Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
Tổng quan về Hệ truyền động
CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU
TRUYỀN ĐỘNG
I. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu hệ truyền động :
Cầu trục là một loại máy nâng, vận chuyển được sử dụng phổ biển trong
nhiều nghành kinh tế khác nhau như trong nhà máy cơ khí, luyện kim , công
trường xây dựng….
Thông thường, cầu trục được điều khiển trong cabin theo yêu cầu của nơi
sản xuất , bộ điều khiển đặt ngoài cầu trục, tủ điều khiển đặt ở nền phân
xưởng.
Phân loại cầu trục :
- Theo đặc diểm cấu tạo :
+ Cầu trục kiểu cầu
+ Cầu trục tháp
- Theo trọng tải :
+ Loại nhẹ : < 5 - 10 tấn
+ Loại trung bình : 10 - 15 tấn
+ Loại nặng : > 15 tấn
- Theo chế độ làm việc :
+ Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 - 15%, số lần đóng
máy trong một giờ là 60.
+ Loại trung bình : TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy trong
một giờ là 120.
+ Loại nặng : TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy trong một
giờ >240.
- Theo chức năng :
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ

ĐIỆN CƠ
Toàn bộ cơ cấu tang , hộp truyền động bánh răng và động cơ xe con được đặt
trên xe con di chuyển ngang phân xưởng .
Ngoài ra còn có cơ cấu phanh hãm gồm 3 loại : phanh guốc , phanh đĩa và
phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới thì đồng thời cơ cấu phanh
hãm cũng có điện, mở má phanh giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc.
Khi động cơ ngừng làm việc , động cơ phanh mất điện , Ðp chặt má phanh vào
trục để hãm. Cầu trục loại nặng thường dùng hai phanh.
I.2 Các chuyển động của cầu trục :
+ Chuyển động của xe cầu : tiến hay lùi cầu trục theo phương ngang dọc
đường ray.
+ chuyển động của xe con : chuyển động theo phương vuông góc với
chuyển động của xe cầu trên mặt phẳng ngang.
+ Chuyển động của cơ cấu nâng hạ : nâng hạ tải trọng theo phưong thẳng
đứng.
I.3 Đặc điểm công nghệ của cầu trục :
Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở hải cảng,
trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim . . .
Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ truyền động và trang bị điện cầu
trục phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của môi trường.
Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo tải trọng.
Nhất là cơ cấu nâng hạ , mô men thay đổi rõ rệt. Khi không có tải trọng mô men
động cơ không vượt quá (15 - 20 )% Mđm. Đối với cơ cấu nâng hạ của cầu trục
ngoạm đạt tới 50%Mđm. Đối với đông cơ di chuyển xe con bằng
(30-50)%Mđm. Đối với động cơ di chuyển xe con bằng (30-35 )%Mđm, đối với
động cơ di chuyển xe cầu bằng (50 - 55 )%Mđm.
Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục yêu cầu quá trình tăng
và giảm tốc xảy ra rất êm. Bởi vậy mô men động trong quá trình quá độ phải
được hạn chế theo kĩ thuật an toàn.
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ

Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
- Điện áp chiếu sáng của cầu trục không vượt quá 220 V.
- Điện áp chiếu sáng khi sửa chữa phải nhỏ hơn 36 V ,
không dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạch điện
chiếu sáng , sửa chữa.
+ Các mạch điện và các động cơ phải đựơc bảo vệ ngắn mạch và quá tải
trên 200% bằng các rơle dòng điện cực đại, không dùng bảo vệ nhiệt vì
các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong mạch không chỉ
phải bố trí các thiết bị bảo vệ để loại trừ hiện tượng động cơ tự khởi động
khi điện áp lưới phục hồi sau khi mất điện.
+ Đối với cầu trục cỡ lớn phải dùng các thiết bị khắc phục vênh giàn cầu.
Trong hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục , các động cơ có sơ
đồ riêng biệt . Chính vì thế việc tổng hợp bộ điều chỉnh cho từng loại cơ
cấu truyền động là độc lập nhau.
Động cơ truyền động cầu trục , nhất là đối với cơ cấu nâng hạ , mô
men thay đổi theo tải trọng là rõ rệt, khi không tải mô men động cơ không
vượt quá (15 - 20 )% Mđm và bằng ( 50 - 55)% Mđm đối với động cơ di
chuyển xe cầu .
Trong hệ truyền động các cơ cấu máy nâng , vận chuyển nói chung
và cầu trục nói riêng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải xảy ra
rất êm. Bởi vậymô men động trong quá trình quá độ phải được hạn chế
theo yêu cầu kĩ thuật an toàn.
Những năm gần đây, do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn, kĩ thuật
biến đổi điện năng công suất lớn,các hệ truyền động điện cho cầu trục đã
dùng nhièu bộ biến đổi Tiristor thay cho các hệ cổ điển dùng máy điện
khuyếch đại cũng như khuyếch đại từ. Hệ truyền động các cơ cấu cầu trục
dùng bộ biến đổi Tiristor - DC Motor (T-Đ) đối với cơ cấu di chuyển , do
có ảnh hưởng của mô men phản kháng nên sơ đồ khống chế đảo chiều
đơn giản dùng cho các Contactor đảo chiều trong mạch phần ứng của

Bây giê ta sẽ phân tích ưu , nhược điểm của từng loại hệ truyền
động này để từ đó chọn ra một phương án phù hợp nhất cho cầu trục .
I. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ :
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha, loại động
cơ này được sử sụng rộng rãi trong công nghiệp , chiếm tỉ lệ rất lớn so với
các loại động cơ khác. Ngày nay do sự phát triển của công nghệ chế tạo
bán dẫn công suất và kĩ thuật tin học điện tử, động cơ không đồng bộ mới
được khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh
tranh có hiệu quả với truyền động chỉnh lưu Tiristor .
Không giống nh động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có cấu
tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông và mô men phụ
thuộc nhiều tham sè.
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không
đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh
tốc độ động cơ không đồng bộ nh sau :
1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristor :
Nguyên tắc điều chỉnh của phương pháp này là dựa vào mô men động
cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp Stator, do đó có thể điều
chỉnh được mô men và tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị
điện
áp stator trong khi giữ nguyên tần số.
Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ thích hợp với truyền động mà mô
men tải là hàm tăng theo tốc độ.
2. Điều chỉnh điện trở mạch Rotor :
Phương pháp này là điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng
cách điều chỉnh điện trở mạch Rotor bằng các van bán dẫn. Do vậy ưu
điểm của phương pháp này là dễ tự động hoá điều chỉnh.

Nếu giữ dòng điện Rotor bằng hằng số thì M=const và không
phụ thuộc vào tốc độ động cơ . Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp
điều chỉnh điện trở mạch Rotor cho truyền động có mô men tải không đổi.
Phương pháp động cơ trơn điện trở mạch Rotor bằng phương pháp xung :
ρ

000
R
T
T
R
TT
T
RR
d
nd
d
C
==
+
=
C
R
là điện trở tương đương trong mạch Rotor được tính thời gian đóng
Td và thời gian ngắt Tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở Ro vào
mạch hay không.
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ

3. Phương pháp điều chỉnh công suất trượt :

số f2. Bộ biến tấu này thường có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, tuy nhiên
thực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp, có số lượng van lớn ( nhất là mạch 3 pha ).
Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào f1.
+ Biến tần gián tiếp : cấu trúc sơ đồ :

Điện áp xoay chiều được biến thành 1 chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua
bộ lọc rồi được nghịch lưu biến đổi thành U2 với tần số f2. Hiệu
suất loại này thấp song cho phép thay đổi để dùng f2 mà không phụ
thuộc f1.
II. Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor có đảo chiều quay :
Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chièu và chỉ điều khiển được khi
mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van được thực hiện đảo
chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát động cơ , cấu trúc mạch
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiềucó yêu cầu
an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ.
Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều :
+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ
động cơ .
+ Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động ( T-Đ) dảo chiều có nhiều
song đều thực hiẹn theo mét trong hai nguyên tắc trên và được phân
ra 5 loại sơ đồ chính :
1. Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cáp cho phần ứng và
đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ. Dùng cho công
suất lớn và Ýt đảo chiều.

Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ

2. Điều khiển chung :
Nguyên tắc :Tại một thời điểm, cả BĐ1 và BĐ2 đều nhận được xung
mở, tuy nhiên chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng nghịch lưu. Mặc dù
Ed1=Ed2 tức là không có giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời
của sđđ luôn khác nhau , do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều
của dòng điện cân bằng, để hạn chế thường dùng cuộn kháng cân bằng
Lcb.
3. Kết luận :
Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên , em chọn phương án
chỉnh lưu Tiristor - động cơ một chiều có đảo chiều quay vì :
+ Hệ tác động nhanh, không gây ồn, dễ tự động hoá do các van có
hệ số khuyếch đại công suất rất cao. Điều này thuận lợi cho việc thiết
lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các
đặc tính và đặc tính động của hệ thống.
+ Ta sẽ dùng sơ đồ 3 cho hệ truyền động một chiều vì loại này có
thể dùng cho mọi dải công suất , có tần số đảo chiều lớn.
+ Dùng hệ truyền động này sẽ đạt được tốc độ tối ưu.
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
CHƯƠNG III
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC

I. Chọn động cơ điện :
Mét chu kì làm việc của cầu trục gồm có 4 giai đoạn : Lấy tải , di chuyển tải
trọng ,theo tải , di chuyển không tải về vị trí ban đầu .
Ta có :
- Thời gian xe đứng để tháo tải T
01
= 100 s .
- Thời gian xe đứng để lấy tải T

Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
Pc =
dm
VFc
η
*1000
*
=
8,0*1000
6,0*5600
=4,35 kw
Khi xe cầu chạy không tải
K =
FcdmFco
Fco
+
=
58003000
3000
+
= 0,34
Hình vẽ
Tra đồ thị quan hệ phụ thuộc hệ số mang tảI η
c
theo tải trọng suy ra
η
co
= 0,65
Công suất cản tĩnh khi xe cầu chạy không tải là

**60
π
=
34,0*14,3
16*6,0*60
= 540 v/phut
Từ các số liệu trên tra trong quyển “ các đặc tính cơ của động cơ trong truyền
động điện” - Bùi Đình Tiến và Lê Tòng dịch , ta chọn được động cơ :
Động cơ một chiều kiểu ΠΠ ,Uđm = 220 V.
Có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lạI εdd =40%
Kiểu
động
cơ
Pđm
(KW)
Uđm
(V)
Nđm
(Vg/ph)
Iđm
(A)
R
u
+R
cp
(Ω)
R
cks
(Ω)
D/đ đm

).(V/n)
2
.
Jt = 1,15*(0.125+0.15)+91.5*(91.1+1000)*(0.6/1013) = 3.22 Kgm
2
.
Mômen quán tính của hệ truyền động quy đổi về trục động cơ khi không tải
được xác định theo công thức :
Jo =Kt*(Jdc+J1)+ 91.5*(m
0
).(V/n)
2
Jo =1.15*(0.125+0.15)+91.5*(1.1*1000)*(0.6/1013)
2
= 0,33 Kgm
2
Kt hệ số tính đến mômen quán tính các bộ quay của cơ cấu truyền lực .
m
0
,m
dm
: khối lượng định mức của tải trọng và xe cầu .
mômen trên trục động cơ khi xe chạy có tải
Mc=
dmi
DbFc
η
**2
*
=

ĐIỆN CƠ
Mkd = 0.5*(M
1
+M
2
)=0,5*(87.68+49.32)=68.5 Nm
Và coi là không đổi trong thời gian khởi động có tải và không tải .
Thời gian khởi động có tải :
Tm
1
=
)(*55,9
*
McMkd
ndmJt
−
=
)1.415.68(*55.9
1050*22.3
−
= 13 s
Thời gian khởi động không tải :
Tm
1
=
)(*55,9
*
McoMkd
ndmJo
−

+
= 3,4 s
Chiều dài xe đi được trong thời gian mở máy khi có tải và không tải :
Lm
1
=(Vdm/2)*Tm
1
=
i
dmDb
*60*2
.*
ηπ
*Tm
1
=
30*60*2
1050*34.0*14,3
*13=4 m
Lm
2
=(Vdm/2)*Tm
2
=
i
dmDb
*60*2
.*
ηπ
*Tm

.*
ηπ
*Td
2
=
30*60*2
1050*34.0*14,3
*3.4=1 m
Chiều dài xe đi được khi chuyển tải trọng với tốc độ ổn định :
L
1
= L – (Lm
1
+Ld
1
) = 50 – ( 4+0,9) = 45,1 m
Chiều dài xe đi được khi chuyển không tải trọng với tốc độ ổn định :
L
2
= L – (Lm
2
+Ld
2
) = 50 – ( 0.85+1) = 48,15 m
Thời gian xe di chuyển với tốc độ ổn định khi không tải và có tải
T
11
=L
1
/V = 45,1/0,6 =75,2 s

= 40,4%
mômen đẳng trị :
Mdt1 =
1211)21(
12 11 )21(.
TTTmTm
TMcoMcoTMcMcTmTmMkdMkd
+++
+++
β

=
25.802.75)813(*5.0
25.80*2.26*2.2625.80*1.41*1.41)813(5.68*5.68
+++
+++
= 41,3 Nm .
tính quy đổi mômen này về hệ số đóng mạch tiêu chuẩn 40%
Mdt = Mdt1*
MDtc
DMcx
= 41,3*
40
1,40
=41,5 Nm
Vì Mdt < Mdm nên động cơ đã chọn thoả mãn đìêu kiện phát nóng.
II. Tính chọn mạch biến đổi :
Hệ truyền động cầu trục là 1 chiều và đảo chiều có sơ đồ khối hệ truyền động
đảo chiều và các tín hiệu điều khiển nh sau :
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ

U
maxy
trong đó :
Udo : điện áp không tải của chỉnh lưu
γ1 : hệ số tính đến sự suy giảm của lưới điện ;γ1= 0,95
γ2 : hệ số dự trữ BAN ; γ2 = 1,04 – 1,06
α
min
: góc điều khiển cực tiểu , sơ đồ đảo chiều và m =6 xung , nên ta chọn α
min
= 12
0
.
Iưmax : dòng cực đại phần ứng động cơ .Iưmax= (2-2,5)Iưđm.
Chọn Iưmax = 2 Iưđm = 2*26 = 52 (A)
∑
Uv
: tổng sụt áp trên van .Mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn nên
∑
Uv
= 2Uv
≈
2*1,6= 3,2 V
Eưđm = Uuđm – Iưđm.Rư =220 – 0,94*26 = 195,56 (V)
∆
Uymax : sụt áp cực đại do trùng dẫn

∆
Uymax =
∆

⇒
Uvo=Udo/1,35 = 215,22 (V)
• Tính chọn BAN :
Biến áp nguồn đấu theo kiểu
∆
/γ .Điện áp lưới Ul = 380 V
 Tỉ số biến áp : K
BAN
=
3/1*
1
Uvo
U
=
3/1*22,215
380
= 3,06
Dòng hiệu dụng thứ cấp BAN
I
2
=
3/2
*I
d
=
3/2
.26 = 21,23 A
 Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN
I
1

Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
Chịu được dòng trung bình khi dẫn : I
T
= 1,5*8,67= 13 A
Chịu được dòng cực đại khi dẫn : = 1,5*17,33 = 26 A.
Vậy ta chọn được loại thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho
động cơ
Loại I
0

(A)
Vrrm=
Vdrm
Itsm
(A)
Iđm
(mA)
Vgt
max
(V)
Igt
max
(A)
Vtm
max
(V)
Itm
max
(A)

dm
) (H) - truyền động điện trang 273
Trong đó : Kl = 1,4- 1,9 ( có máy bù ) chọn Kl= 1,4
Uuđm = 220 (V) ; I
udm
= 26 (A)
Zp = 4 (số đôi cực ) và n =1050(vòng/phút)
Đồ án môn học TỔNG HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ
 Lư = 1,4.(220/26*4*1050) = 2,82.10
3
−
(H)
Hay Lư = 2,82 (mH)
• tính toán mạch bảo vệ du/dt và di/dt
Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh nh sau :
a) Mạch R1C1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích
( điện tử công suất trang 261 Nguyễn Bính )
Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của thyristor  b=1-2
Chọn b= 1,6
Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH)
Hệ số quá điện áp : K =
max.Ungb
Vrrm
= 600/(1.6*304.37) = 1,23
Các thông số trung gian , sử dụng các đường cong
C
*
min
(K) = 5,5 ;