Đồ án tổng hợp điện cơ-v

Đi đôi với việc xây dựng những toà nhà cao tầng thì vấn đề di chuyển lên các tầng cao hết sức đợc quan tâm .Bên cạnh đó đối với một số ngành công ngiệp thì việc vân chuyển các thiết bị t

ơng I: Yêu cầu công nghệ thang máy

I Giới thiệu thiết bị hợp thành thang máy

1 Đặt vấn đề:

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thơng mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số trong xã hội ngày càng tăng ,bên cạnh đó tình trạng di dân từ các vùng nông thôn lên đô thị ngày càng nhiều dẫn đến mật độ dân c ở các thành phố lớn tăng lên đáng kể Vì vậy đất đai thì ngày càng thu hẹp lại do nhu cầu

về xây dựng và sản xuất quá lớn Chính vì vậy mà việc xây dựng những toà nhà cao tầng tại thành phố và các khu công nghiệp là rất cần thiết Đi đôi với việc xây dựng những toà nhà cao tầng thì vấn đề di chuyển lên các tầng cao hết sức đợc quan tâm Bên cạnh đó đối với một số ngành công ngiệp thì việc vân chuyển các thiết bị

từ thấp lên cao lại đóng vai trò quyết định rất lớn đến năng suất lao động vì vậy vấn

đề đặt ra là tạo một thiết bị có khả năng chuyển chở con ngời cũng nh các vật dụng nhằm phục vụ cuộc sống cũng nh phục vụ sản xuất là một điều rất cần thiết ,thang máy ra đời đáp ứng tốt đòi hỏi đó Vậy chúng ta có thể hiểu thang máy là gì?

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo phơng thẳng

đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ở những nơi đó thang máy đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau Nó đã thay thế cho sức lực của con ngời và đã mang lại năng suất cao

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

ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sử dụng trong công nghiệp để trở hàng và ít đợc phổ biến Nhng trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế n-

ớc ta đang có những bớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên

Có thể phân loại thang máy nh sau:

+ Phân loại theo công dụng : Có 3 loại thang máy sau

- Thang máy chở khách trong các nhà cao tầng

- Thang máy chở hàng có ngời điều khiển

- Thang máy vừa chở khách vừa chở hàng

+ Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang :

- Thang máy chạy chậm : v = 0,5 ữ 0,65 m/s

- Thang máy tốc độ trung bình : v = 0,75 ữ 1,5 m/s

- Thang máy cao tốc : v = 2,5 ữ 5 m/s

+ Phân loại theo trọng tải :

- Thang máy loại nhỏ : Q <160 kg

- Thang máy loại trung bình : Q = 500 ữ 2000 kg

- Thang máy loại lớn : Q > 2000 kg

Về kết cấu cơ khí , thang máy thuộc loại máy cơ cấu nâng có dây cáp 2 đầu

Để bảo đảm an toàn cho hành khách và thiết bị ở thang máy đợc sử dụng phanh hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù) Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vợt quá (20 ữ 40)% tốc độ định mức

Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang ( truyền động chính theo phơng thẳng

đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ ( là truyền động đóng mở cửa buồng thang) Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn

2 Cấu tạo của thang máy:

a)Cáp thép :

Cáp thép là chi tiết rất quan trọng đợc sử dụng hầu hết trong các máy

nâng nói chung và thang máy nói riêng

Yêu cầu chung đối với cáp phải là:

- An toàn trong sử dụng

- Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và máy, đảm bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói chung

- Trọng lợng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu, thời hạn sử dụng lớn.Trong thang máy thì ngời ta dùng từ 3ữ5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang b)Puly-pulyma sát

Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát(gọi tắt là Puly ma sát), thờng đợc

hình xoắn ốc Số rãnh cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động trong máy và cách mắc cáp Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và rãnh Puly Hình dạng mặt cắt rãnh cáp trên Puly có ảnh hởng lớn đến khả năng kéo và tuổi thọ của nó

c)Tang cuốn cáp

Ngời ta thờng sử dụng tang cuốn cáp đối với thang máy chở hàng(không có đối trọng), loại này có kích thớc cồng kềnh và đòi hỏi công suất động cơ lớn so với công suât động cơ dùng Puly ma sát Trong máy nâng nói chung ngời ta dùng tang cuốn cáp một lớp, trong trờng hợp dung lợng cuốn cáp trên tang lớn để giảm dung l-ợng của tang ngời ta dùng tang nhiều lớp cáp Khi tang quay đã biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ phận khác

Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định đầu cáp trên tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay thì thì một nhánh cáp cuốn vào với lực căng Fc = Fmax và nhánh kia nhả ra với lực căng Fn = Fmin

Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang Tang ma sát gồm loại hình trụ và loại có đờng kính thay đổi

Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải trọng đợc tính từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều kiền làm việc với hệ số an toàn cần thiết Lực căng cáp nhỏ nhất Fmin trên nhánh nhả đợc tính từ điều kiện lực căng ban đầu để truyền lực bằng ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép của cáp Vậy lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuốn cần thiết để dịch chuyển tải trọng là:

với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại thang máy đợc sử dụng trong bệnh viện thì thờng dùng loại phanh dừng êm dịu với bộ phận công tác là nêm hoặc kẹp Phanh an toàn thờng lắp với cáp nâng(đợc sử dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc độ(dùng cho thang máy sử dụng Puly ma sát).

II.Yêu cầu công nghệ

Trong đồ án này chúng ta chỉ quan tâm đến thang máy chở ngời nên yêu cầu

về công nghệ của thang máy trong trờng hợp này rất chặt chẽ bởi ngoài sự điều chỉnh về kỹ thuật chính xác thì vấn đề an toàn và sự thoải mái của ngời sử dụng thang máy cũng phải đợc quan tâm Một số thông số ảnh hởng rất trực tiếp đến vấn

đề này cần phải đợc phân tích một cách kỹ lỡng ,sau đây ta sẽ xem xét chi tiết về các thông số này

1.Tốc độ: Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định đến năng suất của thang máy và có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng Đối với nhà chọc trời ,,tối u nhất là dùng thang máy cao tốc (v≈3.5m/s)giảm thời gian quá độ di chuyển trung bình của than máy đặt gần bằng tốc độ định mức Nhng việc tăng tốc độ lại dẫn đến sự phát triển giá tiền

Tốc độ di chuyển của thang máy có thể tăng bằng cánh giảm thời gian mở máy

Biểu đồ dới đây chỉ đạt đợc khi hệ truyền động một chiều còn dùng hệ truyền

động với động cơ xoay chiều thì chỉ đạt đợc biểu đồ gần đúng

3.Dừng chính xác buồng thang :

Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng ,(hay gặp lệnh dừng trong mạch ddieeuf khiển )là một trông chững yêu cầu quan trọng trong yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang máy

Néu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tợng sau :Đối với thang máy chở khách sẽ làm cho hành khách ra vào khó khăn ,tăng thời gian ra vào dẫu đến giảm năng suất

4.Các yêu cầu đặt ta cho bài toán điều khiển thang máy:

Đòi hỏi ngời thiết kế thang máy phải giải quyết chính xác và triệt để các yêu cầu về kỹ thuật này :

-Các yêu cầu về an toàn ,đây là những yêu cầu rất quan trọng ví dụ nh thang máy chỉ đợc phép vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng hay khi thang máy quá tải thì không vận hành

-Các yêu cầu về điều khiển vị trí cabin :khi dừng thang máy đòi hỏi phải dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng đúng tại sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất

-Các yêu cầu về điều khiển gia tốc và vận tốc ,phải đảm bảo sinh lý cho hành khách đi trên thang máy Ngời điều khiển phải điều chỉnh tốt tốc độ ,gia tốc của thang máy sao cho không gây nên tâm lý hoảng loạn ,thiếu tin cậy ở khách hàng

Đồ thị đặc tính cơ : (Tr ờng hợp này sử dụng đối trọng)

Đồ thị tốc độ tối u của thang máy:

Nâng tải

Hạ tải

M

ω

mo may c.d on dinh

ham xuong toc do thap a,

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

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

g : gia tốc trọng trờng (m/s2)

Để đơn giản, giả sử rằng hđt = hcb Thay vào trên ta đợc:

Hình 4H

D

F1

F2

Puli chủ động

Puli bị

độngDây cáp

Cabin

Đốitrọng

P1đm ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế độ động cơ (nâng tải).

P2đm ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế độ máy phát (hạ tải)

V(m/s) là tốc độ của thang

ηc : hiệu suất của cơ cấu

Thay số liệu vào (4) và (5) ta đợc:

P1đm = 1000 0 , 75

5 , 1 81 , 9 630 6

Để xác định hệ số đóng điện tơng đối, ta phải vẽ đợc đồ thị phụ tải tĩnh của cơ cấu

Để làm đợc điều này, ta cần phải xác định các khoảng thời gian làm việc cũng nh nghỉ của thang máy trong một chu kỳ lên-xuống

Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: Gđm = 630 kg ⇔ 10 ngời.Để đơn giản, ta cho rằng qua mỗi tầng thang máy chỉ dừng một lần để đón, trả khách Ta có các thời gian giả định nh sau:

- Thời gian ra, vào Cabin đợc tính gần đúng là 1s/1 ngời

- Thời gian mở cửa buồng thang ≈ 1s

- Thời gian đóng cửa buồng thang ≈ 1s

Giả sử ở mỗi tầng chỉ có một ngời ra và một ngời vào ⇒ thời gian nghỉ tng ≈ 4s

Ta có đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy nh hình 5

Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1.5m/s là:

tkđ = V

a = 1.5

5.1

tlv = tkđ + t + thãm = 1 + 1.67 + 1

⇔ tlv = 3.67s

Khi lên đến tầng trên cùng (tầng 10), giả sử cả 10 ngời trong thang ra hết, ngay sau

đó có 10 ngời khác vào để xuống các tầng dới Nh vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là:

t0 = 1 + 10ì1 + 10ì1 + 1 = 22s

Khi đi xuống, do V và a không đổi, nên tlv và tng giống nh khi đi lên

V(m/s)

t(s)1.5

1 2.67 3.670

tlv

Hình 5

tkđ

Khi xuống đến tầng dới cùng (tầng 1), giả sử cả 10 ngời trong thang ra hết, ngay sau

đó có 10 ngời khác vào để đi lên các tầng trên Nh vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là:

∑

= 1 = 3 . 67 18 100 %

06

9 67 3 2 4 9 67 3 4

b.)Mô men t ơng ứng với lực kéo đặt lên pu li cáp :

Ta xét bài toán quy về trục động cơ nh sau :

5,

⋅

=

=ω

P

= 59,06 (Nm)

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:

Kiểu

động cơ (kw)Pđm U(V)đm Vg/phNđm (A)Iđm R+r(Ω)cp

Rcks(Ω)

Dòng điện định mức của cuộn kích từ

Số vòng trên 1 cực cuộn song song ωcks

Từ thông hữu ích của 1 cực từ

Φ.10-2 Wb

Mô men QT phần ứng

ơng III : Tính chọn mạch biến đổi

I)Lựa chọn mạch biến đổi :

Động cơ truyền động thang này làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại ,mở máy và hãm máy nhiều độ chính xác khi dừng máy Đảm bảo gia tốc khởi động và khi dừng nằm trong khoảng cho phép Yêu cầu động cơ có điều chỉnh tốc độ và có

đảo chiều quay

Trong đồ án môn học này ta dùng T_Đ vì những u điểm sau :

-Dùng cho mọi dải công suất

-Có tần số đảo chiều lớn

-Hai bộ biển đổi cấp cho phàn ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở

độc lập ,làm việc an toàn không có icb

Mạch gồm hai bộ biến đổi riêng rẽ nhau là BĐ1 và BĐ2.Khi điều khiển riêng hai bộ,tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và FX2,trật tự hoạt động của các bộ phát xung này đợc quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời gian.Trong khoảng thời gian 0ữt1,bộ BĐ1làm việc

ở chế độ chỉnh lu,góc α1<

2

π còn BĐ2 khoá.Tại t1 phát lệnh đảo chiều iLđ ,góc điều

khiển α1 tăng đột biến đến lớn hơn

2

π ,dòng phần giảm dần về 0 lúc này cắt xung

điều khiển để khoá BĐ1 ,thời điểm t2 đợc xác định bởi cảm biến dòng điện không

SI1.Trong khoảng thời gian trễ τ=t3-t2,BĐ1 bị khoá hoàn toàn,dòng điện phần ứng bị triệt tiêu.Tại t3 sđđ động cơ E vẫn còn dơng,tín hiệu logic b2 kích cho FX2mở BĐ2với

góc α2>

2

π

,và sao cho dòng điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép,động cơ

đợc hãm tái sinh,nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãmvà dòng điện khởi động ngợc không đổi,điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống.Trên sơ đồ của khối logic LOG thì iLđ , iL1 , iL2 là các tín hiệu logic đầu vào còn b1,b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển:

iLđ =1 – phát xung điều khiển mở BĐ1

iLđ =0 - phát xung điều khiển mở BĐ2

i1L(i2L) =1 – có dòng điện chảy qua BĐ1(BĐ2)

b1(b2) = 1 – khoá bộ phát xung FX1(FX2)

2,Ưu điểm : mạch động lực đơn giản,trong đó không cần có cuộn kháng cân bằng và

máy biến thế  Giảm đáng kể chi phí cho mạch lực Đơn giản chỉ cần có có một cuộn dây thứ cấp ,thậm chí có thể nối trực tiếp với lới không cần qua biến thế

II)Tính chọn mạch biến đổi:

Vì hệ truyền động thang máy là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọn mạch 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 3 pha Điốt

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 = 0,94 (Ω)

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

γ1Ud0cosαmin = γ2Eđm + ∑Uv + ImaxR∑ + ∆Uγ max (*)

Trong đó:

• Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lu

• γ1 : hệ số tính đến sự suy giảm lới điện; γ1 = 0,95

• ∆Uγ max : sụt áp cực đại do trùng dẫn ∆Uγ max = ∆Uγ đm

udmI

maxuI

ddmIudmI

Có Idđm = Iđm và Imax = 2Iđm⇒∆Uγmax = 2∆Uγđm = 2Ud0UkYk

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

và Yk =

% k U

U

∆

∗ γ

1

maxuuv

udm2

U Y 2 cos

I R U E

− α γ

+ Σ +

=

05 , 0 5 , 0 2 12 cos 95 , 0

52 94 , 0 2 , 3 56 , 195 04 ,

*Tính chọn biến áp nguồn BAN:

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

⇒ Tỷ số biến áp: kBAN =

3 U

SBAN = 1,05Ud0Idđm = 1,05.290,55.26 (VA)

⇔ SBAN = 7932,015 (VA)

Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 8,5(kVA).

*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 số sau:

Dòng trung bình qua mỗi Thyristor:

Vậy Tiristor phải chịu đợc điện áp ngợc cực đại = 1,6.304,37 ≈ 486,99(V),

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

và phải chịu đợc dòng cực đại khi dẫn = 1,5.17,33 ≈ 26(A)

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

Loại I0

(A) V=RRM

VDRM (V)

ITSM(A) I(mA)DM VMaxGT

(V)

IGTMax(A)

VTMmax(V)

ITMMax(A)

Du/dt(V/às)

di/dt(A/às)

TYN

Trong đó:

• I0 : Dòng trung bình ở trạng thái dẫn của Thyristor

• VRRM : Điện áp ngợc của lặp lại của Thyristor

• VDRM : Điện áp lặp lại ở trạng thái khoá

• ITSM : Dòng điện quá tải ở điểm h hỏng ở trạng thái dẫn

• IDM : Dòng cực đại ở trạng thái khoá

• VGT, I GT : Điện áp, dòng điện điều khiển

• VTM, ITM : Điện áp, dòng điện cực đại ở trạng thái dẫn

• du/dt : Tốc độ tăng tới hạn của điện áp ở trạng thái khoá

• di/dt : Tốc độ tăng tới hạn của dòng điện ở trạng thái dẫn

* Tính cuộn kháng san bằng:

Công thức gần đúng tính điện cảm phần ứng động cơ 1 chiều kích từ độc lập:

L ≈ KL

dm p udm

udm

n Z I

220

⇔ L ≈ 2,82.10-3(H), hay L = 2,82(mH)

*Tính toán mạch bảovệ 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 = 1ữ 2 Chọn b = 1,6

Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH)

-Hệ số quá điện áp : k =

maxng

bU

VRRM

=

37 , 304 6 , 1

U

2

10 2 , 0 2

22 , 215 2

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

dt

di) Tức là có thể coi Lk = 0

Hình 8

-Xác định điện lợng tích tụ Q = f(

dt

di), sử dụng các đờng cong (Hình X.10b):

Với Id = 26(A), max

U

Q

2

.C* min(k) =

37 , 304

U L 2

max ng

max(k)

Q 2

U L

37 , 304 10 2 , 0

37 , 304 10 2 , 0

2

−

−

⇒ 35,04 ≤ R1≤ 76,44 (Ω)

Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47(Ω) và C 1 = 0,6(àF)

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

s

I 2

I

ω

2 S

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 I

d =3

s

I 2

I

ω

2

S = 0,03

314 2

10 5 ,

ì ≈ 0,41(W.s)-Xác định R2 và C2:

C2 =

sm

2 3 T

U

W

2

C* min(k)