Với công nghệ cấu tạo dựa trên nguyên lý chuyển đổi dòng điện thì các loại biến tần trực tiếp và gián tiếp sẽ hỗ trợ tốt cho thiết bị đầu vào và đầu ra khi muốn tải và nạp điện.. Các
Trang 1Họ và tên Mã số sinh viên
Quế Anh Tùng 20174351
Nguyễn Hữu Trường 20174301 Bùi Quang Huy 20173960 Đỗ Ngọc Sơn 20174164 Nguyễn Đăng Linh 20174015 Trần Đức Mạnh 20174041
Đàm Đức Hòa 20173884
Ngô Huy Khang 20173975
Nguyễn Xuân Tuấn 20174323
Hà Nội, 2020
Trang 2Số 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/s 2
+ 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
Trang 31 Xác định phụ tải tĩnh
- Khối lượng đối trọng:
Gdt = G0 + α.Gđm = 700 + 0,4.600 = 940 (kg)
- Lực kéo đặt lên puli khi nâng đầy tải:
Fn = (Gđm + G0 – Gdt).k.g = (600 + 700 – 940).1,2.9,81 = 4237,92 (N)
- Lực kéo đặt lên puli khi hạ đầy tải:
Fh = (– Gđm – G0 + Gdt).k.g = (– 600 – 700 + 940).1,2.9,81 = – 4237,92 (N)
- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải là:
(nâng đầy tải thì Fn = (1 – α).Gđm.g) P1n = F n v k
1000 η = ( 1−α ) .G đm v g.k
1000 η = ( 1−0,4 ) 1000.0,75 .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).Gđm.g) P1h = F h v η
1000.k = ( α−1 ) .G đm v g.η
1000 k = ( 0,4−1 ) .600 1,5 9,81.0,75 1000.1,2 = -3,31 (kW)
- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng không tải là:
(nâng đầy tải thì Fh = - α.Gđm.g) P0n = F h v η
1000.k = −α G đm v g.η
1000 k = −0,4.600 1,5.9,81.0,75 1000.1,2 = -2,2 (kW)
- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ không tải là:
(nâng đầy tải thì Fh = α.Gđm.g) P0h = F h v k
1000 η = α G đm v g.k
1000.η = 0,4.600.1,5 9,81 1,2 1000.0,75 = 5,65 (kW)
- Mô men tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:
M1n = F n D
2.i.η = 4237,92.0,4 2.30 0,75 = 37,67 (Nm)
- Mô men tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:
M1h = F h D η
2.i = −4237,92.0,4 0,75 2.30 = -21,19 (Nm)
Trang 42 Xây dựng đồ thị phụ tải
- Trước tiên dựa vào đường cong tối ưu tính toán sơ bộ thời gian thang máy chuyển động ở một tầng.
- Độ giật ρ(m/s 3 )
- Với gia tốc a=1.5m/s 2 ≤2m/s 2 thì độ giật không được vượt quá 20m/s 3 Do đó ta chọn độ giật ρ=15m/s 3
- Theo đồ thị trên
- Xét trên đoạn cabin chạy với gia tốc không đổi thì ta có vận tốc:
- Mặt khác ta cũng có:
- Đồng thời ta lại có
- Với vận tốc chạy ổn định v3=1,5(m/s)
- Từ phương trình (2) suy ra:
Trang 5- Từ phương trình (1) ta có:
- Ta có hệ phương trình :
- Mà t1=0,1(s) suy ra : t2=1(s)
t3=1,1(s)
- Vì đồ thị trên đối xứng qua quãng đường chuyển động ổn định nên thời gian mở máy với thời gian hãm được nhân đôi :
t=2.t3=2.1,1=2,2(s)
- Từ đó ta tính được quãng đường :
trong đó a’=ρ.t
- Suy ra :
- Ta lại có :
trong đó a’3=m.t + n
- Xét khi a’3=0 và a’3=a ta có :
0 = m.t3 + n
a = m.t2 + n
Trang 6=> m.(t3 - t2)= -a
- Vậy quãng đường chuyển động ổn định là Scđ = h - 2.S3 = 4 - 2.0,9 = 2,2 (m) (h là chiều cao của 1 tầng)
- Thời gian thang máy chuyển động ổn định là : Tôd = 2,2 1,5 =1,47 (s)
- Suy ra thời gian thang máy di chuyển qua 1 tầng là: t1t = 1,47 + 2,2 = 3,67(s)
- Để vẽ được phụ tải tĩnh ta tính hệ số đóng điện tương đối, xác định được khoảng thời gian làm việc trong 1 chu kỳ.
- Vì tòa nhà có 27 tầng nên số quãng đường giữa các tầng thang máy phải chạy trong 1 chu kỳ là: 2.26 = 52 suy ra:
- Tổng thời gian làm việc tlv = 52.3,67 = 190,84(s)
Ta giả định rằng:
- Xét thang máy luôn làm việc với tải cực đại Gmax=600 kg tương đương với 10 người, giả sử 1 người ra và 1 người vào, khi lên đến tầng 27 và xuống tầng 1 thì cả
10 người cùng ra và sẽ có 10 người khác cùng vào.
- Thời gian mở cửa cabin: 1s
- Thời gian đóng cửa cabin: 1s
- Thời gian cho người vào/ra cabin: 1s/người
- Thời gian nghỉ của thang trong 1 hành trình là:
tnghỉ = 2.(20 + 2) + 25.4.2 = 244(s) trong đó: ở tầng 1 và tầng 27 mất (20+2).2 (s) và các tầng còn lại đều mất 4(s).
- Thời gian cho 1 chu kỳ là:
Tck = tlv + tnghỉ = 190,84 + 244 = 434,84(s)
Trang 7- Ta có hệ số đóng điện tương đối ε% là:
Ta có đồ thị phụ tải tĩnh:
Trang 83 Công suất, mô men 3.1 Tính công suất đẳng trị trên trục động cơ
- Công suất đẳng trị trên trục động cơ:
Pdt = √ ∑
i=1
n
P i 2 .t 1v
t ck
= √ (P 1n ¿¿ 2+P 1h 2 ).t 1 v
t ck ¿ = √ ¿¿¿ = 6,02 (kW)
- Như vậy phụ tải thang máy có Pdt = 6,02 kW và εdd = 43,89%
- Chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn εdd_tc = 25%
Pđm_chon = Pdt √ ε dd
ε dd tc = 6,02 √ 43,89 %
25 % = 7,97 (kW)
3.2 Mô men tương ứng với lực kéo đặt lên puli cáp
D = 0,4 m => R = 0,2 m
- Tốc độ góc
ω = R v = 1,5 0,2 = 7,5 (rad/s)
- Tốc độ góc của động cơ:
ω dc = ω.i = 30.7,5 = 225 (rad/s)
- Tốc độ động cơ:
n dc = ω dc
2 π 60 = 225 2π 60 = 2149 (vòng/phút)
- Mô men cực đại quy đổi ở trục động cơ là:
M cđ = M max
i.η = ( G 0 +G đm −G dt ) g.D
2.i η = ( 600+700−940 2.30 0,75 ) .9,81 0,4 = 31,39 (Nm)
Trang 94 Chọn động cơ 4.1 Phương án chọn động cơ
Động cơ truyền động cho thang máy trong đề tài là động cơ có công suất nhỏ, do đó có thể sử dụng các loại động cơ:
* Động cơ một chiều kích từ độc lập:
Ưu điểm: Điều chỉnh tốc độ đơn giản, tuyến tính Đặc tính khởi động tốt.
Nhược điểm: Giá thành đắt, cấu tạo phức tạp, tốn kém chi phí bảo trì bảo
dưỡng.
* Động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc:
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vận hành an toàn Sử dụng nguồn cung
cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha Giá thành thấp hơn động cơ 1 chiều, phổ biến, luật điều khiển phong phú.
Nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn.
Chỉ tiêu khởi động xấu hơn nhiều so với động cơ một chiều.
* 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 có vùng điều chỉnh rộng, độ chính xác cao Có kích thước nhỏ hơn so với động cơ không đồng bộ cùng công suất Sử dụng vật liệu từ, có mật
độ từ cao, tổn thất từ và độ nhụt từ nhỏ, khả năng tái nạp từ tốt, chịu nhiệt cao.
Nhược điểm: Giá thành cao.
Ta lựa chọn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc cho thang máy.
4.2 Thông số động cơ
4.3 Kiểm nghiệm động cơ
- Ta có:
M đm = P đm 9,55
n = 11000.9,55 2940 = 35,73 (Nm)
- Ta thấy:
Trang 10M cđ = 31,39 < M đm nên động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải mô men.
- Tốc độ quay của động cơ n = 2940 vòng/phút > 2149 vòng/phút.
=> Động cơ đạt yêu cầu về mô men làm việc và tốc độ.
5 Chọn biến tần
Hiện nay có khá nhiều kiểu thiết bị hỗ trợ tải truyền điện để bạn có thể lựa chọn bộ máy biến tần phù hợp Một trong những thiết bị hỗ trợ một cách tốt nhất để đem lại một
sự ổn định và khả năng tiết kiệm điện Với công nghệ cấu tạo dựa trên nguyên lý chuyển đổi dòng điện thì các loại biến tần trực tiếp và gián tiếp sẽ hỗ trợ tốt cho thiết bị đầu vào
và đầu ra khi muốn tải và nạp điện.
Biến tần được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động chuyển đổi công suất điện vào Các tần số lưới được chyển thành công suất điện ra để sao cho tần số phù hợp theo yêu cầu cấp cho tải thiết bị.
5.1 Biến tần trực tiếp
Điện lưới xoay chiều được trực tiếp biến đổi thành điện; dòng điện xoay chiều sẽ có tần số khác để cấp cho tải (không cần qua khâu trung gian là điện một chiều nên hiệu suất cao) Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngya cả khi có sự cố Dùng cho dải công suất lớn đến vài chục MW.
Biến tần trực tiếp
+ Biến tần Cyclo:
Với Cyclo thì các bộ chuyển mạch 2 chiều được làm từ thyristor điều khiển đóng mở theo góc pha Và chúng hoán đổi giữa các pha của nguồn để có thể tạo ra điện áp xoay chiều có các tần số thấp cấp cho mỗi pha của thiết bị tải.
+ Biến tần ma trận:
Điều đặc biệt các chuyển mạch 2 chiều tần số đóng cắt cao bằng IGBT có thể tạo nên
ma trận Việc chuyển giữa pha vào nguồn vào 3 pha ra cấp cho việc tải Tần số và điện áp
Trang 11ra cấp cho việc tải trong điều khiển qua trạng trái đóng cắt của các khóa chuyển mạch trong ma trận chuyển mạch.
Nhược điểm: Sử dụng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiển phức tạp Hệ số
công suất thấp Trong thực tế ít sử dụng cho nên không sử dụng biến tần trực tiếp cho hệ điều khiển thang máy.
5.2 Biến tần gián tiếp
Điện lưới xoay chiều được chuyển thành điện một chiều qua phần chỉnh lưu trên thanh cái một chiều Sau đó điện một chiều này lại được chuyển thành điện xoay chiều cấp cho tải qua nghịch lưu
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 đổi, điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổi Bằng cách thay đổi thời gian đóng/ cắt các khóa chuyển mạch ở bộ nghịch lưu.
Biến tần nguồn áp điều chế biên độ (CS-PWM-I): Thời gian đóng cắt của các khóa
chuyển mạch của bộ nghịch lưu là không đổi; việc điện áp xoay chiều đầu ra được thay đổi Bằng cách thay đổi điện áp trên thanh cái một chiều; thông qua việc thay đổi thời gian đóng cắt của các khóa chuyển mạch trong phần chỉnh lưu.
Trang 12Biến tần nguồn áp
Khâu trung gian một chiều là tụ C e , thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịch lưu Phù hợp với tải nhỏ dưới 30kW Hệ số công suất của mạch lớn Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải, dòng điện cho tải quy định Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khử đập mạch momen.
Nhược điểm: Không trả được năng lượng về lưới Nếu muốn trả năng lượng về lưới
thì phải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM
+Biến tần nguồn dòng (CSI)
Biến tần nguồn dòng (CSI): Các khóa bán dẫn trong phần nghịch lưu được nối với
một dòng nguồn Việc nguồn dòng này thực hiện qua mạch vòng điều khiển dòng và các cuộn cảm mắc nối tiếp với thanh cais điện áp một chiều Dòng cao cho dòng điện tải là không đổi nên điện áp đầu ra của biến tần; nó sẽ không phụ thuộc vào biến tần mà nó phụ thuộc vào việc tải.
Biến tần nguồn dòng
Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng L f thực hiện chức năng nguồn dòng cho bộ nghịch lưu Có khả năng trẳ năng lượng về lưới Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100kW.
Nhược điểm: Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ, cồng kềnh vì có cuộn kháng Hệ số
công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ.
Từ các phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode và có điện trở hãm.