủ cho cơ cấu nâng hạ (KE1) kích thước (1,1 x 2,2)m. Tủ bao gồm màn hình hiển thị, các cầu dao cấp nguồn chính, khối SITOP cấp nguồn 24V cho PLC, các công tắc tơ chính và hai biến áp cấp nguồn điều khiển. Các thiết bị trong tủ được bố trí gọn gàng theo từng nhóm cấp nguồn, đảm bảo chất lượng điều khiển và độ an toàn cho cầ 76 Hình 3.10: Bố trí các thiết bị điện trên tủ cơ cấu di chuyển chân Hình 1.11: Tay trang điều khiển cần cẩu Kone 77 Các thiết bị ở bàn điều khiển bên tay phải trên cabin gồm:  Hoist up, hoist down vận hành cơ cấu nâng hạ hàng chính.  Luffing out, luffing in vận hành cơ cấu nâng hạ cần.  Slewing counter clokwise, Slewing counter vận hành cơ cấu quay mâm.  Portal vận hành cơ cấu di chuyển chân.  Nút ấn emergency stop ấn để dừng tất cả các chuyển động trong trường hợp khẩn cấp; công tắc flood light (on – oof) chọn để chiếu sáng.  Control on, control off ấn để bật tắt nguồn điều khiển; cab light quay để điều chỉnh mức độ sáng đèn cabin. Nhận xét: Với cách thiết kế như trên tất cả các cơ cấu được điều khiển riêng biệt nhưng luôn tuân theo những quy tắc an toàn, ví dụ như: không nâng khi một cơ cấu hỏng thì các cơ cấu còn lại vẫn hoạt động. Các thiết bị điện, khí cụ điện hiện đại đảm bảo an toàn, tin cậy chất lượng và giá thành sản phẩm. 78 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1: Tæng quan vÒ nhãm cÇn trôc nhµ m¸y ®ãng tµu phµ rõng ............................................................................................ 3 1.1. lÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng ..... 3 1.2. c¸c yªu cÇu vÒ n©ng vËn chuyÓn cña c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng .............................................................................................. 4 ........................................ 6 1.2.2. Các phương pháp nghiên cứ ................ 8 1.3. cÇn trôc trong c«ng ty ®ãng tµu phµ rõng ................. 10 1.3.1. Kết cấu bố trí lắp đặt ............................................................................. 10 ận hành cần trục ............................................................. 12 1.4. nhËn xÐt vµ ®¸nh gi¸ thùc tr¹ng kÜ thuËt cÇn trôc .... 16 Chương 2: Kh¸I qu¸t vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng ®iÖn cho cÇn trôc kone ..................................................... 19 2.1. giíi thiÖu chung vÒ cÇn trôc kone ..................................... 19 2.2. c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng cÇn trôc kone ........................... 21 2.3. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ hµng ........................... 25 2.3.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ hàng .................................... 25 2.3.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 25 2.3.3. Các bảo vệ trong cơ cấu nâng hạ hàng cần trục Kone .......................... 27 2.4. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn .............................. 27 2.4.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu .......................................................... 27 2.4.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 28 2.4.3. Các bảo vệ của cơ cấu nâng hạ cần cần trục Kone ............................... 30 79 2.5. truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu quay m©m ................................... 30 2.5.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu quay mâm......................................... 30 2.5.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 31 2.5.3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 31 2.5.4. Các bảo vệ cho cơ cấu ........................................................................... 32 2.6. giíi thiÖu vÒ ®iÒu khiÓn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .... 35 2.6.1. Động cơ truyền động cho cơ cấu .......................................................... 37 2.6.2. Chức năng các phần tử trong sơ đồ ....................................................... 37 2.6.3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................. 38 2.6.4. Các bảo vệ ............................................................................................. 42 2.7. kÕt luËn vµ nhËn xÐt ................................................................... 42 Chương 3: ®Ò xuÊt gi¶I ph¸p c¶I tiÕn hiÖn ®¹i hãa hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .................... 43 3.1. ®Æt vÊn ®Ò .......................................................................................... 43 3.2. kh¶o s¸t c¸c ph•¬ng ¸n truyÒn ®éng hiÖn ®¹i hãa .. 45 3.2.1. Hệ truyền động điều chỉnh điện áp động cơ ......................................... 45 3.2.2. Hệ điều chỉnh xung điện trở mạch rotor ............................................... 47 ............................................. 50 3.3. chän ph•¬ng ¸n c¶I tiÕn hîp lý ............................................. 52 3.3.1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh......................................................... 53 3.3.2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều ................................................................................................. 53 3.3.3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động ...................................... 54 3.3.4.Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành ............................... 54 3.4. thiÕt kÕ cÊp nguån cho cÇn trôc kone ............................. 55 ...................................................... 57 80 ........................................ 58 3.4.3. Tính chọn cáp và cầu chì bảo vệ cho cẩu Kone .................................... 60 3.5. c¶I tiÕn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c¬ cÊu di chuyÓn ch©n ®Õ .................................................................................................................... 65 3.5.1. Tính chọn công suất của động cơ .......................................................... 65 ............................................ 68 3.5.3. Sơ đồ thiết kế hệ TĐĐ biến tần - động cơ cho cơ cấu di chuyển chân đế cần trục Kone .................................................................................................. 70 ................................................................ 74