Thiết kế thang máy chở người

II Phân tích, so sánh và lựa chọn phơng án truyền độngchơng 3 : Phân tích - lựa chọn phơng án Động cơ dùng để kéo pu li cáp trong thang máy là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đả

đề án : thang máy chở ng ời

Cho mô hình thang máy nh sau:

Động cơ Hộp số

puli chủ động

Thanh dẫn

Đối trọng

puli bị động

Các số liệu cho nh sau:

Loại động cơ : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

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 sảnxuất 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 chuyểnhàng hoá, sản phẩm, đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau Nó đã thaythế 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 caotầng, cơ quan, khách sạn Thang máy đã giúp cho con ngời tiết kiệm đợc thời gian vàsức lực

ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sử dụng trong công nghiệp đểtrở hàng và ít đợc phổ biến Nhng trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nớc ta đang cónhững bớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càngtăng lên

Có thể phân loại thang máy nh sau:

1.Phân loại theo chức năng:

a.Thang máy chở ngời:

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 hoặc lớn, đòi hỏi vậnhành êm, an toàn và có tính mỹ thuật

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

+Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng đợc các điều kiện làm việc nặng nề trongcông 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 hỏi cao về việcdừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuốngthang 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 ữ 1,5 m/s

Thang máy tốc độ cao: V = 2,5 ữ 5 m/s

3.Phân loại theo tải trọng:

Thang máy loại nhỏ: QTm < 160 KG

Thang máy loại trung bình: QTm = 500 ữ 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 hố thang là các vịtrí cố định, đó chính là vị trí sàn các tầng nhà

• Động cơ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mởmáy và hãm máy nhiều

• Vì đây là thang máy chở ngời, nên đòi hỏi cao về độ chính xác khi dừng máy:Khi Gtải trọng = 2,5 Gđm thì yêu cầu khi dừng, khoảng cách từ sàn Cabin đến mặtsàn tầng nhà ≤ 2 cm

• Đảm bảo gia tốc Cabin khi khởi động và khi dừng nằm trong giới hạn chophép (vì không đợc để cho ngời trên thang có cảm giác bị giật)

Biểu đồ phụ tải thang máy

II Phân tích, so sánh và lựa chọn

phơng án truyền độngchơng 3 : Phân tích - lựa chọn phơng 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 thang máy)

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

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

+ 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 động này để từ đóchọn ra 1 phơng án truyền động phù hợp nhất dùng trong thang máy

I.1 Hệ Truyền Động Chỉnh Lu - 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

a

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 đảo chiều 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 bộ biến đổi kia

bị khoá do không có xung điều khiển 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 còndơng Sau khoảng thời gian này thì phát xung α2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phầnứng động cơ đợc hãm tái sinh

Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có u điểm là làm việc an toànkhông có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễtrong 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 ởchế độ đợi Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này.Trong phơng pháp điều khiểnchung mặc dù đảm bảo Ed2 =Ed1 tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng songgiá 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 dòng

điện cân bằng này thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb

I.2 Hệ Truyền Động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha Loại động cơ này đợc sửdụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác Ngày nay do

sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học động

Hình 5

cơ không đồng bộ mới khai thác đợc hết các u điểm của mình Nó trở thành hệ truyền

động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu - triristo

Không giống nh động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phần ứngkhông tách biệt Từ thông động cơ cũng nh mô men động cơ sinh ra phụ thuộc nhiềuvào tham số

Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng bộ là hệ điềuchỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh

Trong công nghiệp thờng sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :

a Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo

Nguyên tắc của phơng pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng

Ưu điểm của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh

Điện trở trong mạch rô to của động cơ KĐB :

Rr = Rrd + Rf

Trong đó : Rrd : điện trở dây quấn rô to

Rf : điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay

đổi và độ trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

Mô men

i rd

2 r

S

RI3M

ω

=

Si : Độ trợt khi điện trở mạch rô to là Rrd

Nếu giữ cho Ir = const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ

Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động

có mô men tải không đổi

Phơng pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rô to bằng phơng pháp xung :

tR

0 n d

d 0 e

Re là điện trở tơng đơng trong mạch rô to đợc tính theo thời gian đóng td và thời gianngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không

c Phơng pháp điều chỉnh công suất trợt

Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao ∆Ps là lớn Vì vậy để diều chỉnh

đ-ợc tốc độ vừa tận dụng đđ-ợc công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suấttrợt

dt s

dt 1 c 1

c s

P

Ps

sPsM

MP

∆

=

=ω

=ω

−ω

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 :

f1 f2

Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tải với tần số f2

Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch vankhá phức tạp, có số lợng van lớn nhất với mạch 3 pha Việc thay đổi tần số ra f2 khókhăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1

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

(xoay chiều) (một chiều) (xoay chiều )

U1 U U U2

f1 f2

Điện áp xoay chiều đợc biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lu, qua bộ lọc rồi 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 mà không 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 Đảo Chiều Quay vì:

+ Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các vanbán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao Điều này thuận tiện cho việcthiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tínhtĩnh 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 loạinày có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn Đồng thời hai bộbiến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở độc lập với nhau, làmviệc an toàn và không có dòng chảy giữa các bộ biến đổi

+ Sử dụng hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt đợc đồthị tốc độ tối u (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt đợc dạng đồ thị gầngiống mà thôi )

Nh vậy, loại động cơ sử dụng trong hệ truyền động là loại động cơ một chiều

phần iii: Tính chọn các thiết bị điện

trong sơ đồ truyền động

A Chọn động cơ điện:

Vì hệ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãmmáy nhiều, nên khi tính chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động (Hình2)

1 Xác định phụ tải tĩnh:

Phụ tải tĩnh là phụ 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 dụnglên trục của động cơ

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

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

Cabin

Đối trọng

(1)

Mục đích của đối trọng là giảm phụ tải của cơ cấu, do đó giảm đợc công suất động cơtruyền động Điều kiện chọn đối trọng là tạo ra phụ tải tĩnh của động cơ nhỏ nhất.Trọng lợng đối trọng đợc chọn theo công thức:

Vn

F

gV)GG

Vh

F

1000

gV)GG

(

η

−α

(N.m) (5)

Trong đó:

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)

D : đờng kính puli (m)

V(m/s) : Tốc độ của buồng thang

ηc : hiệu suất của cơ cấu

Thay số liệu vào (4) và (5) ta đợc:

P1đm =

75,0.1000

5,1.81,9)630.35,0630( − ≈ 8,03 (KW)

1000

5,1.81,9)630630

.35,0

2.Xác định hệ số đóng điện tơng đối:

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 nghỉcủa thang máy trong một chu kỳ lên-xuống

Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: Gđm = 630 kg ⇔ 12 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

5,

1 = 1s

⇒ Sau thời gian này Cabin đi đợc quãng đờng là:

Skđ = 0.t + at2/2 = 1,5.12/2 = 0,75mThời gian hãm Cabin khi dừng ở mỗi tầng là

thãm =

a

V =

5,1

5,

So

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

Khi xuống đến tầng dới cùng (tầng 1), giả sử cả 12 ngời trong thang ra hết, ngay sau đó

có 12 ngời khác vào để đi lên các tầng trên Nh vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là:

t’

0 = t0 = 1 + 12.1 + 12.1 + 1 =26s

Vậy ta có đồ thị phụ tải trong một chu kỳ lên-xuống nh hình 10

Với chu kỳ làm việc:

Tck = 18tlv + 16tng + 2t0 = 18.3,67 + 16.4 + 2.26 ⇔ Tck = 182,7s

V(m/s)

t(s) 1,5

1 2,67 3,67 0

tlv

Hình 9

tkđ

Từ đồ thị phụ tải(Hình –11), ta tính đợc hệ số đóng điện tơng đối:

εđđ% =

T

tck lvi n 1 i

∑

7,182

18.67,

ck

lvi i n

i

2 1

∑

= =

7,182

9.67,3.52,49.67,3.03,

Số nhánhsong songphần ứng 2a

Số vòng trên

1 cực cuộnsong song

Từ thông hữuích của 1 cựctừ

Mô men

QT phầnứng

Hình 10

phần ứng N ωcks Φ.10-2 Wb J (kgm2)

ΠΠ

B.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 Cònmạch 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:

Hình 11

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∑ + ∆Uγmax (*)

Trong đó:

• Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lu

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

max u I

ddm I udm

I

Có Idđm =

Iđm và Imax = 2Iđm ⇒∆Uγmax = 2∆Uγđm = 2Ud0UkYk với Uk là điện áp ngắn

mạch: Uk(%) = 5% ⇒ Uk = 0,05 và Yk =

%kU

U

∆

∗γ

1

max u u v

udm 2

UY2cos

IRUE

−αγ

+Σ+

=

05,0.5,0.212cos95,0

52.94,02,356,195.04,

*Tính chọn biến áp nguồn BAN:

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

⇒ Tỷ số biến áp: kBAN =

3U

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:

VTM

max(V)

ITM

Max(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

nZI

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:

Hình 12

(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 =

max ng

bU

VRRM

=

37,304.6,1

U

2

10.2,0.2

22,215

di = 100(A/às) >> 0,76(A/às), nên trong mạch không

cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ

di), sử dụng các đờng cong (Hình 8):

Với Id = 26(A), max

U

Q

2

.C* min(k) =

37,304

UL

2 c ngmax

≤ R1 ≤ R*

max(k)

Q2

UL

37,304.10.2,0

37,304.10.2,0

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

s

I2

I

ω

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 =

s

I2

10.5,

U

W

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

sm

IU

Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 600(Ω) và C 2 = 4(àF).

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