Tài liệu Nâng cao chất lượng hệ truyền động nâng hạ thang máy

.. 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -----------o0o----------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ TÊN ĐỀ TÀI: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Lớp : Cao học K11-TĐH Cán bộ hƣớng dẫn KH : PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH BAN GIÁM HIỆU Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên HỌC VIÊN TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG KHOA SAU ĐẠI HỌC http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Trần Thị Hƣơng Giang học viên lớp cao học Tự Động Hóa niên khóa 2008-2010. Sau 2 năm học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là PGS.TS Bùi Quốc Khánh, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khóa học thạc sỹ. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là : “Nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy”. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Bùi Quốc Khánh và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc liệt kê. Tôi không sao chép công trình của cá nhân khác dƣới bất kỳ hình thức nào. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Ngƣời cam đoan Trần Thị Hƣơng Giang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………….….………..…..1 MỤC LỤC…………………………………………………………..……………2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT……………..…..……...….5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ…………………………………............................8 MỞ ĐẦU………………………………………………………..........................11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY………………………….…13 1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY……………………………...13 1.2. 1.1.1.Giới thiệu………………………………………………......….…...13 1.1.2. Lịch sử phát triển của thang máy………………………………....14 1.1.3. Tình hình sử dụng thang máy ở Việt Nam ……………………….16 1.1.4. Phân loại và ký hiệu thang máy ………………...……………… .17 1.1.5. Cấu tạo thang máy……………………………...………………...20 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TẢI VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG TRONG THANG MÁY………………………....23 1.3. 1.2.1. Chế độ làm việc của tải…………………………………...……....23 1.2.2. Các yêu cầu về truyền động điện………………………...……….25 1.2.3. Các yêu cầu về dừng chính xác, tiết kiệm năng lƣợng và an toàn..27 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ………………………...……...32 1.4. 1.3.1. Xác định phụ tải tĩnh khi nâng tải...……………………………....35 1.3.2. Xác định phụ tải tĩnh khi hạ tải...………………………………....33 1.3.3. Xác định đồ thị phụ tải, hệ số đóng điện tƣơng đối…….………...36 1.3.4. Xác định công suất động cơ……………………………………....38 HỆ TĐ ĐIỆN HIỆN ĐẠI DÙNG TRONG THANG MÁY……………..39 1.4.1. Lựa chọn biến tần………………………………………………....39 1.4.2. Phân tích các phƣơng án truyền động……….…………………....42 1.5. KẾT LUẬN………………………………………………………………47 CHƢƠNG II: BIẾN TẦN 4 GÓC PHẦN TƢ LÀM VIỆC VỚI TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY………………………………………………………...48 2.1. CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ BIẾN TẦN CHỈNH LƢU PWM……………………………………………………………………………..48 2.2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƢU TÍCH CỰC……48 2.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của chỉnh lƣu PWM……………...49 2.2.2. Mô tả toán học bộ chỉnh lƣu tích cực……………………………..52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 2.2.2.1. Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu………………………………..53 2.2.2.2. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ 3 pha…………54 2.2.2.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ tĩnh α-β………55 2.2.2.4. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ quay d-q……...56 2.2.3. Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM………………………...59 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC…………………..61 2.3. NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU..64 2.3.1. Khái quát chung……………………………………………...…...64 2.3.2. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu…..…………………...…...66 2.3.2.1. Hệ phƣơng trình cơ bản của động cơ (Mô tả toán học động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu)…………………………..67 2.3.2.2. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ toạ độ từ thông Rotor...69 2.3.2.3. Điều khiển tựa từ thông (Điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ (SPM) cực ẩn kích từ nam châm vĩnh cửu)…………………….71 2.3.2.4. Tổng hợp bộ điều chỉnh lƣu ……………………………….…..75 2.4. KẾT LUẬN…………………………………………………………………....78 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU (PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR-PMSM) CHO THANG MÁY………………..79 3.1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG…...…………………………….79 3.2. CẤU TRÚC MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY………...79 3.2.1. Tham số mô phỏng………………………………………………..79 3.2.2. Cấu trúc mô phỏng hệ thống và sơ đồ minh hoạ chi tiết……….....80 3.2.3. Các kết quả mô phỏng…………………………………………….83 KẾT LUẬN……………………………………………………………...……..89 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………...………90 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ…………………………………………....92 x(t), x X*, x* α φ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Giá trị tức thời Giá trị đặt Góc pha của vector chuẩn Góc pha dòng điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 ω Vận tốc góc ψ Góc pha cosφ Hệ số công suất cơ bản f Tần số i(t), i Giá trị dòng điện tức thời kp, kI Hệ số khuếch đại, hệ số tích phân p(t), p Công suất tác dụng tức thời q(t), q Công suất phản kháng tức thời t Giá trị thời gian tức thời v(t), v Giá trị điện áp tức thời ψLα Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục tọa độ α – β ψLβ Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục tọa độ α – β ψLd Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục tọa độ d – q ψLq Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục tọa độ d – q uL Vector điện áp lƣới uLα Thành phần vector điện áp lƣới trên hệ trục tọa độ α – β uLβ Thành phần vector điện áp lƣới trên hệ trục tọa độ α – β uLd Thành phần vector điện áp lƣới trên hệ trục tọa độ d – q uLq Thành phần vector điện áp lƣới trên hệ trục tọa độ d – q iL Vector dòng điện lƣới iLα Thành phần vector dòng điện lƣới trên hệ trục tọa độ α – β iLβ Thành phần vector dòng điện lƣới trên hệ trục tọa độ α – β iLd Thành phần vector dòng điện lƣới trên hệ trục tọa độ d – q iLq Thành phần vector dòng điện lƣới trên hệ trục tọa độ d – q us, uconv Vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu uSα Thành phần vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ α – β uSβ Thành phần vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ α – β uSd Thành phần vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ d – q uSq Thành phần vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục tọa độ d – q udc Giá trị điện áp một chiều idc Giá trị dòng điện một chiều C Giá trị tụ điện I Giá trị hiệu dụng của dòng điện L Giá trị điện cảm R Giá trị điện trở S Công suất biểu kiến T Chu kỳ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 P Q Z 4Q DPC DTC DPF FOC PF PMSM PWM Te VOC Control) Công suất tác dụng Công suất phản kháng Tổng trở kháng Bốn góc phần tƣ ( viết tắt của Four(4) Quater) Điều khiển trực tiếp công suất ( viết tắt của Direct Power Control) Điều khiển trực tiếp mômen ( viết tắt của Direct Toque Control) Hệ số công suất dịch chuyển ( viết tắt của Displacement Power Factor) Điều khiển tựa từ trƣờng ( viết tắt của Field Oriented Control) Hệ số công suất ( viết tắt của Power Factor) Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu ( viết tắt của Permanent Magnet Synchronous Motor) Điều chế độ rộng xung ( viết tắt của Pulse Width Modulation) Mômen điện từ Điều khiển tựa theo điện áp lƣới ( viết tắt của Voltage Oriented DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Chiếc thang máy đầu tiên thế kỷ XV Hình 1.2 : Cấu tạo thang máy Hình 1.3 : Chế độ làm việc của tải Hình 1.4 : Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đƣờng S, tốc độ v, gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian Hình 1.5 : Đồ thị xác định số lần dừng Hình 1.6 : Sơ đồ xác định độ dừng chíng xác và sự phụ thuộc của độ dừng chính xác buồng thang vào trị số tốc độ và gia tốc Hình 1.7 : Sơ đồ biểu diễn lực tác dụng lên thang máy Hình 1.8 : Đồ thị phụ tải của thang máy trong một chu kỳ Hình 1.9 : Cấu trúc của bộ biến tần trực tiếp Hình 1.10 : Cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp Hình 2.1 : Cấu trúc tổng quát của Chỉnh lƣu - Nghịch lƣu Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lƣu PWM Hình 2.3 : Sơ đồ thay thế và giản đồ véctơ chỉnh lƣu PWM Hình 2.4 : Mô tả hàm đóng cắt mạch lực biến tần Hình 2.5 : Các trạng thái chuyển mạch của chỉnh lƣu PWM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Đồ thị vectơ điện áp, dòng điện chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ abc, α – β và d-q Hình 2.7 : Cấu trúc mô hình mô tả toán học chỉnh lƣu PWM Hình 2.8 : Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ tĩnh α – β Hình 2.9 : Sơ đồ khối bộ chỉnh lƣu PWM trong hệ toạ độ quay d - q Hình 2.10 : Cấu trúc khối đồng bộ với điện áp lƣới PLL Hình 2.11 : Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM Hình 2.12 : Hệ truyền động động cơ biến tần chỉnh lƣu PWM với các phƣơng pháp điều khiển Hình 2.13 : Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC Hình 2.14 : Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC Hình 2.15 : Cấu trúc mạch vòng dòng điện của chỉnh lƣu tích cực Hình 2.16 : Cấu trúc mạch vòng dòng điện khi bỏ qua tác động giữa 2 kênh d,q Hình 2.17 : Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM Hình 2.18 : Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại IPM Hình 2.19 : Mô hình liên tục của ĐCĐB kích thích vĩnh cửu trên hệ toạ độ d,q Hình 2.20 : Đồ thị véctơ động cơ đồng bộ Hình 2.21 : Cấu trúc điều khiển véctơ động cơ SPM Hình 2.22 : Đồ thị véctơ của SPM với điều khiển giảm từ thong dòng Stato không đổi Hình 2.23 : Sơ đồ khâu điều chỉnh dòng điện Hình 3.1 : Sơ đồ mô phỏng hệ biến tần 4Q – Động cơ đồng bộ ba pha kích từ vĩnh cửu (PMSM) điều khiển theo VOC – DTC Hình 3.2 : Triển khai chi tiết khối PLECS Circuit Hình 3.3 : Triển khai chi tiết khối PWM trong SubSystem Hình 3.4: Triển khai chi tiết khối Current controller trong SubSystem Hình 3.5 : Triển khai chi tiết khối Voltage controller trong SubSystem Hình 3.6: Đồ thị tốc độ động cơ Hình 3.7: Đồ thị mômen động cơ Hình 3.8: Đồ thị dòng điện isq Hình 3.9: Đồ thị dòng điện isd Hình 3.10: Đồ thị dòng điện idc Hình 3.11: Đồ thị điện áp Udc Hình 3.12: Đồ thị dòng điện đầu vào của chỉnh lƣu tích cực Hình 3.13: Đồ thị dòng điện và điện áp Hình 2.6 : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thƣơng mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các tòa nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số trong xã hội ngày càng tăng và nhằm đô thị hóa ở các thành phố lớn. Đi đôi với việc xây dựng những tòa nhà cao tầng thì vấn đề di chuyển lên các tầng cao hết sức đƣợc quan tâm. Bên cạnh đó đối với một số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển các thiết bị từ thấp lên cao lại đóng vai trò quyết định rất lớn đến năng suất lao động vì vậy vấn đề đặt ra là tạo một thiết bị có khả năng chuyển chở con ngƣời cũng nhƣ các vật dụng nhằm phục vụ nhu cầu cuộc sống cũng nhƣ phục vụ sản xuất là một điều rất cần thiết, thang máy ra đời đáp ứng tốt đòi hỏi đó. Ngày nay những thiết kế sang trọng, hiện đại cùng các kỹ thuật tiên tiến đã làm cho hệ thống thang máy luôn đƣợc đổi mới hoàn thiện hơn. Hiện nay có rất nhiều Công ty tham gia vào thị trƣờng thang máy của nƣớc ta nên việc cạnh tranh diễn ra hết sức gay gắt. Tuy nhiên có một vấn đề cần quan tâm ngay cả đối với các công ty thang máy hàng đầu Việt Nam đó là vấn đề nghiên cứu bộ biến đổi mới vào truyền động thang máy để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy và tiết kiệm điện năng hơn nữa cho ngƣời sử dụng. Ta biết rằng hiện nay trong thang máy sử dụng biến tần dùng chỉnh lƣu điot ( hoặc tiristor), song để thực hiện hãm tái sinh trả năng lƣợng về lƣới là không thể đƣợc, không thể trao đổi công suất từ tải về lƣới. Mặt khác dòng điện đầu vào biến tần chứa nhiều sóng hài bậc cao làm méo điện áp lƣới đồng thời gây nên hệ số cosφ thấp. Một trong những giải pháp nhằm khắc phục tình trạng trên là sử dụng biến tần dùng chỉnh lƣu PWM đã khắc phục đƣợc cả ba vấn đề tồn tại trên. Nó có thể làm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 việc ở bốn góc phần tƣ thực hiện trao đổi công suất giữa tải và lƣới. Dòng đầu vào có dạng hình sin và hệ số công suất có thể điều chỉnh bằng 1. Do vậy tôi thiết nghĩ việc tìm hiểu phƣơng pháp này không chỉ nâng cao kiến thức mà với kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần phát triển hơn nữa thị trƣờng thang máy của Việt Nam nói riêng, tiết kiệm điện năng và nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy. Nội dung của luận văn bao gồm các phần : - Chƣơng 1 : Tổng quan về hệ truyền động và điều khiển thang máy - Chƣơng 2 : Biến tần 4 góc phần tƣ làm việc với truyền động thang máy - Chƣơng 3 : Nghiên cứu bằng mô hình mô phỏng hệ truyền động biến tần – động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu cho thang máy. Đề tài đã đƣợc hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến PGS-TS Bùi Quốc Khánh, ngƣời đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ trong quá trình hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã hết sức cố gắng song luận văn chƣa thể đi sâu vào nghiên cứu nhiều khía cạnh kỹ thuật khác, tôi rất mong đƣợc sự đóng góp và giúp đỡ hơn nữa của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để luận văn có hƣớng phát triển hơn nữa trong tƣơng lai. Xin trân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2010 Tác giả Trần Thị Hƣơng Giang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY 1.1.Khái niệm chung về thang máy 1.1.1.Giới thiệu Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ngƣời, hàng hóa, vật liệu,… theo phƣơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phƣơng thẳng đứng theo một góc đã định sẵn. Nó là một loại hình máy nâng chuyển đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nhƣ trong khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy đƣợc sử dụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, đƣa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau…Nó đã thay thế cho sức lực của con ngƣời và đã mang lại năng suất cao. Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy đƣợc sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, cơ quan, khách sạn, công sở, chung cƣ…Thang máy đã giúp cho con ngƣời tiết kiệm đƣợc thời gian và sƣc lực…Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phƣơng tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình. Ý nghĩa sử dụng của thang máy rất lớn cho nên nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với các tòa nhà cao 6 tầng trở lên đều phải đƣợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngƣời đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động. Đối với những công trình đặc biệt nhƣ bệnh viện, nhà máy, khách sạn,…do yêu cầu phục vụ vẫn phải đƣợc trang bị thang máy nếu nhƣ số tầng nhỏ hơn 6. Giá thành của thang máy trang bị cho công trình có thể chiếm tới 10% tổng giá thành của công trình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Ở Việt Nam từ trƣớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đƣợc sử dụng trong công nghiệp để trở hàng và ít đƣợc phổ biến. Nhƣng trong giai đọng hiện nay nền kinh tế nƣớc ta đang có những bƣớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên. 1.1.2. Lịch sử phát triển của thang máy Trong suốt thời trung đại, những thang tời nâng thô sơ đƣợc sử dụng và có thể bắt đầu từ thế kỷ III trƣớc công nguyên. Chúng hoạt động nhờ vào sức ngƣời và súc vật, hoặc cơ cấu cơ khí vận hành bằng nƣớc. Thang máy đầu tiên đƣợc chế tạo dƣới triều đại vua Louis XV, ở Versailles năm 1743 và chỉ để cho vua dùng. Thang này đƣợc xây ở ngoài, trong sân nhà để cho vị quốc vƣơng này có thể từ phòng ông ở tầng lầu 1 và lầu 2 đi gặp ngƣời yêu là bà DE Châteauroux. Kỹ thuật này dựa trên sự đối trọng (contre-poids) nên Hình 1.1.Chiếc thang máy việc sử dụng ít tốn sức lực. đầu tiên thế kỷ XV Cuối thế kỷ 19 trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời nhƣ OTIS; SCHINDLER, chiếc thang máy đã đƣợc chế tạo và đƣa vào sử dụng của hãng máy OTIS (Mỹ) năm 1853. Đến năm 1874 hãng thang máy SCHINDLER cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 Đầu thế kỷ 20 có nhiều hãng thang máy khác ra đời đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn. Vào đầu những năm 1970 thang máy đã chế tạ đạt tới tốc độ 450m/ph, những thang máy chở hàng đã có tải trọng nâng tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác tốc độ của thang máy đã đạt tới 600m/ph. Vào những năm 1980 đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ bằng phƣơng pháp biến đổi điện áp và tần số (inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm dịu hơn, tiết kiệm đƣợc khoảng 40% công suất động cơ, đồng thời cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính. Đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo đƣợc những thang máy có tốc độ đạt tới 750m/ph và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngƣời và hàng hóa theo phƣơng thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng vận chuyển đƣợc sử dụng rộng rãi trong các hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy đƣợc sử dụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, đƣa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau…Nó đã thay thế cho sức lực của con ngƣời và đã mang lại năng suất cao. Ở Việt Nam từ trƣớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đƣợc sử dụng trong công nghiệp để trở hàng và ít đƣợc phổ biến. Nhƣng trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nƣớc ta đang có những bƣớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15 1.1.3. Tình hình sử dụng thang máy ở Việt Nam Chúng ta có thể thấy rằng trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa hiện nay thì thời gian và sức lực của con ngƣời là thứ vô cùng quý giá, chính vì vậy cần phải đƣợc tiết kiệm và sử dụng hợp lý, đây cũng chính là tiêu chí mà các nhà sản xuất đƣa ra để nghiên cứu chế tạo các loại thang máy tối ƣu tiết kiệm thời gian và sức lực cho con ngƣơi nhất. Thị trƣờng sử dụng thang máy lớn nhất ở nƣớc ta là hai thành phố lớn : Thủ đô Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh, đây là nơi tập trung các công sở, trung tâm thƣơng mại, các chung cƣ cao tầng. Hầu hết các tòa nhà cao tầng đều đã đƣợc lắp đặt thang máy. Không chỉ dừng lại ở những trung tâm lớn, mà thị trƣờng sử dụng thang máy đã và sẽ đƣợc mở rộng tới các thành phố, thị xã, các khu công nghiệp khác trong cả nƣớc… Hiện nay trên thị trƣờng thang máy nƣớc ta có các sản phẩm của các hãng nhƣ: Hãng MITSUBISHI elevator, LG elevator, NIPPON elevator, FUJI elevator,… Ở Việt Nam có nhiều công ty kinh doanh về lĩnh vực thang máy nhƣ công ty thang máy Thiên Nam là một đại diện hàng đầu của thành phố Hồ Chí Minh, là độc quyền cho hãng thang máy nổi tiếng Hàn Quốc SIGMA, và công ty thang máy Thái Bình cũng là một đại diện thành phố Hồ Chí Minh,…các công ty này đều có khả năng cung cấp các loại thang máy chất lƣợng cao mà giá thành chỉ bằng 1/3 giá thành thang máy nhập ngoại, các công ty này hầu hết đã mở rộng thị trƣờng ra miền nam, miền trung và miền Bắc. Hiện nay các công ty thang máy trong nƣớc đều có khả năng lắp đặt, bảo trì và sửa chữa các loại thang máy và đang không ngừng nâng cao tỷ lệ nội địa hóa để giảm giá thành sản phẩm cũng nhƣ tăng khả năng tự chủ trong việc sản xuất thang máy. 1.1.4. Phân loại và ký hiệu thang máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16 Thang máy hiện nay đã đƣợc thiết kế và chế tạo rất đa dạng với rất nhiều kiểu loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau : * Phân loại theo công dụng : Có 5 loại 9 TCVN 5744-1993) - Thang máy chuyên chở ngƣời - Thang máy chuyên chở ngƣời có tính đến hàng đi kèm - Thang máy chuyên chở hàng có ngƣời đi kèm - Thang máy chuyên chở hàng không có ngƣời đi kèm Ngoài ra còn có các loại thang chuyên dùng khác nhƣ thang máy cứu hỏa, chở ô tô,… * Ph©n lo¹i theo hÖ thèng dÉn ®éng cabin : - Thang máy dẫn động điện : loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. - Thang máy thủy lực - Thang máy khí nén * Ph©n lo¹i theo vÞ trÝ ®Æt bé têi kÐo - Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang - Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dƣới giếng thang - Thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng : bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin - Thang máy thủy lực : buồng máy đặt tại tầng trệt * Ph©n lo¹i theo c¸c th«ng sè c¬ b¶n - Theo tốc độ di chuyển của cabin : Loại tốc độ thấp : v < 1m/s Loại tốc độ trung bình : v = 1 ữ 2.5m/s Loại tốc độ cao : v = 2.5 ữ 4m/s Loại tốc độ rất cao : v > 4m/s - Theo khối lƣợng vận chuyển của cabin : Loại nhỏ : Q < 500kg Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 Loại trung bình : Q = 500 - 1600kg Loại lớn : Q = 1000 - 1600kg Loại rất lớn : Q > 1600kg Thang máy đƣợc ký hiệu bằng các chữ và số, dựa vào các thông số cơ bản sau : - Loại thang : theo thông lệ quốc tế, ngƣời ta dùng các chữ cái ( chữ latinh ) để ký hiệu nhƣ sau : + Thang chở khách : P ( Passenger ) + Thang chở bệnh nhân : B ( Bed ) + Thang chở hàng : F ( Freight ) - Số ngƣời hoặc tải trọng : ( ngƣời , kg ) - Kiểu mở cửa + Mở chính giữa lùa về hai phía : CO ( Centre opening ) + Mở một bên, lùa về một phía : 2S ( Single side ) - Tốc độ : m/ph , m/s - Số tầng phục vụ và tổng số tầng của tòa nhà - Hệ thống điều khiển - Hệ thống vận hành Ngoài ra có thể dùng các thông số khác để bổ sung cho ký hiệu : ví dụ P11-CO-90-11/14-VVVF-Duplex Ký hiệu trên có nghĩa là : thang máy chở khách, tải trọng 11 ngƣời, kiểu mở cửa chính lùa hai phía, tốc độ di chuyển cabin 90m/ph, có 11 điểm dừng phục vụ trên tổng số 14 tầng của tòa nhà, hệ thống điều khiển bằng cách biến đổi điện áp và tần số, hệ thống vận hành kép. 1.1.5. Cấu tạo thang máy Thang máy có nhiều kiểu dáng khác nhau nhƣng nhìn chung có các bộ phận chính nhƣ sau: bộ tời kéo, cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin và bộ hãm bảo hiểm, cáp nâng, đối trọng và hệ thống cân bằng, hệ thống ray dẫn hƣớng cho cabin và đối trọng chuyển động trong giếng thang , bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở đáy giếng thang, hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ vƣợt quá giới hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 18 cho phép, tủ điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và bảo đảm an toàn, cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khóa liên động. Bộ tời kéo đƣợc đặt trong buồng máy nằm ở trên giếng thang. Giếng thang chạy dọc suốt chiều cao của công trình và đƣợc che chắn bằng kết cấu chịu lực (gạch, bê tông hoặc kết cấu thép với lƣới che hoặc kính ) và chỉ để các cửa vào giếng thang để lắp cửa tầng. Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng thang có gắn các ray dẫn hƣớng cho đối trọng và cabin. Cabin và đối trọng đƣợc treo trên hai đầu của các cáp nâng nhờ hệ thống treo. Hệ thống treo có tác dụng đảm bảo cho các nhánh cáp nâng riêng biệt có độ căng nhƣ nhau. Cáp nâng đƣợc vắt qua các rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo. Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm cabin và đối trọng đi lên hoặc đi xuống dọc theo giếng thang. Khi chuyển động, cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hƣớng trong giếng thang nhờ các ngàm dẫng hƣớng. Cửa cabin và cửa tầng thƣờng là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở đƣợc khi cabin dừng trƣơc cửa tầng nhờ cơ cấu đóng mở cửa đặt trên nóc cabin. Cửa cabin và cửa tầng đƣợc trang bị hệ thống khóa liên động và tiếp điểm điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động (thang không hoạt động đƣợc nếu một trong các cửa tầng hoặc cửa cabin chƣa đóng hẳn, hệ thống khóa liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng và không mở đƣợc từ bên ngoài khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng, đối với loại cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở tự động thì khi đóng hoặc mở cửa cabin, hệ thống khoa liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở). Tại điểm trên cùng và dƣới cùng của giếng thang có đặt các công tắc hành trình hạn chế cho cabin. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 19 Phần dƣới của giếng thang là hố thang để đặt các bộ phận giảm chấn và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ. Khi hỏng hệ thống điều khiển, cabin hoặc đối trọng có thể đi xuống phần hố thang, vƣợt qua công tắc hạn chế hành trình và tỳ lên bộ giảm chấn để đảm bảo an toàn cho kết cấu máy va tao khoảng trống cần thiết dƣới đáy cabin để có thể đảm bảo an toàn khi bảo dƣỡng , điều khiển va sửa chữa. Bộ hạn chế tốc độ đƣợc đặt trong buồng máy và cáp của bộ hạn chế tốc độ có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo hiểm trên cabin. Khi đứt cáp hoặc cáp trƣợt trên rãnh puly do không đủ ma sát mà cabin đi xuống với tốc độ vƣợt quá giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hƣớng trong giếng thang. Ở một số thang máy, bộ hãm bảo hiểm và hệ thống hạn chế tốc độ còn đƣợc trang bị cho cả đối trọng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 Hình 1.2.Cấu tạo thang máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn