1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới
Vận tải bằng tời trục là hình thức vận tải phổ biến ở các nớc trên thế giới. Vận
tải bằng tời trục có nhiệm vụ giải quyết vấn đề đi lại ở các khu vực khai thác mỏ, vận
chuyển vật liệu, khoáng sản trong các hầm mỏ.
Trên thế giới, tời trục vẫn là phơng tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận
chuyển đất đá, khoáng sản, thiết bị vật t và con ngời phục vụ sản xuất.
1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam
Vận tải bằng tời trục có u điểm là năng suất vận tải lớn, độ tin cậy cao, dễ bảo
quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ nên hầu hết các mỏ than khai thác
hầm lò ở nớc ta đều sử dụng tời trục làm phơng tiện vận chuyển.
Hiện nay, động cơ truyền động cho tời trục mỏ thờng là động cơ điện xoay
chiều không đồng bộ ba pha rôto dây quấn, điều khiển chủ yếu bằng phơng pháp điều
chỉnh điện trở phụ mạch rôto thông qua các công tắc tơ.
Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có u nhợc điểm là:
* Ưu điểm:
- Giảm dòng khởi động động bằng cách đa các điện trở phụ vào mạch rôto .
- Điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng điện trở phụ ra nhờ công tắc tơ.
- Có mômen tới hạn (M
th
) không đổi trong quá trình làm việc
- Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải.
* Nhược điểm:
- Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở đặc biệt khi làm việc ở tốc độ thấp.
- Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu.
- Chi phí vận hành lớn
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện

- Quá trình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle.
* Nhược điểm:
- Thời gian mở máy phụ thuộc vào sự tăng (giảm) của M
c
và J.
- Mômen động phụ thuộc vào M
c
, J, U .
1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí)
* Ưu điểm:
Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị.
* Nhược điểm:
- Độ chính xác không cao.
- Thiết bị thờng dùng: các loại công tắc giới hạn.
- Chỉ áp dụng đợc ở máy, cơ cấu có từng vị trí xác định trong không gian.
1.2.5. Kết luận
Trong thực tế còn có nhiều nguyên tắc điều khiển khác theo công nghệ, theo
chức năng, công suất, nhiệt độ v.v…Tất cả mọi nguyên tắc điều khiển có thể đợc
phối hợp với nhau trong cùng một sơ đồ điều khiển.
1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh
1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ
1.3.3.1. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ

Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục
Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ là biểu đồ tốc độ đơn giản, sử dụng đối với tời trục kéo
thùng cũi có quãng đờng vận chuyển ngắn (< 80m).
1.3.3.2. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ
2
3
Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục

+ Tời trục chuyển động trong khu vực nhận tải hoặc dỡ tải phải êm dịu.
+ Tời trục sau khi ra khỏi khu vực nhận tải cần phải tăng tốc nhanh đến tốc độ
cho phép hoặc gần vào đến khu vực dỡ tải cần phải giảm tốc nhanh đến tốc độ nhỏ
nhất cho phép.
+ Gia tốc khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tải trọng
tác động lên máy trục là nhỏ.
1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ
1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC)
a. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện
Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện
máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện
Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhng bị ảnh
hởng của hiện tợng từ trễ, do có phần quay nên độ bền cơ bị hạn chế.
b. Hệ truyền động máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ
trung gian
5
6
Hình 1-12. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện máy phát
động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian
Hệ thống này có u điểm là cải thiện đợc đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt
hơn, giảm đợc công suất của mạch điều khiển do dòng điều khiển trong khuếch đại từ
trung gian nhỏ hơn nhiều so với dòng điều khiển trong khuếch đại máy điện.
d. Ưu, nhược điểm của hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ
- Thực hiện việc điều khiển theo đúng biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ.
- Khi điều chỉnh tốc độ cho hiệu quả kinh tế cao.
- Có khả năng duy trì tốc độ trung gian độc lập với tải.
- Có khả năng chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm điện.
- Quá trình khởi động và giảm tốc êm dịu.
- Có khả năng tự động hóa và điều chỉnh tự động cao.
- Kích thớc hệ thống lớn, chi phí đầu t và chi phí vận hành cao.

+ Điều khiển mômen hãm cơ khí
+ Sử dụng hệ thống truyền động điện phụ công suất nhỏ
+ Sử dụng hệ thống truyền động điện hai động cơ
+ Cung cấp cho động cơ nguồn dòng có tần số thấp
1.3.5.4. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
Để nhận đợc chế độ giảm tốc và chuyển động đều với tốc độ thấp trong đờng
cong dỡ tải tốt hơn so với truyền động điện đông cơ không đồng bộ rôtor dây quấn sử
dụng hệ thống truyền động điện Biến tần - Đông cơ.
Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
8
9
Hình 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
Trong hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ, để điều chỉnh tốc độ động cơ ta
tiến hành thay đổi tần số và điện áp nguồn cấp cho mạch stator của động cơ.
9
10
Chương 2
TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ
LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ
2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh
2.1.1. Hệ thống truyền động tời trục mỏ JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty
than Mạo Khê
Hình 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6
2.1.1.2. Nhận xét
* Ưu điểm:
Quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng phơng pháp thay đổi
các cấp điện trở phụ kết hợp với phanh cơ khí.
Điều khiển đơn giản và phụ thuộc vào kinh nghiệm vận hành của ngời thợ
* Nhược điểm:
- Tổn hao năng lợng lớn đặc biệt là vùng tốc độ thấp.

2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm
14
Hìn
h 2-
4.
Sơ
đồ
cấu
trúc
hệ
thố
ng
truy
ền
độn
g
điệ
n
tời
trục
mỏ
Mô
ng
Dư
ơng
15
Hình 2-6a. Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ thống tời trục БМ-2000
2.1.4.2. Nhận xét
- Động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn.
- Điều khiển các chế độ làm việc gây nên tổn thất năng lợng lớn.

* Nhược điểm
- Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở điều chỉnh đặc biệt khi làm việc ở
vùng tốc độ thấp.
- Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu.
- Mạch điều khiển quá trình làm việc của hệ là phức tạp nhiều dây nối gây khó
khăn cho việc kiểm tra và khắc phục sự cố.
- Chi phí vận hành tăng do phải thờng xuyên bảo dỡng, sửa chữa, thay thế
vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm.
- Do thờng xuyên phải làm việc trong môi truờng ẩm ớt và có khí bụi nổ nên
phải thờng xuyên hiệu chỉnh lại các rơle và công tắc tơ.
- Làm việc không tin cậy, điều khiển không linh hoạt, cồng kềnh chiếm nhiều
diện tích lắp đặt.
2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ có sơ đồ cấu trúc chung đợc thể hiện
trên hình 2-11.
Hình 2-11. Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ.
2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ
2.5.1. Động cơ điện
Để khắc phục những nhợc điểm trên cần thay thế hệ truyền động điện cũ bằng
hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc.
Động cơ điện không đồng bộ rôtor lồng sóc có những u điểm cơ bản nh sau:
17
18
- Chế tạo đơn giản, đợc sử dụng rộng dãi trong các ngành công nghiệp
- Giá thành rẻ so với động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn
- Khi sử dụng biến tần để điều khiển động cơ có khả năng tiết kiệm năng lợng.
2.5.2. Biến tần
Biến tần nguồn áp đợc sử dụng phổ biến với những u điểm cơ bản sau:
- Dải điều chỉnh rộng so với biến tần trực tiếp và biến tần nguồn dòng.
- Dòng điện sau biến tần có dạng hình sin, do đó phù hợp với động cơ không

sa
, i
sb
, i
sc
.
18
19
Bộ điều chỉnh dòng điện xoay chiều có chức năng điều chỉnh véc tơ điện áp
stator sao cho dòng điện stator luôn bám tín hiệu dòng đặt. Do điện áp ra chứa thành
phần sóng hài nhỏ và có đặc tính động tốt nên bộ nghịch lu PWM đợc coi là bộ điều
khiển tốt nhất hiện nay.
b. Bộ điều chỉnh dòng điện
Muốn duy trì từ thông rôto không đổi và đặt áp nhanh dòng điện i
sq
thành đại
lợng điều khiển mô men quay sử dụng bộ điều khiển dòng riêng rẽ kiểu PI. Sơ đồ cấu
trúc trên hình 2-17.
Hình 2-17. Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng
bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa từ thông rotor
Khối (1) là khâu điều chỉnh từ thông, khối (2) là khâu điều chỉnh dòng điện có
nhiệm vụ điều chỉnh hai thành phần dòng điện một chiều i
sd
và i
sq
, khối (8) là khâu
điều chỉnh tốc độ quay, khối (9) cho trớc giá trị đặt của từ thông phụ thuộc vào tốc
độ quay, nó quyết định trạng thái từ hoá của động cơ, khối (7) là mô hình từ thông có
nhiệm vụ tính toán giá trị thực của từ thông rotor
rd

2.5.4. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ
Từ những phân tích trên ta xây dựng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ nh hình 2-18
19
20
2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục mỏ
2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian
Hình 2-21. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian
Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian, đơn giản dễ
điều khiển song có nhợc điểm tải trọng động lớn.
20
Hình 2-18. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ
21
2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đường
Hình 2-22. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đường
)S(f
vdc
=ω
Với luật điều khiển tốc độ động cơ theo quãng đờng, trong quá trình tăng tốc
và giảm tốc gia tốc đều thay đổi nhng quãng đờng: tăng tốc, giảm tốc và chuyển
động đều của thùng nâng không thay đổi khi tải thay đổi.
2.7. Lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ cho phù hợp với tời trục mỏ
2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian
Ưu điểm: Đơn giản trong lập trình và lắp đặt, không cần các cảm biến.
Nhợc điểm: Không linh hoạt, chơng trình thực hiện không đúng hành trình
khi xảy ra sự cố, khi tải không đồng đều thì điều khiển phức tạp, trong thời kỳ tăng tốc
t
1
thì vận tốc thùng nâng dao động mạnh, gia tốc và lực động lớn.
2.7.2. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đường

23
24
Hình 3-8. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ
* Nhận xét:
Từ kết quả đó cho thấy trục tự động vận hành theo biểu đồ 7 thời kỳ đúng nh
tín hiệu đặt mong muốn với vận tốc nâng cực đại 4,7m/s. Khi tăng tốc mô men của
động cơ tự động tăng và có giá trị dơng, khi làm việc ổn định mô men có giá trị
không đổi, cân bằng với mô men cản. Khi giảm tốc mô men động cơ tự động giảm.
Hình 3-6b. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ
24
25
Hình 3-8. Kết quả mô phỏng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ
truyền động cho tời trục mỏ với biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ
* Nhận xét:
Từ kết quả đó cho thấy trục tự động vận hành theo biểu đồ 5 thời kỳ đúng nh
tín hiệu đặt mong muốn với vận tốc nâng cực đại 4,7 m/s. Khi trục tải tăng tốc từ 0
÷1,5m/s, thời gian tăng tốc ngắn, mô men của động cơ tự động tăng cao và có giá trị
dơng, khi làm việc ổn định mô men của động cơ có giá trị không đổi, cân bằng với
mô men cản của hàng. Khi giảm tốc mô men động cơ giảm theo.
3.3. Kết luận
- Tốc độ tời trục đạt đợc theo tín hiệu đầu vào do ngời đặt theo yêu cầu của
sản xuất, không phụ thuộc vào ý thức, trình độ tay nghề của thợ vận hành. Thời gian
quá độ ngắn, tời sớm đạt đợc thông số định mức.
- Phơng pháp này tiết kiệm điện năng triệt để vì không có phần tử tiêu thụ điện
năng. Khắc phục đợc tồn tại tiêu tốn điện năng vô ích so với phơng pháp khởi động
bằng điện trở rô to dây quấn hiện tại đang dùng.
- Phơng pháp dùng biến tần khởi động động cơ một cách êm dịu, tránh đợc
động năng lớn và va đập cơ khí khi khởi động và dừng tời
- Tời có thể vận hành theo các biểu đồ vận tải đặt trớc