Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
1

Trờng đại học mỏ - địa chất
Bộ môn kỹ thuật điện - điện tử
đề tài tốt nghiệp

Họ và tên: Đặng Thế Dũng Hệ đào tạo: Chính qui
Nghành: điện - điện tử
Khoá: 48
Ngày nhận đề tài: Ngày hoàn thành: 20/5/2008
Tên đề tài
Tìm hiểu hệ thống máy nâng ở giếng chính mỏ than
Mông dơng


Trong khu mỏ có hai suối lớn bắt nguồn từ Cọc Sáu, Quảng Lợi chảy qua
và tập trung nớc vào sông Mông Dơng. Hai suối này thờng có nớc quanh
năm, lu lợng nớc thay đổi từ: 10 đến 20 l/s (mùa khô) đến trên 150 l/s (mùa
ma). Cha có số liệu thống kê lu lợng khi đang có ma lớn và lũ.
Sông Mông Dơng: Bắt nguồn từ Khe Chàm chảy ra biển, lòng sông rộng
40 ữ 50m. Mức nớc sông lên cao nhất +6.7m (năm 1979, 1986 đã gây ngập lụt
mỏ), thấp nhất là +0.4m (vào mùa khô). Khí hậu khu vực chia làm hai mùa rõ
rệt.
Mùa khô: từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ trung bình 10
ữ17
0
C. Mùa
ma: từ tháng 5 đến tháng 9 nhiệt độ trung bình 27 ữ 30
0
C, lợng ma trung
bình 144mm/ngày, lớn nhất 260.7mm/ngày.
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
3
1.1.4. Kinh tế - giao thông.
Kinh tế trong khu vực chủ yếu là các xí nghiệp khai thác than, hiện nay
công ty than Mông Dơng đã đợc đầu t xây dựng, có dây truyền công nghệ
khá hoàn chỉnh. SCN mỏ nằm sát với quốc lộ 18A và tuyến đờng sắt Cửa Ông -
Mông Dơng.
1.2. Giới thiệu về trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7
1.2.1. Công dụng của trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7
Trục tải giếng đứng 2-3.5 x 1,7 dùng để vận chuyển than, vật liệu, đất đá
từ mặt bằng mỏ xuống hầm lò và từ hầm lò lên mặt bằng.
1.2.2. Hệ thống điện của máy nâng bao gồm
+ hệ thống điện áp cao

7- Trọng tải nâng: 10 tấn.
8- Tang cáp:
+ Đờng kính tang: 3400mm.
+ Chiều dài tang: 1700mm.
+ Số lợng tang: 02 (tang kép).
+ Loại tang: xẻ rãnh, quấn 1ớp.
+ Số kẹp cáp trên tang: 03 bộ.
+ Số vòng cáp ma sát: 05 vòng.
+ Đờng kính cáp tải: 42-- 43 mm.
9- Mã hiệu cáp nâng tải: 4,2--B-H-(1.700) OCT-
7668-80.
10- Hộp giảm tốc:
+ Kiểu: 02-16-10,5.
+ Tỉ số truyền: 10,5.
+ Trọng lợng: 23.575 Kg.
+Mômen quay lớn nhất trên cấp chậm: 58.400 KG.M.
+ Kích thớc chính ( DxRxC): (4250x2380x3256) mm.
11- Khớp nối răng từ động cơ sang hộp giảm tốc:
+ Kí hiệu: M3H-11.
+ Số răng: 84.
+ Mô đuyn 8.
+ Mômen xoắn cực đại: 7.100 Kgm.
12- Khớp nối răng từ hộp giảm tốc sang trục tang cáp.
+ Kí hiệu: M3H-17.
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
5
+ Số răng: 64.
+ Mô đuyn 12.
+ Mômen xoắn cực đại: 56.000 Kgm.

6
17- Tủ điện A3K:
+ Mã hiệu: A-1YX4.
+ Số chế tạo: 135
+ Điện áp định mức: 380 V.
+ Năm chế tạo: 2004
+ Trọng lợng: 670 Kg.
18- Tủ đảo chiều:
+ Mã hiệu: 6701-4672T3.
+ Số chế tạo: 101.
+ Điện áp định mức: 6.000 V.
+ Dòng điện định mức: 1 KA.
+ Năm chế tạo: 2004.
+ Trọng lợng: 580 Kg.
19- Điện trở mạch roto:
+ Mã hiệu: C-4Y3.
+ Điện áp định mức: 660 V.
+ Dòng điện định mức: 38 A.
+ Điện trở trong: 2,95 .
+ Trọng lợng: 20 Kg/ 1 cụm (5 điện trở).
20- Hệ thống khí nén:
* Máy nén khí: m= 1.180 Kg.
+ Mã hiệu: 3-B-5MTO.
+ Số chế tạo: 73.
+ Công suất định mức: 5, 0 m
3
/phút.
+ Dung tích bình chứa khí: 70 lít
+ Động cơ điện mã hiệu: BP-200-M4-PY 2,5.
+ Số chế tạo: 36653.

+ Năm chế tạo: 1965.
22- Hệ thống điều khiển:
+ Số cấp điện trở mạch roto: 8 cấp.
+ Mã hiệu điện trở khởi động: C-4Y3; R=2.95; I=38 A.
+ Rơle tăng tốc: PB- 817T & PB- 884T.
+ Tủ đảo chiều mã hiệu: 6701-4672T3.
23- Hệ thống tín hiệu
+ Chuông điện từ kiểu: Y-1-T-CTY-79-17.
+ Điện áp định mức: 127 V.
24- Puly tháp giếng:
+ Kiểu: K-4.
+ Đờng kính: 3950mm.
+ Chiều sâu rãnh: 90mm.
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
8
+ Năm chế tạo: 1964.
25- Thùng nâng:
+ Kiểu: Thùng kíp mở đắng.
+ Dung tích: 6,0 m
3
.
+ Năm chế tạo: 8/2003.
26- Cơ cấu treo: Ròng rọc lệch tâm.
27- Hệ thống bảo vệ:
+ Rơle quá tốc loại cơ khí: PMH-7011.
+Cơ cấu hạn chế tốc độ: POC-5914.
+ Khoá ngắt mòn má phanh: BK-311A.
+ Khoá ngăt chùng cáp kiểu: BOK.
+ Khoá ngắt quá hành trình kiểu: BK-51.

Cấu tạo phần quay (Roto).
+ Trục: Làm bằng thép dùng để đỡ lõi sắt Roto.
+ Lõi sắt: Gồm có các lá thép kỹ thuật điện giống nh ở Stato. Lõi sắt
đợc ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài có xẻ rãnh để quấn dây.
+ Dây quấn Roto: Gồm hai loại : loại Roto dây quấn và kiểu Roto lồng
sóc.
Loại Roto dây quấn: Dây quấn Roto giống dây quấn ở Stato và có số cực
bằng số cực Stato. Các động cơ công suất trung trở lên thơng dùng dây quấn
kiểu sóng hai lớp để giảm đợc đầu nối dây và kết cấu dây quấn Roto chặt chẽ
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
10
hơn. Các động cơ công suất nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây
quấn ba pha của Roto thờng đấu hình sao. Ba pha kia nối vào vòng trợt bằng
đồng đặt cố định ở đầu trục động cơ. Thông qua chổi than và vòng trợt, đa
điện trở phụ vào mạch Roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và đều chỉnh tốc
độ.
Loại Roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn Stato. Mỗi
rảnh của lõi sắt đợc đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm và đợc nối
tắt ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm, làm thành
một cái lồng, ngời ta gọi là lồng sóc. Dây quấn Roto kiểu lồng sóc không cần
cách điện với lõi sắt.
Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm
ữ
1 mm). Do Roto
là một khối tròn nên Roto rất đều.
b. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ.
Khi nối dây quấn Stato vào lới điện xoay chiều ba pha, sẽ tạo nên từ
trờng quay. P đôi cực quay với tốc độ n

SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
11

1
1
1
2
n
nn
n
n
s

==

Khi Roto đứng yên (n=0) thì hệ số trợt s=1.
Hệ số trợt định mức s
đm
= 0,02
ữ
0,06.
Tốc độ quay của động cơ:
)1(
1
snn =
.
2.1.2. Các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.
1. Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ.
Để lập đợc phơng trình đặc tính cơ của ĐCKĐB ta đa ra một số giả
thiết sau:

E'
2
I
1
I'
2

Hình2-1
Các ký hiệu sử dụng trong hình 2-1 nh sau:

R
1
: Điện trở stato.
R
2

/s : Điện trở rôto quy đổi về điện áp và tần số stato.

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
12
R
f

/s: Điện trở phụ đấu vào một pha rôto đã quy đổi về điện
áp và tần số stato.
X
o
: Điện kháng mạch từ hoá.
X

0

: Tốc độ góc của từ trờng quay, còn gọi là tốc độ đồng
bộ.


: Tốc độ góc của động cơ.

P
f
1
0
2


=

f
1
: Tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
p: Số đôi cực của động cơ.
Từ sơ đồ thay thế ta tính đợc dòng điện stato:









1
nm
X
S
R
R
XR
UI

[]
12

Trong đó: X
nm
= X
1
+ X
2

: Điện kháng ngắn mạch..
Còn dòng rôto quy đổi về stato:

2
'
2
1
1
'
2
nm


và
[ ]
22

là đặc tính dòng stato I
1
=f(s) và dòng rôto
I
2

=f(s) của động cơ không đồng bộ. Các đặc tính có dạng nh hình 2-2
1
0
S
I
0
MF
I
1nm
I
1
R
f
R
f
=0
C
0
1I'


Trong đó: M
đt
: Mômen điện từ của động cơ.
Một cách gần đúng ta bỏ qua tổn thất cơ trên trục động cơ, coi M
đt
= M =
M
cơ
. Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto đợc chia thành hai phần:
P
đt
= P
2
+ P
2

[]
42
Trong đó: P
2
: Công suất đa ra trên trục.
P
2
: Tổn hao đồng trong rôto.
Từ
[]

2
= 3I
2

2
R
2

[]
62


Nên: M=
0
'
2
2
'
2
.3

s
R
I

[]
72


Thay gía trị I

[]
82


Biểu thức
[]
82

vừa tìm đợc chính là phơng trình đặc tính cơ của
ĐCKĐB vì nó là quan hệ gia mômen và hệ số trợt. Cũng là quan hệ giữa
mômen và tốc độ.
Mômen điện từ của ĐCKĐB là hàm của hệ số trợt s vì vậy muốn tìm cực
trị của hàm này chúng ta lấy đạo hàm của M theo S và cho bằng không:

0
)(.
.
3
2
2
'
2
1
2
2
'
2
22
1
0

nm
nm
X
s
R
Rs
s
R
XR
RU
ds
dM


Giải phơng trình trên sẽ tìm đợc giá trị của s để cho M cực trị. Giá trị
cực trị đó ký hiệu là M
th
, s
th.

22
1
'
2
n
th
XR
R
s
+



[]
102

Dấu (+) trong công thức
[ ]
92
và
[ ]
102
dùng cho trạng thái động cơ, còn
dấu (-) dùng cho trạng thái máy phát. M
th
ở chế độ máy phát lớn hơn chế độ
động cơ.
Khi s =1(

0=
), mômen của động cơ lúc đó là mômen khởi động.

()
[]
2
2
'
210
'
2
2

và
)(

=M
. Trên đó cũng cho điểm định mức A và
điểm tới hạn T.
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
15
Phần đặc tính cơ có s=0 đến s=s
th
đợc gọi là phần công tác, động cơ làm
việc ổn định trên đọan đặc tính này.
Phần tính từ S
th
tới 1 gọi là phần không làm việc vì đại đa số các trờng
hợp mômem cản trong thc tế đông cơ làm việc không ổn định ở đoạn này.

1
0
M
dm
M
kd
M
th
T
A

0

bình phơng điện áp.
Thật vậy nếu điện áp nguồn là U
1đm
, mômen động cơ là M, còn điện áp đặt
vào stato của động cơ lúc này là U
1
( U
1
< U
1đm
), mômen là M

.
Ta có:

2
1
1
'








=
dm
U

I
2
S
th
S
U
dm
>U
1
>U
2
I
2
U
dm
>U
1
>U
2
S
th
S'
th
0
S
0
U
dm
U
1

2
1


[]
132

Trong đó:


: Bội số dòng khởi động

'
21
RRR
nm
+=22'
21
)(
nmnm
XRRZ ++=

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
17
R
f1

.
Xác định giá trị X
1f
cần đấu vào stato theo biểu thức: nmnm
nm
f
XR
Z
X






=
2
2
1


[]
142

Các tham số trong
[]
142

1
0
2


=
ta thấy rằng khi tần số f
1
thay đổi sẽ làm cho tốc độ
0

và

thay đổi.
Đây là phơng pháp đang đợc phát triển rất mạnh và đã đợc áp dụng
rộng rãi để thay cho các TĐĐ một chiều.
Bây giờ chúng ta xét ảnh hởng của tần số f
1
đến đặc tính cơ của ĐCKĐB.
* Nếu bỏ qua giáng áp U
1
trên cuộn dây stato: U
1
=
0
2
1
2
11
=+ XRI

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
19
Nếu tăng tần số f
1
thì từ thông

sẽ giảm xuống. Lúc đó mạch từ không
bão hoà, còn dòng I
2
có thể tăng lên nếu mômen động cơ không đổi
(

cos
2
IKM =
).Vậy cuộn dây ở trờng hợp này cuộn dây bị nóng còn lõi thép bị
non tải.
Cũng vì những lý do trên mà khả năng quá tải của động cơ bị giảm xuống.
Để tận dụng động cơ một cách tốt nhất khi thay đổi tần số f
1
ta phải làm
sao để từ thông của động cơ không thay đổi và bằng từ thông định mức của động
cơ (
dm

=
). Muốn đạt đợc điều đó thì khi điều chỉnh f
1
phải thay đổi U

22
10
2
1
2
3
nm
th
XRR
U
M
+
=


Vì có giả thiết coi U
1
=0, cũng có nghĩa coi R
1
=0, do đó mômen tới hạn
của động cơ là:

nm
th
X
U
M
0
2
1

f
CU
M
th
=

[]
152

Trong đó:
nm
L
P
C
2
8
3

=

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
20
Từ
[]
152
ta thấy nếu bỏ qua U
1
thì mômen tới hạn tỉ lệ thuận với bình
phơng điện áp U

.==

[]
162

Trong đó: U
1i
: Điện áp pha ứng với tần số f
1i
.
M
c
(
i

): Mômen cản khi
P
f
i
i
1
2


=

ứng với trạng thái định mức f
1
= f
1đm


=
i

() ()
dmcdm
dm
ici
i
dm
Mf
U
Mf
U


2
1
2
1
2
1
2
1
=

Hay:
( )
()
dmc

tần số. để giữ cho khả năng quá tải của động cơ không đổi:

( )
cdm
c
dmdm
M
M
f
f
U
U

1
1
1
1
=

[]
192


Trong đó:
U
1
,
()

c

Chúng ta đã biết mômen cản của máy sản xuất đợc biểu diễn bằng công
thức thực nghiệm:
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
21

()
a
codmcoc
MMMM






+=



Hay ở hệ tơng đối:

( )
a
cococ
fMMM
*
1
***
1+=



Từ công thức
[]
222

là luật biến thiên của điện áp theo tần số dạng tổng
quát. Tuỳ thuộc vào luật biến thiên của f
1
và luật biến thiên của mômen cản mà
có đợc luật biến thiên của điện áp.
Trong lý thuyết truyền động điện ta thờng khảo sát ba loại mômen hay
gặp.
* Trờng hợp 1: khi mômen cản không phụ thuộc vào tốc độ
( Mc=const ). Lúc đó a=0, M
c
=M
đm
=const.
Quy luật điều chỉnh điện áp:

*
1
*
1
fU =

Hay:
const
f

M
M
c

Hình 2-8
*Trờng hợp 2: khi điều chỉnh tốc độ quay, công suất trên trục động cơ không
đổi:

constP
c
=





dmdmc
c
MP
M ==
,








=

f
U
=
1
1

Điều đó có nghĩa là khi công suất tải không đổi ta tiến hành điều chỉnh tần
số f
1
thì U
1
phải thay đổi tỉ lệ thuận với căn bậc hai của tần số.
Đặc tính cơ có dạng nh hình 2-9.
* Đặc tính mômen cản có dạng quạt gió lý tởng:
M
c
=0, a=2,
2






=


dmc
MM
,

[]
252


điều đó có nghĩa là khi tải quạt gió thi thay đổi tần số f
1
điện áp nguồn
phải thay đổi tỷ lệ bình phơng với tần số.
đặc tính cơ có dạng nh hình 2-10.

M
c
f
11
f
1dm
f
12


1


1
0
dm
dm


1

Khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ đồng bộ cũng thay đổi theo. Trong thực
tế thờng đổi nối từ sao sang sao kép có thể coi gần đúng là công suất động cơ
không đổi, do đó phơng pháp này dùng để điều chỉnh tốc độ với công suất
không đổi.
Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
24
Khi chuyển nối từ sao sang sao kép và ngợc lại tốc độ động cơ thay đổi
hai lần còn mômen cho phép cả hai trơng hợp không đổi. Phơng pháp nay chỉ
nên sử dụng khi mômen cản không đổi.
1K 1K 1K2K
2K
2K 2K
1K
1K
1K
2K
2K
2K
2K
2K

0

0
yy

0

0

nm
f
thnt
XR
RR
S
+
+
=

[]
262


Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn
SV: Đặng Thế Dũng Lớp: Điện - Điện tử - K48
25
Từ đó thấy hệ số trợt tới hạn phụ thuộc vào điện trở phụ của mạch rôto,
điện trở phụ càng lớn hệ số trợt giới hạn càng lớn.
Còn mômem tới hạn xác định bởi biểu thức
[ ]
102

. Từ biểu thức đó cho
thấy mômen tới hạn không phụ thuộc vào điện trở mạch rôto, nó luôn là hằng số
khi tiến hành thay đổi R
f
.
Ta xét hai đờng đặc tính cơ là đặc tính tự nhiên và đặc tính biến trở bất
kỳ nào đó.

+
=
2

Nếu xét tại một giá trị M bất kỳ nào đó ta có:

thtn
tn
tn
thnt
thnt
nt
nt
thtn
S
S
S
S
S
S
S
S
+=+

Phơng trình trên chỉ đúng khi:

tn
thnt
nt
thtn

2
'
2
''
2
R
RR
R
RR
S
S
ff
thtn
thnt
+
=
+
=

[]
272


Từ đó suy ra trên cùng một giá trị mômen có:

2
2
.
R
RR