Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

. Chọn phương án truyền động. Tính chọn công suất cho động cơ và mạch lực. Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ. Thiết kế mạch điều khiển. Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm Matlab/Similink. Phương án thiết kế: Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số. Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu. Tài liệu tham khảo: Điện tử công suất. Truyền động điện. Tự động điều chỉnh truyền động điện. Trang bị điện cho các máy công nghiệp dùng chung. Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện. MụC LụC Chương 1 Các yêu cầu về công nghệ và truyền động...... 3 1.1. Khái niệm chung về thang máy......................................................... 3 1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động................................... 9 Chương 2 Lựa chọn phương án truyền động......................... 12 2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu........................................................ 12 2.2. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ.............................. 15 Chương 3 Tính toán công suất động cơ và mạch lực....... 19 3.1. Tính chọn công suất động cơ............................................................. 19 3.2. Tính toán mạch biến đổi cấp cho động cơ........................................ 24 3.3. Tính toán mạch chuyển đổi cấp cho phần kích từ cấp cho động cơ............................................................................. 26 Chương 4 tổNG HợP Hệ THốNG............................................................. 28 4.1. Mạch vòng dòng điện......................................................................... 28 4.2. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ............................................................. 31 Chương 5 Thíêt kế mạch điều khiển.............................................. 36 5.1. Điều khiển TIRISTO.......................................................................... 36 5.2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh lưu............................................. 37 Chương 6 Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab....... 42 Tài liệu tham khảo.................................................................................. 44 Chương 1 Các yêu cầu về công nghệ và truyền động. 1.1. Khái niệm chung về thang máy. 1.1.1. Khái niệm. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ... ở những nơi đó thang máy được sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau... Nó đã thay thế cho sức lực của con người và đã mang lại năng suất cao. Đặc điểm của vận chuyển bằng thang may so với các phương tiện vân chuyển khác là thời gian của một chu kì vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công tình.Nhiều quốc gia trên thế giới đã qui định, đối với những toà nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động. Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng (6 -> 7)% là hợp lý. Đối với những công trình đặc biệt như nhà máy, bệnh viện, khách sạn ... tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy. Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì viểc trang bị thang máy là cần thiết để phục vụ việc đi lại trong toà nhà. Nếu vấn đề vận chuyển người trong các toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực. Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp tới tài sản và tính mạng con người. Vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng, sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn được qui định trong các tiêu chuẩn, qui trình, qui phạm. Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn. ở Việt Nam từ trước tới nay thang máy chỉ chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp để trở hàng và ít được phổ biến. Nhưng trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nước ta đang có những bước phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên. 1.1.2. Phân loại thang máy: Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, nhiều 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: Theo công dụng: thang máy được phân thành 5 loại: Thang máy chuyên chở người: trong khách sạn, chung cư, công sở... Thang máy chuyển chở người có tính đến hàng đi kèm: siêu thị, khu triển lãm... Thang máy chuyên chở bệnh nhân: bệnh viện, khu điều dưỡng... Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm: nhà máy, công xưỡng, kho... Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm. Theo hệ thống dẫn động cabin: Thang máy dẫn động điện: loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Thang máy thuỷ lực (Bằng xilanh-pittong): Thang máy được đẩy lên từ dưới lên trên nhờ pittong-xilanh thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế(thường tối đa là 18m). Thang máy khí nén. Theo vị trí đặt bộ tời kéo: Đối với thang máy điện: Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang. Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang. Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời kéo dẫn động đặt ngay trên nóc cabin. Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt. Theo hệ thống vận hành: Theo mức độ tự động: + loại tự động + loại bán tự động. Theo tổ hợp điều khiển: + điều khiển đơn. + điều khiển kép + điều khiển theo nhóm. Theo vị trí điều khiển: + điều khiển trong cabin + điều khiển ngoài cabin + điều khiển cả trong và ngoài cabin. Theo thông số cơ bản: Theo tốc độ di chuyển của cabin: + loại tốc độ thấp: v < 1m/s + loại tốc độ trung bình: v = 1 -> 2,5m/s + loại tốc độ cao: v = 2,5 -> 4 m/s + loại tốc độ rất cao: v > 4m/s Theo khối lượng vận chuyển của cabin: + loại nhỏ : Q < 500 kg + loại trung bình Q = 500 -> 1000kg + loại lớn Q = 1000 -> 1600kg + loại rất lớn Q > 1600kg Theo kết cấu các cụm cơ bản: Theo kết cấu của bộ tời kéo: + bộ tời kéo có hộp giảm tốc + bộ tời kéo không có hộp giảm tốc + bộ tời kéo có sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính. + bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống. Theo hệ thống cân bằng: + Có đối trọng + Không có đối trọng + Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn + Không có cáp hoặc xích cân bằng Theo cách treo cabin: + Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin + Có palăng cáp (Thông qua các puly trung gian) vào dầm trên cabin + Đẩy từ dưới đáy cabin lên thông qua các puly trung gian. Theo hệ thống cửa cabin: một cửa, hai cửa... Theo bộ hãm bảo hiểm an toàn của cabin Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang: Đối trọng bố trí phía sau. Đối trọng bố trí một bên. Theo quĩ đạo di chuyển của cabin: Thang máy thẳng đứng Thang máy nghiêng Thang máy zigzag. 1.1.3. Cấu tạo thang máy: Thang máy có nhiều kiểu dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận chính sau: bộ tời kéo, cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin và hệ thống phanh bảo hiểm; cáp nâng; đối trọng và hệ thống cân bằng; hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng; bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ hạ vượt mức cho phép; tủ điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy; cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khoá liên động. Một số bộ phận chính: a, Cáp thép : Cáp thép là chi tiết rất quan trọng được sử dụng hầu hết trong các máy nâng nói chung và thang máy nói riêng. Yêu cầu chung đối với cáp phải là: An toàn trong sử dụng Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và máy, đảm bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói chung. Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu. Trong thang máy thì người ta dùng từ 3á5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang. b, Puly-puly ma sát: Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là Puly ma sát), thường được dùng phổ biến trong thang máy. Puly ma sát có các rãnh riêng biệt mà không theo hình xoắn ốc. Số rãnh cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động trong máy và cách mắc cáp. Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát. Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và rãnh Puly. Hình dạng mặt cắt rãnh cáp trên Puly có ảnh hưởng lớn đến khả năng kéo và tuổi thọ của nó. c, Tang cuốn cáp: Người ta thường sử dụng tang cuốn cáp đối với thang máy chở hàng (không có đối trọng), loại này có kích thước cồng kềnh và đòi hỏi công suất động cơ lớn so với công suât động cơ dùng Puly ma sát. Trong máy nâng nói chung người ta dùng tang cuốn cáp một lớp, trong trường hợp dung lượng cuốn cáp trên tang lớn để giảm dung lượng của tang người ta dùng tang nhiều lớp cáp. Khi tang quay đã biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ phận khác. Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định đầu cáp trên tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay thì thì một nhánh cáp cuốn vào với lực căng Fc = Fmax và nhánh kia nhả ra với lực căng Fn = Fmin. Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang. Tang ma sát gồm loại hình trụ và loại có đường kính thay đổi. Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải trọng được tính từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều kiền làm việc với hệ số an toàn cần thiết. Lực căng cáp nhỏ nhất Fmin trên nhánh nhả được tính từ điều kiện lực căng ban đầu để truyền lực bằng ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép của cáp. Vậy lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuốn cần thiết để dịch chuyển tải trọng là: Fmax = U + Fmin d, Phanh an toàn: Để tránh cho ca bin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động dừng và giữ ca bin tựa trên các ray dẫn hướng. Ca bin của tất cả các loại thang máy đều phải được trang bị phanh an toàn. Phanh an toàn còn được được trang bị cho đối trọng khi đối trọng nằm trên lối đi hoặc phần diện tích có người đứng. Theo nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng đột ngột và phanh dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thường được áp dụng đối với loại thang máy có vận tốc cỡ 0.71m/s, theo kết cấu có các loại phanh như phanh kiểu nêm và kiểu cam. Đối với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại thang máy được sử dụng trong bệnh viện thì thường dùng loại phanh dừng êm dịu với bộ phận công tác là nêm hoặc kẹp. Phanh an toàn thường lắp với cáp nâng(được sử dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc động (dùng cho thang máy sử dụng Puly ma sát). 1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động: Yêu cầu cơ bản nhất đối với thang máy đó là dễ điều khiển, di chuyển êm dịu, dừng chính xác và đảm bảo an toàn ngay cả khi mất điện hay đứt cáp. Thang máy được bố trí ở các công sở, nhà ở – những nơi mà người sử dụng không phải ai cũng có trình độ hiểu biết nhiều về thang máy do vậy hệ thống điều khiển càng đơn giản càng dễ sử dụng. Cũng chính vì vậy người ta thích dùng động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Tuy nhiên động cơ rôto lồng sóc chỉ dùng cho thang máy chạy chậm vì nó không đáp ứng dược các yêu cầu về dừng máy chính xác, đồ thị tốc độ tối ưu và số lần đóng điện trong một giờ bị hạn chế. Ngày nay nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn mà động cơ một chiều cũng đã được sử dụng phổ biến. Để đảm bảo tính chất an toàn trong mạch khống chế người ta bố trí nhiều công tắc chuyển đổi, công tắc hành trình và tiếp diểm điều kiện, dùng phanh hãm cơ điện và phanh hãm bảo hiểm. Phanh bảo hiểm giữ buồng thang máy tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20->40)% tốc độ định mức. Phanh bảo hiểm thường dùng loại kiểu kìm, nó đảm bảo cho thang máy dừng êm. Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang. Cùng với cơ cấu phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm quay. Khi tốc độ di chuyển buồng thang tăng cơ cấu đai truyền sẽ làm cho tang truyền quay và kìm sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm máy. Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho khách hàng. Bởi vậy gia tốc tối ưu là a ≤ 2m/s2. Một yếu tố quyết định việc tăng giảm gia tốc nữa đó là độ giật. Độ giật (ρ) chính là sự biến thiên của gia tốc khi tăng và khi giảm. Khi gia tốc a ≤ 2m/s2 thì độ giật ρ ≤ 20m/s3. Ngoài ra hệ truyền động còn có các yêu cầu sau: Yêu cầu về truyền động: Truyền động trong hệ thang máy phải là loại truyền động có đảo chiều quay. Yêu cầu về gia tốc: gia tốc a ≤ 2 m/s2. gia tốc cực đại a =1,5 m/s2. Yêu cầu về cơ cấu hãm: + Buồng thang phải dừng chính xác + Không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. + Quá trình hãm êm và chính xác. + Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang tại chỗ khi tốc độ di chuyển ≥ 20 % tốc độ định mức . Yêu cầu về tính chất mômen quán tính: J = const Yêu cầu về vận hành: Không được vận hành trong trạng thái bất bình thường, nếu cần đảo chiều tốc độ phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột Khi lựa chọn hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu sau: Độ chính xác khi dừng máy Tốc độ di chuyển của buồng thang Gia tốc lớn nhất cho phép Phạm vi điều chỉnh tốc độ. Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Sơ đồ sau cho ta thấy mối liên hệ giữa quãng đường, vận tốc, gia tốc và độ giật như sau: ta thấy quá trình di chuyển của thang máy có 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng. Đối với thang máy chạy chậm thì chỉ có ba giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định và hãm dừng. Dựa vào đồ thị tốc độ của thang máy ta thấy rằng phụ tải trong hệ truyền động là loại phụ tải ngắn hạn lặp lại, quá trình mở máy, chuyển động với vận tốc ổn định, hãm máy được diễn ra liên tục lặp đi lặp lại trong suốt quãng đường từ tầng 1 cho tới tầng trên cùng. Đồ thị tối ưu Chương 2 Lựa chọn phương án truyền động. Tính chọn phương án truyền động cho hệ thống để thu được mô hình hệ thống tối ưu nhất trong qua trình làm việc với thời gian di chuyển tối ưu, êm dịu cũng như tổn hao công suất và tổn hao năng lượng là nhỏ nhất, đồng thời các chi phí cũng hợp lý. Trong truyền động thang máy thì động cơ là có đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ. Theo đó ta có hai phương án chủ yếu sau để tính chọn: Dùng hệ truyền động động cơ xoay chiều có điều chỉnh tần số. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu. 2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu: Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát - động cơ. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic điều khiển chặt chẽ. Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều: Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ. Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng. Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T - Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theo hai nguyên tắc và được phân ra 5 loại sơ đồ chính. Sơ đồ 1: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ. Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều. Sơ đồ 2: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi). Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp. Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn. Sơ đồ 4: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung. Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn , thực hiện được công việc đảo chiều êm hơn . Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung. Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện việc đảo chiều êm. Tuy nhiên kich thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn. Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính: điều khiển chung và điều khiển riêng. Sơ đồ 1,2,3 có nguyên tắc mạch điều khiển gần giống nhau là phải khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn. Sơ đồ 4,5 dùng nguyên tắc điều khiển liên tục. Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trưng (sơđồ 3) và (sơ đồ 4) : 2.1.1. Truyền động T-Đ điều khiển riêng : Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn sơ đồ 1,2,3 được điều khiển theo nguyên tắc này. Có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau. Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi kia bị khoá do không có xung điều khiển. Trong một khoảng thời gian thì BĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còn dương. Sau khoảng thời gian này thì phát xung a2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ được hãm tái sinh. Nếu giữ nhịp điệu giảm a2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống. Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc an toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không . 2.1.2. Truyền động T-Đ điều khiển chung: Nguyên tắc: Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận được xung mở nhưng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi. Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này . Nếu chọn |Ed1| = |Ed2| thì α1+ α2=p và ta có phương pháp điều khiển chung đối xứng khi này sđđ tổng trong mạch vòng giữa hai bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điện trung bình chảy vòng qua hai bộbiến đổi cũng triệt tiêu: Icb = 0. Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảoẵEd2ẵ ³ ẵEd1ẵ tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động của các bộ chỉnh lưu là ed1(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòng điện cân bằng này thường dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb. 2.2. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ: Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha. Loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do ĐKB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây do sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học động cơ không đồng bộ mới khai thác được hết các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu - triristo động cơ một chiều. Không giống như động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền động động cơ không đồng bộ, người ta có xử lý hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ : 2.2.1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristo: Nguyên tắc của phương pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp stato. Do đó có thể điều chỉnh được mô men và tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. 2.2.1.1. Điều chỉnh điện trở mạch rôto: Ta có thể điều chỉnh được tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto, phương pháp này thực hiện điều chỉnh trơn điện trở rôto bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch rôto ĐCKĐB : Rr = Rrd + Rf . Trong đó : Rrd :điện trở đây quấn roto. Rf :điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto. Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở: Mô men: Si : Độ trượt khi điện trở mạch rô to là Rrd Nếu giữ cho Ir = const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi. Phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung : Re là điện trở tương đương trong mạch rôto được tính theo thời gian đóng td và thời gian ngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không . 2.2.1.2. Phương pháp điều chỉnh công suất trượt: Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao DPs là lớn vì vậy để diều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất trượt người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì: Phương pháp biến đổi tần số: Phương pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f1 sang tần số f2. Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thường kéo theo cả việc điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato. Do vậy đây là một phương pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị . Có hai loại biến tần: * Biến tần trực tiếp: Loại này có sơ đồ cấu trúc như sau: Mạch van U1,f1 U2,f2 Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tải với tần số f2. Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp, có số lượng van lớn nhất với mạch 3 pha .Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1. * Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc như sau : Trong sơ đồ này có khâu trung gian là một chiều. Điện áp xoay chiều được biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi được biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lưu độc lập. Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f2 mà không phụ thuộc f1. Loại biến tần này cho phép nhận được ở đầu ra tần số biến thiên dải rộng, dễ điều chỉnh tần số, điện áp bằng cách tác động vào mạch điều khiển. Thông thường người ta hay dùng điều chỉnh tần số ở mạch chỉnh lưu, cũng có trường hợp điều chỉnh cả hai ở nghịch lưu tuy nhiên mạch điều khiển phức tạp. Nhược điểm của loại này là hiệu suất không thể cao vì có hai quá trình biến đổi năng lượng. NLĐL Mạch lọc CL MĐK Pac, f1 Pdc Pdc Pac,f2 Kết Luận: Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên ta thấy cả hai phương án đều có những ưu điểm thoả mãn yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở đây ta chọn phương án dùng loại hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay vì nó có các ưu điểm nổi bật sau đây: Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao. Điều này thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống. Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ ba pha bởi vì loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn. Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòng chảy giữa các bộ biến đổi. Sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt được đồ thị tốc độ tối ưu (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt được dạng đồ thị gần giống mà thôi). Chương 3 Tính toán công suất động cơ và mạch lực 3.1. Tính chọn công suất động cơ: 3.1.1. Tính chọn mô men tĩnh của động cơ: Để đơn giản ta giã sử thang máy luôn làm việc ở chế độ định mức. Khi đó khối lượng của đối trọng: Gđt = G0 + Gđm Theo quyển [1] thì = 0,5 lúc đó lực kéo đặt lên Puli là: F = (Gđm + G0 – k1.G1 - Gđt).g Trong đó: k1: Số lần dừng của buồng thang G1: Độ giãm tải sau mỗi lần dừng g: Gia tốc trọng trường Do vậy: F = [Gđm (1 - ) – k1.G1].g Tại tầng thấp nhất: F = [Gđm (1 - ) – 0.G1].g = Gđm (1 - ).g Vậy lực tác dụng lên Puli trong quá trình nâng tải và hạ tải sẽ là: Fnt = F = Gđm (1 - ).g = 1300(1 – 0,5)9,1 = 6376,5 [N] Fht = -F = Gđm (1 - ).g = -1300(1 – 0,5)9,1 = -6376,5 [N] Như vậy mô men tương ứng là: [N.m] [N.m] 3.1.2. Tính toán hệ số đóng điện tương đối. Gọi các tham số tại thời điểm ti tương ứng là , vi, ai, si dựa vào sơ đồ tối ưu ở trên ta thấy: Ta có: Theo quyển [1] thì gia tốc tối ưu là thì . Đối với thang máy chở hàng thì ta cần nhanh là chủ yếu. ở đây ta chọn . Xét trong khoảng thời gian ta có: [s] = [m/s] = [m] Xét trong khoảng thời gian ta có: [s] = [m/s] = [m] Xét trong khoảng thời gian ta có: [s] [m] Tổng thời gian mở máy là: [s] Quảng đường mà thang máy chuyển động được trong thời gian mở máy là: [m] Coi khoảng thời gian mở máy bằng thời gian hãm xuống tốc độ thấp. Và thời gian hãm là 0,15 [s] thì quảng đường trong thời gian hãm là 0,03[m]. Vậy thời gian thang máy làm việc với vận tốc ổn định là: [s] Thời gian thang máy làm việc trong một tầng là: [s] Thời gian thang máy làm việc trong một chu kỳ là: [s] Tra quyển[1] ta thấy với loại thang máy cửa rộng [mm] mở cửa tự động thì thời gian nghĩ trong một tầng là 7,2[s]. Như vậy thời gian nghĩ việc trong một chu kỳ là: [s] Hệ số đóng điện tương đối là: Đồ thị phụ tải của thang máy: 3.1.3. Tính chọn công suất động cơ. Mô men đẳng trị: [N.m] Tốc độ góc quy về trục động cơ: [Rad/s] Tốc độ dài quy về trục động cơ: [v/phút] Công suất đẳng trị động cơ: [Kw] Từ đó ta chọn động cơ một chiều kích từ song song loại theo quyển [2] ta có các thông số cơ bản như sau: Loại Chế độ TĐ [%] Điện trở của cuôn ổn định[] Tốc độ định mức [v/p] iđm [A] rư + rcp [] rcks [] Iktđm [A] Chế độ điện áp [V] 40% 0,012 1360 50,5 0,194 1,07 1,42 220 Trong hệ truyền động này ta sử dụng hai bộ biến đổi chỉnh lưu Thysistor cầu ba pha điều khiển riêng cấp cho mạch phần ứng và một bộ chỉnh lưu cầu Diot ba pha cấp cho mạch kích từ. Ta có mạch lực của hệ truyền động như sau: 3.2. Tính toán mạch biến đổi cấp cho động cơ. 3.2.1. Điện áp không tải chĩnh lưu và điện áp ra của MBA. Điện áp không tải của bộ chỉnh lưu: Trong đó: : Hệ số tính đến sự suy giảm điện áp lưới. : Hệ số dự trử MBA. :Góc điều khiển cực tiểu. Đối với sơ đồ đảo chiều (m = 6 xung ); (m = 12 xung ). ở đây ta chọn (m = 6 xung ). : Tổng sụt áp trên các van. Tại mỗi thời điểm có hai van dẫn; sụt áp trên mỗi van là 2[V] . : Điện trở đẳng trịn quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở toàn phần mạch phần ứng; Điện trở MBA; Điện trở cuộn kháng lọc một chiều. . Dòng phần ứng cực đại, ta chọn . Sụt áp cực đại do trùng dẫn Trong đó: +>Idđm: Dòng định mức của bộ biến đổi. +>: Sụt áp trùng dẫn định mức: Với: : Điện áp ngắn mạch % =0,5 Nếu iưđm = iddm ta có: Với là bội số dòng điện như vậy: [V] Điện áp đầu ra của MBA: [V] 3.2.2. Tính chọn MBA. MBA nguồn đấu theo kiểu có U1 = 380 [V] Tỷ số biến đổi của MBA: Dòng thứ cấp của MBA: [A] Dòng sơ cấp của MBA: [A] Công suất định mức của MBA: [kW] 3.2.3. Tính chọn Thysistor Dòng trung bình qua mỗi van: [A] Dòng cực đại qua mỗi van là: Với ki =1,2 là hệ số dự trữ dòng điện, như vậy: [A] Tra phụ lục [2] ĐTCS_lý thuyết và ứng dụng ta chọn Thysistor loại ACR44U08LE có các thông số như sau: UngMax [V] IdmMax [A] IpikMax [A] IgMax [mA] UgMax [V] IkMax [mA] IrMax [mA] [V] tcm T0Max [0C] 800 44 550 200 3 25 10 2,7 600 6 125 Trong đó: IpikMax : Dòng điện tĩnh cực đại. tcm : Thời gian chuyển mạch. 3.3. Tính toán mạch chuyển đổi cấp cho phần kích từ cấp cho động cơ: Để cấp nguồn cho phần kích từ cấp cho động cơ ta dùng một bộ chỉnh lưu cầu ba pha biến đổi điện năng từ lưới điện xoay chiều 3 pha cấp cho động cơ; ta có: [A] [V] 3.3.1. MBAK cấp cho phần kích từ: MBA nguồn đấu theo kiểu có U1 = 380 [V] Tỷ số biến đổi của MBA: Dòng thứ cấp của MBA: [A] Dòng sơ cấp của MBA: [A] Công suất định mức của MBA: [kW] 3.3.2. Tính chọn Diot. Dòng trung bình qua mỗi van: [A] Dòng cực đại qua mỗi van là: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên mỗi van: [V] Tra phụ lục [2] ĐTCS_lý thuyết và ứng dụng ta chọn Thysistor loạ._.