Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
LỜI NÓI ĐẦU
Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nước nhà đang bước vào thời kỳ
công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó
khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương
lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí
tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ
sư tương lai.
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực Điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của
xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều
kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải
được trang bị những kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng.
Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư ngành tự động hoá - cung
cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước khi ra trường có điều kiện hệ thống
hoá lại những kiến thức đã được trang bị ở trường cũng như có điều kiện tiếp
cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiÔn trong sản
xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu
và thiết kế. Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức
cho sinh viên trước khi ra trường làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp
này ra đời trong hoàn cảnh đó.
Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề
là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo
quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải
tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để cho ra
những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho năng suất và
chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiết kế hệ thống
trang bị điện cho cầu trục tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị
điện cho máy. Bản đồ án gồm 5 phần:
 Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên

Cầu trục được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp thường
được lắp đặt ở trong nhà xưởng hoặc ngoài trời nhằm để nâng- hạ hàng hoá,
máy móc, trang thiết bị cho nhà xưởng, bến cảng, sân bay . . .
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
3

ỏn tt nghip B mụn T ng hoỏ
Ch lm vic ca c cu cu trc c xỏc nh t cỏc yờu cu cụng
ngh , chc ng ca cu trc trong dõy chuyn sn xut. Cu to v kt cu
ca cu trc rt a dng. Khi thit k v ch to h thng iu khin v h
thng truyn ng in phi phự hp vi tng loi c th.
Cu trc trong cỏc phõn xng phi m bo quỏ trỡnh m mỏy ờm, di
iu chnh rng, dng ỳng chớnh xỏc , ỳng ni ly v h hng . . .
Cỏc c cu ca cu trc lm vic trong iu kin cc k nng n : tn s
úng ct ln, ch quỏ xy ra nhanh khi m mỏy v o chiu.
Cỏc khớ c, thit b in trong h thng truyn ng in v trang b in
ca cu trc phi lm vic tin cy trong mi iu kin nghit ngó ca mụi
trng , nhm nõng cao nng sut, an ton trong vn hnh.
ng c truyn ng ca cu trc mụ men thay i theo ti trng rừ rt.
Khi khụng cú ti trng ( khụng ti) mụmen ca ng c khụng vt quỏ (15
ữ20%) M
m
.
Cu trc cú nhiu loi cú kt cu nh sau :
GVHD : TS. Lõm T Tin Trng HKT CN ThỏiNguyờn
4
M/M
đm
1,0
0,8

5
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
2- Các cơ cấu chấp hành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế
dễ dàng.
3- Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp “không”, quá tải
và ngắn mạch.
4- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật định sẵn.
5- Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt, độc lập
6- Có công tác hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi của xe cầu, xe con;
hạn chế hành trình của cơ cấo nâng hạ
7- Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thâpó.
8- Tự động cắt nguồn cấp khi có người làm việc trên xe cầu.
* Yêu cầu cơ bản:
- Đặc tính cơ : Đường đặc tính cơ của hệ truyền động điện của các cơ cấu
chính của cầu trục phải được bảo vệ 1 cách tin cậy khi quá tải có nghĩa là hệ
truyền động phải tạo ra đặc tính của máy xúc.
- Động cơ truyền động : Động cơ truyền động của các cơ cấu chính của
cầu trục phải chắc chắn , khả năng chịu quá tải lớn , độ cách điện lớn, đảm
bảo về quá nhiệt , chống Èm cao. Động cơ phải chịu được tần số cắt lớn.
- Động cơ truyền động các cơ cấu chính : Cầu trục phải có mômen quán
tính đủ để giảm thời gian quá độ khi mở máy và hãm nên chọn động cơ có
phần ứng dài, đường kính nhỏ.
- Các thiết bị điều khiển : Các thiết bị điều khiển dùng trong cầu trục
phải đảm bảo làm việc tin cậy trong điều kiện nặng nề nhất độ rung động,
chắc chắn lớn, phụ tải đột biến và tần số đóng cắt lớn.
- Hệ thống điều khiển hệ truyền động :
Hệ thống điều khiển hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục phải đảm bảo
đơn giản , chắc chắn , mức tự động hoá cao.
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
6

động cơ nên tính cả đến phụ tải động.
3, Phanh hãm của cầu trục : phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong
cầu trục. Phanh trong cầu trục gồm có 3 loại : Phanh guốc, phanh đĩa và
phanh đai. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lứơi điện thì đồng thời cuộn dây
của nam châm phanh hãm cũng có điện . Lực hút của nam châm thắng lực
cản của lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi cắt điện ,
cuộn dây nam châm cũng mất điện , lực căng của lò xo còng Ðp chặt má
phanh vào trục động cơ để hãm.
4, Các thiết bị điều khiển dùng trong cầu trục Hệ thống điều khiển hệ
truyền động các cơ cấu của cầu trục phải đảm bảo đơn giản , chắc chắn , mức
tự động hoá cao.
Các cơ cấu truyền động của cầu trục trong quá trình làm việc thường bị
quá tải , cho nên việc hạn chế mômen nhỏ hơn trị số cho phép ở chế độ tĩnh
và động là yêu cầu quan trọng bậc nhất . Để cầu trục có năng suất cao nhất
đồng thời bảo vệ được các thiết bị không hỏng hóc khi quá tải cần thực hiện
2 yêu cầu :
- Hạn chế mô men dưới trị số cho phép.
- Đảm bảo độ cứng của đường đặc tính cơ trong phạm vi mômen phụ tải bằng
mômen định mức của động cơ đường đặc tính có dạng đường đặc tính 1
Trong thực tế người ta thường dùng đặc tính cơ mềm hơn . Như vậy đối
với truyền động của cầu trục phải đảm bảo tạo ra đường đặc tính cơ có các
yêu cầu cơ bản sau:
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ D =
min
max
m
n
lớn
- Điều chỉnh vô cấp
1

ngày càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày
càng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao.
Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử
dụng nhiều thiết bị như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van.
Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu,
nhược điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện
một chiều ta có được những hệ thống truyền động có chất lượng khác nhau.
Do đó để có được một phương án truyền động phù hợp với từng loại công
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
10
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về
kỹ thuật và kinh tế.
II. NỘI DUNG LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.
Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải
quyết. Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm
vụ của nhà thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất.
Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao
thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản.
Còn các hệ thống truyÒn động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như
điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chiều thì phải dùng động cơ một
chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo được các yêu cầu và
có khả năng tự động hoá cao.
Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp với công nghệ của
cầu trục chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đưa ra những
phương án đáp ứng được yêu cầu công nghệ này. Để chọn được phương án
tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế.
Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất
quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa
phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống (bộ biến

nên yêu cầu điều chỉnh tốc độ của hệ thống phù hợp với phụ tải của máy sản
xuất là một yêu cầu quan trọng.
Việc điều chỉnh tốc độ phù hợp với qui trình công nghệ của máy sản xuất
sẽ đảm bảo được chất lượng sản phẩm tăng năng suất lao động và an toàn
trong quá trình sản xuất phần lớn các máy sản xuất đều yêu cầu là điều chỉnh
tốc độ được . Tuỳ từng tính chất công việc khác nhau mà phải điều chỉnh tốc
độ khác nhau song chúng phải tuân theo các chỉ tiêu kỹ thuật sau:
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
12
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ D =
min
max
n
n
D càng lứon tức là vùng điều
chỉnh tốc độ càng rộng, Phạm vi điều chỉnh D có liên quan mật thiết với chế
độ làm việc của máy sản xuất . Yêu cầu :
- Dải điều chỉnh tốc độ D ≥ 10
- Độ bằng phẳng khi điều chỉnh = 
i
1i
n
n
+
- Độ bằng phẳng khi điều chỉnh nói lên mức độ nhảy cấp khi điều chỉnh
tốc độ này sang tốc độ khác.
Trong quá trình điều chỉnh từ tốc độ này sang tốc độ khác tốc độ của hệ
thống truyền động điện người ta mong muốn  →1 khi hệ thống điều
chỉnh vô cấp.

Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc điểm
sau:
+ Phạm vi điều chỉnh:
D= 2000:1
+ Độ trơn khi điều chỉnh:
1
n
n
i
1i
==ϕ
+
+Độ ổn định tốc độ khi làm việc :

∆n
n n
n
oi dm
oi
=
−
≤ ÷
( )%3 5
Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D= 2000:1 do vậy các
hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn được
chỉ tiêu này. Do vậy ta loại hai phương án này và đưa ra ba phương án sau:
+ Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ.
+ Hệ thống van - động cơ.
+ Hệ thống xung áp - động cơ.
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên

u
c®
H×nh 2-1
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
2, Hoạt động của hệ thống.
Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ ω = const, khi ta đặt vào hệ
thống một điện áp đặt U
đ
, thông qua mạch khuếch đại, cuộn dây CKF được
cấp điện, ∋MY được kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho động cơ
→ động cơ quay .
Do đặc điểm của ∋MY là có cuộn dọc, cuộn ngang; cuộn ngang được nối
ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn. Do vậy hệ thống có
hệ số khuếch đại rất lớn.
- Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm cho
tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức U
đk
=U
đ
- ϒn ta thấy khi n giảm thì U
đk
tăng qua mạch khuyếch đại I
CKF
tăng và U
d
tăng → tốc độ động cơ tăng về
trị số yêu cầu.
Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngược lại. Đó là
nguyên lý ổn định tốc độ.
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống.


(Uđ- ϒn )
đặt :K
d
K
N
K
KĐ
ω = K

→ E
∋
MY
= K(U

- ϒn )
Xây dựng phương trình đặc tính cơ của hệ thống:
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
16
H×nh 2-2
I,M
0
n
0 max
n
0 min
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
n
U
K

d d
u
= −
+
=
⇒ = −
+
⇔ =
−
−
+
φ φ
φ φ
γ
φ φ
( )
Sau khi biến đổi biểu thức này ta được:
n
KU
K K
R
K
I
cd
d d d d
u
=
+
−
φ γ φ

Độ cứng khi có mạch vòng phản
hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều.
Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2.
4, Đánh giá chất lượng hệ thống.
Ưu điểm:
+ Hệ thống làm việc rất linh hoạt.
+ Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính.
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
17
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
+Việc điều chỉnh đều được thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện
cho tự động hoá, nâng cao chất lượng hệ thống.
+ Có hệ số khuyếch đại lớn.
Nhược điểm:
+ Có nhiều thiết bị quay, gây ồn.
+ Hiệu suất sử dụng điện năng thấp η = η
Đ/C
η
∋
η
đ
= 0,3 - 0,5
+ Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt.
B, PHƯƠNG ÁN II Hệ thống van - động cơ (T - Đ )
1. Giới thiệu.
a, Sơ đồ:
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
18
a b c
bb®

FX sẽ suất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến
đổi, nếu lúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận , van sẽ mở
với góc mở α. Đầu ra của BBĐ có điện áp U
d
đặt nên phần ứng động cơ →
động cơ quay với tốc độ ứng với U
đ
ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : U
ĐK
= U
đ
- ϒn, khi n giảm → U
ĐK
tăng →
α giảm → U
d
tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu. Khi n tăng quá mức
cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ.
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống.
Sức điện động của BBĐ:
E
b
= E
bm
cosα = U
b
( U
b

b
dd
cdbKD

dd
ub
dd
dbKD

dd
b
dd
b
I
KK.K
RR
K
UKK
n
I
K
RR
K
UKK
I
K
RR
K
U
n

n
n
0max
0
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
+ Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp
du/dt, di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp của các van.
+Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành
phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ (có thể khắc phục nhược điểm
này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng).
+ Hệ thống làm việc có cosϕ nhá.
C, PHƯƠNG ÁN III Hệ thống xung áp - động cơ
1, Giới thiệu
a, Sơ đồ:
b, Các phần tử của hệ thống:
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện
năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất.
+ ckđ: là cuộn kích từ của động cơ.
GVHD : TS. Lâm Tự Tiến Trường ĐHKT CN TháiNguyên
21
+
-
u
d
0
®
mk
ck®
xm
xk

= U
đ
- γn
Tuy nhiên ban đầu n = 0 → U
đk
= U
đ
, tín hiệu này qua mạch KĐ được
đưa tới mạch FX sẽ pháp ra xung mở đưa tới chân điều khiển của van T và ở
đầu ra có sức điện động ra E
b
.
E
t
T
U
b
CK
=
1
Sức điện động này được đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ
tương ứng với điện áp đặt ban đầu. Khi muốn thay đổi tốc độ động cơ ta thay
đổi U
đ
.
Trong quá trình làm việc giả sử nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ
giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có:
U
đk
= U

1ddCK
b
1ddCK
cd1
cd1dk11

dd
b
ddCK
1

dd
b
dd
b
I
KKT
RR
KKT
UK
n
)n.U(KuKt
I
K
RR
KT
Ut
I
K
RR

m
n
n
0max
0
Đồ án tốt nghiệp    Bộ môn Tự động hoá
4, Đánh giá chất lượng hệ thống
a, Ưu điểm:
+ Hệ thống này được dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất
lớn hơn nhiều công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể
bỏ qua R
b
và đặc tính cơ có độ cứng cao.
+ Hệ thống này dùng Ýt van động lực.
+ Dễ tự động hoá.
b, Nhược điểm:
+ Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một
chiều.
+ Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ.
+Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn.
5 Chọn phương án truyền động.
Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của
truyền động. Tuy nhiên, phương án I với những nhược điểm căn bản là:
+ Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay.
+ Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt.
+ Hiệu suất thấp → chi phí vận hành lớn.
Vì những lý do đó ta loại phương án này. Vấn đề là lựa chọn một trong
hai phương án còn lại.
Trong hai phương án còn lại ta thấy rằng phương án III đòi hỏi phải có
nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nào