Giáo trình môn Trang bị điện

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
TRANG BỊ ĐIỆN
 (Lưu hành nội bộ)
Người biên soạn: Lê Thị Hà
Uông Bí, năm 2010
1Lêi nãi ®Çu
 Cïng víi sù ph¸t triÓn chung cña ®Êt n­íc, c¸c ngµnh c«ng nghiÖp tù
®éng ho¸ ph¸t triÓn, nh»m thay thÕ mét phÇn cho con ng­êi, gi¶m bít nh©n
c«ng vµ chi phÝ. C¸c d©y chuyÒn tù ®éng ho¸ s¶n xuÊt lµ cÇn thiÕt trong c¸c
nhµ m¸y, xÝ nghiÖp, do ®ã viÖc cung cÊp, sö dông c¸c thiÕt bÞ ®Ó l¾p ®Æt
mét d©y chuyÒn lµ v« cïng quan träng. C¸c s¬ ®å, m¹ch ®iÖn, ®Êu nèi c¸c
thiÕt bÞ, ®iÒu khiÓn d©y chuyÒn ho¹t ®éng, cÇn ®ßi hái ng­êi c«ng nh©n
ph¶i cã kiÕn thøc. M«n häc " Trang bÞ ®iÖn" lµ m«n chuyªn ngµnh nh»m
cung cÊp kiÕn thøc c¬ b¶n cho Sinh viªn hÖ trung cÊp chuyªn nghiÖp, sau
khi ra tr­êng cã thÓ ®¶m ®­¬ng ®­îc c«ng viÖc cô thÓ t¹i c¸c Nhµ m¸y, xÝ
nghiÖp. §ång thêi gióp Sinh viªn hiÓu s©u h¬n b¶n chÊt, còng nh­ th©m
nhËp thùc tÕ, cñng cè n©ng cao tr×nh ®é chuyªn m«n. §Æc biÖt ®èi víi
tr­êng Cao ®¼ng C«ng nghiÖp vµ X©y dùng - U«ng BÝ, bµi gi¶ng " Trang
bÞ ®iÖn" lµ tµi liÖu quan träng, cã ý nghÜa thiÕt thùc cho viÖc gi¶ng d¹y cña
gi¸o viªn vµ häc tËp cña Sinh viªn hÖ trung cÊp chuyªn nghiÖp, bµi gi¶ng
nµy ®­îc ph©n tÝch gåm ba ch­¬ng chñ yÕu lµ :
 * CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỤ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN
* CHƯƠNG II: TRANG BÞ §IÖN-§IÖN Tö M¸Y GIA C¤NG KIM LO¹I
* CHƯƠNG III: TRANG BÞ §IÖN-§IÖN Tö m¸y c«ng nghiÖp dïng chung
Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n bµi gi¶ng, kh«ng tr¸nh khái khiÕm khuyÕt,
t¸c gi¶ rÊt mong sù céng t¸c vµ gãp ý phª b×nh cña b¹n ®äc, ®Ó ngµy mét
hoµn thiÖn h¬n.
T¸c gi¶ biªn so¹n
Lª ThÞ Hµ
2CHƯƠNG 1: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỤ ĐỘNG TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN
 Chức năng cơ bản của một hệ điều khiển tự động quá trình mở máy, hãm,
đảo chiều quay hoặc điều khiển theo một chương trình định sẵn nào đó.
 Một số hệ thống điều khiển tự động truyền động điện có thể sử dụng các
phần tử có tiếp điểm hoặc không có tiếp điểm.
 Để đảm bảo điều khiển tự động quá trình ( mở máy, hãm máy, đảo chiều
quay...)theo một qui luật định sẵn, người ta thường sử dụng 1 số nguyên tắc mà
ta sẽ lần lượt đề cập sau đây.
1.1 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THEO THỜI GIAN
 Ta xét 1 sơ đồ sử dụng nguyên tắc điều khiển theo thời gian đói với quá trình mở
máy, đảo chiều quay và hãm động năng 1 động cơ không đồng bọ3 pha roto dâu
quấn. Phần tử tác động sau từng khoảng thời gian định sẵn là các rơ le thời gian.
Hình 1.1:
1.1.1Mở máy động cơ .
 Động cơ cớ thể mở máy theo 2 chiều.
 Giả sử mở máy để quay thuận:
 Sau khi đóng aptômát AP1, AP2, ấn nút quay thuận MT(3-5) công tắc tơ KT có điện.
3. Đóng các tiếp điểm động lực KT cấp điện cho stato động cơ.
. Đóng tiếp điểm để duy trì KT(3-5) để tự cấp điện khi thôi ấn nút MT.
. Đóng tiếp điểm Kt(3-13) để cấp điện cho mạch sử lý điện trở phụ ở roto.
. Mở tiếp điểm KT(9-11) để cắt mạch điện cuộn hút công tắc tơ KN không cho
cuộn KN có điện khi chạy thuận, tránh ngắn mạch 2 pha mạch lực nếu cuộn KT
và cuộn KN cùng tác động. Đấy là kiểu khóa chéo về điện.
. Mở tiếp điểm KT (25- 27) để cắt điện cuộn hút công tắc tơ hãm động năngH.
Động cơ mở máy với toàn bọ điện trở r1, r2 đưa vào mạch roto, tốc độ động cơđược tăng dầntheo đường đặc tính cơ 1 từ A đến B. Do tiếp điểm KT (3-13)
đóng, cuộn hút của rơ le thời gian Rth1 có điện.Sau 1 khoảng thời gian T1 thì nó tác động và dóng tiếp điêmRth1(13-17 của nóđể cung cấp điện cho cuộn công tắc tơ K1.Cuộn công tắc tơ K1 tác động sẽ:
Đóng tiếp điểm lực K1 ở mạch roto để loại điện trở r1 ra khỏi mạch roto.Động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính 2 từ C đến D.
 . Đóng K1(17-21) để cấp điện cho rơ le Rth2. Sau khoảng thời gian T2= t1 - t2 thì rơ le Rth2 tác động .. Đóng Rth2(21-23) để cấp điện cho cuộn công tắc tơ K2.
.Mở Rth2(17-19) để cắt điện cho cuộn công tắc tơ K1. Công tắc tơ K2 tác động sẽ :
 + Đóng tiếp điểm lực K2 ở mạch roto. Loại nốt điện trở r2 ra khỏi mạch roto.Động cơ làm việc với mômen tải Mc. Quá trình mở máy kết thúc. + Đóng tiếp điểm K2(3- 23) để tự duy trì. + Mở tiếp điểm K2(13-15) để cắt điện cho rơ le thời gian Rth1. Từ đó cắtđiện cuộn K1, Rth2 . Như vậy, khi đông cơ quay thuận, chỉ có KT và K2 làm việcnên số khí cụ làm việc là tối thiểu.
1.1.2. Dừng máy
Ấn nút dừng D(1-3) để mở mạch (1-3) đồng thời đóng mạch (1-25).
 . Công tắc tơ KT, K2 mất điện sẽ cắt điện lưới cấp vào stato và nối các cấp điệntrở r1, r2 vào mạch roto để tiến hành quá trình hãm động năng. . Tiếp điểm KT(25-27) đóng lại, cấp điện cho cuộn công tắc tơ hãm đông năng H.
 Cuộn công tắc tơ H có điện sẽ:
 . Đóng các tiếp điểm lực H ở mạch stato để cấp điện 1 chiều kích từ cho đông
cơ. Đông cơ được hãm động năng kích từ độc lập với điện trở hãm là:
rh = r1+ r2. . Động cơ chuyển điểm làm việc từ LV trên đường đặc tính tự nhiên sang điểm
F trên đường đặc tính hãm động năng 3 và làm việc ở chế độ máy phát từ f về 0.
 . Đóng tiếp điểm H(1-25) để duy trì.
 . Mở tiếp điểm H( 6-8) đêt không cho KT hoặc KN có điện khi hãm hay nói
cách khác là không thể mở máy động cơ khi đang hãm.
 . Đóng tiếp điểm H (25- 33) để cấp điện cho rơ le thời gian Rth3 và saukhoảng thời gian T3 nó sẽ tác động mở tiếp điểm Rth3 (29-31) cắt điện cho cuộncông tắc tơ H và đến lượt mình, công tắc tơ H cắt điện lại Rth3. Quá trình hãm động năng kích từ độc lập kết thúc. Thời gian T3 được chỉnhđịnh sao cho tốc độ động cơ gần bằng 0.
41.1.3. Mở máy quay ngược.
Ấn nút MN để cấp điện cho cuộn công tắc tơ KN. Công tắc tơ KN sẽ đóng
điện mạch lực với đảo chỗ hai pha B và C cho nhau để động cơ quay ngược.
Quá trình mở máy xảy ra hoàn toàn tương tự như khi ấn nút MT trong trương
hợp quay thuận.
1.1.4. Bảo vệ.
 Mạch được bảo vệ quá tải nhỏ lâu dài bằng các rơ le nhiệt. Khi quá tải nhỏ kéo
dài quá thời gian cho phép các rơ le nhiệt RN1, RN2 sẽ tác động, mở các tiếp điểmRN1 (4-6), hoặc RN2(2-4)để cắt điện cuộn KTkhi động cơ quay thuận hay cuộncông tắc tơ KN khi động quay ngược.Sau khi xử lý sự cố quá tải thì các tiếp điểm
RN1, RN2 cũng không tự đóng lại được. Muốn đóng ta phải ấn phục hồi. Bảo vệ quá tải lớn, ngắn mạch nhờ 2 aptômát AP1, AP2.
1.2.NGUyÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THEO TỐC ĐỘ
Việc điều khiển theo nguyên tắc tốc độ dựa trên cơ sở kiểm tra trực tiếp hoặc
giám tiếp tốc độ tại thời điểm cần ra lệnh điều khiển.
Kiểm tra trực tiếp có thế dùng rơ le kiểm tra tốc độ ly tâm. Kiểm tra gián
tiếp có thể dùng máy phát tốc thông qua giá trị điện áp phát ra tỉ lệ vời tốc độ Unhoặc thông qua suất điện động của động cơ tỉ lệ vối tốc độ E = K .
Ta xét sơ đồ điều khiển mở máy động cơ 1 chiều kích từ song song qua 3
cấp điện trở nh ư h ình v ẽ.
Khi đóng cầu dao CD, đông cơ được cấp điện kích từ.
Ấn nút mở máy M, cuộn công tắc tơ có điện sẽ đóng tiếp điểm song song với
nút M để từ duy trì và đóng các tiếp ở mạch lực , cấp điện cho phần ứng động
cơ. Động cơ được mở máy với toàn bộ điện trở phụ (r1 + r2 + r3 ) và làm việc
trên đường đặc tính cơ 1 từ A1 đến A. Tốc độ động cơ tăng dần từ 0 đến. Tạithời điểm t1 (ứng với điểm A) điện áp đặt lên cuộn hút công tắc tơ K1 là :
U1 = E +I2 ( Rư + r3+ r2) = 1K + I2 ( Rư + r3+ r2).
Công tắc tơ K1 được chỉnh định để các động ở điện áp U1 tiếp điểm K1 mắcsong song với điện trở r1 sẽ đóng để nối tắt r1. Động cơ chuyển sang làm việctrên đường đặc tính cơ 2 với mômen lớn hơn và tiếp tục tăng tốc từ điểm B1 (tốcđộ) đến điểm B (tốc độ).
5Tại thời điểm t2 (ứng với điểm B) điện áp đặt trên trên cuộn hút K2 là:
U1 = E +I2 (Rư + r3) = K 2+ I2 (Rư + r3 )
Công tắc tơ K2 được chỉnh định để tác động ở điện áp U2 Tiếp điểm K2 nốitắt r2. Động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ với mô men lớnhơn và lại tiếp tục tăng tốc độ  1( điểm C1) lên tốc độ 2 (điểm C). Tại thời điểm t3 ( ứng với điểm C) điện áp đặt trên trên cuộn hút K 3 là:
U1 = E +I2Rư = K 3+ I2Rư.Công tắc tơ K3 được chỉnh định để tác động ở điện áp U3 Tiếp điểm K3 nối tắtr3. Động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên tại điểm D1 vàtăng tốc từ  3 lên tốc độ làm việc  lv. Quá trình mở máy kết thúc.Khi dừng, ấn nút D để cắt điện cuộn công tắc tơ K. Sơ đồ trở về trạng thái
ban đầu. Động cơ được dừng từ do.
1.3 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THEO DÒNG ĐIỆN
Việc điều khiển theo nguyên tắc dòng điện dựa trên cơ sở việc kiểm tra dòng
điện nhờ tác động của rơ le dòng điện tại thời điểm cần ra lệnh điều khiển.
Xét sơ đồ mở máy động cơ 1chiều kích từ nối tiếp qua 1 cấp điện trở như
hình vẽ.
6Ấn nút mở máy M, công tắc tơ K có điện sẽ cấp điện cho động cơ để mở
máy với điện trở phụ r. Dòng điện mở máy ban đầu là I 1, rơle dòng điện chỉnhđịnh để cuộn hút ở dòng điện : Ihút ≤ I1.Nên khi bắt đầu đóng điện là RD hút ngay cắt mạch công tắc tơ K1. Ngoàira rơ le khóa RK cũng không cho K1 hút ngay sau khi công tắc tơ K hút vì RKđược chọn sao cho thời gian tác động của nó lớn hơn thời gian tác đọng của RD.
Do vậy mạch K1 bị cắt bởi RD trước khi tiếp điểm RK đóng.
Điện trở được đưa vào mách động cơ lúc mở máy
Trong quá trình tăng tốc theo đường đặc tính cơ từ điểm A đến điểm B,
dòng điện động cơ giảm dần từ I1 xuống. Khi dòng mở máy giảm xuống đến I 2thì rơ le dòng điện RD nhả. Dòng nhả RD được chỉnh định là: I nhả = I 2Khi RD nhả thì K1 tác động , ngắt điện ra khỏi mạch động cơ. Động cơchuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên tại điểm C và tiếp tục
tăng tốc theo đặc tính này đến điểm làm việc LV. Quá trình mở máy kết thúc.
2.4NGUYÊN TẮC ĐIỀU KIỂN THEO VỊ TRÍ ( ĐIỀU KHIỂN THEO
HÀNH TRÌNH)
 Khi đối tượng điều khiển chuyển động mà tại một số vị trí trên hành trình
của nó, cần có lện điều khiển thì dùng phương pháp điều khiển theo vị trí là
thích hợp nhất.
Thường có hai cách để điều khiển theo vị trí :
 Điều khiển theo vị trí đơn giản nhất là dùng các công tắc hành trình ( loại
không tiếp điểm) đặt tại nơi cần ra lệnh. Từ đó những lệnh mới được đưa ra. Ví
dụ như máy bào giường, mâm cặp máy tiện, buồng thang máy v.v người ta đặt
công tắc hành trình, công tắc này đưa tín hiệu điều khiển đén cơ cấu dừng lại
hoặc đổi chiều v.v
 Cũng có thể dùng phương pháp vị trí tương ứng để cho lệnh điều khiển theo
vị trí thực . Ví dụ máy cắt,dập.
 Xét sơ đồ điều khiển đông cơ không đồng bộ theo nguyên tắc hành trình
như hình vẽ:
T: Công tắc tơ điều khiển động cơ kéo vật A theo chiều thuận .
N : Công tắc tơ điều khiển động cơ kéo vật A theo chiều ngược .
7BB': hành trình chuyển đọng vật A
Điều khiển quá trình làm việc bằng bộ khống chế từ KC. Hạn chế hành trình
chuyển động là 2 công tắc hành trình KHT và KHN, nguyên lý làm việc như
sau:
Ta quay bộ khống chế KC về vị trí P phải. Tiếp điểm KC1 đóng công tắc tơ Tcó điện , đóng động cơ Đ vào lưới điện , vật A chuyển động tịnh tiến theo chiều
thuận . Cuối hành trình vật A ấn vào KHT làm tiếp điểm KHT mở ra nên
công tắc tơ T mất điện -> động cơ Đ mất điện -> vật A dừng lại, kết thức quá
trình chuyển động theo chiều thuận. Ngược lại muốn cho vật A chuyêmr động
theo chiều ngược, ta quay bộ điều khiển Kc sang vị trí T (trái) quá trình xảy ratương tự như quá trình thuận.
Các ký hiệu sử dụng để giải thích hoạt động sơ đồ:
1- A(x) = 1: phần tử A ở dòng thứ x có điện (nếu là cuộn dây) hoặc đóng lại
(nếu là tiếp điểm)
2- A(x) = 0: phần tử A ở dòng thứ x mất điện (nếu là cuộn dây) hoặc mở
ra (nếu là tiếp điểm)
3- A(x,y): phần tử A ở giữa hai dòng x và y hoặc hai điểm x,y.
4- A(đl): phần tử A trên mạch động lực
Ví dụ:
- ĐG(đl) = 1: tiếp điểm ĐG ở mạch động lực đóng (tr 33)
- K2(đl) = 0 : tiếp điểm K2 ở mạch động lực mở (tr33).
- Ấn nút M1(22) → LĐT(22) = 1, → LĐT(17) = 1, + LĐT(22,23) = 1:
khi ấn nút M1 ở dòng 22 thì cuộn dây rơle LĐT ở dòng 22 có điện làm cho tiếp
điểm LĐT ở dòng 17 đóng, đồng thời tiếp điểm LĐT giữa dòng
22 và 23 đóng.(tr36)
- R8(15-13) = 1, +R8(1-3) = 1, → Rω(5-9): tiếp điểm R8 ở giữa điểm 15 và 13
đóng lại, đồng thời tiếp điểm R8 ở giữa điểm 1 và 3 cũng đóng làm
cho điện trở Rω(5-9) (tr40)
CHƯƠNG II.TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CẮT KIM LOẠI
Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt
bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công có hình dáng gần đúng yêu
cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính
xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công
tinh).
2.1. Các yêu cầu chính và những đặc điểm công nghệ đặc trưng của
trang bị điện và tự động hoá các máy cắt kim loại
Máy cắt kim loại theo số lượng và chủng loại chiếm vị trí hàng đầu trong
tất cả các máy công nghiệp.
2.1.1. Phân loại máy cắt kim loại
Máy cắt kim loại gồm nhiều chủng loại và rất đa dạng trong từng nhóm
máy, nhưng có thể phân loại chúng dựa trên các đặc điểm sau: Phân loại máy cắt
kim loại theo như hình 1.1
8Hình 1.1 Sơ đồ phân loại các máy cắt kim loại
- Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công,
dạng dao, đăc tính chuyển động v.v, các máy cắt được chia thành các máy
cơ bản: tiện, phay; bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia công
răng, ren vít v.v
- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn
năng, chuyên dùng và đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện
được các phương pháp gia công khác nhau như tiện, khoan, gia công răng v.v
để gia công các chi tiết khác nhau về hình dạng và kích thước. Các máy
chuyên dùng là các máy để gian công các chi tiết có cùng hình dáng nhưng
có kích thước khác nhau. Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các
chi tiết có cùng hình dáng và kích thước.
- Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy, có thể chia
maý cắt kim loại thành các máy bình thường (<10.000kG), các máy cỡ lớn
(<30.000kG), các máy cỡ nặng (<100.000kG) và các máy rất nặng
(>100.000kG)
- Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình
thường, cao và rất cao.
2.1.2 Các chuyển động và các dạng gia công điển hình trên MCKL
Trên MCKL, có hai loại chuyển động chủ yếu: chuyển động cơ bản và
chuyển động phụ
Chuyển động cơ bản là chuyển động tương đối của dao cắt so với phôi để
đảm bảo quá trình cắt gọt. Chuyển động này chia ra: chuyển đông chính và
chuyển động ăn dao
- Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động thực hiện quá
trình cắt gọt kim loại bằng dao cắt.
- Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch của dao hoặc phôi để tạo ra
một lớp phôi mới.
Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá
trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất
lương gia công, hiệu chỉnh máy v.v Ví dụ như di chuyển nhanh bàn hoặc hôi
trong máy tiện, nới siết xà trên trụ trong máy khoan cần, nâng hạ xà trong dao
trong máy bào giường, bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát v.v
Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển
động tịnh tiến của dao hoặc phôi.
9Trên hình 1-2 biểu diễn các dạng gia công điển hình được thực hiện trên các
MCKL.
- Gia công trên máy tiện (hình 1-2a): n - tốc độ quay của chi tiết (chuyển
động chính); v - vận tốc xê dịch của dao cắt vào chi tiết (chuyển động ăn dao).
- Gia công trên máy khoan (hình 1-2b): n- tốc độ quay của mũi khoan
(chuyển động chính); v- chuyển động tịnh tiến của mũi khoan vào chi tiết
(chuyển động ăn dao).
- Gia công trên máy phay (hình 1-2c): n- tốc độ quay của dao phay
(chuyển động chính); v- chuyển động tịnh tiến của phôi (chuyển động ăn dao).
- Gia công trên máy mài  ... xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ
số tiếp điểm tương đối TĐ% = (25 ÷ 75)%
2. Máy xúc gàu treo trên dây.
Hình 10-3. Máy xúc gàu treo trên dây
15
2
152
Tất cả thiết bị điện và thiết bị cơ khí của máy xúc được lắp đặt trên bàn
quay 1. Có thể quay với góc quay tới hạn trên bệ 2. Di chuyển máy xúc thực
hiện bằng cơ cấu tạo bước tiến 3 và hai kích thuỷ lực 4. Máy xúc di chuyển được
nhờ tấm trượt 5 lắp ở hai bên thành của bàn quay 1. Cần gàu 6 lắp cố định trên
bàn quay bằng hệ thống thanh giằng 9. Gàu xúc 8 được treo trên dây cáp nâng
10. Quá trình bốc xúc đất đá được thực hiện nhờ cáp kéo 7, kéo gàu theo hướng
từ ngoài vào trong máy xúc.
Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện môi trường khắc nghiệt
với chế độ làm việc nặng nề, chao lắc mạnh, nhiều bụi, nhiệt độ môi trường thay
đổi trong phạm vi rộng. Một số yếu tố khác cũng gây ảnh hưởng đến chế độ làm
việc của các cơ cấu của máy xúc như: độ nghiêng, độ chênh dọc trục của máy
xúc, gia tốc lớn khi mở máy và hãm v.vDo chế độ làm việc của máy xúc nặng
nề như vậy, nên các thiết bị của máy xúc phải được chế tạo chắc chắn, độ bền cơ
học cao và độ tin cậy làm việc cao.
10-3. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động các cơ cấu của máy
xúc
Chế độ làm việc của một máy xúc phụ thuộc vào cấu tạo, kết cấu của nó
và các đặc điểm đặc trưng của quá trình đào hoặc bốc xúc đất đá. Bởi vậy, các
yêu cầu đối với hệ truyền động các cơ cấu của máy xúc có một gàu xúc và máy
xúc có nhiều gàu xúc có nhiều điểm khác biệt nhau.
1. Đối với máy xúc có một gàu xúc
Đối với máy xúc có một gàu xúc,
các yêu cầu chính đối với hệ truyền
động các cơ cấu bao gồm:
a) Đặc tính cơ của hệ truyền động
điện truyền động các cơ cấu chính của
máy xúc (cơ cấu nâng - hạ gàu, cơ cấu
quay và cơ cấu đẩy tay gàu) phải đảm
bảo hai yêu cầu chính sau:
- Trong phạm vi tải thay đổi từ 0
đến dòng nhỏ hơn dòng điện ngắt Ing =2,25÷2,5Iđm), độ sụt tốc độ không đángkể để đảm bảo năng suất của máy xúc.
- Khi động cơ bị quá tải (I ≥ Ing), tốc độcủa động cơ truyền động phải giảm
nhanh về không để không gây hỏng
hóc đối với động cơ.
Để đáp ứng hai yêu cầu trên, hệ
truyền động phải tạo ra đường đặc tính
cơ đặc trưng gọi là đặc tính “máy xúc”
(đường 1 hình 10-4a).
Trong thực tế không sử dụng
đường đặc tính cơ lý tưởng như đường
1vì người vận hành máy xúc không
cảm nhận được thời điểm quá tải của
Hình 10- 4 Đặc tính cơ của các hệ
truyền động cơ cấu máy xúc
a)Dùng để xác định hệ số lấp đầy
b)Đặc tính cơ của một số hệ truyền
động tiêu biểu
15
3
153
động cơ để giảm tốc độ hạn chế momen của động cơ nhỏ hơn trị số lớn nhất cho
phép dẫn đến làm cho động cơ dễ bị cháy, mà thường dùng đặc tính mềm hơn
(đường 2 hình 10-4a)
Năng suất của máy xúc được đánh giá bằng diện tích của tứ giác hợp
thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc tính cơ của hệ truyền động (hình 10-
4a)
SADCO. Để đánh giá năng suất của máy xúc, ta có hệ số lấp đầy k. Hệ số
lấp đầy k được tính theo biểu thức sau:
dABCO
ADCO
M
mS
S
Sk
0
.
 
Trong đó:
+SADCO - diện tích tứ giác hợp thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc
tính cơ cuả hệ truyền động;
+SABCO - diện tích tứ giác hợp thành giữa hệ trục toạ độ và đường đặc tính
cơ lý tưởng;
+ 0 - tốc độ không tải của động cơ.
+m - hệ số tỷ lệ.
Hệ số lấp đầy của các hệ truyền động hiện đại có thể đạt đến k = 0,8 ÷ 0,9.
Trên hình 10-4b biểu diễn các đường đặc tính cơ của một số hệ truyền
động các cơ cấu của máy xúc. Họ đặc tính cơ của các hệ đó cho phép đánh giá
và tính chọn hệ truyền động một cách hợp lý đối với từng loại máy xúc cụ thể.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ ba pha (đường 1) được
sử dụng rộng rãi cho các loại máy xúc công suất bé với thể tích gàu xúc dưới
1m3. Đặc biệt là khi dùng động cơ truyền động là động cơ không đồng bộ có hệ
số trượt lớn cho phép hạn chế dòng của động cơ trong giới hạn cho phép.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn nếu
có đấu thêm một điện trở phụ trong mạch roto của động cơ Rf= (0,1 ÷ 0,15)R (Rlà điện trở của dây quấn roto của động cơ) và có cuộn kháng bảo hoà trong mạch
stato của động cơ (đường 2 hình 10-4b) ta sẽ nhận được đường đặc tính cơ tối
ưu đối với các cơ cấu của máy xúc công suất nhỏ.
Hệ truyền động máy phát một chiều có ba cuộn kích từ - động cơ điện
một chiều (đường 3 hình 10-4b) thường dùng đối với các loại máy xúc công suất
trung bình với thể tích gàu xúc từ 2 đến 5m3. Hệ này có đường đặc tính cơ gần
với đường đặc tính cơ tối ưu, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động
trong một phạm vi khá rộng.
Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ) có khâu khuếch đại trung gian
thực hiện chức năng khuếch đại và tổng hợp các tín hiệu điều khiển (khuếch đại
trung gian có thể là máy điện khuếch đại - MĐKĐ, khuếch đại từ - KĐT, hoặc
khuếch đại bán dẫn KĐBD) sẽ tạo ra đường đặc tính cơ 4 (trên hình 10-4b), đáp
ứng hoàn toàn yêu cầu về truyền động các cơ cấu của máy xúc.
Hệ này được sử dụng rộng rãi trong các máy xúc công suất lớn có thể tích
gàu xúc từ 10 ÷ 80m3.
b) Động cơ truyền động các cơ cấu của cầu trục phải có độ chắc chắn về
kết cấu và độ tin cậy làm việc cao, có khả năng chịu quá tải lớn. Độ bền nhiệt và
15
4
154
độ bền chống ẩm của các lớp cách điện trong động cơ cao, chụi được tần số
đóng cắt điện lớn (400 ÷ 600) lần /h.
c) Động cơ truyền động các cơ cấu chính của máy xúc phải có momen
quán tính của roto (hoặc phần ứng) đủ nhỏ để giảm thời gian quá độ của hệ
truyền động khi tăng tốc và hãm. Nên chọn loại động cơ có roto (hoặc phần ứng)
dài, đường kính nhỏ.
d) Các thiết bị điều khiển dùng trong máy xúc phải đảm bảo làm việc tin
cậy trong điều kiện nặng nề nhất (độ rung động, chao lắc lớn, phụ tải thay đổi
đột biến và tần số đóng - cắt điện trở lớn).
e) Hệ thống điều khiển các hệ truyền động các cơ cấu của máy xúc phải
có sơ đồ cấu trúc đơn giản, độ tin cậy làm việc cao, tự động hoá quá trình điều
khiển ở mức độ cao.
2. Máy xúc nhiều gàu xúc
Hệ truyền động dùng trong máy xúc nhiều gàu xúc phải đáp ứng các yêu
cầu chính sau:
a) Hệ truyền động phải đảm bảo quá trình mở máy xảy ra êm, hạn chế gia
tốc và mômen trong giới hạn cho phép để không ảnh hưởng đến kết cấu cơ khí
của những gàu xúc con gá lắp trên băng xích.
b) Động cơ truyền động phải có momen mở máy lớn để khắc phục
momen quán tính lớn của băng xích có gá các gàu xúc con, lực ma sát trong
thanh dẫn hướng và trong các ổ đỡ.
c) Hệ thống điều khiển truyền động điện phải đảm bảo quá trình mở máy
xảy ra êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ khá rộng (D= 10:1).
d) Hệ truyền động phải tạo ra đường đặc tính cơ với độ cứng phù hợp để
có thể giảm tốc độ quay của các gàu xúc khi phụ tải thay đổi, và bảo vệ quá tải
cho băng xích có gá các gàu xúc con một cách chắc chắn.
10-4. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu chính của máy xúc
1. Biểu đồ phụ ải của máy xúc một gàu thuận
Muốn xây dựng được biểu đồ phụ tải chính xác của các hệ truyền động
chính của máy xúc cần có các thông số sau:
- Thông số kỹ thuật của động cơ truyền động.
- Các tham số của mạch điều khiển.
- Mômen quán tính của cơ cấu quy đổi về trục động cơ trong các chế độ
làm việc khác nhau của hệ truyền động.
- Mômen cản tĩnh của các cơ cấu trong các chế độ làm việc khác nhau của
hệ truyền động.
Để tính chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động chỉ cần dựa trên biểu
đồ phụ tải tối giản của hệ truyền động trong đó chỉ tính đến mômen cản tĩnh của
cơ cấu, không tính đến mômen động của cơ cấu trong chế độ quá độ. Việc tính
toán chính xác các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các cơ cấu của máy
xúc là một vấn đề phức tạp. Bởi vậy, để tiến hành tính chọn công suất động cơ
truyền động các cơ cấu của máy xúc có thể sử dụng biểu đồ phụ tải gần giống
với biểu đồ phụ tải thực của các cơ cấu chính của máy xúc biểu diễn trên hình
10-5.
Chu trình làm việc của cơ cấu nâng - hạ gàu của máy xúc (h.10-5a) bao
15
5
155
H.10-5. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu chính của máy xúc một gàu - gàu thuận
gồm giai đoạn chính sau:
• t1: thời gian tăng tốc cho quá trình bắt đầu đào bốc đất đá
• t2: thời gian nâng tay gầu trong giai đoạn bốc xúc đất đá
• t3: thời gian dừng gầu sau lúc bốc xúc xong
15
6
156
• t4: thời gian giữ tay gầu cân bằng khi quay gầu về vị trí đổ tải
• t5: thời gian đổ tải, momen cảu động cơ giảm trong trình đổ tải
• t6: thời gian tăng tốc khi hạ gầu không xuống gương lò
• t7: thời gian hạ gầu với tốc độ không đổi
• t8: thời gian hãm gầu trước khi hạ gầu xuống gương lò
Từ biểu đồ phụ tải, ta rút ra kết luận sau:
- Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu làm việc dài hạn với hệ số tiếp
điện tương đối TĐ% = 100%.
- Trị số của mômen động cơ truyền động xác định bằng mômen cản tĩnh
của phụ tải, mômen cản tĩnh của cớ cấu nâng - hạ có tính thế năng.
Biểu đồ phụ tải của động cơ truyền động cơ cấu đẩy tay gàu được biểu diễn
trên hình 10-5b. Chu kỳ làm việc của cơ cấu đẩy tay gàu gồm các giai đoạn sau:
• t1: thời gian tăng tốc đưa tay gàu vào đất kết hợp với cơ cấu nâng
• t2: thời gian gàu đi lên để xúc đất đá
• t3: thời gian đảo chiều để lùi tay gầu
• t4: thời gian tay gàu di chuyển với tốc độ không đổi theo hướng đi lên
• t5: thời gian hãm tay gàu
• t6: thời gian nghĩ khi máy quay tay gàu về vị trí đổ tải
• t7: thời gian tăng tốc để đẩy tay gàu ra k.cách xa nhất để đổ tải
• t8: thời gian tăng tốc để đẩy tay gàu di chuyển với tốc độ không đổi
• t9: thời gian hãm khi di chuyển tay gàu
• t10: thời gian nghĩ khi đổ tải
• t11: thời gian tăng tốc để kéo tay gàu vào
• t12: thời gian kéo tay gàu vào với tốc độ không đổi
• t13: thời gian hãm tay gàu trước khi hạ tay gàu xuống đất
Biểu đồ phụ tải của động cơ truyền động cơ cấu truyền động cơ cấu quay
biểu diễn trên hình 10-5c
• t1: thời gian nghĩ khi gàu di chuyển vào đất đá
• t2: thời gian tăng tốc khi gàu đầy tải
• t3: thời gian quay tay gàu đầy tải với tốc độ không đổi
• t4: thời gian hãm
• t5: thời gian nghĩ khi đổ tải
• t6: thời gian tăng tốc để quay gàu không về vị trí bốc xúc
• t7: thời gian quay gàu không với tốc độ không đổi
• t8: thời gian hãm của cơ cấu quay
Trong một số trường hợp, để đơn giản trong việc tính toán, biểu đồ phụ tải
không tính đến chế độ động của hệ truyền động. Ví dụ như đối với cơ cấu đẩy
tay gàu có thể giả thiết rằng: M1 = M2 ; M3= M4 ; M4 = M5 ; M6= M7; M8 =M9 vàM10 = M11 . Cũng tương tự như vậy có thể xây dựng biểu đồ phụ tải tối giản cho
động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu.
2. Biểu đồ phụ tải của máy xúc gàu treo dây. (hình 10-6)
Biểu đồ phụ tải của cơ cấu kéo cáp gồm các giai đoạn sau (h.10-6a):
t1 - thời gian tăng tốc của động cơ truyền động để đưa gàu xúc xuốnggương lò.
t2 - thời gian bốc xúc.
15
7
157
t3 - thời gian kết thúc quá trình
bốc - xúc.
Biểu đồ phụ tải của động cơ
truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu
(h.10-6b)
t1- thời gian nghỉ trong khi cơ cấukéo gàu đi thực hiện quá trình bốc xúc;
t2 - thời gian tăng tốc của cơ cấunâng gàu khi gàu xúc bắt đầu rời khỏi
gương lò;
t3- thời gian nâng gầu với tốc độkhông đổi, đồng thời quay gầu về vị trí
đổ tải
t4- thời gian đổ tải;t5-thời gian hãm của cơ cấu đồngthời động cơ truyền động cơ cấu
đảochiều để hạ gàu xuống gương lò;
t6-thời gian hạ gàu xuống gương lòvới tốc độ không đổi, đồng thời quay
gàu theo hướng ngược lại.
H.10-6. Biểu đồ phụ tải của các cơ cấu
chính của máy xúc gàu treo trên dây
a) Cơ cấu kéo; b) Cơ cấu nâng - hạ
t7 - thời gian hãm của cơ cấu để đưa gàu vào gương lò.
Biểu đồ phụ tải của cơ cấu quay của máy xúc gàu treo trên dây tương
tự như của máy xúc một gàu - gàu thuận.
10-5. Tính chọn công suất động cơ truyền động các cơ cấu chính
củamáy xúc
Để tính chọn được công suất động cơ truyền động các cơ cấu của máy
xúc cần phải có các dữ kiện ban đầu sau đây:
- Sơ đồ động học của cơ cấu.
- Chế độ làm việc của máy xúc.
- Tốc độ di chuyển của cơ cấu.
- Thời gian của một chu trình làm việc của cơ cấu.
- Loại đất đá hoặc quặng và một số dữ kiện khác v.v
Tất cả các thông số trên có thể nhận được từ kích thước kết cấu của
máy xúc với năng suất (thể tích gàu xúc) xác định. Chế độ động của cơ cấu
trong quá trình làm việc như tăng tốc, hãm, thay đổi tốc độ ảnh hưởng rất đáng
kể đến năng suất của máy xúc.
Mômen quán tính của cơ cấu truyền lực trung gian có thể tính toán được
dựa trên sơ đồ động học của cơ cấu, còn mômen quán tính của động cơ chỉ tính
được sau khi đã chọn sơ bộ công suất động cơ. Bởi vậy để tính chọn
chính xác công suất động cơ, phải tiến hành theo các bước sau:
- Xây dựng biểu đồ phụ tải tối giản dựa trên các công thức (sẽ trình
bày sau) và xác định công suất cản tĩnh của động cơ.
- Tiến hành tính chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động (trong sổ
tay tra cứu) và xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên của động cơ truyền động.
15
8
158
- Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động cơ cấu
cho một chu trình làm việc có tính đến chế độ động của hệ truyền động.
- Kiểm tra động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng bằng phương pháp
dòng điện hoặc mômen đẳng trị.
- Kiểm tra động cơ theo khả năng quá tải.
Công suất của động cơ đã chọn phải qui đổi hệ số tiếp điện (TĐ%) phù
hợp với hệ sô tiếp điện quy chuẩn.
5-2 Động cơ truyền động cơ cấu nâng - hạ gàu của máy xúc gàu thuận.
Để xây dựng biểu đồ phụ tải cơ cấu - hạ gàu (hình 10-7) cần phải tính
mômen động cơ sinh ra khi thực hiện bốc xúc, nâng gàu đầy tải, đổ tải, hạ gàu
v.v Mômen của động cơ khi thực hiện bốc xúc đất đá được tính theo biểu thức
sau
.
.).5,0(
2 i
gRGGGGM tCtgg (N.m) (5-1)
Trong đó :
Gg-là khối lượng của gàu,kg;G - khối lượng đất đá trong gàu, kg;
Gtg- khối lượng của tay gàu, kg; Rt - bán kính của tay nâng, m;
i- tỷ số truyền từ động cơ đến cơ cấu bốc xúc;
η - hiệu suất của cơ cấu truyền lực;
g - gia tốc trọng trường, m/s2;
Gc- khối lượng tương ứng với sự tác động của lực cắt Fc, kg.
g
FG CC (kg) (5-2)
Khối lượng đất đá trong gàu tính theo biểu thức:
.1VG (kg) (5-3)
Trong đó:
V1 - thể tích đất đá chiếm chỗ trong gàu, m3
γ - khối lượng riêng của đất đá, kg/m3
V1= S.h.b (m3) (5-4)Trong đó:
 S - tiết diện cắt ngang của một lớp cắt, m2
h - chiều dài của một đường cắt,m;
b - hệ số tới, xốp của đất đá (0,6 ÷ 0,8).
Lực cắt được tính theo biểu thức sau:
41 10... h
bVfF C (N) (5-5)
Trong đó:
f - suất lực cản cắt của đất đá, N/cm2
Trị số của f phụ thuộc vào tính chất của đất đá, quặng và cơ cấu bốc
xúc của từng loại máy xúc.
15
9
159
Tốc độ nâng của gàu được chọn theo kinh nghiệm và phụ thuộc vào
năng suất của máy xúc. Đối với máy xúc có thể tích gàu xúc dưới 2m3, vg = (0,4
÷0,5)m/s; thể tích gàu xúc (2 ÷ 3)m3, vg = (0,5 ÷ 0,9)m/s và thể tích gàu xúc
từ (3 ÷ 6)m3, vg = (0,9 ÷ 1,6) m/s.
Mômen của động cơ khi gàu rời khỏi gương lò hoặc khi giữ gàu đầy
tải trên không được tính theo biểu thức:
.
.).5,0(
4 i
gRGGGM ttgg (N.m) (5-6)
Mômen động cơ khi hạ gàu không tải bằng:
.
.).5,0(
7 i
gRGGM ttgg (N.m) (5-7)
16
0
160
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trang bị điện – điện tử Máy công nghiệp dùng chung – Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ
Quang Hồi- Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Trang bị điện – điện tử Máy gia công kim loại – Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi-
Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Giáo trình Trang bị điện-Nguyễn Thị Bột – (Dùng nội bộ trong trường Cao đẳng Công
nghiệp và Xây dựng.
4. Giáo trình Trang bị điện-Nguyễn Văn Chất – Nhà xuất bản giáo dục