Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở người

t bị bảo vệ mạch động lực 29 2.6 Mạch biến đổi nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ 31 Chương 4 : Tổng hợp hệ điều khiển 33 1. Mạch vòng điều chỉnh dòng điện 33 2. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 36 Chương 5 : Thiết kế mạch điều khiển 40 Tài iệu tham khảo 49 Lời nói đầu Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số trong xã hội ngày càng tăng và nhằm đô thị hoá ở các thành phố lớn. Bên cạnh đó dân số của các đô thị ngày càng tăng dẫn đến mật độ dân số ở các thành phố tăng ngày càng cao. Do đó vấn đề nhà ở và các nơi làm việc được đặt ra như một nhu cầu chủ yếu để phục vụ cho cuộc sống cũng như các hoạt động xã hội. Như vậy các toà nhà cao tầng sẽ được mọc lên đẻ có thể đáp ứng được nhu cầu này. Đi đôi với việc xây dựng các toà nhà cao tầng tại các thành phố và các trung tâm công nghiệp thì vấn đề chở người và chở hàng là một vấn đề hết sức được quan tâm. Đối với một số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển người, hàng hoá từ thấp lên cao lại quyết định rất lớn đến năng suất lao động, điều này hết sức quan trọng trong thời buổi hiện nay. Vì vậy vấn đề đặt ra là thiết kế một thiết bị có khả năng chở người cũng như hàng hoá để phục vụ cuộc sống là rất cần thiết và một trong những thiết bị đáp ứng được yêu cầu đó chính là thang máy. Và ta sẽ nghiên cứu kỹ ở các phần sau đây. Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến bộ trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng được độ tác động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việc đưa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản xuất. Vấn đề thang máy cũng yêu cầu có một hệ truyền động phù hợp với các công nghệ được đưa ra. Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tổng hợp hệ điện cơ em được giao đề tài thiết kế môn học với nội dung: Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở người. Nhằm mục đích hiểu sâu môn học cũng như tìm hiểu về một công nghệ vấn còn khá mới ở nước ta. Nội dung của đồ án chia làm 6 chương, cụ thể như sau: Chương I: Tổng quan về công nghệ. Nội dung cơ bản của chương này đề cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động thang máy và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm này. Chương II: Chọn phương án truyền động. Nội dung của chương này trình bày các phương án truyền động cho loại động cơ, đưa ra các phương án khả thi rồi cuối cùng có so sánh giữa các phương án khả thi đề ra phương án phù hợp nhất. Tất cả đều có sự phân tích cụ thể khi quyết định chọn phương án tốt nhất. Chương III: Chọn các thiết bị: Nội dung cơ bản của chương này sẽ trình bày cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ, van điều khiển…các thiết bị cho mạch lực. Chương IV: Tổng hợp hệ thống: Nội dung của chương này sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng như các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn. Chương V: Mô phỏng bằng Simulink . Mặc dù em đã rất cố gắng trong việc thiết kế, nhưng do kiến thức của em có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, sự chỉ bảo tận tình của thày cô là những kiến thức quý báu cho em ngay còn khi trong ghế nhà trường cũng như công việc thực tế sau này. Em mong các thầy đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Chương I: Tổng quan về công nghệ thang máy I. Khái niệm. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo 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. Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng, cơ quan, khách sạn... Thang máy đã giúp cho con người tiết kiệm được thời gian và sức lực... 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. II. Các bộ phận chính của thang máy. Những loại thang máy hiện đại có cơ cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động hệ thống khống chế phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị điện được lắp trong buồng thang và buồng máy. Buồng thang : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có các giá treo và những con trượt dẫn hướng. Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao quanh và trần giếng, các bin và đối trọng di chuyển trong giếng than nhờ các cáp và khay dẫn hướng. Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độ và các thiết bị liên quan. Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy. Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên ray dẫn hướng khi vận tốc quá (2040%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn hệ thống. Phanh có 3 kiểu : + Phanh bảo hiểm kiểu nêm. + Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm. + Phanh bảo hiểm kiểu kìm( hay sử dụng). Hố giếng : Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng phục vụ cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh. III. Phân loại : Có thể phân loại thang máy như sau: + Phân loại theo công dụng : Có 3 loại thang máy sau . - Thang máy chở khách trong các nhà cao tầng. - Thang máy chở hàng có người điều khiển. - Thang máy vừa chở khách vừa chở hàng . + Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang : - Thang máy chạy chậm : v = 0,5 á 0,65 m/s. - Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 á 1,5 m/s. - Thang máy cao tốc: v = 2,5 á 5 m/s. + Phân loại theo trọng tải : - Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg. - Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 kg. - Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg. Về kết cấu cơ khí, thang máy thuộc loại máy cơ cấu nâng có dây cáp 2 đầu. Để bảo đảm an toàn cho hành khách cũng như hàng hoá và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù). Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 á 40)% tốc độ định mức . Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang( Truyền động chính theo phương thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ ( là truyền động đóng mở cửa buồng thang). Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn. IV. Yêu cầu đối với thang máy. Yêu cầu về công nghệ. Dễ điều khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao. Về vị trí : khi dừng thang máy phải dửng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho các bin dừng đúng tại sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau : vì đây là thang máy chở hàng nên sẽ gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. Để khẵc phục hậu quả có thể nhắp nút bấm để đạt được độ chính xác khi dừng nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau : hỏng thiết bị điều khiển, gây tổn thất năng lượng, gây hỏng các thiết bị cơ khí, tăng thời gian từ lúc hãm đến lúc dừng. An toàn : Thang máy chỉ vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng hay khi thang máy quá tải thì không vận hành. Yêu cầu về truyền động. Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm . Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm . 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 giật r(m/s3). Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy , có ý nghĩa rất quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng. Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc( v= 3,5m/s ) giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt gần bằng tốc độ định mức.Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến giá thành thang máy tăng. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75m/s lên v= 3,5m/s giá thành tăng lên 45 lần. Bởi vậy tùy theo độ cao của toà nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu. 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 cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi nghẹt thở ...). Bởi vậy gia tốc tối ưu là:. Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy. Nói cách khác đó là độ giật( đạo hàm bậc nhất của gia tốc hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ ). Khi a Ê 2m/s2 thì độ giật r Ê 20m/s2. Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình: Biểu đồ này chia làm 5 giai đoạn : mở máy ,chế độ ổn định , hãm xuống tốc độ thấp , buồng thang đến tầng và hãm dừng Sơ đồ động học của thang máy ĐT : Đối trọng B : Buồng thang Đ : Động cơ HS : Hộp số CC : Cáp cân bằng . PL : Pu li chủ động Nâng tải Hạ tải M w Thang máy không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. Không được vận hành trong trạng thái bất thường, nếu cần đảo chiều phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột. Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Động cơ truyền động cho thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn. Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường nhằm nâng cao năng suất an toàn trong vận hành và khai thác ,phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh. Chương II: Chọn phương án truyền động Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó chọn ra một hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu công nghệ đặt ra. Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn được phương án phù hợp với yêu cầu thang máy. Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều không đồng bộ. Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn có đảo chiều quay. Với động cơ một chiều. Hệ thống truyền động F - Đ. Hệ thống F-Đ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiều khích từ độc lập. Máy phát hành do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Tính chất này của máy phát được xác định bởi hai đặc tính: Đặc tính từ hoá: là sự phụ thuộc giữa sức điện động của máy phát và dòng điện kích từ. Đặc tính tải: là sự phụ thuộc của điện áp rơi trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải. Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do phản ứng của dòng điện phần ứng… Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hoá các đặc tính này: Với: là hệ số kết cấu của máy phát là hệ số góc của đặc tính từ hoá. Nếu dây quấn kích thích của máy được cấp bởi nguồn áp lý tưởng thì: Ikf = Ukf/Rkf và ta coi gần đúng máy phát điện một chiều là một bộ khuếch đại thì : . Nếu ta đặt R = Rưf +Rưd thì ta có thể viết phương trình các đặc tính của hệ F-Đ như sau: Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng thì giữ nguyên. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn. Đặc điểm: Chỉ tiêu chất lượng của hệ máy phát động cơ về cơ bản tương tự như hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói chung Ưu điểm: Nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ nguồn truyền dộng F-Đ ở các máy khai thác công nghiệp mỏ. Do thang máy chở hàng là một hệ truyền động có tải ổn định nên phương pháp này không có tính khả thi. Nhược điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai 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 máy phát có từ dư đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động T - Đ có đảo chiều quay. 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 mạch 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 kichí 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) : 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 . Khi điều khiển riêng 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 điềukhiển . 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 ngượco 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. 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 1+2=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 ³ẵEd1ẵ 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. Nhận xét: ưu điểm: Độ tác động nhanh, cao không gây ồnvà dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Nhược điểm: Do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp của chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao nên gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số cos thấp. Với động cơ xoay chiều. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ. a. Nguyên lý:Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stato động cơ như sau: Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh. b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng: - Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động cơ: - Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đưa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn. Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng làm bộ khởi động mềm (softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm). Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động thang máy là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phương án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ. a. Nguyên lý điều chỉnh: Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng: Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt. Trong thực tế việc thay đổi DPs có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp: Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90o đến khoảng 140o , điều chỉnh góc điều khiển a trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển a của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tự nhiên. ĐC MBA CL điot NL phụ thuộc b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Như đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ truyền động với công suất lớn (thường cỡ trên 500kW), vì khi đó công suất trượt đưa về mới là đáng kể và việc đầu tư cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí. Việc tái sử dụng công suất trượt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lượng công suất đưa về có thể đạt được những chỉ tiêu điều chỉnh tốt như êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mômen của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp. Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động động cơ, thường dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trượt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều. Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động thang máy nêu ở chương đầu cùng với việc ta chọn là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc ta loại bỏ việc sử dụng phương án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau: Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiều quay Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu tư cả hệ nối tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto. a. Nguyên lý điều chỉnh: Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc. Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s=0 á sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết: trong đó: s0: là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 s: là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Theo biểu thức mô-men thì: Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng điện roto I2 không đổi thì momen không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mômen tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: Rtd Rtd td t w M Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều: + Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên. + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được r và từ đó thay đổi được Rf. Cho r=0 á 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không đổi như cơ cấu thang máy. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mômen khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việc điều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dưới 100kW). Phân tích ưu và nhược điểm của phương án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động thang máy ta thấy rằng đây là một phương án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phương pháp biến tần sẽ được trình bày dưới đây. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB. Nguyên lý điều chỉnh: fđm H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số. M w Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: ị điều đó có nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quáy và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình vẽ sau: Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần só tăng ( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm ị X=2pfL cũng giảm ị I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp – tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất. Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phương pháp điều chỉnh khác. Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng như đáp ứng được yêu cầu truyền động thang máy do các lý do sau: Về tính đơn giản trong điều chỉnh. Với phương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương pháp khác. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều. Còn phương pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Với phương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động. Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phương án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số._.