Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở người

Đánh giá về phạm vi ứng dụng: - Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữf=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tởng, nên khităng điện trở phụ ở roto, tốc độ động

2.2 Tính chọn Thyristor 18

2.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lu 19

2.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 25

2.5 Thiết kế chọn thiết bị bảo vệ mạch động

2 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ

36 Chơng 5 : Thiết kế mạch điều khiển

40 Tài iệu tham khảo

49

Lời nói đầu

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tạicác 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 và nhằm đô thị hoá ở các thànhphố lớn Bên cạnh đó dân số của các đô thị ngày càng tăng dẫn

đến mật độ dân số ở các thành phố tăng ngày càng cao Do đóvấn đề nhà ở và các nơi làm việc đợc đặt ra nh một nhu cầuchủ yếu để phục vụ cho cuộc sống cũng nh các hoạt động xã hội

Nh vậy các toà nhà cao tầng sẽ đợc mọc lên đẻ có thể đáp ứng

đợc nhu cầu này Đi đôi với việc xây dựng các toà nhà cao tầngtại các thành phố và các trung tâm công nghiệp thì vấn đề chởngời và chở hàng là một vấn đề hết sức đợc quan tâm Đối vớimột số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển ngời, hàng hoá

từ thấp lên cao lại quyết định rất lớn đến năng suất lao động,

điều này hết sức quan trọng trong thời buổi hiện nay Vì vậyvấn đề đặt ra là thiết kế một thiết bị có khả năng chở ngờicũng nh hàng hoá để phục vụ cuộc sống là rất cần thiết và mộttrong những thiết bị đáp ứng đợc yêu cầu đó chính là thangmáy Và ta sẽ nghiên cứu kỹ ở các phần sau đây

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một côngnghệ sản xuất Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại,truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng caonăng suất và chất lợng sản phẩm Ngày nay, cùng với những tiến

bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền

động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kểnhờ việc áp dụng những tiến bộ trên Cụ thể là các hệ truyền

động hiện đại không những đáp ứng đợc độ tác động nhanh,

độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiềuthế hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việc đa nhữngkết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản xuất Vấn đềthang máy cũng yêu cầu có một hệ truyền động phù hợp với cáccông nghệ đợc đa ra

Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tổng hợp hệ điện cơ em đợc giao đề tài thiết kế môn học với nội dung: Thiết kế

hệ truyền động cho thang máy chở người Nhằm mục đích

hiểu sâu môn học cũng nh tìm hiểu về một công nghệ vấn cònkhá mới ở nớc ta

Đợc sự hớng dẫn trực tiếp và tận tình của cô giáo: Nguyễn Thi Liên Anh, em đã hoàn thành đồ án đợc giao.

Nội dung của đồ án chia làm 6 chơng, cụ thể nh sau:

Chơng I: Tổng quan về công nghệ Nội dung cơ bản của

chơng này đề cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệtruyền động thang máy và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ tải.Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểmnày

Chơng II: Chọn phơng án truyền động Nội dung của

ch-ơng này trình bày các phch-ơng án truyền động cho loại động cơ,

đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng có so sánh giữa các

ph-ơng án khả thi đề ra phph-ơng án phù hợp nhất Tất cả đều có sựphân tích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất

Chơng III: Chọn các thiết bị: Nội dung cơ bản của chơng

này sẽ trình bày cách chọn công suất động cơ truyền động, loại

động cơ, van điều khiển…các thiết bị cho mạch lực

Chơng IV: Tổng hợp hệ thống: Nội dung của chơng này

sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng nh các tham số của các bộ điềuchỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn

Chơng V: Mô phỏng bằng Simulink

Mặc dù em đã rất cố gắng trong việc thiết kế, nhng do kiếnthức của em có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạnchế nhất định, sự chỉ bảo tận tình của thày cô là những kiếnthức quý báu cho em ngay còn khi trong ghế nhà trờng cũng nhcông việc thực tế sau này Em mong các thầy đóng góp ý kiến

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

ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sửdụng trong công nghiệp để trở hàng và ít đợc phổ biến Nhngtrong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nớc ta đang có những bớcphát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnhvực ngày càng tăng lên

II Các bộ phận chính của thang máy.

Những loại thang máy hiện đại có cơ cấu cơ khí phức tạp,

hệ truyền động hệ thống khống chế phức tạp nhằm nâng caonăng suất, vận hành tin cậy, an toàn Tất cả các thiết bị điện đ-

ợc lắp trong buồng thang và buồng máy

- Buồng thang : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, buồngthang luôn đợc giữ theo phơng thẳng đứng nhờ có các giátreo và những con trợt dẫn hớng

- Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hốgiếng, vách bao quanh và trần giếng, các bin và đối trọng

di chuyển trong giếng than nhờ các cáp và khay dẫn hớng

- Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độ

và các thiết bị liên quan Buồng máy đợc bố trí ở tầng trêncùng của thang máy

- Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thanghoặc đối trọng trên ray dẫn hớng khi vận tốc quá (20¿40%)giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn

hệ thống

Phanh có 3 kiểu : + Phanh bảo hiểm kiểu nêm

+ Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm

+ Phanh bảo hiểm kiểu kìm( hay sửdụng)

- Hố giếng : Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1cho đến đáy giếng phục vụ cho việc bảo dỡng, sửa chữa,

điều chỉnh

III Phân loại   :

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  0,65 m/s

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

- Thang máy cao tốc: v = 2,5  5 m/s

+ Phân loại theo trọng tải :

- Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg

- Thang máy loại trung bình: Q = 500  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 cũng

nh hàng hoá 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 tạichỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vợt quá (20 40)% tốc độ định mức

Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang( Truyền độngchính theo phơng thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền

động phụ ( là truyền động đóng mở cửa buồng thang) Truyền

- Dễ điều khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao.

- Về vị trí : khi dừng thang máy phải dửng chính xác so vớisàn tầng và quá trình hãm sao cho các bin dừng đúng tạisàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nútdừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây racác hiện tợng sau : vì đây là thang máy chở hàng nên sẽgây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng Trong một sốtrờng hợp có thể không thực hiện đợc việc xếp và bốc dỡhàng Để khẵc phục hậu quả có thể nhắp nút bấm để đạt

đợc độ chính xác khi dừng nhng sẽ dẫn đến các vấn đềkhông mong muốn sau : hỏng thiết bị điều khiển, gâytổn thất năng lợng, gây hỏng các thiết bị cơ khí, tăng thờigian từ lúc hãm đến lúc dừng

- An toàn : Thang máy chỉ vận hành khi cửa tầng và cửacabin đã đóng hay khi thang máy quá tải thì không vậnhành

2 Yêu cầu về truyền động.

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền độngthang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốckhi mở máy và khi hãm Các tham số chính đặc trng cho chế

độ làm việc của thang máy là : Tốc độ di chuyển v [ m/s ] , giatốc a(m/s2) , độ giật (m/s3)

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suấtcủa thang máy , có ý nghĩa rất quan trọng nhất là đối với cácnhà cao tầng.

Đối với các nhà chọc trời, tối u nhất là dùng thang máy cao tốc(v= 3,5m/s ) giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trungbình của buồng thang đạt gần bằng tốc độ định mức.Nhngviệc tăng tốc độ lại dẫn đến giá thành thang máy tăng Nếu tăngtốc độ của thang máy v = 0,75m/s lên v= 3,5m/s giá thành tănglên 4¿5 lần Bởi vậy tùy theo độ cao của toà nhà mà chọn thangmáy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối u

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăngbằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tănggia tốc Nhng khi gia tốc lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hànhkhách (nh chóng mặt, sợ hãi nghẹt thở ) Bởi vậy gia tốc tối u là:

a≤2 m/s2.

Một đại lợng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồngthang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm củagia tốc khi hãm máy Nói cách khác đó là độ giật( đạo hàm bậcnhất của gia tốc ρ=da

1 0

Biểu đồ này chia làm 5 giai đoạn : mở máy ,chế độ ổn

định , hãm xuống tốc độ thấp , buồng thang đến tầng và hãmdừng

Sơ đồ động học của thang máy

a

mo may c.d on dinh

ham xuong toc do thap a,

a,m/s ,m/s

Vmin = 0,2m/s

s : vi tri

Nâng tải

Hạ tải

Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngãcủa môi trờng nhằm nâng cao năng suất an toàn trong vận hành

và khai thác ,phải đảm bảo khởi động động cơ truyền độngkhi đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trờng

1 2

giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng

đáng kể mômen cản tĩnh

Chơng II: Chọn phơng án truyền động

Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu công nghệ

và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó chọn ra một hệtruyền động có thể thoả mãn yêu cầu công nghệ đặt ra Bằngviệc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệtruyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn

đợc phơng án phù hợp với yêu cầu thang máy Động cơ dùng đểkéo puli cáp trong thang máy có thể là động cơ một chiều hoặc

động cơ xoay chiều không đồng bộ Thang máy làm việc ở chế

độ ngắn hạn có đảo chiều quay

Với: K Flà hệ số kết cấu của máy phát

C= Δφ F

Δi kFlà hệ số góc của đặc tính từ hoá

Nếu dây quấn kích thích của máy đợc cấp bởi nguồn áp lý ởng thì:

Ikf = Ukf/Rkf và ta coi gần đúng máy phát điện một chiều làmột bộ khuếch đại thì : E F =K F U kF Nếu ta đặt R = Rf +Rd thì

ta có thể viết phơng trình các đặc tính của hệ F-Đ nh sau:

ω= k f

kφ U kF −RI

kφ ω= k f

kφ U kF −RM

(kφ)2

Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điệnkích từ của máy phát thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệthống còn độ cứng thì giữ nguyên Cũng có thể điều chỉnhkích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn

Đặc điểm: Chỉ tiêu chất lợng của hệ máy phát động cơ về

cơ bản tơng tự nh hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói chung

Ưu điểm: Nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển

đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn Do vậythờng sử dụng hệ nguồn truyền dộng F-Đ ở các máy khai tháccông nghiệp mỏ Do thang máy chở hàng là một hệ truyền động

có tải ổn định nên phơng pháp này không có tính khả thi

Nhợc điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ làdùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điệnmột chiều gây ồn lớn công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lầncông suất của động cơ chấp hành Ngoài ra do máy phát có từ d

đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ

1 4

2 Hệ truyền động T - Đ có đảo chiều quay.

Do chỉnh lu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điềukhiển khi mở,còn khoá theo điện áp lới cho nên truyền động vanthực hiện đảo khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát-

động cơ Cấu trúc mạch lực cũng nh mạch cấu trúc mạch điềukhiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và

có logic điều khiển chặt chẽ.Có hai nguyên tắc cơ bản để xâydựng hệ truyền động đảo chiều:

+Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiềudòng kích từ động cơ

+Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điệnphần ứng

Trong thực tế,các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều cónhiều song đều thực hiện theo hai nguyên tắc và đợc phân ra

5 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 Loại sơ đồnày 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

BD1

BD2 Udk

D

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 Loại này có u điểm là dùng cho mọi dải côngsuất, có tần số đảo chiều lớn

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

T

N N

-+ D

1 6

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

chéo điều khiển chung

Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn,thực hiện việc

đảo chiều êm.Tuy nhiên kichí thớc cồng kềnh,vốn đầu t và tổnthất lớn

 Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trng (sơđồ 3)

và (sơ đồ 4) :

a> Truyền động T-Đ điều khiển riêng :

Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắtdòng , sau đó tiến hành chuyển mạch , nh vậy khi điều khiển sẽ

CKD D

BA

tồn tại một thời gian gián đoạn sơ đồ 1,2,3 đợc điều khiển theonguyên tắc này

Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽvới nhau Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi cóxung điều khiển còn bộ biến đổi kia bị khoá do không cóxung điềukhiển Trong một khoảng thời gian thì BĐ1 bị khóahoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện

động phần ứng E vẫn còn dơng Sau khoảng thời gian này thìphát xung 2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng

động cơ đợc hãm tái sinh Nếu giữ nhịp điệu giảm 2 phù hợp vớiquán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng

điện khởi động ngợco không đổi điều này đợc thực hiện bởicác mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có u

điểm là làm việc an toàn không có dòng cân bằng chảy giữacác bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễ trong đódòng điện động cơ bằng không

b> Truyền động T-Đ điều khiển chung :

Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 vàBĐ2 đều nhận đợc xung mở nhng chỉ có một bộ biến đổi cấpdòng cho nghịch lu còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ

đợi Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này

Nếu chọn Ed1= Ed2 thì α 1+α 2= và ta có phơng pháp

điều khiển chung đối xứng khi này sđđ tổng trong mạch vònggiữa hai bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điện trung bình chảyvòng qua hai bộbiến đổi cũng triệt tiêu: Icb=0

Trong phơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảoEd2

Ed1 tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị

1 8

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 xoaychiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòng điện cânbằng này thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb

Nhận xét:

u điểm: Độ tác động nhanh, cao không gây ồnvà dễ tự

động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại cao, điều đórất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điềuchỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh vàcác đặc tính động của hệ thống

Nhợc điểm: Do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng

điện áp của chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao nên gây tổnthất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớncòn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số cos

ϕ thấp

B Với động cơ xoay chiều.

1.Hệ điều chỉnh điện áp động cơ.

a Nguyên lý:Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa

mô-men và điện áp đặt vào Stato động cơ nh sau:

M= 3 U f 12 R2'

ω1[ (R1+R s2')2

+ X n m

2].s

Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB

tỷ lệ với bình phơng điện áp đặt vào phần cảm (stato) Do đó,

ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh

điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số Để thực hiện đợc

điều này ngời ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC)

Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trợt tới hạn(ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ

sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp Ngoài ra, khi giảm áp, men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phơng điện áp Vì

mô-lý do này mà phơng pháp này ít đợc dùng cho động cơ KĐB rotolồng sóc mà thờng kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với

động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh

b Đánh giá về phạm vi ứng dụng:

- Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữf=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tởng, nên khităng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ trợt tới hạntăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trợt của động cơ:

ΔP s =M c (ω1−ω)=P dt s

- Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giátrị điện trở phụ đa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cầnphạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm tổn thất

điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động Tốc độ động cơcàng thấp (s càng lớn), nhất là trong trờng hợp điều chỉnh sâutốc độ, thì tổn hao công suất trợt càng lớn

Do có nhiều hạn chế nh trên nên vấn đề điều chỉnh điện

áp stato để điều khiển tốc độ động cơ chỉ đợc ứng dụng hạnhẹp Hiện nay, nó thờng ứng dụng làm bộ khởi động mềm(softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng

2 0

rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so vớilới tiêu thụ chung Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đờng

đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lới, làm ảnh hởng

đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động Trongứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động vớicác phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (nh quạt gió,bơm ly tâm)

Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có men tải không đổi (Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điềuchỉnh Vì vậy, việc xem xét phơng án truyền động dùng ph-

mô-ơng pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền độngthang máy là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phơng ándùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này

Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giảnnhất là sử dụng điện trở phụ đa và mạch roto làm tăng tổn thất.Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thìkhông có vấn đề gì, nhng với hệ truyền động công suất lớn thìcác tổn hao là đáng kể Vì vậy để tận dụng công suất trợt ngời

ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đa công suất trợt trở lại lới hoặcbiến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó

ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ Dới đây xin giới thiệumột sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:

Trong sơ đồ này thì sức điện động roto đợc chỉnh luthành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lu cầu diode và qua

điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lu phụ thuộc.Nghịch lu làm việc với góc điều khiển từ 90ođến khoảng 140o ,

điều chỉnh góc điều khiển  trong khoảng này ta sẽ điềuchỉnh đợc sức điện động chỉnh lu trong mạch roto; tức là điềuchỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng của động cơ Đặc tính cơ

điều chỉnh của hệ nối tầng van điện đợc dựng qua việc thay

đổi góc điều khiển  của nghịch lu đợc dựng nh hình vẽ; trong

đó do ảnh hởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và

điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng nh sụt áp dochuyển mạch của nghịch lu và chỉnh lu nên các đặc tính có độcứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của

đặc tính tự nhiên

2 2

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng:

Nh đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có

ý nghĩa trong hệ truyền động với công suất lớn (thờng cỡ trên500kW), vì khi đó công suất trợt đa về mới là đáng kể và việc

đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí

Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suấtcủa hệ thống lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điềuchỉnh lợng công suất đa về có thể đạt đợc những chỉ tiêu điềuchỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mômen của động cơ bịgiảm khi tốc độ thấp

Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn

đề quan trọng là khởi động động cơ, thờng dùng điện trở phụkiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làmviệc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt.Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệtruyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều íthoặc tốt nhất là không có đảo chiều

Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệtruyền động thang máy nêu ở chơng đầu cùng với việc ta chọn là

động cơ không đồng bộ roto lồng sóc ta loại bỏ việc sử dụng

ph-ơng án này cho hệ truyền động của ta Cụ thể là có hai lý do cơbản sau:

Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại,

có đảo chiều quay

Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề

đầu t cả hệ nối tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế

3.Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.

Thực chất của phơng pháp này là điều chỉnh công suất ợt; công suất trợt ở đây đợc lấy bớt ra và đợc biến thành tổn haonhiệt năng vô ích trên điện trở

tr-Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:

Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn

có độ trợt từ s=0  sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trởroto ta có thể viết:

2 4

trong đó: s0: là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R2

s: là độ trợt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf.Theo biểu thức mô-men thì:

M= 3 U 1 f 2.

R2' s ω.[( R1+R s )+ X2'

động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệtruyền động có mômen tải không đổi (x=0) Thực tế, việc thay

đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa cóhiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉlại dốc Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫnvới các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnhcứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh.Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch

điều chỉnh xung áp một chiều:

+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng rototăng lên

+ Khi S ngắt: R0 đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng rotocoi nh không đổi và ta có một giá trị điện trở tơng đơng Rtd

Điện trở tơng đơng Rtd trong mạch một chiều đợc tính quy

đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảotoàn công suất Kết quả tính quy đổi đợc:

R f=1

2.R td =ρ R0

2

Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi

đợc  và từ đó thay đổi đợc Rf Cho =0  1, ta dựng đợc họ các

2 6

đặc tính cơ tơng ứng quét gần nh mặt phẳng giới hạn bởi

đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng:

Có thể nói việc sử dụng phơng pháp xung điện trở roto trong

điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phơng pháp

đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnhcũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ vàdòng điện)

Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp vớiphụ tải có mô-men không đổi nh cơ cấu thang máy Cụ thể là

nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mômen khởi động lớnkhi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch rototrong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải

điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùngmột tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh Mặt khác,việc điều chỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnhhởng đến công suất động cơ tiêu thụ đa vào stato; tức làkhông gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi động cơ khởi

động nh ở phơng pháp điều chỉnh điện áp stato

Tuy vậy, nh đã đề cập ở trên, thực chất của phơng phápcũng dựa vào việc điều chỉnh công suất trợt nên tổn hao trongkhi điều chỉnh không thể tránh khỏi So với phơng pháp nối cấp

nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu t hơn, nhng lại có tổnthất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sửdụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dới100kW)

H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số.

M

Phân tích u và nhợc điểm của phơng án dùng điều chỉnh

xung điện trở roto cho hệ truyền động thang máy ta thấy rằng

đây là một phơng án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng

khi so sánh với phơng pháp biến tần sẽ đợc trình bày dới đây

mô-men tới hạn lại giảm (với điện áp

giữ không đổi), cụ thể là:

M th≈ 1f

12

Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì

dòng điện động cơ tăng (do f giảm  X=2fL cũng giảm  I

tăng), gây ảnh hởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ Vì vậy

để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá

dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm

điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định

2 8

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng

Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta cónhận xét là: Nếu đảm bảo đợc luật điều chỉnh điện áp – tần

số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần

số Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấpkết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng ápdụng cho mọi yêu cầu truyền động

Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độkhông tải lý tởng và tốc độ trợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trợtgiảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tơng ứng nên ph-

ơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất

Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả

điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết

bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giáthành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến

đổi trang bị cho các phơng pháp điều chỉnh khác

Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọnphơng án truyền động dùng phơng pháp điều chỉnh tần số làhoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng nh đápứng đợc yêu cầu truyền động thang máy do các lý do sau:

1 Về tính đơn giản trong điều chỉnh.

Với phơng pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với

điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều nàylàm phức tạp lên rất nhiều so với phơng pháp khác

2 Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều.

Còn phơng pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ chotổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung

là thấp nhất trong các phơng pháp áp dụng cho hệ truyền độngxoay chiều Với phơng pháp dùng biến tần ta có thể điều khiểnviệc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các vanbán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điềuchỉnh cao hơn

3 Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động.

Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ rotolồng sóc thực tế là phơng án truyền động kinh tế Mặc dù giáthành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với phơng phápkhác, nhng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sócvới tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn

so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung.Với môi trờng làm việc nặng nề của động cơ truyền động cầntrục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc

là hợp lý

4 Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành

Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi

đặc tính cơ mong muốn nên thực tế phơng pháp điều chỉnhtần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động Điều đó cónghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động thang máy là hết sứchợp lý

Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tincậy nhờ sử dụng động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộbiến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công suất hiệnnay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn Hơn nữa giá thành

3 0

của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ

đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy

do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp

Kết luận : Từ những so sánh trên, kết hợp với việc xem xét thực

tế, em quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộbiến đổi tần số vói động cơ roto lồng sóc

Chơng III: Thiết kế bộ biến đổi mạch lực

ở chơng II, ta đã chọn phơng pháp truyền động là dùng bộbiến tần Chơng này đi giải quyết việc tính chọn các phần tửdùng trong mạch lực

1 Lựa chọn sơ đồ mạch lực.

1.1 Chọn sơ đồ biến tần.

Trong thực tế hệ biến tần - động cơ có thể có 3 loại sau:

Biến tần trực tiếp: là loại biến tần có tần số đầu ra luôn

nhỏ hơn tần số lới f1; fs=(0  0,5)f1 Đặc điểm của loại biến tầnnày là có số lợng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù có u điểm làbiến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần sốkhác với hiệu suất cao, nhng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế.Thực tế thờng dùng cho truyền động có công suất lớn

Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần

này là nguồn cấp cho BBĐ là nguồn sức điện động với nội trởnhỏ Các bộ nghịch lu điện áp a dùng tranzito thay vì tiristor vì

lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khoávan mà không cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào Hiệnnay với phơng pháp (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho các

bộ nghịch lu điện áp, cho phép các dạng sóng gần sin hơn vàvì vậy nâng cao đợc chất lợng điều chỉnh Những đặc điểm

đó đa đến khả năng ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trongtruyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh, chiếm -

u thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều

động cơ hoạt động chính xác và đồng bộ

Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong trờng hợp này này,

nguồn cung cấp là nguồn dòng tức là dòng một chiều vào bộnghịch lu không phụ thuộc vào tổng trở tải Điều này dẫn đếndạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữnhật nếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sinnhng mang các đỉnh nhọn ở thời điểm chuyển mạch Khác với

bộ nghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch lu dòng liên lạc điện áp một

3 2

chiều phải qua cuộn dây Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn cácbiến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rấtthích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột củamô-men trên trục động cơ Hơn nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòngkhi ngắn mạch đầu cực động cơ không gây h hỏng nghịch luvì dòng điện luôn có xu hớng giữ không đổi

Một điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thểthực hiện hãm tái sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản Bộbiến tần nguồn dòng làm tăng đợc công suất đơn vị động cơnên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất độngcơ truyền động lớn

Từ những đặc điểm của biến tần vừa nêu, đối chiếu với yêu cầu của đồ án : truyền động với công suất nhỏ, có độ chính xác cao, chọn loại biến tần nguồn áp.

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến

đổi tần số nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng độngcơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp Nó cho phép mở rộngdải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống

điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơKĐB nói riêng Trớc hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cầnthay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền

động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn phơng pháp nàycòn đợc ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơcấu có yêu cầu tốc tốc độ cao nh máy ly tâm , máy mài Đặcbiệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến

đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ

có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việctrong nhiều môi trờng

Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiểnrất phức tạp Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lớichung mà từ một bộ biến tần Bộ biến tần này có khả năng biến

đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau 1 2

Nguyên lý điều chỉnh tần số:

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến

đổi tần số fi của điện áp stato đợc rút ra từ biểu thức xác định

động cơ KĐB

s = 2..fsVậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệvới tần số ra và từ thông Es = C..fs

Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấnstato tức coi

Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điềuchỉnh cả điện áp nguồn cung cấp Từ công thức trên ta thấy khi

điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn Us không đổithì từ thông động cơ sẽ biến thiên:

*Khi s giảm từ thông  của động cơ lớn lên làm chomạch từ bão hoà và dòng điện từ hoá lớn lên Do các chỉ tiêu nănglợng xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát năng lợng quámức cho phép

*Khi s tăng từ thông  của động cơ giảm xuống và nếumômen phụ tải không đổi thì theo biểu thức M = k..I.n.cos tathấy dòng điện rôto Ir phải tăng lên.Vậy trong trờng hợp này dâyquấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải Ngoài

ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của

động cơ giảm xuống

ΔUS=IS√ Rs2+Xs2≈0⇒ US≈ ES=CφfS

3 4

Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất

là khi điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp biến đổi tần số

ng-ời ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện theo hàmcủa tần số và phụ tải

Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặcmáy sản xuất có thể đợc thực hiện trong hệ kín Khi đó nhờ cácmạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trớc nào đó sẽ biến

đổi theo phụ tải

Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điềuchỉnh tần số đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quátải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài ra còn

có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối u trong chế độ tĩnh.Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp:

Trên đây là sơ đồ nguyên lý mạch lực của một bộ biến tầnnguồn áp bao gồm 4 khối chức năng chính: nguồn điện mộtchiều( NMC), mạch lọc F, nghịch lu độc lập nguồn áp NL và

động cơ không đồng bộ KĐB

Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều cógiá trị điều chỉnh đợc, nghịch lu gồm 6 khoá bán dẫn S1…S6

và cần 6 van không điều khiển là 6 điốt D1…D6 Các khoánghịch lu đợc đóng cắt theo thứ tự nhất định Tạo thành điện

áp xoay chiều ba pha đặt lên điện áp chấp hành, góc dẫn củacác khoá là 1800, thời điểm các khoá S1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt

đầu dẫn lệch nhau 120o do đó điện áp ra của nghịch lu cũnglệch nhau về thời gian là 1200 Điện áp dây của nghịch lu códạng xung chữ nhật với độ rộng là 1200 và thoả mãn điều kiệnphân tích thành chuỗi điều hoà:

Nguyên lý tạo điện áp xoay chiều ba pha: