Giáo trình mô đun Bảo trì, sửa chữa hệ thống điều khiển thiết bị điện trên boong

CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẰNG HÀNG HẢI I

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: BẢO TRÌ,

SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ ĐIỆN TRÊN BOONG

NGHỀ: ĐIỆN TÀU THỦY

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm 201

của Hiệu trường Trường Cao đẳng Hàng hải I

Năm 201

1

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể

được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và

tham khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh

doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cꢀm.

2

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình bảo trì, sửa chữa hệ thống điều khiển thiết bị điện trên boong

được biên soạn theo đề cương chi tiết mô đun “Bảo trì, sửa chữa hệ thống điều

khiển thiết bị điện trên boong” cho hệ cao đẳng Điện tàu thủy Trường Cao đẳng

Hàng hải I.

Giáo trình này được dùng làm tài liệu giảng dạy cho giảng viên và học tập

của sinh viên Điện tàu thủy.

Khi biên soạn giáo trình, chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thúc

mới có liên quan đến môđun phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng

gắn những nội dung lý thuyết với những vꢀn đề thực tế, để giáo trình có tính

thực tiễn cao.

Nội dung của giáo trình được biên soạn với dung lượng 03 bài tương

đương với 60 giờ.

Trong quá trình biên soạn, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ của hội

đồng Sư phạm Trường Cao đẳng Hàng hải I trong việc hiệu đính và đóng góp

thêm nhiều ý kiến cho nội dung giáo trình.

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi hết khiếm khuyết.

Rꢀt mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng. Mọi góp ý xin được

gửi về địa chỉ: Khoa Điện - Điện tử; Trường Cao đẳng Hàng hải I; 498 Đà Nẵng

- Hải An - Hải Phòng.

Hải Phòng, ngày tháng năm 201

Chủ biên: KS. Ngô Doãn Nguộc

3

MỤC LỤC

L Ờ I GI Ớ I THI Ệ U .......................................................................................................3

MỤC LỤ C ....................................................................................................................4

Danh m ụ c hình v ẽ ........................................................................................................6

Nội dung mô đun :........................................................................................................7

BÀI 01: BẢO TRÌ, SỬA CHỮA HỆ THỐNG ..........................................................8

1. Khái quát chung ......................................................................................................8

1.1. Đặc đ i ể m. ......................................................................................................................................8

1.2. Ch ức năng .....................................................................................................................................9

1.3. Phân lo ạ i .......................................................................................................................................9

1.4. Nh ững ưu nhược điểm cơ bả n c ủ a thi ế t b ị làm hàng b ằng điệ n. ................................................10

2. Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị làm hàng tàu thủy. ..................................10

2.1. Năng suấ t làm hàng cao..............................................................................................................11

2.2. An toàn cho hàng hóa và thi ế t b ị ................................................................................................12

3. Những động cơ thường dùng trong hệ thống truyền động điện thiết bị làm

hàng.............................................................................................................................13

3.1. Động cơ điệ n m ộ t chi ề u...............................................................................................................13

3.2. Động cơ điệ n xoay chi ề u .............................................................................................................14

3.3. Các h ệ th ố ng truy ền động điệ n thi ế t b ị làm hàng hi ện nay và xu hướ ng phát tri ể n. ..................14

4. Đặc tính tải của động cơ điện trong thiết bị làm hàng.......................................15

4.1. T ờ i hàng m ộ t c ầ n.........................................................................................................................15

4.2. T ờ i hàng hai c ầ n c ầ n ...................................................................................................................17

4.3. Cần trục (cần cẩu).......................................................................................................................19

5. Bảo trì, sửa chữa hệ thống điện của thiết bị làm hàng ......................................20

5. 1. Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng làm hàng s ử d ụng động cơ điệ n rôto dây qu ấ n 3 t ốc độ ..................21

5. 2. Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng làm hàngs ử d ụng động cơ điệ n rôto dây qu ấ n 6 t ốc độ ...................24

6.1. Khái quát chun g ..........................................................................................................................28

6.2. Nghi ệ m thu h ệ th ố ng làm hàng tàu th ủ y ......................................................................................30

BÀI 02: BẢO TRÌ, SỬA CHỮA ..............................................................................33

1. Khái quát chung ....................................................................................................33

1.1. Đặc điể m .....................................................................................................................................33

1.2. Ch ức năng ...................................................................................................................................33

1.3. Phân lo ạ i .....................................................................................................................................33

4

1.4. Nh ững ưu nhược điểm cơ bả n c ủ a t ờ i neo b ằng điệ n. ................................................................34

2. Những yêu cầu cơ bản đối với tời neo tàu thủ y ....................................................35

3. Động cơ điện trong hệ thống truyền động điện cho tời ne o .................................35

3.1. Động cơ điệ n m ộ t chi ề u...............................................................................................................35

3.2. Động cơ điệ n xoay chi ề u .............................................................................................................36

4. Đặc tính tải của động cơ điện trong tời ne o ........................................................37

4.1. Quá trình th ả neo ........................................................................................................................37

4.2. Quá trình kéo neo ........................................................................................................................37

5. Bảo trì, sửa chữa hệ thống điện thiết bị tời neo ..................................................39

5.2. Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng t ờ i neo s ử d ụng động cơ điệ n rôto dây qu ấ n 5 t ố c độ .......................39

5. 2. Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng t ờ i neo s ử d ụng động cơ điệ n rôto l ồ ng sóc 3 t ốc đ ộ .......................42

6. Nghiệm th u .............................................................................................................48

6.1. Thành ph ầ n nghi ệ m thu ...............................................................................................................48

6.2. Quy trình nghi ệ m thu ..................................................................................................................48

BÀI 03: BẢO TRÌ, SỬA CHỮA HỆ THỐNG ........................................................51

1. Khái quát chung ....................................................................................................51

1.1. Đặc điể m .....................................................................................................................................51

1.2. Ch ức năng ...................................................................................................................................51

1.3. Phân lo ạ i .....................................................................................................................................51

2. Cấu trúc hệ thống tời quấn dây ...........................................................................52

2.1. Sơ đồ c ấ u trúc t ờ i qu ấ n dây ........................................................................................................52

2.2. Hình ả nh c ủ a t ờ i qu ấ n dâ y ..........................................................................................................53

3. Động cơ điện trong hệ thống truyền động điện cho tời quấn dây ........................53

3.1. Động cơ điệ n m ộ t chi ề u...............................................................................................................53

3.2. Động cơ điệ n xoay chi ề u .............................................................................................................54

4. Bảo trì, sửa chữa hệ thống điện thiết bị tời quấn dây ........................................55

4.1. Sơ đồ điều khiển hệ thống tời quấn dây sử dụng động cơ điện rôto dây quấn ............................55

4.2. Quy trình bảo trì, sửa chữa .................................................................................57

4.2.1. Sửa chữ a ...........................................................................................................57

5.Nghi ệ m thu ..............................................................................................................58

5. 1. Nghi ệ m thu l ắ p ráp, s ử a ch ữ a ....................................................................................................58

5.2. Nghi ệ m thu không t ả i ..................................................................................................................58

5.3. Nghi ệ m thu có t ả i ........................................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................60

5

Danh mục hình vẽ

Hình 1. 1. K ế t c ấ u c ủ a t ờ i hàng m ộ t c ầ n ................................................................................................15

Hình 1. 2. Đặ c tính t ả i c ủa động cơ nâng hàng trong hệ th ố ng t ờ i hàng m ộ t c ầ n .................................16

Hình 1. 3. K ế t c ấ u c ủ a t ờ i hàng hai c ầ n .................................................................................................17

Hình 1. 4. Đặ c tính t ả i c ủa động cơ trong h ệ th ố ng t ờ i hàng hai c ầ n ...................................................18

Hình 1. 5. Đặ c tính t ả i c ủa động cơ truyền độ ng trong c ầ n tr ụ c ...........................................................19

Hình 1. 6. Hình d ạ ng t ờ i hàng m ộ t c ần đượ c l ắp đặ t trên tàu bi ể n .......................................................20

Hình 1. 7. Hình d ạ ng c ầ n tr ục đượ c l ắp đặ t trên tàu bi ể n .....................................................................20

Hình 1. 8. Sơ đồ nguyên lý h ệ th ống điề u khi ển động cơ nâng hạ hàng 3 t ốc độ ..................................21

Hình 1. 9. Sơ đồ nguyên lý h ệ th ống điề u khi ển động cơ nâng hạ hàng 6 t ốc độ ..................................25

Hình 1. 10. Sơ đồ nguyên lý h ệ th ống điề u khi ển động cơ rôto lồ ng só c ...............................................32

Hình 2. 1. Hình d ạ ng bên ngoài h ệ th ố ng t ờ i neo ..................................................................................34

Hình 2. 2. Các giai đoạ n c ủ a quá trình kéo neo .....................................................................................38

Hình 2. 3. Gi ản đồ ph ụ t ải động cơ tờ i neo ............................................................................................39

Hình 2. 4 . Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng t ờ i neo rôto dây qu ấ n .................................................................40

Hình 2. 5 .................................................................................................................................................40

Hình 2. 6. Sơ đồ điề u khi ể n h ệ th ố ng t ờ i neo rôto l ồ ng sóc ...................................................................44

Hình 3. 1 . Sơ đồ c ấ u trúc c ủ a h ệ th ố ng t ờ i qu ấ n dây .............................................................................52

Hình 3. 2. Hình d ạ ng c ủ a t ờ i qu ấ n dâ y ..................................................................................................53

Hình 3. 3 .Sơ đồ nguyên lý h ệ th ống điề u khi ển động cơ tờ i qu ấ n dây 4 t ốc độ .....................................55

6

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Bảo trì, sửa chữa hệ thống điều khiển thiết bị điện trên boong

Mã mô đun: MĐ.6520228.25

Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết 20 giờ; Thực hành, thí nghiệm.

thảo luận, bài tập: 36 giờ; Kiểm tra: 04 giờ)

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí: Mô đun được bố trí sau khi học xong môn học máy điện, môđun

Bảo trì, sửa chữa khí cụ điện; Bảo trì, sửa chữa động cơ điện không đồng bộ ba pha.

- Tính chꢀt: Môđun nghiên cứu về bảo trì, sửa chữa thiết bị điện trên

boong trong thực tế.

- Ý nghĩa và vai trò của mô đun:

+ Trang bị kiến thức cho người học về bảo trì sửa chữa hệ thống điều

khiển thiết bị điện trên boong;

+ Tạo kỹ năng nghề nghiệp cho người học.

Mục tiêu của mô đun:

- Về kiến thức: Trình bày được nguyên lý hệ thống điều khiển thiết bị

điện trên boong;

+ Hệ thống điều khiển động cơ thiết bị làm hàng;

+ Hệ thống điều khiển động cơ điện tời neo;

+ Hệ thống điều khiển động cơ điện tời quꢀn dây.

-Vềkỹnăng: Bảo trì, sửachữađượchệthốngđiềukhiểnthiết bịđiện trênboong;

+ Hệ thống điều khiển động cơ thiết bị làm hàng;

+ Hệ thống điều khiển động cơ điện tời neo;

+ Hệ thống điều khiển động cơ điện tời quꢀn dây.

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có kiến thức tổng hợp về hệ thống

điều khiển cho thiết bị điện trên boong. Có ý thức kỷ luật tốt, tuân thủy các quy

trình bảo trì, sửa chữa máy điện, thiết bị điện tàu thủy.

Nội dung mô đun:

7

BÀI 01: BẢO TRÌ, SỬA CHỮA HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ LÀM HÀNG

Mã bài: MĐ.6520228.25.01

Giới thiệu:

Nhằm khai thác hệ thống thiết bị làm hàng một cách an toàn hiệu quả và

luôn ở chế độ sẵn sàng hoạt động. Công việc bảo trì, sửa chữa hệ thống điều

khiển là rꢀt quan trọng trong hệ thống điều khiển thiết bị làm hàng dưới tàu biển.

Mục tiêu:

- Trình bày được khái quát chung của thiết bị làm hàng dưới tàu biển;

- Trình bày được nguyên lý làm việc của mạch điều khiển cho động cơ

điện cho thiết bị làm hàng;

- Bảo trì, sửa chữa được mạch điều khiển cho động cơ điện cho thiết bị

làm hàng;

- Kiểm tra, nghiệm thu được hệ thống thiết bị làm hàng sau khi lắp đặt và

sửa chữa;

- Đảm bảo an toàn và hiệu quả khi bảo trì, sửa chữa.

Nội dung chính:

1. Khái quát chung

1.1. Đặc điểm.

Thiết bị làm hàng thuộc nhóm phụ tải quan trọng ảnh hưởng đến tính kinh tế

khai thác của con tàu. Công suꢀt của thiết bị làm hàng chiếm tới 50- 70% công suꢀt

của trạm phát điện. Thiết bị làm hàng hoạt động ở chế độ ngắn hạn lặp lại và có

công suꢀt lớn cho nên chế độ khi khởi động ảnh hưởng đến trạng thái hoạt động

của lưới điện do vậy cần phải có biện pháp cải thiện quá trình quá độ cho thiết bị

làm hàng. Thiết bị làm hàng trên tàu thuỷ có hai loại gồm: tời hàng và cần trục.

Tời hàng là thiết bị bốc xếp được sử dụng rộng rãi trên các tàu có tải trọng

lớn và chạy đường dài. Tời hàng có những ưu điểm như: Khả năng quá tải lớn,

tầm với không hạn chế, có thể làm việc an toàn ngay cả khi tàu bị nghiêng. Tuy

nhiên, tời hàng cũng có những nhược điểm sau: thời gian chuẩn bị để đưa hệ

thống vào làm việc lớn, khả năng sẵn sàng làm việc thꢀp, hệ thống cồng kềnh.

Cần trục thường được sử dụng nhiều trên các tàu có trọng tải nhỏ hoặc

trung bình chạy trên các tuyến đường ngắn. Thiết bị này có ưu nhược điểm: khả

năng sẵn sàng làm việc cao, tầm với bị hạn chế, làm việc không an toàn khi tàu

bị nghiêng quá 5⁰, khả năng quá tải kém.

8

Để tận dụng các ưu điểm và hạn chế các nhược điểm của tời hàng và cần

trục, các nhà thiết kế đã chế tạo ra một thiết bị làm hàng được gọi là tời đơn.

Đây là loại tời có một móc và cần có thể quay được. Loại tời này hiện đang

được sử dụng rộng rãi trên các đội tàu của thế giới. Tải trọng của tời hàng và cần

trục trên tàu thuỷ thường có các cỡ: 1,2 tꢀn; 2,5 tꢀn; 5 tꢀn; 10 tꢀn; 15 tꢀn v.v…

1.2. Chức năng

Chức năng cơ bản của thiết bị làm hàng là bốc xếp hàng hóa từ tàu lên bờ

và ngược lại. Ngoài ra thiết bị làm hàng có thể sử dụng đóng mở lắp hầm hàng,

thu thả dây cáp.

1.3. Phân loại.

Trên tàu thuỷ, tời được dùng rꢀt nhiều với các mục đích khác nhau như:

Tời hàng dùng để xếp dỡ hàng hóa, tời lái để thu thả dây cáp trong quá trình

điều động tàu, tời nâng hạ cầu thang, tời nâng hạ xuồng cứu sinh,… Tuy khác

nhau về mục đích sử dụng nhưng chúng đều thực hiện các chức năng nâng hạ

hoặc thả, kéo.

1.3.1. Theo mục đích sử dụng

- Tời hàng và cần trục: Đây là các thiết bị được sử dụng rộng rãi trên tàu

vận tải. Chúng thực hiện chức năng bốc xếp hàng hóa từ tàu lên bờ hoặc ngược

lại hay bốc xếp hàng hóa giữa hai tàu với nhau khi đang neo đậu trên vịnh, trên biển.

- Máy nâng: Dùng để nâng hạ và di chuyển hàng hóa ở các kho bãi hoặc

di chuyển, bốc xếp các thiết bị, chi tiết máy trong buồng máy tàu thuỷ.

- Nhóm tời thông dụng: Tời nâng hạ cầu thang, tời nâng hạ xuồng cứu

sinh, tời sau lái…

- Nhóm tời đặc biệt: Là các loại tời được trang bị trên các tàu cứu hộ, tàu

đánh cá, tàu nghiên cứu biển .v.v…

1.3.2. Theo chức năng của hệ thống truyền động điện

- Cơ cꢀu nâng hạ.

- Cơ cꢀu quay mâm.

- Cơ cꢀu thay đổi tầm với.

1.3.3. Theo hệ thống truyền động của truyền động điện

- Truyền động điện cơ: Đơn giản trong chế tạo, có hiệu suꢀt sử dụng

chung của toàn hệ thống cao (khoảng 0.79  0.9).

- Truyền động điện thuỷ lực: Dạng truyền động điện này đang được sử

dụng ngày càng rộng rãi cho nhóm máy phụ trên boong. Chúng có các ưu điểm

9

nổi bật sau: Cho phép sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc một tốc độ

làm động cơ thực hiện, có thể điều khiển ở phần thuỷ lực …

1.3.4. Theo chế độ công tác

- Công tác ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Tời hàng, cần trục, tời lai tự động…

- Công tác ở chế độ ngắn hạn: Tời nâng hạ xuống, tời nâng hạ cầu thang.

1.3.5. Theo hệ thống cấp nguồn:

Lꢀy nguồn từ lưới điện trực tiếp hay từ máy phát riêng.

1.3.6. Theo hệ thống điều khiển

Điều khiển bằng tay khống chế hoặc tay điều khiển kết hợp với trạm từ.

1.4. Những ưu nhược điểm cơ bản của thiết bị làm hàng bằng điện.

Ngày nay, khi mức độ điện khí hoá và tự động hoá ngày càng phát triển

thì tời hàng và cần trục sử dụng động cơ hơi nước và động cơ diezen đã như

không còn được sử dụng nữa, thiết bị làm hàng bằng điện có những ưu điểm cơ

bản sau:

- Tính kinh tế cao: hiệu suꢀt của động cơ điện cao hơn rꢀt nhiều so với

máy hơi nước (0.7  0.9 so với 0.15  0.2). Năng lượng điện dễ dàng chuyển tải

đi xa mà không gây ra tổn hao đáng kể.

- Dễ dàng thực hiện các quá trình điều khiển tự động, điều khiển từ xa,

giải phóng người lao động khỏi những lao động đơn điệu, nặng nhọc.

- Không gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc, vệ sinh công nghịêp

được đảm bảo. Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm chúng ta còn phải kể đến

một số các nhược điểm sau: Có khả năng gây ra cháy nổ do trong quá trình làm

việc có xuꢀt hiện tia lửa điện, giá thành ban đầu cao.

2. Những yêu cầu cơ bản đối với thiết bị làm hàng tàu thủy.

Yêu cầu cao nhꢀt đối với thiết bị làm hàng tàu thuỷ là rút ngắn thời gian

bốc xếp hàng hoá tại bến Cảng. Như chúng ta đã biết, ngày nay các nhà máy

đóng tàu đã cho ra đời những con tàu có tốc độ khá cao (có thể đạt tới 25  30

hải lý trên một giờ). Với tốc độ hành trình lớn như vậy, thời gian quay vòng của

con tàu phụ thuộc chủ yếu vào thời gian bốc xếp hàng hóa ở các đầu bến. Rõ

ràng, muốn nâng cao tính kinh tế của vận tải đường biển ta phải tìm cách rút

ngắn thời gian bốc xếp hàng hóa. Muốn thế, ngoài những yêu cầu kỹ thuật

chung cho các hệ thống truyền động điện như ta đã biết, thiết bị làm hàng tàu

thuỷ phải đáp ứng được hai yêu cầu rꢀt quan trọng sau:

10

2.1. Năng suất làm hàng cao.

Để thoả mãn yêu cầu năng suꢀt làm hàng cao, thiết bị làm hàng phải được

tính toán lựa chọn theo các yếu tố sau:

- Đảm bảo đủ tốc độ nâng hạ hàng khi tải là tải định mức: Trước hết ta

cần biết rằng, truyền động điện thiết bị làm hàng có chế độ công tác là chế độ

ngắn hạn lặp lại (tuỳ theo từng cơ cꢀu mà hệ số ngắn hạn lặp lại có thể là 25%

hoặc 40%). Như vậy, trong một chu kỳ công tác, thường xuyên xảy ra trạng thái

đóng mở máy. Mặc khác, quãng đường mà hàng hóa di chuyển ở từng giai đoạn

của chu kỳ làm hàng thường không lớn. Vì vậy, khi tải của hệ thống là tải định

mức ta cần lựa chọn được một tốc độ nâng hạ hàng hợp lý nhꢀt. Vì quãng đường

di chuyển ngắn lại thường xuyên xảy ra các quá trình hãm, gia tốc, khởi động,…

việc lựa chọn tốc độ lớn sẽ không phát huy được tác dụng. Mặt khác, khi chọn

tốc độ lớn sẽ làm tăng trọng lượng và kích thước của hệ thống. Ngược lại, nếu

chọn tốc độ quá thꢀp thì thời gian của một chu kỳ bốc xếp sẽ tăng làm giảm

năng suꢀt bốc xếp hàng.

Theo tài liệu của các hàng đóng tàu, tốc độ nâng hạ hàng với tải định mức

thường bằng (0,2  1,1) m/s tức là (12  60) m/ph (Theo tài liệu của Liên Xô cũ)

hoặc (1,5  2,0) m/s tức là (90  120) m/ph (Theo tài liệu của các nhà máy đóng

tàu của Mỹ).

Mặt khác, khi lựa chọn tốc độ nâng hạ hàng với tải định mức ta còn cần

phải chú ý đến yếu tố an toàn của hàng hóa. Việc lựa chọn tốc độ phải tính tới sự

gia tốc bình thường để không gây ta xung lực lớn, đột ngột ở dây cáp và các bộ

phận cơ khí của cơ cꢀu truyền động.

- Hệ thống phải có khả năng thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng, tạo được

tốc độ cao khi không tải hoặc khi tải nhẹ.

Khi nghiên cứu một chu kỳ làm hàng của tời hàng hay cần trục ta thꢀy tải

của hệ thống không phải là một giá trị cố định. Vì vậy, nếu ta gọi tốc độ nâng hạ

hàng với tải định mức là V_đ.mthì hệ thống cần phải có những cꢀp tốc độ trung

gian khác phù hợp với từng trạng thái của tải.

Chúng ta có thể tham khảo tài liệu của các nhà máy đóng tàu. Sau đây là

một ví dụ:

+) Tốc độ nâng hạ hàng toàn tải: V_đm

+) Tốc độ nâng hạ hàng bằng 1/2 tải định mức : (1,5  1,7)V_đm

+) Tốc độ nâng hạ móc không: (3  3,5) V_đ.m

11

Tuỳ theo cꢀp tàu và khả năng tải của hệ thống, người thiết kế cần lựa chọn

tốc độ cho phù hợp.

Mặt khác, để nhꢀc thử hàng, đặt hàng chạm đꢀt và đưa hàng vào hầm tàu

một cách chính xác, an toàn, hệ thống, cần thiết phải có một tốc độ thật thꢀp.

Tốc

độ này phụ thuộc vào độ cao đặt hàng chạm đꢀt.

- Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ: Ta đã biết tời hàng và cần trục

làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, thường xuyên xảy ra các quá trình khởi động,

hãm đối với động cơ điện (theo thống kê, số lần khởi động, hãm có thể lên tới

500 lần/giờ). Vì vậy, việc rút ngắn thời gian quá độ có ý nghĩa to lớn trong việc

nâng cao năng suꢀt làm hàng. Để rút ngắn thời gian quá độ người ta có thể thực

hiện các biện pháp sau:

Chọn những động cơ điện có mômen khởi động lớn: Chế tạo những động

cơ chuyên dùng có mômen quán tính nhỏ bằng cách giảm đường kính của rôto

đồng thời tăng chiều dài của rôto để giữ cho công suꢀt của động cơ không đổi.

Chọn động cơ thực hiện của hệ thống là những động cơ có tốc độ không

quá lớn. Ta thường chọn những động cơ có tốc độ không lớn hơn 1000

vòng/phút. Việc chọn động cơ có tốc độ không lớn ngoài mục đích nhằm giảm

quán tính của các phần quay còn làm giảm bớt các cơ cꢀu truyền động trung

gian, tăng hiệu suꢀt chung của toàn hệ thống.

2.2. An toàn cho hàng hóa và thiết bị.

An toàn cao cho con người, hàng hóa và thiết bị cũng là yêu cầu được các

nhà thiết kế hết sức coi trọng. Người điều khiển hệ thống phải được bố trí ở vị trí

thích hợp, thuận tiện cho việc quan sát, có thể phòng ngừa được các tai nạn do

đứt cáp, rơi hàng,… gây ra. Để bảo đảm an toàn cho hàng hóa, thiết bị, hệ thống

phải có độ bền cơ học cao, hoạt động nhịp nhàng, không gây ra xung lực đột

ngột trên dây cáp và các cơ cꢀu truyền động. Cần phải có các ngắt cuối, ngắt

hành trình … để tự động ngừng hoạt động của hệ thống khi có những sai phạm

trong điều khiển, vận hành hệ thống. Cụ thể, với cần trục, ở cơ cꢀu nâng hạ hàng

phải có thiết bị bảo vệ móc chạm đỉnh cần, bảo vệ sức căng tối đã, sức căng tối

thiểu trên dây cáp bảo vệ quá tốc độ khi hạ hàng. Ở cơ cꢀu nâng hạ cần phải có

thiết bị bảo vệ góc nâng cần tối đa và góc hạ cần tối thiểu, bảo vệ móc chạm

đỉnh cần …

Ngoài hai yêu cầu chính đã được phân tích ở trên, thiết bị làm hàng tàu

thuỷ còn cần phải đáp ứng các yêu cầu khác như: hệ thống cần có tính kinh tế

cao trong thiết kế, chế tạo và sử dụng. Thuận tiện cho việc bảo quản, bảo dưỡng,

12

sửa chữa. Với tời hàng và cần trục, tải của chúng liên tục thay đổi, thời gian làm

việc với tải nhỏ chiếm một lượng lớn trong chu kỳ xếp dỡ. Khi tải thay đổi thì

hiệu suꢀt truyền của bộ truyền động cơ khí và hệ số cos của lưới điện bị thay

đổi. Vì vậy, động cơ thực hiện trong hệ thống tời hàng và cần trục phải được chế

tạo đặc biệt để sao cho cos và hiệu suꢀt ít thay đổi khi tải thay đổi trong phạm

vi rộng.

Mặt khác, hệ thống phải được lắp đặt chắc chắn, kết cꢀu đơn giản, kích

thước và trọng lượng nhỏ, giá thành hạ,…

3. Những động cơ thường dùng trong hệ thống truyền động điện thiết bị

làm hàng.

3.1. Động cơ điện một chiều.

Truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều tỏ ra có nhiều ưu điểm,

phù hợp với các yêu cầu của thiết bị làm hàng. Chúng có khả năng điều chỉnh

tốc độ trong phạm vi rộng, có khả năng tạo ra được nhiều đường đặc tính trung

gian bằng cách thay đổi các tham số của mạch kích tử và mạch động lực. Sau

đây ta nghiên cứu cụ thể các ưu nhược điểm của từng loại động cơ điện một chiều:

3.1.1. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có khả năng tự thay đổi được tốc

độ quay khi tải của hệ thống thay đổi. Đặc tính cơ của động cơ mềm, có dạng

đường cong công suꢀt không đổi (Mn = const). Vì vậy, công suꢀt của động cơ

luôn được khai thác tối ưu. Động cơ có mômen khởi động lớn, gia tốc nhanh. Ta

biết rằng, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có mômen quay tỷ lệ với bình

phương của dòng điện tải và khi khởi động: I_Kđ= (2  2,5) I_đ.m. Vậy, nhờ có giá

trị dòng khởi động lớn mà mômen khởi động có giá trị lớn, động cơ nhanh

chóng được gia tốc. Mặt khác, cùng một mômen tải, dòng tải ở loại động cơ này

có giá trị nhỏ hơn.

Cùng với ưu điểm nêu trên, động cơ một chiều kích từ nối tiếp cũng có

những nhược điểm sau: Khi không tải hay nhẹ tải, tốc độ truyền động của hệ

thống có xu hướng tăng quá lớn, có thể đến (5  6)n_đ.m. Việc điều chỉnh tốc độ bị

hạn chế và khó thực hiện do phải thay đổi các tham số ở mạch động lực.

3.1.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song.

Động cơ điện một chiều kích từ song song dễ dàng thực hiện việc điều

chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi dòng điện trong mạch kích từ. Mặt khác, với

phương pháp điều chỉnh này tính kinh tế được nâng cao bởi tổn hao năng lượng

trong quá trình điều chỉnh là không đáng kể. Trọng lượng, kích thước của thiết

bị điều chỉnh nhỏ, gọn. Đặc tính cơ của động cơ này thuộc loại cứng, tốc độ sẽ ít

13

thay đổi khi tải của hệ thống thay đổi. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là không

có khả năng tự điều chỉnh tốc độ khi tải thay đổi, khả năng quá tải kém. Trong

thực tế, loại động cơ này thường được dùng làm động cơ thực hiện của thang

máy hoặc đôi khi dùng làm động cơ thực hiện trong cơ cꢀu quay mâm của cần trục.

3.1.3. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp, loại động cơ này kết hợp được

ưu điểm của hai loại động cơ trên. Chúng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống

truyền động điện thiết bị làm hàng. Để điều chỉnh tốc độ người ta có thể thực

hiện bằng cả hai phương pháp: Thay đổi từ trường kích từ và thay đổi điện trở

phụ ở mạch phần ứng.

Để tăng khả năng ổn định tốc độ khi hạ hàng, đôi khi người ta thay đổi

cách đꢀu để chuyển dộng cơ kích từ hỗn hợp thành động cơ kích từ song song.

Trong trường hợp như vậy, cuộn kích từ nối tiếp được mắc nối tiếp với một điện

trở phụ và được mắc song song với phần ứng của động cơ.

3.2. Động cơ điện xoay chiều.

Ở các hệ thống truyền động điện thiết bị làm hàng dùng nguồn xoay chiều

người ta thường dùng loại động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc có ba cꢀp

tốc độ. Đây là loại động cơ chuyên dùng được chế tạo đặc biệt. Động cơ loại này

được xem như hai động cơ ghép lại với nhau. Trong đó tốc độ thứ nhꢀt dùng

một cuộn dây riêng rẽ với rôto riêng. Rôto này thường là loại lồng sóc rãnh sâu

hoặc lồng sóc kép nhằm mục đích hạn chế dòng điện khởi động cho động cơ.

Tốc độ thứ hai và thứ ba được tạo ra bằng cách thay đổi cách đꢀu dây của cuộn

dây stato thứ hai. Việc tạo ra các cꢀp tốc độ khác nhau được thực hiện bằng cách

thay đổi số đôi cực của cuộn dây stato của động cơ. Tời hàng từ 3 tꢀn đến 5 tꢀn

của hãng SIEMENS sử dụng động cơ không động bộ 3 cꢀp tốc độ có 2P =

4/8/32.

Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ được sử dụng rộng rãi

trong thiết bị làm hàng vì nó có cꢀu tạo đơn giản, đáp ứng tương đối tốt các yêu

cầu về tốc độ. Có trọng lượng và kích thước nhỏ hơn động cơ điện một chiều có

cùng công suꢀt. Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ không láng, mômen khởi

động nhỏ hơn so với động điện một chiều.

3.3. Các hệ thống truyền động điện thiết bị làm hàng hiện nay và xu hướng phát

triển.

Ngày nay, cùng với sự mꢀt đi của trạm phát điện một chiều, trên tàu thuỷ

ta thường gặp các thiết bị làm hàng sử dụng động cơ điện xoay chiều. Những

năm trước đây khi công nghiệp điện từ, bán dẫn chưa phát triển, có hai huớng

14

phát triển cho thiết bị làm hàng. Hướng thứ nhꢀt sử dụng động cơ không đồng

bộ rôto lồng sóc nhiều tốc đồ. Điều khiển hệ thống thực hiện bằng tay điều khiển

kết hợp với trạm từ. Hướng này tồn tại trong ngành đóng tàu của các nước Đông

và Tây âu mà dꢀu vết còn lại ở đội tàu của Nga, Ba Lan, Đức, Anh là ví dụ.

Hướng thứ hai, sử dụng động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc một tốc độ

làm động cơ thực hiện trong thiết bị làm hàng thuỷ lực. Điều khiển hệ thống

hoàn toàn nhờ thuỷ lực qua hệ thống van cơ khí. Hướng này, phát triển mạnh

trong ngành đóng tàu của Nhật Bản. Tời hàng, cần trục thuỷ lực tỏ ra có nhiều

ưu điểm. Hệ thống có thể sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc một tốc

độ để lại một bơm (nếu là tời hàng) hoặc ba bơm đồng thời (nếu là cần trục).

Quá trình đảo chiều, thay đổi tốc độ…

không phải tác động vào động cơ thực hiện mà tác động vào hệ thống điều khiển,

vì vậy tự động hoá cho hệ thống này khó thực hiện, thiết bị cồng kềnh.

4. Đặc tính tải của động cơ điện trong thiết bị làm hàng.

4.1. Tời hàng một cần.

4.1.1. Đặc điểm của tời hàng một cần.

Hình 1. 1. Kết cấu của tời hàng một cần

15

Đặc điểm của tời hàng này là dùng một cần cho hoạt động nâng hàng, hạ

hàng. Quá trình hoạt động của tời hàng một cần như sau:

Đặt cần ở một vị trí trên hầm hàng. Động cơ nâng kéo hàng tới một độ

cao nhꢀt định, hàng dừng lại và treo trên móc. Giữ hàng bằng bộ hãm ma sát đặt

trên trục động cơ. Sau đó hàng được quay sang mạn bằng hai dây (một dây nới

và một dây thu lại). Cần quay được do đặt trên ổ bi gắn trên cột sau khi cần đạt

tới một vị trí yêu cầu, hai dây dừng lại. Động cơ nâng thả hàng xuống, hàng

được lꢀy ra khỏi móc, móc được nâng lên, cần quay về chỗ cũ bằng hai dây quay

cần, bắt đầu một chu kỳ làm việc mới. Tꢀt cả các động tác này chỉ do một người

điều khiển.

4.1.2. Đồ thị tải của của động cơ điện trong tời hàng một cần

Hình 1. 2. Đặc tính tải của động cơ nâng hàng trong hệ thống tời hàng một cần

M - mômen tĩnh của động cơ khi nâng hàng; M -mômen tĩnh động cơ khi hạ

1

2

hàng; M - mômen tĩnh động cơ khi nâng móc không; M - mômen tĩnh động cơ

3

4

khi hạ móc không; T - thời gian của 1 chu kỳ làm hàng; t , t , t , t , - thời gian

1 3 5 7

làm việc của tời; t - thời gian quay cần (từ tàu lên cầu cảng hoặc ngược lại); t

2

4

- thời gian giải phóng hàng khỏi móc; t - thời gian đưa móc không về vị trí lấy

6

hàng; t - thời gian móc hàng.

8

16

Mômen trên trục động cơ được coi là (+) khi có chiều trùng với chiều quay

của động cơ và là (-) khi có chiều ngược với chiều quay của động cơ (động cơ ở

chế độ hãm).

4.2. Tời hàng hai cần cần

4.2.1. Đặc điểm của tời hàng hai cần

Đặc điểm của tời hàng này là dùng hai cần cho hoạt động nâng hàng, hạ

hàng và di chuyển hàng. Quá trình hoạt động của tời hàng hai cần như sau:

Khi hàng đã được móc vào móc. Động cơ tời 1 nâng kéo hàng, động cơ

tời 2 thu dây cho tới một độ cao nhꢀt định, động cơ tời 1 xông dây, động cơ tời 2

thu dây, hàng được chuyển sang động cơ tời 2. Sau đó hàng được hạ bằng cả 2

động cơ tời 1 và tời 2. Hàng được lꢀy ra khỏi móc, sau đó móc không được nâng

lên và chuyển từ tời 2 sang tời 1, sau đó móc được hạ xuống để móc hàng. Khi

hàng đã được móc vào móc lại bắt đầu một chu kỳ làm việc mới, tꢀt cả các động

tác này chỉ do một người điều khiển.

Hình 1. 3. Kết cấu của tời hàng hai cần

17

4.1.2. Đồ thị tải của của động cơ điện trong tời hàng hai cần

Hình 1. 4. Đặc tính tải của động cơ trong hệ thống tời hàng hai cần

- M M ’: mômen của động cơ của tời 1 và tời 2 ở chế độ nâng hàng;

,

1

- M

mômen động cơ ở chế độ chuyển hàng từ cần 1 sang cần 2;

mômen động cơ ở chế độ hạ hàng của tời 1 và tời 2;

₂, M₂’:

3, M₃’:

mômen động cơ ở chế độ nâng móc không của tời 1 và tời 2;

mômen động cơ ở chế độ chuyển móc không của tời 1 và tời 2;

mômen động cơ ở chế độ hạ móc không của tời 1 và tời 2.

₄,M₄’:

₅,M₅’:

- M

₆,M₆’:

T: thời gian của 1 chu kỳ làm hàng

-

- t thời gian nâng hàng tời 1 (tời 2 làm việc không tải - thu cáp);

1:

- t thời gian dịch chuyển hàng từ bờ xuống tàu (tải chuyển dần từ tời 1 sang

2:

tời 2);

- t thời gian hạ hàng xuống hầm tàu của tời 2;

3:

- t thời gian tháo móc ra khỏi hàng;

4:

- t - thời gian nâng móc không tời 2, tời 1 thu dây chùng;

5

- t thời gian chuyển móc không từ hầm hàng sang cầu cảng;

6:

- t thời gian hạ móc không tời 1, tời 2 xông dây để giữ móc thẳng đứng;

7:

18

- t thời gian móc hàng.

8:

Phụ thuộc vào độ cao nâng và hạ hàng chu kỳ công tác của tời có thể như

nhau hoặc khác nhau. Nhưng chu kỳ cho mỗi tời là cố định.

4.3. Cần trục (cần cẩu).

4.3.1. Đặc điểm của cần trục.

Để truyền động cho cần trục có 3 động cơ như sau: Động cơ nâng hạ

hàng; Động cơ quay cần (quay mâm cẩu); Động cơ nâng hạ cần để thay đổi tầm với.

Nguyên tắc hoạt động của cần cẩu:

Đầu tiên động cơ nâng hàng làm việc, hàng được nâng lên đến độ cao cần

thiết thì dừng lại. Lúc này động cơ quay cần làm việc. Khi cần quay đến vị trí

cần thiết thì hàng được hạ xuống, động cơ tạo ra mô men âm để hãm nhằm giữ

cho hàng hóa được hạ với tốc độ ổn định và an toàn. Cùng lúc này động cơ thay

đổi tầm với có thể làm việc. Sau đó cả 3 động cơ nghỉ để tháo hàng ra. Sau khi

tháo hàng, động cơ nâng hàng kéo móc lên, động cơ quay cần làm việc, quay

cần tới nơi cần thiết, móc được hạ xuống (vì móc nhẹ nên động cơ phải tạo ra

mô men thả móc), sau khi móc hàng, một chu kỳ mới bắt đầu.

4.3.1. Đặc tính tải của động cơ điện truyền động trong cần trục

Hình 1. 5. Đặc tính tải của động cơ truyền động trong cần trục

19

Hình 1. 6. Hình dạng tời hàng một cần được lắp đặt trên tàu biển

Hình 1. 7. Hình dạng cần trục được lắp đặt trên tàu biển

20

Giáo trình mô đun Bảo trì, sửa chữa hệ thống điều khiển thiết bị điện trên boong - Nghề: Điện tàu thủy