Tài liệu môn Cấu trúc điều khiển động cơ

NỘI DUNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ HÀNG TRÊN CẢNG II. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ HÀNG III. GIẢI PHÁP CHỌN LỰA IV. THIẾT KẾ V. TỔNG KẾT I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ HÀNG TRÊN CẢNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU NÂNG HẠ HÀNG Định nghĩa : Cần trục tự hành là loại cần trục có thiết bị phát lực là động cơ đốt trong, hệ thống di chuyển bằng bánh xích hoặc bánh lốp, nó có tính cơ động rất cao, có khả năng di chuyển trong phạm vi khá rộng lớn. Cần trục tự hành thường có tay cần nghiêng so với phương ngang khi hoạt động cẩu lắp. Góc nghiêng tay cần tối đa là 750. Cần trục tự hành dùng trọng lượng của ôtô hay của máy kéo bánh xích làm đối trọng. Phân loại: + Dựa vào hệ thống di chuyển có các loại : cần trục bánh xích, cần trục bánh lốp, cần trục lưu động ôtô. + Dựa vào hệ dẫn động có các loại : cần trục thủy lực, cần trục dẫn động cơ khí, cần trục dẫn động điện. 1. Cần trục tự hành bánh xích: Là phương tiện được sử dụng trong công tác xếp dỡ, vận chuyển, xây lắp. Do diện tích bề mặt của dải xích lớn nên cho phép làm việc được cả với nền đất yếu, trên nền đất chưa được đầm chắc và làm phẳng. Ở trạng thái di chuyển có thể di chuyển trên nền có áp suất 15-20 N/cm2 và ở trạng thái làm việc áp lực cho phép không nhỏ hơn 30 N/cm2 Cần trục bánh xích thường có 2 loại: cần trục bánh xích để lắp dỡ và cần trục bánh xích chuyên dùng để lắp ráp a.Cấu tạo: Hình - Cần trục bánh xích 1. Móc câu ; 2. Dây cáp nâng hạ vật; 3. palăng 4. Cần ; 5. Hệ thống di chuyển bằng xích ; 6. Thiết bị tựa quay b. Đặc điểm cấu tạo: - Móc câu 1 dùng để móc vào vật - Dây cáp nâng hạ vật 2 gắn với móc để nâng hạ vật - Palang 3 bố trí ở đầu cần -Cần 4 có thể thay đổi góc nghiêng để thay đổi tầm với khi nâng vật -Hệ thống di chuyển bằng xích 5 gồm khung di chuyển tựa trên hai dãy xích qua các bánh sao chủ động, bánh sao bị động và hệ thống con lăn. - Cơ cấu quay của cần trục trên phần di chuyển qua thiết bị tựa quay 6. Trên phần quay là thiết bị công tác, thiết bị động lực, các cơ cấu nâng chính, nâng phụ, cơ cấu thay đổi tầm với, cơ cấu quay và ca bin điều khiển. c. Nguyên lý hoạt động: Khi cần trục hoạt động , móc 1 gắn vào vật.Thông qua hệ thống tời và pa lăng 3 để nâng hạ vật.Cần 4 có khả năng thay đổi góc nghiêng để thay đổi độ cao nâng vật , điều chỉnh vật tới vị trí cần thiết. Phần quay của cần trục trên phần di chuyển của thiết bị tựa quay giúp cho phần trên của máy có thể quay quanh trục trong khi máy vẫn đứng yên .Nhờ có khả năng này mà cần trục xích cơ động hơn trong quá trình làm việc tránh phải di chuyển nhiều. Các thông số cơ bản của máy: Cần trục tự hành dùng cơ cấu di chuyển bằng bánh xích có rất nhiều loại với nhiều hãng sản xuất khác nhau. Mỗi máy có thông số kĩ thuật khác nhau. Ví dụ: Cần trục tự hành bánh xích DEK-50 do Liên Xô cũ sản xuất: (Tham khảo tài liệu Sổ tay chọn máy thi công,tác giả Vũ Văn Lộc (chủ biên),NXB xây dựng) Trọng lượng : Toàn bộ : 90,8 T Đối trọng : 14,4 T Áp lực lên đất 1,78 kG/cm2 Vận tốc di chuyển 0,43 Km/h Sức nâng 50T Chiều dài cần 40m Tầm với (min/max) 5/20m Tốc độ quay của bàn quay 0,5 vòng/phút d. Ưu nhược điểm: Ưu điểm: - Tải trọng nâng lớn có thể lên tới 500t đối với cần trục xích chuyên dùng - Làm việc không cần các chân tựa như cần trục bánh lốp - Có thể di chuyển với tốc độ 0,5-1 km/h theo bất kỳ hướng nào trên công trình xây dựng - Độ ổn định khi làm việc cao Nhược điểm: - Tốc độ di chuyển chậm - Khó khăn khi di chuyển đường xa.Khi di chuyển từ công trường này đến công trường khác cần phải có thiết bị vận tải chuyên dụng. e. Phạm vi sử dụng: Do có tải trọng nâng lớn, khả năng di động vạn năng nên cần trục xích được sử dụng rộng rãi trên các công trường xây dựng dân dụng và công nghiệp, và hoàn toàn có khả năng thay thế các cần trục tháp chuyên dùng trong xây dựng. 2. Cần trục lưu động ô tô: a. Cấu tạo: Hình- Cần trục lưu động ôtô 1. Móc 2. Palăng nâng hạ vật 3. Dây cáp 4. Cần trục chính 5. Trục phụ đỡ trục chính 6. Buồng điều khiển cần trục 7. Buồng điều khiển xe 8. Thiết bị tựa quay 9. Chân trụ thăng bằng b. Đặc điểm cấu tạo: - Móc 1 dùng giữ vật được trên không - Pa lăng 2 nối với móc dùng thông qua dây cáp để tịnh tiến vật lên xuống - Dây cáp 3 gắn vào pa lăng - Cần trục chính 4 gồm ống và lỏi, lỏi có thể tịnh tiến trong ống giúp cho cần trục dài ngắn tùy ý - Cần trục phụ 5 có cấu tạo như trên co nhiệm vụ đỡ cần trục chính - Phần cần trục trên thông qua thiết bị tựa quay 8 có thể quay quanh trục làm dể dàng cho việc đưa vật tới nhiều nơi - Chân trụ giúp cần trục thăng bằng trong lúc làm việc c. Nguyên lý hoạt động: Pa lăng nâng hạ vật được nối với móc câu thông qua hệ thống dây cáp có thể có thể dài ra hoặc ngắn làm cho móc câu có thể chuyển động lên xuống. Mặt khác cần trục chính có thể kéo dài hoặc thu ngắn nhờ xy lanh thủy lực tác dụng 2 chiều. Để tăng khoảng không gian phục vụ của cần trục trên đầu đoạn cần di động có cần mỏ vịt với các chiều dài khác nhau và góc ngiêng khác nhau. Cần trục có thể đưa lên cao hoặc hạ thấp thông qua cần trục phụ và đồng thời cần trục có thể xoay xung quanh trục giữa máy nên việc nâng hạ và di chuyển vật rất cơ động. d. Ưu nhược điểm: Ưu điểm: - Cần trục ô tô với dẫn động riêng bằng truyền động thủy lực hoặc điện có sơ đồ truyền động đơn giản hơn, có độ tin cậy cao hơn, điều khiển dễ dàng, đảm bảo khả năng điều chỉnh tốc độ có chuyển động của cần trục ở phạm vi rộng - Không để lại dấu trên nền đường đi qua Nhược điểm: - Khó di chuyển trên công trường đồi dốc - Chỉ nâng được vật có tải không lớn - Vật được nâng không quá cao so với mặt đất e. Phạm vi sử dụng: Do tính di động dể dàng nên cần trục ô tô được sử dụng rộng rãi ở các công trình dân dụng và công nghiệp vừa và nhỏ. 3. Cần trục bánh lốp a. Cấu tạo: Hình - Cần trục bánh lốp 1. Móc câu ; 2. dây cáp nâng hạ vật ; 3. Cần 4. Hệ thống nâng cần ; 5. Chân tựa 6. Thiết bị tựa quay ; 7. Buồng lái b. Đặc điểm cấu tạo: Cấu tạo của cần trục bánh lốp tương tự cần trục bánh xích.Đều có các bộ phận cơ bản như : móc câu 1 ; dây cáp 2 dùng để nâng hạ vật ; cần trục 3 cấu tạo thường là dàn không gian với các đoạn cần trung gian để thay đổi chiều dài ; Hệ thống nâng cần 4 ; thiết bị tựa quay 6 và buồng lái 7. Riêng cần trục bánh lốp có dùng các chân tựa 5 khi làm việc với tải trọng lớn. c. Nguyên lý hoạt động : Khi làm việc với tải trọng khá lớn,các chân tựa của máy được đặt tựa chắc chắn trên nền đất. Móc câu 1 móc vào vật. Cần trục hoạt động tương tự như cần trục bánh xích.Thiết bị động lực nằm trên phần quay của cần trục bánh lốp có nhiệm vụ dẫn động các chuyển động khác như :nâng hạ vật và nâng hạ cần; hoặc nâng hạ vật và quay cần trục để đưa vật cần di chuyển đến vị trí cần thiết. Khi cần đưa vật lên cao, cần 3 có thể thay đổi chiều dài cần nhờ cấu tạo các đoạn trung gian. Chiều cao nâng có thể lên tới 55m . Ví dụ: Cần trục tự hành bánh lốp NK-12005 do hãng KATO( Nhật Bản) sản xuất: (Tham khảo tài liệu Sổ tay chọn máy thi công,tác giả Vũ Văn Lộc (chủ biên),NXB xây dựng) - Sức nâng lớn nhất + Có chân chống 0,95 - 120 T + không có chân chống 48T - Tầm với (min/max) 3-40 m - Độ cao nâng (min/max) 14 - 48,5 m - Tốc độ nâng (min/max) 3,1 - 102 m/phút - Chiều dài cần 13,6 - 50 m - Công suất động cơ 220 - Tốc độ quay của bàn quay 0,5 - 1,9 vòng/phút d. Ưu nhược điểm: Ưu điểm: - Tải trọng nâng lớn - Khoảng không gian phục vụ rộng (Chiều cao nâng có thể lên tới 55m, tầm với đến 38m) - Cơ động trong việc di chuyển.Có thể tự di chuyển dễ dàng đến địa bàn thi công Nhược diểm: e. Phạm vi sử dụng Nhờ có nhiều ưu điểm như trên mà cần trục bánh lốp được sử dụng rộng rãi trên các công trường xây dựng công nghiệp. 1.Giới thiệu biến tần của hãng Mitsubishi Mitsubishi là một trong những hãng dẫn đầu thế giới trong lĩnh vực truyền động điện xoay chiều. Các dòng sản phẩm trong lĩnh vực này được sản xuất dựa trên những công nghệ tiên tiến cho phép vận hành an toàn và ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt nhất. Do đó, khách hàng hoàn toàn có thể yên tâm khi sử dụng các sản phẩm của Mitsubishi cho các ứng dụng của mình. Một trong những dòng sản phẩm có tiếng trên thị trường của Mitsubishi hiện nay trong lĩnh vực truyền động xoay chiều là các bộ biến tần. Đây là loại thiết bị đứng đầu bảng về chất lượng so với các hãng Nhật khác trên thị trường. Biến tần của Mitsubishi sử dụng các bộ vi điều khiển 16 bit và 32 bit cùng các IC chức năng chuyên dụng của hãng tạo cho sản phẩm có tính mềm dẻo cao, thời gian đáp ứng nhanh, tính năng truyền thông mạnh và khả năng tự bảo vệ. Việc sử dụng các module công suất thông minh đem đến khả năng đóng cắt tốt nhất cho các thiết bị chuyển mạch công suất trong giai đoạn hiện nay, tạo ra dạng sóng gần sin hơn cho động cơ, cải thiện hiệu suất làm việc của động cơ trong thời gian quá độ. Một đặc trưng mới khá thú vị ở dòng FR 500 là chức năng tự động điều chỉnh trực tuyến (On Line Auto Tuning). Chức năng này tăng cường tính ổn định của phương pháp điều khiển Sensorless vector, tối ưu tham số và tăng cường tính ổn định của hệ thống trong điều kiện nhiệt độ động cơ thay đổi. Biến tần của Mitsubishi được chế tạo ra đều tuân thủ nghiêm ngặt các chuẩn quốc tế và châu Âu. Với việc ứng dụng công nghệ “Soft PWM” trong điều khiển biến tần cho phép giảm tối đa các nhiễu âm của động cơ đồng thời cho phép sử dụng các sóng mang có tần số thấp hơn làm mịn đường đặc tính cơ của động cơ trong miền tốc độ thấp. Vậy bộ biến tần làm việc như thế nào ?  Nguyên lý làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96.  Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm 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 bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Lưu ý - Như đã nêu ở trên, ở đầu ra của biến tần chỉ có dòng điện là hình sin nhưng điện áp không phải là hình sin mà có dạng chuỗi xung vuông điều biên nối tiếp nhau. - Nếu khoảng cách nối dây cáp điện giữa động cơ và biến tần đủ lớn sẽ xẩy ra hiện tượng quá điện áp (do hiện tượng phản xạ sóng điện áp), có thể dẫn đến lão hóa cách điện cuộn dây stato, giảm tuổi thọ thậm chí làm hỏng động cơ. Vì vậy, khi lắp ráp phải chú ý sao cho dây cáp càng ngắn càng tốt, đặc biệt đối với động cơ công suất vừa và nhỏ (thường có trở kháng đáp ứng xung lớn hơn so với trở kháng đáp ứng xung của cáp nối) Về ứng dụng: Biến tần AC với công suất điều khiển lớn được sử dụng hiệu quả trong các trường hợp như:  Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc độ khác nhau  Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất máy, năng suất băng tải ....  Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió, máy nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi  Công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế gia pháp ứng dụng biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao so với động cơ làm việc với tốc độ không đổi (100% n) 2. Giới thiệu động cơ dùng cho cơ cấu nâng hạ hàng trên cảng a. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha: Tốc độ đồng bộ (chưa tính đến độ trượt s) của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha được tính: n = 60f/p (vg/ph). Ở đây: f - tần số lưới điện 50Hz(một số quốc gia trên thế giới có tấn số f = 60Hz) p - số cặp cực từ trên stato động cơ. Stato được quấn theo số cặp cực: p = 1, 2, 3 và 4; tương ứng với tốc độ đồng bộ: n = 3.000, 1.500, 1.000 và 750 vg/ph. Thông thường mỗi động cơ chỉ có thể được thiết kế để làm việc ở hai tốc độ đồng bộ. Ví dụ: từ n = 3.000, 1.500vg/ph; n = 1.500 , 1.000vg/h, Nếu động cơ được quấn với nhiều tốc độ thì phức tạp dẫn đến giá thành không dễ chấp nhận. Mặt khác, việc thay đổi số cặp cực (p) chỉ đạt được một tốc độ rất hạn chế, nhiều trường hợp không phù hợp công nghệ sản xuất. Vì vậy, dựa vào công thức tính (n), người ta có thể thay đổi tần số (f) ở nguồn vào động cơ, do đó tốc độ động cơ sẽ được thay đổi theo để đạt giá trị mong muốn, thiết bị này được gọi là bộ biến tần. Bộ biến tần phải thực hiện được các chức năng: - Biến đổi điện áp xoay chiều ba pha của nguồn điện vào thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lưu cầu ba pha; - Sau đó nhờ bộ nghịch lưu (INVERTER) sẽ đổi ngược lại thành điện áp xoay chiều ba pha biến đổi theo phương pháp điều chế độ rộng của xung ; - Kết quả là đầu ra của biến tần dòng điện có dạng hình sin, còn điện áp có dạng xung vuông nối tiếp nhau và tần số sẽ được điều chỉnh tùy ý để được tốc độ theo công nghệ đã chọn. b. Môi trường làm việc của động cơ  Động cơ truyền động các cơ cấu của cẩu hàng làm việc trong điều kiện rất nặng nề, môi trường làm việc khắc nghiệt nơi có nhiệt độ cao, nhiều bụi, độ ẩm cao và nhiều loại khí, hơi, chất gây cháy, nổ.  Chế độ làm việc của các động cơ là chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại với tần số đóng cắt lớn, mở máy, hãm dừng liên tục. II. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ HÀNG 1. Động cơ dị bộ ba pha 2. Biến tần điều khiển AC Drive của hãng Mitsubishi 3. Sensor gia tốc 4. Công tắc hành trình 5. Sensor vị trí 6. Khí cụ đóng cắt 7. Sensor trọng lượng 8. Bộ biến đổi bộ nguồn sang DC III. VAI TRÒ CƠ BẢN CỦA TỪNG THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG 1. Động cơ dị bộ ba pha là bộ phận chính thực hiện nâng hạ phải có công suất phù hợp với yêu cầu của tải. Các thông số của động cơ như điện thế, dòng phải phù hợp với lưới điện nơi đó. 2. Bộ biến tần có chức năng thực hiện điều khiển tốc độ và điều khiển động đảo chiều. Biến tần phải có thông số phù hợp với động cơ đã chọn. 3. Công tắc hành trình đặt ở cuối các điểm hành trình nhằm thực hiện ngắt động cơ khi đã hạ xuống hoặc nâng lên hết mức 4. Khí cụ đóng cắt : bất cứ hệ thống điện nào từ dân dụng tới công nghiệp điều phải có thành phần đóng cắt mạch điện làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn điện ra khỏi mạch và có chức năng bảo vệ các phần tử trong mạch 5. Sensor gia tốc : cho biết tốc độ và gia tốc đang nâng lên hoặc hạ xuống cho người điều khiển biết để xử lí 6. Sensor vị trí : thông báo vị trí của vật được nâng lên hoặc hạ xuống. 7. Sensor trọng lượng : thông báo trọng lượng của vật đang thực hiện nâng hạ. 8. Bộ chuyển đổi nguồn DC cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị cần sử dụng. IV.GIẢI PHÁP CHỌN LỰA 1.Định hướng  Sử dụng một biến tần của hãng Mitsubishi phù hợp để điều khiển cho một động cơ thích hợp nhằm thực hiện cho một cơ cấu nâng hạ.  Thiết kế cho cơ cấu nâng hạ hàng hóa ở cảng. Trọng lượng có thể nâng hạ tối đa khoảng 50 tấn.  Phần cơ khí của cần cẩu ta xem như được đáp ứng.  Chúng ta tập trung vào thiết kế phần điều khiển để có thể thực hiện yêu cầu thực tế. Ở đề tài này chúng ta tìm hiểu hai bộ phần chính của hệ thống nâng hạ hàng trên cảng đó là: AC Drive của hãng Mitsubishi và động cơ không đồng bộ ba pha. 2. Tính toán công suất và lựa chọn dộng cơ cho truềyn động điện a.Đồ thị phụ tải của truyền động điện Đồ thị phụ tải của truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng tính toán thiết kế hệ thống truyền động điện đó chính la cơ sở để tính toán xác định công suất và lựa chọn động cơ điện. Đồ thị phụ tải của truyền động điện là mối quan hệ giữa mô men hoặc công suất theo thời gian. M, P = f(t) Đồ thị phụ tải của truyền động điện bao gồm có đồ thị phụ tải của máy sản suất và đồ thị phụ tải của động cơ điện.Từ phương trình chuyển động của truyền động điện: d M  M  j d c dt Trong đó: + Md: Mô men của động cơ điện + Mc: Mô men của máy sản suất + j : Mô men quán tính +ω : Tốc độ góc của động cơ điện Từ phương trình chuyển động của truyền động điện ta nhận thấy mô men của động cơ điện va của máy sản suất chỉ khác nhau ở chế độ quá độ còn trong chế độ xác lập là như nhau nghĩa là đồ thị phụ tải của động cơ điện và ngày sản suất chỉ khác nhau trong chế độ quá độ. Đồ thị phụ tải của máy sản suất là cơ sở để tính toán lựa chọn công suất của động cơ điện đó là mối quan hệ: Mc, Pc =f(t) Đồ thị phụ tải của động cơ điện được xây dựng trên cơ sở đã tính toán đến các quá độ, quá trình hãm,là cơ sở để tính toán kiểm nghiệm động cơ đã chọn sơ bộ ban đầu đó là mối quan hệ: Md, Pd =f(t) Hình-Đồ thị phụ tải của cơ cấu nâng hạ và động cơ điện của cần trục Trong đó Mc=f(t) là đồ thị tải của cơ cấu nâng hạ hàng còn mối quan hệ Md=f(t) là đồ thị tải của động cơ điện hai cơ cấu nâng hạ hàng. Khoản thời gian t1 ứng với mô men cản Mc1 và Md1 là khoảng thời gian nâng hạ hàng lên, khoản thời gian t01 là khoảng thời gian nghỉ để đưa hàng sang ngang, khoảng thời gian t2 ứng với mô men cản Mc2 và Md2 là khoảng thời gian hạ hàng, khoảng thời gian t02 là khoảng thời gian nghỉ để dỡ hàng, khoảng thời gian t3, t4 ứng với mô men cản Mc3, Mc4 và Md3, Md4 là khoảng thời gian nâng và hạ móc không. Trong đồ thị tải của động cơ điện lai cơ cấu nâng hạ hàng còn có thêm các khoảng thời gian khởi động tkd ứng với các mô men khởi động Mkd, đó chính là sự khác nhau giữa đồ thị tải của máy sản suất (cơ cấu nâng hạ hàng) và động cơ điện lai. b.Tính toán chọn công suất của động cơ Hình- Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ bốc hạ hàng bằng móc Lực đặt lên cáp nâng được tính theo biểu thức sau: Trong đó: m – là bội số của ròng rọc( trong trường hợp này m=2) Khi nâng không tải ( G=0), lực đặt lên cáp ngang bằng : Momen đặt lên tang nâng tương ứng cho hai trường hợp bằng: Trong đó : - là hiệu suất của tang nâng Momen đặt lên trục động cơ bằng: Trong đó: - là tỷ số truyền và hiệu suất của cơ cấu truyền lực Trong đó : - là hiệu suất bánh vít- trục vít: - là hiệu suất của cặp bánh răng: Công suất của động cơ truyền động phụ thuộc vào tốc độ nâng: Trong đó: - là tốc độ nâng hàng - là hiệu suất của toàn bộ cơ cấu truyền lực Ơ đây ta chọn trọng lượng nâng tối đa là khoảng 50 tấn. F= mkl.a ( với mkl = 50000Kg ) Và tùy vào hệ thống cơ khí thiết kế mà ta có các hệ số cụ thể. Từ đó ta tính được công suất của động cơ cần dùng cho cơ cấu nâng hạ. 3. Chọn lựa biến tần  Theo các công nghệ truyền thống trước đây mới chỉ thực hiện được việc biến tần ở các tần số cao, với công suất nhỏ. Còn với tần số công nghiệp và với công suất lớn hàng trăm kilôwat thì chưa thực hiện được.  Cho đến nay, rào cản về trình độ công nghệ này đã bị tháo bỏ, các nước có nền kỹ nghệ tiền tiến đã chế tạo được các máy biến tần công suất lớn, và ngay lập tức đã được áp dụng vào sản xuất, giải quyết được vấn đề điều chỉnh tốc độ của các động cơ ba pha xoay chiều và đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế. Ở đây ta sử dụng biên tần loại FR-F 740 của hãng Mitsubishi Biến tần FR-F700 Công suất 0,75-630 KW 3 pha Nguồn điện 380-480V Tần số ngõ ra 0,5-400 Hz Profibus DP, Cổng giao tiếp CC-Link, RS 458 Đặc điểm của loại biến tần này:  Thiết kế vỏ kiểu NEMA 1UL cho phép lắp đặt biến tần độc lập khi cần thiết.  Dễ dàng lập trình: Sử dụng bộ lập trình thế hệ mới DU07 hay phần mềm công cụ FR-Configurator;  Bộ lọc nhiễu điện từ bên trong tương thích với tiêu chuẩn EN61800-3  Có thể điều khiển các đầu vào ra thông qua mạng như các đầu vào/ra xa;  Chuẩn giao tiếp RS-485 mặc định, giao thức Mitsubishi hay Modbus; Đơn vị tính là milimet Hình - Kết cấu của biến tần THÔNG SỐ KỸ THUẬT FR-F 700 Output range 0.75 - 630kW 3-phase Power supply (50/60Hz) 380-480V Protective structure IP20/IP00 Output frequency 0.5-400Hz Compact design o No. of preselect speeds 15 Control unit Removable Short-circuit, overload and no-load running o proof Intelligent output current supervision o Automatic energy saving function o Integrated brake transistor, brake resistor option o (without brake resistor option) RS-422/RS-485 comms interface Integrated RF suppression Filter (integrated and option) High, adjustable PWM switching frequency for o (+SoftPWM) whisper-quiet motor running Profibus DP, DeviceNet, CCLink, Network capabilities Modbus RTU, LonWorks PID control o Sink/source logic o Control unit with copy function o Multilanguage control unit Option Hình- Cấu tạo của biến tần FR- F700 IV.THIẾT KẾ 1. Sơ đồ đấu nối Hình- Kết nối biến tần với động cơ và các thiết bị bảo vệ MẠCH KẾT NỐI Hình- Sơ đồ mạch chính Hình- Sơ đồ mạch điều khiển SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH CHÍNH HƯỚNG DẪN KẾT NỐI SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH CHÍNH SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN 1 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN KẾT NỐI PHẦN 1 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN 2 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN KẾT NỐI PHẦN 2 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN 3 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN KẾT NỐI PHẦN 3 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN 4 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN KẾT NỐI PHẦN 4 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN 5 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN KẾT NỐI PHẦN 5 CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶTCÁC THÔNG SỐ TRÊN BIẾN TẦN Hinh- Bảng điều khiển Hình- Cấu trúc của FR-DU07 HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶTCÁC THÔNG SỐ TRÊN BIẾN TẦN 2. Bảo vệ a.Bảo vệ quá tải: Để bảo vệ quá tải, ta chỉ cần mắc thêm vào hệ thống môt Role nhiêt. Ngoài cách gán thêm Role nhiệt thì trong biến tần cũng có tích sắn một bộ phần nhằm bảo vệ quía tải. b. Bảo vệ tụt hàng : Để bảo vệ tụt hàng ta dùng phanh hãm điện từ Phanh hãm điện từ:  Là bộ phận không thể thiếu trong các cơ cấu chính của cầu trục dùng để dừng nhanh các cơ cấu, giữ hàng được nâng lên một cách chắc chắn,bảo vệ hàng khỏi bị tụt trong quá trình nâng hạ hàng hóa.  Phanh hãm điện từ dùng trong cầu trục theo cấu tạo thường có ba loại: o Phanh guốc, o Phanh đai, o Phanh đĩa.  Nguyên lý hoạt động của các loại phanh nói trên về cơ bản là giống nhau. Khi động cơ truyền cơ cấu đóng vào lưới thì đồng thời cuộn dây nam châm phanh hãm cũng có điện. Lực hút của nam châm thắng lực cản lò xo, má phanh sẽ giải phóng khỏi trục động cơ để động cơ làm việc. Khi mất điện, cuộn dây của nam châm của phanh hãm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động cơ để hãm. Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của phanh đai Nguyên lý làm việc như sau:  Khi cuộn dây nam châm NC có điện, lực hút nam châm sẽ nâng cánh tay đòn L theo chiều đi lên làm cho đai phanh không ép chặt vào trục động cơ.  Khi mất điện do khối lượng phần ứng của nam châm Gnc và đối trọng trọng phụ Gph, sẽ hạ cánh tay đòn L theo chiều đi xuống và khi đó đai phanh sẽ ghì chặt vào trục động cỏ. Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc của phanh hãm trình tự Hình – Cấu tạo và sơ đồ đấu nối của phanh hàm tuần tự  Cho phép biến tần điều khiển phanh hãm của động cơ bằng việc tạo ra momen giữ tải khi bắt đầu làm việc và khi dừng.  Tần số làm việc lúc nhã và hãm phanh: biến tần tự động đặt theo hệ số trượt của động cơ. V.TỔNG KẾT 1.Nhận xét  Việc nâng hàng lên với ba cấp tốc độ (chậm, trung bình và nhanh), để đáp ứng yêu cầu này thì ta cài đặt tần số tương ứng cho biến tần FR- F740 (trên sơ đồ kêt nối có chỉ ra 3 vị trí RH (High speed ), RM (Middle speed ),và RL ( Low speed ) ). Để bảo vệ tụt hàng thì ta dùng phanh từ. Và bảo vệ quá tải ta dùng Role nhiệt. Ngoài cách mắc thêm Role nhiệt thì trong biến tần cũng có tích sẵn một bộ phần nhằm bảo vệ quá tải.  Như vậy, với cơ sở lý thuyết đã trình bày ở những phần trên, chúng ta có thể thiết kế một hệ thống nâng cẩu hàng trên cảng với nhiều tiện ích. 2.Ứng dụng thực tế của bến tần vào hệ thống nâng hạ hàng trên cảng  Với việc sử dụng biến tần vào hệ thống nâng hạ hàng trên cảng cho ta rất nhiều tiện ích mà các phương pháp khác không thể bằng.  Với tính năng vượt trội của biến tần, ngoài việc cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống máy, nó còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng ở những máy có tải biến đổi theo tốc độ. Với sự phát triển của ngành điện TĐH, hy vọng hệ thống điều khiển tiên tiến và hiện đại dần dần sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong sản suất để góp phần tiết kiệm tài nguyên cho đất nước.