Thiết kế thang máy

Luận Văn: Thiết kế thang máy

Cho mô hình thang máy nh sau:

puli bị động

Các số liệu cho nh sau:

nội dung thiết kế

chơng I: Mô tả công nghệ và yêu cầu truyền động

I Mô tả chung về thang máy:

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoátheo phơng thẳng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng

Hình 1

rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngànhkhai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ởnhững nơi đó thang máy đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đ-

a công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau Nó đã thay thế cho sứclực của con ngời và đã mang lại năng suất cao

Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy đợc sử dụng rộng rãi trong các toànhà cao tầng, cơ quan, khách sạn Thang máy đã giúp cho con ngời tiếtkiệm đợc thời gian và sức lực

ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sử dụng trongcông nghiệp để trở hàng và ít đợc phổ biến Nhng trong giai đoạn hiện naynền kinh tế nớc ta đang có những bớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụngthang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên

Có thể phân loại thang máy nh sau:

1.Phân loại theo chức năng:

a.Thang máy chở ng ời:

Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác của hành khách: a  1,5 m/g2

+Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặclớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật

+Dùng trong bệnh viện : Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối u về độ êmkhi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính u tiên đúng theo các yêu cầucủa bệnh viện

+Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng đợc các điều kiện làm việcnặng nề trong công nghiệp nh tác động của môi trờng làm việc: độ ẩm,nhiệt độ; thời gian làm việc, sự ăn mòn

b.Thang máy chở hàng:

Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh Nó đòi hỏicao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyểnhàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ dàng thuận lợi

2.Phân loại theo tốc độ dịch chuyển:

Thang máy tốc độ chậm: V = 0,5 m/s

Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75  1,5 m/s

Thang máy tốc độ cao: V = 2,5  5 m/s

3.Phân loại theo tải trọng:

Thang máy loại nhỏ: QTm < 160 KG

Thang máy loại trung bình: QTm = 500  2000 KG

Thang máy loại lớn: QTm > 2000 KG

II.Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động cho thang máy:

 Phụ tải thang máy là phụ tải thế năng

 Vị trí các điểm dừng của thang máy để đón, trả khách trên hốthang là các vị trí cố định, đó chính là vị trí sàn các tầng nhà

 Động cơ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặplại, mở máy và hãm máy nhiều

 Vì đây là thang máy chở ngời, nên đòi hỏi cao về độ chính xáckhi dừng máy: Khi Gtải trọng = 2,5 Gđm thì yêu cầu khi dừng, khoảngcách từ sàn Cabin đến mặt sàn tầng nhà  2 cm

 Đảm bảo gia tốc Cabin khi khởi động và khi dừng nằm trong giớihạn cho phép (vì không đợc để cho ngời trên thang có cảm giác bịgiật)

Biểu đồ phụ tải thang máy

Ch ơng II : Phân tích - lựa chọn ph ơng án

Động cơ dùng để kéo pu li cáp trong thang máy là loại động cơ

có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay ( quá trình nâng, hạ của thangmáy)

Nh vậy, để thực hiện đợc truyền động trong thang máy chúng ta phải có 2phơng án chính sau :

+ Dùng hệ truyền động chỉnh lu - triristo, động cơ 1 chiều có đảo chiềuquay

+ Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

Sau đây chúng ta sẽ đi vào phân tích u nhợc điểm hai loại hệ truyền độngnày để từ đó chọn ra 1 phơng án truyền động phù hợp nhất dùng trongthang máy

II.1 Hệ Truyền Động Chỉnh L u - Triristo có đảo chiều quay

Hệ Truyền Động T-Đ có đảo chiều quay đợc xây dựng trên hai

nguyên tắc cơ bản :

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của

động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

Từ hai nguyên tắc cơ bản này ta có năm loại sơ đồ chính

Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều

quay bằng đảo chiều dòng kích từ

a

mo may c.d on dinh

ham xuong toc do thap a,

a,m/s ,m/s

Vmin

s : vi tri

Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều

Sơ đồ 2 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều

quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi)Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển

riêng Hệ này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều

lớn

Hình 1

Hình 2

Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển

chung Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện đợc công

việc đảo chiều êm hơn

Hình -4

Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển

chung Sơ đồ dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn thực hiện việc đảochiều êm

Tuy nhiên kích thớc cồng kềnh, vốn đầu t và tổn thất lớn.(Hình-5)

Hình 3

 Mạch điều khiển của 5 loại sơ đồ này có thể chia làm hai loại chính :

a Điều khiển riêng :

Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó

tiến hành chuyển mạch, nh vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián

đoạn, sơ đồ 1,2,3 đợc điều khiển theo nguyên tắc này

Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộbiến đổi kia bị khoá do không có xung điều khiển Trong một khoảng thờigian thì BĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiênsuất điện động phần ứng E vẫn còn dơng Sau khoảng thời gian này thì phátxung 2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ đợc hãm táisinh

Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có u điểm là làm việc

an toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không

b.Điều khiển chung :

Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều

nhận đợc xung mở nhng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lu còn

bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắcnày.Trong phơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo Ed2 =Ed1 tức làkhông xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện

động của các bộ chỉnh lu là ed1(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất

hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòn II.2 Ph ơng pháp biến đổi tần số

Phơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điềuchỉnh tần số f1 sang tần số f2

Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thờng kéo theo cả việc điều chỉnh điện

áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato

Do vậy đây là một phơng pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị

Có hai loại biến tần :

 Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản

* Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc nh sau :

(xoay chiều) (một chiều) (xoay chiều)

f1 f2

Điện áp xoay chiều đợc biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lu, qua bộ lọcrồi đợc biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lu độc lập.Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f2 màkhông phụ thuộc f1

 Kết Luận : Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên em chọn phơng

án dùng loại Hệ Truyền Động Chỉnh Lu Tiristo - Động Cơ Có ĐảoChiều Quay vì:

+ Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá

do các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao Điềunày thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng đểnâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

+ Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ

ba bởi vì loại này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảochiều lớn Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riênghoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòngchảy giữa các bộ biến đổi

+ Sử dụng hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ

đạt đợc đồ thị tốc độ tối u (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt

đợc dạng đồ thị gần giống mà thôi )

Nh vậy, loại động cơ sử dụng trong hệ truyền động là loại động cơ mộtchiều điện cân bằng này thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb

Chơng iiI: Tính chọn các thiết bị điện

trong sơ đồ truyền động

III.1 Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của thang máy

Chọn số tầng mt = 8 (8 tầng ) nên theo hình 3-3 Sách Trang Bị Điện

Tử dùng Cho Máy Công Nghiệp thì số lần dừng theo xác xuất là md = 6lần với 12 ngời trong buồng thang (E = 12)

Nh vậy số trọng lợng cho mỗi lần dừng là : 700 : 6 = 116,67 kg/1 lầndừng Do có 6 lần dừng thì quá trình dừng sẽ diễn ra nh sau :

10 8 , 9 2 1600 2 , 1

1 700

 Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác cho thang máy :

Số tầng mt = 8 (8 tầng ) , số lần dừng theo xác xuất là md = 6 lần với 12ngời trong buồng thang (E = 12)

III.2 Tính hệ số đóng điện t ơng đối

Xét khoảng thời gian 0 -> t1

a1 = t1 -> t1 = 0 , 1

15

5 , 1

 (s)Chọn  = 15 (m/s3)

1 ,

0 2

- 1,5 0,1 =1,925 (m/s)

2

2

36

23

2 2

3

t t a t

0,198 (m)

Xét t1 -> t2

t2 – t1 =

5,1

075,0.925,1

1 2

2

t

t  +v1.(t2 – t1)

= 1,23 (m)

Thời gian khởi động tkđ = 0,1+1,23 +0,1 = 1,43 (s)

Giả sử thời gian khởi động bằng thời gian hãm -> tkđ = th

Giả sử thời gian hãm dừng 0,14 (s), quãng đờng đi đợc 0,07 (m)

Quãng đờng khởi động và hãm là nh nhau:

Skđ = Sh = 1,23 + 0,198 + 0,005

= 1,43 (m)Thời gian chạy ổn định tính từ tầng 3 trở lên là:

2

07 , 0 2 43 , 1 4







(s)Thời gian chạy ổn định tính từ tầng 1 đến tầng 3 là:

tođ2 =

2

07 , 0 2 43 , 1 2

4  

= 2,535 (s)Tổng thời gian làm việc khi nâng tải là tlvn = 2,535 + 5 0,535 + 2.1,43.6

= 22,37 (s)Tổng thời gian làm việc khi nâng tải bằng tổng thời gian hạ tải là tlvn =tlvhGiả sử cửa rộng dới 1000(m m), mở tự động mỗi lần đóng hay mở cần 1(s)thời gian đóng và mở cửa là tn1 =6.(1+1).2 = 24 (s)

Thang máy chở 12 ngời, mỗi tầng có 6 ngời vào và 6 ngời ra khi ta tính từtầng 3 -> tầng 7 Vậy thời gian nghỉ tn2 = 5.12.2 = 120 (s)

Riêng tầng 1 và tầng 8 thì 12 ngời ra hết và 12 ngời vào nên thời gian nghỉtn3 = 24.2 = 48(s)

Khoảng thời gian chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo t’ = 0,26 (s)

Chu kỳ làm việc của thang máy Tck = 2.22,37 + 24+ 120 +48 + 0,26

= 237 (s)

Hệ số đóng điện tơng đối % =

%9,18

%100237

37,22.2

%100.1

Vì hệ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy

và hãm máy nhiều, nên khi tính chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động (Hình 2)

a.Xác định phụ tải tĩnh:

Phụ tải tĩnh là phu tải do trọng lợng Cabin, trọng lợng tải trọng, trọng lợng

đối trọng, và trọng lợng của cáp, gây nên ở trạng thái tĩnh, thông qua puli, hộp giảm tốc, tác dụng lên trục của động cơ

D

F1

Cabin

Đốitrọng

gc : khối lợng một đơn vị dài dây cáp (kg/m)

hđt và hcb : chiều cao đối trọng và Cabin (m)

Nh vậy, để cho thang máy chạy đều với vận tốc V thì công suất trên trục

động cơ khi thang lên, xuống là:

Pn ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế độ động cơ (nâng tải)

Ph ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế độ máy phát (hạ tải)

D : đờng kính puli (m)

(1)

V(m/s) là tốc độ của thang.

c : hiệu suất của cơ cấu

Thay số liệu vào (4) và (5) ta đợc:

Pn =

8 , 0 1000

2 81 , 9 ) 700 4 , 0 700 ( 

 10,03 (KW))

9 , 0 8 , 0 30

2 , 0 700 4 , 0

4 , 0 (

700 700 4 ,

0 

= 24,42 NmCông suất đẳng trị của động cơ:

Pđt = k

13,4237

37,2237

,22

1,

1 2

Từ các số liệu trên, tra loại động cơ trong quyển “Các đặc tính cơ của

động cơ trong truyền động điện” - Bùi Đình Tiếu và Lê Tòng dịch, ta chọn

đợc động cơ:

động cơ (kw)Pđm Uđm(V) Vg/phNđm (A)Iđm R+rcp() Rcks() Dòng điện định mức của

cuộn kích từiđm (A)

Rckn()

Số vòng trên

1 cực cuộnsong song

cks

Từ thông hữuích của 1 cựctừ

.10-2 W)b

Mô men

QT phầnứng J(kgm2)

Tốc

độcực

đạivg/ph



Động cơ 1 chiều kiểu  , U đm = 220V,

có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại  đđ % = 25% Bảng 1

Chơng IV: Tính chọn mạch biến đổi

Vì hệ truyền động thang máy là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọnmạch biến đổi điện áp tới động cơ gồm 2 bộ chỉnh lu cầu 3 pha Thyristor

điều khiển riêng Còn mạch kích từ động cơ cũng có một bộ chỉnh lu cầu 3pha Điốt

IV.1.Mạch biến đổi nguồn cấp cho động cơ:

Xét khi một bộ chỉnh lu làm việc Ta có sơ đồ sau:

Trong đó:

BAN : Biến áp nguồn lấy điện từ lới cấp cho động cơ

Uv0 : Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN

T : 6 Tiristor của mạch chỉnh lu cùng loại

Lck : Cuộn kháng san bằng

L, R : cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ

R = r + rcp = 1,012 ()

Điện áp không tải của bộ chỉnh lu Ud0 phải thoả mãn phơng trình:

1Ud0cosmin = 2Eđm + Uv + ImaxR + Umax (*)

Trong đó:

 Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lu

 1 : hệ số tính đến sự suy giảm lới điện; 1 = 0,95

 Imax : dòng cực đại phần ứng động cơ Imax = (2  2,5)Iđm Chọn

Imax = 2,5Iđm =2,5 27 = 67,5 (A)

 Eđm = Uđm - RIđm – Iđmrktn = 220 - 0,94.27 – 27.0,072

= 192,68 (V)

Hình 11

 Umax : sụt áp cực đại do trùng dẫn Umax = Uđm

udm I max u I

ddm I udm I

Có Idđm = Iđm và Imax = 2,5Iđm  Umax = 2Uđm =2Ud0UkYk

 với Uk là điện áp ngắn mạch: Uk(%) = 5%  Uk = 0,05 và

1

max u u v udm

2

U Y 2 cos

I R U E

0 . 192 , 68 3 1 , 012 . 67 , 5

04 ,

*Tính chọn biến áp nguồn BAN:

BAN đấu theo kiểu /Y Điện áp lới UL = 380V

88 ,

*Tính chọn các Tiristor trong mạch chỉnh lu:

Ta có bộ chỉnh lu là cầu 3 pha Tra sổ tay, ta tính đợc các thông sốsau:

Dòng trung bình qua mỗi Thyristor:

Vậy Tiristor phải chịu đợc điện áp ngợc cực đại = 1,6.560  896(V),

phải chịu đợc dòng trung bình khi dẫn = 1,5.8,67  13(A),

và phải chịu đợc dòng cực đại khi dẫn = 1,5.21,67  33(A).

Vậy ta chọn đợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lu cấp nguồn cho độngcơ:

L  KL

dm p udm

udmnZI

4

Idmin dòng phụ tải nhỏ nhất khi vận hành Giả sử vận tóc làm việc nhỏ nhất0,2 m/s -> Iđmin = 11,4 (A)

go – hệ số gián đoạn go = 2,2 g , chọn g = 0,04

Chọn L = 3 (mH)

*Tính toán mạch bảo vệ du/dt và di/dt:

Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh nh sau:

a.Mạch R 1 C 1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích:

(Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261)

Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor  b = 1 2 Chọn b = 1,6.Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH)

-Hệ số quá điện áp : k =

max ng

bU

VRRM

=

37,304.6,1

600

 1,23

-Các thông số trung gian, sử dụng các đờng cong (Hình 7):

C* min(k) = 5,5; R * max(k) = 1,2; R * min(k) = 0,55.

U 2

=

3

10 2 , 0 2

22 , 215 2

mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ

dt

di) Tức là có thểcoi Lk = 0

-Xác định điện lợng tích tụ Q = f(

dt

di), sử dụng các đờng cong (Hình 8):

Với Id = 26(A), max

U

Q 2

.C* min(k) =

37,304

U L 2

max ng

c  R1  R* max(k)

Q 2

U L

37 , 304 10 2 , 0 2

37 , 304 10 2 , 0 2





 35,04  R1  76,44 ()

Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R 1 = 47() và C 1 = 0,6(F)

b Mạch R 2 C 2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra:

-Nh trên, ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23

-Các thông số trung gian, sử dụng các đờng cong (Hình 9):

Hình 12

C* min(k) = 0,45; R * max(k) = 2,1; R * min(k) = 1.

-Giá trị lớn nhất của năng lợng từ trong BAN (3pha) khi cắt:

W)T3 =

s

m o s

I 2

I

2S

Trong đó:

Is.o.m : là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp

Is : giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp Is =

3

2 Id =

3

2 .26 21,23(A)

S : Công suất biểu kiến BAN

I 2

I

2

S = 0,03

3142

10.5,

  0,41(W).s)-Xác định R2 và C2:

C2 =

sm

2 3 T

U

W) 2

C* min(k)Trong đó Usm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN:

Usm = 2 Us = 2 Uv0 = 2 215,22  304,37(V)

304 37 2

 , ( , ) 0,45  3,98.10-6(F)  C2 = 3,98(F).

R* min(k)

m o s

sm

I U

Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R 2 = 600() và C 2 = 4(F).

IV.2 Mạch biến đổi nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ: