Luận văn Tính chọn công suất động truyền cho băng tải

Luận Văn Đề Tài Tính chọn công suất động truyền cho băng tải Mục Lục Phần II: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHO BĂNG TẢI * NGUYÊN LÝ CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN: Động cơ điện là thiết bị đổi điện năng thành chuyển động tròn xoay. Nguyên lý cấu tạo của động cơ điện có thể được mô tả như sau: Biến Tần Cấu tạo động cơ điện Bi Trục Cổ góp Rotor Vỏ kim loại Phần quay của động cơ gọi là Rôto hay phần cảm. Trên Rôto có thể có dây hay nam châm vĩnh cửu hoặc hợp kim đặc biệt tùy theo từ tính của chúng. Một số Rôto có cuộn dây bằng động nối với nguồn điện bằng các vòng trượt. Thiết bị khống chế chiều dòng điện qua Rôto gọi là cổ góp. Cổ góp có các cặp chổi than lắp cố định trên vỏ động cơ, dẫn điện đến phần chuyển động của nó. Rôto được đỡ trên các ổ bi. Các ổ bi hướng kính là loại thông dụng cần phải được bôi trơn định kỳ. Phần đứng yên gọi là Stato cấp từ trường chính để làm động cơ hoạt động. Từ trường này có thể tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Phần lớn các động cơ chỉ cần nối với điện lưới là có thể hoạt động được. Một số loại động cơ có độ chính xác cao thường phải có một thiết bị đi kèm đó là thiết bị điều khiển động cơ (biến tần, mạch điều khiển..) Trong số đó có: + Động cơ có tốc độ, vị trí và mômen kéo cần được điều khiển chính xác. + Các động cơ công suất lớn, phải khởi động từng bước hoặc tắt dần để dòng xung kích không phá hỏng động cơ. Trong các hệ thông tự động thì tín hiệu điều khiển đến thiết bị điều khiển động cơ nhằm đạt tốc độ hay vị trí yêu cầu. Tín hiệu điều khiển là tín hiệu tương tự một chiều từ PLC, hoặc Robot, thiết bị trạm hay là máy tính chủ… a./ Nguyên lý hoạt động của động cơ điện. Có 3 nguyên lý cơ bản hay sửdụng là: + Nguyên lý cực trái dấu của từ trường hút nhau: Đây là nguyên lý của động cơ đồng bộ xoay chiều và động cơ bước. Các động cơ này có Rôto là các nam châm vĩnh cửu hay các vật liệu khi từ hóa chúng bị mất định hướng từ trường. Các Rôto này sẽ quay chính xác theo từ trường quay. + Nguyên lý dòng điện chạy qua dây dẫn nằm trong từ trường gây ra lực đẩy lên dây dẫn đó. Phần lớn các động cơ một chiều hoạt động theo nguyên lý này. Tốc độ có thể điều chỉnh do thay đổi dòng chạy qua cuộn dây của Rôto hay thay đổi cường độ từ trường của trường điện từ. + Nguyên lý một dây dẫn chuyển động trong một từ trường, làm xuất hiện trên nó một điện áp và gây ra dòng cảm ứng nếu dây dẫn được đóng mạch. Các động cơ cảm ứng xoay chiều AC sử dụng nguyên lý này và nguyên lý thứ hai ở trên. b./ Phân loại động cơ. Có thể phân động cơ điện ra làm 3 nhóm như sau: + Động cơ điện một chiều. + Động cơ điện xoay chiều. + Động cơ cổ góp điện từ. *./ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU Động cơ xoay chiều có các loại sau: + Động cơ xoay chiều vạn năng. + Động cơ không đồng bộ. + Động cơ đồng bộ. + Động cơ cảm ứng. Do yêu cầu của bài toán và những đặc điểm nổi bật của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ nên trong đề tài băng tải này chúng em chọn động cơ điện xoay chiều 3 pha không đồng bộ rôto lồng sóc làm động cơ kéo băng tải. * Những đặc điểm của động cơ điện không đồng bộ: + Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có những đặc điểm như: cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng và giá thành hạ. + Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công nghiệp nhỏ, trong các hệ thống băng truyền, băng tải…. + Tuy nhiên máy điện không đồng bộ còn một số nhược điểm như: Cosφ không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nhưng ngày nay với bộ biến tần thì vấn đề đã được giải quyết. + Máy điện không đồng bộ thích hợp hơn so với máy đồng bộ khi những ứng dụng cần thường xuyên mở máy và điều chỉnh tốc độ Do chế độ làm việc của động cơ kéo băng tải là liên tục, chế độ dài hạn. Theo yêu cầu công nghệ thì hầu như các loại phụ tải này không yêu cầu điều chỉnh tốc độ ở nhiều cấp khác nhau. Hệ truyền động các thiết bị liên tục đảm bảo khởi động đầy tải. Mômen khởi động của động cơ Mkđ = (1,6 ÷ 1,8) Mđm. Bởi vậy, nên chọn động cơ truyền động là động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stator sâu để có mômen mở máy lớn. Nguồn cấp cho động cơ truyền động các thiết bị này phải có dung lượng đủ lớn, đặt biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30 kW, để mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động của động cơ được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. Việc tính chọn công suất động cơ truyền động cho băng tải theo công suất cản tĩnh. Chế độ quá độ không tính đến vì số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ tảo của động cơ truyền động. Phụ tải của truyền động băng tải thường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải. trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy. Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường tính theo các thành phần sau: + Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu. + Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải không chạy. + Công suất P3 để nâng tải (nếu là băng tải nghiêng) * Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu: F1 = L.σ.k1.g.cosβ = L’.σ.k1.g Với β = 0 (băng tải nằm ngang). → F = 2. 1000. 10. 0,05 = 1000 (N) Với L = 2 (m); σ = 1000(g); g = 10 Vì thành phần pháp tuyến Fn tạo ra lực cản ma sát trong các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và con lăn. Trong đó: β = Góc nghiêng của băng tải. L = Chiều dài băng tải. σ = Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải. k1 = Hệ số tính đến khi dịch chuyển vật liệu, k1 = 0,05. Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu: P1 = F1.v = σ.L’. k1.v.g → P1 = 1000. 1 = 1000 (W) Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải: F2 = 2.L.σb.k2.g. cosβ → F2 = 2.2.5000.10.0,005=1000 (W) Trong đó: k2 = là hế số tính đến lực cản khi không tải. k2 =0,005 σb = khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng. Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát: P2 = F2.v = 2.L’.σb .k2 . g → P2 =1000.1 = 1000 (W) Lực cần thiết để nâng vật: F3 = ±L.σ.g.sinβ Trong đó dấu (+) là khi tải đi lên, ( - ) khi tải đi xuống. Công suất nâng bằng: P3 = F3.v = ±σ.H.v.g Công suất tĩnh của băng tải: P = P1 + P2 + P3 = (σ.L’.k1 + 2.L’.σb. k2 ± σ.H).v.g → P = P1 + P2 + P3 = 1000 + 1000+ 0 = 2000 (W) = 2 (kW) Vậy công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức sau: Pđc = k3. → Pđc = 1,2 = 2,56 (kW) Trong đó: k3 = Hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25). η = Hiệu suất truyền động. Kết luận: Như vậy em sẽ chọn động cơ không đồng bộ 3 pha có thông số kỹ thuật như sau (Thông số của Công ty Điện Cơ Hà Nội): Thông số kỹ thuật Dãy Kw Hp Vg/ph V A Ŋ% Cosα Mmax/ Mmin Mxd/ Mdd Lkđ/Ldd Khốilượng Số cực 3k132S6 3,0 4,0 945 220/380 12,8/7,4 81 0,76 2,2 2,0 6,0 71,5 6 Phần III: BIẾN TẦN Biến tần được đánh giá là một công nghệ tiên tiến, mang lại những thay đổi lớn trong các ngành công nghiệp thế kỷ XX. Biến tần đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, mới được đưa vào Việt Nam trong một vài năm gần đây và đã thể hiện được ưu điểm của mình. Nguyên lý làm việc chung của bộ biến tần khá đơn giản. Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện 1 chiều bởi bộ chỉnh lưu. Nhờ vậy, hệ số công suất cosF của biến tần không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0,96. Điện áp 1 chiều này lại được biến đổi thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng thông qua hệ IGBT bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Với công nghệ hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm, giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỷ số điện áp tần số là không đổi. Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy, không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng. Để thay đổi năng xuất làm việc của băng tải (số sản phẩn/ngày) em sẽ điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng bộ biến tần. Bộ biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50 Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ. 1./ Yêu cầu của bộ biến tần. + Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ mong muốn. + Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi. + Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số. 2./ Một số biến tần của Siemen a./ Biến tần dòng MICROMASTER M 410 M 420 M 440 b./ Biến tần dòng SINAMICS 3./ Chọn biến tần Dựa vào thông số kỹ thuật của biến tần và yêu cầu phụ tải của băng tải (động cơ truyền động). Em chọn bộ biến tần dòng Micromaster 420 của Siemen. Đặc điểm thông số kỹ thuật của bộ biến tần này như sau: Điện áp vào và Công suất 200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW 200V đến 240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 5,5kW 380V đến 480V 3 AC ± 10% 0,37 đến 11kW Tần số điện vào 47 đến 63Hz Tần số điện ra 0 đến 650Hz Hệ số công suất 0,95 Hiệu suất chuyển đổi 96 đến 97% Khả năng quá tải Quá dòng 1,5 x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi 300 giây Dòng điện vào khởi động Thấp hơn dòng điện vào định mức Phương pháp điều khiển Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển từ dòng thông FCC Tần số điều chế xung (PWM) 16kHz (tiêu chuẩn cho 230V 1PH hay 3PH) 4kHz (tiêu chuẩn cho 400V 3PH) 2kHz đến 16kHz (bước chỉnh 2kHz) Tần số cố định 7, tuỳ đặt Dải tần số nhảy 4, tuỳ đặt Độ phân giải điểm đặt 10 bit analog 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng) Các đầu vào số 3 đầu vào số lập trình được, cách ly. Có thể chuyển đổi PNP / NPN Các đầu vào tương tự 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi cho PI (0 đến 10V, định thang được hoặc dùng như đầu vào số thứ 4) Các đầu ra rơ le 1, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A (tải cảm) Các đầu ra tương tự 1, tuỳ chọn chức năng; 0 - 20mA Cổng giao tiếp nối tiếp RS-485, vận hành với USS protocol Độ dài cáp động cơ - Không có kháng ra : Max. 50m (bọc kim) Max. 100m (không bọc kim) - Có kháng ra : max. 200m (bọc kim)  max. 300m (không bọc kim) Tính tương thích điện từ Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 61 800-3 (giới hạn theo chuẩn EN 55 011, Class B) Hãm Hãm DC, hãm tổ hợp Cấp bảo vệ IP 20 Dải nhiệt độ làm việc -10 0C đến +50 0C Nhiệt độ bảo quản -40 0C đến +70 0C Độ ẩm 90% không đọng nước Độ cao lắp đặt 1000m trên mực nước biển Các chức năng bảo vệ Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, I2tquá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN Phù hợp theo các tiêu chuẩn Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, CE mark loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC Kích thước và tuỳ chọn Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg (không có tuỳ chọn) A 173 x 73 x 149 1 B 202 x 149 x 172 3,3 C 245 x 185 x 195 5,0 4./ Sơ đồ đấu dây Nối đất an toàn SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BÊN TRONG CỦA BIẾN TẦN MM420 Chạy thuận Chạy ngược Tốc độ cao Tốc độ trung bình Tốc độ thấp Tiếp điểm đầu vào chung Lựa chọn tần số Dòng vào R U S V T W RS 485 (USS) P1 PC (Jumper) N STF P STR A RH B RM C RL RUN SD SE +5V AM M Cải thiện hệ số nguồn 1 chiều 24 VCD power supply and external transistor common 3 pha AC DC 0 to 10 V DC 4 ÷ 20 mA Đầu ra cảnh báo lỗi Vận hành Đầu ra chung GND Đầu ra tương tự GND MM 420 NFB MC Đầu nối mạch điều khiển Đầu nối ra mạch đ.k Đầu nối mạch chính SƠ ĐỒ ĐI DÂY 5./ Sử dụng màn hình * Chức năng của từng nút bấm như sau: 6. 7./ Cảnh báo và lỗi. 8./ Kết nối PLC với biến tần. Kết nối PLC với biến tần để điều khiển tốc độ động cơ (đảo chiều động cơ, dừng động cơ..) thì sử dụng các đầu ra số hoặc rơle của PLC để điều khiển. Sơ đồ kết nối PLC và biến tần được trình bày ở sơ đồ. (Phụ lục)