Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện(Chính thức)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha. GVHD: TS. Giáp Quang Huy SVTH: Lê Công Tu ấn Anh MSSV: 105150229 Lớp: 15TDH1 Nhóm: 15.Nh32B Đà Nẵng, tháng 11 năm 2018 Để trống để chèn tờ đề tài. CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀ N ĐỘNG8 1.1Quy trình công ngh ệ và yêu cầu công nghệ của thang máy8 1.1.1Lịch sử về thang máy8 1.1.2Tổ ng quan về thang máy10 1.1.3Trang thiết bị của thang máy11 a)Thiết bị lắp trong buồng thang máy12 b)Thiết bị lắp trong giếng thang máy12 c)Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy13 1.1.4Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy13 a)Phanh hãm điện từ:13 b)Phanh bảo hiểm ( phanh dù):13 c)Cảm biến vị trí14 1.1.5Đặc tính và thông số của thang máy14 1.1.6Tính ch ọn công suất động cơ truyền động cho thang máy15 1.1.7Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy. 15 1.1.8Dừng chính xác bu ồng thang16 1.1.9Các hệ truyền động dùng trong thang máy17 1.2Cấu trúc và phân lo ại hệ thống truyền động18 1.2.1Cấu trúc chung c ủa hệ truyền động điện.18 1.2.2Phân loại hệ thống truyền động điện.19 a)Theo đặc điểm của động cơ điện:19 b)Theo tính năng đi ều chỉnh:20 c)Theo thiết bị biến đổi20 d)Một số cách phân loại khác20 1.2.3Đặc tính cơ của truyền động điện.20 a)Đặc tính cơ của máy sản suất.20 b)Đặc tính cơ của động cơ điện.21 1.2.4Sự phù h ợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản xuất.22 CHƯƠNG 2CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH CH ỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC24 2.1Hệ truyền động cơ điện xoay chiều.24 2.1.1Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor24 2.1.2Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor25 2.1.3Điều chỉnh công su ất trượt.25 2.1.4Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số.26 2.2Tính ch ọn công suất động cơ truyền động27 2.2.1Xác định phụ tải tĩnh27 2.2.2Sơ đồ thay thế của động cơ.29 2.2.3Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp30 2.3Tính ch ọn các van mạch động lực và mạch lọc.31 2.3.1Tính ch ọn van chỉnh lưu31 2.3.2Tính ch ọn van nghịch lưu31 2.3.3Tính ch ọn mạch lọc.32 2.3.4Đo lường tốc độ và dòng điện.32 a.Máy phát tốc một chiều.32 b.Máy đo dòng điện.33 CHƯƠNG 3ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ MÔ HNÌ H TOÁ N H ỌC CỦA NÓ 35 3.1Tổng quan về động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha35 3.1.1Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha35 3.1.2Nguyên lý hoạt động36 3.1.3Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha37 3.2Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ38 3.2.1Điều khiển điện áp stator38 3.2.2Điều khiển điện trở roto38 3.2.3Điều chỉnh công su ất trượt.39 3.2.4Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator39 3.2.5Điều khiển trực tiếp momen40 3.3Mô t ả toán học động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha41 3.3.1Phép biến đổi tuyến tính không gian vector42 3.3.2Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vector45 a)Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định 46 b)Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông roto r dq50 CHƯƠNG 4TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN.54 4.1Tổng quan về nguyên t ắc điều khiển tựa theo từ thông rotor54 4.2Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor54 4.2.1Điều khiển vectơ gián tiếp56 4.2.2Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông r ôto57 4.3Mô hình các kh ối trong hệ thố ng:59 4.3.1Đổi toạ độ abc sang dq59 4.3.2Đổi hệ toạ độ dq sang αβ59 4.3.3Mô hình t ừ thông60 CHƯƠNG 5MÔ PHỎNGVÀĐÁNHGIÁHỆ THỐNGVỚIMATLAB- SIMULINK61

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không

đồng bộ 3 pha

GVHD : TS Giáp Quang Huy SVTH : Lê Công Tuấn Anh MSSV : 105150229

Nhóm : 15.Nh32B

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2018

Để trống để

chèn tờ đề tài

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀ N

1.1 Quy trình công nghệ và yêu cầu công nghệ của thang máy 8

1.1.1 Lịch sử về thang máy .8

1.1.2 Tổng quan về thang máy 10

1.1.3 Trang thiết bị của thang máy 11

a) Thiết bị lắp trong buồng thang máy 12

b) Thiết bị lắp trong giếng thang máy 12

c) Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy 13

1.1.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy 13

a) Phanh hãm điện từ: 13

b) Phanh bảo hiểm ( phanh dù): 13

c) Cảm biến vị trí 14

1.1.5 Đặc tính và thông số của thang máy 14

1.1.6 Tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy 15

1.1.7 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy 15 1.1.8 Dừng chính xác buồng thang 16

1.1.9 Các hệ truyền động dùng trong thang máy 17

1.2 Cấu trúc và phân lo ại hệ thống truyền động 18

1.2.1 Cấu trúc chung c ủa hệ truyền động điện 18

1.2.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 19

a) Theo đặc điểm của động cơ điện: 19

b) Theo tính năng điều chỉnh: 20

c) Theo thiết bị biến đổi: 20

d) Một số cách phân loại khác: 20

1.2.3 Đặc tính cơ của truyền động điện 20

a) Đặc tính cơ của máy sản suất 20

b) Đặc tính cơ của động cơ điện 21

1.2.4 Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản xuất 22

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH CHỌN CÔNG

SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC 24

2.1 Hệ truyền động cơ điện xoay chiều 24

2.1.1 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor 24

2.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor 25

2.1.3 Điều chỉnh công suất trượt 25

2.1.4 Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số 26 2.2 Tính chọn công suất động cơ truyền động 27

2.2.1 Xác định phụ tải tĩnh 27

2.2.2 Sơ đồ thay thế của động cơ 29

2.2.3 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp 30

2.3 Tính chọn các van mạch động lực và mạch lọc 31

2.3.1 Tính chọn van chỉnh lưu 31

2.3.2 Tính chọn van nghịch lưu 31

2.3.3 Tính chọn mạch lọc 32

2.3.4 Đo lường tốc độ và dòng điện 32

a Máy phát tốc một chiều 32

b Máy đo dòng điện 33

CHƯƠNG 3 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ MÔ HÌNH TOÁ N HỌC CỦA NÓ 35

3.1 Tổng quan về động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha 35

3.1.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha 35

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 36

3.1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha 37

3.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 38

3.2.1 Điều khiển điện áp stator 38

3.2.2 Điều khiển điện trở roto 38

3.2.3 Điều chỉnh công suất trượt 39

3.2.4 Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator 39

3.2.5 Điều khiển trực tiếp momen 40

3.3 Mô tả toán học động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha 41

3.3.1 Phép biến đổi tuyến tính không gian vector 42

3.3.2 Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vector 45

a) Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định  46

b) Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông roto r dq 50

CHƯƠNG 4 TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 54

4.1 Tổng quan về nguyên tắc điều khiển tựa theo từ thông rotor 54

4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor 54

4.2.1 Điều khiển vectơ gián tiếp 56

4.2.2 Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto 57

4.3 Mô hình các khối trong hệ thống: 59

4.3.1 Đổi toạ độ abc sang dq 59

4.3.2 Đổi hệ toạ độ dq sang αβ 59

4.3.3 Mô hình từ thông 60 CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VỚI

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đạivà trong nhiều lỉnh vực đời sống không thể thiếu các động cơ điện,vì vậy các loại động cơ điện được chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn, trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha chiếm tỉ lệ lớn trong các ngành công nghiệp do động cơ không đồng bộ 3 pha có nhiều ưu điểm như việc khởi động dể dàng, giá thành rẻ, vận hành êm, kích thước nhỏ gọn, làm việc chắc chắn, đặc tính làm việc tố, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành và bảo trì thấp Tuy vậy

nó có nhược điểm đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều và không được ứng dụng nhiều Tuy nhiên với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kỉ thuật ngày nay như ngành kỉ thuật vi xử lý, điện tử công suất cộng các lý thuyết điều khiển, truyền động thì việc ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng rộng rải trong hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần động cơ một chiều

Với Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha”

đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha, cũng như những ứng dụng thực tế của nó trong đời sống hiện nay Với đề tài này, giúp em thấy được sự cần thiết của đông cơ điện trong cuộc sống hiện tại, những phương pháp lựa chọn động cơ, tính toán tải … nhằm xây dựng một hệ thống điều khiển đảm bảo tính tin cậy, chính xác, đảm bảo các vấn đề kinh tế, kỹ thuật

Với đề tài trên bài báo cáo của em gồm các phần chính sau:

1 Giới thiệu công nghệ ( Thang máy) và xây dựng phương án truyền động

2 Mô hình hóa hệ thống truyền động điện

3 Động cơ điện và mô hình toán học của nó

4 Tổng hợp hệ thống truyền động điện

5 Mô phỏng và đánh giá hệ thống với Matlab - Simulink

Do kiến thức có hạn cũng như chưa có kinh nghiệm thực tế nên bản đồ án này của

em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô giáo xem xét và góp ý để em hoàn thiện đồ án này hơn

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô !

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Khoa

Điện, trong bộ môn Tự động hóa đặc biệt là thầy Giáp Quang Huy – giảng viên bộ môn

Tự động hóa – Khoa Điện – Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, người đã trực tiếp

giảng dạy và cho chúng em những kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này

Ngoài ra em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô khác

trong Khoa Điện, Khoa Sư phạm kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa, cũng như các

bạn trong Khoa, trong Trường đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này

Là một kỹ sư điện tương lai chúng em hiểu rõ tầm quan trọng của động cơ trong

quá trình sản xuât đặc biệt là trong công nghiệp, trong đó động cơ xoay chiều không

đồng bộ 3 pha chiếm tỷ trọng rất lớn và cũng như tầm quan trọng của việc điều khiển

động cơ đó

Rất mong tiếp tục nhận được sự giúp đỡ từ quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo!

Đà Nẵng, Ngày tháng 11 năm 2018

Sinh viên thực hiện

LÊ CÔNG TUẤN ANH

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG

và hàng hóa là rất cần thiết

Thang máy buổi sơ khai

Những thang hoặc tời nâng thời thô sơ đã

được sử dụng bắt đầu từ thế kỷ thứ 3 trước Công

nghuyên Khi đó, do yêu cầu việc xây dựng các

pháo đài, các tòa tháp, các công trình kiến trúc

mà cần có một phương tiện để vận chuyển

nguyên vật liệu lên cao Thang máy thời này hoạt

động nhờ vào sức người và súc vật: Vật nặng cần

nâng được buộc vào sợi dây vắt qua một ròng rọc,

đầu dây kia có người hoặc súc vật kéo căng sợi

dây làm cho vật nặng di chuyển lên cao Tuy

nhiên, cách làm này chỉ phù hợp với các công

trình có độ cao thấp và vật nặng có khối lượng

không quá lớn Ngoài ra, chúng ta cũng đã bắt

gặp cơ cấu quấn dây và một cái tang quay hoặc trục

quay, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh

tiến đi lên

Thang máy đầu tiên

Thang máy đầu tiên được chế tạo dưới thời vua

Louis XV, ở Versailles năm 1743 và chỉ để cho vua

dùng Thang máy được xây dựng ở ngoài trời, trong

sân nhà để cho nhà vua có thể đi từ phòng ông ở lầu

1 lên lầu 2 để gặp người yêu là bà De Chateauroux

Kỹ thuật này dựa trên đối trọng nên việc sử dụng đỡ

tốn sức hơn

Và tiến bộ hơn nữa chính là khi người ta phát

minh ra động cơ hơi nước Ứng dụng này được đưa

vào trong các thang máy để vận chuyển các vật nặng

hơn mà sức người và sức súc vật không thể thực hiện

Hình 1.1 Thang nâng dùng s ức người

Hình 1.2: Thang máy sử dụng đôi trọng

đươc Hơi nước bốc lên trong nồi hơi nhờ sự gia nhiệt bởi than đá, củi, gỗ… Chính hơi nước này tạo ra áp lực đẩy Piston tịnh tiến Qua cơ cấu cơ khí, chuyển động tịnh tiến này sẽ biến thành chuyển đông quay để quấn dây nhờ đó cabin sẽ chuyển động lên cao

Hình 1.3: Bản thiết kế của một thang máy cổ

Thang máy hiện đại

Cuối thế kỷ 19, với sự phát

minh ra dòng điện, điện năng dần

dần được ứng dụng vào cuộc sống

và sản xuất Nhà phát minh người

Đức Weren Von Siemens đã tích

hợp động cơ điện vào trong kỹ thuật

thang máy Động cơ điện được đặt

vào trong cabin, qua cơ cấu bánh

răng để ăn khớp với thanh lắp ráp

trên tường Sau đó, động cơ điện

được sử dụng làm quay tang và

quấn sợi cáp Nhưng thực tê ứng

dụng này chỉ sử dụng được ở các

công trình ít tầng

Hình 1.4: Thang máy hiện đại ngày nay

Sau đó, người ta sử dụng động cơ điện kết hợp với hộp giảm tốc và sử dụng đối trọng Nhờ vậy mà tốc độ cabin được cải thiện, đồng thời có nhiều cấp tốc độ hơn, vận chuyển được nhanh chóng với khối lượng tải ngày càng lớn có thể tới 30 tấn

Thế kỷ 21 đánh dấu sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật Các ứng dụng

về điều khiển tự động cũng được áp dụng vào thiết kế thang máy Nhờ vậy, thang máy hoạt động tối ưu hơn Hệ thống cửa tầng, cửa cabin được thiết kế hiện đại Hệ thống được đảm bảo an toàn bởi vô số các thiết bị: khóa an toàn, phanh điện từ … và thang máy đã trở thành một phương tiện hiện đại không thể thiếu được tại các cao ốc, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện…

Và với khát vọng của con người, một ngày

nào đó thang máy có thể vận chuyển được hàng hóa,

con người ở cấp độ vũ trụ đi tới các hành tinh khác

1.1.2 Tổng quan về thang máy

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để vận

chuyển hàng hóa và con người theo phương thẳng

đứng Hình 1.5 là hình dáng tổng thể của thang máy

chở khách

Thang máy được lắp đặt trong các nhà ở cao

tầng, trong khách sạn, siêu thị, công sở, bệnh viện

v.v…

Phụ tải của thang máy thay đổi trong một

phạm vi rất rộng, nó phụ thuộc vào lượng hành

khách đi lại trong một ngày đêm và hướng vận

chuyển hành khách Ví dụ như thang máy lắp đặt

trong nhà hành chính: Buổi sáng đầu giờ làm việc

hành khách đi lên nhiều, còn buổi chiều cuối giờ

làm việc lượng hành khách đi theo chiều xuống là

lớn nhất Bởi vậy khi thiết kế thang máy, phải tính

cho phụ tải “ xung” cực đại

Lưu lượng khách đi thang máy trong thời

điểm cao nhất được tính trong thời gian 5 phút,

được tính như sau:

𝑄5′ =𝐴(𝑁−𝑎)𝑖

100.𝑁 (1-1) Trong đó:

A: Tổng số người làm việc trong ngôi

100: Chỉ số cường độ vận chuyển hành,

đặc trưng co số lượng hành khách đi lên hoặc đi xuống trong thời gian 5 phút

Đại lượng 𝑄5′ phụ thuộc vào tính chất mà ngôi nhà phục vụ: Nhà chung cư ( 4 –

P: Năng suất của thang máy tính trong 1 giờ

E: Trọng tải định mức của thang máy ( số lượng người đi được một lần

vận chuyển của thang máy)

γ: Hệ số lấp đầy phụ tải của máy

H: Chiều cao nâng (Hạ) (m)

v: Vận tốc di chuyển của buồng thang ( m/s)

∑ 𝑡𝑛: Tổng thời gian khi thang máy dừng ở mỗi tầng ( Bao gồm thời gian

đóng, mở cửa buồng thang, đóng mở cửa tầng, thời gian và ra của hành khách)

Theo công thức (1 – 2) ta thấy năng suất

của thang máy tỷ lệ thuận với trọng tải của

buồng thang E và tỷ lệ nghịch với tổng thời

gian khi thang máy dừng ở mỗi tầng ∑𝑡𝑛, đặc

biệt là đối với thang máy có tải trọng lớn

Cò n hệ số lấp đầy γ phụ thuộc chủ yếu

vào cường độ vận chuyển hành khách, thường

lấy bằng: γ=(0,6 – 0,8)

1.1.3 Trang thiết bị của thang máy

Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang ( khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy ( trên trần của tầng cao nhấ) và hố buồng thang ( dưới mức sàn tầng) Bố trí các thiết bị của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.7

Các thiết bị thang máy gồm: 1 động cơ điện; 2 Puli; 3 Cáp treo; 4 Bộ phận hạn chế tốc độ; 5 Buồng thang; 6 Thanh dẫn hướng; 7 Hệ thống đối trọng; 8 Trụ cố định;

Hình 1.6: Đồ thị xác định số lần dừng

9 Puli dẫn hướng; 10 Cáp liên động; 11 Cáp cấp

điện; 12 Động cơ đóng, mở cửa buồng thang

a) Thiết bị lắp trong buồng thang máy

 Cơ cấu nâng

Trong buồng máy lắp hệ thống tời nâng - hạ

buồng thang 1 (cơ cấu nâng) tạo ra lực kéo chuyển

động buồng thang và đối trọng

Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận: bộ phận kéo

cáp (puli hoặc tang quấn cáp), hộp giảm tốc,

phanh hãm điện từ và động cơ truyền động Tất

cả các bộ phận trên được lắp trên tấm đế bằng

thép Trong thang máy thường dùng hai cơ cấu

( Hình 1.7)

- Cơ cấu nâng có hộp tốc độ (Hình 1.8a)

- Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ (Hình

1.8b) Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường

được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao

với phanh bả hiểu bằng cáp liên động 10 để

hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang

Hình 1.8: Cơ cấu nâng ( 1 Động cơ truyền động; 2 Phanh hãm điện từ; 3 Hộp tốc độ; 4 Bộ phận

kéo cáp)

b) Thiết bị lắp trong giếng thang máy

 Buồng thang: trong quá trình làm việc, buồng thang 5 (Hình 1.7) di chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng 6 Trên nóc buồng thang có lắp đặt thanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở cửa buồng

Hình 1.7: Bố trí các thiết bị của

thang máy

thang 12 Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc liên động với sàn của buồng thang

và điện thoại liên lạc với bên ngoài trong trường hợp thang mất điện Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm 11

 Hệ thống cáp treo 3 (Hình 1.7) là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với buồng thang và đầu cò n lại nối với đối trọng 7 cùng với puli dẫn hướng 9

 Trong giếng của thang máy còn lắp đặt các bộ cảm biến vị trí dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chế hành trình nâng - hạ của thang máy

c) Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy

Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc là hệ thống giảm xóc và giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang và đối trọng xuống sàn của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình xuống bị sự cố (không hoạt động)

1.1.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy

a) Phanh hãm điện từ:

Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống như phanh hãm điện từ dùng trong các cơ cấu của cầu trục

b) Phanh bảo hiểm ( phanh dù):

Có nhiệm vụ là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứt cáp treo Về kết cấu và cấu tạo, phanh bảo hiểm có ba loại:

 Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp

 Phanh bảo hiểm kiểu kìm (h 9-5) dùng để hãm êm

 Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp

Hình 1.9: Phanh bảo hiểm kiểu kìm

1 Thanh dẫn hướng; 2 Gọng kìm; 3 Dây cáp liên động cơ với bộ hạn chế tốc độ;

4 Tang- bánh vít; 5 Nêm Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm 2 trượt dọc theo hai thanh dẫn hướng 1.Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5 gắn chặt với hệ truyền lực trục vít và tang - bánh vít 4 Hệ truyền lực bánh vít -

trục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, cò n phần bên trái là ren trái Khi tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm 5 ở hai đầu của trục vít ở vị trí xa nhất so với tang - bánh vít 4, làm cho hai gọng kìm 2 trượt bình thường dọc theo thanh dẫn hướng 1 Trong trường hợp tốc độ của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép, tang - bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để kéo dài hai đầu nêm 5 về phía mình, làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào thanh dẫn hướng, kết quả sẽ hạn chế được tốc độ di chuyển của buồng thang

và trong trường hợp bị đứt cáp treo, sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh dẫn hướng

c) Cảm biến vị trí

Trong máy nâng và thang máy, các bộ cảm biến vị trí dùng để:

 Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

 Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác

1.1.5 Đặc tính và thông số của thang máy

Tùy thuộc vào tính chất và chức năng của thang máy có thể phân thành các nhóm chính sau:

 Thng máy chở khách kèm theo hành lý hoặc chuyên chở các vật gia đụng trong các nhà cao tầng, công sở, siêu thị và trong các trường học

 Thang máy dùng trong bệnh viện, dùng trong chuyên chở bệnh nhân trên băng

ca có nhân viên y tế đi kèm

Trọng tải của thang máy được thết kế theo các trị số cố định mức sau:

 Thang máy chở khách: 350; 500 và 1000kg

 Thang máy dùng trong các bệnh viện: 500kg

Tốc độ của thang máy tuỳ thuộc vào vị trí và mục đích sử dụng được thiết kế trong khoảng v = (0,1 ÷ 5)m/s

Trị số tốc độ di chuyển của buồng thang (của thang máy) phụ thuộc vào từng nhóm, được thiết kế theo các trị số định mức sau:

 Thang máy chở khách: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5 và 5m/s

 Thang máy dùng trong các bệnh viện: 0,5m/s

Thang máy tuỳ thuộc vào tốc độ di chuyển của buồng thang được phân ra các loại sau:

1.1.6 Tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy

Để xác định được công suất động cơ truyền động di chuyển buồng thang cần phải

có các điều kiện và thông số sau:

 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng của thang máy

 Trị số tốc độ và gia tốc giới hạn cho phép

 Trọng tải của thang máy

 Khối lượng của buổng thang và đối trọng (nếu có)

 Chế độ làm việc của thang máy

Tính chọn công suất động cơ thực hiện theo các bước sau:

 Chọn sơ bộ công suất động cơ dựa trên công suất cản tĩnh

 Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần có tính đến phụ tải trong chế độ quá độ

 Kiểm tra công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nhiệt (theo phương pháp dò ng điện đẳng trị hoặc momen đẳng tri)

1.1.7 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang

máy

Một trong những yêu cầu cơ bản đối

với hệ truyền động thang máy là phải đảm

bảo cho buồng thang di chuyển êm Buồ ng

thang di chuyển êm hay không phụ thuộc

chủ yếu vào trị số gia tốc tốc của buồ ng

thang khi mở máy và hãm dừng Những

tham số chính đăc trưng cho chế đô làm việc

của thang máy là: tốc độ di chuyển buồ ng

thang v [m/s], gia tốc a [m/s2] và độ dật ρ

[m/s3]

Trên hình 1.10 biểu diễn các đường

cong: quãng đường đi của thang máy s, tốc

độ v, gia tốc a và độ giật theo hàm thời gian t Ta có tốc độ di chuyển buồng thang quyết định năng suất của thang máy Tốc độ di chuyển đặc biệt có ý nghĩa quan trọng đối với thang máy trong các nhà cao tầng Những thang máy tốc độ cao (v = 3,5m/s) phù hợp với chiều cao nâng lớn, số lần dừng ít Trong trường hợp này thời gian khi tăng tốc và giảm tốc rất nhỏ so với thời gian di chuyển của buồng thang với tốc độ cao, trị số tốc độ trung bình của thang máy gần đạt bằng tốc độ định mức cuả thang máy Mặt khác, trị số tốc độ di chuyển của buồng thang tỉ lệ thuận với giá thàng của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75m/s → 3,5m/s, giá thành của thang máy tăng lên (4 ÷ 5) lần Bởi vậy tuỳ thuộc vào độ cao của nhà mà thang máy phục vụ để chọn trị số di chuyển của thang máy phù hợp với tốc độ tối ưu, đáp ứng đầy

đủ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật

Trị số tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian tăng tốc và giảm tốc của hệ truyền đông thang máy, có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng

Hình 1.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quảng đường, tốc độ, gia tốc và độ giật theo thời gian

khi buồng thang di chuyển với gia tốc quá lớn sẽ gây ra cảm giác khó chụi cho hành khách (chóng mặt, cảm giác sợ hãi và nghẹt thở v.v…) Bởi vậy, trị số gia tốc được chọn tối ưu là a ≤ 2 m/s2 Một đại lượng khác quyết định sự di chuyển êm của buồng thang

là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm Nói cách khác đó là độ giật ρ ( đạo hàm bậc nhất của gia tốc) khi gia tốc a < 2 m/s2, trị số độ giật tốc độ tối ưu là ρ < 20 m/s3

Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy với tốc độ trung bình và tốc độ cao được biểu diễn trên hình 1.10 Biểu đồ này có thể phân thành 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ di chuyển buồng thang: tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Biểu đồ tối ưu sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều hoặc dùng hệ biến tần - động cơ xoay chiều Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc độ, biểu đồ làm việc đạt gần với biểu đồ tối

Nếu buồng thang dừng không

chính xác sẽ gây ra các hiện tượng

bất lợi sau:

 Đối với thang máy chở

khách, làm cho khách ra vào

buồng thang khó khăn hơn,

tăng thời gian ra, vào dẫn

đến giảm năng suất của

thang máy

 Đối với thang máy chở

hàng gây khó khăn trong

việc bốc xếp và dỡ hàng

hoá Trong một số trường

hợp không thực hiện được

việc bốc xếp, dỡ hàng hoá

Đối với thang máy, độ không chính xác khi dừng buồng thang cho phép là

∆Smax≤± 20mm

Hình 1.11:

a) sơ đồ chính xác khi dừng buồng thang; b) sự phụ thuộc của

độ dừng chính xác ∆s của buồng thang vào trị số tốc độ và gia

tốc

Đường 1 - amax = 1m/s 2 ; đường 2 - amax = 2m/s 2 đường 3

ama x = 3m/s 2

1.1.9 Các hệ truyền động dùng trong thang máy

Khi thiết kế, tính chọn hệ truyền động cho thang máy phải dựa trên các yêu cầu chính sau:

 Độ dừng chính xác của buồng thang

 Tốc độ di chuyển của buồng thang

 Trị số gia tốc lớn nhất cho phép

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu

Hệ truyền đông xoay chiều với động cơ không đồng bộ (roto lồng sóc hoặc roto dây quấn) được sử dung để truyền động các loại thang máy và máy nâng có tốc độ thấp

Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc

độ (có hai bộ dây quấn stator độc lập nối theo sơ đồ hình sao) thường dùng trong các thang máy tốc độ trung bình Số đôi cực của dây quấn stator động cơ thường chọn là: 2p= 6 → 2p = 24 hoặc 2p = 4 → 2p = 20 tương đương với tốc độ đồng bộ của động cơ bằng: n = 1000/250 vò ng/phút hoặc 1500/300 vò ng/phút

Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến tần thường dùng trong các thang máy tốc độ cao (khi v > 1,5m/s), cho phép hạn chế được gia tốc và độ giật trong giới hạn cho phép và đạt độ chính xác khi dừng rất cao (∆S ≤ ± 5mm)

Hệ truyền động xoay chiều với động cơ đồng bộ thường được dùng trong các máy nâng tải trọng lớn (công suất động cơ truyền động lớn P > 300kW) trong ngành khai thác mỏ

Hệ truyền động một chiều thường dùng cho các thang máy tốc độ cao (v ≥ 1,5m/s) Thường dùng hai hệ truyền động sau:

 Hệ F-Đ có khuếch đại trung gian làm nguồn cấp cho cuộn kích từ của máy phát (khuếch đại trung gian có thể là máy điện khuếch đại hoặc khuếch đại từ)

 Hệ T-Đ, máy phát một chiều được thay thế bằng bộ chỉnh lưu dùng thyristor Khi chọn đông cơ truyền động thang máy phải dựa trên sơ đồ động học của cơ cấu nâng Đối với thang máy khi dùng cơ cấu có hộp tốc độ, thường dùng loại động cơ xoay chiều kiểu A2, AO2; động cơ không đồng bộ có hệ số trượt cao kiều AC, AOC; động cơ 2 cấp tốc độ và động cơ roto dây quấn kiểu AK

Đối với thang máy tốc độ cao (v > 1,5m/s), khi dùng cơ cấu nâng không có hộp giảm tốc thường chọn loại động cơ tốc độ chậm Các nhà máy chế tạo điện cơ đã chế

tạo loại động cơ chuyên dụng cho thang máy với cấp công suất P = (28 ÷ 40)kW và tốc

độ quay định mức n = 83 vòng/phút

1.2 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động

1.2.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện

Truyền động cho một máy,

một dây chuyền sản xuất mà dùng

năng lượng điện thì gọi là truyền

động điện

Hệ truyền động điện là một tập

hợp các thiết bị điện như: Thiết bị

điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử,

cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến

đổi điện năng thành cơ năng cung

cấp cho cơ cấu chấp hành trên máy

sản xuất, đồng thời có thể điều khiển

dòng năng lượng đó theo yêu cầu

công nghệ của máy sản xuất

Về cấu trúc, một hệ thống truyền động điện nói chung bao gồm các khâu:

BBD: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện ( xoay chiều thành một chiều

hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn ( nguồn áp thành nguồn dò ng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp ( hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số …

Các biến đổi điện thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát – động cơ, các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần …

Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành

điện năng ( khi hãm điện0

Các động cơ điện thường dùng là: Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc hay dây quấn; Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, song song hay hỗn hợp hoặc kích từ bằng nam châm vĩnh cữu; Động cơ xoay chiều đồng bộ …

TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc

dùng để biến đổi dạng chuyển động ( quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phù hợp

về tốc độ, momen, lực

Để truyền lực, có thể dùng các bánh răng, thanh răng, trục vít, đai truyền, các bộ

ly hợp cơ hoặc điện từ …

CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và

công nghệ ( gia công chi tiết, nâng – hạ tải trọng, dịch chuyển …)

ĐK: Khối điều khiển là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện,

cơ cấu truyền lực

Hình 1.12: Cấu trúc hệ thống truyền động điện

Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm ( relay, contactor) hay không

có tiếp điệm ( điện tử, bán dẫn) Một số hệ truyền động điện tự động khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, các bộ vi xử lý, PLC… các thiết bị đo lường, cảm biến dùng để lấy các tín hiệu phản hồi có thể là các loại đồng hồ đo, các cảm biến từ, cơ, quang…

Một hệ thống TDD không nhất thiết phải có đầy đủ các khâu nêu trên Tuy nhiên, một hệ thống TDD bất kỳ luôn bao gồm hai phần chính:

 Phần lực: Bao gồm bộ biến đổi và động cơ điện

 Phần điều khiển

Một hệ thống truyền động điện được gọi là hệ hở khi không có phản hồi và được gọi là hệ kín khi có phản hồi Nghĩa là giá trị của đại lượng đầu ra được đưa trở lại đầu vào dưới dạng một tín hiệu nào đó để điều chỉnh lại việc điều khiển sao cho đại lượng đầu ra đạt giá trị mong muốn

1.2.2 Phân loại hệ thống truyền động điện

Người ta phân loại các hệ truyền động điện theo nhiều cách khác nhau tùy theo đặc điểm của động cơ điện sử dụng trong hệ thống, theo mức độ tự động hóa, theo đặc điểm hoặc chủng loại của thiết bị của bộ biến đổi… Từ cách phân loại sẽ hình thành tên gọi của hệ

a) Theo đặc điểm của động cơ điện:

 Truyền động điện môt chiều: Dùng động cơ điện một chiều Truyền

động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và momen, có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó đòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do

đó những trược hợp không có yêu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường dùng động cơ không đồng bộ để thay thế

 Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều không

đồng bộ Động cơ KĐB ba pha có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấo trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ điện một chiều Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát trển mạnh mẽ và được khai thác các ưu điểm của mình, đặc biệt là các hệ có điều khiển tần số Những hệ này đã đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động một chiều

 Truyền động điện đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba

pha Động cơ điện đồng bộ ba pha trước dây thường dùng cho loại truyền động

không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW ( các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v )

Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng

bộ được nghien cứu, ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất

từ vài trăm W ( cho cơ cấu cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển động của tay máy, người máy) đến hàng MW ( cho các truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao…)

b) Theo tính năng đi ều chỉnh:

 Truyền động không đi ều chỉnh: Động cơ chỉ quay máy sản xuất với một

tốc độ nhất định

 Truyền động có điều chỉnh: Trong loại này, tùy thuộc yêu cầu công nghệ

mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền đồng điều chỉnh momen, lực kéo

và truyền động điều chỉnh vị trí

c) Theo thiết bị biến đổi:

 Hệ máy phát – động cơ ( F – Đ ): Động cơ điện một chiều được cấp điện

từ một máy phát điện một chiều ( bộ biến đổi máy điện)

Thuộc hệ này có hệ máy điện khuếch đại – động cơ ( MĐKĐ – Đ), đó là hệ

có BBĐ là máy điện khuếch đại từ trường ngang

 Hệ chỉnh lưu – động cơ ( CL – Đ): Động cơ một chiều được cấp điện từ

một bộ chỉnh lưu Chỉnh lưu có thể không điều khiển hay có điều khiển hoặc bán điều khiển

d) Một số cách phân loại khác:

Ngoài các cách phân loại trên, cò n có một số cách phân loại khác như truyền động đảo chiều và không đảo chiều, truyền động đơn ( chỉ dùng một động cơ) và truyền động nhiều động cơ ( nếu dùng nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho

cơ cấu công tác), truyền động quay và truyền động thẳng, …

1.2.3 Đặc tính cơ của truyền động điện

a) Đặc tính cơ của máy sản suất

Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và momen quay:

ω = f(M) hoặc n = F(M) Trong đó:

Trong đó:

Mc: Momen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ ω

Mco: Momen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ ω = 0

Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các trường hợp tải:

0 Const ~𝜔 Các cơ cấu nâng hạ, băng bải, máy nâng vận

chuyển, truyền động ăn dao máy gia công kim loại

1 ~𝜔 ~𝜔2 Máy phát điện một chiều với tải thuần trở

2 ~𝜔2 ~𝜔3 Đặc tính cơ của các máy thủy khí: Bơm, quạt,

chân vịt tầu thủy …

b) Đặc tính cơ của động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là mối quan hệ giữa tốc độ quay và momen của động cơ: ω = f(M)

Đặc tính cơ của động cơ điện chia ra đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Dạng đặc tính cơ của mỗi loại động cơ khác nhau thì khác nhau

Đặc tính cơ tự nhiên: Đó là mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các

thông số như điện áp, dòng điện, … của động cơ là định mức theo thông số đã được thiết kế chế tạo và mạch điện của động cơ không nối tiếp thêm điện trở, điện kháng …

Đặc tính cơ nhân tạo: Đó là mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các

thông số điện không đúng định mức hoặc khi mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng …

Trong hệ truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện –

cơ Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của động cơ điện Người ta định nghĩa như sau: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó

Hình 1.13: Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất ứng với các

trường hợp máy sản xuất khác nhau

có chuyền truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ=M.ω cấp cho máy sản xuất ( sau khi đã có tổn thất ΔP)

Công suất cơ Pcơ có giá trị dương nếu momen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc

độ quay, có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và momen động cơ sinh ra ngược chiều tốc độ quay

Công suất điện Pđiện có giá trị âm nếu nó có chuyền từ động cơ về nguồn

Tùy thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái hãm Trạng thái hãm và trạng trái động

cơ được phân bố trên đặc tính cơ ω(M) ở bốn góc phần tư như sau:

 Ở góc phần tư I, III: Trạng thái động cơ

 Ở góc phần tư II, IV: Trạng thái hãm

1.2.4 Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy

sản xuất

Trong hệ thống TDD, đọng cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho cơ cấu sản suất Các cơ cấu sản xuất của mỗi loại máy có các yêu cầu công nghệ và đặc điểm riêng Máy sản xuất lại có rất nhiều loại, nhiều kiểu với kết cấu rất khác biệt Động cơ điện cũng vậy, có nhiều loại, nhiều kiểu với các tính năng, đặc điểm riêng

Với các động cơ điện một chiều và xoay chiều thì chế độ làm việc tối ưu thường

là chế độ định mức của động cơ Để một hệ thống TDD làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo có một sự phù hợp tương ứng nào

đó Việc lựa chọn hệ TDD và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế

Do vậy, khi thiết kế hệ thống TDD, người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tính cơ của động cơ càng gần

Hình 1.14 Các trạng thái làm việc của động cơ điện

với đường đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất càng tốt Nếu đảm bảo được điều khiện này, thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi momen cản thay đổi và tổn thất trong quá trình điều chỉnh là nhỏ nhất

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH

CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC

Hệ truyền động được thiết kế phải có độ tin cậy làm việc cao , sơ đồ điều khiển hệ

truyền động đó phải hoạt động rất khoát , phân minh Các phân tử cầu thành trong hệ thống trang bị điện có kết cấu gọn nhẹ , chắc chăn , dễ dàng trong công tác sửa chữa thay thế

Đối với hệ truyền động thang máy thì tốc độ di chuyên của buồng thang quyết định năng suất của thang máy tức là tốc độ càng cao thì nắng suất càng tăng Nhưng cái chính là điều chỉnh tốc độ như thế nào để buồng thang dừng đúngvị trí tầng cần đến và không làm ảnh hưởng tới gia tốc và độ giật

Để truyền động cho thang máy ta dùng động cơ kéo puli Truyền động thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có đảo chiều quay , động cơ truyền động ở đâyta chọn động cơ điện xoay chiều Do đó ta dùng:

Hệ truyền động động cơ xoay chiều

2.1 Hệ truyền động cơ điện xoay chiều

2.1.1 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor

Khi điều chỉnh điện áp cấp cho động cơthì các thong số còn lại không thay đôi

và tốc độ trượt s = const Ta có phương trình đặctính cơ:

2R′ 2

Để tăng phạm vi điều chỉnh thì phải tăng Sth, mà để tăng Sth thì phải tăng điện trở

R2 ( nhưng điều này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn)

2.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor

 Phương pháp điều chỉnh xung điện trở rotor có kết cấu mạch lực và mạch điều khiển đơn giản và dễ thực hiện

 Độ chính xác thường không cao do mô hình động cơ chưa xây dựng một cách hoàn thiện

 Hiệu suất thấp

2.1.3 Điều chỉnh công suất trượt

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ

Tuy nhiên khi công suất lớn thì phần tốn hao này là

đáng kể, do vậy trong trường hợp này để tận dụng công

suất tốn hao người ta đưa ra các sơ đồ đề đưa công suất

này trả về lưới điện Phương pháp này gọi là phương pháp

công suất trượt Khi điều chỉnh công suất trượt thì độ lớn

của dòng điện phụ thuộc hoàn toàn vào tải của động cơ

chứ không phụ thuộc vào góc điều khiển của bộ nghịch

lưu

Hình 2.1: Sơ đồ điều chỉnh xung điện trở Rotor

Hình 2.2: Tổn hao công suất

Đặc điêm:

 Hiệu suất của hệ cao hơm so với phương pháp điều chinh xung điện trở rotor

 Mạch phức tạp về câu trúc, mạch điều khiển và mạch lực

 Độ chính xác của phương pháp thường không cao

 Giá thành của hệ cao

2.1.4 Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi

tần số

Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện xoay chiềutừ tần số nàysang tần số khác

Có bốn loại biến tần cơ bản:

 Biến tân trực tiếp

 Biến tân gián tiếp

 Biến tân nguôn áp

 Biến tần nguồn dòng

Ta xét loại biến tần nguồn áp:

 Sơ đồ nguyên lý mạch lực của bộ biến tần nguồn áp gồm 4 khối chức năng chính sau:

S1, S3, S5 và S2, S4, S6 đầu dẫn lệch nhau 120, điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp

Các khóa S là các khóa bán dẫn, ở các truyền động công suất nhỏ thường dùng tranzitor cò n ở các truyền động công suất lớn thì dùng các van tiristor

Kết luận: Qua việc phân tích ở trên, nhận thấy răng biến tần nguồn áp dùng cho truyền động thang máy là có ưu thế hơn cả Cả về điều chỉnh tốc độ, độ trơn điều chỉnh

Do vậy mà ta sẽ sử dụng Hệ truyên động biến tần gián tiếp nguôn áp

2.2 Tính chọn công suất động cơ truyền động

 Momen quán tính của các phần tử chuyển động quay quy đổi về trục động cơ:

Jq = J1+ J2 + J3+ J4(ωr

ω)

2+ J5(ωr

ω)

2+J6(ωd

ω )2

Jq = 1,5 + 8 + 0,5 + 0,5 ( 2,5

162,24)

2+ 200 ( 2,5

162,24)

2+ 8 ( 7,5162,24)

⇒ Momen quán tính quy về trục:

2 t t+2

0

w (rad/s) 162,24

2 t t+2 t(s)

0 853

2 t t+2M(N.m)

8532,2 = 387,72 (Nm)

Pđm = Mđm ωđm η = 387,72.162,24.0,8 = 50,322(kW) Nhân hệ số an toàn 1,5 ta chọn động cơ 3KB280S2 có Pđm=75kW, tốc độ n=2960 vg/ph, hoạt động ở điện áp 380V, 50Hz được cho dưới bảng sau:

P đm

(kW)

n đm (vg/ph) cosφ

I đm (A)

 Kiểm tra lại việc tính chọn động cơ:

Momen động cơ sinh ra:

Mđm = Pđm

ωđm η =

75.103309,97.0,91 = 265,94(Nm)

Mmax = Mđm 2,2 = 585,068 (Nm)

Độ lợi về momen khi sử dụng hộp số chính bằng tỷ số truyền của hộp số, nên momen có thể tạo ra nhờ sử dụng hộp số là:

Mthực = Mmax.i = 1170,14 (Nm)

Từ đồ thị về momen động cơ cần đã xây dựng như trên thì

Bởi vậy việc lựa chọn động cơ và hộp truyền có tỷ số như trên là phù hợp

2.2.2 Sơ đồ thay thế của động cơ

Từ sơ đồ thay thế động cơ điện ta có:

Tính được:

𝑋𝜇 = 100

√(0,0520,013)

2+ 0,2242

𝑠 + 𝑗𝑋′𝑟 + 𝑗𝑋𝜇)

𝑍 = 0,068 + 0,224𝑗 +

(0,0520,013 + 0,224𝑗) 4,68𝑗(0,052

0,013+ 0,224𝑗 + 4,68𝑗)

𝑍 = 2,26 + 2,22𝑗 (Ω)

2.2.3 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp

Hình 2.7: Sơ đồ điện áp ra sau nghịch lưu