Thiết kế mạch điện điều khiển hoạt động cổng trục kc 50 – 42

Chương 5THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNGCỔNG TRỤC KC 50 – 42. 5.1. Giới thiệu tổng quan về mạch điện điều khiển cổng trục. Cổng trục KC 50-42 sử dụng nguồn điện xoay chiều 3 pha 380V-50Hz làm nguồn động lực chính. Nguồn điện được cung cấp cho cổng trục theo hệ thống đường cáp cấp điện chạy dọc theo đường ray di chuyển cổng trục. Trên cổng trục có một hệ thống Puly cáp điện (Cable Reel) nhằm quấn hoặc nhả cáp điện khi cổng trục di chuyển. Hệ thống mạch điện điều khiển được bố trí nằm tại các tủ điện phía trên hai chân cổng trục. Hệ thống nút ấn điều khiển được đưa vào trong cabin nhằm tạo thuận lợi trong quá trình điều khiển cổng trục cũng như bảo dưỡng. Do yêu cầu hoạt động, động cơ làm việc ở nhiều cấp tốc độ khác nhau do đó chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng điện trở. Đây là phương pháp đơn giản, giá thành rẻ dễ dàng trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa. 5.2. Nguyên lý làm việc của mạch điện điều khiển. 5.2.1. Giới thiệu các thiết bị. Bảng 5.2.1: Thiết bị điện cổng trục KC 50-42. Kí hiệu thiết bị Tên gọi thiết bị Số lượng thiết bị CC1 Cầu chì tổng 3 CC2 Cầu chì bảo vệ mạch điều khiển 2 AT1 Áptômát tổng 1 KT Côngtắctơ tổng 1 FO1, RV1 Côngtắctơ nâng hạ móc chính 1 FO2, RV2 Côngtắctơ nâng hạ móc phụ 1 FO3, RV3 Côngtắctơ di chuyển xe con 1 FO4, RV4 Côngtắctơ di chuyển palăng 1 FO5, RV5 Côngtắctơ di chuyển cổng trục 1 M1,M2 Động cơ điện cơ cấu nâng chính 2 M3 Động cơ điện cơ cấu nâng phụ 1 M4 Động cơ điện cơ cấu di chuyển xe con 1 M5 Động cơ điện cơ cấu di chuyển palăng 1 M6 -> M9 Động cơ điện cơ cấu di chuyển cổng trục 4 RKD1 -> RKD5 Điện trở khởi động 5 BR1 -> BR9 Hệ thống phanh điện từ 9 HCN1, HCN2 Công tắc hành trình giới hạn nâng chính, phụ 2 HCXC1, HCXC2 Công tắc hành trình di chuyển xe con 2 HCPL1, HCPL2 Công tắc hành trình di chuyển palăng 2 HCDC1, HCDC2 Công tắc hành trình di chuyển cổng trục 2 KC1 -> KC5 Công tắc xoay điều khiển (cam điều khiển) 5 RA.. Rơle dòng cực đại 6 RN Rơle nhiệt 9 5.2.2. Trình tự làm việc. Cổng trục được điều khiển từ cabin, trước khi đưa cổng trục vào làm việc cần tiến hành các công việc sau đây: - Mở hết các cụm ray chống xô cổng. - Đóng Áptômát AT1. - Nhấn nút STAND BY. - Kiểm tra đèn tín hiệu TH1, TH2 có 2 trường hợp xảy ra: + Đèn TH1 sáng xanh: cổng trục sẵn sàng làm việc. + Đèn TH2 sáng đỏ, chuông kêu: tiến hành đóng tất cả các vị trí của công tắc xoay về vị trí “0”. Đèn TH1 sẽ sáng, chuông không kêu nữa. - Kiểm tra chức năng làm việc của chuông báo, chuông phải kêu khi bất kỳ một cơ cấu nào làm việc. - Kiểm tra các thông số như điện áp, dòng điện thông qua các đồng hồ chỉ báo. Chú ý khi đóng các công tắc xoay thì cần tiến hành dứt khoát tránh hiện tượng phóng tia lửa điện gây hỏng tiếp điểm. 5.2.3. Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển các cơ cấu. Công tắc xoay điều khiển cơ cấu nâng chính có 6 cấp tốc độ (nâng và hạ) và một vị trí “0”. Khi vặn công tắc xoay sang vị trí số 1 thì động cơ nâng chính bắt đầu hoạt động. Lúc này điện trở khởi động trong mạch lớn nhất, động cơ quay với tốc độ nhỏ nhất. Nếu vặn tiếp công tắc sang vị trí số 2 thì động cơ quay nhanh hơn do điện trở mạch roto giảm đi. Tương tự cho các vị trí 3, 4, 5, 6. Tại cấp số 6, điện trở mạch rôto bằng 0 khi này động cơ làm việc với tốc độ lớn nhất. Khi tiến hành nâng đến vị trí cao nhất thì công tắc hành trình sẽ ngắt điện mạch điều khiển làm cho động cơ ngừng quay. Nguyên lý hoạt động tương tự cho các mạch điều khiển các cơ cấu khác. Nhưng có cấp tốc độ ít hơn. 5.3. Tính toán lựa chọn các thiết bị trong mạch điện điều khiển của cơ cấu nâng chính. 5.3.1. Tính toán sơ bộ cơ cấu nâng chính: Lực căng cáp lớn nhất (bỏ qua hiệu suất của hệ thống puly): 4167 kG Chọn cáp thép theo công thức sau: Chọn hệ số an toàn cho cáp nâng chính là 6 thì Sđ = 6.4167 = 25000 kG Theo bảng III.7–[3] ta chọn cáp bện đôi loại PK3 cấu tạo 6x25(1+6,6+12)+1 – GOST 7665 - 69, thông số như sau: dc = 24mm; lực đứt tính toán 25550 kG với 140 kG/mm2. Đường kính tang quấn cáp phải thỏa mãn: D > e.dc Chọn e = 20 thì tang quấn cáp có đường kính 480 mm. Tốc độ quay của tang tính theo tốc độ nâng lớn nhất: 31,83 v/ph Công suất cản tĩnh trên trục động cơ của cơ cấu nâng: 38 kW Trong đó: vn = 8/60 = 0,13333 m/s vận tốc nâng tính trên giây = 0,85 hiệu suất cơ cấu nâng (bảng 1.9 – [3]) Chọn tốc độ của động cơ điện là n = 965 v/ph Do đó, tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc là: 30,3 5.3.2. Xác định các mômen cản tĩnh: Mômen cản tĩnh khi nâng với tải trọng lớn nhất quy đổi về trục của động cơ: 38,8 = 39 kGm Mômen cản tĩnh khi hạ với tải trọng nâng lớn nhất quy đổi về trục động cơ: 27,1 kGm Trong đó: 0,82 là hiệu suất của cơ cấu nâng khi tiến hành hạ hàng. Mômen cản tĩnh khi tiến hành nâng móc không tải: 3,6 kGm Trong đó: 3 = 0,55 là hiệu suất được xác định theo đường cong hiệu suất khi tiến hành nâng không tải. Mômen cản tĩnh khi tiến hành hạ móc không tải: 0,36 kGm Trong đó: 0,18 0 5.3.3. Xây dựng biểu đồ phụ tải gần đúng cho cơ cấu nâng: Thời gian nâng với tải đầy (không kể thời gian gia tốc và thời gian hãm): 52,5 s Trong đó: H1 = 0,5.14 = 7 m là khoảng cách di chuyển hàng khi nâng. v1 = 8/60 = 0,1333 m/s là tốc độ nâng hàng. Thời gian hạ với tải đầy: 49,53 s Trong đó: H2 là khoảng cách di chuyển hàng khi hạ H2 = H1 v2 là vận tốc hạ hàng, phụ thuộc vào đường đặc tính động cơ làm việc và mômen tĩnh khi hạ. Theo đó, ta chọn v2= 1,06.v1=8,48 m/ph. Thời gian nâng móc không: s Trong đó: v3 là vận tốc nâng móc không. Chọn v3=1,1.v1 = 8,8 m/ph Thời gian hạ móc không: 50,7 s Khoảng cách di chuyển hàng theo phương ngang: 50,4 s Trong đó: Sn = 0.5L = 21m là khoảng cách di chuyển hàng lớn nhất tính theo một trong hai chiều di chuyển vuông góc nhau. vn = 25 m/ph là vận tốc di chuyển xe con. Hình 5.3.3: Sơ đồ phụ tải sơ bộ của cơ cấu nâng Thời gian tháo, móc hàng chọn t02 = t04 = 20 s. Như vậy ta vẽ được biểu đồ phụ tải gần đúng như sau: 5.3.4. Xác định công suất của động cơ điện: Việc xác định công suất của động cơ điện dựa trên biểu đồ phụ tải hình 5.3.3. Công suất của động cơ điện có thể lựa chọn theo phương pháp mômen bình phương trung bình, tức là thay thế biểu đồ phụ tải thực tế bằng biểu đồ phụ tải tương đương theo quan điểm kiểm tra điều kiện đốt nóng động cơ điện trong một chu kỳ làm việc của động cơ. Mômen bình phương trung bình xác định theo công thức sau: , kGm = 24 kGm Cường độ làm việc của cơ cấu nâng: = 58% Mômen bình phương trung bình ứng với cường độ làm việc tiêu chuẩn CD% =25%: 36,5 kGm Công suất tính toán của động cơ điện: 36 kW Theo bảng 4 – [6], ta chọn động cơ điện xoay chiều không đồng bộ roto dây quấn kiểu MTB5 12-8 có thông số kỹ thuật như sau: + Công suất định mức: 40 kW + Số vòng quay định mức: 730 v/ph + Hệ số mômen tới hạn: = 2,8 Mômen định mức của động cơ đã chọn: = 53,4 kGm Khi đó, tỷ số truyền của hộp giảm tốc cần thiết là: 22,93 = 23 Thông số kỹ thuật của động cơ điện MTB5 12-8 như sau: - Công suất định mức: Pđm = 40 kW - Tốc độ định mức: nđm = 730 v/ph - Dòng điện dây Stato: I1đm = 101 A - Hệ số công suất định mức: Cosđm = 0,69 - Dòng điện Rôto: I2đm = 76,5 A - Hệ số mômen tới hạn: 2,8 - Điện áp giữa các vòng Rôto: E2đm = 322 V - Mômen quán tính của Rôto: Jrt = 1,4 kGm2 - Điện trở tác dụng mỗi pha dây quấn Stato: r1 = 0,08 - Điện trở tác dụng mỗi pha dây quấn Rôto: r2 = 0,072 - Điện kháng tác dụng mỗi pha dây quấn Stato: x1 = 0,17 - Điện kháng tác dụng mỗi pha dây quấn Rôto: x2 = 0,24 - Hệ số biến áp: Ke = 1,12 5.3.5. Xây dựng đường đặc tính cơ của động cơ điện: Việc xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên n=f(M) là việc làm cần thiết cho quá trình điều chỉnh và vận hành động cơ. Khi muốn thay đổi tốc độ quay của động cơ, nhất thiết phải xây dựng được đường đặc tính cơ của động cơ. Hệ số trượt định mức của động cơ: 0,027 Trong đó: no là tốc độ của từ trường quay v/ph Đường đặc tính của động cơ theo phương trình M = f(S) được tính chính xác như sau: Trong đó: là hệ số đặc trưng cho mức độ chính xác khi tính toán 0,18 Độ trượt tới hạn xác định theo công thức: = 0,027. = 0,1643 Mômen tới hạn xác định theo công thức: 2,8.53,4 = 149,52 kGm Tốc độ động cơ tính theo công thức: n = no.(1 - S) Ứng với giá trị của độ trượt từ 0 đến 1 ta có tốc độ động cơ, mômen động cơ như bảng sau: S 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 M – 135,11 147,10 129,09 110,09 94,56 82,34 72,68 64,93 58,61 53,38 n 750 675 600 525 450 375 300 225 150 75 0 Theo đó, dựng được đặc tính cơ tự nhiên như sau: Hình 5.3.5: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ cơ cấu nâng chính 5.3.6. Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác: Trong chế độ làm việc của động cơ cần kể đến quá trình tăng tốc và hãm động cơ. Do đó, để chọn lựa động cơ điện chính xác, đảm bảo yêu cầu làm việc, nhất thiết phải tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ, trong đó có kể đến quá trình khởi động và hãm động cơ với thời gian hãm to1, to2, to3, to4. Việc xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác ảnh hưởng rất lớn đến việc vận hành điều chỉnh thông số động cơ trong quá trình làm việc. Việc xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác gần giống với việc xây dựng biểu đồ phụ tải sơ bộ nhưng có kể thêm đến các mômen cản động cơ khi tiến hành khởi động và hãm. Biểu đồ phụ tải chính xác của cơ cấu nâng khi kể đến quá trình hãm và khởi động có dạng như hình vẽ: Hình 5.3.6: Biểu đồ phụ tải chính xác của cơ cấu nâng Trong đó: - Mkđ1, Mkđ2, Mkđ3, Mkđ4, là mômen khởi động trung bình khi động cơ khởi động. - tkd1, tkd2, tkd3, tkd4, là thời gian khởi động tương ứng. - Mh1, Mh2 là các mômen hãm trung bình. - th1, th2, là thời gian hãm tương ứng. - th3, th4, là thời gian hãm truyền động điện bằng thiết bị hãm cơ khí, lúc đó mômen động cơ bằng 0. Do tiến hành chọn động cơ điện khác thông số so với động cơ điện khi chọn sơ bộ nên có sự thay đổi tỷ số truyền do đó, tiến hành tính toán lại các giá trị mômen. Tỉ số truyền sau khi chọn lại động cơ là: 22,93 Giá trị mômen tính lại như sau: kGm = 51,57.0,852 = 37,26 kGm kGm 4,76.(2.0,55 - 1) = 0,476 kGm Trên đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, xét trong góc phần tư thứ I, ứng với giá trị mômen M1 ta có tốc độ động cơ n1 = 705 v/ph. Khi đó, tốc độ nâng hàng với tải đầy tương ứng là: 0,1288 m/s Trên đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, xét trong góc phần tư thứ I, ứng với giá trị mômen M2 ta có tốc độ động cơ n1 = 710 v/ph. Khi đó, tốc độ hạ hàng với tải đầy tương ứng là: 0,1297 m/s Do trọng lượng của móc treo khá nhỏ, nên tốc độ khi không tải gần bằng tốc độ định mức của động cơ: v3 . v4 = 0,133 m/s - Khi tiến hành nâng và hạ với tải đầy: Thời gian khởi động khi nâng với tải đầy: 1,288 s Trong đó: a là gia tốc khởi động tuỳ thuộc loại cần trục, tra bảng 9 – [6], ta có a = 0,1 m/s2. Để xác định mômen khởi động trung bình khi nâng hàng, cần dựa vào phương trình động học của quá trình truyền động điện, dạng tổng quát như sau: ±Mkđ ± M = Mđh Trong đó: Mkđ : mômen khởi động trung bình M: mômen tĩnh Mđh : mômen động học Mômen quy đổi của hệ thống là: GD2 = GD2q + GD2tt , kGm2 Trong đó: GD2q : mômen đà quy đổi của các phần tử quay. GD2q = K(GD2dc + GD2kn) = K(1+K1)GD2dc , kGm2 GD2dc là mômen đà động cơ điện GD2kn là mômen đà của khớp nối K=1,05 – 1,25 hệ số ảnh hưởng của tất cả các phần quay của cơ cấu và được tính trên trục của động cơ. Ở đây chọn K=1,05. K1 = - hệ số quy đổi Theo Atlat máy trục, ta chọn Jkn = 0,017 kGm2. GD2kn = Jkn.4.g = 0,017.4.9,81 = 0,67 kGm2 GD2dc = Jdc.4.g = 1,4.4.9,81 = 54,94 kGm2 à K1 = 0,012 à GD2q = 1,05(1+0,012)54,94 = 58,38 kGm2 Khi nâng hàng: GD2tt = = 0,051 kGm2 Mômen quy đổi khi nâng hàng: GD21 = GD2q + GD2tt = 58,38 + 0,051 = 58,43 kGm2 Mômen động học khi khởi động trong thời gian nâng hàng: 85,28 kGm Mômen khởi động trung bình trong thời gian nâng hàng được xác định từ phương trình chuyển động có kể đến dấu của các mômen căn cứ vào chiều tác động của chúng: Mkđ1 = Mđhkđ1 + M1 = 85,28 + 51,57 = 137 kGm2 Thời gian hãm hàng th1 chọn bằng 3s. Mômen hãm động học trong thời gian nâng hàng: 36,78 kGm Mômen hãm trung bình khi hãm: Mh1 = Mdhh1 – M1 = 36,78 – 51,57 = - 14,78 kGm Quãng đường hàng hoá đi được khi tăng tốc và hãm: 0,276 m Thời gian nâng hàng với tốc độ xác lập v1: 52,2 s Mômen đà quy đổi khi hạ hàng: 0,051 kGm2 Mômen quy đổi khi hạ hàng: GD22 = GD2q + GD2tt = 58,38 + 0,051 = 58,43 kGm2 Thời gian khởi động khi hạ hàng: 1,297 s Mômen động học khi khởi động trong thời gian hạ hàng: 85,3 kGm Mômen khởi động trung bình khi hạ hàng: Mkđ2 = Mdhkd2 – M2 = 85,3 – 37,26 = 48 kGm Thời gian hãm ta chọn th2 = tkđ2 = 2,1 s Mômen hãm động học trong quá trình hạ hàng: 52,68 Mômen hãm trung bình khi hạ hàng: Mh2 = - Mđhh2 – M2 = -52,68 – 37,26 = -89,94 kGm Quãng đường hàng hoá đi được khi tăng tốc và hãm: 0,356 m Thời gian hạ hàng với tốc độ xác lập v2: 51,23 s - Khi nâng và hạ móc không: Mômen đà quy đổi khi nâng móc không: = 58,40 kGm2 Mômen khởi động trung bình trong điều kiện cân bằng phụ thuộc vào trị số của điện trở và tốc độ quay tương ứng của động cơ. Vì rằng trong một chu trình làm việc, sơ đồ truyền động điện không thể thay đổi được nên khởi động nâng móc không cũng giống như khi khởi động nâng có hàng, vì vậy: Mkđ3 = Mkđ1 = 137 kGm2 Thời gian khởi động nâng móc không: 0,86 s Thời gian hãm phanh bằng phanh cơ khí chọn bằng th3 = th4 = 1s Quãng đường móc không đi được khi tăng tốc và hãm : m Thời gian nâng móc không với tốc độ xác lập v3: 51,7 s Mômen đà quy đổi khi hạ móc không: GD24 = GD23 = 58,40 kGm2 Mômen khởi động trung bình: Mkđ4 = Mkđ3 = 137 kGm2 Thời gian khởi động: 0,833 s Quãng đường móc không di chuyển khi tăng tốc: m Thời gian móc di chuyển khi tăng tốc và hãm: 51,7 s 5.3.7. Kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nóng: Đối với động cơ không đồng bộ, mômen quay tỷ lệ với dòng điện Rôto, dòng điện Rôto lại tỷ lệ với dòng điện của Stato, do đó ta có: Đối với động cơ điện không đồng bộ thì từ thông trong mạch không đổi tức là =const. Khi đó, dòng điện trong Rôto xác định theo công thức sau: Trong đó: Cos là góc lệch pha giữa dòng điện và sức điện động trong Rôto, được xác định như sau: Hệ số K được xác định theo công thức: 0,53 Ứng với các mômen trên biểu đồ phụ tải chính xác, ta xác định được các hệ số trượt dựa vào đường đặc tính cơ tự nhiên và có bảng số liệu sau: Mkd1 M1 Mh1 Mkd2 M2 Mh2 Mkd3 M3 Mh3 Mkd4 M4 Mh4 M 137 51.57 14.79 48 37.26 89.94 137 4.76 0 137 0.476 0 S 0.09 0.026 0.02 0.025 0.023 0.067 0.09 0.009 1 0.09 0.006 1 Cos 0.958 0.996 0.998 0.997 0.997 0.976 0.958 1.000 0.287 0.958 1.000 0.287 I 269.87 97.67 27.97 90.88 70.51 173.88 269.87 8.99 0.00 269.87 0.90 0.00 I2 28561.9 9538.8 782.2 8259.2 4971.4 20233.8 28561.9 80.7 0.0 28561.9 0.8 0.0 t 1.288 52.2 3 1.297 51.23 2.1 0.86 51.66 1 0.833 51.68 1 I2.t 93806.2 497923.8 2346.6 10712.1 254685.1 63491.0 62634.6 4170.7 0.0 60668.2 41.7 0.0 Căn cứ vào các giá trị các dòng điện vừa tính, ta có dòng điện bình phương trung bình: 69,39 A Cường độ làm việc của động cơ ứng với biểu đồ phụ tải chính xác: 30% Dòng điện tương đương quy về cường độ làm việc tiêu chuẩn: 76 A < Iđm2 = 76,5 A 5.3.8. Tính toán thiết kế sơ đồ điện điều khiển cho cơ cấu nâng: - Tính toán thông số khi điều khiển động cơ bằng điện trở phụ trong mạch Rôto: + Tính toán điện trở khởi động động cơ: Do yêu cầu làm việc của động cơ đòi hỏi phải có nhiều cấp tốc độ khác nhau nên cần thiết tiến hành điều chỉnh thông số khi hoạt động nhằm đạt các yêu cầu đó. Chọn phương pháp điều chỉnh bằng điện trở do đơn giản, hiệu quả, giá thành rẻ, dễ áp dụng và bảo dưỡng. Trong phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở thì có 2 phương pháp: sơ đồ điện trở đối xứng và sơ đồ điện trở không đối xứng. Ở đây, ta chọn sơ đồ mắc đối xứng do dễ dàng thuận tiện trong tính toán và lắp đặt. Chọn mômen khởi động động cơ như sau: Mkđ = (2,4 ÷ 2,5)Mđm = 128,2 ÷ 133,6 kGm Chọn mômen chuyển mạch như sau: Mcm = (1,4 ÷ 1,5)Mđm = 74,8 ÷ 80,1 kGm Theo đó ta chọn Mkđ = 130 kGm ; Mcm = 80 kGm. Mômen khởi động trung bình: 105 kGm Tiến hành xác định các vị trí của các điểm chuyển tiếp như sau: Hình 5.3.8: Đặc tính cơ nhân tạo của cơ cấu nâng Theo đồ thị, ta có các giá trị sau: nGF = 66,19 v/ph nDC = 109,24 v/ph nFE = 41,37 v/ph nCB = 177,51 v/ph nED = 67,22 v/ph nBA = 288,46 v/ph Theo sơ đồ thì cần 5 cấp khởi động cho động cơ, điện trở khởi động cho từng cấp như sau: Gọi R2’ là điện trở tổng cộng của mạch rôto ; Rp2 là điện trở khởi động tương ứng lúc đó. Ta có: R2’ = R2 + Rp2 = R2. Do đó, giá trị điện trở phụ là: Theo công thức trên, ta có các giá trị điện trở như sau: Rp1 = 0,045 Rp4 = 0,1931 Rp2 = 0,0731 Rp5 = 0,3138 Rp3 = 0,1188 Điện trở tổng cộng của các điện trở phụ: R = 0,7438 + Tính toán chọn cầu chì bảo vệ mạch điện: Yêu cầu khi chọn cầu chì bảo vệ: - Dây chảy cầu chì không cháy khi có dòng điện làm việc lâu dài chạy qua. - Dây chảy cầu chì không cháy khi có dòng mở máy động cơ chạy qua. - Cầu chì cắt có tính chọn lọc, tức là cắt điện thiết bị nào ngắn mạch mà không cắt toàn bộ mạch. Điều kiện đầu thoả mãn khi: Icc ≥ Ilv = 76 A Mặt khác, cầu chì không tác động khi mở máy tức là thỏa mãn điều kiện sau: Icc ≥ (1÷1,5) Iđm = 101÷152 A Theo đó, chọn Icc = 125A là dòng định mức theo tiêu chuẩn Liên Xô. + Tính toán chọn rơle dòng điện cực đại: Dòng điện tác động của rơle dòng điện xoay chiều được lựa chọn trong giới hạn (2,25 ÷ 2,5)Iđm, đồng thời cũng phải đảm bảo dòng điện tác động lớn hơn (20 ÷ 30)% dòng điện khởi động cực đại. Giá trị của dòng điện khởi động được tính nhờ quan hệ hàm M = f(I), tức là ứng với mômen khởi động thì tra ra được dòng điện khởi động. Dựa trên đường đặc tính cơ của động cơ, ta có dòng điện khởi động Ikđ= 250 A. Chọn dòng điện tác động của rơle dòng điện là I = 300 A. Do đó, theo Bảng 1- Phụ lục 3 – [6], ta chọn rơle P1B 204 có giới hạn tác động của dòng điện từ (2,2 ÷ 7)Iđm = (222 ÷ 707)A. + Tính toán chọn Rơle nhiệt: Rơle nhiệt được tính chọn theo dòng điện tác động ngắt rơle. Dòng điện tác động: Itđ = (1,1 ÷ 1,2)Iđm = (111 ÷ 121)A Chọn Itđ = 112 A. Theo bảng 5 – Phụ lục 3 – [6], ta chọn rơle nhiệt TPA-150 có dòng định mức là 115A. + Tính toán chọn dây cáp điện: Dòng điện tính toán xác định theo công thức: 64,6 A Tổn hao điện áp trong đường dây như sau: Trong đó: L là chiều dài dây dẫn điện từ bảng điện đến động cơ điện. Chọn L = 5m. : điện dẫn suất của vật liệu chế tạo dây dẫn bằng đồng. =57 (m/mm2) S là tiết diện dây dẫn, chọn S = 3 mm2 3,32 % Theo các giá trị tính toán trên, ta tiến hành chọn dây cáp điện cho mạch điện cơ cấu nâng. 5.4. Tính toán lựa chọn các thiết bị trong mạch điện điều khiển của cơ cấu di chuyển cổng trục. 5.4.1. Tính toán sơ bộ cơ cấu di chuyển cổng trục: Tính toán sơ bộ cơ cấu di chuyển cổng trục được thực hiện ở phần 2.6, trong phần này ta chỉ xem xét trạng thái khởi động của động cơ và kiểm tra đốt nóng động cơ. Theo phần 2.6, ta chọn được động cơ MTKB 311-8 có thông số như sau: - Công suất định mức: Pđm = 7,5 kW - Tốc độ định mức: nđm = 690 v/ph - Dòng điện dây Stato: I1đm = 20 A - Hệ số công suất định mức: Cosđm = 0,74 - Dòng điện Rôto: I2đm = 13,7 A - Hệ số mômen tới hạn: 3,1 - Mômen quán tính của Rôto: Jrt = 0,262 kGm2 - Điện trở tác dụng mỗi pha dây quấn Stato: r1 = 0,88 - Điện trở tác dụng mỗi pha dây quấn Rôto: r2 = 1,17 - Điện kháng tác dụng mỗi pha dây quấn Stato: x1 = 0,965 - Điện kháng tác dụng mỗi pha dây quấn Rôto: x2 = 0,7 - Hệ số biến áp: Ke = 1,94 Mômen định mức của động cơ đã chọn: = 10,6 kGm Khi đó, tỷ số truyền của bộ truyền cần thiết là: 35,15 5.4.2. Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện: Việc xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên n=f(M) là việc làm cần thiết cho quá trình điều chỉnh và vận hành động cơ. Khi muốn thay đổi tốc độ quay của động cơ, nhất thiết phải xây dựng được đường đặc tính cơ của động cơ. Hệ số trượt định mức của động cơ: 0,08 Trong đó: no là tốc độ của từ trường quay, động cơ có p=4 cặp cực: v/ph Đường đặc tính của động cơ theo phương trình M = f(S) được tính chính xác như sau: Trong đó: là hệ số đặc trưng cho mức độ chính xác khi tính toán 0,35 Độ trượt tới hạn xác định theo công thức: = 0,08. = 0,6 Mômen tới hạn xác định theo công thức: 3,1.10,6 = 32,86 kGm Tốc độ động cơ tính theo công thức: n = no.(1 - S) Ứng với giá trị của độ trượt từ 0 đến 1 ta có tốc độ động cơ, mômen động cơ như bảng sau: S 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 M - 12.92 22.00 27.73 30.95 32.46 32.86 32.57 31.88 30.95 29.91 n(v/ph) 750 675 600 525 450 375 300 225 150 75 0 Theo bảng số liệu trên ta vẽ được đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: Hình 5.4.2: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ di chuyển cổng trục. 5.4.3. Kiểm tra động cơ điện theo điều kiện phát nóng: Tỉ số thời gian khởi động và thời gian làm việc trung bình: Theo bảng 17 – [6], ta có = 0,2. Hệ số tính toán Trong đó: Ptd là công suất tương đương tính với một phần chu trình làm việc (không kể thời gian nghỉ) Pdc là công suất cần thiết di chuyển. Dựa theo đồ thị quan hệ = (), hình 17 – [6], ta có =1,5 Theo đó: Ptđ = Pdc = 1,5.6,1 = 9,15 kW Công suất định mức cần thiết của động cơ ứng với cường độ làm việc theo tiêu chuẩn CD%=25%: P25% = K.Ptđ = 0,75.9,15 = 6,86 kW < Trong đó: K là tỉ số giữa công suất định mức của động cơ ứng với cường độ làm việc CD 25% và công suất tương đương. Theo bảng 18–[6], ta chọn K=0,75 P25% = 0,75.9,15 = 6,86 kW < Pđc = 7,5 kW Do đó, động cơ thỏa mãn điều kiện đốt nóng. - Tính toán thiết kế sơ đồ điện điều khiển cho cơ cấu di chuyển cổng trục: Chọn mômen khởi động động cơ như sau: Mkđ = (2,4 ÷ 2,5)Mđm = 25,44 ÷ 26,5 kGm Chọn mômen chuyển mạch như sau: Mcm = (1,4 ÷ 1,5)Mđm = 14,84 ÷ 15,9 kGm Theo đó ta chọn Mkđ = 26 kGm ; Mcm = 15 kGm. Mômen khởi động trung bình: 20,5 kGm Tiến hành xác định các vị trí của các điểm chuyển tiếp như sau: Hình 5.4.3: Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ di chuyển cổng trục Theo đồ thị, ta có các giá trị sau: nED = 144,02 v/ph nDC = 105,61 v/ph nCB = 183,06 v/ph nBA = 317,31 v/ph Theo sơ đồ thì cần 3 cấp khởi động cho động cơ, điện trở khởi động cho từng cấp như sau: Gọi R2’ là điện trở tổng cộng của mạch rôto ; Rp2 là điện trở khởi động tương ứng lúc đó. Ta có: R2’ = R2 + Rp2 = R2. Do đó, giá trị điện trở phụ là: Theo công thức trên, ta có các giá trị điện trở như sau: Rp1 = 0,0528 Rp2 = 0,0915 Rp3 = 0,1586 Điện trở tổng cộng của các điện trở phụ: R = 0,3029 + Tính toán chọn cầu chì bảo vệ mạch điện: Yêu cầu khi chọn cầu chì bảo vệ: - Dây chảy cầu chì không cháy khi có dòng điện làm việc lâu dài chạy qua. - Dây chảy cầu chì không cháy khi có dòng mở máy động cơ chạy qua. - Cầu chì cắt có tính chọn lọc, tức là cắt điện thiết bị nào ngắn mạch mà không cắt toàn bộ mạch. Điều kiện đầu thoả mãn khi: Icc ≥ Ilv = 52,7 A Mặt khác, cầu chì không tác động khi mở máy tức là thỏa mãn điều kiện sau: Icc ≥ (1÷1,5) Iđm = 53÷79 A Theo đó, chọn Icc = 80A là dòng định mức dây chảy theo tiêu chuẩn Liên Xô. + Tính toán chọn rơle dòng điện cực đại: Dòng điện tác động của rơle dòng điện xoay chiều được lựa chọn trong giới hạn (2,25 ÷ 2,5)Iđm, đồng thời cũng phải đảm bảo dòng điện tác động lớn hơn (20 ÷ 30)% dòng điện khởi động cực đại. Giá trị của dòng điện khởi động được tính nhờ quan hệ hàm M = f(I), tức là ứng với mômen khởi động thì tra ra được dòng điện khởi động. Dựa trên đường đặc tính cơ của động cơ, ta có dòng điện khởi động Ikđ= 49 A. Chọn dòng điện tác động của rơle dòng điện là I = 60 A. Do đó, theo Bảng 1- Phụ lục 3 – [6], ta chọn rơle PT40/100 có giới hạn tác động của dòng điện từ (25 ÷ 100)A. + Tính toán chọn Rơle nhiệt: Dòng điện tác động: Itđ = (1,1 ÷ 1,2)Iđm = (22 ÷ 24)A Chọn Itđ = 23 A. Theo bảng 5 – Phụ lục 3 – [6], ta chọn rơle nhiệt TPA-25 có dòng định mức là 25A. + Tính toán chọn dây cáp điện: Dòng điện tính toán xác định theo công thức: 11 A Tổn hao điện áp trong đường dây như sau: Trong đó: L là chiều dài dây dẫn điện từ bảng điện đến động cơ điện. Chọn L = 25m. : điện dẫn suất của vật liệu chế tạo dây dẫn bằng đồng = 57 (m/mm2) S là tiết diện dây dẫn, chọn S = 3 mm2 3,23 % Theo các giá trị tính toán trên, ta tiến hành chọn dây cáp điện cho mạch điện.