1
Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................................................. 4
Chương 1. Tổng quan về cầu trục ................................................................................................................. 5
1.1. Khái quát chung ................................................................................................................................. 5
1.1.1. Cấu tạo ........................................................................................................................................ 5
1.1.2. Phân loại ..................................................................................................................................... 6
1.1.3. Đặc điểm công nghệ .................................................................................................................... 6
1.2. Đặc tính phụ tải .................................................................................................................................. 7
1.2.1. Momen động cơ nâng hạ ............................................................................................................. 7
1.2.2. Trạng thái làm việc của động cơ ................................................................................................. 8
1.3. Yêu cầu của hệ truyền động sử dụng trong cầu trục .......................................................................... 9
Chương 2. Tính chọn động cơ .................................................................................................................... 11
2.1. Thông số cơ cấu nâng hạ .................................................................................................................. 11
2.2. Phụ tải tĩnh cơ cấu nâng hạ .............................................................................................................. 13
2.2.1. Phụ tải tĩnh khi nâng ................................................................................................................. 13
2.2.2. Phụ tải tĩnh khi hạ ..................................................................................................................... 13
2.3. Tính chọn động cơ ........................................................................................................................... 14
Chương 3. Lựa chọn phương pháp truyền động ......................................................................................... 17
3.1. Lựa chọn phương pháp chỉnh lưu .................................................................................................... 17
3.1.1. Chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha .......................................................................................... 17
3.1.2. Chỉnh lưu cầu 3 pha .................................................................................................................. 19
3.2. Lựa chọn phương án đảo chiều ........................................................................................................ 22
3.2.1. Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ .................................................... 22
3.2.2. Đảo chiều dòng điện phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược........ 23
3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động ....................................................................... 24
3.3.1. Sơ đồ mạch lực .......................................................................................................................... 24
3.3.2. Nguyên lí làm việc của mạch động lực ..................................................................................... 24
Chương 4. Thiết kế mạch động lực ............................................................................................................. 26
4.1. Tính chọn thyristor ........................................................................................................................... 26
4.2. Thiết kế cuộn kháng lọc ................................................................................................................... 27
4.2.1. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc ........................................................................................... 27
2
4.2.2. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc ................................................................................................ 28
4.3. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực ................................................................................... 32
4.3.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn ...................................................................................... 32
4.3.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van .................................................................................................. 32
4.3.3. Bảo vệ quá điện áp cho van ...................................................................................................... 33
Chương 5: Thiết kế mạch phát xung điều khiển ......................................................................................... 34
5.1. Khâu đồng bộ .................................................................................................................................. 34
5.1.1 Mạch đồng pha .......................................................................................................................... 34
5.1.2. Mạch xung nhịp ......................................................................................................................... 34
5.2. Mạch tạo xung răng cưa ................................................................................................................... 35
5.3. Khâu so sánh .................................................................................................................................... 36
5.4. Khâu tạo xung chùm ........................................................................................................................ 37
5.5. Khâu tách xung ................................................................................................................................ 37
5.6. Khâu trộn xung và khuếch đại xung ................................................................................................ 38
5.7. Tổng hợp mạch tạo xung điều khiển ................................................................................................ 40
5.7.1. Tính toán khâu đồng pha .......................................................................................................... 42
5.7.2. Tính toán khâu tạo điện áp răng cưa ........................................................................................ 42
5.7.3. Tính toán khâu so sánh ............................................................................................................. 43
5.7.4. Tính toán khâu tạo xung chùm .................................................................................................. 44
5.7.5. Tính toán biến áp xung.............................................................................................................. 44
5.7.6. Tính toán khối khuếch đại xung ................................................................................................ 45
5.8. Nguồn nuôi mạch điều khiển ........................................................................................................... 46
Chương 6. Tổng hợp bộ điều khiển tự động và mô phỏng truyền động điện cơ cấu nâng hạ .................... 48
6.1. Mô hình toán học động cơ 1 chiều ................................................................................................... 48
6.1.1. Chế độ xác lập .......................................................................................................................... 48
6.1.2. Chế độ quá độ ........................................................................................................................... 49
6.2. Mô hình phản hồi dòng điện ............................................................................................................ 50
6.3. Mô hình bộ phản hồi tốc độ ............................................................................................................. 51
6.4. Mô hình bộ biến đổi điện áp ............................................................................................................ 52
6.5. Tổng hợp hệ điều khiển vòng kín .................................................................................................... 53
6.5.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện ................................................................................................ 54
6.5.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ...................................................................................................... 56
6.6. Mô phỏng ......................................................................................................................................... 57
3
6.6.1. Mô phỏng hệ thống điều khiển trên Matlab Simulink ............................................................... 57
6.6.2. Kết quả mô phỏng ..................................................................................................................... 59
Tài Liệu Tham Khảo ................................................................................................................................... 63
4
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung
và trong lĩnh vực điện - tự động hóa, nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng
ngày. Máy móc ngày càng được sử dụng rộng rãi và mức độ càng ngày càng hiện đại.
Trong đó, bộ phận máy thiết bị nâng và xếp dỡ đóng vai trò rất quan trọng trong sản xuất
và vận hàng hóa, thiết bị nâng hạ đã góp phần làm giải phóng sức lao động, tăng nhanh
năng suất lao động.
Cầu trục là 1 thiết bị nâng hạ được sử dụng rộng rãi trong các nhà xưởng, do nó có
nhiều ưu điểm và kết cấu nhỏ gọn phù hợp với không gian nhà xưởng. Cầu trục được sử
dụng trong xây dựng công trình công nghiệp, trong các nhà máy luyện kim, nhà máy cơ
khí, cảng biển… Đặc biệt trong nhà máy cơ khí, nhóm máy thiết bị cầu trục đóng vai trò
rất quan trọng, góp phần lớn vào năng suất lao động và hiệu quả kinh doanh.
Gắn liền với việc sử dụng cầu trục là quá trình điều khiển kết hợp giữa các cơ cấu sao cho
đạt hiệu quả sản xuất cao nhất. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kĩ thuật,
nhóm thiết bị này ngày càng được hoàn thiện, có tính ưu việt hơn, đáp ứng tốt các yêu
cầu vận hành như công suất, mức độ tự động hóa cao, vận hành an toàn và hiệu quả…
Trong quá trình làm đồ án chuyên ngành em được giao đề tài: “Thiết kế hệ truyền
động cho cho cơ cấu nâng cần trục sử dụng động cơ điện một chiều”.
Em xin cảm ơn cô GVC. Nguyễn Thị Liên Anh đã giúp em hoàn thành bài đồ án này.
Do giới hạn về kiến thức nên nghiên cứu còn có nhiều hạn chế và thiếu xót. Em kính
mong được sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy, cô để bài đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 5 năm 2015
Sinh viên thực hiện:
Hoàng Tiến Dũng
5
Chương 1. Tổng quan về cầu trục
1.1. Khái quát chung
Cầu trục là các máy chuyển động trên 2 đường ray cố định trên kết cấu kim loại hoặc
tường cao để vận chuyển vật trong khoảng không gian giữa 2 dường ray đó.
1.1.1. Cấu tạo
Hình 1.1. Cầu trục
Cơ cấu nâng-hạ: Là bộ phận của cầu trục bao gồm động cơ truyền động, bộ truyền và
hệ kéo cáp vật lên, hạ vật xuống theo phương thẳng đứng (palang điện hoặc palang tay).
Bộ phận lấy hàng có thể là móc câu, gầu hoặc nam châm điện. Tùy theo công dụng của
cầu trục mà trên xe con có 1 hoặc 2, 3 cơ cấu nâng hạ, gồm 1 cơ cấu nâng chính và 1
hoặc 2 cơ cấu nâng phụ. Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm. Phanh dùng trong cầu trục
thường có 3 loại: phanh đĩa, phanh guốc và phanh đai.
Xe cầu: Là một khung thép hình chữ nhật, được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm 1
dầm chính bao quanh là dàn khung. Hai đầu dầm chính liên kết cơ khí với 2 dầm ngang
tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe cầu trục được thiết
kế trên các dầm ngang của khung để xe cầu có thể chạy dọc suốt nhà xưởng một cách dễ
dàng.
Xe con: Là bộ phận di chuyển trên đường ray trên xe cầu, trên đó có cơ cấu nâng hạ
và cơ cơ cấu di chuyển cho xe con.