Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ điều chỉnh tốc độ cho hệ thống thang máy sử dụng biến tần bằng phương pháp uf...

Tài liệu điều chỉnh tốc độ cho hệ thống thang máy sử dụng biến tần bằng phương pháp uf

.DOC
42
8
132

Mô tả:

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LỜI NÓI ĐẦU Động cơ không đồng bộ ngày nay được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ. Nhược điểm của nó là đực 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. Nhưng với việc phát triển của các ký thuyết điều khiển, truyền động với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế được nhược điểm trên, đưua động cơ không động bộ trở nên phỏ biến. Trước đây thường điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là phương pháp đơn giản nhưng chất lượng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều khiển được chính xác và hieeuj quả phải nói đến phương pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc với chế dộ trượt nhỏ và tổn hao công suất trượt trong mạch rotor nhỏ. Tuy nhiên phương pháp này còn khá phức tập và đắt tiền. Thiết bị để biến đổi tần số là các bộ nghịch lưu, có thể là nghịch lưu trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh lưu, nghịch lưu lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tùy thuộc vào nhà sản xuất. Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trường, ít khi còn phải thiết kế theo phương pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều hơn bảng điều khiển sao – tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng được nhu cầu tự động hóa và từng bước hiện đại hóa xí nghiệp của họ. Biến tần đơn giản thường điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động cơ sinh momen tốt nhưng cho các hệ truyền động yêu cầu cao hơn thì có biến tần điều khiển theo vecto. Với mục đích như vậy trong bản đồ án này ta sẽ điều chỉnh tốc độ cho hệ thống thang máy sử dụng biến tần bằng phương pháp U/f. Trong quá trình thực hiện em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Quang Địch, em xin chận thành cảm ơn. Hà Nội 12/2012 Sinh viên *** Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 1 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Chương 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ THANG MÁY 1.1. Giới thiệu thang máy Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu… theo phương thẳng đứng, được sử dụng nhiều trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng, v..v..Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện khác là thời gian vận chuyển của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình. Hiện nay cùng với sự tăng trưởng mạnh mẽ của nền kinh tế quốc gia kéo theo như cầu về đô thị hóa tăng cao. Các dự án đầu tư lớn về cơ sở hạ tầng, chung cư cao cấp, trung tâm thương mại được xây dựng ngày càng nhiều. Một yếu tố không thể thiếu thể hiện sự bề thế, sang trọng của tòa nhà là những thang máy lắp đặt bên trong. Vì vậy thang máy là một phần không thể thiếu và đóng góp vai trò rất quan trọng cũng như làm tăng thêm sự sang trọng cho tòa nhà. Chính vì những yếu tố trên nên sự cần thiết phải trang bị, lựa chọn một hệ thống thang máy sao cho không những đảm bảo được tính thẩm mỹ, tiện dụng và an toàn cho người sử dụng mà phải có kích thước phù hợp với kiến trúc của tòa nhà. Vấn đề đảm bảo an toàn cho người sử dụng luôn luôn là tiêu chí hàng đầu khi thiết kế thang máy. Hệ thống các tín hiệu an toàn giúp việc lường trước được những tình huống có thể xảy ra khi vận hành, đồng thời có thể khắc phục sự cố một cách nhanh nhất. Với các thang máy hiện đại ngày nay, các thiết bị an toàn phải được trang bị đầy đủ, hiện đại, có độ tin cậy cao. Việc bảo vệ các trường hợp sự cố được kiểm soát chặt chẽ và có các đầu ra điều khiển các thiết bị chấp hành khác. Toàn bộ các hoạt động của thang máy được thực hiện theo sự điều khiển của phần mềm trung tâm như: phần mềm điều khiển cho modul thiết bị trung tâm; phần mềm cho vi xử lý thực hiện và truyền thông; phần mềm bảo vệ, cảnh báo và xử lý khi gặp sự cố; phần mềm điều khiển nâng hạ êm, chính xác buồng thang; phần mềm mô phỏng toàn bộ hoạt động của thang máy; … Các phần mềm đó một mặt giúp chúng ta hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của thang máy, cách vận hành và điều khiển động cơ, buồng thang, nguyên lý điều khiển kết hợp của thang máy… Mặt khác còn xử lý vấn đề quá tải đảm bảo tính an toàn và bảo vệ thiết bị cho thang cũng như người sử dụng thang máy. 1.2. Trang thiết bị của thang máy Mặc dù thang máy có kết cấu đa dạng nhưng trang bị chính của thang máy gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động cơ truyền động, phanh hãm điện từ và các thiết bị điều khiển. Tất cả các thiết bị được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu tầng 1), trong buồng máy (trên trần của tầng cao nhất) và hố Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 2 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ buồng thang (dưới mức sàn tầng). Bố trí các thiết bị của thang máy được biểu diễn như Hình 1.1 1. Đối trọng 2. Công tắc hành trình 3. Buồng thang 4. Dây cáp truyền 5. Puli 6. Động cơ dẫn động 7. Giá treo 8. Đế cabin 9. Thanh ray 10. Xích hạn chế tốc độ 11. Tầng hầm 12. Tủ điều khiển Hình 1.1: Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy 1.2.1. Thiết bị lắp trong buồng máy a.Cơ cấu nâng Trong buồng máy có lắp đặt hệ thống tời nâng, hạ buồng thang, 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) ●Phanh hãm điện từ ●Động cơ truyền động Tất cả các bộ phận trên được lắp đặt trên tấm đế bằng thép. Trong thang máy thường có hai cơ cấu nâng: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 3 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ ●Cơ cấu nâng có hộp tốc độ ●Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ b.Tủ điện Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, công tắc tơ và role trung gian. c.Puli dẫn hướng d. Bộ phận hạn chế tốc độ Làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm bằng cáp liên động để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang. 1.2.2.Thiết bị lắp trong giếng thang máy a. Buồng thang Buồng thang di chuyển dọc theo các thanh dẫn hướng. Trên nóc buồng thang có lắp đặt thanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng, mở cửa buồng thang. Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển,hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc điện liên động với sàn buồng thang và điện thoại liên lạc với người ngoài trong trường hợp mất điện. Cung cấp điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm. b. Hệ thống cáp treo Là hệ thống cáp hai nhánh,một đầu nối với buồng thang và đầu còn lại nối với đối trọng cùng với puli dẫn hướng. c. Bộ phận 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. 1.2.3. Thiết bị lắp trong hố giếng thang máy Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm sóc là hệ thống giảm xóc và giảm xóc thủy 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) 1.2.4. 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 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 3 loại : ●Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp ●Phanh bảo hiểm kiểu kìm dùng để hãm êm ●Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp c. Cảm biến vị trí Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 4 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ 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 lên gần đến tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác ●Xác định vị trí buồng thang Hiện nay trong sơ đồ khống chế thang máy thường dùng 3 loại cảm biến: ●Cảm biến vị trí kiểu cơ khí (công tắc chuyển đổi tầng) ●Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng 1.3. Phân loại thang máy 1.3.1. Phân loại theo chức năng a. Thang máy chở người ●Gia tốc tối đa: a < 2m / s2 ●Tốc độ trung bình hoặc lớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn, có tính mỹ thuật ●Được dùng trong các tòa nhà cao tầng, bệnh viện, hầm mỏ,xí nghiệp… b. Thang máy chở hàng ●Đòi hỏi co về việc dừng chính xác buồng thang ●Được dùng rộng rãi trong công nghiệp, kinh doanh… 1.3.2. Phân loại theo tốc độ dịch chuyển a. Thang máy tốc độ thấp ●Tốc độ :v< 1m/s b. Thang máy tốc độ trung bình ●Tốc độ trung bình :v= 1÷2,5 m/s ●Thường dùng trong các tòa nhà có từ 6÷12 tầng c. Thang máy tốc độ cao ●Tốc độ trung bình :v= 2,5÷4 m/s ●Thường dùng trong các tòa nhà có số tầng :m>16 tầng d. Thang máy tốc độ rất cao ●Tốc độ trung bình :v> 5m/s ●Thường dùng trong các tòa tháp cao tầng 1.3.3. Phân loại theo tải trọng a. Thang máy loại nhỏ :Q< 160kg b. Thang máy loại trung bình :Q= 500÷2000kg c. Thang máy loại lớn :Q> 2000kg Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 5 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ 1.4. Yêu cầu công nghệ 1.4.1. An toàn Đặt vấn đề là an toàn, tức là đưa ra mọi khả năng, mọi tình huống có thể xảy ra trong khi sử dụng thang máy để tính toán, có biện pháp đề phòng và xử lý thích hợp,nhanh chóng. Có thể chia thành hai trạng thái hoạt động của thang máy : ●Thang máy hoạt động bình thường ●Thang máy có sự cố a. Thang máy hoạt động bình thường Cửa thang máy phải đóng kín khi cabin đang chuyển động chưa dừng hẳn Sau khi mở cửa tại tầng có yêu cầu để khách ra vào, cửa cabin chỉ đóng lại nếu chưa quá tải và không còn khách nào hay hàng hóa nào di chuyển qua cửa cabin. Lực đóng cửa nhỏ để đảm bảo không gây tổn thương cho hành khách hay hư hỏng hàng hóa. b. Thang máy gặp sự cố Khi mất điện: cabin được đưa xuống tầng gần nhất bằng nguồn phụ. Cửa cabin và cửa tầng có kết cấu thích hợp, cho phép mở ra trong trường hợp xảy ra sự cố và thang máy phải đang dừng đúng tầng nào đó. ếu cabin bị đứt cáp phải có bộ phận hãm bảo hiểm không cho thang máy rơi tự do. abin phải có cửa thoát hiểm để sử dụng trong trường hợp xấu nhất. 1.4.2 Độ tin cậy Độ tin cậy của thang máy thể hiện ở : ●Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao,ít hư hỏng ●Xử lý đúng,đáp ứng chính xác các yêu cầu do người sử dụng đưa ra ●Sự phối hợp hoạt động của các thiết bị, các thành phần trong thang máy được điều khiển đồng bộ, thống nhất. 1.4.3. Độ chính xác dừng tầng Buồng thang máy phải được dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi có lệnh dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ xảy ra các hiện tượng sau : ●Đối với thang máy chở khách :làm khách ra vào khó khăn,giảm hiệu suất phục vụ của thang. Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến nửa hiệu số của hai quãng đường khi trượt phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thanh không tải theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác các buồng thang bao gồm : ●Momen của cơ cấu phanh ●Momen quán tính của buồng thang 1.5. Yêu cầu về truyền động và điều khiển 1.5.1. Tốc độ Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định đến năng suất của thang máy và có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng. Với các tòa nhà cao tầng, nếu quãng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 6 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ đường di chuyển của thang máy càng dài thì tốc độ tối ưu của thang máy càng cao (thang máy cao tốc), nhưng việc tăng tốc lại dẫn đến tăng thêm chi phí đầu tư và vận hành. Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v=0,75(m/s) lên v=3,5(m/s) thì giá thành sẽ tăng lên 4÷5(lần),bởi vậy tùy vào độ cao của tòa nhà mà phải chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu. 1.5.2. Gia tốc Vấn đề khó khăn là gia tốc sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt,ngạt thở…). Thường gia tốc tối ưu: a < 2m / s2 1.5.3. Độ giật Độ giật là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và độ giảm của gia tốc hãm (là đạo hàm bậc nhất của gia tốc và đạo hàm bậc hai của vận tốc). Độ giật có ảnh hưởng lớn tới độ êm dịu của cabin. Khi gia tốc a < 2m / s2 thì độ giật cho phép ρ= 20( m / s3 ) 1.5.4. Đặc điểm phụ tải của thang máy a. Thang máy là phụ tải có tính chất thế năng Tùy vào loại thang máy mà phụ tải có thể ổn định hoặc không. Do là thang máy chở người cho tòa nhà 10 tầng nên phụ tải thường không ổn định, thay đổi theo số tầng Phương trình đặc tính cơ của máy sản xuất : M C = M C 0 + ( M đm + M C 0 ω α ) ω Trong đó : ● M C : momen ứng với tốc độ ω đm ● M Co : momen ứng với tốc độ ω=0 ● M đm : momen ứng với tốc độ định mức ωđm Khảo sát cơ cấu nâng hạ thang máy ta thấy momen cản của cơ cấu luôn không đổi, không phụ thuộc vào chiều quay của động cơ. Hay nói cách khác, momen cản của cơ cấu nâng hạ thang máy thuộc loại momen cản thế năng,không phụ thuộc chiều quay nên α=0. Do đó biểu thức đặc tính cơ của thang máy: Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải), momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động, tức là hướng ngược chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo chiều quay động cơ. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 7 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn quá trình nâng và hạ tải của thang máy Đặc tính M c (ω ) nằm cả bốn góc phần tư. Hình 1.3 :Đồ thị đặc tính cơ của thang máy Như vậy trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì độ ng cơ cần phải được đ iều khiển để làm việc đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính tải. Phụ tải có thể biến đổi trong một dải lớn, thay đổi theo số khách có trong cabin. Mu ốn hạn chế và điều chỉnh tốc độ thang máy, ta phải sử dụng các phương tiện nhất định. b.Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt phát nóng của động cơ chưa đạt đến mức bão hòa đã giảm do mất tải, nhiệt độ suy giảm chưa tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tải. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 8 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Hình 1.4 :Đồ thị phát nhiệt của động cơ c.Sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ Động cơ trong mỗi lần hoạt động đều thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động, kéo tải ổn định và hãm dừng. Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục từ chế độ động cơ sang chế độ máy phát. Thang máy khởi động đạt đến tố c độ định mức sau đó chuyển động ổn định với tốc độ đó trong một lần chuyển động, do đó không có yêu cầu về điều chỉnh tốc độ. d.Ảnh hưởng của các tham số đối với hệ truyền động thang máy Hình 1.5 :Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s,gia tốc a và độ giật ρ theo thời gian Trị số tốc độ của buồng thang quyết định năng xuất của thang máy, nó có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối vớ i thang máy trong các nhà cao tầng. Những thang máy tốc độ cao phù hợp với chi ều cao nâng lớn, số lần dừng ít. Trong trường hợp này thời gian khi tăng tốc và giảm tốc r ất nhỏ so với thời gian di chuy ển của buồng thang với tốc độ cao, trị số tốc độ trung bình của thang máy gần đạt bằng trị số tốc độ định mức của thang máy. Trị số tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giả m thời gian t ăng tốc củ a hệ truyền động thang máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi buồng thang di chuyển với gia tốc quá lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách. Do đó 2 trị số gia tốc tối ưu được chọn a = 2m/s Độ giật củ a thang máy quyết định sự di chuyển êm của buồng thang.Nó là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 9 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy với tốc độ trung bình và tốc độ cao được thể hiện như Hình 1.5. Biểu đồ có thể phân làm 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi của 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 điện 1 chiều hoặc dùng hệ biến tần - động cơ xoay chiều. N ếu dùng hệ truy ền động xoay chiều v ới động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc hai cấp tốc độ, biểu đồ làm việc đạt được gần với biểu đồ tối ưu. Đối với thang máy tốc độ chậ m,biểu đồ làm việc chỉ có giai đoạn: thời gian tăng tốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 10 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Chương 2 : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 2.1.Tính chọn công suất động cơ Yêu cầu của hệthống: Hệ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm nhiều. Do đó khi tính chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động. Hình 2.1 dưới đây thể hiện hệ thống dây cáp, cabin, đối trọng và puli của thang máy Hình 2.1. Hệ thống dây cáp, cabin, đối trọng và puli của thang máy 2.1.1.Xác định phụ tải tĩnh Phụ tải tĩnh là phụ tải do trọng lượng Cabin, trọng lượng tải trọng, trọng lượng đối trọng, và trọng lượng của cáp gây nên ở trạng thái tĩnh, thông qua puli, hộp giảm tốc, tác dụng lên trục của động cơ. Các lực tác động lên puli chủ động theo các nhánh cáp là: F1 = [G0 + G + gc (H − hcb )]g (N) (N) F2 = [G dt + g c ( H − hđt g Lực tổng tác động lên puli chủ động: +Khi nâng tải: Fn = F1 − F2 = (G0 + G − Gđt )g + gc (hđt − hcb )g (N) +Khi hạ tải: Fh = F2 − F1 = (Gđt − G0 − G)g + gc (hcb − hdt ) g(N) Trong đó: G0 : khối lượng Cabin (kg) G : khối lượng tải trọng (kg) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 11 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ = hcb . Thay vào trên ta được: (N) (N) Gđt : khối lượng đối trọng(kg) gc : khối lượng một đơn vị dài dây cáp(kg/m) hđt và hcb : chiều cao đói trọng và cabin (m) : gia tốc trọng trường (m / s2 ) Để đơn giản, giả sử rằng hđt g Fn = (G0 + G − Gđt )g Fh = (Gđt − G0 − G)g Mục đích của đối trọng là giảm phụ tải của cơ cấu, do đó giảm được công suất động cơ truyền động. Điều kiện chọn đối trọng là tạo ra phụ tải tĩnh của động cơ nhỏ nhất. Trọng lượng đối trọng được chọn theo công thức: Gđt = G0 + αGđm Trong đó: Gđm là tải định mức Với thang máy chở người thì α = 0.35 ÷ 0.4 Chọn α = 0.35 Thay vào (1) ta được: (N) (2) Fn = (G − αGđm )g Fh = (αGđm − G)g (N) (3) Khi tính toán công suất động cơ, ta xét động cơ luôn làm việc với tải định mức. Tức là G = Gđm . Thay vào (2) và (3): Fn = (Gđm − αGđm )g (N) ⇒ Fn > 0 Fh = (αGđm − Gđm )g (N) ⇒ Fh < 0 Như vậy, để cho thang máy chạy đều với vận tốc V thì công suất trên trục động cơ khi thang lên, xuống là: P = FnV = (Gđm − αGđm )gV (N.m) (4) 1000.ηc 1000.ηc P đm = FhV = (αGđm − Gđm )gV 1đm 2 1000.η c (N.m) (5) 1000 Trong đó: P1đm ứng với trường hợp máy điện làm việc ở chế độ động cơ (nâng tải) P2đm ứng với trường hợp máy điện làm việc ở chế độ máy phát (hạ tải) η c - hiệu suất của cơ cấu (0.5 ÷ 0.8) . Ta chọn ηc = 0.75 Thay số liệu vào (4) và (5) ta được: P1đm = (500 − 0.35*500)*9.81*1.5 = ( 6.38 kW ) 1000* 0.75 (0.35*500 − 500)*9.81*1.5 P = = −4.78(kW ) 2.1.2. Xác định hệ số đóng mạch tương đối ε % Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 12 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Để xác định hệ số đóng điện tương đối, ta phải vẽ được đồ thị phụ tải tĩnh của cơ cấu.Để làm được điều này, ta cần xác định khoảng thời gian làm việc cũng như thời gian nghỉ của thang máy trong một chu kỳ lên xuống. Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức Gđm = 500(kg) (khoảng 6 người). Để đơn giản, ta cho rằng qua mỗi tầng thang chỉ dừng một lần để đón, trả khách.Ta có các thời gian giả định như sau: - Thời gian vào/ra buồng thang được tính gần đúng 1s/1người. - Thời gian mở cửa buồng thang là 1s. - Thời gian đóng cửa buồng thang là 1s - Giả sử ở mỗi tầng có một người ra và một người vào, do đó thời gian nghỉ là tn = 4(s) . Ta có đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy (Hình 2.2): Hình 2.2. Đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy Với tkđ + th = 1.8( s) (Theo bảng 3.1 sách trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung) ⇒ tkđ = th = 0.9( s) Quãng đường đi được trong khoảng thời gian mở máy và thờ i gian hãm là: S = Sh a.t 2 = 1.5*0.92 = kđ 0.6(m) = 2 2 Thời gian buồng thang di chuyển với vận tốc đều v=1,5(m/s) ở giữa hai tầng kế tiếp là: t =h −S 0 kđ −S h = 4.5 − 0.6 − 0.6 = 2.2( s) v1.5 Thời gian làm việc của buồng thang ở hai tầng kế tiếp là: tlv = tkđ + t + th = 0.9 + 2.2 + 0.9 = 4( s) Khi lên đến tầng trên cùng (tầng 6), giả sử cả 6 người trong thang ra hết, ngay sau đó 6 người khác vào để xuống các tầng dưới. Như vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là: t01 = 0.9 + 6.1 + 6.1 + 0.9 = 14( s) Khi xuống v và a không đổi nên tlv và tn giống khi đi lên. Khi xuống đến tầng dưới cùng , giả sử cả 6 người trong thang ra hết, ngay sau đó 6 người khác vào để lên các tầng = 14( s) trên. Như vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là: t01 = t02 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 13 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Vậy ta có đồ thi phụ tải trong một chu kỳ lên xuống như hình 2.3, với chu kỳ làm việc: Tck = 10.tlv + 8.tn + 2.t0 = 10 * 4 + 8 * 4 + 2 *14 = 100( s) Hình 2.3. Đồ thị phụ tải trong một chu kỳ lên xuống Từ đồ thị phụ tải ta tìm được hệ số đóng điện tương đối: ε đđ % = ∑t 10* 4 = 40% Tck 100 lv *100% = 2.1.3.Chọn sơ bộ động cơ Để chọn công suất động cơ ta tính công suất đẳng trị gây nên trên trục động cơ : Pđt = ∑( 2 *t ) = 6.382 *4*5 + 4.782 *4*4 = 3.57(kW lvi ) Pi T ck 100 Vậy phụ tải thang máy có ε đđ % = 40% (Đây là hệ số đóng điện tiêu chuẩn).Do đó ta chọn công suất động cơ: Pđmchon ≥ Pđt = 3.57(kW ) Ta chọn động cơ KĐB rotor lồng sóc của ABB như trong bảng sau: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 14 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI • Tên đông cơ Đồ án tổng hợp hệ điện cơ M3AA112MB : •Điện áp dây định mức : •Tần số định mức : •Công suất định mức : •Số đôi cực : •Tốc độ định mức : • Hiệu suất : nđm = 1455 vòng/phút η = 86.7% •Hệ số công suất : cosϕ = 0.775 ⇒ sinϕ = 0.632 •Dòng Stator định mức : I • Dòng khởi động : I = 8.8*7.3 = 64.24A kđ • Mômen định mức : M đm = 26.4Nm • Momen khởi động : M kđ = 26.4 * 3.1 = 81.84Nm •Mô men tới hạn : M th = 26.4 * 3.4 = 89.76Nm • Mômen quán tính : • Khối lượng U đm = 400V f = 50Hz Pđm = 4kW p=2 sđđ = 8.8A J = 0.0126 kgm : m = 34 kg 2 2.1.4.Kiểm nghiệm công suất động cơ a)Xác định mômen cực đại trên tải P Trong đó: Pmax M c max = max ω yc .η = 6.38(kW ) ω yc = 2. = 2*1.5 = 7.5(rad / s) v D 0.4 = 6.38 *103 = 1134.2( Nm) ⇒M c max 7.5*0.75 b)Xác định mômen cực đại quy về trục động cơ ω = 2Π * nđm = 2 * 3.14 *1455 = 152.3(rad / Ta có: đc s) 60 60 ⇒ Tỉ số truyền: i = ωđc = 152.3 = 20 ω 7.5 yc Từ đó suy ra mômen tải cực đại quy về trục động cơ: M = M c max = 1134.2 = 56.7( Nm) c max qđ i Ta có: 20 M kdđd = 81.84( Nm) > M c max qđ = 56.7( Nm) Như vậy động cơ đã chọn là thỏa mãn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 15 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ 2.1.5.Tính toán các tham số của động cơ Hình 2.4.Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ Ở sơ đồ thay thế trên coi Rμ = 0 Công suất định mức đưa vào động cơ: P = 3.U1đm .I1đm .cosϕ vđđ = P 4 đm = η = 4.6(kW ) 0.867 Tốc độ đồng bộ: n0 = 60 f = 60*50 = 1500 (vòng/phút) p Hệ số trượt định mức: 2 Sđm = n0 − nđm = 1500 − 1455 = 0.03 n0 1500 400 = 26.2(Ω) Tổng trở một pha: 3.I1đm = 3 *8.8 Mômen trên trục đông cơ: M = 2.M th .(1 + a.Sth ) U Z= 1đm s + sth + 2.a.sth s th s 2 2 3 pU1 đm Trong đó: M th = ( 4.π . f1. R1 + + 2 R1 + X nm 2 ) = 89.76( ⇒R1+ 2 = R + X 5.67(Ω) 1 (1) nm Nm) Khi s = sđm = 0.03 ta có mômen định mức: M = 2.M th .(1 + a.Sth ) = 2 *89.76 * (1 + a.Sth ) = 26.4( Nm) đm s đm + s th + 2asth s th s đm (2) 0.03 + S th + 2.a.S th S 0.03 th Khi s=1 ta có mômen khởi động của động cơ: M = 2.M th .(1 + a.Sth ) = 2 *89.76 * (1 + a.Sth ) = 81.84( Nm) (3) s S th 1 S th S + + 2.a.Sth S + 1 + 2.a.Sth th th s Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: Sth = R2' = 0.35 (4) kđ X nm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 16 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI a = R1 = 1.23 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ (5) R2 ' Giải hệ phương trình (10, (4) và (5) ta được: Rs = 2(Ω) X Ta lấy X sδ ≈ X rδ ≈ X = 4.57(Ω) nm = 4.57 = ⇒ nm 2.85(Ω) Lsδ = Lrδ = 0.018( H ) 2 2 Ở chế độ định mức: s = sđm = 0.03; Z = 26.2(Ω) Ta có: . Re Z R1 + R2' s = = Z cosϕ = 26.2 * 0.775 R' 1 2 X μ + X nm 2 2 Xμ .R 1 + 2 + s ⇒ X μ = 44.9(Ω) ⇒ Lμ Mômen quán tính quy đổi: J qđ = đ J Xμ = 0.285(H ) + JT + m i2 ρ2 T Trong đó: ρ = ωđ = 152.3 = 101.53; i = 20 T v 1.5 Mômen quán tính của tang trống (coi tang trống là khối trụ đặc): JT =π ρ.LR4 2 Với L là chiều dài tang trống, chọn L=1m ; R=D/2 =0.2m; r=0 π ⇒JT = 2 *101.5 *1* 0.24 = 0.26(kg.m2 ) J = 0.0126 +0.26 + 34 = 0.0166(kg.m2 ) ⇒ qđ 2 20 101.5 2 2.2.Lựa chọn phương án truyền động Theo yêu cầu của đề bài thì phương án thiết kế được sửdụng là hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số. Để cấp nguồn cho động cơ ta sử dụng bộ biến tần bởi vì biến tần hoạt động tin cậy, chắc chắn, giúp cho việc điều chỉnh tốc độ trở nên trơn hơn và dễ dàng cài đặt tham số điều khiển. Trước hết ta đi lựa chọn loại biến tần để cấp nguồn cho động cơ. 2.2.1.Lựa chọn loại biến tần Biến tần được chia làm 2 loại loại lớn : Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp a)Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp có sơ đồcấu trúc nhưhình 2.5 dưới đây : Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 17 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Hình 2.5.Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp Loại biến tấn này có ưu điểm là: Hiệu suất biến đổi năng lượng cao. Bên cạnh đó là một số nhược điểm như: Sơ đồmạch van phức tạp, số lượng van lớn, việc thay đổi tần số ra khó khăn. b)Biến tần gián tiếp Điểm khác biệt của biến tần gián tiếp so với biến tần trực tiếp là nó có khâu trung gian mọt chiều và tùy thuộc vào khâu trung gian một chiều mà phân ra thành biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp. +Biến tần nguồn dòng Sơ đồcấu trúc của biến tần nguồn dòng được thểhiện nhưhình 2.6: Hình 2.6.Sơ đồ biến tần nguồn dòng Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lđ. Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là có thể trả năng lượng về lưới. Biến tần loại này phù hợp cho dải công suất lớn. Nó có các nhược điểm sau: - Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải - Ở dải công suất nhỏ thì nó có hiệu suất thấp Với động cơ đã chọn có công suất 4 kW ta sẽ không dùng loại biến tần này để thiết kế hệ truyền động cho thang máy. +Biến tần nguồn áp Sơ đồ nguyên lí mạch lực của biến tần nguồn áp được mô tả như trên hình 2.8 bao gồm các khối chức năng chính sau đây: Nguồn một chiều, mạch lọc, nghịch lưu độc lập nguồn áp Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lí mạch lực của biến tần nguồn áp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 18
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan