1 Tính chọn công suất động cơ xe cầu

Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu

Tương tự ta tính được công suất tải tĩnh của động cơ xe cầu khi di chuyển

không tải là:

(3.3)

Bây giờ ta xây dựng giản đồ làm việc của động cơ xe cầu trong một chu kỳ

bốc giở hàng hóa của của cầu trục như sau:

Đầu tiên ta tính thời gian nâng (cũng như hạ tải) theo công thức :

( ở đây trong thiết kế nâng cấp ta cho vận tốc nâng hạ tăng lên 10,5 m/ph).

Coi thời gian chờ móc tải (cũng như tháo tải) là : t2=30 (s)

Thời gian di chuyển xe cầu:

t3 =



d .60 60.60

=

= 200( s)

Vc

18



Đồng thời xem như trong một lần bốc dở tải của cầu trục xe con không làm

việc. Nên một chu kỳ làm việc của cầu trục gồm các giai đoạn sau:

GĐ 1: Hạ không tải móc treo (đến xuống gần sát đất)

GĐ 2: Móc hàng

GĐ 3: Nâng có tải (lên cao nhất)

GĐ 4: Mở máy động cơ xe cầu (di chuyển có tải) đến nơi tháo hàng (rồi tắt

máy).

GĐ 5: Hạ có tải (đến gần sát đất)

GĐ 6: Tháo hàng

GĐ 7: Nâng không tải (lên cao nhất)

GĐ 8: Mở máy động cơ xe cầu di chuyển về vị trí lấy hàng ban đầu rồi dừng

kết thúc một chu kỳ làm việc của cầu trục.



21



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu

Ta xây dựng được đồ thị phụ tải của xe cầu trên hình 3-1.



Hình 3-1 Ðồ thị phụ tải làm việc của xe cầu

∆t1 = t1 + t2 + t1 = 26 + 30 + 26 = 82( s)



Trong đó :



∆t2 = t3 = 200( s)

∆t3 = t1 + t2 + t1 = 26 + 30 + 26 = 82( s )

∆t4 = t3 = 200( s)



Để tính chọn công suất động cơ cho xe cầu ta sử dụng phương pháp đẳng trị.

Ta có công thức tính công suất đẳng trị chính xác cho động cơ theo các công suất tải

tĩnh là :

(3.4)

Hệ số tiếp điện tương đối của động cơ:

TDth =



tlv

2.200

=

.100% ≈ 71%

Tck 82 + 200 + 82 + 200



(3.5)



Khi chọn động cơ có hệ số tiếp điện tiêu chuẩn TDtc=40% thì công suất động cơ

được tính về tiêu chuẩn là:

Ptc = Pdtcx .



TDth

71

= 2,85.

≈ 3,8(kW )

TDtc

40



(3.6)



Tiếp theo ta tính tốc độ của động cơ:

Ta có tốc độ vòng bánh xe là : nbx =



Vc

18

=

= 16, 4(vg / ph)

2π .Rb 2.3,14.0,175



Chọn tỷ số truyền chung từ trục động cơ đến trục bánh xe là i = 54

Nên ta có tốc độ động cơ là : ndc = i.nbx = 54.16, 4 = 885(vg / ph)



22



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu

Ta chọn hai động cơ điện cho xe cầu, mỗi động cơ có các thông số sau :

Uđm=220 V, f=50 Hz, TDtc=40%, Pđm=2,2 kW,



m=895(vg/ph)



nd



Mã hiệu động cơ là MTKM 1_11_6



3.2. Xây dựng đặc tính cơ của động cơ xe cầu

Các số liệu tương ứng ban đầu của động cơ là :

Pđ



m=2,2 kW , ndm=895(vg/ph) , TDtc= 40%,Ud đm=380 V, f1=50 Hz=> Uf1=220 V, do



động cơ mắc Y, và số đôi cực p=3, động cơ 3 KĐB pha mã hiệu MTKM1_11_6:

h / Mđm =2,8



Mt



đ / Mđm =2,6



Mk



I1kđ / Iđm=3,8

Hệ số cosϕkđ=0,88

Hệ số cosϕđm=0,78

Hệ số cosϕkt=0,13

I1đm=6,3 (A)

I1kt=4,25 (A)

R1=4,33 (Ω)

x1=2,61 (Ω)

I’2đm=4,4 (A)

R‘2=4,3 (Ω)

x‘2=1,88 (Ω)

Hệ số quy đổi điện trở : kr=ke2=3,88.104 ;

Momen quán tính của roto :J=0.046 (Kg.m2) ;

Khối lượng động cơ : m=70 (Kg) ;



23



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu

3.2.1 Ðặc tính cơ ở tần số định mức

Ứng với f1=fđm=50 Hz

+



Khi s=0 ,

Với p=3

M=0



+



Tại giá trị định mức:

ndm

895

=

= 93, 71(rad / s )

9,55 9,55



ωdm =



M dm



Pdm .103 2, 2.103

=

=

= 23, 48( N .m)

ωdm

93, 71



Vậy ta có:

sdm =



ω1 − ωdm 105 − 93, 71

=

= 0,107

ω1

105



+



Tại giá trị tới hạn :

'

R2



sth =



2

R12 + xnm



M th =



(



xnm=x1+x2’=2,61+1,88=4,49 (Ω)



4,3



=



4,332 + 4, 492



3.U 21

f



2

2.ω1. R1 + R12 + xnm



)



=



≈ 0, 69



(



3.2202



2.105. 4,33 + 4,332 + 4, 49 2



)



= 65, 43( N .m)



Hệ số

+

M mn =



Tại giá trị ngắn mạch ω=0 và s=1 tính theo công thức (2.17) ta được:

'

3. p.R2







R' 

  R1 + 2 ÷



s 



2

2 

2π .s 

+ 4π . f .Lnm 

f













2



.(



U f1

f



)2 =



3.3.4,3

220 2

.(

) = 63,03( N .m)

2



 50

4,3 

  4,33 +

÷

2 

1  4, 49 

2.3,14.1.  

+



50

50 











24



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu



Dựa vào phương trình đặc tính cơ:



M ( s) =



'

3. p.R2







R 

  R1 + ÷



s 



2

2 

2π .s

+ 4π . f .Lnm





f













'

2



2



.(



U f1

f



)2 =



3.3.4,3

220 2

5965

.(

) =

2

2



 50





4,3 

4,3 

s  4,33 +

  4,33 +

÷ 4, 492 

÷ + 20,16

s 

s 













2.3,14.s.

+



50

50 











(3.7)

Ta xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ở tần số f 1=50 (Hz) là M=f(s)

hay M=f(ω) khi cho giá trị của s trong khoảng 0÷1cách đều nhau 0,01. Xử lý số liệu

ta vẽ được đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ở tần số định mức ở hình 3-2.



Hình 3-2 Ðường đặc tính cơ của động cơ xe cầu ở tần số định mức f1=50 Hz



25



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu



3.2.2 Ðặc tính cơ của động cơ ở các tần số khác nhau

Trước hết ta tính tần số tối thiểu f min để khởi động động cơ dựa vào điều kiện

Mkđ=Mnm = MC=Mđm. Ta có:

(3.8)



Trong đó 4 π 2 L2nm = 4π2.[Xnmđm/(2π.fđm)]2=4.492/502 tại điểm khởi động chính là điểm

ngắn mạch có s=1 vậy ta xác định fmin từ biểu thức :

M min =



'

3. p.R2







R' 

  R1 + 2 ÷



s 



2

2 

2π .s 

+ 4π . f min .Lnm 

f min













2



.(



U f1

f min



)2 =



3.3.4,3



220 2

)



 50

4,3 

  4,33 +



÷ 4, 492

1 



2.3,14.1.

+

. f min 





f min

502









2



.(



(3.9)

M min =



Với



3.3.4,3

220 2

119,304

.(

) =

2



 50

 74, 4769



4, 3 

+ 0, 0081. f min 

  4,33 +



 f

÷ 4, 492

1 



min



2.3,14.1.  

+

. f min 





f min

502











= Mđm=23,48 (N.m) (*)



Biến đổi phương trình (*) ở trên ta được phương trình bậc hai là:

0,0081.fmin2 - 5,0811.fmin + 74,4769=0 (**)

Giải phương trình (**) ta tìm được fmin=612,3 (Hz)và fmin=15,02 (Hz)

Như vậy với tần số nguồn cung cấp f>=fmin=15,02 (Hz) thì động cơ mới có khả năng

khởi động.

Với 5 giá trị của tần số f=50, 40, 30, 20,10 (Hz) được chọn để điều khiển tốc

độ động cơ. Khi cho thông số độ trượt thay đổi trong khoảng từ 0 ÷1, cách đều nhau

0,01, thì ta lập đựơc 5 cột giá trị tương ứng của tốc độ góc ω theo s theo công thức:

ω = (1 − s ).ω1 = (1 − s ).



2π . f

p



(3.10)



26



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu

Đồng thời ta cũng có tương ứng 5 cột giá trị của mômen theo s, và biểu thức tính

mômen là:

M=



'

3. p.R2







R' 

  R1 + 2 ÷



s 

2π .s  

+ 4π 2 . f .L2 

nm 



f













2



.(



U f1

f



)2 =



3.3.4,3



220 2

)



 50

4,3 

  4,33 +



÷

2

s  4, 49

2.3,14.s.  

+

.f 





f

502









2



.(



(3.11)



Từ 5 cột giá trị của ω và M qua việc xử lý số liệu ta vẽ đựơc đồ thị đặc tính

cơ của động cơ M = f (ω) ứng với các tần số khác nhau như hình 3-3.



Hình 3-3 Đặc tính cơ của động cơ xe cầu thay đổi theo tần số nguồn cấp

Nhận xét : Dựa vào các đường đặc tính cơ của động cơ M=f(ω) ở các tần số nguồn

cấp khác nhau ta thấy : các đường biểu diễn của chúng có hình dạng tương đối

giống nhau và cách đều khi tần số thay đổi cách đều. Mômen mở máy của động cơ

giảm khi giảm tần số nguồn cấp. Trong cách thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ

động cơ làm thay đổi đặc tính cơ. Nhưng vấn đề vẫn thường được quan tâm chú ý

tới là giảm tối thiểu mômen mở máy giúp động cơ làm việc hiệu quả tối ưu và chạy

êm ái hơn. Trên đồ thị ta nhận thấy, với tần số nguồn cấp f=20 (Hz) thì mômen mở

máy của động cơ là vượt quá mômen cản của động cơ một khoảng ngắn nhất đủ để

mở máy, tiết kiệm năng lượng nguồn điện cấp, nên nó được cho là tối ưu nhất. Còn

ở tần số f=10 Hz thì động cơ không mở máy được do M mn < MC. Hay nói cách khác

khi tần số nguồn cấp f<=fmin thì động cơ không có khả năng khởi động.

Do đó cần dùng phương pháp bù điện áp.



27



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ của động cơ xe cầu



3.2.3 Ðặc tính cơ với quy luật bù điện áp

Để cải thiện đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ theo tần số, trong thực tế người ta

thường áp dụng quy luật bù điện áp kết hợp với quy luật tần số cơ bản như sau :

Ta có điện áp stato lúc bắt đầu mở máy (f = 0) là :

Uf0 = I1.R1=4,25.4,33≈18,4 (V)



(3.12)



Đường biểu diễn quan hệ U theo f theo quy luật tần số cơ bản (đường số 1 trên

hình 3-4) có phương trình như sau :

U=



U dm

220

.f =

. f = 4, 4. f (V )

f dm

50



(3.13)



Tần số fmin bắt đầu bù điện áp ta chọn là : fmin = 4 (Hz)

Điện áp của động cơ tương ứng là Ufmin được tìm từ phương trình :

M nm =



3.3.4,3

 ( 4,33 + 4,3) 2

2.3,14. 

4







2



U



.  f min ÷ = M dm = 23, 48( N .m)

4, 492   4 

+

.4 

502 





(3.14)



Giải phương trình trên ta tìm được Ufmin= 33,72 (V)

Từ đây ta xây dựng được đường đặc tính U theo f với quy luật bù điện áp (đường

số 2 trên hình 3-4). Đường này đi qua 2 điểm : A(0, Uf0) = (0 ; 18,4) và B(fmin, Ufmin)=(4 ;

33,72)

⇒ Ta lập được phương trình đường thẳng là :

U = f.(Ufmin – Uf0 )/(fmin -0) + Uf0 =f. (33,72-18,4)/4+18,4=3,83.f+18,4 (V)



(3.15)



Giao điểm của 2 đường đặc tính số 1 và số 2 trong hình 3.4 là điểm C(f max, Ufmax) với fb và

Ufb là nghiệm của hệ 2 phương trình (3.13) và (3.15), giải ra ta được :

fb=32,28 (Hz) và Ufb=142,03 (V).



28



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu



Ta vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ U và f theo quy luật bù điện áp trong hình 3-4.



Hình 3-4 Quan hệ U và f trong quy luật điều khiển bù điện áp

Từ hình 3-4 ta nhận thấy với tần số động cơ f< f b thì quy luật thay đổi U theo

f tuân theo quy luật bù điện áp là một nhánh của đường đặc tính số (2). Khi f>=f b thì

quy luật thay đổi U theo f tuân theo quy luật tần số cơ bản là một nhánh của đường

đặc tính số (1). Quy luật thay đổi điện áp và tần số đi theo đường gấp khúc ABCDE.

Từ lúc bắt đầu khởi động điểm A động cơ không quay, đến điểm B động cơ bắt đầu

quay. Lúc này việc điều chỉnh tần số mới có tác dụng làm thay đổi tốc độ động cơ.

Với quy luật điều chỉnh có bù điện áp như thế này làm cho động cơ chạy êm hơn,

không bị giật và có thể khởi động ở được ở vùng tần số thấp.

Như vậy 3 giá trị tần số trong khoảng 4 ÷32,28 (Hz) là f= 30, 20,10 (Hz)

được chọn để vẽ các đường đặc tính cơ theo quy luật bù điện áp và so sánh kết quả

đặc tính cơ của quy luật tần số cơ bản. Cách làm tương tự mục 3.2.2 ở trên nhưng

trong quy luật bù điện áp mômen của động cơ được tính theo công thức (3.16) :



29



Chương 3. Tính chọn công suất và xây dựng đặc tính cơ động cơ xe cầu



M=



'

3. p.R2







R' 

  R1 + 2 ÷



s 

2π .s  

+ 4π 2 . f .L2 

nm 



f













2



.(



U f1

f



)2 =



3.3.4,3

3,83. f + 18, 4 2

.(

)

2

f





4,3 

  4,33 +



÷

2

s  4, 49

2.3,14.s.  

+

.f 





f

502











(3.16)



Qua việc tính toán xử lý số liệu ta vẽ đựơc các đường đặc tính cơ của động cơ

M = f (ω) thể hiện trên hình 3-5.



Hình 3-5 Các đường đặc tính cơ của động cơ

với quy luật bù điện áp và tần số cơ bản

Trên hình 3-5 các đường 10, 20, 30 ứng với đặc tính cơ của động cơ theo quy luật

tần số cơ bản ở các tần số 10 (Hz), 20 (Hz) và 30 (Hz). Các đường 10b, 20b, 30b tương

ứng là đặc tính cơ của động cơ theo quy luật bù điện áp ở các tần số 10 (Hz), 20 (Hz) và

30 (Hz). Kết quả trên hình vẽ cho thấy việc điều khiển tần số động cơ theo quy luật bù

điện áp thì đặc tính mở máy của động cơ tốt hơn so với quy luật điều khiển tần số cơ bản

với vùng tần số thấp. Cụ thể là ở tần số f=10 Hz trong quy luật này đã mở máy được cho

động cơ quay. Nhưng ở vùng tần số cao hai quy luật này cho kết quả chênh lêch không

đáng kể. Vì vậy mà ở vùng tần số thấp ta thường điều khiển tần số theo sự thay đổi điện

áp – tần số với quy luật bù điện áp, còn ở vùng tần số cao ta sử dụng quy luật tần số cơ

bản.



30



Chương 4. Sơ đồ điều khiển xe cầu có sử dụng biến tần



Chương 4

SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN XE CẦU

CÓ SỬ DỤNG BIẾN TẦN

4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tấn MM440

4.1.1 Sơ đồ cấu tạo



Hình 4-1 Hình vẽ tóm lược các đầu nối bộ biến tần cỡ vỏ FX



31