i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐINH ĐĂNG ĐỊNH NGHIÊN CỨU THAY THẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG CHO TỜI TRỤC MỎ THAN KHE CHÀM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà Thái Nguyên - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ......................... 3 CỦA TỜI TRỤC MỎ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ..................................................... 3 1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới và Việt Nam ......................................................... 3 1.1.1. Tình hình sử dụng tời trục trên thế giới ............................................................................ 3 1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam ...................................................................... 4 1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18]................................................. 6 1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian ............................................................................... 6 1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ .................................................................................... 6 1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện.............................................................................. 7 1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí).................................................................. 7 1.2.5. Kết luận ............................................................................................................................... 7 1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh ................................... 8 1.3.1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ .......................................................................................... 8 1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng ................................................................................. 9 1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ ............................................................................... 11 1.3.4. Nhận xét ............................................................................................................................ 15 1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] ..................................................... 15 1.3.5.1. Hệ truyền động điện một chiều máy phát - động cơ (MF - ĐC) ............................... 15 Chƣơng 2. TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ......... 22 LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ............. 22 2.1. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh ................................ 22 2.1.1. Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80) công ty than Mạo Khê .............................................................................................................................................. 22 2.1.1.2. Nhận xét .........................................................................................................25 1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh .......................... 25 2.1.3. Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dƣơng ... 27 2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm ..................... 30 2.1.5. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm ........................... 34 2.2. Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh.......................................... 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii 2.3. Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều.......................................... 38 2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ........................................... 40 2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ ................................................................ 42 2.5.1. Động cơ điện .................................................................................................................... 42 2.5.2. Biến tần ............................................................................................................................. 43 2.5.3. Bộ điều chỉnh dòng [8]; [10]; [15]; [16] ......................................................................... 43 2.5.4. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ .................... 45 2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục [19] ...................... 46 2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian............................... 47 2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đƣờng ....................... 48 2.7. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ ................... 49 2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian ................................................. 49 2.7.2. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo quãng đƣờng ........................................... 50 Chƣơng 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ...................................................................................................................................................... 51 TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM ...................................... 51 3.1. Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm ................................................. 51 3.1.1. Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A................................................................... 51 3.1.2. Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] ................................. 52 3.1.3. Tính toán vận tải ............................................................................................................... 53 3.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink ............................................... 55 3.2.1. Mô tả sơ đồ mô phỏng ..................................................................................................... 55 3.2.2. Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm .................................................... 57 3.2. Kết luận ................................................................................................................................ 59 Chƣơng 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ........... 60 BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC..................... 60 CHO TỜI TRỤC MỎ ................................................................................................................ 60 4.1. Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển .............................................................................. 60 4.1.1. Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC ..... 60 4.1.2. Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển ......................................... 61 3.2. Lựa chọn các thiết bị điều khiển......................................................................................... 61 4.2. Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng...................................................... 61 4.4. Chƣơng trình điều khiển ..................................................................................................... 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 4.4.1. Cài đặt các tín hiệu vào - ra ............................................................................................. 64 4.4.2. Chƣơng trình điều khiển .................................................................................................. 66 4.5. Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 .................................................................... 71 chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải .................................................................................... 74 4.6. Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm ...................................................................... 74 4.6. Kết luận ................................................................................................................................ 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................... 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ...................................................................................... 8 Hình 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng ............................................. 9 Hình 1-3. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng............................................. 10 Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12 Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục........................................................................... 12 Hình 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục........................................................................... 13 Hình 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục........................................................................... 14 Hình 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục........................................................................... 14 Hình 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) ................................. 15 Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện ................................................................ 16 Hình 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phát động cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian ............................................................................................................... 17 Hình 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 18 cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor............................................................ 18 Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động ...................................................... 19 Hình 1-18. Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc ............................................ 21 đƣa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator............................................................................. 21 Hình 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ ......................................... 21 Hình 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6.................................................................................. 23 Hình 2-3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh ................................. 26 Hình 2-4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dƣơng ...................... 28 Hình 2-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17 ...................................... 30 Hình 2-6b. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000 .............................................. 33 Hình 2-7. Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 ........................................................... 34 Hình 2-8. Sơ đồ nguyên lý bàn điều khiển tời trục JK - 2,5...................................................... 35 Hình 2-9. Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ.......................................................... 41 Hình 2-11. Sơ đồ cấu trúc các bộ biến tần gián tiếp ................................................................... 42 Hình 2-12. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nghịch lƣu PWM ........................................................... 44 Hình 2-13. Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động động cơ không đồng....................................... 45 bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa từ thông rotor.................................................................... 45 Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 46 Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ.............................. 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi Hình 2-15. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc không đổi ............................................... 47 Hình 2-16. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc thay đổi .................................................. 47 Hình 2-17. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian ........................ 48 Hình 2-18. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đƣờng dc f (S v ) ........... 49 Hình 3-1. Biểu đồ nâng 5 thời kỳ khi chở ngƣời mức + 32 - 225 ............................................. 52 Hình 3-2. Biểu đồ nâng 7 thời kỳ khi chở hàng mức + 32 - 225 ............................................... 53 Hình 3-3. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ .............................................................................................................................. 55 Hình 3-4. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng bộ điều khiển tốc độ ......................................... 56 Hình 3-5. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ.................................................. 57 Hình 3-6. 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 ....................................................... 57 Hình 3-7. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ.................................................. 58 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 ....................................................... 58 Hình 4-1. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ........................................... 60 truyền động cho tời trục mỏ điều khiển bằng PLC..................................................................... 60 Hình 4-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển............................................................................... 64 Hình 4-8. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V0 .................................... 72 Hình 4-9. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 .................................... 72 Hình 4-10. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V2 .................................. 73 Hình 4-11. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 bị sự cố.................... 73 Hình 4-12. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ hạ tải vận tốc V1 ...................................... 74 chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải....................................................................................... 74 Hình 4-13. PLC S7-300 CPU 313C trong mô hình ................................................................... 75 Hình 4-15. Cảm biến hành trình trên đƣờng ray......................................................................... 76 Hình 4-16. Biến tần M440 trong mô hình.................................................................................. 76 Hình 4-17. Goòng tải trong mô hình ........................................................................................... 77 Hình 4-18. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 78 Hình 4-19. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong....................................................... 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay ngành công nghiệp khai thác và chế biến than đang đƣợc thiết kế và xây dựng ngày càng có công suất lớn hơn, biên giới mỏ đƣợc mở rộng, các mỏ than hầm lò thì ngày càng xuống sâu và trình độ trang bị cơ giới hoá cao hơn. Đồng nghĩa với việc đó là nhu cầu sử dụng điện năng cho các khâu: thông gió, bơm thoát nƣớc mỏ, vận tải, máy khai thác ... ngày một gia tăng. Vì vậy vấn đề sử dụng điện năng một cách có hiệu quả, đáp ứng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, an toàn là rất cần thiết. Từ vấn đề trên để triển khai chƣơng trình từng bƣớc tự động hoá các khâu trong sản xuất, đặc biệt là tiết kiệm điện năng, ngày 22/08/2005 Tổng giám đốc Tập đoàn Công nghiệp than và khoáng sản Việt Nam đã ban hành chỉ thị số 08/CT- CĐM về việc sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất, và công văn số 1166/CV- CL ngày 26/02/2007 thông báo kết luận của Tổng giám đốc về sử dụng biến tần và khởi động mềm nhằm tiết kiệm điện năng. Chƣơng trình đầu tƣ, phát triển sản xuất than tập đoàn than khoáng sản Việt Nam hiện nay đang tập trung giải quyết các vấn đề giảm chi phí đầu vào, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh. Đồng thời tiết kiệm điện năng nâng cao năng lực sản xuất là vấn đề cấp bách khi sản lƣợng khai thác ngày càng tăng. Giải pháp ứng dụng biến tần để điều khiển hệ thống vận tải bằng băng tải, máng cào, trục tải; hệ thống bơm thoát nƣớc chính, hệ thống quạt thông gió chính... thay thế cho hệ thống điều khiển cũ không chỉ giúp cho hệ thống chạy ổn định, dải điều chỉnh rộng, nâng cao tuổi thọ động cơ, tuổi thọ hệ thống, nâng cao năng suất và đơn giản trong quá trình vận hành, mà còn tiết kiệm đƣợc điện năng. 2. Mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu thay tế hệ thốngđiều khiển truyền động cho tời trục mỏ than Khe Chàm”nhằm giải quyết các vấn đề sau: + Tự động hoá việc điều khiển công nghệ vận tải bằng tời trục qua giếng nghiêng. + Tiết kiệm điện năng, đáp ứng yêu cầu điều khiển mềm dẻo theo công nghệ. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ truyền động cho trục tải vận tải ngƣời và thiết bị vật liệu qua giếng nghiêng . - Phạm vi nghiên cứu trục tải vận tải qua giếng nghiêng vùng mỏ Quảng Ninh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 4. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát thực trạng các hệ điều khiển hiện nay của tời trục mỏ tại khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh . - Mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho trục tải giếng nghiêng bằng phần mềm SIMULINK - MATLAB. - Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển lôgic khả trình (PLC) - Biến tần - Động cơ để tự động hoá trục tải giếng nghiêng. - Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong phạm vi đề tài sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu tổng hợp sau: - Phƣơng pháp thực nghiệm: Khảo sát thực trạng tại các mỏ than để nắm rõ về mức độ vận tải sử dụng trục tải. - Phƣơng pháp mô phỏng phân tích: nhằm mô phỏng hệ truyền động điện cho trục tải ghiếng nghiêng. - Phƣơng pháp tính toán lý thuyết: dựa trên kết quả mô phỏng để từ đó tự động hoá hệ truyền động điện cho trục tải mỏ. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Kết quả nghiên cứu có thể triển khai áp dụng cải tiến hệ truyền động điện của các của trục tải đang sử dụng hiện nay để nâng cao năng lực, an toàn và hiệu quả của vận tải ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng ninh. - Xây dựng giám sát hệ điều khiển bằng WinCC - Nghiên cứu và xây dựng mô hình điều khiển hệ truyền động điện Biến tần Động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ trong các mỏ than hầm lò tại phòng thí nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 Chƣơng 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 nƣớc 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. Ở các mỏ hầm lò trên thế giới, do những tính chất rất riêng biệt của khâu vận chuyển nên tời trục vẫn là phƣơng tiện vận tải quan trọng và hiệu quả để vận chuyển đất đá, khoáng sản, thiết bị vật tƣ và con ngƣời phục vụ sản xuất. Theo thống kê trên thế giới hiện nay một số nƣớc vẫn sử dụng tời trục trong khai thác mỏ hầm lò điển hình là Trung Quốc và Nga. Một số thiết bị tời trục Trung Quốc sản xuất đƣợc thống kê trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Công suất Lực Chiều dài Tổng động cơ Tốc độ nâng kéo lớn làm việc trọng STT Mã hiệu tời (KW) (m/s) nhất (m) lƣợng (KN) (Kg) 1 JD -1 11.4 0,43 - 1,03 10 400 550 2 JD -1.6 25 0.6 -1.2 20 400 1460 3 JD - 2.5 40 1.115-1.632 25 400-650 2800 4 JD - 3 45 1.115 - 1.632 30 400-650 2800 5 JH - 8 7.5 0.1 80 80 650 6 JH - 14 18.5 0.1 140 120 1400 7 JH - 20 22 0.124 200 170 2500 8 JH – 30 45 0.13 300 31 4460 9 JH – 8E 7.5 0.115 80 80 650 10 JTK - 1600 130 2.5 45 865 11080 11 JK - 2/20A 255 3,75 60 1000 11250 12 JK - 2.5/20A 570 4.7 90 1300 12750 Một số loại tời trục của Nga sản xuất đƣợc thống kê trong bảng 1.2 Mã hiệu БМ-2000/1530 3A БМ-2000/1520 3A 2БМ-2000/1020 3A Đƣờng Chiều kính rộng cáp lớn (mm) nhất Số tang Đƣờng kính tang (mm) 1 2000 1500 25 2,5 140 22700 1 2000 1500 25 3,7 225 22700 2 2000 1000 25 2,5 90 31300 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tốc độ chuyển động (m/s) Công suất động cơ (kW) Bảng 1.2 Trọng lƣợng máy (KG) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 2БМ-2500/1230 4A 2БМ-2500/12114A БМ-3000/2030 4A БМ-3000/2030 4A 2БМ-3000/15114A БЛ - 800/630- 2M БЛ - 1200/10302M 2БЛ - 1200/8302M ΠΠΚ - 4/500 2 2500 1200 31 2,5/3,15 115/140 34050 2 2500 1200 31 5,45/6,6 250/300 34055 1 3000 2000 37 3,0/3,7 260/325 40600 1 3000 2000 37 4,5/5,6 345/450 40920 2 3000 1500 37 4,5/5,7 350/460 48050 1 800 600 15,5 1,5 15 1504 1 1200 1000 17,5 2,0 60 7200 2 1200 800 18,5 2,0 35 8400 1 850 600 21,5 0,24 20 4540 1.1.2. Tình hình sử dụng tời trục mỏ ở Việt Nam Ở các mỏ than vùng Quảng Ninh, do tính phức tạp của công nghệ khai thác, khối lƣợng công việc vận chuyển lớn, thiết bị vận tải đa dạng, giá thành vận tải chiếm từ 40% đến 50% trong tổng chi phí chung. Vì vậy để giải quyết tốt nhiệm vụ vận tải vừa đáp ứng đƣợc yêu cầu khai thác vừa mang lại hiệu quả kinh tế cần phải lựa chọn công nghệ vận tải hợp lýđồng thời phải lựa chọn các thiết bị vận tải phù hợp nhằm phát huy hiệu quả và năng lực vận tải. Vận tải bằng tời trục có ƣu điểm là năng suất vận tải lớn, làm việc với độ tin cậy cao, dễ bảo quản sử dụng và điều khiển, chi phí sản xuất nhỏ, không ồn, không gây bụi, đầu tƣ ban đầu không cao so với đầu tƣ xây dựng các tuyến băng chuyền cỡ lớn nên hầu hết các mỏ than khai thác hầm lò ở nƣớc ta đều sử dụng tời trục làm phƣơng tiện vận chuyển. Theo số liệu khảo sát thực tế tại các mỏ than lớn và trung bình vùng Quảng Ninh đang hoạt động với số lƣợng đƣợc trình bày trong bảng 1.3. Bảng 1.3 Tổng S.lƣợng C.suất đ.cơ TT Tên đơn vị Mã hiệu Nƣớc SX (chiếc) (kW) JK - 2.5/20A T.Quốc 570 01 1 SJ - 1600 130 01 Công ty than JD -4 T.Quốc 55 01 Khe Chàm Ц1,6 x1,2Б 125 01 Nga 75 01 -1200 JTK - 1.6 01 130 T.Quốc 2 Công ty than JD - 4 03 55 Hà Lầm БM-2000 01 140 Nga ЛПК-4 01 20 2 Ц-3,5x1,7-17 01 400 Nga 3 Công ty than 2 Ц-3,5x1,7-11 01 320 Mông Dƣơng JD - 4 09 55 T.Quốc JTK -1.6 02 130 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 4 5 Công ty than Thống Nhất Công ty than Mạo Khê 6 Công ty than Dƣơng Huy 7 Công ty than Quang Hanh 8 Công ty than Vàng Danh 9 Công ty TNHH than Nam Mẫu Công ty TNHH 10 than Đồng Vông 11 JTK-1600 JH - 30 JTK- 1.0x0.8 БM-2000 2БM-2000 SJ-1600 JK-2/20A JD - 3 2ЛП 18/1000 2БM-2000 SJ-1600 JD - 4 JD -2.5 JD - 3 JD -4 JK - 2/20A SJ-1600 JD - 4 БM-2000 SJ-1600 JD - 4 JD - 4 SJ -1600 БM - 2000 Công ty TNHH JD - 4 than Hồng Thái JH -30 T.Quốc Nga 01 02 01 01 01 01 01 02 02 02 02 04 02 02 02 01 01 02 01 02 04 03 01 02 130 45 75 140 225 130 255 45 55 225 130 55 40 45 55 255 130 55 225 130 55 55 130 140 T.Quốc 04 04 55 45 T.Quốc Nga T.Quốc Nga Nga T.Quốc T.Quốc T.Quốc Nga T.Quốc Tổng cộng 75 Hiện nay, động cơ truyền động cho tời trục mỏ thƣờng là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rôto dây quấn, điều khiển các chế độ làm việc của tời trục mỏ chủ yếu bằng phƣơng pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ thông qua các công tắc tơ. Động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto dây quấn có ƣu nhƣợc điểm là: * Ưu điểm: - Giảm dòng khởi động động động cơ bằng cách đƣa các điện trở phụ vào mạch rôto của động cơ đồng thời tăng đƣợc mômen khởi động. - Điều chỉnh tốc độ động cơ đƣợc thực hiện bằng cách đƣa thêm hoặc loại điện trở phụ ra nhờ công tắc tơ. - Có mômen tới hạn (Mth) không đổi trong quá trình làm việc khi điều chỉnh điện trở phụ mạch rôto. - Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải. * Nhược điểm: - Tổn thất điện năng đáng kể trên các điện trở điều chỉnh đặc biệt khi làm việc ở vùng tốc độ thấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 - Quá trình chuyển cấp tốc độ không êm dịu. - Chi phí vận hành tăng do phải thƣờng xuyên bảo dƣỡng, sửa chữa, thay thế vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm. 1.2.Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện [18] Để đảm bảo điều khiển tự động một quá trình (mở máy, hãm máy, đảo chiều quay…) theo một quy luật thƣờng sử dụng một số nguyên tắc điều khiển sau đây: 1.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là các thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống. Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian để phát tín hiệu cần đƣợc chỉnh dựa theo ngƣỡng chuyển đổi của đối tƣợng. Ví dụ nhƣ tốc độ, dòng điện, mômen của động cơ đƣợc tính toán chọn ngƣỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể. Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian có thể gọi chung là bộ tính thời gian. Nó tạo nên một khoảng thời gian trễ kể từ khi có tín hiệu đƣa vào đầu vào của nó cho đến khi nó phát đƣợc tín hiệu ra đƣa vào phần tử chấp hành. *Ưu điểm: - Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi. Thiết bị đơn giản an toàn và làm việc tin cậy. - Nguyên tắc này thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nên sử dụng nguyên tắc này để khởi động và hãm động năng. * Nhược điểm: Mômen khởi động, dòng điện khởi động và mômen động chịu ảnh hƣởng bởi các tham số mômen cản (Mc), mômen quán tính (J), điện áp nguồn (U) và nhiệt độ môi trƣờng ( ). Đặc biệt là có thể xuất hiện dòng điện và mômen nhảy vọt lớn quá mức cho phép khi mômen cản (Mc) và mômen quán tính (J) tăng lên. Vì vậy cần phải đặt bảo vệ cực đại khi áp dụng nguyên tắc này. 1.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trƣng quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Do vậy, ngƣời ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác định chính xác đƣợc tốc độ làm việc của động cơ gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt đƣợc những trị số ngƣỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống. * Ưu điểm: Dùng ít thiết bị (có thể dùng ngay công tắc tơ đấu trực tiếp vào phần ứng của động cơ để kiểm tra tốc độ mà không cần thông qua rơle tốc độ). * Nhược điểm: - Điện áp chỉnh định của các công tắc tơ khác nhau. - Thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc vào Mc, J, U, , R của cuộn dây. Khi điện áp lƣới dao động sẽ làm thay đổi tốc độ chuyển cấp, mômen dòng điện sẽ nhảy vọt. Khi điện áp lƣới giảm quá có khả năng xẩy ra không đủ điện áp hút cho công tắc tơ tác động, do đó động cơ sẽ làm việc lâu dài ở vùng tốc độ thấp nào đó làm cho điện trở mở máy bị đốt nóng quá mức. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 - Khi nhiệt độ thay đổi thì tốc độ chuyển cấp cũng thay đổi. - Phƣơng pháp này nên dùng khi hãm động cơ một chiều và xoay chiều. Đồng bộ hóa động cơ đồng bộ. 1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện Dòng điện trong mạch phần ứng của động cơ là một thông số làm việc rất quan trọng xác định trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thƣờng của hệ thống, trạng thái non tải, trạng thái quá tải, cúng nhƣ phản ánh trạng thái đang khởi động hay hãm của động cơ truyền động điện. Trong quá trình khởi động và hãm dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể giữ không đổi ở một trị số nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ. Ta có thể dùng các công tắc tơ có cuộ dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu điện từ hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều khiển hệ thống theo yêu cầu trên. * Ưu điểm: - Duy trì đƣợc mômen động cơ trong một giới hạn xác định. - Quá trình mở máy, hãm máy không phụ thuộc vào cuộn dây rơle. *Nhược điểm: - Thời gian mở máy tăng lên (hay giảm xuống) phụ thuộc vào sự tăng (hay giảm xuống) của Mc và J. - Mômen động phụ thuộc vào Mc, J, U và có thể xẩy ra tình trạng động cơ dừng lại ở một đƣờng đặc tính nhân tạo trung gian nào đó làm cho điện trở khởi động bị nung nóng quá mức. Phƣơng pháp này dùng có lợi khi đồng bộ hóa động cơ đồng bộ hoặc dùng vào những trƣờng hợp cần làm giảm dao động của từ thông và tăng cƣờng từ thông của động cơ một chiều. 1.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình (vị trí) Khi đối tƣợng bị điều khiển chuyển động mà tại một vị trí trên hành trình của nó, cần có lệnh điều khiển thì dùng phƣơng pháp điều khiển theo vị trí là thích hợp nhất. Thƣờng có hai cách để điều khiển theo vị trí: - Điều khiển theo vị trí đơn giản nhất là dùng các công tắc hành trình (có tiếp tiểm hoặc không tiếp điểm) đặt tại nơi cần ra lệnh điều khiển. * Ưu điểm: Sơ đồ đơn giản, dùng ít thiết bị. * Nhược điểm: - Độ chính xác không cao. - Thiết bị thƣờng dùng: các loại công tắc giới hạn. - Chỉ áp dụng đƣợc 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, chẳng hạn điều khiển theo công nghệ, theo chức năng, công suất, nhiệt độ v.v… Tất cả mọi nguyên tắc điều khiển có thể đƣợc phối hợp với nhau trong cùng một sơ đồ điều khiển. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 1.3. Tổng quan về chế độ làm việc tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh 1.3.1.Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ Hình 1-1. Cấu tạo cơ bản của tời trục mỏ Trong đó: 1 - Trục chính; 2 - Hộp giảm tốc; 3- Múp nối; 4- Múp nối chốt trụ; 5 - Phanh đĩa; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 6 - Trạm thủy lực; 7 - Bộ hiển thị độ sâu; 8 - Bộ phận truyền động của bộ hiển thị độ sâu; 9 - Động cơ phanh thủy lực; 10 - Bộ phận khóa chốt; 11 - Ghế ngồi điều khiển; 12 - Bàn điều khiển; 13 - Động cơ truyền động cho tời; 1.3.2. Phân loại tời trục mỏ giếng nghiêng a) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng đƣợc thể hiện trên hình 1-2. Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải đƣợc tính theo công thức sau: [19] Fcn [(m v m0 ).(sin fb . cos ) g c .(L S v ).(sin fk . cos )].g (1.1) Fch [(m v m0 ).(sin fb . cos ) g c .S v .(sin fk . cos )].g (1.2) trong đó: Fcn - Lực cản trên tang khi nâng có tải, N; Fch - Lực cản trên tang khi hạ có tải, N; - Góc nghiêng của giếng vận chuyển, độ; fb - Hệ số sức cản khi xe goòng chuyển động; fk - Hệ số sức cản khi cáp nâng chuyển động; L - chiều dài cáp từ tang quấn cáp đến thùng nâng, m; Sv - Quãng đƣờng nâng, m; gc - Khối lƣợng 1 mét cáp, Kg/m; mv - khối lƣợng hàng vận chuyển, Kg; m0 - Khối lƣợng xe goòng, Kg; 1 3 1- §éng c¬ truyÒn ®éng 2- C¸p 3- Tang 4- Xe goßng Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc 2 4 Lk Hình 1-2. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng Hệ số sức cản fb phụ thuộc vào trọng lƣợng xe goòng, vận tốc nâng đƣợc tra theo bảng 1.5. [19] Bảng 1.5. Hệ số sức cản fb Khối lƣợng Vận tốc lớn nhất (m/s) xe goòng có tải 3m / s 3 5m / s Nhỏ hơn 1 tấn 0,026 0,039 Từ 1 đến 2 tấn 0,02 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 0,030 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Từ 2 đến 3 tấn 0,016 0,024 Lớn hơn 3 tấn 0,015 0,022 Hệ số sức cản fk phụ thuộc vào cáp, số lƣợng con lăn đỡ cáp bố trí trên đƣờng ray và góc nghiêng , fk = 0,3 0,37. b) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng (goòng lên có tải, goòng xuống không tải) thể hiện trên hình 1-3. Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải đƣợc tính theo công thức sau: Fcn {[m v g c (L 2S v )]. sin [(m v 2m0 ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.3) Fch {[ m v g c (L 2S v )]. sin [(m v 2m0 ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.4) 1 5 3 1- §éng c¬ truyÒn ®éng 2- C¸p 3- Tang 4- Xe goßng cã t¶i 5 - Xe goßng kh«ng t¶i Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc 2 4 Lk Hình 1-3. Cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo hai goòng Nhƣ vậy lực cản trên tang của tời trục mỏ có hai xe goòng sẽ nỏ hơn so với trƣờng hợp tời trục kéo một xe goòng, năng suất của tời trục kéo hai xe goòng lớn hơn so với tời trục kéo một xe goòng. c) Tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng và một đối trọng Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo một goòng và một đối trọng: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 1 5 3 1- §éng c¬ truyÒn ®éng 2- C¸p 3- Tang 4- Xe goßng cã t¶i 5 - §èi träng Lk – Qu·ng ®uêng lµm viÖc 2 4 Lk Hình 1-4. Sơ đồ cấu trúc của tời trục mỏ giếng nghiêng kéo 1 goòng và 1 đối trọng Lực cản trên tang khi nâng hoặc hạ tải đƣợc tính theo công thức sau: [19] Fcn {[(m v m0 m d ) g c (L 2S v )]. sin [(m v m0 m d ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.5) Fch {[( m v m0 m d ) g c (L 2S v )]. sin [(m v m0 m d ).fb g c .L.fk ] cos }.g (1.6) trong đó: L - Chiều dài cáp từ tang đến xe goòng, m; md - Khối lƣợng đối trọng, Kg; Nhƣ vậy lực cản trên tang của tời trục khi có đối trọng sẽ nhỏ hơn so với trƣờng hợp không có đối trọng. 1.3.3. Các chế độ làm việc của tời trục mỏ Tời trục mỏ có 3 chế độ làm việc: tăng tốc, chạy đều và giảm tốc đến dừng. - Chế độ tăng tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ tốc độ bằng không đến tốc độ làm việc cho phép. - Chế độ chạy đều là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục có tốc độ làm việc không đổi trong thời gian làm việc cho phép. - Chế độ giảm tốc là chế độ làm việc của động cơ truyền động cho tời trục từ tốc độ cho phép giảm dần về tốc độ bằng không. Trong ba chế độ làm việc thì chế độ tăng tốc và chế độ giảm tốc có ý nghĩa quan trọng, phụ thuộc vào từng loại tời trục và kết cấu của xe goòng. Đặc trƣng cho các chế độ làm việc của tời trục là biểu đồ tốc độ, biểu đồ tốc độ đối với tời trục mỏ rất đa dạng, song có 5 dạng cơ bản sau: - Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ - Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ - Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ - Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ - Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ 1.3.3.1. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ Biểu đồ tốc độ hai thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-5. Đặc trƣng cơ bản của biểu đồ tốc độ hai thời kỳ là giai đoạn tăng tốc t0 và giảm tốc t1. Trong giai đoạn tăng tốc vận tốc tăng liên tục từ không đến giá trị cực đại v max, trong giai đoạn giảm tốc vận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 tốc giảm liên tục từ giá trị cực đại vmax về không. Gia tốc trong 2 thời kỳ không thay đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép. V,a Vmax a1 0 a2 t t0 Hình 1-5. Biểu đồ tốc độ 2 thời kỳ của tời trục a1 = const; a1< a1cp a2 = const; a2< a2cp 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 đƣờng vận chuyển ngắn (< 80m). [21] 1.3.3.2. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-6 [19]. Đặc trƣng cơ bản của biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là gia đoạn tăng tốc t1, giai đoạn chuyển động đều t2 và gia đoạn giảm tốc t3. Trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc xe goòng chuyển động với tốc độ thay đổi, gia tốc khi tăng tốc không đổi hoặc thay đổi nhỏ hơn giá trị cho phép. a 1 ≤ a 1cp ; a 3 ≤ a 3cp a 2 = const ; Trong giai đoạn chuyển động đều vận tốc của thùng nâng, vận tốc của thùng nâng luôn nhỏ hơn hoặc bằng vận tốc cho phép ( v v cp max ), vận tốc cho phép phụ thuộc vào từng loại tời trục, tải trọng và quãng đƣờng vận chuyển. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ là dạng biểu đồ tốc độ đơn giản, song quá trình tăng tốc và giảm tốc không phù hợp với tời trục mỏ có đƣờng cong dỡ tải. V,a V,a Vmax Vmax a1 a1 a2 0 a3 t0 t1 t a2 0 t2 a3 t0 t1 t t2 Hình 1-6. Biểu đồ tốc độ 3 thời kỳ của tời trục 1.3.3.3. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục mỏ đƣợc thể hiện trên hình 1-7 [21] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 Đặc trƣng của biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ trong giai đoạn tăng tốc và giảm tốc có hai gia tốc khác nhau. Để goòng không tải khi đi ra khỏi đƣờng cong dỡ tải dễ dàng hơn goòng có tải khi đi vào đƣờng cong dỡ tải chọn vk1> vk2. - Thời kỳ tăng tốc t0 Trong thời kỳ t0 vận tốc xe goòng tăng từ tốc độ v = 0 đến vk1, xe goòng chuyển động với gia tốc a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc trong đƣờng cong dỡ tải. V, a V, a Vmax Vmax a1 vk1 a2 vk2 a1 vk1 a4 t0 t1 t2 t3 a5 t4 vk2 a2 a3 a3 a4 t t0 t1 t2 t3 a5 t4 Hình 1-7. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ của tời trục - Thời kỳ tăng tốc t1 Trong thời kỳ tăng tốc t1 vận tốc của xe goòng tăng từ vk1 đến vmax, thùng nâng chuyển động với gia tốc a2> a1. Đây là thời kỳ xe goòng tăng tốc sau khi ra khỏi đƣờng cong dỡ tải, gia tốc a2 có thể không đổi hoặc thay đổi. - Thời kỳ giảm tốc t3 Trong thời kỳ t3 tốc độ xe goòng giảm tốc từ tốc độ vmax đến vk2, xe goòng giảm tốc với gia tốc a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trƣớc khi vào đƣờng cong dỡ tải. - Thời kỳ giảm tốc t4 Trong thời kỳ này vận tốc xe goòng giảm từ vk2 đến tốc độ bằng không, với gia tốc a5< a4. Đây là thời kỳ xe goòng giảm tốc trong đƣờng cong dỡ tải. 1.3.3.4. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-8 Sự khác nhau giữa biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ và biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ ở giai đoạn giảm tốc. Trong giai đoạn giảm tốc, ngoài hai thời kỳ giảm tốc t3 và t5 giống biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ còn có thời kỳ chuyển động đều t4 với vận tốc vk2 trong đƣờng cong dỡ tải. Vì có vận tốc dỡ tải không đổi (vk2 = const) nên thiết bị nhận tải đều hơn, hệ thống hoạt động tốt hơn. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ phù hợp với tời trục kéo thùng skip hoặc thùng cũi lật. V, a vmax vk1 a2 a1 vk2 a3 a5 0 t0 t1 t2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a4 t3 a6 t t4 t5 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ t 14 Hình 1-8. Biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ của tời trục 1.3.3.5. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ V, a Vmax vk1 a1 vk2 a3 a4 a2 a6 a7 t0 t1 t2 t3 a5 t4 t5 t6 Hình 1-9. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ của tời trục Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ đƣợc thể hiện trên hình 1-9. Sự khác nhau giữa biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ với biểu đồ tốc độ 6 thời kỳ là ở giai đoạn tăng tốc. Trong giai đoạn tăng tốc, ngoài hai thời kỳ tăng tốc với gia tốc không đổi a 1, a3 còn có thời kỳ chuyển động đều trong đƣờng cong dỡ tải với vận tốc vk1. Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ thích hợp với tời trục kéo hai thùng skíp hoặc hai thùng cũi lật. 1.3.3.6. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ đƣợc thể hiện trên hình 110, biểu đồ là sự kết hợp giữa các loại biểu đồ tốc độ với nhau. - Khi nâng tải t0 - Thời kỳ tăng tốc từ v = 0 đến vmax, a1 0 t1 - Thời kỳ chuyển động đều với vmax = const, a2 = 0 t2 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 ( 0,5m / s ) trƣớc khi vào đƣờng cong dỡ tải, a 3 0 t3- Thời kỳ chuyển động đều với tốc độ thấp vk2 trong đƣờng cong dỡ tải t4 - Thời kỳ giảm tốc sau khi dỡ tải xong và dừng - Khi hạ tải t’0 - Thời kỳ tăng tốc trong đƣờng cong dỡ tải để hạ thùng nâng không tải. Vận tốc thùng nâng tăng từ 0 đến vk1 0,5m / s , khi v = vk1 thì thùng nâng bắt đầu ra khỏi đƣờng cong dỡ tải với a’1< a1. t’1 - Thời kỳ tăng tốc sau khi thùng nâng ra khỏi đƣờng cong dỡ tải, vận tốc tăng nhanh từ vk1 đến vmax. t’2 - Thời kỳ chạy đều của thùng nâng không tải đến khu vực nhận tải t’3 - Thời kỳ giảm tốc từ vmax đến vk2 để thùng nâng vào khu vực nhận tải t’4 - Thời kỳ giảm tốc thùng nâng từ vk2 đến 0 trong khu vực nhận tải Biểu đồ 5 thời kỳ khi nâng và 6 thời kỳ khi hạ thích hợp cho tời trục kéo một thùng skíp hoặc một thùng cũi lật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 15 V, a vmax N©ng a1 a2 a4 0 t0 a5 a3 t2 t1 t3 t t4 a) V, a vmax H¹ a’1 vk1 a’2 vk2 a’5 a’3 a’6 a’4 t’0 t’1 t’2 t’3 t’4 t t’5 b, Hình 1-10. Biểu đồ tốc độ 5 thời kỳ khi nâng (a) và 6 thời kỳ khi hạ (b) 1.3.4. Nhận xét - Tời trục mỏ kéo hai xe goòng cho năng suất vận chuyển gấp đôi so với tời trục mỏ kéo một xe goòng. - Biểu đồ tốc độ 7 thời kỳ là dạng biểu đồ tổng quát nhất cho các tời trục mỏ trong ngành khai thác mỏ hầm lò, gia tốc trong các thời kỳ tăng tốc hoặc giảm tốc có thể không đổi hoặc thay đổi. - Việc chọn các chế độ làm việc của tời trục mỏ cần thỏa mãn yêu cầu sau: + 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. Việc tời trục mỏ làm việc có thỏa mãn đƣợc điều kiện cơ bản trên hoàn toàn phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ thống truyền động và luật điều khiển truyền động điện. 1.3.5. Các hệ thống truyền động điện cho tời trục mỏ [19] 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) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 §1 §2 ®c MF C4 UKT§ UKTF K§M§ C3 C2 BCD B§K N KOP RN KAN N OA C1 RT H H KOP KAP RH KAH Hình 1-11. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện Khuếch đại máy điện cung cấp điện áp cho cuộn kích thích của máy phát có 4 cuộn dây điều khiển: cuôn dây C1là cuộn điều khiển chính (cuộn chủ đạo); cuộn dây C2 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng điện phần ứng; cuộn dây C 3 là cuộn hồi tiếp âm theo điện áp máy phát; cuộn dây C4 là cuộn ổn định (hồi tiếp âm mềm theo dòng). Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC có KĐMĐ khi thay đổi chiều và giá trị dòng điện trong cuộn dây chủ đạo (C1) sẽ thay đổi chiều và giá trị điện áp máy phát do đó thay đổi chiều và giá trị tốc độ động cơ truyền động cho tời. Hệ thống có hai chế độ điều khiển bằng tay và tự động. Khi điều khiển tự động sử dụng hai xen xin KAN và KAH, vị trí của rôtor xen xin phụ thuộc vào đĩa chƣơng trình đã thiết kế. Xen xin KAN thực hiện chƣơng trình nâng tải, xen xin KAH thực hiện chƣơng trình hạ tải. Hai công tắc tơ N và H thực hiện xác định chiều dòng điện trong cuộn chủ đạo để đảo chiều dòng điện động cơ truyền động cho tời trục theo yêu cầu. Điều khiển dừng động cơ truyền động cho tời bằng cảm biến xác định vị trí dừng để ngắt công tắc tơ N hoặc (H) và đóng tiếp điểm thƣờng đóng KOP để đƣa điện áp máy phát cùng tham gia cung cấp điện cho cuộn chủ đạo nhằm giảm sức từ động của KĐMĐ, do đó giảm từ thông kích từ của máy phát 50% . Khi điều chỉnh bằng tay thì sử dụng xen xin KAP, việc điều khiển góc quay của rôtor thông qua tay điều khiển. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 17 Hệ thống máy phát - động cơ với KĐMĐ có tính tác động nhanh nhƣng bị ảnh hƣởng của hiện tƣợng 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 Trong hệ thống truyền động điện MF - ĐC với khuếch đại máy điện để giảm sức điện động dƣ(2 - 3 V), nâng cao tính ổn định, tăng hệ số khuếch đại ngƣời ta trang bị thêm một khuếch đại từ trung gian. Sơ đồ cấu trúc hệ thống (hình 1-12). §1 §2 MF C4 K§M§ ®c UKT§ UKTF C1, C2, C3 K§T MY2 MY3 B§K BCD MY1 Hình 1-12. Cấu trúc hệ truyền động điện máy phátđộng cơ với khuếch đại máy điện và khuếch đại từ trung gian Khuếch đại máy điện có ba cuộn dây C1, C2, C3 đƣợc mắc nối tiếp và đấu vào đầu ra của khuếch đại từ trung gian, riêng cuộn dây C4 thực hiện hồi tiếp âm cứng theo điện áp của khuếch đại máy điện. Khuếch đại từ trung gian có 5 cuộn dây điều khiển. Cuộn dây MY1 là cuộn dây điều khiển chính, cuộn MY2 là cuộn hồi tiếp âm theo điện áp máy phát, cuộn dây MY3 là cuộn hồi tiếp cắt nhanh theo dòng phần ứng, cuôn dây MY4 là cuộn hồi tiếp âm mềm theo dòng khuếch đại máy điện, cuộn dây MY5 là cuộn dập tắt từ trƣờng trễ của máy phát khi dừng. Việc điều khiển các chế độ làm việc của hệ thống truyền động điện tƣơng tự nhƣ việc điều khiển hệ truyền động điện máy phát - động cơ với khuếch đại máy điện. Hệ thống này có ƣu điểm là cải thiện đƣợc đặc tính tĩnh và đặc tính động tốt hơn, giảm đƣợc 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. c. 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 thƣớc hệ thống lớn, chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành cao. - Hiệu suất làm việc và độ tin cậy không cao do phải sử dụng nhiều máy điện quay. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 18 1.3.5.2. Hệ truyền động điện xoay chiều a.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại(hình 1-15) 380V A + H _ §N N 2K Rp2 1K Rp1 Hình 1-15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở kim loại trong mạch rôtor Nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn điện xoay chiều ba pha điện áp 380V hoặc 6000V. Việc khởi động điều chỉnh tốc độ hoặc giảm tốc độ động cơ đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp thay đổi trị số điện trở phụ trong mạch rôtor. Trong mạch rôto thƣờng có 5 8 cấp điện trở phụ, điều khiển quá trình đƣa vào hoặc ngắt ra các cấp điện trở phụ bằng các công tắc tơ. Việc đảo chiều quay động cơ đƣợc thực hiện bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha của nguồn cấp cho mạch stator thông qua hai công tắc tơ N và H. Việc hãm truyền động điện thƣờng sử dụng phƣơng pháp hãm động năng, điện áp nguồn cung cấp hãm động năng có thể không đổi hặc thay đổi. Mômen hãm động năng đƣợc thay đổi bằng hai cách: - Điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp cho mạch hãm động năng không đổi, thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor. - Thay đổi đồng thời điện áp (hoặc dòng) của nguồn cung cấp và giá trị điện trở phụ trong mạch rôtor. Việc thay đổi điện áp (hoặc dòng) của nguồn cấp cho mạch hãm có thể theo cấp hoặc liên tục nhờ các thiết bị điều khiển. Hệ thống truyền động điện này có nhƣợc điểm là tổn hao năng lƣợng lớn trên các điện trở phụ, gia tốc trong quá trình khởi động và giảm tốc thay đổi gây nên các xung lực ảnh hƣởng đến độ bền cơ học của tời trục. b.Truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 A KTM1 M2 KN H N M1 OY4 OY2 KH K§M§ P B1 BTL OY3 XX2 OY1 XX1 B2 T§K Hình 1-16. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn có biến trở lỏng trong mạch rôtor Để tăng độ êm dịu và duy trì tốc độ không đổi thay thế biến trở kim loại bằng biến trở lỏng. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện đƣợc thể hiện trên hình 1-16. Trong hệ thống này, việc dịch chuyển các điện cực nhúng trong dung dịch chất lỏng do động cơ điện một chiều kích từ độc lập truyền động thông qua hộp giảm tốc có tính tự hãm. Hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn và mômen quán tính nhỏ để tăng tính tác động nhanh của hệ thống. Việc điều khiển động cơ một chiều bằng phƣơng pháp thay đổi điện áp của khuếch đại máy điện cung cấp cho nó, khuếch đại máy điện có 4 cuộn dây điều khiển. Hai cuộn dây OY1 và OY3 của khuếch đại máy điện đƣợc cung cấp điện từ hai xen xin XX1 và XX2 thông qua hai cầu chỉnh lƣu B1, B2. Sức từ động của hai cuộn dây này có hƣớng ngƣợc nhau (Ft = F1 - F2), khi dòng điện trong hai cuộn dây bằng nhau thì sức từ động tổng bằng không, do đó điện áp phát ra của khuếch đại máy điện bằng không. Khi thay đổi góc quay rôtor của XX1 thì dòng trong cuộn dây OY1 và OY3 sẽ khác nhau, sức từ động tổng sẽ khác không, động cơ M1 sẽ quay di chuyển điện cực trong dung dịch chất lỏng. Rôtor xen xin XX2 sẽ quay cho đến khi dòng trong hai cuộn dây OY1 và OY3 bằng nhau. Muốn tăng tốc hoặc giảm tốc động cơ truyền động cho tời cần điều khiển sao cho các điện cực đƣợc hạ xuống hay nâng lên trong dung dịch chất lỏng. Hai khóa ngắt vị trí KN và KH với mục đích giới hạn chuyển động của điện cực trong khoảng dịch chuyển cho phép. Cuộn dây OY4 của khuếch đại máy điện thực hiện hồi tiếp âm theo điện áp còn cuộn dây OY2 tác dụng ổn định hệ thống trong chế độ động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 1.3.5.3. Các phương pháp điều khiển hệ truyền động điện xoay chiều trong giai đoạn giảm tốc và chuyển động đều trên đường cong dỡ tải a. Điều khiển trong thời kỳ giảm tốc Phƣơng pháp đơn giản nhất để điều khiển truyền động điện trong thời kỳ giảm tốc là sử dụng phanh cơ khí. Trong quá trình giảm tốc nếu cần gia tốc không đổi và nhỏ hơn gia tốc cho phép thì cần phải thay đổi mômen hãm. Nếu không duy trì gia tốc không đổi sẽ dẫn đến trong thời kỳ giảm tốc quãng đƣờng làm việc của tời trục sẽ thay đổi, do đó tời trục sẽ không dừng chính xác ở vị trí mong muốn. Việc thay đổi mômen hãm cơ khí trong thời kỳ giảm tốc đƣợc thực hiện bằng hệ thống điều khiển điện - khí nén hoặc điện - thủy lực. Việc điều khiển van khí nén để điều chỉnh áp lực má phanh lên tang hãm thông qua van điện từ. Hiệu quả hơn cả là áp dụng phƣơng pháp hãm điện kết hợp với phanh cơ khí. Phƣơng pháp hãm điện thƣờng dùng cho tời trục là phƣơng pháp hãm động năng có nguồn cấp thay đổi liên tục. b. Điều khiển truyền động trong thời kỳ chuyển động đều trên đường cong dỡ tải Trong thời kỳ chuyển động đều trên đƣờng cong dỡ tải yêu cầu tời trục chuyển động với vận tốc ổn định từ 0,3 0,6 m/s, để đáp ứng đƣợc yêu cầu đó ngƣời ta sử dụng các biện pháp sau: + Điều khiển mômen hãm cơ khí Để duy trì tốc độ thấp cần điều khiển động cơ không đồng bộ dẫn động cho tời trục làm việc ở chế độ động cơ có một hoặc hai cấp điện trở phụ trong mạch rôtor kết hợp với điều chỉnh phanh cơ khí. Phƣơng pháp này có tổn hao công suất lớn. + Sử dụng hệ thống truyền động điện phụ công suất nhỏ Hệ thống truyền động điện phụ có công suất nhỏ gồm một động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc có công suất nhỏ, một hộp giảm tốc phụ và một khớp nối. Phƣơng pháp này có hệ thống điều khiển phức tạp và chi phí cao. + Sử dụng hệ thống truyền động điện hai động cơ Trong hệ thống truyền động điện hai động cơ không đồng bộ, khi thực hiện chế độ chuyển động đều với tốc độ thấp tiến hành cho một động cơ làm việc ở chế độ động cơ, một động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng. Việc điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp điều chỉnh mômen hãm động năng khi thay đổi dòng hãm động năng hoặc thay đổi điện trở phụ trong mạch rôtor. Phƣơng pháp này có khả năng tạo ra đặc tính cơ cứng ở vùng tốc độ thấp, hệ làm việc tin cậy, tác động nhanh, giá thành không cao nhƣng điều khiển phức tạp. + Cung cấp cho động cơ nguồn dòng có tần số thấp Trong quá trình giảm tốc tiến hành đƣa dòng điện có tần số thấp f2 từ bộ biến tần kiểu máy điện vào mạch stator đồng thời giảm trị số điện trở phụtrong mạch rôtor. Để ổn định tốc độ thấp, loại hết điện trở phụ mạch rôtor và cung cấp dòng có tần số f2 phù hợp với tốc độ yêu cầu. Đặc tính tĩnh hệ thống thể hiện trên hình 1-18. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 21 01 8 9 7 6 5 4 11 10 3 2 13 15 12 14 02 Mh1 Mh2 16 0 MC 1 M1 Mth M2 M Hình 1-18. Đặc tính tĩnh hệ thống truyền động điện khi giảm tốc đưa dòng điện có tần số thấp vào mạch stator 1.3.5.4. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ Để nhận đƣợc chế độ giảm tốc và chuyển động đều với tốc độ thấp trong đƣờng 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 đƣợc thể hiện nhƣ hình 1-19. U2, f2 U1, f1 BT § Hình 1-19. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các bộ biến tần hiện đại có cấu trúc gọn nhẹ, hệ thống điều khiển sử dụng vi xử lý nên có tính tác động nhanh và độ chính xác cao, dải điều chỉnh rộng:0 600Hz. Hiện nay hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp. 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. 1.3.5.5. Ưu nhược điểm của hệ truyền động điện xoay chiều và lĩnh vực áp dụng - Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn có mạch điều khiển đơn giản, ít thiết bị, vốn đầu tƣ thấp hơn so với hệ truyền động điện một chiều, nhƣng tổn hao năng lƣợng trên điện trở phụ lớn. - Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc không có tổn hao công suất trên điện trở phụ nhƣ động cơ rôtor dây quấn, có kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, dải điều chỉnh rộng nhƣng vốn đầu tƣ ban đầu cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 22 - Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, hiện nay các hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đang phát triển mạnh trong sản xuất. Chƣơng 2 TỔNG HỢP ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO PHÙ HỢP TỜI TRỤC MỎ 2.1.Các hệ thống truyền động điệncho tời trục mỏ vùng Quảng Ninh 2.1.1. Hệ thống truyền động của tời trục JTK -1.6 giếng nghiêng (- 80)công ty than Mạo Khê 2.1.1.1. Các thông số lỹ thuật của trục tải JTK-1.6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 23 H K7 K6 A BI H CL K5 K4 K3 K2 K1 Hình 2-1. Sơ đồ hệ thống tời trục JTK-1.6 * Mã hiệu: JTK-1.6 * Thông số động cơ điện: - Mã hiệu động cơ: JR 127-8 - Công suất động cơ: 130 kW. - Điện áp: 380 V; tần số 50Hz. - Điện áp rôto: 187 V; Dòng điện rôto: 441 A - Tổ đấu dây: tam giác ( ) - Tốc độ vòng quay: 725 vòng /phút. - Dòng điện pha Stato: 246A; hiệu suất: 94,2%; Cos = 0,87 - Trọng lƣợng động cơ: 2120kg. * Tốc độ của trục tải: - Tốc độ trung bình: 3.4 m/s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 24 220V K§B §B B B1 Më phanh §ãng phanh Ch©n R1 R4 K6 B2 R1.1 RN R3 K6 Dõng R2.1 R3 RN K6 K8 R3 R5 Dõng T2 R2.2 T’2 K1 K1 T3 T’3 K1 T4 T’4 K2 T5 T’5 K2 K3 K3 K4 K4 D C«ng t¾c K8 R2 M. Phanh NC1 D. Phanh NC2 Ch©n 380V K7 NC3 R3 H·m Hình 2-2. Sơ đồ mạch điều khiển tời trục JTK-1.6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 25 2.1.1.2. Nhận xét * Ưu điểm: Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có điện áp 380V, qúa trình khởi động, điều chỉnh tốc độ đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ thông qua các tiếp điểm của công tắc tơ. Hãm truyền động bằng phƣơng pháp hãm động năng kết hợp với phanh cơ khí mục đích làm giảm tổn hao năng lƣợng trên điện trở phụ trong quá trình hãm. Quá trình điều khiển đơn giản và phụ thuộc vào kinh nghiệm vận hành của ngƣời thợ điều khiển. * Nhược điểm: Do việc khởi động, điều chỉnh tốc độ và giảm tốc bằng điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ cho nên gây ra những ảnh hƣởng sau: - Tổn hao năng lƣợng lớn trên các cấp điện trở phụ dƣới dạng nhiệt đặc biệt là vùng tốc độ thấp. - Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém. - Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn gây nên ảnh hƣởng đáng kể tới cơ cấu truyền lực. - Điều khiển không linh hoạt kết hợp nhiều thao tác cùng một lúc. - Do sử dụng các rơle và công tắc tơ trong mạch điều khiển nên quá trình điều khiển với độ tin cậy không cao, thƣờng xuyên phải bảo dƣỡng và kiểm tra do làm việc trong môi trƣờng ẩm ƣớt bụi bẩn. - Hệ thống mạch lực và mạch điều khiển cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn. 1.1.2. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Vàng Danh Hệ thống truyền động điện của các tời trục mỏ công ty than Vàng Danh có sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 2-3. Động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có những đặc điểm sau: Phối hợp 8 cấp điện trở phụ để khởi động máy và hệ thống hãm động năng theo 2 cấp, hệ thống này do các mắt xích nhƣ: đƣờng hồi động cơ quay xuôi ngƣợc, đƣờng hồi điều khiển điện trở rôto, đƣờng hồi bộ phận giới hạn tốc độ và phanh có thể điều chỉnh, đƣờng hồi khoá liên động và tín hiệu cáp điều chỉnh, đƣờng hồi hãm động năng, đƣờng hồi an toàn, và đƣờng hồi hỗ trợ ... tạo thành. - Hệ thống truyền động điện động cơ rôtor dây quấn điều khiển đơn giản, vốn đầu tƣ thấp. - Tự động cắt và đƣa điện trở phụ vào làm việc theo từng chế độ bằng các rơle. - Điều chỉnh tốc độ, và phanh một cấp, phanh 2 cấp an toàn khi bị bị mất điện toàn bộ bằng hệ thống phanh thuỷ lực. - Có thiết bị hiển thị độ sâu và bộ phận giới hạn tốc độ để đảm bảo hệ thống làm việc đúng hành trình, tốc độ và vị trí. - Có thiết bị bảo vệ khi lỏng cáp. - Điều khiển các chế độ làm việc: quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ, giảm tốc bằng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôtor gây nên tổn thất năng lƣợng lớn.Việc thay đổi giá trị điện trở phụ theo cấp do đó gia tốc động thay đổi lớn gây nên các xung lực ảnh hƣởng tới độ bền của các thiết bị. - Dải điều chỉnh tốc độ thấp, độ êm dịu trong dải điều chỉnh kém. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 26 - Giàn điện trở phụ cồng kềnh, thiết bị điều khiển là hệ thống các công tắc tơ, rơle, tiếp điểm làm việc với độ tin cậy không cao do bị ảnh hƣởng bởi môi trƣờng làm việc ẩm ƣớt bụi bẩn. Hình 2-3. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện tời trục mỏ Vàng Danh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên A B B KM48 H 472 A K шκaФy дТ 471 C MCD B C P36 P26 P16 P27 P17 KM46 P37 KM47 ДT KДТ P15 P25 P35 (+) 89 88 (-) РДБ ДТ H B P2 P14 P24 P34 KM44 K шκaФy дТ X26 - 6 (SB27) KM45 X26 - 5 101(+) P13 P23 P33 H PKT KM43 РДT РДT X12-3 РДT P11 P21 P31 KM41 B X12-7 X15-3 SA7 B C A X15-4 A X12-8 X16-7 X16-3 B SA4 C P12 P22 P32 KM42 X16-8 B X16-4 H X12- 4 H R B R ДT R H B ДT A РДT C B ДT PTP 102(-) 27 2.1.3. Hệ thống truyền động điện của tời trục 2Ц-3,5x1,7-17 công ty than Mông Dƣơng http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 28 Hình 2-4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Mông Dương Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 29 B 102-1 101-1 KM41 H SA7 KM41 KM48 X12-9 ДТ X15-8 R1 KM41 X15-7 KM42 R2 X9-2 KM42 X9-1 KM43 K42 K43 KM43 R3 X15-10 K42 K43 KM44 KM44 K44 X15-9 R4 KM44 101 KM45 R5 KM45 101 KM46 KM45 KM46 KM46 R6 101 KM45 KM46 KM47 KM47 KM47 R7 K42 2A KM42 KM47 KM48 K43 KM48 KM48 R8 KM43 3A K44 4A KM44 1PY 1PY 2PY 2PY V93 1PY V94 PTY 2PY Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 30 Hình 2-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục 2 Ц-3,5X1,7-17 2.1.3.1. Thông số lỹ thuật của trục tải 2Ц-3,5x1,7-17 - Công suất động cơ: 400 kW. - Điện áp: 6 kV; tần số 50Hz. - Điện áp rôto: 760V - Dòng điện rôto: 315 A - Tốc độ vòng quay: 240 vòng /phút. - Dòng điện pha Stato: 66A; hiệu suất: 94,2%; Cos = 0,87 - Tỷ số truyền hộp giảm tốc: 10,5. -Tải trọng nâng: 10.000 kg - Tốc độ nâng cho phép: 4,2m/s 2.1.3.2. Nhận xét Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Công ty than Mông Dƣơng sử dụng động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, việc khởi động, điều chỉnh tốc độ, và giảm tốc bằng phƣơng phƣơng pháp đi số để thay đổi điện trở phụ mạch mạch rôto theo cấp (8 cấp). Hãm truyền động bằng phƣơng pháp hãm động năng kết hợp với phanh công tác. Để giảm tổn hao năng lƣợng trong thời gian làm việc sử dụng động cơ điện cao áp 6kV. Hệ truyền động điện của tời trục mỏ của Công ty than Mông Dƣơng có nhƣợc điểm sau: Do việc khởi động, điều chỉnh tốc độ và giảm tốc bằng điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ cho nên gây ra những ảnh hƣởng sau: - Tổn hao năng lƣợng lớn trên các cấp điện trở phụ dƣới dạng nhiệt đặc biệt là vùng tốc độ thấp. - Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém. - Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn gây nên ảnh hƣởng đáng kể tới cơ cấu truyền lực. Tuy nhiên để giảm tổn hao trên điện trở phụ trong thời gian làm việc Công ty than Mông Dƣơng đã sử dụng động cơ truyền động cho tời trục có cấp điện áp là 6kV. 2.1.4. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ БМ-2000 công ty than Hà Lầm 2.1.4.1.Hệ thống tời trục БМ-2000 (hình 2.6) 2.1.4.2. Nhận xét Hệ truyền động của tời trục mỏ Công ty than Hà Lầm có ƣu nhƣợc điểm sau: Động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, việc khởi động, điều chỉnh tốc độ, và giảm tốc bằng phƣơng phƣơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch mạch rôto theo cấp (6 cấp). Việc đảo chiều quay động cơ đƣợc thực hiện thay đổi thứ tự hai trong ba pha nguồn cung cấp bằng các công tắc tơ S và D. Các chế độ hãm của động cơ bằng phanh khí nén khi cuối hành trình ở chế độ nâng tải và hãm tái sinh và hãm ngƣợc ở chế độ hạ tải là tự động. Bảo vệ tời trục khi sự cố. Việc hãm bảo vệ tời trục đƣợc thực hiện bằng cách ngừng cung cấp điện cho phanh điện từ. Trong mạch công tắc tơ của phanh điện từ có các khoá ngắt giới hạn tốc độ định mức và tốc độ nhỏ khi về cuối hành trình. Ngoài ra còn có các tiếp điểm kiểm tra độ mòn má phanh và điều chỉnh áp lực khí nén của phanh công tác. - Quá trình khởi động, điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ mạch rôtor gây nên tổn thất năng lƣợng lớn.Việc thay đổi giá trị điện trở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 31 phụ theo cấp do đó gia tốc động thay đổi lớn gây nên các xung lực ảnh hƣởng tới độ bền của các thiết bị. - Dải điều chỉnh tốc độ thấp, độ êm dịu trong dải điều chỉnh kém. - Giàn điện trở phụ cồng kềnh, thiết bị điều khiển với độ tin cậy không cao do bị ảnh hƣởng bởi môi trƣờng làm việc ẩm ƣớt bụi bẩn, mạch điều khiển phức tạp. Thƣờng xuyên phải hiệu chỉnh, bảo dƣỡng và sửa chữa tiếp điểm nên chi phí trong vận hành lớn. R S T 0 RMa 1I D S M2 Bé khèng chÕ ®iÒu khiÓn, CC NgUîc ThuËn Tay quay VÞ trÝ 6 5 4 3 2 0 1 1 2 3 4 5 6 CC0 M1 CC1 CC3 CC2 CC’ 3 CC4 5C CC5 4C CC6 CC7 CC8 3C 2C Bé khèng chÕ c«ng t¾c hµnh tr×nh VÞ trÝ 1C 6C 0 2 CS1 CS2 CS3 CS4 VÞ trÝ sè 1. Ng¾n m¹ch c«ng t¾c hµnh tr×nh nguîc VÞ trÝ sè 2. Ng¾n m¹ch c«ng t¾c hµnh tr×nh thuËn VÞ trÝ sè 0. Lµm viÖc b×nh thuêng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bé khèng chÕ chÕ ®é c«ng t¸c VÞ trÝ 1 2 CG1 CG2 CG3 CG4 VÞ trÝ sè 1. ChÕ ®é m¸y ph¸t VÞ trÝ sè 2. ChÕ ®é ®éng c¬ http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 32 Hình 2-6a. Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ thống tời trục БМ-2000 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 33 1P 1P M¹ch tÝn hiÖu phanh b¶o hiÓm CL Afr4 2P 1T 2P D6 2T 2C1 S6 3T 3C1 1C6 2C4 4C6 2C6 3C4 3C6 4C4 4T 5T 6T R¬le thêi gian khëi ®éng ®éng c¬ ë chÕ ®é ®éng c¬ PM R¬le thêi gian h·m ngu¬c sang chÕ ®é m¸y ph¸t khi h¹ t¶i 4C4 a b 4fr3 M¹ch phanh ®iÖn tõ b¶o hiÓm 4fr2 4fr1 Elfr D S1 S D1 B2 CC1 A2 CC2 1C 1T CS3 A3 CP1 CS4 D4 C«ng t¾c t¬ khëi ®éng thuËn T2 B3 V100% CP2 C«ng t¾c t¬ khëi ®éng nguîc CC3 C4 2C 3C 2T1 3T1 C«ng t¾c t¬ c¾t ®iÖn trë r«to ë chÕ ®é ®éng c¬ CC4 CC5 4T1 5C 6C 5T1 CC7 C2 C«ng t¾c t¬ c¾t ®iÖn trë r«to ë chÕ ®é h·m ngô¬c 6T K L Hình 2-6b. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tời trục БМ-2000 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 34 2.1.5. Hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ công ty than Khe Chàm 6KV 6KV GLK2 GLK1 L11 L12 L13 GRD1 GRD2 Y1 Y2 YH GRD2 GRD1 GZD V A SYQ LSK JTK1 LH1 1A LH2 JLJ 1KC 1SLJ JLJ 2KC 2SLJ JLJ L21 L22 1KC 1KC LH3 2KC 2KC L23 XLC FC L+ ZC DZC L- Q81 Q71 8JC Q82 7JC Q72 Q83 Q73 6JC Q61 Q62 Q63 5JC Q51 Q41 Q31 Q52 Q53 4JC Q42 Q43 3JC Q33 Q32 Q21 2JC Q23 Q22 1JC Q11 Q12 Q13 Hình 2-7. Sơ đồ hệ truyền động điện tời trục mỏ JK-2,5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 406 414 422 416 424 396 338 408 382 384 368 356 3 10HD 9HD - 358 4 + 302 5 301 806 486 6 F11 340 7 A 342 F12 503 501 210 320a 0 304 370 601 360 318 314 SFK 9AK 6HD 5HD (1) (3) (5) (7) 320 744 0 501 (2) (4) (6) (8) 720 724 358 316 365 304 602 444 302 344 1TA 1QA 4HD 3HD N402 (15) (11) (3) 722 490 488 (16) (12) (4) 720 724 446 388 348 492 2TA 2QA 2HD 1HD 722 386 342 372 362 N401 (15) (9) (5) (1) L311 711 (16) (10) (6) (2) 720 724 474 3TA 3QA 4LD 3LD 722 734 724 L313 826 825 824 911 X11 3CD1 T1 444 01 T23 JTK2 JTK1 3CD5 T2 T1 T2 302 02 394 492 470 396 338 T23 904 03 340 2HD 1HD 570 572 822 821 X13 35 2.1.5.1. Điều khiển hệ truyền động điện tời trục JK - 2,5 Hình 2-8. Sơ đồ nguyên lý bàn điều khiển tời trục JK - 2,5 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 36 2.1.5.2. Nhận xét Hệ thống điều khiển truyền động điện tời trục mỏ Công ty than Khe Chàm là hệ truyền động điện có công suất lớn, giống nhƣ hệ thống truyền động điện của Công ty than Vàng Danh, Mông Dƣơng. Hệ thống truyền động điện tời trục mỏ Công ty than Vàng Danh sử dụng động cơ truyền động cho tời trục là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, việc khởi động, điều chỉnh tốc độ, và giảm tốc bằng phƣơng phƣơng pháp đi số để thay đổi điện trở phụ mạch mạch rôto theo cấp (8 cấp). Hãm truyền động bằng phƣơng pháp hãm động năng kết hợp với phanh công tác thuỷ lực. Để giảm tổn hao năng lƣợng trong thời gian làm việc sử dụng động cơ điện cao áp 6kV. Tƣơng tự các hệ truyền động của Công ty than Mạo Khê, Vàng Danh, Mông Dƣơng hệ truyền động điện của tời trục mỏ của Công ty than Khe Chàm có những ƣu nhƣợc điểm sau: Do việc khởi động, điều chỉnh tốc độ và giảm tốc bằng điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ cho nên gây ra những ảnh hƣởng sau: - Hệ làm việc tin cậy chắc chắn, các hình thức bảo vệ hệ thống liên động nhƣ phanh một cấp, phanh hai cấp an toàn khi bị mất điện toàn bộ bằng hệ thống phanh thuỷ lực. Kết hợp nhiều nguyên tắc điều khiển trong một chu kỳ làm việc nhƣ nguyên tắc thời gian, nguyên tắc hành trình... - Mạch điều khiển phức tạp. Điều khiển không linh hoạt do phải thực hiện nhiều thao tác cùng một lúc. - Cồng kềnh chiếm nhiều diện tích nắp đặt thiết bị - Tổn hao năng lƣợng lớn trên các cấp điện trở phụ dƣới dạng nhiệt đặc biệt là vùng tốc độ thấp. - Dải điều chỉnh hẹp, độ êm dịu trong quá trình điều chỉnh kém. - Vận tốc, gia tốc và lực động tác dụng nên tời trục thay đổi lớn gây nên ảnh hƣởng đáng kể tới cơ cấu truyền lực. - Do sử dụng các rơle và công tắc tơ trong mạch điều khiển nên quá trình điều khiển với độ tin cậy không cao, thƣờng xuyên phải bảo dƣỡng và kiểm tra do làm việc trong môi trƣờng ẩm ƣớt bụi bẩn. Chi phí vận hành cao. Tuy nhiên để giảm tổn hao trên điện trở phụ trong thời gian làm việc Công ty than Khe Chàm đã sử dụng động cơ truyền động cho tời trục có cấp điện áp là 6kV. 2.2.Đánh giá thực trạng hệ thống truyền động điện và các hệ thống điều khiển hiện nay của tời trục mỏ khu vực khai thác mỏ hầm lò vùng than Quảng Ninh Qua phân tích các hệ truyền động điện của tời trục mỏ của các Công ty khai thác than hầm lò điển hình vùng than Quảng ninh có những nhận xét sau: - Hệ thống truyền động điện cho các tời trục mỏ có công suất lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Qúa trình khởi động, điều chỉnh tốc độ, giảm tốc bằng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôto. - Chiều dài vận chuyển của các tời trục nhỏ hơn 700m, góc dốc làm việc nhỏ hơn bằng 250, công suất yêu cầu nhỏ hơn 570 kW. - Hệ thống truyền động điện cho các tời trục có công suất trung bình và nhỏ đều sử dụng truyền động điện động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Quá trình khởi động trực tiếp, không có điều chỉnh tốc độ, giảm tốc đến khi dừng đều bằng phƣơng pháp cắt điện và dùng phanh cơ khí. - Các hệ thống truyền động điện của tời trục mỏ hiện nay sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có công suất 570 kW. Điều khiển các chế độ làm việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 37 bằng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ trong mạch rôto theo cấp do đó dải điều chỉnh tốc độ hẹp, độ êm dịu thấp, tổn thất năng lƣợng lớn trên điện trở phụ dƣới dạng nhiệt đặc biệt khi điều chỉnh sâu tốc độ. Khi tải thay đổi do luật điều khiển không thay đổi dẫn đến gia tốc, lực động học thay đổi lớn sẽ ảnh hƣởng đáng kể đến độ bền của cáp và các cơ cấu truyền lực. - Qua nghiên cứu các hệ điều khiển tời trục mỏ điển hình ở vùng than Quảng Ninh có những nhận xét sau: + Các hệ điều khiển điển hình ở trên đều áp dụng nguyên tắc điều khiển theo thời gian và thực hiện hãm động năng kết hợp với phanh thuỷ lực hoặc khí nén. Khởi động và điều chỉnh tốc độ thông qua các cấp điện trở phụ trong mạch rôto của động cơ. Các hệ điều khiển trên có các ƣu nhƣợc điểm nhƣ sau: *Ưu điểm - Thời gian mở máy không (hoặc rất ít) thay đổi. Thiết bị đơn giản an toàn và làm việc tin cậy. - Giảm dòng khởi động động động cơ bằng cách đƣa các điện trở phụ vào mạch rôto của động cơ đồng thời tăng đƣợc mômen khởi động. - Điều chỉnh tốc độ động cơ đƣợc thực hiện bằng cách đƣa thêm hoặc loại điện trở phụ ra nhờ công tắc tơ. - Có mômen tới hạn (Mth) không đổi trong quá trình làm việc khi điều chỉnh điện trở phụ mạch rôto. - Dải điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào mômen tải. * Nhược điểm - Mômen khởi động, dòng điện khởi động và mômen động chịu ảnh hƣởng bởi các tham số mômen cản (Mc), mômen quán tính (J), điện áp nguồn (U) và nhiệt độ môi trƣờng ( ). Đặc biệt là có thể xuất hiện dòng điện và mômen nhảy vọt lớn quá mức cho phép khi mômen cản (Mc) và mômen quán tính (J) tăng lên. Vì vậy cần phải đặt bảo vệ cực đại khi áp dụng nguyên tắc này. - 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 thƣờng xuyên bảo dƣỡng, sửa chữa, thay thế vành góp điện, chổi than và các tiếp điểm. - Do thƣờng xuyên phải làm việc trong môi truờng ẩm ƣớt và có khí bụi nổ nên phải thƣờng 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 nắp đặt. Trong lĩnh vực điện tử tin học phát triển nhƣ hiện nay. Để giảm tổn thất năng lƣợng, nâng cao đƣợc chất lƣợng của hệ thống truyền động điện nhƣ là các chỉ tiêu chất lƣợng trong điều chỉnh tốc độ, nâng cao đƣợc chất lƣợng điều khiển. Thì việc ứng dụng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc điều khiển bằng PLC để điều khiển cho tời trục mỏ là rất cần thiết. Ở đây, muốn nêu một giải pháp, về phƣơng diện kỹ thuật, không phải là mới so với các nƣớc tiên tiến. Nhƣng lại rất cần cho các ngành công nghiệp đang sử dụng các động cơ điện không đồng bộ công suất vừa và lớn ở Việt Nam. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 38 Hệ thống truyền động điện cho máy công tác hoặc các dây chuyền sản xuất đã sử dụng phổ biến động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ loại roto lồng sóc hay còn gọi là động cơ cảm ứng. So với các loại động cơ điện khác (động cơ điện đồng bộ, động cơ điện xoay chiều ba pha rôto dây quấn, động cơ điện một chiều) thì động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có nhiều ƣu việt nhƣ: kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao, giá đầu tƣ thấp. Nhƣng nếu sử dụng thiết bị để điều khiển loại đơn giản thì động cơ không đồng bộ lại tồn tại một số nhƣợc điểm nhƣ: Dòng điện khởi động rất lớn, gấp 4 6 lần dòng điện định mức của động cơ, thậm chí còn cao hơn đặc biệt ở những máy luôn có tải thƣờng trực nhƣ máy bơm nƣớc, quạt ly tâm, máy nén khí, băng tải, máy nghiền búa, tời trục... Điều này đã gây ảnh hƣởng xấu tới những máy khác đang vận hành đồng thời và giảm tuổi thọ động cơ điện. Tốc độ vòng quay của động cơ điện cảm ứng chỉ đƣợc điều khiển theo từng cấp (hữu cấp); thông thƣờng mỗi động cơ chỉ thay đổi đƣợc một trong các dãy tốc độ đồng bộ nhƣ: 3.000 - 1.500vg/ph; 1.500 - 1.000vg/ph và 1.000 - 750 vg/ph, trong khi có những công nghệ sản xuất yêu cầu hệ thống truyền động cần đƣợc điều khiển tốc độ liên tục (vô cấp) theo mômen và phụ tải thay đổi nên hệ truyền động điện trên không có khả năng đáp ứng. Để khởi động và dừng động cơ điện không đồng bộ công suất vừa và lớn thông thƣờng trong sản xuất sử dụng phƣơng pháp khởi động trực tiếp (qua cầu dao hoặc áp tô mát) nên gây sụt áp trên đƣờng dây khá lớn. Hoặc sử dụng thiết bị “khởi động sao/tam giác ”... đã hạn chế đƣợc dòng điện khi khởi động nên độ sụt áp và tổn hao điện năng trên đƣờng dây giảm đáng kể. Tuy nhiên, với phƣơng pháp “cổ truyền” không thể phù hợp với xu thế sản xuất kinh doanh chất lƣợng cao theo công nghệ tiên tiến và tỷ lệ tổn thất điện năng trên toàn hệ thống vẫn còn khá cao. Gần đây, nhiều ngành công nghiệp có công suất tiêu thụ điện lớn nhƣ các trạm trộn bê tông, nhà máy cán thép ... đã sử dụng thiết bị “khởi động mềm”.Khởi động mềm là thiết bị điện tử chỉ thay thế cho phƣơng pháp khởi động “sao/tam giác” nhằm giảm dòng điện khi khởi động, nhƣng không có khả năng điều khiển tốc độ động cơ. Khởi động mềm thƣờng kết hợp với động cơ điện không đồng bộ công suất trung bình và lớn nhƣng không đòi hỏi phải thay đổi số vòng quay, ví dụ một số thiết bị và máy nhƣ: bơm nƣớc nông nghiệp, quạt thông gió… Do sự phát triển vƣợt bậc của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất nên ngày càng có nhiều loại thiết bị điều khiển động cơ điện không đồng bộ với các chức năng hoàn hảo (thuận tiện trong sử dụng, an toàn và có khả năng tiết kiệm điện tối đa) mà “biến tần” là một điển hình. Biến tần là bộ nguồn bán dẫn điều khiển kết hợp với động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha để thực hiện khởi động/dừng và điều chỉnh chính xác số vòng quay động cơ theo yêu cầu công nghệ. Có nhiều loại biến tần đƣợc thiết kế phù hợp với dẫy động cơ công suất từ rất nhỏ (vài trăm Woat) đến hàng 1000kW. 2.3.Giới thiêu vài nét về biến tần điều khiển động cơ xoay chiều Tốc độ đồng bộ (chƣa tính đến độ trƣợt s) của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha đƣợc tính: n = 60f/p (vg/ph). Ở đây f - tần số lƣới điện 50Hz (một số quốc gia trên thế giới có tấn số f = 60Hz); p - số cặp cực từ trên stato động cơ. Stato đƣợc quấn theo số cặp cực: p = 1, 2, 3 và 4; tƣơng ứng với tốc độ đồng bộ: n = 3.000, 1.500, 1.000 và 750 vg/ph. Thông thƣờng mỗi động cơ chỉ có thể đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 39 thiết kế để làm việc ở hai tốc độ đồng bộ. Ví dụ: từ n = 3.000 1.500vg/ph; n = 1.500 1.000vg/ph, ... Nếu động cơ đƣợc quấn với nhiều tốc độ thì phức tạp dẫn đến giá thành cao. Mặt khác, việc thay đổi số cặp cực (p) chỉ đạt đƣợc một tốc độ rất hạn chế, nhiều trƣờng hợp không phù hợp công nghệ sản xuất. Vì vậy, dựa vào công thức tính (n), ngƣời ta có thể thay đổi tần số (f) ở nguồn vào động cơ, do đó tốc độ động cơ sẽ đƣợc thay đổi theo để đạt giá trị mong muốn, thiết bị này đƣợc gọi là bộ biến tần. Bộ biến tần phải thực hiện đƣợc các chức năng: Biến đổi điện áp xoay chiều ba phacủa nguồn điện vào thành điện áp một chiềunhờ bộ chỉnh lƣu cầu ba pha. Sau đó nhờ bộ nghịch lƣu (INVERTER) sẽ đổi ngƣợc lại thành điện áp xoay chiều ba phabiến đổi theo phƣơng pháp điều chế độ rộng của xung; Kết quả là đầu ra của biến tần dòng điện có dạng hình sin, còn điện áp có dạng xung vuông nối tiếpnhau và tần số sẽ đƣợc điều chỉnh tùy ý để đƣợc tốc độ theo công nghệ đã chọn. *Ứng dụng: Biến tần AC với công suất điều khiển lớn đƣợc sử dụng hiệu quả trong các trƣờng hợp nhƣ: Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc độ khác nhau; Điều chỉnh lƣu lƣợng của bơm, lƣu lƣợng không khí ở quạt ly tâm, năng suất máy, năng suất băng tải, .... Ổn định lƣu lƣợng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nƣớc, quạt gió, máy nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi; Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng tải ... Từ đó dễ dàng nhận thấy, ở một số trƣờng hợp mà công nghệ sản xuất đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ, lƣu lƣợng, áp suất ở động cơ tời trục, máy bơm, hoặc quạt gió theo mức tải phù hợp với từng thời điểm khác nhau thì việc thay đổi tốc độ động cơ dẫn động đƣợc xem là thích hợp nhất, đặc biệt tiết kiệm điện năng. Giải pháp này đã thay thế cho phƣơng pháp cổ truyền là khi cần thay đổi sự lƣu thông chất lỏng hay chất khí phải thông qua góc mở các van ở đầu vào hoặc đầu ra của đƣờng ống. Công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với bậc ba của tốc độ, vì thế giải pháp ứng dụng biến tần là sự lựa chọn duy nhất cho khả năng tiết kiệm điện rất cao so với động cơ làm việc với tốc độ không đổi (100% nđm). * Hiệu quả sử dụng : - Hiệu suất làm việc của máy cao; - Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn; - An toàn, tiện lợi và việc bảo dƣỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy ... - Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành. - Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy đƣợc hoạt động của hệ thống và các thông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 40 số vận hành (áp suất, lƣu lƣợng, vòng quay ...), trạng thái làm việc cũng nhƣ cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra. * Điều cần lưu ý khi sử dụng bị biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ: Nhƣ đã nêu ở trên, ở đầu ra của biến tần chỉ có dòng điện là hình sin nhƣng điện áp không phải là hình sin mà có dạng chuỗi xung vuông điều biên nối tiếp nhau. Nếu khoảng cách nối dây cáp điện giữa động cơ và biến tần đủ lớn sẽ xẩy ra hiện tƣợng quá điện áp (do hiện tƣợng phản xạ sóng điện áp), có thể dẫn đến lão hóa cách điện cuộn dây stato, giảm tuổi thọ thậm chí làm hỏng động cơ. Vì vậy, khi lắp ráp phải chú ý sao cho dây cáp càng ngắn càng tốt, đặc biệt đối với động cơ công suất vừa và nhỏ (thƣờng có trở kháng đáp ứng xung lớn hơn so với trở kháng đáp ứng xung của cáp nối). *Kết luận Với tính năng vƣợt trội của biến tần, ngoài việc cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống máy còn đem lại hiệu quả tiết kiệm điện năng ở những máy có tải biến đổi theo tốc độ. Với sự phát triển của ngành điện - tự động hoá trong công nghiệp, hệ thống điều khiển tiên tiến và hiện đại dần dần sẽ đƣợc sử dụng ngày càng nhiều trong sản xuất kinh doanh. Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ có những ƣu điểm sau: - Giảm hệ thống cơ khí (rulo, xích, hộp số tăng giảm tốc, …) - Giảm tiếng ồn. - Tiết kiệm năng lƣợng (tổn hao cơ và tổn hao nhiệt). - Thay đổi tốc độ dễ dàng. - Khởi động mềm và dừng mềm - Ổn định tốc độ cao. - Nối mạng điều khiển từ xa. - Đồng bộ tốc độ dễ dàng. - Dễ dàng ghép nối với phần mềm điều khiển khác nhƣ là PLC. Để tăng năng suất, chất lƣợng, tiết kiệm năng lƣợng và đảm bảo an toàn trong sản xuất.Với những ƣu điểm vƣợt trội nhƣ trên việc thay thế hệ truyền động điện cũ và áp dụng hệ điều khiển truyền động điện biến tần - động cơ bằng PLC cho tời trục mỏ là hết sức cần thiết cho các mỏ hầm lò ở khu vực Quảng ninh hiện nay. 2.4. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ Tần số nguồn cung cấp cho động cơ không đồng bộ quyết định giá trị tốc độ của từ trƣờng quay. 60f1 Ta biết: n0 , ( vg / ph) P hay: 0 2 .f1 , (rad / s) P Do vậy, bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp ta có thể điều chỉnh đƣợc tốc độ động cơ. Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ có sơ đồ cấu trúc chung đƣợc thể hiện trên hình 2-9. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 41 U 1 , f1 U2, f2 § BT Hình 2-9. Sơ đồ hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ Tuỳ theo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật mà ta có thể xác định đƣợc các cấu trúc cơ bản của hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ, theo đó có thể chia ra thành các bộ biến tần sau: - Biến tần trực tiếp, là biến tần có tần số đầu ra f 2 luôn nhỏ hơn tần số luới f1, thƣờng dùng cho hệ truyền động có công suất lớn và có đặc điểm nhƣ sau: + Dòng chuyển mạch tự nhiên theo áp của mạng + Số lƣợng van bán dẫn nhiều, nhạy cảm với biến động của lƣới điện + Có khả năng đảo chiều + Hình dáng điện áp ra xấu, hiệu suất thấp + Tần số lớn bị giới hạn (sơ đồ hình tia f2max = 15Hz, sơ đồ hình cầu f2max = 25Hz) - Biến tần gián tiếp nguồn áp, thƣờng dùng cho hệ truyền động nhiều động cơ. - Biến tần nghịch lƣu độc lập nguồn dòng, thích hợp cho truyền động đảo chiều công suất lớn. Nguån 3 pha U1, f1 +A -A +B -B +C -C § Hình 2-10. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện Biến tần trực tiếp - Động cơ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 42 Biến tần gián tiếp: Tuỳ thuộc vào bộ chỉnh lưu và nghịch lưu, biến tần gián tiếp đƣợc chia làm ba loại chính đƣợc trình bày trên sơ đồ hình 2-11. + ~ U1 ; f1 U2; f2 C Ud § - a) + ~ U1 ; f1 1 U2; f2 C Ud - b) Lc ~ U1 ; f1 + Id 1 U2; f2 § - c) Hình 2-11. Sơ đồ cấu trúc các bộ biến tần gián tiếp - Biến tần điện áp một chiều thay đổi - nghịch lƣu nguồn áp có nguyên lý trình bày trên hình 2-11b. Nguồn điện một chiều đƣợc tạo ra nhờ bộ chỉnh lƣu điều khiển tiristor, qua bộ lọc, điện áp đƣợc đặt vào mạch nghịch lƣu với các van chuyển mạch bán dẫn (BJT, MOSFETS, IGBT). Các van bán dẫn đƣợc đóng ngắt theo thứ tự nhất định với góc dẫn 1800. Điện áp tạo ra có cực tính thay đổi trên tải. Thời điểm chuyển mạch giữa các van lệch nhau 1200 nên điện áp ra của nghịch lƣu lệch nhau theo thời gian 1200; điện áp dây sẽ có dạng xung chữ nhật với độ rộng 1200. Trong sơ đồ này, tần số động cơ đƣợc điều chỉnh nhờ thay đổi tần số chuyển mạch của nghịch lƣu; còn điện áp động cơ đƣợc điều chỉnh nhờ điều chỉnh điện áp một chiều cấp cho nghịch lƣu bằng thay đổi góc mở của bộ chỉnh lƣu. - Biến tần điện áp một chiều thay đổi - nghịch lƣu nguồn dòng có cấu trúc nhƣ hình 2-11c. Bộ nghịch lƣu dòng đƣợc cấp bằng một nguồn dòng, nghĩa là trở kháng của nguồn rất lớn để dòng điện qua nó không gây ảnh hƣởng đến điện áp trên cực của nguồn. Nguồn một chiều tạo nên dòng điện vào của bộ nghịch lƣu, dòng điện ra là dòng điện xoay chiều, điện áp ra phụ thuộc vào tải ở phía xoay chiều. Bộ chỉnh lƣu tiristo điều khiển việc truyền năng lƣợng từ nguồn áp xoay chiều tới tải một chiều và ngƣợc lại. Bộ nghịch lƣu dòng điều khiển nguồn một chiều sang tải xoay chiều và ngƣợc lại. - Biến tần điện áp một chiều không đổi - Nghịch lƣu điều chế độ rộng xung có cấu trúc nhƣ hình 2-11a. Nghịch lƣu điều biến độ rộng xung tạo điện áp đầu ra của nghịch lƣu có dạng hình sin với tần số đặt trƣớc từ nguồn điện áp một chiều không đổi. 2.5. Hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ 2.5.1. Động cơ điện Trong hệ thống truyền động điện động cơ rotor dây quấn của các tời trục mỏ có sử dụng phƣơng pháp thay đổi các cấp điện trở phụ để thay đổi chế độ làm việc, do đó gia tốc, vận tốc và lực động thay đổi lớn, gây ra tổn hao năng lƣợng lớn vô ích trên điện trở phụ. Để khắc phục những nhƣợc 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 ƣu điểm cơ bản nhƣ sau: - Chế tạo đơn giản, đƣợc sử dụng rộng dãi trong các ngành công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 43 - 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 lƣợng. 2.5.2. Biến tần Biến tần nguồn áp là bộ biến tần đƣợc chế tạo và sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp với những ƣu 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 đồng bộ rôtor lồng sóc. - Công suất lớn, giá thành thấp so với biến tần nguồn dòng. Vì vậy ta lên chọn biến tần nguồn áp kết hợp với động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc truyền động cho tời trục mỏ. 2.5.3. Bộ điều chỉnh dòng[8]; [10]; [15];[16] a. Các đặc điểm chung của bộ điều chỉnh dòng điện Trong các hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ chất lƣợng cao, hệ thống điều chỉnh sẽ tạo ra tín hiệu đặt dòng xoay chiều. Sử dụng các bộ điều chỉnh dòng điện sẽ loại trừ đƣợc ảnh hƣởng của điện trở và điện cảm stator. Các bộ điều chỉnh dòng có chức năng nhƣ một nguồn cung cấp dòng điện lý tƣởng, do đó có thể giảm bậc của hệ thống và độ phức tạp của hệ thống điều khiển. Các bộ điều chỉnh dòng điện trong hệ thống truyền động điện xoay chiều phức tạp hơn so với hệ thống truyền động điện một chiều vì bộ điều chỉnh dòng điện xoay chiều phải điều khiển cả biên độ và pha của dòng điện stator. Trong hệ truyền động điện xoay chiều có các mạch vòng thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện phải có dải thông rộng và sai lệch nhỏ xấp xỉ bằng không Bộ nghịch lƣu dòng điện và nghịch lƣu điều biến độ rộng xung (PWM) có thể làm việc với phƣơng thức điều khiển dòng điện. Ở bộ nghịch lƣu dòng điện, nguồn một chiều đầu vào là một nguồn dòng thực, nên dễ dàng thích nghi với chế độ điều khiển dòng điện. Trong bộ nghịch lƣu PWM, bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc phức tạp hơn, nhƣng dải thông lớn hơn và thành phần sóng hài bậc cao của dòng nhỏ hơn so với nghịch lƣu dòng điện. Sơ đồ cấu trúc hệ biến tần nghịch lƣu PWM hình 2-12. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 44 - isad isbd + usad PWM usbd ~ 3 uscd iscd isa isb isc Hình 2-12. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần nghịch lưu PWM Các tín hiệu điện áp chuẩn điều khiển mạch nghịch lƣu PWM usad, usbd, uscd là các tín hiệu ra của các bộ điều chỉnh dòng xoay chiều. Tín hiệu đầu vào là bộ điều chỉnh dòng điện sai lệch giữa giá trị đặt dòng xoay chiều các pha isad, isbd, iscd và giá trị dòng điện thực các pha tƣơng ứng isa, isb, isc. 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 lƣu PWM đƣợc coi là bộ điều khiển tốt nhất hiện nay. Các bộ điều chỉnh dòng điện có hai nhóm chính: bộ điều chỉnh dòng phi tuyến và bộ điều chỉnh dòng tuyến tính, hiện nay bộ điều chỉnh dòng xoay chiều tuyến tính đƣợc sử dụng phổ biến. b. Bộ điều chỉnh dòng điện [8];[15];[16] Muốn duy trì từ thông rôto không đổi và đặt áp nhanh dòng điện isq thành đại lƣợng điều khiển mô men quay sử dụng bộ điều khiển dòng riêng rẽ kiểu PI. Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện có một bộ điều chỉnh dòng riêng rẽ kiểu PI thể hiện trên hình 2-15.[10]; [15]; [8] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 45 9 Ψ*rd ωr + - 1 Rψ 2 i*sd RI Ψrd 3 usd CT§U usq ta tb tc usα usβ 4 isd MHTT ωr 7 u v w isα CT§i isq 6 3 isβ 10 3 isa isb 2 5 8 ω*r i*sq M 3 Rn ωr M¸y ®o tèc ®é Hình 2-13. 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 isd và isq, khối (8) là khâu điều chỉnh tốc độ quay, khối (9) cho trƣớc 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 , góc pha s từ dòng điện stator và tốc độ góc r . Nếu ta chọn một hệ trục toạ độ vuông góc dq có gốc toạ độ trùng với gốc toạ độ của hệ ba pha, trục d trùng với vector từ thông rotor r và quay với tốc độ đồng bộ 0 , và r rd , các thành phần isd, isq là các đại lƣợng một chiều. Trong chế độ xác lập, các phần tử có thể là không đổi, trong quá trình quá độ chúng có thể thay đổi theo một thuật toán điều khiển đã đƣợc định trƣớc. 2.5.4. Mô hình hệ thống truyền độngđiện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ Đặc điểm cơ bản của tời trục mỏ vùng than Quảng Ninh có đặc điểm cơ bản sau: - Chiều dài vận chuyển hiện nay nhỏ hơn bằng 700m - Độ dốc và tải trọng thƣờng thay đổi - Liên kết giữa động cơ và xe goòng là cáp nên có tính đàn hồi, do đó khi động cơ quay cáp đƣợc kéo dãn và căng dần sau đó xe goòng mới chuyển động Nhƣ vậy động cơ truyền động cho tời trục mỏ luôn làm việc với tải thay đổi, tải phụ thuộc vào quãng đƣờng chuyển động (Sv) và tải trọng (Q) theo quan hệ M = f (Q,Sv). Bộ điều chỉnh dòng của biến tần cần đáp ứng đƣợc những yêu cầu sau cho hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho tời trục mỏ. - Điều khiển động cơ làm việc với tải thay đổi phụ thuộc vào quãng đƣờng chuyển động và tải trọng s thì rq Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 46 - Đảm bảo tời trục làm việc đúng biểu đồ tốc độ thiết kế. - Tời trục phải chuyển động êm dịu. - Động cơ làm việc với hiệu suất định mức. Bộ điều chỉnh dòng riêng rẽ kiểu PI (hình 2-13) là bộ điều chỉnh dòng đƣợc ứng dụng phổ biến, có cấu trúc đơn giản và có khả năng duy trì từ thông không đổi và điều chỉnh nhanh mô men quay phù hợp với tải. Từ những phân tích trên ta xây dựng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục mỏ nhƣ hình 2-14 Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ - L§K + d BB§ BT ~3 isabc CBD isa isb isc HGT TG CBT§ D § Sv Q Hình 2-14. Mô hình hệ truyền động điện Biến tần - Động cho tời trục mỏ Để điều khiển động cơ truyền động cho tời trục mỏ cần điều khiển bộ biến tần (BT) thông qua điều chỉnh dòng (BĐD). Muốn cho tời trục chuyển động theo đúng biểu đồ tốc độ cần điều khiển tốc độ đặt vào bộ điều chỉnh dòng. Việc xác định luật điều khiển tốc độ đặt phụ thuộc vào phƣơng pháp điều khiển của hệ thống truyền động điện và yêu cầu làm việc của tời trục mỏ. 2.6. Luật điều khiển tốc độ hệ Biến tần - Động cơ ứng dụng cho tời trục[19] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 47 Biểu đồ vận tốc của tời trục mỏ rất đa dạng, song có thể đƣa ra hai dạng biểu đồ tốc độ tổng quát đặc trƣng nhất cho tời trục mỏ. - Biểu đồ tốc độ có gia tốc không đổi, vận tốc thay đổi tuyến tính theo thời gian (hình 2-15) V,a Vmax Vk1 a1 Vk2 a3 a2 a6 a4 a5 t0 t1 t2 t3 t4 t a7 t5 t6 t7 Hình 2-15. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc không đổi - Biểu đồ tốc độ có gia tốc thay đổi tuyến tính và vận tốc thay đổi phi tuyến theo thời gian (hình 2-16) V,a Vmax Vk1 Vk2 a3 a1 a4 a2 a6 a5 t0 t1 t2 t3 t4 t a7 t5 t6 t7 Hình 2-16. Biểu đồ tốc độ của tời trục mỏ có gia tốc thay đổi v4 = vmax khi t3< t t4 (2.25.4) v5 = vmax + a5.(t - t4) khi t4< t t5 (2.25.5) v6 = vk2 khi t5< t t6 (2.25.6) v7 = vk2 + a7.(t - t6) khi t6< t t7 (2.25.7) Việc chọn gia tốc a1, a3, a5, a7 trong các thời kỳ phụ thuộc vào từng loại tời trục và cần đảm bảo nhỏ hơn gia tốc cho phép. Hai biểu đồ trên là cơ sở để xác định luật điều khiển tốc độ động cơ. 2.6.1. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian Luật điều khiển tốc độ động cơ xuất phát từ biểu thức tính vận tốc thay đổi tuyến tính theo thời gian và tốc độ động cơ. Luật đó có dạng [19] khi t0< t t1 (2.26.1) dc1 K.a1.t dc 2 = dc3 dc 4 dc5 dc6 K.vk1 khi t1< t = K.[vk1+ a3(t-t2)] khi t2< t = K.vmax khi t3< t = K.[vmax + a5(t-t4)] khi t4< t = K.vk2 khi t5< t t6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên t2 t3 t4 t5 (2.26.2) (2.26.3) (2.26.4) (2.26.5) (2.26.6) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 48 dc7 = Với K K.[vk2 + a7.(t - t6)] khi t6< t t7 (2.26.7) i R tg dc 4 max 2 6 t t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Hình 2-17. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian Trên cơ sở hệ phƣơng trình (2.26) ta xác định đƣợc luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian dc f (t ) , luật điều khiển có dạng nhƣ hình 2-17. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo thời gian, đơn giản dễ điều khiển song có nhƣợc điểm tải trọng động lớn. 2.6.2. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi tuyến tính theo quãng đƣờng Đối với tời trục mỏ ngoài yêu cầu thùng nâng chuyển động đúng vận tốc thiết kế ngoài ra thùng nâng còn phải phù hợp với tải trọng nâng và quãng đƣờng làm việc theo quy định. Điều đó đồng nghĩa với việc sau khoảng thời gian t nào đó thùng nâng cần chuyển động đúng vị trí quy định tƣơng ứng với tải trọng nâng. Việc điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo thời gian không thể đáp ứng đồng thời cả các yêu cầu trên đối với tời trục mỏ khi mà tải trọng luôn thay đổi. Do quãng đƣờng chuyển động phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc và thời gian, vì vậy có thể xây dựng luật điều khiển tốc độ động cơ theo quãng đƣờng chuyển động của thùng nâng. Quãng đƣờng chuyển động của thùng nâng trong mỗi khoảng thời gian dt đƣợc tính nhƣ sau: tj Sv 1 v.dt (2.27) tj Từ biểu thức tính vận tốc thay đổi tuyến tính theo thời gian (2.28) và biểu thức (2.27) tính toán quãng đƣờng chuyển động của thùng nâng trong từng thời kỳ: t1 S v1 a1.t.dt khi t0< t t1 (2.28.1) khi t1< t t2 (2.28.2) [ v k1 a 3 (t t 2 )].dt khi t2< t t3 (2.28.3) t0 t2 S v2 v k1.dt t1 t3 S v3 t2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 49 t4 S v4 v max .dt khi t3< t t4 (2.28.4) t3 t5 S v5 [ v max a 5 .(t t 4 )].dt khi t4< t t5 (2.28.5) t4 t6 S v6 v k 2 .dt khi t5< t t6 (2.28.6) t5 t7 S v7 [v k 2 a 7 .(t t 6 ].dt khi t6< t t7 (2.28.7) t6 Trên cơ sở hệ phƣơng trình trên xác định đƣợc luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đƣờng dc f (S v ) , luật điều khiển có dạng phi tuyến đƣợc thể hiện trên hình 2-18. dc 4 max 6 2 Sv S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Hình 2-18. Luật điều khiển tốc độ động cơ thay đổi theo quãng đường dc f (S v ) Với luật điều khiển tốc độ động cơ theo quãng đƣờng, trong quá trình tăng tốc và giảm tốc gia tốc đều thay đổi nhƣng quãng đƣờng: tăng tốc, giảm tốc và chuyển động đều của thùng nâng không thay đổi khi tải thay đổi. 2.7. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển tốc độ đặt cho phù hợp với tời trục mỏ - Về phần trang bị điện, sử dụng các thiết bị điều khiển: PLC, biến tần để tự động hoá phần điều khiển hệ thống trục tải trong các quá trình khởi động, tăng tốc, giảm tốc, chạy đều, dừng… theo tốc độ, quãng đƣờng đã đặt trƣớc, sao cho điều khiển hệ thống đƣợc mềm dẻo tránh những va đập về cơ khí, tiết kiệm điện năng. - Đảm bảo tính an toàn, trong trƣờng hợp có sự cố thì việc dừng máy phải đƣợc thực hiện ngay tức thì, để đảm bảo an toàn cho con ngƣời và các thiết bị khác. - Xây dựng hệ thống điều khiển tự động trên cơ sở công nghệ đã có, bổ sung thêm phần điều khiển bằng PLC, biến tần. - Thiết kế tận dụng tối đa các thiết bị của hệ thống cũ không ảnh hƣởng tới tính chính xác độ ổn định của hệ thống mới. Từ yêu cầu điều khiển, đặc điểm của máy sản xuất, và các quy định về an toàn sản xuất, có hai nguyên tắc điều khiển có thể lựa chọn là: Điều khiển tốc độ động cơ theo thời gian, điều khiển tốc độ động cơ theo quãng đƣờng. 2.7.1. Luật điều khiển tốc độ đặt của biến tần theo thời gian Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 Từ khi bắt đầu khởi động thì hệ thống đƣợc tính thời gian để điều khiển và các khoảng thời gian định trƣớc ứng với các tốc độ khác nhau đƣợc cài đặt trong PLC, từ đó cho các đầu ra tƣơng ứng để điều khiển biến tần chạy đáp ứng đƣợc tốc độ yêu cầu. Ƣu điểm: Đơn giản trong lập trình và lắp đặt, không cần các cảm biến. Nhƣợc điểm: Không linh hoạt, chƣơng 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 t1 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 đƣờng Để xác định đƣợc vị trí của thùng nâng trên tuyến vận tải ta sử dụng chiều dài cáp tƣơng ứng với quãng đƣờng, rồi từ đó lập chƣơng trình cho PLC điều khiển biến tần đáp ứng cho động cơ chạy với tốc độ đặt tƣơng ứng với từng vị trí khác nhau. * Ưu điểm: Luật điều khiển biến tần theo quãng đƣờng sẽ điều khiển thùng nâng chuyển động với vận tốc êm dịu, gia tốc và lực động nhỏ. Sử dụng luật điều khiển bộ biến tần theo quãng đƣờng chuyển động của thùng nâng cho các thông số động lực học nhỏ hơn cả. Việc kết hợp biến tần với PLC đáp ứng đƣợc tƣơng đối phù hợp với điều kiện của vận tải ở giếng nghiêng của mỏ, lắp đặt và vận hành đơn giản. * Nhược điểm: Thực hiện các biểu đồ vận tải theo các thời kỳ trong trƣờng hợp có sự cố thì tốc độ sẽ thay đổi theo từng quãng đƣờng, cho nên tốc độ thực tế không đạt đƣợc tốc độ đặt ban đầu theo quãng đƣờng. Điều này cần đƣợc quan sát và mô phỏng thì sẽ khắc phục đƣợc. Từ những phân tích ở trên ta áp dụng luật điều khiển theo quãng đƣờng cho hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ điều khiển bằng PLC cho tời trục mỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 51 Chƣơng 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ TRỤC TẢI GIẾNG NGHIÊNG CÔNG TY THAN KHE CHÀM 3.1. Hệ thống trục tải JK - 2,5/ 20A công ty than Khe Chàm 3.1.1. Thông số kỹ thuật của trục tải JK-2,5/ 20A * Mã hiệu và ý nghĩa các ký hiệu - Mã hiệu: JK-2,5/20A - Ý nghĩa của ký hiệu: + J: Tời nâng + K: Thiết bị điều khiển + 2,5: Đƣờng kính tang tời + A: Seri * Thông số động cơ tời - Kiểu động cơ động cơ: JR 1512-8 - Công suất động cơ: 570 kW. - Điện áp: 6000 V; tần số 50Hz. - Tốc độ vòng quay: 738 vòng /phút. - Dòng điện stato: 66,9A; hiệu suất: 94,3%; Cos = 0,86 - Điện áp rôto: 526V; dòng điện rôto: 318A. - Trọng lƣợng động cơ: 4750kg. GD 2 - Mômen đà rôto GD = 2,51Kg.m (mômen quán tính Jđc = 4 2 2 0,63kg.m 2 ) * Hộp giảm tốc - Tỷ số truyền hộp giảm tốc: 20 Mômen quan tính của hộp giảm tốc: Jgt = 3.Jđc = 3.0,63 = 1,89Kg.m2 * Tải trọng - Lực kéo tĩnh lớn nhất: 90 KN. - Tổng lực kéo đứt: 608KN. - Thể tích (1 xe goòng 3000 lít) = 3m3. - Trọng lƣợng riêng 2 xe goòng không tải: G0 = 2x1500Kg =3000kg. * Tốc độ của trục tải - Tốc độ trung bình: 4,7 m/s. * Tang quấn cáp * Tang quấn cáp : - Số lƣợng tang: 01. - Đƣờng kính tang: 2500 mm. - Chiều rộng tang: 2000 mm. - Số lớp cáp quấn vào tang: 3 lớp - Số vòng cáp trong một lớp 50 vòng - Số mét cáp trong một vòng lớp 3 = 8,6m - Số mét cáp trong một vòng lớp 2 = 8,1m - Số mét cáp trong một vòng lớp 1 = 8m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 Lớp 1 = 1290m, Lớp 2 = 810m, Lớp 3 = 400m * Cáp thép: - Cáp thép : 31 (6x19+1) - Giới hạn độ bền: 180kg/mm2. - Chiều dài cáp quấn vào tang: 1295m. - Tổng trọng lƣợng: 230,118kg. * Kích thƣớc:(dài x rộng x cao): 10,3 x 9,08 x 2,83 (m) Mômen quán tính của tang: Jtg = mtg .( Dtg 2 ) 2 = 230,118.( 2,5 2 ) = 359,6Kg.m2 2 3.1.2. Biểu đồ nâng tải theo thiết kế của hệ thống trục tải JK - 2,5 [24] Theo thiết kế làm việc của tời trục JK - 2,5/20A đƣợc nắp đặt tại cửa giếng nghiêng phụ + 32 - 225 tại Công ty than Khe Chàm đối với vận chuyển ngƣời, sử dụng biểu đồ nâng 5 thời kỳ hình 3-1, đối với vận chuyển than, đá đào lò và thiết bị vật liệu, sử dụng biểu đồ nâng 7 thời kỳ hình 3-2. v (m/s) v = 4,7m/s v = 1,5m/s t(s) L(m) 3 21,6 6,4 113,6 9,4 2,25 32,4 19,84 t(s) 3 21,6 6,4 113,6 9,4 L(m) 2,25 32,4 19,84 531,1 22,09 531,1 22,09 154s 610,68m Hình 3-1. Biểu đồ nâng 5 thời kỳ khi chở người mức + 32 - 225 v (m/s) v = 4,7m/s v = 1,5m/s v = 1,5m/s t(s) L(m) 3 2,25 t(s) 3 L(m) 2,25 23,9 35,85 23,9 35,85 6,4 121,2 6,4 7,9 19,84 569,82 19,84 11,85 6,4 121,2 6,4 7,9 19,84 569,82 19,84 11,85 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 2,25 3 171,8s 2,25 661,7 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 Hình 3-2. Biểu đồ nâng 7 thời kỳ khi chở hàng mức + 32 - 225 Để tính toán động học của hệ thống trục tải, các giá trị gia tốc và vận tốc đƣợc chọn nhƣ sau: (Theo quy phạm kỹ thuật an toàn trong các hầm lò than diệp thạch TCN 14.06.200). - Gia tốc khi đoàn xe chuyển động trên đoạn đƣờng cong rẽ trƣớc sân ga chân trục, a1 = 0,3 m/s2. - Gia tốc khi đoàn xe goòng chuyển động trên đoạn đƣờng thẳng, a2 = 0,5 m/s2. - Vận tốc khi đoàn xe goòng chuyển động trên đoạn đƣờng trƣớc và sau cửa lò giếng, v0 = 1 m/s. - Vận tốc khi đoàn xe goòng chuyển động trên đoạn đƣờng cong rẽ trƣớc sân ga chân trục, v1 = 1,5 m/s. - Vận tốc khi đoàn xe goòng chuyển động trên đoạn đƣờng thẳng chính, v2 = 4,7m/s. 3.1.3. Tính toán vận tải 3.1.3.1. Xác định lại số lượng xe goòng trong một đoàn xe a. Đối với vận chuyển người - Với số lƣợng ngƣời cần vận chuyển trong một ca không lớn, nên số số xe goòng trong một đoàn xe chở ngƣời đƣợc chọn là ZN = 1 xe. - Số chuyến để thực hiện vận tải ngƣời cho tầng của khu khai thác sẽ là: 6 chuyến / ca (24 ngƣời / chuyến x 6 chuyến = 140 ngƣời). b. Đối với vận tải than, đá và thiết bị vật liệu - Theo điều kiện độ bền của của móc kéo: Pm ZH , xe; G G o fb cos sin 9000 ZH =3,07 xe; 5100 1500 0,022 cos 25 o sin 25 o Trong đó: ZH- Số toa xe goòng. Pm = 9000 kG - Lực kéo cho phép của móc xe goòng; G = 1700 kg/m3 x 3 m3 = 5100 kg - Tải trọng của xe goòng khi chở đá Go = 1500 kg - Khối lƣợng riêng của một xe goòng; fb= 0,022 -Sức cản chuyển động của đoàn xe goòng; (bảng 1.4) = 25o - Góc dốc của giếng phụ. - Từ tính toán trên ta chọn: + Khi vận chuyển đá đào lò, thiết bị vật liệu thì số toa goòng là: ZH = 2 xe + Khi vận chuyển than thì số toa goòng là: ZH = 3 xe. o TB = 22,7 - Là góc nghiêng trung bình khi vận chuyển than, đá thải và thiết bị vật liệu từ mức - 225 lên mức +32. L0 0 L1 1 L2 2 L3 3 L4 4 = TB L 0 L1 L 2 L 3 L 4 2,25 0 0 35,85 80 19,84 569,82 250 19,84 11,85 2,25 0 0 2,25 35,85 19,84 569,82 19,84 11,85 2,25 15028,3 662 22,7 0 3.1.3.2. Xác định mô men cản và mô men quán tính quy đổi về trục động cơ - Mô men cản quy đổi về trục động cơ đƣợc xác định theo công thức sau [17] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 M cqd Fcn .R tg , Nm (3.37) i. trong đó: Fcn - Lực cản chuyển động Rtg - Bán kính của tang quấn cáp, m - Hiệu suất truyền động i- Tỉ số truyền của hộp giảm tốc Lực cản chuyển động trên tang dẫn động khi kéo 1goòng đƣợc xác định theo công thức (1.1) Fcn [(m v m 0 ).(sin β TB fb . cos β TB ) g c (L S v ). sin β TB fk cos β TB )].g Lực cản chuyển động trên tang dẫn động khi kéo 2 goòng đƣợc xác định theo công thức (1.3) Fcn {[ mv g c ( L 2 S v )]. sin TB [( mv 2m0 ). f b g c .L. f k ] cos TB }.g (2.38) trong đó: Fcn Lực cản trên tang khi nâng có tải, N; TB - Góc nghiêng trung bình của giếng vận chuyển, độ; fb - Hệ số sức cản khi xe goòng chuyển động; fk - Hệ số sức cản khi cáp nâng chuyển động; L - chiều dài cáp từ tang quấn cáp đến thùng nâng, m; Sv - Quãng đƣờng nâng, m; gc - Khối lƣợng 1 mét cáp, Kg/m; mv - khối lƣợng hàng vận chuyển, Kg; m0 - Khối lƣợng xe goòng, Kg; Từ công thức (2.38) ta xác định đƣợc mô men cản quy đổi về trục động cơ của tời trục mỏ JK - 2,5. - Truờng hợp tời kéo 1 goòng: Fcn [( mv m0 ).(sin β TB [(5100 1500).(sin 22,7 0 26820N f . cos β TB ) b f cos β TB )].g k 0 0,022. cos 22,7 ) 3,5(630 611). sin 22,7 0 0,37. cos 22,7 0 ]. 9,81 M cqd Fcn .Rtg i.η - Truờng hợp tời kéo 2 goòng: Fcn {[ mv g c ( L 2S v )]. sin β TB [( mv ([5100 3,5(670 2.662)]sin 22,7 0 (1425 975,3).9,81 20104N M cqd g c ( L S v ). sin β TB 26820.1,25 1822N .m 20.0,92 2m0 ). f b g c .L. f k ] cosβ TB ).g [(5100 2580).0,022 3,5.670.0,37]. cos 22,7 0 ).9,81 Fcn .Rtg 20104.1,25 1366N .m 20.0,92 i.η - Mô men quán tính quy đổi về trục động cơ đƣợc xác định [19] J qd J dc J gt J tgqd J tt trong đó: Jđc - Mô men quán tính của động cơ, Kg.m2; Jgt - Mô men quán tính của hộp giảm tốc quy đổi về trục động cơ, Kg.m2; Jtgqđ - Mô men quán tính của tang dẫn động quy đổi về trục động cơ, Kg.m2; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 Jtt - Mô men quán tính của các phần tử chuyển động tịnh tiến quy đổi về trục động cơ, Kg.m2; J tt [z.( m v m 0 ) (L S v ).g c ]. - Trường hợp kéo 1 goòng: J qd i2 29,42Kg .m 2 0,63 1,89 0,9 26 J tgqd J tt R 2tg J tg i 2 359,6 202 0,9Kg.m 2 [(5100 1500) (630 611).3,5]. 1,252 - Trường hợp kéo 2 goòng: J qd 26Kg .m 2 0,63 1,89 0,9 49,1 53Kg .m 2 J tgqd J tt 20 2 J tg i 2 359,6 202 0,9Kg.m 2 [2.(5100 1500) (670 662).3,5]. 1,252 20 2 49Kg .m 2 3.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục tại Công ty than Khe Chàm bằng phần mềm Matlab & Simulink 3.2.1. Mô tả sơ đồ mô phỏng Hình 3-3. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ cho tời trục mỏ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 Hình 3-4. Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng bộ điều khiển tốc độ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 3.2.2. Sơ đồ mô phỏng thu gọn cho tời trục mỏ Khe Chàm Hình 3-5. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 7 thời kỳ Hình 3-6. 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 * Giải thích các kết quả trên hình: - Dòng Stato pha a. - Tốc độ quay của động cơ (v/ph). - Tốc độ nâng của trục (m/s). - Mô men điện từ của động cơ (N.m). - Điện áp một chiều cấp cho nghịch lƣu.(V) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 * Nhận xét: Từ kết quả đó cho thấy trục tự động vận hành theo biểu đồ 7 thời kỳ đúng nhƣ 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 dƣơng, 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 3-7. Sơ đồ mô phỏng thu gọn biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 *Nhận xét: Từ kết quả đó cho thấy trục tự động vận hành theo biểu đồ 5 thời kỳ đúng nhƣ 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 dƣơng, 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. 3.2. Kết luận Qua mô phỏng trên, ta thấy dùng biến tần điều khiển động cơ tời trục thay cho điều khiển bằng hình thức cắt điện trở phụ mạch rô to, kết quả đạt đƣợc: - Tốc độ tời trục đạt đƣợc theo tín hiệu đầu vào do ngƣời 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 đƣợc thông số định mức. - Phƣơng pháp này tiết kiệm điện năng triệt để vì không có phần tử tiêu thụ điện năng. Khắc phục đƣợc tồn tại tiêu tốn điện năng vô ích so với phƣơng pháp khởi động bằng điện trở rô to dây quấn hiện tại đang dùng. - Phƣơng pháp dùng biến tần cho ta khởi động động cơ một cách êm dịu, tránh đƣợc động năng lớn và va đập cơ khí khi khởi động và dừng tời, kéo dài tuổi thọ của thiết bị, giảm chi phí sửa chữa thƣờng xuyên và hỏng hóc đột xuất. - Tời có thể vận hành theo các biểu đồ vận tải đặt trƣớc (điều khiển theo chƣơng trình). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Chƣơng 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ BẰNG PLC VÀ GIÁM SÁT HỆ BẰNG WINCC CHO TỜI TRỤC MỎ Trên cơ sở lý thuyết ở chƣơng 1, 2, 3 ta tiến hành xây dựng mô hình điều khiển tời trục mỏ ghiếng nghiêng. 4.1. Mô hình hệ thống hệ thống điều khiển 4.1.1. Mô hình hệ thống điều khiển hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ bằng PLC Hình 4-1. Mô hình hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ truyền động cho tời trục mỏ điều khiển bằng PLC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 HT2 HT0 HT5 f1 HT1 V0 1 HT3 f2 V1 2 f2 f3 V2 3 HT4 V1 4 f1 V0 5 Hình 4-2.Sơ đồ bố trí cảm biến hành trình theo biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ 4.1.2. Chức năng của các thiết bị chính trong mô hình điều khiển - Thiết bị PLC: Lập trình điều khiển cho biến tần chạy theo chƣơng trình. - Biến tần: Dùng để khởi động và điều khiển động cơ theo chƣơng trình cài đặt. - Ngoài ra hệ thống trục tải còn các bộ phận khác nhƣ: động cơ, hộp giảm tốc, phanh thuỷ lực, máy tính có cài đặt phần mềm S7 -300 và WinCC V6.0. 3.2. Lựa chọn các thiết bị điều khiển * Thông số động cơ - Kiểu động cơ động cơ: GFM - 18 -50 - T90 - Số pha: 3 - Công suất động cơ: 90W.; Cos = 0,80 - Điện áp: 220V; tần số 50Hz. - Tốc độ vòng quay: 1350 vòng /phút. - Mômen đà rôto GD2 = 0,25Kg.m2 (mômen quán tính Jđc = GD 2 = 0,063kg.m 2 ) 4 * Lựa chọn biến tần Chọn biến tần M440 của hãng simens, công suất 3kW. * Lựa chọn cảm biến hành trình Chọn cảm biến hành trình có mã hiệu XCE - 145 của hãng Simens sản xuất. * Lựa chọn PLC Chọn PLC S7-300 của hãng simensCPU-313C 4.2. Yêu cầu công nghệ điều khiển tời trục giếng nghiêng * Chế độ điều khiển Có 3 chế độ điều khiển: bằng tay, tự động bằng rơle, tự động bằng PLC có giám sát bằng WinCC. * Yêu cầu điều khiển - Có khả năng liên tục điều khiển các chế độ làm việc. - Có khả năng kiểm tra tình trạng của thiết bị dỡ tải và tình trạng thùng trục. - Bảo vệ chắc chắn các chế độ sự cố xẩy ra. - Điều khiển hệ thống truyền động Biến tần - Động cơ theo quãng đƣờng. * Chế độ nâng tải Chọn chế độ vận hành, ấn nút khởi động phanh hãm điện từ mở ra, chuông báo hiệu trong 30s báo tời chuẩn bị nâng. Khởi động nâng tải với vận tốc V 0 ứng tần số f 1 = 5Hz sau đó đến vị trí HT1 động cơ tăng tốc với vận tốc V1ứng với tần f2 = 25Hz đến vị trí HT2 động cơ tăng tốc đến vận tốc V 2 ứng với tần số là 50Hz. Động cơ nâng tải với tốc độ không đổi đến HT3 động cơ giảm tốc về tốc độ V1 với tần số là f 2 = 25Hz quá trình giảm tốc đến HT5 thì dừng lại, phanh tác động. Đèn báo cấp nguồn, đèn báo stop, đèn báo chế độ điều khiển, đèn báo nâng tải, đèn báo hạ tải, đèn báo sự cố, đèn báo hiển thị vận tốc nâng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 62 * Chế độ hạ tải Tời trục hạ tải với tốc độ không đổi V 1 ứng với tần số f 2 = 25Hz trong suốt hành trình hạ có chuông báo hạ tải khi đến vị trí HT0 ở chân trục thì trục dừng lại và chuông ngừng kêu, phanh tác động đóng phanh. * Chế độ sự cố Khi gặp sự cố trong hành trình nâng hoặc hạ thì trục dừng lại bằng phanh hãm đồng thời cắt nguồn 3pha cấp cho động cơ, đèn báo sự cố sáng. * Các hình thức bảo vệ trong hệ thống Bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt, ngắn mạch bằng cầu chì. 4.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển A K9 Reset switch K7-1 ĐK nguồn Chuông K5-1 MBA 220VAC/ 24 VAC + F - Đ0 Đèn báo Nguồn N1 N TH5 H1-1 K0-2 KDQT Nâng tải N1-1 N2 Đ1 K5 T2-1 Chuông T1-1 RT1 RT1 H1-2 K1 N1-2 RT1 H1-3 S1 T3-1 Q0.1 T2-2 T1-2 Q0.1 T1-3 S2 T2-3 T3-2 K3 T3-4 T4-1 N1-3 HT1-2 HT4-2 HT2-2 HT3-2 K4 S3 T3-3 Q0.2 T2-4 T1-4 K2 H1-4 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 0 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 1 H1 H HT0-2 K0-1 0 N1-4 H2-1 H2 Đ2 CT1 T4 Manual 13 T1 14 13 14 Rơle MANUAL T2 RƠLE T3 13 PLC T4-1 CHT1 N2-1 HT1-1 PLC HT1 13 14 CHT2 HT2 13 14 HT2-1 CHT3 HT3 13 14 HT3-1 CHT4 HT4 13 14 HT4-1 CHT5 HT4-2 HT5 13 14 HT5-1 CHT0 HT0 H2-2 13 14 HT0-1 3 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 2 Dừng SC 3 K0 13 K0-1 14 SU CO RN3 RN2 RN1 K6 H2-3 N2-2 13 14 PHANH ĐT K0-3 K7 N2-3 H2-4 V0 K1-1 V1 K3-1 V2 K4-1 V3 K3-2 HT3-2 K1-2 HT4-3 V4 Hình 4-5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 4.4. Chƣơng trình điều khiển 4.4.1. Cài đặt các tín hiệu vào - ra Theo biểu đồ nâng tải 5 thời kỳ của tời trục mỏ ta có các mốc vận tốc đƣợc xác định dựa vào các cảm biến hành trình. Việc lựa chọn cảm biến hành trình kết hợp với nguyên tắc điều khiển theo thời gian trong bài toán này nhóm tác giả đƣa ra phƣơng pháp điều khiển theo quãng đƣờng và kết hợp với nguyên tắc điều khiển theo thời gian, lập trình điều khiển theo mốc vận tốc giúp bài toán đơn giản và tăng tính an toàn cho hệ thống. Sử dụng cảm biến hành trình giúp xác định các sự cố nhƣ đứt cáp, kẹt ray,...Do đó cảm biến hành trình đã đƣợc chọn trong bài toán điều khiển này. Giản đồ thời gian của vận tốc khi tăng giảm với các mốc vận tốc nhƣ sau: Theo thông số động cơ tƣơng ứng với tần số 50Hz tốc độ động cơ là 1350v/p Tần số 5Hz tƣơng ứng với tốc độ 135 v/p Tần số 25Hz tƣơng ứng với tốc độ 675 v/p Tốc độ góc của động cơ tƣơng ứng với tần số 50Hz: ω DC1 = 0,105.n = 0,105.1350 = 141,75 (rad/s) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 Tốc độ góc của động cơ tƣơng ứng với tần số 25Hz: ω DC 2 = 0,105.n = 0,105.675 = 50,875 (rad/s) Tốc độ góc của động cơ tƣơng ứng với tần số 5Hz: ω DC3 = 0,105.n = 0,105.135 = 14,175 (rad/s) Tốc độ góc của hộp giảm tốc tƣơng ứng với tần số 50Hz: ω GT1 = ω DC1 141,75 = = 2,835 (rad/s) i 50 Tốc độ góc của hộp giảm tốc tƣơng ứng với tần số 25Hz: ω GT 2 = ω DC 2 50,785 = = 1,0175(rad/s) i 50 Tốc độ góc của hộp giảm tốc tƣơng ứng với tần số 5Hz: ω GT 3 = ω DC3 14,175 = = 0,2835 (rad/s) i 50 Vận tốc của tời trục tƣơng ứng với tần số 50Hz là: V2 = D.ω GT1 0,03.2,835 = = 0,04253(m/s) 2 2 Vận tốc của tời trục tƣơng ứng với tần số 25Hz là: V1 = D.ω GT 2 0,03.1,0175 = = 0,0153(m/s) 2 2 Vận tốc của tời trục tƣơng ứng với tần số 5Hz là: V0 = D.ω GT 2 0,03.0,2835 = = 0,004253(m/s) 2 2 V V2= 0.04253(m/s) HT2 HT3 V3=V1=0,0153 (m/s) v1 v0 HT4 HT1 V4 =V0 = 0,004253 (m/s) L(m) HT0 0,5m HT5 1m 1m 0,5m 0,5m Hình 4-6. Giản đồ bố trí cảm biến hành trình Bảng 4.1. Lựa chọn các tín hiệu vào ra STT Mô tả chức năng Tín hiệu 1 Nút ấn khởi động nâng tải I0.0 2 Nút ấn khởi động hạ tải I0.1 3 Dừng khẩn cấp I0.2 4 Tín hiệu sự cố I0.3 5 Tín hiệu của cảm biến hành trình phía dƣới sân ga HT0 I0.4 6 Tín hiệu cảm biến hành trình HT1 I0.5 7 Tín hiệu của cảm biến hành trình HT2 I0.6 8 Tín hiệu của cảm biến hành trình HT3 I0.7 9 Tín hiệu của cảm biến hành trình HT4 I1.0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Tín hiệu của cảm biến hành trình HT5 Tín hiệu sự cố Tín hiệu ra điều khiển hệ thống nâng tải Tín hiệu ra điều khiển hệ thống hạ tải Tín hiệu ra điều khiển cấp nguồn cho biến tần Tín hiệu ra điều khiển đảo chiều quay động cơ Tín hiệu ra điều khiển ứng với tốc độ v1 Tín hiệu ra điều khiển ứng với tốc độ v2 Tín hiệu ra điều khiển chuông Tín hiệu ra điều khiển phanh thủy lực I1.1 I1.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 (V0) Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 4.4.2. Chƣơng trình điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 4.5.Thiết lập giao diện giám sát trên WinCC 7.0 Hình 4-7. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ bình thường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 Hình 4-8. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V0 Hình 4-9. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 Hình 4-10. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V2 Hình 4-11. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ nâng tải vận tốc V1 bị sự cố Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 Hình 4-12. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ hạ tải vận tốc V1 chuông kêu trong suốt hành trình hạ tải 4.6. Mô hình thực nghiệm tai phòng thí nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 Hình 4-13. PLC S7-300 CPU 313C trong mô hình Hình 4-14. Cấu trúc bên trong tủ điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 76 Hình 4-15. Cảm biến hành trình trên đường ray Hình 4-16. Biến tần M440 trong mô hình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 Hình 4-17. Goòng tải trong mô hình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 78 Hình 4-18. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 79 Hình 4-19. Hình ảnh mô hình thực sau khi xây dựng xong 4.6. Kết luận Việc sử dụng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ điều khiển bằng PLC cho tời trục mỏ là rất cần thiết so với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật điện tử và tin học nhƣ hiện nay. Qua khảo sát chạy mô phỏng ta nhận thấy rằng việc điều khiển tời trục bằng hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ điều khiển bằng PLC đã đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ điều khiển trong thực tế hơn nữa qua phần mềm giám sát điều khiển bằng WinCC ta có thể quan sát đƣợc tình trạng làm việc của tời trục ở các chế độ làm việc bình thƣờng cũng nhƣ sự cố và có biện pháp khắc phục kịp thời khi sự cố xẩy ra. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 80 Bài toán điều khiển ở trên là ta sử dụng nguyên tắc điều khiển theo hành trình kết hợp với nguyên tắc thời gian, tín hiệu điều khiển đầu ra của PLC vào biến tần là tín hiệu điều khiển tƣơng tự nó có ƣu điểm tăng đƣợc dải điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu trong sản xuất. Còn trong thực tế sản xuất tuỳ theo yêu cầu công nghệ đặt ra ta có thể sử dụng phƣơng pháp điều khiển đơn giản là dùng phƣơng pháp điều khiển số tức lá tín hiệu vào ra của PLC vào biến tần là tín hiệu số. Ở đây học viên muốn đƣa ra một phƣơng pháp lập trình điều khiển số cho các bài toán đơn giản theo yêu cầu công nghệ đặt ra. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Vận tải bằng tời trục trong các mỏ than hầm lò ở Việt Nam là một khâu vận tải quan trọng. Trong điều kiện khai thác xuống sâu và yêu cầu sản lƣợng than ngày càng tăng thì việc sử dụng tời trục trong công nghệ vận tải mỏ hầm lò là cần thiết. 2. Ở các mỏ hầm lò của Việt Nam, tất cả các tời trục đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha điều khiển dựa trên công nghệ cũ theo hệ hở phần lớn các tời trục có công suất lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn điều khiển theo phƣơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch rôto và có các hình thức bảo vệ liên động khi gặp sự cố. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 81 3.Hệ thống truyền động điện xoay chiều cho tời trục mỏ có những ƣu nhƣợc điểm sau: - Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ rôtor dây quấn có điều khiển đơn giản, ít thiết bị, vốn đầu tƣ thấp hơn so với hệ truyền động điện một chiều, nhƣng tổn hao năng lƣợng trên điện trở phụ lớn, chiếm nhiều diện tích nắp đặt. - Việc điều khiển đều thông qua các rơle và công tắc tơ nên thƣờng xuyên phải bảo dƣỡng và hiệu chỉnh lại, làm việc không tin cậy. - Chi phí vận hành và bảo dƣỡng lớn. - Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc không có tổn hao công suất trên điện trở phụ nhƣ động cơ rôtor dây quấn, có kết cấu nhỏ gọn, làm việc tin cậy, dải điều chỉnh rộng nhƣng vốn đầu tƣ ban đầu cao. Truyền động điện xoay chiều đƣợc ứng dụng cho những tời trục mỏ có công suất nhỏ hơn 1000KW, vận tốc nâng hạ nhỏ hơn 10m/s. 4. Với phƣơng pháp điều khiển cũ trên gây ra sung lực và gia tốc động lớn làm cho hệ làm việc không ổn định đặc biệt là gây ra tổn hao năng lƣợng lớn dƣới dạng nhiệt trên các cấp điện trở phụ, dải điều chỉnh hẹp, quá trình điều chỉnh không êm dịu. 5.Hệ truyền động điện Biến tần tần - Động cơ sẽ khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm trên của hệ thống truyền động điện cũ và dễ xác định đƣợc luật điều khiển tối ƣu cho hệ. 6. Qua nghiên cứu và phân tích hiện nay tốt hơn cả là ta dần thay thế các hệ thống truyền động cũ của tời trục mỏ bằng hệ thống truyền động điện Biến tần - Động cơ có điều khiển bằng PLC và giám sát bằng các phần mềm ứng dụng nhƣ WinCC cho tời trục mỏ vì nó phù hợp với điều kiện khai thác, chế biến kinh doanh than hiện nay của nƣớc ta. 7. Trên cơ sở phân tích lý thuyết và xây dựng mô hình thực hành làm cơ sở sở để đào tạo kiến thức thực hành thực tế về các hệ truyền động điện hiện đại đang đƣợc phát triển. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Phạm văn Linh (2008), Nghiên cứu ứng dụng hệ biến tần - động cơ để điều khiển tự động trục tải giếng nghiêng Công ty than Vàng Danh, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. [2]. Lê Văn Doanh (1997), Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 82 [3]. Lê Văn Doanh, Phạm Thƣợng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân (2001), Các bộ cảm biến trong kỹ thuật đo lường & Điều khiển, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [4]. Vũ Quang Hồi (2000), Trang bị điện - Điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục. [5]. Hoàng Hữu Hiên, Nguyễn Đức Lƣợng (1977), Sổ tay cơ điện mỏ (tập I), NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [6]. Nguyễn Văn Kháng (2005), Máy và tổ hợp thiết bi vận tải mỏ, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [7]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền (2001),Truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [8]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (2002), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [9]. Nguyễn Văn Kháng, Hoàng Văn Trọng (1992), Giáo trình máy vận tải (tập II), Trƣờng Đại hoc Mỏ- Địa chất, Hà Nội. [10]. Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh (2004), Điều khiển động cơ xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [11]. Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [12]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà (2004), Tự động hóa vớisimatic S7 – 300, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [13]. Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [15]. Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB Giáo dục, Hà Nội. [16]. Nguyễn Phùng Quang- Andreas Dittrich (2002), Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [17].Thái Duy Thức (2001), Cơ sở truyền động điện tự động. NXB giao thông vận tải, Hà Nội. [18].Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (2000), Thiết kế truyền động điện tự động(tập I). NXB giao thông vận tải, Hà Nội. [19]. Phan Minh Tạo (2005), Nghiên cứu động lực học hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ ứng dụng cho các mỏ Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. [20]. Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (1992), Bài giảng truyền động điện tự động, Trƣờng đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội. [21]. Trần Doãn Trƣờng, Vũ Thế Sự (2000), Trục tải mỏ, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội. [22]. Bộ công nghiệp (2000), Qui phạm an toàn trong các hầm lò than và diệp thạch TCN14.06.2000, Hà Nội. [23]. Công ty than Vàng Danh (2007), Qui trình vận hành, sử dụng tời trục JK2/20A, Quảng Ninh. [24]. Công ty than Khe Chàm (2007), Qui trình vận hành, sử dụng tời trục JK2.5/20A, Quảng Ninh. [25]. Công ty than Mạo Khê (2004), Qui trình vận hành, sử dụng tời trục JD-1.6, Quảng Ninh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 83 [26]. Công ty than Hà Lầm (2001), Qui trình vận hành, sử dụng tời trục БМ-2000, Quảng Ninh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... 5 Cụng ty than Thng Nht Cụng ty than Mo Khờ 6 Cụng ty than Dng Huy 7 Cụng ty than Quang Hanh 8 Cụng ty than Vng Danh 9 Cụng ty TNHH than Nam Mu Cụng ty TNHH 10 than ng Vụng 11 JTK-1600 JH - 30 JTK- 1.0x0.8 M-2000 2M-2000 SJ-1600 JK-2/20A JD - 3 2 18/1000 2M-2000 SJ-1600 JD - 4 JD -2.5 JD - 3 JD -4 JK - 2/20A SJ-1600 JD - 4 M-2000 SJ-1600 JD - 4 JD - 4 SJ -1600 M - 2000 Cụng ty TNHH JD - 4 than Hng Thỏi... gian m mỏy v hóm mỏy ph thuc vo Mc, J, U, , R ca cun dõy Khi in ỏp li dao ng s lm thay i tc chuyn cp, mụmen dũng in s nhy vt Khi in ỏp li gim quỏ cú kh nng xy ra khụng in ỏp hỳt cho cụng tc t tỏc ng, do ú ng c s lm vic lõu di vựng tc thp no ú lm cho in tr m mỏy b t núng quỏ mc S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 - Khi nhit thay i thỡ tc chuyn cp cng thay i... ca ng c truyn ng cho ti trc t tc bng khụng n tc lm vic cho phộp - Ch chy u l ch lm vic ca ng c truyn ng cho ti trc cú tc lm vic khụng i trong thi gian lm vic cho phộp - Ch gim tc l ch lm vic ca ng c truyn ng cho ti trc t tc cho phộp gim dn v tc bng khụng Trong ba ch lm vic thỡ ch tng tc v ch gim tc cú ý ngha quan trng, ph thuc vo tng loi ti trc v kt cu ca xe goũng c trng cho cỏc ch lm vic... cu trỳc h thng truyn ng in mỏy phỏt - ng c vi khuch i mỏy in Khuch i mỏy in cung cp in ỏp cho cun kớch thớch ca mỏy phỏt cú 4 cun dõy iu khin: cuụn dõy C1l cun iu khin chớnh (cun ch o); cun dõy C2 l cun hi tip ct nhanh theo dũng in phn ng; cun dõy C 3 l cun hi tip õm theo in ỏp mỏy phỏt; cun dõy C4 l cun n nh (hi tip õm mm theo dũng) Trong h thng truyn ng in MF - C cú KM khi thay i chiu v giỏ tr dũng... phng phỏp hóm ng nng, in ỏp ngun cung cp hóm ng nng cú th khụng i hc thay i Mụmen hóm ng nng c thay i bng hai cỏch: - in ỏp (hoc dũng) ca ngun cung cp cho mch hóm ng nng khụng i, thay i cỏc cp in tr ph trong mch rụtor - Thay i ng thi in ỏp (hoc dũng) ca ngun cung cp v giỏ tr in tr ph trong mch rụtor Vic thay i in ỏp (hoc dũng) ca ngun cp cho mch hóm cú th theo cp hoc liờn tc nh cỏc thit b iu khin H thng... chiu bng phng phỏp thay i in ỏp ca khuch i mỏy in cung cp cho nú, khuch i mỏy in cú 4 cun dõy iu khin Hai cun dõy OY1 v OY3 ca khuch i mỏy in c cung cp in t hai xen xin XX1 v XX2 thụng qua hai cu chnh lu B1, B2 Sc t ng ca hai cun dõy ny cú hng ngc nhau (Ft = F1 - F2), khi dũng in trong hai cun dõy bng nhau thỡ sc t ng tng bng khụng, do ú in ỏp phỏt ra ca khuch i mỏy in bng khụng Khi thay i gúc quay rụtor... Gia tc khi tng tc hoc khi gim tc phi nh hn giỏ tr cho phộp, ti trng tỏc ng lờn mỏy trc l nh Vic ti trc m lm vic cú tha món c iu kin c bn trờn hon ton ph thuc vo vic la chn h thng truyn ng v lut iu khin truyn ng in 1.3.5 Cỏc h thng truyn ng in cho ti trc m [19] 1.3.5.1.H truyn ng in mt chiu mỏy phỏt - ng c (MF - C) a H truyn ng mỏy phỏt - ng c vi khuch i mỏy in (hỡnh 1-11) S húa bi Trung tõm Hc liu i... trong thi gian lm vic Cụng ty than Mụng Dng ó s dng ng c truyn ng cho ti trc cú cp in ỏp l 6kV 2.1.4 H thng truyn ng in ti trc m -2000 cụng ty than H Lm 2.1.4.1.H thng ti trc -2000 (hỡnh 2.6) 2.1.4.2 Nhn xột H truyn ng ca ti trc m Cụng ty than H Lm cú u nhc im sau: ng c truyn ng cho ti trc l ng c khụng ng b rụto dõy qun, vic khi ng, iu chnh tc , v gim tc bng phng phng phỏp thay i in tr ph mch mch rụto... hn ch b H truyn ng mỏy phỏt - ng c vi khuch i mỏy in v khuch i t trung gian Trong h thng truyn ng in MF - C vi khuch i mỏy in gim sc in ng d(2 - 3 V), nõng cao tớnh n nh, tng h s khuch i ngi ta trang b thờm mt khuch i t trung gian S cu trỳc h thng (hỡnh 1-12) Đ1 Đ2 MF C4 KĐMĐ đc UKTĐ UKTF C1, C2, C3 KĐT MY2 MY3 BĐK BCD MY1 Hỡnh 1-12 Cu trỳc h truyn ng in mỏy phỏtng c vi khuch i mỏy in v khuch i t... cun dp tt t trng tr ca mỏy phỏt khi dng Vic iu khin cỏc ch lm vic ca h thng truyn ng in tng t nh vic iu khin h truyn ng in mỏy phỏt - ng c vi khuch i mỏy in H thng ny cú u im l ci thin c c tớnh tnh v c tớnh ng tt hn, gim c cụng sut ca mch iu khin do dũng iu khin trong khuch i t trung gian nh hn nhiu so vi dũng iu khin trong khuch i mỏy in c u, nhc im ca h truyn ng in mt chiu mỏy phỏt - ng c -Thc hin ... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 Cụng ty than Thng Nht Cụng ty than Mo Khờ Cụng ty than Dng Huy Cụng ty than Quang Hanh Cụng ty than Vng Danh Cụng ty TNHH than Nam Mu Cụng ty TNHH 10 than ng Vụng 11 JTK-1600... Bin tn - ng c truyn ng cho ti trc ti Cụng ty than Khe Chm bng phn mm Matlab & Simulink 55 3.2.1 Mụ t s mụ phng 55 3.2.2 S mụ phng thu gn cho ti trc m Khe Chm 57 3.2 Kt... KOP KAP RH KAH Hỡnh 1-11 S cu trỳc h thng truyn ng in mỏy phỏt - ng c vi khuch i mỏy in Khuch i mỏy in cung cp in ỏp cho cun kớch thớch ca mỏy phỏt cú cun dõy iu khin: cuụn dõy C1l cun iu khin