Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

vận chuyển lớn và có tốc độ đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng, mặt khác càng ngày nó càng trở nên phổ biến trong đời sống hiện đại của chúng ta. Vì những lý do như vậy nên việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của thang máy để sử dụng trong thực tế đang dần trở nên thiết yếu. Là một sinh viên của nghành TĐHXNCN cho nên em rất vui khi nhận được đề tàI thiết môn học là: Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng. Đây là một nội dung giúp em một lần nữa có thể tổng hợp lại vốn kiến thức đã học trong suốt quá trình học tập 4 năm vừa qua ở trường. Với sự nhiệt tình của bản thân, sự giúp đỡ của bạn bè và các thày cô giáo trong bộ môn đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình của cô Liên Anh em đã hoàn thành đề tài thiết kế môn học này, tuy nhiên do còn nhiều hạn chế về mặt nhận thức nên không tránh khỏi những thiếu sót do vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo. Một lần nữa em xin chân thành cảm cô Liên Anh đã hướn dẫn em rất nhiệt tình trong suốt quá trình làm đề tài này. Chương I Giới thiệu chung về công nghệ thang máy I. Công nghệ thang máy: 1. Khái niệm: Thang máy là một loại thiết bị vận tải đùng để chở hàng hoà và người theo phương thẳng đứng. 2. Các bộ phận chính của thang máy Cabin(Buồng thang): là bộ phận dể chuyên chở hàng hoá hoặc người Buồng máy: là nơi chứa động cơ, bộ hạn chế tốc độ, … và các thiết bị liên quan. Giếng thang: là khoảng khan gian bởi đáy giếng trần giếng và các vách bao xung quanh. Đây là khoảng không gian mà buồng thang và đối trọng của nó di chuyển trong nó và được định hướng chuyển động bởi các cáp và ray dẫn đường … Bộ hãm bảo hiễm: là cơ cấu dừng thang máy an toàn khi có sự cố xảy ra. Đối trọng: Là một trọng vậy được dùng để giảm năng lượng tiêu thụ hoặc đảm bảo truyền lực kéo bằng ma sát. Hố giếng: Phần giếng thang phía dưới ở mặt sàn tầng dừng thấp nhất phục vụ cho việc bảo dưỡng và bảo trì thang máy. 3. Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy Phanh hãm đIện từ : về cấu tạo ,nguyên lý hoat động giống như phanh hãm đIện từ dùng trong các cơ cấu của cần trục Phanh bảo hiểm : Dùng để hạn chế tốc độ di chuyển của buông thang vượt qua giớ hạn cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đút dây cáp.Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buông thang.Phanh bảo hiểm có 3 loại Phanh bảo hiểm kiểu dùng nêm dùng để hãm khẩn cấp Phanh bảo hiểm kiêu kìm dùng để hãm êm Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp c) Cảm biến vị trí:Trong thang máy các bộ cảm biến vị trí dùng để Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng Chuyên đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến tầng cần đứng, để nâng cao độ chính xác của buồng thang Xác định vị trí của buông thang 4. Chuyển động chính trong hệ truyền động thang máy. Chuyển động của buồng thang máy và đối trọng của nó là chuyển động theo phương thẳng đứng do vậy tải của động cơ trong truyền động thang máy là tải dạng thế năng 5.Phân loại thang máy Tuỳ thuộc vào chức năng của thang máy mà ta có thể phân loại thang máy như sau: Thang máy chở người trong các toà nhà cao tầng Thang máy dùng trong các bệnh viện Thang máy chở hàng có người điều khiển Thang máy dùng trong các nhà ăn và thư viện Theo tải trọng ta có thể phân loại thành: Thang máy loại nhỏ: Q < 160 [Kg] Thang máy trung bình: Q = 500 -> 2000 [Kg] Thang máy loại lớn: Q >2000 [Kg] Theo tốc độ di chuyển ta có thể phân loại thành: Thang máy chạy chậm: v = 0,5 [m/s] Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 -> 1,5 [m/s] Thang máy cao tốc: v = 2,5 -> 5 [m/s] 6.Các yêu cầu công nghệ chủ yếu đối với thang máy. Các yêu cầu chung nhất đối với hệ thống truyền động là: -Dễ điều khiển và hiệu chỉnh(tính đơn giản cao). -An toàn tuyệt đối cho người và thiết bị. -Dừng máy chính và không gây ra nhữnh cảm giác khó chịu cho hành khách. Thang máy được bố trí ở các công sở ,nhà ở,người sử dụng không có trình độ nghề nghiệp cao nên trong mọi trường hợp các hệ thống điện càng đơn giản càng tốt .Cũng chính vì vậy người ta thích dùng động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc và rô to dây quấn.Tuy nhiên động cơ rô to 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 ưuvà số lần đóng điện trong một gì 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. Dừng máy chính xác nhằm bảo đảm tính thuận tiện và an toàn cho người sử dụng,ở các thang máy chạy nhanh,trước khi dừng buồng thang,tốc độ động cơ được giảm sơ bộ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ được xác định theo tỷ số giữa tốc độ làm việc và tốc độ trước lúc hãm. Thông thường các thang máy chạy chậm không yêu cầu điều chỉnh tốc độ. Các thang máy chạy nhanh và các thang máy có yêu cầu về dừng máy chính xác có phạm vi điều chỉnh tốc độ từ3:1tới 10:1. 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 <=2 m/s. gia tốc cực đại a=1,5 m/s. -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.1 + 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 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(tầng 4) Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là: Tốc độ di chuyển v[m/s];Gia tốc a[m/s2]; Độ dật [m/s3] Trên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,tốc độ V, độ giật theo thời gian và đây cũng là biểu đồ làm viêc tối ưu của thang máy với tốc và tốc độ cao .Biểu đồ tối ưu sẽ đạt được nếu dùng hệ truyên động một chiều hoặc dùng biến tần -động cơ xoay chiều. Đồ thị được chia làm 5 đoạn dựa theo tính chất thay đổi của buồng thang: -Mở máy. -Chế độ ổn định. -Hãm xuống tốc độ thấp. -Buồng thang đi đến tầng. -Hãm dừng Chương II: Lựa chọn phương án truyền động tính chọn công suất cho động cơ và mạch lực I. lưa chọn phương pháp truyền động Chọn phương án truyền động là chọn là ta phải chọn phương pháp điều chỉnh động cơ của thang máy là tối ưu nhất đảm bảo cho yêu cầu của thang máy .Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn ,có đảo chiều quay .Động cơ dùng cho thang máy có thể là động cơ một chiều hoăc động cơ không đồng bộ. 1. Động cơ điện một chiều: Trong nền sản xuất hiện đại, máy đIện một chiều vẩn được coi là một loại máy quan trọng, được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp,giao thông vận tải… Động cơ đIện một chiều có đặc tính đIều chỉnh tốc độ rất tốt.Hệ truyền động một chiều thường dùng cho các thang máy tốc độ cao (v³1,5m/s) thương dùng hai hệ truyền động sau : Hệ F-Đ có khuyếch đại trung gian làm nguồn cho cuộn kích từ cúa máy phát Hệ T-Đ máy phát đIện một chiều đươc thay thé bằng bộ chỉnh lưu dùng tiristo Ưu đIểm nổi bật của hai hệ truyền động trên là sự chuyển trạng tháI làm việc linh hoạt ,khả năng quá tảI lớn . Nhược đIểm cơ bản quan trọng của hệ F-Đ là dùng nhiều máy đIện một chiều gây ồn lớn ,công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành .ngoàI ra do may páht có từ dư đặc tính từ hoá cơ trễ nên khó đIều chỉnh tốc độ.Còn hệ T-Đ : Độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá, do vậy rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chĩnh để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống truyền động. Nên nó cũng phù hợp sử dụng trong đề tàI này 2. động cơ đồng bộ Động cơ đồng bộ xoay chiều ba pha có rất nhiều ưu điểm nổi bật hơn so với các loại động cơ khác như: có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cos và hiêu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao.Hệ truyền động xoay chiều với động cơ đồng bộ thường dùng trong các máy nâng tảI trọng lớn(P>300).Thang máy chỉ phục vụ cho việc vận chuyển hàng hoá cho 4 tầng nên không cần thiết phải sử dụng dến loại động cơ cần có dải công suất lớn như động cơ đồng bộ vả lại nó có giá thành cao 3. Động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha đươc sưr dụng rộng rãI trong công nghiệp từ công từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác.Sở dĩ vậy là do động cơ KĐB 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. Hệ truyền động xoay chiều với động cơ KĐB được sử dụng trong thang máy và máy nâng Hệ truyền động xoay chiều với động cơ KĐB roto lồng sóc thường dùng trong thang máy có tốc độ thấp Hệ truyền động xoay chiều với động cơ KĐB roto dây quấn thường dùng cho các loại máy nâng trọng tảI lớn Hệ truyền động xoay chiều với động cơ KĐB roto lồng sóc hai cấp tốc độ thường dùng trong thang máy có tốc độ trung bình Hệ truyền động xoay chiều với động cơ KĐB roto lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến tần thường dùng trong các thang máy tốc độ cao(v>1,5),cho phép hạn chế tốc độ cho phép và đạt độ chính xác khi dừng rất cao(DS³ 5mm) Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động đIều chỉnh tốc độ KĐB: ĐIều chỉnh đIện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristo ĐIều chỉnh đIện trở rôto bằng bộ biến đổi xung tiristo ĐIều chỉnh công suất trượt Ps Đièu chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số tranzito a. 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 b. Điều chỉnh điện trở mạch rô to Phương pháp này được thực hiện theo nguyên tắc điều chỉnh trơn điện trở rô to bằng các van bán dẫn. Ưu điểm của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch rô to của động cơ KĐB : Rr = Rrd + Rf Trong đó : Rrd : điện trở dây quấn rô to Rf : điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi và độ 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 rô to cho truyền động có mô men tải không đổi . Phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rô to bằng phương pháp xung : Re là điện trở tương đương trong mạch rô to 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 . c. 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. d. 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 rất đơn giản Mạch van f1 f2 Hình 6 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 : Hình 7 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 Trong các phương pháp đIều chỉnh tốc độ động cơ KĐB thì phương pháp đIều chỉnh tần số cho độ tin cây cao . *. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài . Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB +. Nguyên lý điều chỉnh tần số: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB ws = 2.p.fs Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ thông Es = C.f.fs Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên *Khi Ưs giảm từ thông f của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát năng lượng quá mức cho phép. *Khi Ưs tăng từ thông f của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không đổi thì theo biểu thức M = k.f.I.n.cosf ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng lên.Vậy trong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động cơ giảm xuống. Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh b. Các loại biến tần : gồm hai loại: Biến tần nguồn áp Biến tần nguồn dòng a Biến tần nguồn áp: Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu .Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới a Biến tần nguồn dòng : Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt chặn. *Kết luận : Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên em chọn phương án dùng loại Hệ Truyền Động Biến Tần Gián Tiếp Ba Pha Nguồn áp . Như phân tích ở trên ta chọn loại động cơ rôto lồng sóc . Vậy ta có sơ đồ mạch lực như sau : II. tính chọn công suất động cơ Phụ tải của cơ cấu nâng chủ yếu là do tải trọng gây ra. Để xác định rõ phải dựa vào kết cấu cụ thể của cơ cáu khi cơ cấu làm việc hai đầu dây cáp chuyển động ngược chiều nhau để tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy cần có điều kiện và thang số sau: Sơ đồ động học của thang máy Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép Trọng tải Trọng lượng buồng thang Các thông số của thang máy mà em thiết kế trong đề tai này là: Số tầng n 4 Chiều cao mỗi tầng ho 4 [m] Tốc độ chuyển động v 1,5 [m/s] Gia tốc cực đại amax 2.5 [m/s2] Trọng lượng cabin Go 1500 [kg] Tải trọng định mức Gđm 1300 [kg] Đường kính puli D 0.4 [m] Đối với thang máy chở hành thì tải trọng đồng đều .Các bước tính công suất động cơ : 1. Tính lực kéo của cáp đặt lên vành ngoài cảu puli kéo cáp trong cơ cấu nâng , khi buông thang chất đầy tải ở tâng 1 và các lần dừng theo dự kiến Ta có: F = (go + gđm - Gdt - K1DG1)g Trong đó : K1 số lần dừng theo dự kiến của thang máy DG1 độ nhạy thay đổi trọng tải sau mỗi lần dừng Gdt khối lượng của đối trọng: Gdt = Go + aGđm a hệ số cân bằng , Đối với thang máy chở hàng a = 0.5 Do vậy : F = [Gđm(1- a ) - K1DG1]g Tại tầng thấp nhất : F = [Gđm(1- a ) - 0,DG1]g ( K1 = 0 ) = Gđm(1- a )g Lực tác dụng lên puli trong quá trìng nâng tải và hạ tải Fnt = Gđm(1- a )g = 1300(1- 0.5)9.81 = 6376.5 (N) Fht = - Gđm(1- a )g = -1300(1- 0.5)9.81 = - 6376.5 (N) 2, Tính mômen theo lực kéo. (N,M) (N.M) 3, Tính tổng thời gian hánh trình nâng và hạ tải của buồng thang bao gồm : thời gian buồng thang di chuyển vởi tốc độ ổn định,thời gian tăng tốc ,thời gian hãm và thời gian phụ khác ( thời gian đóng mở cửa ,thời gian ra, vào khi vận chuyển hàng) Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc cảu quãng đường s,v,a c và độ giật vào thơi gian Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1,5m/s là: = = = 0,6s ị sau thời gian này Cabin đi được quãng đường là: Skđ = 0.t + at2/2 = 2,5.0,6 2/2 = 0,45m V(m/s) t(s) 1,5 1 2,67 3,67 0 tlv Hình 3 tkđ Thời gian hãm Cabin khi dừng ở mỗi tầng là: thãm = = = 0,6s ị sau thời gian này Cabin đi đươc quãng đường: Shãm = Skđ = 0,45m Thời gian ra, vào Cabin được tính gần đúng là1s/1 lô hàng Thời gian mở cửa buồng thang ằ 1s Thời gian đóng cửa buồng thang ằ 1s Thời gian nghỉ ở mỗi tầng để bốc dỡ hàng là 20s Thời gian chuyển động ổn định một tầng là: Vậy thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau là: tlv = tmm + tod + thãm = 0,6+ 2,07+ 0,6= 3,27 Û tlv = 3,27s Khi lên đến tầng trên cùng (tầng 4), Như vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là: t0 = 1 + 4.1+ 4.1+ 1 = 10s Khi đi xuống, do V và a không đổi, nên tlv và tng giống như khi đi lên.: Khi thang máy đi xuống ta xem như thời gian nghỉ ằng khi thang máy đi lên: t’0 = t0 = 10s. Với chu kỳ làm việc thang máy hoạt động với tổng thời gian . Tck = 6.tlv + 6.tng + t0+t0’= 6.3,27 + 6.20 + 10+10 Tck = 159.62s Hệ số đóng điện tuơng đối: eđđ% = = ằ 12,29% Vậy hệ số đóng điện tương đối của phụ tải ta tính được là : 12,29% Ta có đồ thị phụ tải của thang máy ,tải của thang là tải thế năng 4.Tính momen đẳng trị và công suất của động cơ Momen đẳng trị : Trong một chu kì làm việc : Tốc độ góc quy về trục động cơ: Tốc độ dài quy về trục động cơ: Công suất đẳng trị của động cơ là: Công suất quy đổi là: Chọn động cơ có Từ các số liệu trên, tra loại động trong quyển “Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện” - Bùi Đình Tiếu và Lê Tòng dịch, ta chọn được động cơ không đồng bộ rôto lồng sócloại luyện kim kiểu MTKM,380V , 50HZ , TD25% MTK2116với các tham số sau: Pdm=7,5kw, ndm=905v/p, cos=0,79 Rsto=0,68,Xsto=1,07, Động cơ chọn thoả mãn .Ta có sơ đồ thay thé động cơ Coi Rm = 0 Nhìn trên sơ đồ ta có: S là hệ số trượt Ta có tổng trở của động cơ: Ta có đồ thị dòng áp đầu ra nghịch lưu và góc dẫn l = 180 Nhìn vào đồ thị ta có: Nhìn vào đồ thị ta có: Dòng điện cở sở : Dòng điện tiêu thụ từ nguồn vào: a. Đối với mạch chỉnh lưu không điều khiển: Coi sụt áp trên bộ lọc bằng 0. Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lưu Id = 14,65A. Điện áp ra của bộ chỉnh lưu Ud = En = 466,7V. Cầu ba pha nên dòng điện trung bình qua tiristor Itbt= Id/3=4,88A. Điện áp ngược đặt lên điôt : Mặt khác ta có Ud = 2,34U1 -> U1 = 199,44V -> Ung = 488,5V Tra trong sách Điện tử công suất ta chọn van C-10 Uim= (25-600) Itb=10,4A; toff=30ms; di/dt = 60 b. Đối với nghịch lưu: Ta có dòng điện pha A Trong khoảng 0 á p/3 ứng với q1 thì ta có Ia = 0 Nhìn vào đồ thị ta thấy dòng điện trung bình đi qua tiristor là: Điện áp ngược đặt lên tiristor Ung = En .Kdt = 466,67.1,6 = 746,67V Khi có Itbt = 17,76 A;Ung = 746,67V ta được van loại C-37 Uim = (25-800)V ;Itb =22.3A ;Ihd = 35 A ;toff =15ms ;di/dt =40 3 . Tính chọn bộ lọc: Ta áp dụng công thức : Ud L e1 độ nhấp nhô của điện áp đầu ra chỉnh lưu e1 = Uda/Udo = 1 e2 Độ nhấp nhô của điện áp mong muốn sau bộ lọc 5% á 10% lấy e2 = 5% =0,05 n Số lần đập mạch trong một chu kỳ n = 6 ;w = 2pf = 314rad/s Tụ C được tính dựa trên sự trao đổi công suất phản kháng với động cơ KĐB bởi công thức: Tương ứng với dòng điện khởi động lớn nhất của động cơ : m = 1; Ucdm = 600 V; e2 = 0,05 ,fm = 2,5 á 50 KHz j tương ứng với cosj1 = 0,2 – 0,3 chọn cosj1 = 0,2 -> j1 = 780 4 . Tính các thiết bị đo: a, Máy phát tốc: Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều. Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc Kw hệ số tỷ lệ Kw = Uw/w Uw = 10V tfw là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms Chọn tfw = 0,001s = 1ms Hàm truyền máy phát tốc: b, Máy đo dòng : Sơ đồ đo dòng xoay chiều ba pha đơn giản là dùng biến dòng: gồm ba biến dòng lắp ở ba pha với điện trở tải Ro. Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lưu cầu điôt 3 pha , mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lưu. Điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu U2d = R1.I1 trong đó Trong mạch bố trí R1 nối tiếp với điôt D0. Khi điôt dẫn điện áp Ud0 = 0,5 V. Ta kí hiệu PI là tỉ số dòng ta có hàm truyền cơ cấu đo dòng điện: tji = RC hằng số thời gian của bộ lọc Chọntji = 0,001s Chương III tổng hợp và điều chỉnh Hệ thống Mô tả động cơ không đồng bộ: Động cơ KĐB là loại máy điện được dùng phổ biến nhất trong kỹ thuật truyền động điện do có các ưu điểm là : khả năng quá tải về mômen lớn, có thể làm việc ở tốc độ rất thấp hoặc rất cao đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở môi trường có hoạt tính cao hoặc trong nước. Động cơ KĐB được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang hoàn thiện có khả năng cạnh tranh lớn với các hệ truyền động một chiều nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ làm việc cao. Động cơ KĐB 3 pha là máy điện có nhiều dây quấn trên stato và trên rôto phương trình cân bằng điện áp của mỗi dây quấn như sau: Uk = Rk.Ik + dYk/dt Trong đó k là tên của dây quấn pha Từ thông móc vòng của mỗi dây quấn là Yk = ồLkj Ij Trong đó j cũng là tên của các dây quấn pha Nếu Khi j = k điện cảm tự cảm ; j ạ k điện cảm hỗ cảm. lấy các chữ cái thường a,b,c để chỉ tên dây quấn stato và chữ cái hoa A,B,C chỉ tên dây quấn pha rôto thì : k = a,b,c,A,B,C ;j = a,b,c ,A,B,C. Nếu coi mạch từ là tuyến tính và bỏ qua tổn hao sắt thì mômen điện từ của động cơ: Gọi góc lệch giữa trục các dây quấn cùng pha ở dây quấn rôto và stato là v thì tốc độ quay của rôto sẽ là đạo hàm của góc này w = dv/dt. Để đơn giản trong cách viết, coi động cơ có hai cực (p’ = 1). Theo sơ đồ ta có thể tính được từ thông của tất cả 6 dây quấn. VD: Từ thông dây pha a ở stato Ya = Laa.Ia + Lab.Ib + Lac.Ic + LaA.IA + LaB.IB + LaC.IC Ta lại coi các dây quấn động cơ là đối xứng và khe hở không khí giữa rôto và stato là đều. Ta có: Ra = Rb = Rc = Rs ; RA = RB = RC = Rr Laa = Lbb = Lcc = LS1 ; LAA = LBB = LCC = Lr1 Lab = Lbc = Lca = -MS ; LAB = LBC = LCA = -Mr Trong đó : LS1 , Lr1 điện cảm tự cảm của từng dây quấn stato và rôto . MS , Mr hỗ cảm giữa các dây quấn stato và giữa các dây quấn rôto Các giá trị điện cảm trên không phụ thuộc vào góc quay của rôto và coi là không đổi. Hỗ cảm giữa các pha dây quấn ở rôto và stato phụ thuộc vào góc lệch giữa các dây quấn này, tức là vào tốc độ quay. Khi hai trục của các pha dây quấn này trùng nhau hỗ cảm giữa chúng là cực đại và đặt bằng giá trị M LaA = LAa = LbB = LBb = LCc = LcC = M.cosq LaB = LAb = LbC = LBc = LcA = LCa = M.cos(q +2p/3) LAb = LaB = LBc = LbC = LCa = LaC = M.cos(q -2p/3) Phương trình từ thông dạng vectơ: trong đó chữ t ở bên cạnh ma trận hỗ cảm chỉ rằng đó là ma trận chuyển vị. Phương trình điện áp: Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo thời gian bởi vì góc quay phụ thuộc vào thời gian. II . Nguyên lý điều chỉnh tần số: 1, Đặc điểm của phương pháp điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần: Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo dụng cụ bán dẫn công suất đã mở ra khả năng ứng dụng có hiệu quả phương pháp điều khiển động cơ KĐB rôto lồng sóc bằng thiết bị biến tần. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc động cơ trong phạm vi rộng với độ chính xác cao. Việc điện áp không đổi khi điều chỉnh tần số thì từ thông trong máy sẽ thay đổi theo. Cụ thể khi ta tăng tần số thì từ thông trong máy sẽ giảm khi đó muốn giữ mômen không đổi thì ta phải tăng dòng điện làm cho động cơ quá tải về dòng. Ngược lại khi giảm tần số thì từ thông trong máy điện sẽ tăng lên và mạch từ sẽ bão hoà, tăng tổn hao sắt từ và đốt nóng máy điện. Vì vậy khi điều chỉnh tần số phải điều chỉnh cả điện áp đặt vào động cơ ở phía stato để duy trì chế độ làm việc ở mức tối ưu. Đối với hệ biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng quá tải về mômen là không đổi: Với đặc tính cơ dạng gần đúng của máy sản xuất là: Trong đó x là hệ số tuỳ thuộc vào loai máy sản xuất. Ta có luật điều chỉnh điện áp Muốn xác định luật điều chỉnh này ta phải xác định được đặc tính cơ của máy sản suất việc đó thường không chính xác và thường khó xác định 2 , Luật điều chỉnh từ thông không đổi: Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông trong máy y hoặc từ thông stato ys không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh . Nếu coi Rs = 0 thì Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà có sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm tản mạch stato thì đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi . Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông stato không đổi yr = const . ở phần mô tả động cơ KĐB dựa vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rôto ở dạng các thành phần vectơ trên các trục toạ độ yrx = Lm.iSx + Lrs.irx yry = Lm.iSy + Lrs.iry 0 = Rr.irx + p.yrx + wS. yry 0 = Rr.iry + p.yry - wS.yry Nếu giữ nguyên biên độ vectơ từ thông [yr] = const thì p.[yr] = 0 và p.yrx = p.yry = 0 ta có phương trình cân bằng mạch rôto: Trong đó Tách các số hạng dòng điện sang một vế sau đó bình phương hai vế của từng phương trình và cộng hai phương trình với nhau: Có thể dễ dàng chứng minh được khi giữ tiến độ từ thông rôto không đổi thì vectơ từ thông luôn vuông pha với vectơ dòng điện rôto và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ kệ với biên độ dòng điện rôto. III . Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông stato: Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng giá trị từ thông định mức như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của động cơ KĐB. Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện có thể thành lập được sơ đồ cấu trúc của hệ thống Mô hình này chứa nhiều khâu phi tuyến phức tạp có thể tuyến tính hoá các phương trình này và áp dụng các tiêu chuẩn tối ưu để thiết kế các bộ điều chỉnh tuyến tính. Hàm Fi(ws) có thể thay thế bằng khâu khuếch đại đơn giản: Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ: Trong cấu trúc trên đã bỏ qua quá trình điện từ của máy điện trừ mạch vòng dòng điện. Trong sơ đồ tuyến tính hoá các hằng số A (ws1,Is1), B(ws1,Is1) lại thay đổi tuỳ theo điểm làm việc ban đầu được chọn . Vì vậy để tăng độ chính xác thì bộ điều chỉnh cần có cấu trúc và tham số thích nghi để điều khiển chế độ thích nghi có thể dùng tín hiệu tốc độ hoặc mômen động cơ Tính các thông số trong sơ đồ: a. Khâu khuyếch đại Kf: Isđm dòng điện định mức của động cơ Isđm = 18,4A wsđm tốc độ stato định mức b. Khâu: T hằng số thời gian động cơ cộng lọc. Như trên sơ đồ Kb = Kcl.Knl Kcl = 2,34 Knl = Ura/Udn = 380/10 = 38 Kb = 2,34.38 = 88,92 c. Tính các hệ số A,B trong sơ đồ tuyến tính hóa: Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức. d. Tính J quy đổi của hệ thống JT - Mômen quán tính của tang trống i - Tỷ số truyền, i = 15 m - Khối Các cặp bánh răng có mômen quán tính J1....Jk, mômen quán tính tang trống JT, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jđ đều có ảnh hưởng tới tính chất động học của hệ truyền động Nếu xét điểm khảo sát ở đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này ta gọi là Jqđ Trong đó Jđ - Mômen quán tính động cơ lượng mômen quán tính, m = 378 Trong đó H - Chiều dài tang trống, chọn H = 0,8(m) R - Bán kính ngoài tang trống, chọn R = 0,225 r - Bán kính trong r = 0 Vậy 4. Tổng hợp các mạch vòng a. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành, thì trong mạch điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng đ._.