Điện công nghiệp Phần 8
TRANG BỊ ĐIỆN CẦU TRỤC
8-1 Khái niệm chung Cầu trục điện có kết cấu đa dạng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực khác nhau. Trong các xí nghiệp luyện kim, trong các xí nghiệp công nghiệp thường lắp đặt các loại cầu trục để vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm. Trong các xí nghiệp tuyển than, tuyển quặng, trên các bãi chứa than của các nhà máy nhiệt điện thường lắp đặt cầu trục xếp dỡ (cầu trục vận chuyển). Trên các công trường xây dựng dân dụng và công...
111
Chương 8
TRANG BỊ ĐIỆN CẦU TRỤC
8-1 Khái niệm chung
Cầu trục điện có kết cấu đa dạng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các
lĩnh vực khác nhau. Trong các xí nghiệp luyện kim, trong các xí nghiệp công
nghiệp thường lắp đặt các loại cầu trục để vận chuyển nguyên vật liệu, thành
phẩm và bán thành phẩm. Trong các xí nghiệp tuyển than, tuyển quặng, trên
các bãi chứa than của các nhà máy nhiệt điện thường lắp đặt cầu trục xếp dỡ
(cầu trục vận chuyển). Trên các công trường xây dựng dân dụng và công
nghiệp thường lắp đặt các loại cổng trục và cần cẩu tháp v.v…
Ngoài các loại cầu trục lắp đặt cố định trên còn sử dụng cần cẩu di động
như: cần cẩu ô tô, cần cẩu bánh xích, cần cẩu nổi v.v…Ta chỉ nghiên cứu
cần cẩu đặc trưng nhất đó là cần trục, có cấu tạo như hình 8-1.
H.8-1. Cấu tạo và trang bị điện của cầu trục
Cầu trục gồm có gầm cầu di chuyển trên đường ray lắp đặt dọc theo chiều
dài của nhà xưởng, cơ cấu nâng hạ hàng lắp trên xe con di chuyển dọc theo
dầm cầu (theo chiều ngang của nhà xưởng) cơ cấu bốc hàng của cầu trục có
112
thể dùng móc (đối với những cầu trục công suất lớn có hai móc hàng, cơ cấu
móc hàng chính có tải trọng lớn và cơ cấu móc phụ có tải trọng bé) hoặc
dùng gầu ngoạm.
Trong mỗi cầu trục có ba hệ truyền động chính: di chuyển xe cầu, di
chuyển xe con (xe trục) và nâng - hạ hàng.
Trên cầu trục được trang bị 4 động cơ truyền động: hai động cơ di chuyển
xe cầu 7 và 16, động cơ nâng hạ hàng 12 và động cơ di chuyển xe con 10.
Phanh hãm điện từ 6, 11, 14, 18 lắp hợp bộ với động cơ truyền động. Điều
khiển các động cơ truyền động bằng các bộ khống chế 3 trong cabin điều
khiển. Hộp điện trở 8 dùng để khởi động và điều chỉnh tốc độ các động cơ
được lắp đặt trên dầm cầu. Bảng bảo vệ 2 để bảo vệ quá tải, bảo vệ điện áp
thấp, bảo vệ điện áp không được lắp đặt trong cabin điều khiển. Để hạn chế
hành trình di chuyển của các cơ cấu dùng các công tắc hành trình 4 và 5 cho
cơ cấu di chuyển xe cầu; 9 và 17 cho cơ cấu di chuyển xe con và 13 cho cơ
cấu nâng - hạ hàng.
Cung cấp điện cho cầu trục bằng hệ thống tiếp điện chinh 1 gồm hai bộ
phận: bộ cấp điện là ba thanh thép góc lắp trên các giá đỡ bằng sứ cách điện
lắp dọc theo nhà xưởng và bộ phận tiếp điện lắp trên cầu trục. Để cấp điện
cho thiết bị điện lắp trên cơ cấu xe con dùng bộ tiếp điện phụ 15 lắp dọc theo
chiều dọc của dầm cầu.
8-2. Chế độ làm việc các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục
Động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục 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. Do những đặc điểm đặc thù trên, ngành công nghiệp chế
tạo máy sản xuất loại động cơ chuyên dùng cho cầu trục. Các loại động cơ
đó là: động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc, roto dây quấn, đông cơ
điện một chiều kích từ song song hoặc nối tiếp.
Những đặc điểm khác biệt của động cơ cầu trục so với các loại động cơ
dùng chung là:
- Độ chụi nhiệt của các lớp cách điện cao (F và H)
- Mômen quán tính bé để giảm thiểu tổn hao năng lượng trong chế độ
quá độ
- Từ thông lớn để nâng cao khả năng quá tải của động cơ.
- Có khả năng chụi quá tải cao (Mmax/Mđm= 2,15 ÷ 5 đối với đông cơ
không đồng bộ và 2,3 ÷ 3,5 đối với động cơ điện một chiều)
- Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% là 15%, 25%, 40% và 60%.
Chế độ làm việc của các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục được
biểu diễn trên hình 8-2.
113
ω
I
II
Hãm
MC MC
V V M
ω ω
M
ω0 1 Chạy tiến
1
C B A
M
3
ω V
2
MC Nâng hàng
G
- M1 M1 D M2 M
0
M
Hạ hàng ω V E
2
MC
M
G 4
ω V
M MC
V A’ -ω0
ω MC
4
B’
Chạy lùi G
-ω IV
H 8-2. Chế độ làm việc của các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục
Ở góc phần tư thứ nhất I, máy điện làm việc ở chế độ động cơ (đường đặc
tính 1).
M = MC + Mđm (3.1)
với M – mômen do động cơ sinh ra.
MC - mômen cản do tải trọng gây ra;
Mms- momen cản do ma sát gây ra.
Đối với động cơ nâng - hạ làm việc với chế độ nâng hàng, còn đối với
động cơ di chuyển làm việc ở chế độ chạy tiến.
Ở góc phần tư thứ hai II, máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ
cấu di chuyển đường 1 thực hiện hãm tái sinh khi có ngoại lực tác động cùng
114
chiều với chiều chuyển động của cơ cấu, còn đối với cơ cấu nâng - hạ thực
hiện hãm động năng (đường 3) khi hãm dừng.
Ở góc phần tư thứ ba III, máy điện làm việc ở chế độ động cơ. Đối với cơ
cấu di chuyển tương ứng với chạy lùi. Còn đối với cơ cấu nâng - hạ khi
MC < Mm (khi không tải chỉ có khối lượng của móc, G =0), trong trường hợp
này M = Mms – MC được gọi là chế độ hạ động lực (đường 4)
Ở góc phần tư thứ tư IV, máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ
cấu nâng - hạ hàng, khi MC > Mms trong trường hợp này M = MC – Mms,
trong trường hợp này hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó, còn động cơ
đóng điện ở chế đô nâng để hãm tốc độ hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở
chế độ hãm ngược đường 2.
Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ máy phát (hãm tái
sinh) với tốc độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ, đường 4.
8-3. Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu chính cầu trục
1.Cơ cấu di chuyển xe cầu và xe con
Đối với cơ cấu di chuyển, lực cản tĩnh phụ thuộc P
vào khối lượng hàng (G) và khối lượng của cơ cấu.
Trạng thái đường đi của cơ cấu di chuyển trên nó,
cấu tạo và chế độ bôi trơn cho cơ cấu (cổ trục, khớp
G + G0
nối, bản lề v.v…). Đối với cầu trục lắp đặt ngoài trời
còn chụi tác động phụ của gió. Hình 8-3 biểu diễn sơ
H 8-3 Sơ đồ lực của cơ
đồ lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển trên đường ray.
cấu di chuyển
Trong trường hợp này, lực cản chuyển động được
tính theo biểu thức sau:
(G + G0 + G x ) g
F= ( β .rct + f )k ms [N] (8.2)
Rb
Trong đó: G - khối lượng hàng hoá, kg;
G0 - khối lượng của cơ cấu bốc hàng, kg;
Gx - khối lượng của xe, kg; ư
g - gia tốc trọng trường, m/s2
Rb - bán kính bánh xe, m;
β - hệ số ma sát trượt (8.10-4 ÷ 15.10-4)
rct - bán kính cổ trục bánh xe, m;
f - hệ số ma sát lăn (5.10-4m);
kms - hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray
kms = 1,2 ÷ 1,5
Momen của động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển động đó bằng:
F .Rb
M= [N.m] (8.3)
i.η
115
Trong đó: F – tính theo biểu thức (3.2)
i - tỷ số truyền từ động cơ đến bánh xe;
η - hiệu suất của cơ cấu.
Công suất của động cơ khi di chuyển có tải trong chế độ xác lập bằng:
F .v
P= .10 −3 [kW] (8.4)
η
Trong đó: v - tốc độ di chuyển, m/s.
Công suất của động cơ khi di chuyển không tải bằng:
F0 .v
P0 = .10 −3 [kW] (8.5)
η
Trong đó: F0 được tính theo công thức (8-2) khi cho G = 0.
2. Cơ cấu nâng - hạ hàng
1
Động cơ truyền động cơ cấu nâng -
hạ hàng đóng vai trò quan trọng trong
2
các máy nâng - vận chuyển nói chung
và trong cầu trục nói riêng. Trên hình 7
3
8-4 mô tả sơ đồ động học của cơ cấu
nâng - hạ hàng với cơ cấu bốc hàng
dùng móc.
4
Lực đặt lên cáp nâng được tính theo
biểu thức sau:
(G + G0 ) g
F= [N] (8-6)
m − ηt
Fcáp
Trong đó: m - bội số của ròng rọc
(trong trường hợp này m = 2).
A ~
~
~
Khi nâng không tải (G = 0), lực đặt
~
5
lên cáp nâng bằng:
G 0 .g 6
F= [N] (8-7) G0
m.η t G
Momen đặt lên tang nâng tương ứng
H.8-4. Sơ đồ động học của cơ cấu
cho hai trường hợp bằng: nâng - hạ bốc hàng bằng móc
F .Rt F0 .Rt 1. Trục vít; 2. Bánh vít; 3. Truyền động
Mt = ; M t0 = (8-8)
ηt ηt bánh răng; 4. Tang máy; 5.Cơ cấu móc
Trong đó: ηt - hiệu suất của tang nâng hàng; 6. Móc; 7. Động cơ truyền động
Momen đặt lên trục động cơ bằng:
Mt
M= (8-9)
i.η
Trong đó: i, η - tỷ số truyền và hiệu suất của cơ cấu truyền lực
η = ηbv. ηbr (8-10)
116
Trong đó: ηbv - hiệu suất bánh vít - trục vít;
ηbr - hiệu suất của cặp bánh răng;
Công suất của động cơ truyền động phụ thuộc vào tốc độ nâng:
F .v.m
P= .10 −3 (8-11)
ηc
Trong đó: v - tốc độ nâng hàng, m/s;
ηc - hiệu suất của toàn bộ cơ cấu truyền lực.
η = ηbv. ηbr. ηt (8-12)
8-4 Các thiết bị điện chuyên dùng trong cầu trục
1. 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 trên độ cao một cách chắc chắn.
Phanh hãm điện từ dùng trong cầu trục theo cấu tạo thường có ba loại:
phanh guốc, phanh đai, 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
điện, 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.
H. 8-5 Cấu tạo của một phanh guốc một pha
1,7. Cánh tay đòn của cơ cấu phanh; 2. Lõi của lò xo; 3. Lò xo;
4. Giá định hướng; 5. Vòng đệm chặn; 6. Bánh đai phanh; 8.
Cuộn dây của nam châm điện; 9. Guốc phanh và má phanh
117
Cấu tạo của phanh đĩa (h.8-6) gồm
các phần chính sau: đĩa phanh quay 2
được nối với trục của cơ cấu, lò xo ép
4, nam châm điện 5. Phần ứng của
nam châm được bắt chặt với đĩa 3. Số
lượng nam châm điện và gujông cùng
hướng 1 có ba cái, phân bố đều theo
đường tròn của cơ cấu phanh với góc
lệch nhau 1200. Đĩa phanh 3 có thể di
chuyển tự do dọc theo gujông 1. Khi
cấp điện cho cuộn nam châm, lực
điện từ sẽ kéo phần ứng cùng đĩa
phanh 3, giải phóng trục của cơ cấu.
NC
Fs1 Fs2
a
L2 GL
Gnc
L Gph
L1
H. 8-6 Cấu tạo của phanh đĩa H.8-7 Sơ đồ động học của phanh đai
Hình 8-7 giới thiệu sơ đồ động học của phanh đai. Nguyên lý làm việc như
sau: Khi cuộn dây nam châm NC có điện, lực hút của 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 phụ Gph, sẽ hạ cánh tay đòn L theo chiều đi xuống và đai phanh sẽ ghì
chặt trục động cơ.
2. Bộ khống chế
Bộ khống chế dùng để điều khiển các động cơ truyền động gồm các cơ
cấu: khởi động, dừng máy, điều chỉnh tốc độ, hãm và đảo chiều quay.
Về nguyên lý có hai loại bộ khống chế:
- Bộ khống chế động lực khi có các tiếp điểm của nó đóng - cắt trực tiếp
các phần tử trong mạch động lực của hệ truyền động. Nó thường dùng để
khống chế các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục có công suất nhỏ
với chế độ làm việc nhẹ hoặc trung bình.
118
- Bộ khống chế từ gồm bộ khống chế chỉ huy và hệ thống rơle và công tắc
tơ. Các tiếp điểm của bộ khống chế chỉ huy đóng - cắt các phần tử trong
mạch động lực của hệ truyền động một cách gián tiếp thông qua hệ thống
tiếp điểm của các phần tử trung gian (như rơle và công tắc tơ). Bộ khống chế
từ thường dùng để điều khiển các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu
trục có công suất trung bình và lớn làm việc trong chế độ nặng nề và rất
nặng nề với tần số đóng - cắt điện lớn
(hơn 600 lần/giờ).
Về cấu tạo bộ khống chế có 2loại:
a) Bộ khống chế kiểu tay gạt
Nguyên lý hoạt động (hình 8-8): khi
đẩy tay gạt 1 sang trái hoặc sang phải,
sẽ quay trục gắn chặt với tay gạt, trên
trục đó có gá lắp hàng chục đĩa cam
2. Trên đầu mút của tay đòn 4 có gắn
tiếp điểm động 5. Khi con lăn 3 nằm
ở phần lõm của đĩa cam thì tiếp điểm
động 5 và tiếp điểm tĩnh 6 kín, còn
khi con lăn nằm ở phần lồi của đĩa
cam, lò xo 7 sẽ ép vào cánh tay đòn 4
làm cho hai tiếp điểm đó hở ra.
H 8-8. Cấu tạo bộ khống chế kiểu tay gạt
b) Bộ khống chế kiểu vô lăng
b)
a)
H 8-9. Cấu tạo bộ khống chế kiểu vô lăng
a) Hình dạng tổng thể ; b) Cấu tạo của một đơn nguyên
119
Cấu tạo của nó gồm nhiều đơn nguyên (h. 8-9b) lắp trên trục gắn với vô
lăng quay có vỏ bảo vệ bằng xi măng amiăng 3. Cấu tạo của một đơn
nguyên gồm tiếp điểm tĩnh 1 gắn trên giá đỡ 10 là chất cách điện. Tiếp điểm
động 9 gắn trên tay đòn 8, có thể quay xung quanh trục 5. Đầu cuối của tay
đòn 8 có con lăn 6 và bánh cam 2 lắp trên trục 7. Khi quay vô lăng 4, bánh
cam 2 sẽ ép vào con lăn 6 (phần lồi của bánh cam 2) làm cho tay đòn 8 quay
đi và tiếp điểm 9 và 1 sẽ hở và ngược lại ở phần lõm của cam 2, tiếp điểm 9
và 1 kín.
3.Bộ tiếp điện
Để cấp điện cho các động cơ
truyền động các cơ cấu cầu trục,
các thiết bị điều khiển lắp đặt trên
cầu trục di chuyển, người ta dùng
một hệ thống tiếp điện đặc biệt
gọi là đường trôn-lây (trolley). Có
hai hệ thống tiếp điện:
- Hệ thống tiếp điện cứng
thường dùng cho các loại cầu trục
tải trọng lớn, cung đường di
chuyển dài.
- Hệ thống tiếp điện bằng dây
cáp mềm dùng cho cầu trục tải
trọng nhỏ, cung đường di chuyển a) b)
không dài và thường gặp trong H 8-10. Kết cấu hệ thống tiếp điện cứng
trường hợp cung cấp điện cho a) đường tiếp điện; b) bộ lấy điện
palăng điện.
Ba đường thép góc 1 [ loại (50x50x5) đến (70x70x10)mm ] được gá trên
giá đỡ đường tiếp điện và cách điện bằng sứ đỡ 2.
Bộ lấy điện gồm thép góc 1 gá lên đầu nối cáp bằng gang 3. Bằng 3 đường
cáp mềm 4 sẽ cấp điện đến động cơ và thiết bị điều khiển.
4. Bảng bảo vệ
Khi điều khiển các động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục dùng bộ
khống chế, để bảo vệ các động cơ đó người ta dùng bảng bảo vệ lắp trong
cabin của người điều khiển. Trên bảng bảo vệ lắp các thiết bị để bảo vệ cho
động cơ với các chức năng bảo vệ sau:
- Bảo vệ ngắn mạch và quá tải (I > 2,25 Iđm).
- Bảo vệ điện áp thấp khi điện áp lưới thấp hơn 0,85Uđm.
120
- Bảo vệ điện áp “không” nghĩa là không cho phép động cơ tự mở máy
khi có điện áp trở lại sau thời gian mất điện (chỉ được phép mở máy khi
các bộ khống chế ở vị trí “0”).
- Cắt điện cấp cho cầu trục khi có người làm việc trên dầm cầu, bằng
công tắc hành trình liên động với cửa cabin điều khiển.
Có hai loại bảng bảo vệ:
a) Bảng bảo vệ xoay chiều
H. 8.11 Bảng bảo vệ xoay chiều
121
Các khí cụ điện trên bảng bảo vệ bao gồm: Cầu dao CD, công tắc tơ đường
dây Đg, rơle dòng điện cực đại ORC1, ORC2, 1RC, 2RC và 3RC; nút bấm
khởi động M, cầu chì CC, công tắc hành trình KHN, KTT, KTC, KNC và
KB. Nguyên lý làm việc của bảng bảo vệ như sau:
Cuộn dây công tắc tơ đường dây chỉ có điện khi ấn nút khởi động M, vị trí
của ba bộ khống chế nằm ở vị trí “0”, cửa buồng cabin đóng kín (KB kín),
tiếp điểm ORC và RC kín (một trong ba động cơ truyền động không bị quá
tải). Hai tiếp điểm của công tắc tơ đường dây Đg đóng nguồn cho mạch điều
khiển của bộ khống chế.
Bảo vệ điện áp thấp chính bằng cuộn dây công tắc tơ đường dây Đg, khi
điện áp lưới thấp hơn 0,85Uđm, công tắc tơ Đg không tác động.
Hạn chế hành trình nâng của cơ cấu nâng - hạ bằng công tắc hành trình
KHN, hạn chế hành trình tiến và lùi của cơ cấu di chuyển xe con bằng công
tắc hành trình KTC và KTT, còn đối với cơ cấu di chuyển xe cầu bằng công
tắc hành trình KNC và KNT.
b) Bảng bảo vệ một chiều
Cấp nguồn cho động cơ và
bộ khống chế bằng công tắc
tơ đường dây 0Đg, 1Đg, 2Đg
và 3Đg.
Công tắc tơ đường dây 0Đg
ở trạng thái có điện trong mỗi
thời gian cầu trục làm việc.
Còn công tắc tơ 1Đg, 2Đg,
3Đg chỉ có điện khi ba bộ
khống chế KC đóng sang phải
hoặc sang trái, nút ấn thường
kín M mắc trong mạch các
cuộn dây 1Đg, 2ĐG, 3Đg để
tránh không cho phép các
công tắc tơ đó tác động khi ấn
nút M.
Các cuộn dây nam châm của
các cơ cấu phanh hãm điện từ
NCN, NCT và NCC được nối
song song với phần ứng của
động cơ truyền động tương
ứng qua các tiếp điểm 1Đg,
2Đg, 3Đg.
H 8-12 Bảng bảo vệ một chiều
122
5. Hộp điện trở
Hộp điện trở dùng trong cầu trục để hạn chế dòng điện mở máy, hạn chế
dòng khi hãm dừng và điều chỉnh tốc độ với các động cơ điện một chiều và
động cơ không đồng bộ roto dây quấn.
Khi tính chọn điện trở cần
chú ý đến hai yếu tố sau:
- Trị số điện trở được chọn
phải đảm bảo cho hệ truyền
động tạo ra họ đặc tính cơ
để hạn chế được dòng khi
khởi động trong giới hạn
cho phép, đảm bảo dải điều
chỉnh tốc độ yêu cầu.
- Độ phát nhiệt của hộp
điện trở trong giới hạn cho
phép.
* Điện trở thường dùng
trong cầu trục có 2 loại:
- Điện trở làm từ gang đúc
(h.8-13a) dùng cho động cơ
có dòng điện từ 10 đến hàng H.8-13 Điện trở gang
trăm ampe. Các phần tử điện a) Phần tử điện trở gang đúc b) hộp điện trở
trở từ gang đúc sẽ lắp thành
hộp điên trở cho phép làm
việc ở chế độ dài hạn có trị
số dòng làm việc từ (215 ÷
a)
240)A với trị số của hộp
điên trở tương ứng là (0,1 ÷
0,7)Ω
Đối với động cơ công suất
nhỏ dùng dây điện trở tiết b)
diện tròn hoặc chữ nhật.
Điện trở dây được chế tạo
từ kim loại hoặc hợp kim có
điện trở suất cao như: hợp
kim constantan, hợp kim
reostan và hợp kim fecral.
Dây điện trở được quấn trên
tấm kim loại có sứ cách điện H.8-14 Điện trở dây
a) Tiết diện tròn; b) tiết diện chữ nhật
123
5. Bàn từ bốc hàng
Hình 8-15. Các loại bàn từ bốc hàng
a) Bàn từ hình tròn; b) Bàn từ hình tròn mặt cầu lõm;
c) Bàn từ chữ nhật; d) Bàn từ dạng xà (xà nam châm)
Cầu trục từ thường được dùng trong các xú nghiệp luyện kim dùng để vận
chuyển các nguyên vật liệu nhiễm từ như sắt thép v.v…Nó khác với các loại
cấu trục khác là có cơ cấu lấy tải (bốc tải ) thay cho móc, gầu ngoạm là một
bàn từ (nam châm điện). Hình dạng và kích thước của bàn từ gồm có bốn
loại điển hình như hình 8-14.
Bàn từ dạng tròn dùng để vận chuyển các chi tiết bằng gang, sắt, thép có
kích thước nhỏ, hình dạng khác nhau (sắt thép vụn, phôi, đinh v.v…)
Bàn từ mặt cầu lõm dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ có dạng hình
cầu lớn
124
Bàn từ hình chữ nhật dùng để vận
chuyển các vật liệu nhiễm từ có kích
thước dài như thép tấm, đường ray, ống
thép dài.
Bàn từ dạng xà dùng để vận chuyển
các vật liệu nhiễm từ có khối lượng và
kích thước lớn.
Cấu tạo của các bàn từ về nguyên lý
như nhau. Trên hình 8-16 biểu diễn cấu
tạo của bàn từ hình tròn.
Cuộn dây nam châm điện 5 được lắp
đặt trong vỏ thép 2 và khe hở của cuộn
dây và vỏ thép được đổ đầy hợp chất
cách điện. Phía dưới cuộn dây có tấm
đệm bảo vệ 4, đầu nối cực 3 được định H. 8-16 Cấu tạo của bàn từ hình tròn
vị vào vỏ của bàn từ bằng bulông. Cấp
điện cho cuộn dây của nam châm điện bằng đường cáp mềm 1. Cuộn dây
của nam châm điện của bàn từ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số
tiếp điện TĐ% = 50%.
Lực nâng của bàn từ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu của hàng cần vận
chuyển, vào nhiệt độ của cuộn dây của nam châm điện và nhiệt độ của sắt
thép cần vận chuyển. Thực tế vận hành cho thấy khi nhiệt độ của sắt thép
hoặc gang bằng hoặc lớn hơn 7200C, lực nâng giảm xuống bằng không vì
khi đó các vật liệu nhiễm từ mất từ tính.
Bàn từ có điện cảm và từ dư rất lớn cho nên khi thiết kế mạch điều khiển
cầu trục từ cần chú ý đến bảo vệ quá áp cho cuộn dây nam châm điện khi cắt
điện và khử từ dư khi dỡ hàng.
8-5 Một số sơ đồ khống chế cầu trục điển hình
1. Điều khiển các cơ cấu của cầu trục bằng bộ khống chế động lực
Các bộ khống chế động lực dùng để điều khiển các động cơ truyền động
các cơ cấu của cầu trục có công suất nhỏ và trung bình với chế độ làm việc
nhẹ nhàng. Bộ khống chế động lực có cấu tạo đơn giản, dễ dàng trong công
nghệ chế tạo, giá thành không cao, điều khiển các cơ cấu của cầu trục một
cách linh hoạt, dứt khoát.
Trên hình 8-17a biểu diễn sơ đồ điều khiển động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn bằng bộ khống chế động lực H-51, hình 8-17b là họ đặc tính cơ
của động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ (hoặc cơ cấu di chuyển).
Bộ khống chế động lực H-51 là loại đối xứng có 5 vị trí bên phải (1÷ 5)
tương ứng với chế độ làm việc nâng hàng (cơ cấu nâng - hạ) và chạy tiến (cơ
125
cấu di chuyển ), còn 5 vị trí bên trái (1 ÷ 5) tương ứng với chế độ hạ hàng
(cơ cấu nâng - hạ) và chạy lùi (cơ cấu di chuyển)
H. 8- 17. Sơ đồ điều khiển động cơ KĐB rôto dây quấn bằng bộ khống chế H-51
Bộ khống chế động lực H-51 có 12
tiếp điểm: 4 tiếp điểm đầu (KC1, KC3,
KC5, KC7) dùng để đảo chiều quay
động cơ bằng cách thay đổi thứ tự hai
trong 3 pha điện áp nguồn cấp cho dây
quấn stato động cơ, 5 tiếp điểm: KC2,
KC4, KC6, KC8, KC10 dùng để điều
chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay
đổi trị số điện trở phụ Rf trong mạch
roto của động cơ. Còn ba tiếp điểm
KC9, KC11, KC12 dùng cho mạch bảo
vệ.
Khi mở máy và điều chỉnh tốc độ,
người vận hành quay từ từ vô lăng của
bộ khống chế động lực từ vị trí 1 sang
H. 8- 18. Họ đặc tính của động
126
vị trí 5 để tránh hiện tượng dòng điện và mômen quay của đông cơ tăng một
cách nhảy vọt quá giới hạn cho phép. Họ đặc tính cơ của động cơ tương ứng
với các vị trí của bộ khống chế biểu diễn ở hình 8-18.
Đường đặc tính 1 ứng với trị số momen của động cơ rất bé (M1 khi tốc độ
động cơ bằng 0) dùng để khắc phục khe hở giữa các bánh răng trong cơ cấu
truyền lực (hộp tốc độ) kéo căng sơ bộ cáp khi khởi động (tránh cho cáp
không bị đứt).
Khi khởi động hoặc trong trường hợp cần dừng chính xác (với momen M1)
ta có tốc độ thấp là n1.
Để hạ hàng ở tốc độ thấp khi không tải với bộ khống chế động lực thường
không thực hiện được. Tốc độ thấp nhất chỉ có thể thực hiện ở chế độ hạ
hãm (máy điện làm việc ở chế độ máy phát).
Nếu bộ khống chế động lực dùng loại không đối xứng, nếu đặt bộ khống
chế ở vị trí 1 (hạ hàng) động cơ làm việc như động cơ một pha và ta nhận
được đường đặc tính A (đường nét đứt) khi đó ta nhận được tốc độ hạ thấp
hơn n3 (với phụ tải bằng M1).
2. Hệ truyền động cơ cấu nầng- hạ của cầu trục dùng hệ máy phát - động
cơ điện một chiều (F-Đ)
Đối với những cầu trục có trọng tải lớn, chế độ làm việc nặng nề, yêu cầu
về điều chỉnh tốc độ cao hơn, đáp ứng các yêu cầu ngặt nghèo do công nghệ
đặt ra, nếu dùng hệ truyền động với động cơ KĐB điều khiển bằng bộ khống
chế động lực không đáp ứng thoả mãn các yêu cầu về truyền động và điều
chỉnh tốc độ. Trong trường hợp này, thường dùng hệ truyền động F-Đ, T-Đ
hoặc hệ truyền đông với động cơ KĐB cấp nguồn từ bộ biến tần.
Hình 8- 19 biểu diễn hệ truyền đông cơ cấu nâng hạ dùng hệ F-Đ.
Đây là hệ truyền động F-Đ có máy điện khuếch đại trung gian (MĐKĐ),
chức năng của nó là tổng hợp và khuếch đại tín hiệu điều khiển. Hệ truyền
động này được sử dụng phổ biến cho các cầu trục trong các xí nghiệp luyện
kim, trong các nhà máy lắp ráp và sửa chữa.
Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ Đ được cấp từ nguồn máy phát F.
Kích từ cho máy phát F là cuộn CKTF được cấp từ máy điện khuếch đại từ
trường ngang MĐKĐ. MMĐKĐ có 4 cuộn kích từ:
- Cuộn chủ đạo CCĐ(9) được cấp từ nguồn bên ngoài qua cầu tiếp điểm
N,H (8) và N,H(10) nhằm đảo chiều dòng chủ đạo nghĩa là quyết đinh chiều
quay (nâng hoặc hạ) cho đông cơ, với điện trở hạn chế R6
- Cuộn phản hồi âm điện áp CFA(6) đấu song song với phần ứng của động
cơ, gồm 2 chức năng:
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi sức từ động sinh ra trong cuộn
CFA bằng biến trở R4(6) trong trường hợp làm việc ở tốc độ thấp, tiếp điểm
công tắc tơ gia tốc G(5) kín, sức từ động sinh ra trong cuộn CFA rất lớn làm
127
RĐC
CKTF F Đ
BA Rsh
KĐA 1
CÔĐ CFĐ R1 2
R2 R3
3
V1 V2
MĐKĐ 4
N V3 G
CFA R4 5
V4 6
H
N H R5
7
N H 8
CCĐ RĐC KĐA R6
9
H N
10
H N
KKĐ
+ CKĐ RTT
R7
11 -
12
KC
2 1 0 1 2 RĐA
I
RTT RĐC KĐA 13
RĐA 14
N
RĐA HC1
II 15
H
HC2
III 16
G
IV 17
N RTh1 KKĐ 18
19
H RTh2
RTh1 20
N
21
RTh2
H 22
H. 8-19 Sơ đồ hệ thống truyền động cơ cấu nâng hạ hệ F- Đ
128
giảm sức điện động tổng của máy điện khuếch đại, kết quả điện áp ra của
máy phát F giảm dần đến tốc độ của động cơ giảm.
• Khi dừng máy, cuộn CFA (6) được nối vào phần ứng của động cơ qua
hai tiếp điểm thường kín N, H(7) và điên trở hạn chế R5(7). Do chiều của
cuộn CFA ngược chiều với dòng trong cuộn CCĐ, giúp dừng nhanh động cơ
truyền động.
- Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt CFD(2) hạn chế dòng khi mở máy hoặc
đảo chiều. Khi động cơ chưa bị quá tải Iư < Ing, dòng ngắt Ing = (2,25 ÷ 2,5)
Iđm, điện áp rơi trên điện trở shun nhở hơn điện áp so sánh URsh < Uss
Trong đó: URsh = Iư.Rsh (tỷ lệ với dòng điện phần ứng);
Uss đặt trên R2 hoặc R3
Khi đó các van 1V hoặc 2V khoá, dòng đi qua cuộn dây CFĐ(2) rất bé
(qua R1). Ngược lại, khi dòng điện trong động cơ lớn hơn giá trị Ing làm cho
các van 1V hoặc 2V thông (tuỳ theo cực tính của dòng điện) sinh ra dòng
trong CFA khá lớn làm giảm sức từ động của máy điên khuếch đại và hạn
chế được momen của động cơ.
Để nâng cao chất lượng của hệ truyền động có cuộn ổn định CÔĐ. Thực
chất là cuộn phản hồi mềm điện áp của máy điện khuếch đại. Cuộn dây sơ
cấp của biến áp vi phân BA được nối với đầu ra của MĐKĐ, cuộn thứ cấp
được nối với cuộn dây CÔĐ. Nguyên lý hoạt động của nó như sau: Khi điện
áp phát ra của MĐKĐ ổn định, dòng trong cuộn CÔĐ bằng không; nếu điện
áp phát ra của máy điện khuếch đại thay đổi, trong cuộn thứ cấp của biến ap
sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng, làm cho dòng trong cuộn CÔĐ
khác 0, chiều của dòng trong cuộn CÔĐ cùng chiều với dòng trong cuộn
CCĐ nếu điện áp phát ra giảm hoặc ngược chiều với cuộn CCĐ nếu điện áp
phát ra tăng, tác dụng của dòng chảy trong cuộn CÔĐ sẽ làm cho điện áp
phát ra của MĐKĐ sẽ ổn định.
Điều khiển hệ truyền động bằng bộ khống chế chỉ huy kiểu cam KC, có hai
vị trí nâng và hạ hàng. Đầu tiên bộ khống chế KC được đặt vào giữa, nếu đủ
điện áp cấp thì RĐA(13) tác động đóng RĐA(14) để duy trì và RĐA(14,15)
đóng cấp điên cho các dòng 15 → 22.
Quay bộ khống chế KC sang phải, N(15) có điện, hàng đựợc nâng lên với
tốc độ thấp nếu ở vị trí 1, ở tốc độ cao nếu ở vị trí 2 lúc này có thêm G(17)
có điện làm tiếp điểm G(5) mở ra để giảm phản hồi âm áp.
Tương tự muốn hạ hàng, quay bộ khống chế KC sang trái, H(16) có điện,
nếu hạ chậm thì KC ở vị trí 1, hạ nhanh ở vị trí 2.
Khi khởi động, cần phải tăng mômen (để dễ đưa hàng ra khỏi vị trí ban
đầu), ta tăng dòng kích từ của đông cơ bằng cách nối tắt điên trở R7(12) nối
tiếp với cuộn CKĐ và duy trì thời gian bằng các rơ le thời gian RTh1 hoặc
RTh2 tuỳ chế độ nâng hoặc hạ.
129
Trong sơ đồ điều khiển có
các khâu bảo vệ sau:
- Bảo vệ quá dòng bằng
rơle dòng điện cực đại
RDC
- Bảo vệ quá điện áp bằng
rơle điện áp cao KĐA
- Bảo vệ quá điện áp
“không” bằng rơle điện
áp RĐA
- Bảo vệ mất từ thông
bằng rơle dòng điện RTT
Họ đặc tính cơ của hệ
truyền động được biểu diễn
trên hình 8-20.
Trong đó đường đặc tính 2
ứng với vị trí 2 của bộ
khống chế KC và đường đặc
tính 1 tương ứng với vị trí 1
của bộ khống chế KC. Hình 8-20. Đặc tính cơ của hệ truyền động hệ F- Đ
3. Hệ truyền động các cơ cấu cầu trục dùng bộ điều áp xoay chiều (ĐAXC)
và xung điện trở roto
+ Chế độ làm việc của động cơ ở
góc phần tư thứ nhất I và góc phần
tư thứ III (tương ứng với chế độ
nâng hàng và hạ động lực), khi
điều chỉnh tốc độ trong vùng giữa
đường đặc tính cơ với điện trở phụ
Rfmax =R0 (đường 1 và đường 1’)
với trục tung (trong trường hợp
này hai tiristo Tc và Tp đều khoá)
được thực hiện bằng cách thay đổi
trị số điện áp xoay chiều:
- Các cặp tiristo T1-T2, T6-T7 và
T11-T12 mở, ứng với chiều quay
thuận (nâng hàng)
- Các cặp tiristo T4-T5, T6-T7 và
T8-T9 mở, ứng với chiều quay Hình 8-21 Đặc tính cơ của hệ truyền
ngược (hạ hàng) động ĐAXCvà xung điện trở roto
130
H 8-22. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động cầu trục dùng ĐAXC và xung điện trở roto
+ Chế độ làm việc của đông cơ ở góc phần tư thứ hai II và tư IV , động cơ
làm việc ở chế độ hãm động năng. Khi đó các tiristo T1, T3, T4, T9, T10 và
T12 mở, trong đó T1, T3, T10 và T12 mở thực hiên chức năng chỉnh lưu cầu
một pha cấp nguồn một chiều đưa vào dây quấn stato của động cơ.
Vùng điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha (ĐAXC) được gạch ngang trên
hình 8-21
+ Điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động các cơ cấu truyền động của cầu
trục bằng xung điện trở roto bằng hai tiristo TC và TP . Khi đó điện áp đặt
vào dây quấn stato động cơ bằng trị số định mức (ứng với góc mở α = 0 của
các tiristo của bộ ĐAXC). Trong đó TC thực hiện chức năng như một khoá
điện tử : khi TC khoá, điện trở phụ Rf = R0, còn khi TC mở RC = 0.
Như vậy khi thay đổi thời gian mở tm, thời gian khoá tk của tiristo TC ta có
thể thay đổi được trị số điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ. Trị số
điện trở đó được tính theo biểu thức sau:
