ĐỒ án tốt NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH tự ĐỘNG hóa thiết kế hệ thống TBĐ tự động hóa cho thang máy 10 tầng

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Điện chiếu sáng dự p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCNTN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-o0o -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA

Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống TBĐ – Tự động hóa cho thang máy 10 tầng ”

NỘI DUNG ĐỒ ÁN:

I Nội dung thuyết minh

Chương I: Tổng quát về thang máy

Chương II: Phân tích và lựa chọn hệ thống truyền động điện

Chương III: Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy

Chương IV: Chương trình và thuật toán điều khiển

Chương V: Thuyết minh

II Bản vẽ

1 Bản vẽ mạch động lực và bảng điều khiển

2 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý khối điều khiển

3 Bản vẽ mô tả thuật toán hàm Logic và công nghệ

Thái Nguyên, Ngày…Tháng…Năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp

đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến thầy giáo ĐỖ Trung Hải, giảng

viên khoa Điện, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá

trình thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống TBĐ – Tự động hóa cho thang máy 10 tầng”

Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Tự động hóa xí nghiệp Công Nghiệp nói riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, chúng em xin trân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Thái Nguyên, Ngày…Tháng…Năm 2021

Trưởng nhóm

TRẦN NGỌC KIÊN

Hoàng Văn Sự

MỤC LỤC

MỤC LỤC 5

CHƯƠNG I: 7

TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 7

1.1 Giới thiệu chung 7

1.2 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy 14

1.3 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố 16

1.4 Dừng chính xác buồng thang 14

1.5 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ thang máy 20

CHƯƠNG II: 24

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 24

2.1 Các hệ truyền động thang máy 24

2.2 Giới thiệu các động cơ và các hệ truyền động 29

2.3 Các hệ truyền động điều khiển thang máy dừng động cơ KĐB ba pha 33

2.4 Các hệ thống khống chế và điều khiển thang máy 33

2.5 Các phương án truyền động cho thang máy 38

CHƯƠNG III: 41

THIẾT KẾ HỆ THỐNG 41

3.1 Chọn động cơ 41

3.2 Phân tích và chọn biến tần 42

3.3 Phân tích và chọn PLC 60

3.4 Các thiết bị cơ bản 70

CHƯƠNG 4 75

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 75

4.1 Thiết kế mạch điều khiển 75

4.2 Lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển 81

CHƯƠNG 5 88

THUYẾT MINH NGUYEN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 75

5.1 Thiết kế nguyên lý hệ thống 75

5.2 Một số hiện thượng thường gặp 89 89

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 Giới thiệu chung

a Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu v.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với

phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v Tuy nhiên số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tác

an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn

b Lịch sử phát triển thang máy

Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS; Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử dụng của hãng OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đứng bằng tay, tốc độ di

chuyển của cabin thấp

Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPON, ELEVATOR, .(Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý) đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn

Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 7.5m/s, những thang máy chở hàng đã có tải trọng tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này cũng có các thang máy thuỷ lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 10m/s Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính

Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc

độ đạt tới 12.5 m/s và các thang máy có các tính năng kỹ thuật khác

Như đã trình bày ở trên, trước đây thang máy ở Việt Nam đều do Liên Xô cũ

và một số nước Đông Âu cung cấp Chúng được sử dụng để vận chuyển trong công nghiệp và chở người trong các nhà cao tầng Tuy nhiên số lượng còn rất khiêm tốn Trong những năm gần đây, do nhu cầu thang máy tăng mạnh, một số hãng thang máy đã ra đời nhằm cung cấp, lắp đặt thiết bị thang máy theo hai hướng là:

+ Nhập thiết bị toàn bộ của các hãng nước ngoài, thiết bị hoạt động tốt, tin cậy Nhưng với giá thành rất cao

+ Trong nước tự chế tạo phần điều khiển và một số phần cơ khí đơn giản khác Các hệ thống thang máy truyền động bằng động cơ điện hiện đại phổ biến là dùng kỹ thuật vi xử lý kết hợp với điều khiển vô cấp tốc độ động cơ điện

c Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích của từng công trình

c.1 Phân loại theo chức năng

+ Thang máy chở người:

Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung

bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn

+ Thang máy chở hàng:

Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác cabin để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động

c.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển

+ Thang máy tốc độ chậm v = 0,5 m/s:

Hệ truyền động cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao

+ Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75  1,5) m/s:

Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền động một chiều

+ Thang máy cao tốc v = (2,5 5) m/s:

Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp

điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch cỡ lớn lập trình được hoặc các bộ

vi xử lý

c.3 Phân loại theo trọng tải

 Thang máy loại nhỏ Q < 160kG

 Thang máy trung bình Q = 500  2000kG

 Thang máy loại lớn Q > 2000 kG

d Kết cấu thang máy điển hình

Hình 1.1: Hệ thống thang máy chở khách

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướngCabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

d.1 Giếng thang

Hố giếng của thang máy (11) là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2 mét thì phải làm thêm cửa ra vào Để nâng - hạ buồng thang, người ta dùng động cơ (9) Động cơ (9) được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang máy được nâng qua puli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli cuốn cáp và động cơ có nắp hộp giảm tốc (5) với tỷ số truyền i = 18  120

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại (8) (thường dùng 1 đến 4 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng (3) và những con trượt dẫn hướng (2) (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài) Đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng (6)

d.2 Cabin

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy, nó sẽ là nơi chứa hàng, chở người đến các tầng, do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng, thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của ca bin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệ thống hai thanh dẫn hướng nằm trong một mặt phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ, chính xác không rung giật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabin hoạt động đều cả trong quá trình lên xuống, có tải hay không có tải người ta sử dụng một đối tượng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabin nhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được mắc qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ

lệ và kỹ lưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trên puli cabin, hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng do phần khác điều chỉnh đó là động cơ

d.3 Cửa thang máy

Gồm cabin và cửa tầng, cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giác chóng mặt cho khách hàng và ngăn không cho rơi

khỏi cabin bất cứ thứ gì Cửa tầng để che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bị trong đó Cửa cabin và cửa tầng có khoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời Bộ hạn chế tốc độ: là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt qua vận tốc cho phép, bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ làm việc và phanh làm việc

d.4 Phanh hãm

Là khâu an toàn, nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừng tầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trục với trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trình làm việc của đông cơ

d.5 Các nút ấn gọi tầng

Bên ngoài các cửa tầng thường có hai nút để gọi cho thang đi lên hay đi xuống Riêng ở tầng dưới cùng thì chỉ có nút gọi thang theo chiều lên và tầng trên cùng chỉ có nút gọi thang theo chiều xuống

Bên trong buồng thang có các nút hiển thị tầng mà hành khách muốn đến khi muốn đến tầng nào thì hành khách chỉ việc ấn số tương ứng với tầng muốn đến Ngoài ra còn có các phím đóng mở cửa nhanh và các phím dùng để liên lạc vơi bên ngoài khi có sự cố với thang máy

1.2 Các yêu cầu điều khiển thang máy

Thang máy là thiết bị chuyên dùng để chở người, chở hàng từ độ cao này đến độ cao khác vì vậy trong thang máy, vấn đề an toàn được đặt lên hàng đầu

Để đảm cho sự hoạt động an toàn của thang máy, người ta bố trí một loạt các thiết

bị giám sát hoạt động của thang nhằm phát hiện và xử lý sự cố

Trong thực tế, khi thiết kế truyền động cho thang máy phải phối hợp bảo vệ

cả phần cơ và phần điện, kết hợp nhiều loại bảo vệ Chẳng hạn, khi cấp điện cho động cơ kéo buồng thang thì cũng cấp điện luôn cho động cơ phanh, làm nhả các

má phanh kẹp vào ray dẫn hướng Khi đó buồng thang mới có thể chuyển động được Khi mất điện, động cơ phanh không quay nữa, các má phanh kẹp sẽ tác động vào đường ray giữ cho buồng thang không rơi

2 Một số thiết bị bảo hiểm cơ khí của thang máy

2.1 Phanh bảo hiểm

Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ vượt quá (20  40) % tốc độ định mức

Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm

Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm được sử dụng rộng rãi hơn,

nó bảo đảm cho buồng thang dừng êm hơn Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình 1-2

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm (2) trượt theo thanh hướng dẫn (1) khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm (5) gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít (4)

Hệ truyền động trục vít có hai loại ren: ren phải và ren trái

Hình 1.2.: Phanh bảo hiểm kiểu kìm Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền (3) sẽ làm cho thang (4) quay và kìm (5) sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang

2.2 Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín

Khi ca bin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hướng

Về nguyên lý chung của bộ hạn chế tốc độ làm việc như sau: Khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay

dưới tác dụng của lực ly tâm và mắc vào vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay

Theo vị trí của trục quay có bị hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang và bộ hạn chế tốc độ với trục quay thẳng đứng

Trong đó bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang được dùng phổ biến hơn Nguyên lý cấu tạo của bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang (Hình 1.3):

Trục 16 được gắn với vỏ (15) của bộ hạn chế tốc độ bằng đai ốc Trên trục

có lắp đĩa (1) cùng các puly (13) và (14) bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do quanh trục (16) Trên đĩa (1) có các chốt (2) để lắp quả văng (6) Quả văng này liên hệ bằng thanh kéo (6) trên có lắp lò xo nén (5) Lò xo có một đầu tỳ lên vấu (4) gắn trên đĩa (1), đầu kia tỳ lên vòng đệm (7) và đai ốc (8) trên thanh kéo (9)

để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo (5) Như vậy, do vấu (4) gắn cố định trên đĩa nên lò xo (5) có xu hướng đẩy thanh kéo (9) sang trái để đầu các quả văng (6) không chạm vào các vấu cố định (3) trên vỏ (15) khi đĩa (1) cùng các puly (13)

và (14) quay Với tốc độ quay bình thường, ứng với tốc độ chuyển động danh nghĩa của cabin, đĩa quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu (3) trên vỏ (15) Khi cabin nâng hoặc hạ với tốc độ vượt quá giới hạn cho phép, qua cáp hạn chế tốc độ vắt trên rãnh puli (14), đĩa (1) cũng quay và đạt tới vòng quay tới hạn ly tâm của quả văng đủ lớn để ép lò xo (5) và tách quả văng ra xa tâm quay làm đầu các quả văng mắc vào vấu (3) và đĩa (1) cùng puli (13), (14)

dừng lại Puli thường có rãnh cáp hình thang với hệ số ma sát tính toán cao nên khi nó dừng lai làm cáp hạn chế tốc độ vắt qua rãnh puli dừng theo, cabin tiếp tục

đi xuống nên cáp hạn chế tốc độ tác động lên hệ tay đòn lắp trên cabin để bộ hãm bảo hiểm hoạt động dừng cabin trên các ray dẫn hướng Lực nén lò xo (5) càng lớn thì lực ly tâm cần thiết dễ tách các quả văng ra xa càng lớn vì vậy có thể điều chỉnh lực nén lò xo (5) bằng cách vít vặn đai ốc (8) để bộ hạn chế tốc độ làm việc chính xác với tốc độ quay cần thiết Nếu lực nén lò xo quá nhỏ thì rất dễ xẩy ra hiện tượng ngừng ngẫu nhiên ngay cả khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa Vì vậy cần điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động ứng với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm cho từng loại thang máy Việc điều chỉnh kiểm tra và thử nghiệm bộ hạn chế tốc độ do nhà chế tạo tiến hành và sau đó kẹp chì lại Puly (13) có đường kính nhỏ dùng để thử nghiệm, kiểm tra bộ hạn chế tốc

độ, nếu vắt cáp hạn chế tốc độ qua rãnh của puli (13) thì khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa, bộ hạn chế tốc độ vẫn làm việc và tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin vì tốc độ quay của đĩa (1) vẫn đạt tới số vòng quay tới hạn do đường kính của puly (13) nhỏ Ngoài ra người ta còn lắp vấu (10) xuyên qua vỏ (15) và trên vấu có lò xo (11) cùng chốt hãm (12) Trong điều kiện làm việc bình thường (cáp hạn chế tốc độ vắt qua puly (14) cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa) Nếu ấn lên vấu (10) thì đầu quả văng mắc vào nó để dừng đĩa (1) cùng các puli (13), (14) (măc dù số vòng quay của đĩa chưa đạt tới giá trị tới hạn và lực ly tâm chưa đủ lớn để tách quả văng ra xa) Khi đó nếu bộ hãm bảo hiểm làm việc

để dừng cabin thì điều đó chứng tỏ rằng độ căng của cáp hạn chế tốc độ, hệ số ma sát tính toán giữa cáp và rãnh puly (14) đạt giá trị yêu cầu và hệ thống tay đòn

cùng bộ hãm bảo hiểm làm việc bình thường

3 Các tín hiệu bảo vệ và báo sự cố

Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh người ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ

và hệ thống báo sự cố Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp người kỹ sư bảo dưỡng thấy được thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần được kiểm tra trước khi thang được tiếp tục đưa vào hoạt động

Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không được vượt quá giới hạn chuyển động trên và giới hạn chuyển động dưới Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dưới tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên Để thực hiện điều này người ta lắp thêm các thiết bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy thang Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy

 Để dừng thang trong những trường hợp đặc biệt, người ta bố trí các nút ấn hãm khẩn cấp trong buồng thang

 Để dừng thang trong những trường hợp khẩn cấp và để buồng thang không

bị va đập mạnh người ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt

- Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng suất

- Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng

- Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi dừng

- Hỏng thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng

Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm: mômen cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là:

Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực

Fc: Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-)

S'' cũng có thể viết dưới dạng sau:

D - đường kính puli kéo cáp [m]

2 2

(2-4) Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải và không tải

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là:

 S  S2 S1

2 (2-5)

- Trong đó:

S1 - quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 - quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh xem hình 1.4

- Bảng 2-1 đưa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi dừng s

Bảng 2-1

Hệ truyền động điện

Phạm

vi điều chỉnh tốc

độ

Tốc độ di chuyển[m/s]

Gia tốc [m/s2]

Độ không chính xác khi dừng [mm]

5 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ TĐ thang máy

Một trong những điều kiện cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Việc buồng thang chuyền động êm hay không lại phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và hãm máy Các tham số chính đặc trưng cho chế độ là việc của thang máy là: tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ giật [m/s3]

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng

Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đặt gần

bằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5m/s, giá thành tăng lên 45 lần, bởi vậy tuỳ theo độ cao tầng của nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách, được đưa ra trong bảng 2-2

khác, đó là độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của

tốc độ ) Khi gia tốc a < 2m/s2 thì độ giật không quá 20m/s3

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình 1-5

Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng thang: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối ưu hình 1-5 sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều Đ) Nếu dùng hệ chuyển động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc

(F-độ, biểu đồ chỉ đạt gần giống biểu đồ tối ưu

Hình 1.5: Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S, tốc độ v,

gia tốc a và độ dật  theo thời gian

Từ sơ đồ trên ta thấy chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng thang: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng:

- Mở máy: khi bắt đầu mở máy gia tốc của thang tăng mạnh gần như thẳng đứng khi đó vận tốc cũng tăng vì gia tốc tăng mạnh gần như thẳng đứng lúc đó

độ giật cũng xuất hiện do khi mới khởi động vận tốc chưa ổn định lên có giật khi khởi động được một thời gian gia vẫn tăng đều gần như là một đường thẳng nằm ngang nhưng không bằng không, khi đó vận tốc tăng vẫn lên Sau một khoảng thời gian gần như bão hòa thì gia tốc giảm đột ngột khi đó độ giật lại xuất hiện cũng như khi mới khởi động cũng là một đường thẳng đứng Sau thời gian mở máy thì độ giật dần về không, khi đó vận tốc vẫn tăng

- Chế độ ổn định: vận tốc dần ổn định, không còn xuất hiện độ giật nữa

- Hãm xuống( tốc độ thấp): ở giai đoạn này tốc độ giảm mạnh, khi đó gia tốc âm mạnh, đồng thời độ giật cũng xuất hiện Khi gia tốc đạt đến gần như bão

hòa thì độ giật cũng biến mất, khi đó vận tốc vẫn giảm mạnh Sau khoảng thời gian gần như bão hòa thì gia tốc lại tăng khi đó độ giật lại xuất hiện vận tốc bắt đầu giảm chậm lại

- Đến tầng: sau quá trình hãm xuống thì trong giai đoạn này vận tốc giảm dần

- Hãm dừng: trong giai đoạn này vận tốc giảm dần và tiến dần đến không rồi dừng hẳn từ khi vào giai đoạn này thì độ giật và gia tốc giảm mạnh rồi ngay lập tức lại tăng lên cho đến khi thang máy dừng hẳn

 Kết luận:

Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào số tầng phục vụ, mà chọn

hệ thống truyền động tối ưu sao cho thoả mãn một cách hài hoà nhất giữa chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Đối với các nhà cao 10 tầng thường chọn thống truyền động điện sử dụng động cơ không đồng bộ điều khiển bằng PLC ghép nối qua biến tần

Vì hệ thống này có nhiều ưu điểm như: có độ chính xác cao, linh hoạt trong lắp đặt và sửa chữa, đồng thời tiết kiệm điện năng Việc thay đổi tốc độ thực chất là thay đổi tần số của nguồn cấp cho động cơ, nhờ bộ biến tần Sao cho đạt được tỉ lệ: Vmin / Vmax =1/4 Để đảm bảo thang máy có tốc độ hợp lý thì giữa động cơ kéo

và puly có thêm hộp giảm tốc

Với yêu cầu công nghệ này thì ta có các thông số sau:

- Vận tốc di chuyển ổn định của buồng thang:  = 1m/s

- Gia tốc cực đại: a= 1,5 m/s2

- Độ không chính xác khi dừng: l = 20  25 mm

Để đảm bảo dừng chính xác thì trước khi buồng thang đi tới sàn tầng cần dừng, động cơ chính phải chuyển về tốc độ thấp và khi buồng thang đến ngang sàn tầng thì động cơ chính được cắt ra khỏi lưới và thực hiện hãm động năng, đồng thời phanh tác động

CHƯƠNG II:

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Các hệ truyền động thang máy

Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện trong thang máy:

Khi thiết kế trang bị điện cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, loại động cơ và hệ truyền động phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

a Thang máy thủy lực

Thang máy thủy lực được đưa vào sử dụng ngày càng phổ biến Đối với thang máy thủy lực, nó có những khác biệt, những đặc điểm đặc trưng để có thể đáp ứng tốt cho nhu cầu sử dụng thực tế của người dùng

Một thiết bị thang máy thủy lực khi đưa vào sử dụng có thể hoạt động dựa trên nguyên lý cơ bản là việc hỗ trợ của lực đẩy từ một piston được lắp đặt tại vị trí đáy của hố pit thang máy Cấu tạo của thang máy thủy lực này được phân chia thành 3 phần chính là khu vực bể chứa chất lỏng, bộ phận máy bơm và cuối cùng

là các van kết nối giữa bể và xi lanh bơm Từ cấu tạo, các phần chính của thang máy thủy lực đem lại tổng thể thiết bị chất lượng, phục vụ tốt cho nhu cầu sử dụng thực tế của con người

Ưu điểm cơ bản của dòng thang máy thủy lực: được nhận định là việc chúng

ta hoàn toàn không cần xây dựng phòng máy khi đưa vào lắp đặt Không chỉ vậy, chất lượng, độ bền bỉ và mức độ an toàn cao cũng là ưu thế, một điểm mạnh giúp thang máy thủy lực tạo được sức hút đối với người dùng

Bên cạnh những ưu điểm thì hạn chế lớn nhất của thang máy thủy lực là việc đưa vào lắp đặt yêu cầu có hố pit khá lớn, kích thước hố pit tỉ lệ thuận với số tầng cần sử dụng thang máy Không chỉ vậy, việc thang máy thủy lực đưa vào sử dụng chỉ có thể phục vụ cho nhu cầu sử dụng của số lượng tầng nhất định khiến việc ứng dụng thang máy thủy lực gặp những ảnh hưởng nhất định Với chi phí lắp đặt, bảo trì, bảo dưỡng khá tốn kém thì việc quyết định chọn mua, sử dụng thang máy cần cân nhắc và tính toán một cách hợp lý

b Thang máy cáp kéo (động cơ)

Trong số các loại thang máy hiện được cung cấp trên thị trường thì thang máy cáp kéo là dòng thang máy truyền thống, được tin tưởng và sử dụng phổ biến nhất hiện nay Chính sự phù hợp với nhiều dạng công trình nên việc ứng dụng thang máy cáp kéo luôn trở thành sự lựa chọn được nhiều người dùng, chủ đầu tư tin tưởng lựa chọn

Thang máy cáp kéo được cung cấp trên thị trường sở hữu những ưu điểm cơ bản như:giá thang máy hợp lý với điêu kiện tài chính của người dùng, có thể lựa chọn cho các dạng công trình với quy mô khác nhau từ nhỏ tới lớn, có nhiều mức tải trọng khác nhau để chọn mua, sự đa dạng ở mẫu mã, kiểu dáng cho tới chi phí bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa rẻ, nhanh, tiện lợi khi cần thiết Chính những ưu điểm

đó góp phần đem lại sức hút, lợi ích lớn khi sử dụng thang máy cáp kéo trong mỗi công trình, phục vụ tốt nhu cầu của con người trong việc nâng cao chất lượng cuộc sống

Tuy nhiên hạn chế lớn nhất của thang máy cáp kéo đó là: đối với dòng thang máy có phòng máy chúng ta sẽ hao tốn chi phí, diện tích và công sức nhất định cho việc hoàn thiện hệ thống phòng máy Không chỉ vậy, với việc sử dụng thang máy cáp kéo có thể xuất hiện nhiều hao mòn, hư hỏng hơn thì việc tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng cần được thực hiện thường xuyên hơn

Kết luận: Từ những ưu nhược điểm nêu trên em chọn thang máy cáp kéo dùng động cơ, vì nó phù hợp với đề tài đồ án mà em đang làm

2.1.1.Tính chọn công suất động cơ truyền động

Để tính chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có các điều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính theo công thức sau:

 - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5  0,8)

Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải được tính theo biểu thức sau:

3 1

Trong đó: Pcn - Công suất tĩnh của động cơ kkhi nâng có dùng đối trọng

PCh – Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng

Gdt - Khối lượng của đối trọng, (kg)

K - Hệ số tính đến ma sát (k = 1,15  1,3)

Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây:

Gđt = Gbt + G, (kg) (2-4)

Trong đó: - Hệ số cần bằng (a = 0,3  0,6)

Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng nhưng giờ cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải Vì vậy, đối với thang máy trở khách nên chọn hệ số a = 0,35 0,4

Đối với thang máy trở hàng, khi nâng thường là đầy tải và khi hạ thường là không tải, nên chọn a = 0,5

Dựa trên hai biểu thức (2-2) , (2-3) có thể được xây dựng được biểu đồ phụ tải và chọn sợ bộ công suất của động cơ theo sổ tay tra cứu

Muốn xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác, cần phải tính đến thời gian mở máy, thời gian hãm thời gian đóng, mở của và số lần dừng của buồng thang khi chuyển động

Thông số tương đối để tính toán các thời gian trên đưa ra trong bảng 2.2 Thời gian ra/vào buồng thang được tính gần đúng 1s/1 người Số lần dừng ( được tính theo xác suất) của buồng có thể được tìm theo các đường cong trên hình 2.2

Tổng thời gian còn lại (s) Buồng thang

có cửa rộng dưới

800(mm)

mở bằng tay

Buồng thang

có cửa rộng dưới

800(mm)

mở tự động

Buồng thang

có cửa rộng dưới

Hình 2.1 Đường cong để xác định số lần dừng (theo xác suất) của buồng thang

md – Số lần dừng, mt – số tầng ; E – số người trong buồng thang Phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hành theo

các bước sau đây :

1; Tính theo lực đặt lên puly cáp éo buồng thang ở tầng dưới cùng và các lần dừng tiếp theo:

F = (G + Gbt – K1.G1 - Gđt )g ,(N) (2-5)

Trong đó : K1 – số lần dừng của buồng thang

G1 = G/md – thay đổi (giảm) khối lượng tải sau mỗi lần dừng

g - gia tốc trọng trường, (m/s2)

2; Tính momen tương ứng với lực kéo:

.

F R M

i 

 , (N.m) nếu F < 0

Trong đó: R – bán kính của puly,(m)

i – tỷ số truyền của cơ cấu

 - hiệu suất của cơ cấu

3; Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang:

Tổng thời gian này bao gồm : thời gian di chuyển với tốc độ ổn định, thời gian

mở máy, hãm máy và tổng thời gian còn ại ( thời gian đóng mở của buồng thang, thời gian ra vào buồng thang của hành khách) theo bảng 2.1

4; Dựa theo kết quả của các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ

5; Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính đến các

quá trình quá độ và tiến hành kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn theo điều

kiện phát nóng, quá tải

2.2.GIỚI THIỆU CÁC ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

2.2.1.Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều ngày này phổ biến trên thị trường gốm có:

2.2.2.Động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác

Sở dĩ như vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha,và về kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động cơ một chiều.Động cơ không đồng bộ có hai loại chính là động cơ rôto lồng sóc và động cơ rôto dây cuốn.(hình 2.2)

2 ' 2 1 1

2 f

X s

R r s ω

R U 3 M

Trong đó : Uf : Điện áp pha đặt vào stato của động cơ

Xnm: Điện kháng ngắn mạch (Xnm =X1+X’2)

r1,X1 : Điện trở và điện kháng mạch rô to

R2 ’ ,X’2 : Điện trở và điện kháng rô to đã quy đổi về phía stato

ω1 : Tốc độ không đồng bộ

P

πf 2

ω ω

ω : là tốc độ làm việc của động cơ

(a) (b) (c)

Hình 2.2 Hình a,b : Động cơ KDB Hình c đặc tính cơ ĐC không đồng bộ Thông thường ta hay sét phương trình đặc tính cơ như hình 1 có giá trị Sth và Mth

xác định như sau:

th th

th

th th

S a 2 S

S S S

) S a (1 M 2 M









2

m m 2

1

2 th

X r

R S

r

a 

Độ cứng đặc tính cơ

th 1

th S ω

a Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f 1)

Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra

3 pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động Điều này được thực hiện trên nguyên tắc

sau : từ công thức

P

πf 2

1   và

1 nm

2 2 th

f πL 8

U P 3

làm tốc độ từ trường quay thay đổi và mô men động cơ cũng thay đổi

Nều f1> fđm thì tốc độ không đồng bộ tăng còn Mth giảm khi giữ nguyên điện

áp không đổi

Nếu f1<fđm thì tốc độ không đồng bộ giảm còn Mth tăng nhanh vì Mth ˜f1 khi giữ nguyên điện áp không đổi

Đặc tính cơ thay đổi tần số (hình 2 3)

Hình 2.3: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số

3

f2 f3

Nhận xét :

Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số khi giữ nguyên điện áp phần ứng khi điều chỉnh giảm tần số sẽ làm cho mô men khởi động lớn và dòng điện rất lớn sẽ làm hỏng động cơ khi khởi động vì vậy khi điều chỉnh tần số không được giữ nguyên điện áp mà phải thay đổi theo một quy luật nhất định Thật vậy

ta có :

U1 =4,44w1.Kdq1.f1.Φ =C.f1.Φ Khi điều chỉnh tần số phải giữ cho Φ =const nên sự thay đổi điện áp theo tần

số theo quy luật sau: 

1

1 f

Đối với phương pháp này cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều

- Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm Mth giảm trong khi đó giữ nguyên f1 =const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độ động cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động

và mô men tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được

- Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khi yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ

c Phương pháp thay đổi số đôi cực (P)

Nhận xét :

Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây stato của động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như Uf1 ,r1 ,X1 …

làm cho Mth động cơ thay đổi vì vậy nó thường dùng cho động cơ rô to lồng sóc

-Số cấp tốc độ điều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chế tạo hai cấp do đó không thể điều chỉnh trơn tạo ra rung giật khi điều chỉnh tốc độ

d Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dây quấn)

e Phương pháp đưa R f và X f vào mạch stato (Đối với động cơ rô to lồng sóc Nhận xét :

Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có công xuất trung bình và lớn khi yêu cầu cần giảm dòng điện khở động tuy nhiên sẽ kéo theo mô men khởi động cũng nhỏ

Khi cần tạo ra đặc tính cơ có mô men khởi động là Mnm thì đặc tính cơ khi đưa Xf vào cứng hơn khi đưa Rf Điều này chứng tỏ tổn hao năng lượng khi đưa điện trở vào mạch stato là lớn

2.3 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY DÙNG ĐỘNG

CƠ KĐB BA PHA

Như đã giới thiệu ở phần trên, trong các thang máy tốc độ thấp và chất lượng truyền động có yêu cầu không cao lắm, người ta thường sử dụng các hệ thống truyền động trong đó phần dẫn động là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ có sơ đồ khối đã được mô tả ở trên

Hệ truyền động này có ưu điểm là đơn giản dẫn đến giá thành nhỏ, dễ dàng vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, nó lại không đáp ứng được về mặt chất lượng đối với các thang máy có yêu cầu cao về tốc dộ gia tốc và độ dật.Để khắc phục những hạn chế trên của hệ thống, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện

tử, ngày nay người ta có xu hướng sử dụng phương pháp điều khiển vô cấp tốc độ động cơ.Thực tế tồn tài 2 hệ thống chủ yếu sau đây:

Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor – Động cơ một chiều

Hệ thống sử dụng bộ biến tần – Động cơ KĐB roto lồng sóc

2.3.1.Hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor – Động cơ một chiều

Ngày nay các ứng dụng thang máy cho việc chuyên chở người và thang máy chuyên chở hàng ta thường không còn ứng dụng hệ thống sử dụng bộ biến đổi Thyristor – Động cơ một chiều Do vậy trong đề tài này em sẽ không đi vào phân tích hệ thống này

2.3.2.Hệ thống sử dụng bộ biến tần – Động cơ KĐB roto lồng sóc

Trên thị trường hiện nay tồn tại rất nhiều loại biến tần sử dụng các phương pháp điều chỉnh tần số theo các phương thức khác nhau, chủ yếu là 2 kiểu: Biến tần điều chỉnh theo phương pháp u/f

-Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control)

- Biến tần điều chỉnh từ thông ( FCC - Flux Current Control ) lại sử dụng nhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

-Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

*Nội dung phương pháp

Điều chỉnh trục tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiến bộ biến tần và động cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ Lôgic chuyến mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ

mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ừng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây

Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình II.4, gồm các khối như sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và tù' thông Stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời

của điện áp mạch một chiều Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt

để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen và các mạch vòng bên ngoài

Hình 2.4 - Điều khiến trục tiếp mômen Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong từng chu

kỳ điều khiển ( 25|LIS ) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng ( ASIC ) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực ( Sl, S2, S3 ) được dùng

đế tính vector điện áp stator

Điều khiến trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiến trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector

từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stator Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtor hoặc giữa vector dòng điện stator và vector từ thông:

từ thông roto là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông stator Vì thế có thể đạt

dược momen yêu cầu bằng cách quay từ thông stator theo hướng nào càng nhanh càng có hiệu quả

 Kỹ thuật điểu khiến trưc tiếp mômen như sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator được điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt được giá trị mong muon Vector từ thông stator này lại được điều chỉnh nhò' điện áp cung cấp cho nghịch lưu Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vector điện áp tối ưu tuỳ thuộc vào sai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch

Mô hình động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và tù' thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra được tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều

2.3.3.Chọn phương án truyền động

Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra; đồng thời căn

cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu sao cho thoả mãn được một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật

Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảo chiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 10 tầng thì không yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng hệ thống

Bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc, làm phương án truyền động cho thang máy

2.4.CÁC HỆ THỐNG KHÔNG CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 2.4.1.Hệ thống điều khiển thang máy sử dụng thiết bị điều khiển logic khả trình

Nhìn một cách tổng thể thì một hệ thống điều khiển ( control system) là một tập hợp các các linh kiện và thiết bị điện tử được lắp đặt để đảm bảo sự làm việc

ổn định, chính xác và trơn tru của một quá trình hoặc một hoạt động sản xuất nào

đó

Nó phân ra thành rất nhiều loại với nhiều mức độ khác nhau, từ các nhà máy sản xuất năng lượng lớn đến các máy móc sử dụng công nghệ bán dẫn Do sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các hoạt động điều khiển phức tạp được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động chất lượng cao, có thể là thiết bị điều khiển khả trình ( Programable Logic Controller – PLC) hoặc có thể là một máy tính chủ v v Bên cạnh khả năng giao tiếp với các thiết thu nhận tín hiệu ( tủ điều khiển, các động cơ , các sensor, các công tắc, các cuộn dây rơle v v.), hệ thống điều khiển hiện đại còn có thể nối thành mạng để điều khiển các quá trình có mức độ phức tạp cao cũng như các quá trình có liên hệ mật thiết với nhau Mỗi một thiết

bị đơn lẻ trong hệ thống điều khiển có một tầm quan trọng riêng không phụ thuộc vào kích thước của nó Trong ví dụ được ghi ra trên hình I.1 ( chương 1- phần II), thiết bị PLC không thể biết được những gì đang xảy ra xung quanh nó nếu thiếu những sensor báo tín hiệu Nó cũng không thể kích hoạt một chuyển động cơ khí nếu không có động cơ chấp hành Và nếu cần thiết thì máy tính chủ phải được lắp đặt để điều khiển động bộ các hoạt động có liên hệ mật thiết với nhau

Cũng có những ứng dụng mà trong đó chỉ cần một thiết bị PLC đơn lẻ điều khiển một hoặc một vài thiết bị khác

2.4.2.Các ưu điếm của hệ thống điều khiến sử dụng thiết bị điều khiến logic khả trình

Hệ thống điều khiên sử dụng thiết bị điều khiến logic khả trình có các ưu

điếm sau:

Việc đấu dây có thể giảm được 80% so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường.Lượng năng lượng tiêu thụ được giảm đáng kế do PLC tiêu thụ công

suất không đáng kể.Các chức năng tự phân tích chương trình điều khiển hệ thống giúp cho việc kiểm soát hệ thống một cách dễ dàng Việc thay đối trình tụ' thực hiện chương trình hoặc thay đối cả chương trình ứng dụng rất dễ dàng bằng cách lập trình thông qua thiết bị lập trìnhhoặc phần mềm chạy trên máy vi tính mà không phải thay đổi cách đấu dây, không cần thêm bớt các thiết bị vào/ra (I/O ) Các bộ định thời được tích hợp bên trong PLC làm giảm phần lớn các rơle và mạch cứng định thời gian so với hệ thống điều khiển sử dụng rơle thông thường.Thời gian thực hiện chu kỳ máy được cải thiện một cách đáng kế do tốc

độ hoạt động của PLC chỉ cỡ miligiây (ms) Do đó năng suất lao động tăng lên một cách đáng kể Giá thành hệ thống hạ hơn một cách đáng kế so với hệ thống điều khiến sử dụng rơle thông thường trong trường hợp các đầu vào/ra là rất lớn

và hoạt động điều khiển rất phức tạp

Tính tin cậy của PLC cao hơn so với các rơle và các bộ định thời cơ khí Chương trình trong PLC có thể in ra một cách dễ dàng trong vài phút

Do đó ta có thế cập nhật chương trình trong PLC một cách dễ dàng

2.5 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY

Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào những phân tích các phương

án ở trên ta chọn phương án truyền động cho thang máy trong đồ án này là: Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng PLC ghép nối qua biến tần

Vì hệ thống này có nhiều ưu điểm, đáp ứng các yêu cầu về vận tốc, gia tốc, độ giật, hãm dừng chính xác

Tín hiệu hóa cho hệ thống điều khiển thang máy:

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu đưa

về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống Căn cứ vào các tín hiệu này, hệ thống sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả như sau:

Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đến tầng, người ta bố trí các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng được bố trí trong cabin Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ có nút gọi lên Trong cabin nút ấn đến tầng, nút đóng mở cửa nhanh, báo động… được bố trí vào

một bảng điều khiển Tuy theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể thường đóng hoặc hoặc thường mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ điều khiển.Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn led hay các mạch hiển thị 7 thanh… được bố trí ở các tầng cũng như trong cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang máy, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút ấn, thứ tự ưu tiên… Để xác định vị trí hiện tại của thang máy, người

ta sử dụng các sensor báo vị trí phi tiếp điểm Trong đó, phần tĩnh của sensor được gắn dọc theo chiều chuyển động của thang máy, còn phần động được gắn với buồng thang Để lấy tín hiệu về cho việc dừng động cơ khi xảy ra trường hợp đứt cáp, trượt cáp, người ta bố trí các cảm biến trong bộ điều tốc.Để lấy tín hiệu cho các thiết bị tự động khống chế dừng và thiết bị hạn chế người ta bố trí các sensor

ở đỉnh và đáy thang Vị trí của các sensor phụ thuộc vào phản ứng cảu hệ thống điều khiển khi nhận được tín hiệu từ các sensor đó, vào thời gian trễ của hệ thống,

cơ cấu chấp hành và quán tính của hệ thống Để đảm bảo việc dừng thang chính xác tại một tầng thì ngoài sensor báo vị trí tầng còn phải sử dụng các sensor thông báo về yêu cầu tốc độ Nói cách khác, ở mỗi tầng phải tồn tại vùng dừng mà ở đó

dù cabin đang ở trên hay dưới tầng đều phải giảm tốc độ để thực hiện dừng chính xác Độ lớn của vùng này phụ thuộc vào tốc độ của thang ( xem phần dừng chính xác buồng thang) Để cho việc xác định vị trí và điều khiển thang chính xác thì ở mỗi tầng thường bố trí nhiều sensor

Để đảm bảo thang không chuyển động khi quá tải có thể bố trí sensor dưới sàn cabin Khi khối lượng vượt quá giới hạn cho phép, sàn thang dưới tác động

đủ lớn của trọng lượng sẽ tác động lên các sensor, từ đó đưa tín hiệu đến phần bảo

vệ của điều khiển

Ngoài ra, thang máy còn sử dụng các khóa liên động để đảm bảo thang chỉ

có tín hiệu khởi động khi cửa tầng và cửa buồng thang đã đóng, không cho phép gọi tầng khi thang máy không có người,lập tức dừng thang khi buồng thang đang chạy mà vì một lý do nào đó của thang bị mở ra…

 Từ những phân tích ở trên thì phương án truyền động em chọn cho đề tài

đồ án này là sử dụng PLC-Biến Tần- Động cơ

Sơ đồ khối:

Hình 2.5: Sơ đồ khối của hệ biến tần động cơ và hệ thống điều khiển PLC