(TIỂU LUẬN) báo cáo bài tập lớn THIẾT kế hệ TRUYỀN ĐỘNG TRONG THANG máy

Chọn biến tần Hiện nay có́ khá nhiều kiể̉u thiết bị ̣ hỗ trợ tải truyền điện để̉ bạn có́ thể̉ lựa chọn bộ máy biến tần phù hợp.G Một trong những thiết bị ̣ hỗ trợ một cách tốt nhấ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà Nội, 2020

THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

TRONG THANG MÁY

Số liệu cho trước của thang máy:

+ Số tầng: 27

+ Chiều cao tầng nhà: 4 m

+ Tốc độ thang máy: v = 1,5 m/s

+ Gia tốc cực đại: amax = 1,5 m/s2

+ Khối lượng cabin: G0 = 700 kg

+ Tải cực đại: Gđm = 600 kg

+ Đường kính puli: D = 0,4 m

+ Tỷ số truyền: i = 30

+ Hiệu suất: η = 0,75

+ Gdt khối lượng của đối trọng

+ Hệ số cân bằng: α = 0,4

+ Hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng: k = 1,2

+ g = 9,81

1 Xác định phụ tải tĩnh

- Khối lượng đối trọng:

Gdt = G0 + α.GGđm = 700 + 0,4.G600 = 940 (kg)

- Lực kéo đặt lên puli khi nâng đầy tải:

Fn = (Gđm + G0 – Gdt).Gk.Gg = (600 + 700 – 940).G1,2.G9,81 = 4237,92

(N) - Lực kéo đặt lên puli khi hạ đầy tải:

Fh = (– Gđm – G0 + Gdt).Gk.Gg = (– 600 – 700 + 940).G1,2.G9,81 = – 4237,92 (N)

- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải là:

(nâng đầy tải thì Fn = (1 – α).GGđm.Gg)

P1n = F n v k = (1−α ) G đm v g k = (1−0,4 ).600 1,5 9,81.1,2 = 8,47 (kW)

- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ đầy tải là: (nâng đầy tải thì Fh = (α – 1).GGđm.Gg)

P1h = F h v η =(α−1) G đm v g η = (0,4−1).600 1,5 9,81.0,75 = -3,31 (kW)

- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng không tải là: (nâng đầy tải thì Fh = - α.GGđm.Gg)

P0n =

F h v η

=

−α G đm v g η

=

−0,4.600 1,5.9,81 0,75

= -2,2 (kW) 1000.1,2

- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ không tải là: (nâng đầy tải thì Fh = α.GGđm.Gg)

P0h =

F h v k

=

α G đm v g k

=

0,4.600.1,5 9,81 1,2

= 5,65 (kW) 1000.0,75

1000 η 1000 η

- Mô men tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:

M1n =

F n D

=

4237,92.0,4

= 37,67 (Nm) 2.30 0,75

2 i η

- Mô men tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:

M1h = F h D η

= −4237,92.0,4 0,75 = -21,19 (Nm)

2 Xây dựng đồ thị phụ tải

- Trươc tiên dưa vao đương cong tôi ưu tinh toan sơ bô thơi gian thang may chuyển đông ở môt tâng.G

- Đô giật ρ(m/s3)

- Vơi gia tôc a=1.G5m/s2≤2m/s2 thi đô giật không đươc vươt qua 20m/s3.G Do đó ta chon đô giật ρ=15m/s3.G

- Theo đồ thị trên

- Xet trên đoan cabin chay vơi gia tôc không đổi thi ta có vận tôc:

- Măt khac ta cũng có:

- Đồng thơi ta lai có

- Vơi vận tôc chay ổn định v3=1,5(m/s).G

- Từ phương trinh (2) suy ra:

- Từ phương trinh (1) ta có:

- Ta có hê phương trinh :

- Ma t1=0,1(s) suy ra :

t2=1(s)

t3=1,1(s)

- Vi đồ thị trên đôi xưng qua quang đương chuyển đông ổn định nên thơi gian mở may vơi thơi gian ham đươc nhân đôi :

t=2.Gt3=2.G1,1=2,2(s)

- Từ đó ta tinh đươc quang đương :

trong đó a’=ρ.Gt

- Suy ra :

- Ta lai có :

trong đó a’3=m.Gt + n

- Xet khi a’3=0 va a’3=a ta có : 0 = m.Gt3 + n

a = m.Gt2 + n

=> m.G(t3 - t2)= -a

- Vậy quang đương chuyển đông ổn định la

Scđ = h - 2.GS3 = 4 - 2.G0,9 = 2,2 (m) (h la chiêu cao cua 1 tâng)

- Thơi gian thang may chuyển đông ổn định la :

Tôd = 2,21,5 =1,47(s)

- Suy ra thơi gian thang may di chuyển qua 1 tâng la: t1t = 1,47 + 2,2 = 3,67(s)

- Để vẽ đươc phụ tai tinh ta tinh hê sô đóng điên tương đôi, xac định đươc khoang thơi gian lam viêc trong 1 chu kỳ.G

- Vi toa nha có 27 tâng nên sô quang đương giưa cac tâng thang may phai chay trong 1 chu kỳ la: 2.G26 = 52 suy ra:

- Tổng thơi gian lam viêc tlv = 52.G3,67 = 190,84(s)

Ta gia định răng:

- Xet thang may luôn lam viêc vơi tai cưc đai Gmax=600 kg tương đương vơi 10 ngươi, gia sử 1 ngươi ra va 1 ngươi vao, khi lên đên tâng 27 va xuông tâng 1 thi ca

10 ngươi cung ra va sẽ có 10 ngươi khac cung vao.G

- Thơi gian mở cửa cabin: 1s

- Thơi gian đóng cửa cabin: 1s

- Thơi gian cho ngươi vao/ra cabin: 1s/ngươi

- Thơi gian nghỉ cua thang trong 1 hanh trinh la:

tnghỉ = 2.G(20 + 2) + 25.G4.G2 = 244(s)

trong đó: ở tâng 1 va tâng 27 mât (20+2).G2 (s) va cac tâng con lai đêu mât 4(s).G

- Thơi gian cho 1 chu kỳ la:

Tck = tlv + tnghỉ = 190,84 + 244 = 434,84(s)

- Ta có hê sô đóng điên tương đôi ε% la:

Ta có đồ thị phụ tai tinh:

3 Công suất, mô men

3.1 Tính công suất đẳng trị trên trục động cơ

- Công suất đẳng trị ̣ trên trụ ̣c động cơ:

P dt = √

n

= √

∑ P i 2 t1v

(P1n ¿¿ 2+P 1h 2) t1 v

¿ = √ ¿¿¿ = 6,02 (kW)

i=1

t

ck

t ck

- Như vậ̣y phụ ̣ tải thang máy có́ Pdt = 6,02 kW và εdd = 43,89%

- Chọn hệ số đó́ng điện tiêu chuẩn εdd_tc = 25%

P đm_chon = P dt G√ε dd = 6,02.G√43,89 %

= 7,97 (kW)

ε

3.2 Mô men tương ứng với lực kéo đặt lên puli cáp

D = 0,4 m => R = 0,2 m

- Tốc độ gó́c

- Tốc độ gó́c của động cơ:

ωdc = ω.Gi = 30.G7,5 = 225 (rad/s)

- Tốc độ động cơ:

n = ω dc G60 = 225 60 = 2149 (vòng/phút)

Mcđ =

M

max

= (G0 +G đm −G dt ) g D = (600+700−940).9,81 0,4 = 31,39 (Nm)

4 Chọn động cơ

4.1 Phương án chọn động cơ

Động cơ truyền động cho thang máy trong đề tài là động cơ có́ công suất nhỏ, do đó́ có́ thể̉ sử̉ dụ ̣ng các loại động cơ:

* Động cơ một chiều kích từ độc lập:

 Ưu điểm: Điều chỉ̉nh tốc độ đơn giản, tuyến tính.G Đặc tính khở̉i động tốt.G

 Nhược điểm: Giá thành đắt, cấu tạo phức tạp, tốn kém chi phí bảo trì bảo

dưỡng.G

* Động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc:

 Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vậ̣n hành an toàn.G Sử̉ dụ ̣ng nguồ̀n cung

cấp trực tiếp từ̀ lưới điện xoay chiều 3 pha.G Giá thành thấp hơn động cơ 1 chiều, phổ̉ biến, luậ̣t điều khiể̉n phong phú.G

 Nhược điểm: Điều chỉ̉nh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó́ khăn.G

Chỉ̉ tiêu khở̉i động xấu hơn nhiều so với động cơ một chiều.G

* Động cơ không đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu:

 Ưu điểm: Hiệu suất cao, phù hợp với dải công suất nhỏ, thường dùng cho cơ

cấu truyền động có́ vùng điều chỉ̉nh rộng, độ chính xác cao.G Có́ kích thước nhỏ hơn so với động cơ không đồ̀ng bộ cùng công suất.G Sử̉ dụ ̣ng vậ̣t liệu từ̀, có́ mậ̣t độ từ̀ cao, tổ̉n thất từ̀ và độ nhụ ̣t từ̀ nhỏ, khả năng tái nạp từ̀ tốt, chị ̣u nhiệt cao.G

 Nhược điểm: Giá thành cao.G

Ta lựa chọn động cơ không đồ̀ng bộ roto lồ̀ng só́c cho thang máy.G

4.2 Thông số động cơ

4.3 Kiểm nghiệm động cơ

- Ta có́:

.9,55

- Ta thấy:

Mcđ = 31,39 < Mđm nên động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải mô men.G

- Tốc độ quay của động cơ n = 2940 vòng/phút > 2149 vòng/phút.G => Động cơ đạt yêu cầu về mô men làm việc và tốc độ.G

5 Chọn biến tần

Hiện nay có́ khá nhiều kiể̉u thiết bị ̣ hỗ trợ tải truyền điện để̉ bạn có́ thể̉ lựa chọn bộ máy biến tần phù hợp.G Một trong những thiết bị ̣ hỗ trợ một cách tốt nhất để̉ đem lại một

sự ổ̉n đị ̣nh và khả năng tiết kiệm điện.G Với công nghệ cấu tạo dựa trên nguyên lý chuyể̉n đổ̉i dòng điện thì các loại biến tần trực tiếp và gián tiếp sẽ̃ hỗ trợ tốt cho thiết bị ̣ đầu vào

và đầu ra khi muốn tải và nạp điện.G

Biến tần được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động chuyể̉n đổ̉i công suất điện vào.G Các tần số lưới được chyể̉n thành công suất điện ra để̉ sao cho tần số phù hợp theo yêu cầu cấp cho tải thiết bị ̣.G

5.1 Biến tần trực tiếp

Điện lưới xoay chiều được trực tiếp biến đổ̉i thành điện; dòng điện xoay chiều sẽ̃ có́ tần số khác để̉ cấp cho tải (không cần qua khâu trung gian là điện một chiều nên hiệu suất cao).G Có́ khả năng làm việc ở̉ tần số thấp thậ̣m chí ngya cả khi có́ sự cố.G Dùng cho dải công suất lớn đến vài chụ ̣c MW.G

Biến tần trực tiếp

+ Biến tần Cyclo:

Với Cyclo thì các bộ chuyể̉n mạch 2 chiều được làm từ̀ thyristor điều khiể̉n đó́ng mở̉ theo gó́c pha.G Và chúng hoán đổ̉i giữa các pha của nguồ̀n để̉ có́ thể̉ tạo ra điện áp xoay chiều có́ các tần số thấp cấp cho mỗi pha của thiết bị ̣ tải.G

+ Biến tần ma trận:

Điều đặc biệt các chuyể̉n mạch 2 chiều tần số đó́ng cắt cao bằng IGBT có́ thể̉ tạo nên

ma trậ̣n.G Việc chuyể̉n giữa pha vào nguồ̀n vào 3 pha ra cấp cho việc tải.G Tần số và điện áp

ra cấp cho việc tải trong điều khiể̉n qua trạng trái đó́ng cắt của các khó́a chuyể̉n mạch trong ma trậ̣n chuyể̉n mạch.G

Nhược điểm: Sử̉ dụ ̣ng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiể̉n phức tạp.G Hệ số

công suất thấp.G Trong thực tế ít sử̉ dụ ̣ng cho nên không sử̉ dụ ̣ng biến tần trực tiếp cho hệ điều khiể̉n thang máy.G

5.2 Biến tần gián tiếp

Điện lưới xoay chiều được chuyể̉n thành điện một chiều qua phần chỉ̉nh lưu trên thanh cái một chiều.G Sau đó́ điện một chiều này lại được chuyể̉n thành điện xoay chiều cấp cho tải qua nghị ̣ch lưu.G

Bộ biến tần gián tiếp

+ Biến tần nguồn áp (VSI)

Với biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung (VS-PWM-I): Điện áp trên thanh cái

một chiều là không đổ̉i, điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổ̉i.G Bằng cách thay đổ̉i thời gian đó́ng/ cắt các khó́a chuyể̉n mạch ở̉ bộ nghị ̣ch lưu.G

Biến tần nguồn áp điều chế biên độ (CS-PWM-I): Thời gian đó́ng cắt của các khó́a

chuyể̉n mạch của bộ nghị ̣ch lưu là không đổ̉i; việc điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổ̉i.G Bằng cách thay đổ̉i điện áp trên thanh cái một chiều; thông qua việc thay đổ̉i thời gian đó́ng cắt của các khó́a chuyể̉n mạch trong phần chỉ̉nh lưu.G

Biến tần nguồn áp

Khâu trung gian một chiều là tụ ̣ C e, thực hiện chức năng nguồ̀n áp cho bộ nghị ̣ch lưu.G Phù hợp với tải nhỏ dưới 30kW.G Hệ số công suất của mạch lớn.G Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ ̣ thuộc tải, dòng điện cho tải quy đị ̣nh.G Có́ thể̉ áp dụ ̣ng kỹ thuậ̣t PWM để̉ giảm tổ̉n hao do só́ng hài bậ̣c cao, khử̉ đậ̣p mạch momen.G

Nhược điểm: Không trả được năng lượng về lưới.G Nếu muốn trả năng lượng về lưới

thì phải mắc thêm một khâu chỉ̉nh lưu mắc song song ngược với khâu chỉ̉nh lưu ban đầu hoặc dùng chỉ̉nh lưu PWM.G

+Biến tần nguồn dòng (CSI)

Biến tần nguồn dòng (CSI): Các khó́a bán dẫn trong phần nghị ̣ch lưu được nối với

một dòng nguồ̀n.G Việc nguồ̀n dòng này thực hiện qua mạch vòng điều khiể̉n dòng và các cuộn cảm mắc nối tiếp với thanh cais điện áp một chiều.G Dòng cao cho dòng điện tải là không đổ̉i nên điện áp đầu ra của biến tần; nó́ sẽ̃ không phụ ̣ thuộc vào biến tần mà nó́ phụ ̣ thuộc vào việc tải.G

Biến tần nguồn dòng

Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf thực hiện chức năng nguồ̀n dòng cho bộ nghị ̣ch lưu.G Có́ khả năng trẳ năng lượng về lưới.G Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổ̉i.G Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100kW.G

Nhược điểm: Hiệu suất kém ở̉ dải công suất nhỏ, cồ̀ng kềnh vì có́ cuộn kháng.G Hệ số

công suất thấp và phụ ̣ thuộc vào phụ ̣ tải nhất là khi tải nhỏ.G

 Từ các phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode và có điện trở hãm.