SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN ĐA BẬC VÀ ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG THANG THỐNG THANG CUỐN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP  ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Đề tài: SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN ĐA BẬC VÀ ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG THANG THỐNG THANG CUỐN GVHD: PGS TS NGUYỄN VINH QUAN SVTH MSSV Trương Định Kỳ 19142185 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi tới thầy cô khoa Đào tạo Chất Lượng Cao trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến chúng em hồn thành đồ án mơn học, đề tài: “Tính tốn điều khiển hệ thống thang cuốn” Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Vinh Quan quan tâm giúp đỡ chúng em hoàn thành tạo điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành tốt môn học thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế sinh viên, đồ án môn học tránh thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức mình, phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Kính chúc q thầy dồi sức khỏe Sinh viên thực hiện: Trương Định Kỳ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng 12 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN 1.1.1 Khái niệm cầu thang cuốn: 1.1.2 Ứng dụng cầu thang cuốn: 1.1.3 Cấu tạo thang nguyên lý làm việc: CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA: 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA: 10 2.3 CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA:13 2.4 CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA: 15 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 29 3.1 Khái niệm: 29 3.2 Phần điều khiển: 29 3.3 Các phụ kiện biến tần: 30 3.4 Nguyên lý hoạt động biến tần: 32 3.5 Ứng dụng biến tần công nghiệp: 32 3.6 Những lưu ý sử dụng biến tần: 33 3.7 Lợi ích việc sử dụng biến tần: 33 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THANG CUỐN 35 4.1 Tính toán điều khiển hệ thống thang cuốn: 35 4.2 Tính tốn cơng suất động biến tần tương ứng: 36 4.3.1 Sơ đồ khối cho hệ thống điều khiển tốc độ cho thang cuốn: 40 4.3.2 Kết nối thiết bị cho hệ thống truyền động thang cuốn: 41 4.3.3 Mô hình hóa hệ thống truyền động thang cuốn: 42 4.3.4 Ghi nhận kết điều khiển tốc độ thang số lượng người lên thang có thay đổi 45 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU THANG CUỐN 1.1.1 Khái niệm cầu thang cuốn: Cầu thang thiết bị vận chuyển người, hàng hóa dạng băng tải Thang bao gồm hệ thống bước thang chuyển động lên hay xuống liên tục ln phiên thành vịng trịn khép kín, ăn khớp với khe sâu bề mặt Đường thang chủ yếu đường thẳng số khác thiết kế theo dạng xoắn ốc để tiết kiệm diện tích Mơ hình cầu thang thực tế thị trường thể hình 1.1 Hình 1.1: Mơ hình cầu thang thực tế 1.1.2 Ứng dụng cầu thang cuốn: Cầu thang thường lắp đặt siêu thị, trung tâm thương mại, ga tàu sân bay, nhà hàng, khách sạn để vận chuyển hàng hóa hành khách Hiện nay, cầu thang sử dụng rộng rãi nhà dân dụng Ngoài ý nghĩa thiết bị vận chuyển hàng hóa người cầu thang yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cơng trình Thang đại sử dụng chiều lên chiều xuống Thang đại sử dụng chiều lên chiều xuống 1.1.3 Cấu tạo thang nguyên lý làm việc: a Cấu tạo thang cuốn: Hình 1.2: Cấu trúc thang  Cấu tạo: 1.Thiết bị an tồn cho xích dẫn động bậc thang 2.Cảm biến 3.Thiết bị an toàn lược 4.Thiết bị bảo vệ dọc lối 5.Xích dẫn động 6.Tay vịn 7.Bánh động 8.Thiết bị kiểm tra tốc độ 9.Thiết bị an tồn cho xích truyền động 10.Thiết bị bảo vệ tải 11.Thiết bị bảo vệ chuyển động bậc bước 12.Nút dừng khẩn cấp 13.Các mặt phẳng 14.Khe hở bậc thang 15.Bậc thang 16.Xích lăn nối bậc thang 17.Tay vịn b Nguyên lý làm việc: • Chế độ tự động: Ở đầu cầu thang cuối cầu thang có lắp đặt cảm biến Khi có người tới cảm biến phát phát tín hiệu cho điều khiển, điều khiển cấp nguồn cho động Động cấp nguồn quay kéo xích dẫn động bậc thang quay nhờ vào bánh lắp động Các bánh ăn vào vịng xích xích lăn kéo chuyển động quay vịng, qua kéo bậc thang chạy theo quỹ đạo Ở cuối tháng có lắp cảm biến người thang khỏi thang cảm biến phát tín hiệu cắt nguồn cho động động ngừng quay • Chế độ tay: Ở thang có bảng điều khiển muốn cho thang chạy ta ấn nút start muốn thang chạy lên xuống ta ấn nút Up Down bảng điều khiển muốn dừng thang ta ấn stop Khi có trường hợp khẩn cấp ta ấn nút dừng khẩn cấp bố trí thang CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ở cầu thang người ta thường sử dụng động điện xoay chiều ba pha khơng đồng có lắp thêm bánh để truyền động cho thang 2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA:  Cấu tạo: Lõi thép stato Dây quấn stato Nắp máy Ổ bi Trục máy Hộp đầu cực Lõi thép roto Thân máy Quạt gió làm mát 10 Hộp quạt Hình 2.1: Cấu tạo động điện xoay chiều pha Trong động không đồng ba pha gồm phần chính: a Phần tĩnh(Stato):  Lõi sắt: Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện ép lại Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ 90 mm dùng trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn dùng hình rẻ quạt ghép lại Mặt lõi thép có rãnh để đặt dây quấn Hình 2.2: (a) Lõi thép Stato; (b) Lá thép; (c) Rãnh chứa dây quấn Rãnh chứa dây quấn có nhiều hình dạng khác Trong đó, phổ biến rãnh hình thang rãnh lê Hình 2.3: Rãnh mặt Stato  Dây quấn: Dây quấn Stato làm dây điện từ, đặt vào rãnh lõi thép Stato cách điện tốt với rãnh Hình 2.4: (a) Sơ đồ bố trí ba cuộn dây (b) Dây quấn pha đặt rãnh  Vỏ máy: Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm gang Đối với máy có cơng suất tương đối lớn (1000kW) thường dùng thép hàn lại làm thành vỏ máy Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác Hình 2.5: Vỏ máy động không đồng pha b Phần quay(Roto): Roto có hai loại chính: Roto kiểu dây quấn roto kiểu lồng sóc  Roto dây quấn: Dây quấn làm dây điện từ giống dây quấn Stato, có ba pha giống đặt rãnh lõi thép roto Ba đầu dây bên Roto ba pha dây quấn nối Ba đầu dây cịn lại đưa ngồi nối vào ba vành trượt (thường làm đồng thau) đặc cố định đầu trục Roto Thông qua chổi than, dây quấn Roto nối với điện trở phụ mạch để mở máy điều chỉnh tốc độ động Khi máy làm việc bình thường dây quấn Roto ln nối kín mạch Hình 2.6: (a) Roto kiểu dây quấn (b) Sơ đồ mạch điện roto kiểu dây quấn Hình 3.6: Ứng dụng biến tần công nghiệp 3.6 Những lưu ý sử dụng biến tần:       Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn biến tần cho phù hợp Đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt nhiệt độ, độ ẩm, vị trí Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng Nhờ chuyên gia hãng cung cấp hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng bạn Khi biến tần báo lỗi, tra cứu mã lỗi tài liệu tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, khắc phục lỗi khởi động lại Chắc chắn biến tần nhiệt đới hố, phù hợp với mơi trường khí hậu Việt Nam 3.7 Lợi ích việc sử dụng biến tần:   Biến tần thay đổi tốc độ động dễ dàng, dòng khởi động động khơng vượt q 1,5 lần so với dịng khởi động truyền thống sao-tam giác, (4~6) lần dòng định mức Nhờ dễ dàng thay đổi tốc độ tiết kiệm điện cho tải thường không cần phải chạy hết công suất 33      Có thể giúp động chạy nhanh hơn, thơng thường 54-60Hz, bình thường 1500v/p với 50Hz, có biến tần 1800v/p với 60Hz, giúp tăng sản lượng đầu cho máy, tăng tốc độ cho quạt thơng gió Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ dòng, bảo vệ cao áp thấp áp, tạo hệ thống an tồn vận hành Q trình khởi động từ tốc độ thấp giúp cho động mang tải lớn khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode tụ điện nên hệ số cosphi đạt 0,96 công suất phản kháng từ động thấp, gần bỏ qua, giảm dịng đáng kể q trình hoạt động, giảm chi phí lắp đặt tủ tụ bù, giảm thiểu hao hụt đường dây Tiết kiệm điện 20-30 phần trăm so với hệ thống khởi động truyền thống 34 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THANG CUỐN 4.1 Tính tốn điều khiển hệ thống thang cuốn: Thơng số băng tải: Chiều cao H (m) 3.5 Góc nghiên thang 30o Vận tốc (m/s) 0.5 Tải trọng (người/giờ) 5000 Tính tốn cơng suất tải trục động tải trọng thang thay đổi 0, 1000, 3000, 5000 R  m.g.n  E  sin( ).s  RS  P 1000 Trong đó: P: công suất tải (kW) m: khối lượng người (70 kg) g: gia tốc trọng trường (9,8 m/s2) n: số người bậc thang (người/ bậc) RE chiều cao thang RS: bước tăng bậc thang (thường 0.2m)  : góc nghiên thang Chọn độ rộng bậc thang 0,6m mà vận tốc thang máy 0,5 m/s => thời gian để lên bậc thang là: STEP  => Số bậc thang là: 0,  1, (sec/step) 0,5 3600  3000 (bậc/h) 1, Với tải trọng 5000 (người/h) => số người bậc thang với tải trọng 5000 (người / h) là: 35 n 5000  1, 67 (người/bậc) 3000 Công suât trục động tải trọng 5000 (người/h) là: A 3,5 𝑃= 70.9,8.1,67.(0,2).𝑠𝑖𝑛(300 ).0,5 1000 = 5,01 kW Tương tự công suất trục động tải trọng 0, 1000, 3000 là: Bảng 4.1: Công suất trục động tải trọng thay đổi Công suất trục động Tải trọng (người/h) n (người/ bậc) 0 1000 0,33 3000 (kW) 4.2 Tính tốn cơng suất động biến tần tương ứng: Công suất động truyền động băng tải tính theo cơng thức sau: ( Cơng thức 5-14 trang 68, sách “Trang bị điện-điện tử máy công nghiệp dùng chung- Vũ Quang HồiNguyễn Văn Chất- Nguyễn Thị Liên Anh) Pdc  k3 P  Trong đó: Pdc: cơng suất động (kW) k3: hệ số dự trữ công suất (k3=1,2-1,5)  : hiệu suất truyền động Với    K ol br  x ot Tra bảng 2.3 trị số hiệu suất loại truyền ổ (sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí -tập 1- Trịnh Chất- Lê Văn Uyển) K  0,99 : hiệu suất nối trục di động 36 ol  0,99 : hiệu suất cặp ổ lăn; br  0,97 : hiệu suât cặp bánh rang hộp giảm tốc x  0,93 : hiệu suất truyền xích ot  : hiệu suất cặp ổ trượt   0,99.0,993.0,972.0,93.1  0,84 Vậy công suất động là: 𝑃𝑑𝑐 = 1,2.5,01 0,84 = 7,145 kW Tra bảng P1.1 (phụ lục trang 234 sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí -tập 1- Trịnh Chất- Lê Văn Uyển) với Pdc =7,157 kW Ta chọn động Bảng 4.2: Chọn động Kiểu động Vân tốc quay Công suất kW (vòng/phút) Mã lực % cos  84 0,84 50Hz 2p=4, 220V/380V Motor 7,5 10 1450 Chọn động thực tế: Hình 4.1: Động 7,5kW 37 Hình 4.2: Thơng số động Chọn biến tần: - Việc chọn lựa biến tần theo tải việc quan trọng Việc bạn phải xác định loại tải máy móc loại nào: Tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình chế độ vận hành ngắn hạn hay dài hạn - Tải xác định nặng hay nhẹ chủ yếu dựa vào kinh nghiệm người vận hành máy móc - Chế độ vận hành định lớn đến việc chọn lựa biến tần - Chế độ ngắn hạn: biến tần điều khiển động tăng tốc, giảm tốc, chạy / dừng đảo chiều quay liên tục đòi hỏi chế độ cần chọn loại biến tần có khả chịu tải cao, đế tản nhiệt lớn - Chế độ dài hạn: Thường đặt tốc độ cố định chạy ln thay đổi q trình vận hành Nếu bạn chọn loại biến tần cần sử dụng hệ thống làm việc ổn định hơn, bền đặc biệt tiết kiệm chi phí đầu tư - Một biến tần tải nặng có giá cao 30% so với loại biến tần tải nhẹ tải thường 38 => Thang thiết bị vận tải liên tục (chế độ dài hạn) => chọn biến tần  Công suất động cơ: 𝑃𝑏𝑡 ≥ 𝑃𝑑𝑐 ⇔ 𝑃𝑏𝑡 ≥ 7,157 kW Chọn biến tần SV075IG5A-4 với Pbt=7,5kW Chọn biến tần thực tế: Hình 4.3: Biến tần SV075IG5A-4 Hình 4.4: Mã thơng số biến tần IG5A 39 4.3.1 Sơ đồ khối cho hệ thống điều khiển tốc độ cho thang cuốn: Hình 4.5: Sơ đồ điều khiển tốc độ thang 40 4.3.2 Kết nối thiết bị cho hệ thống truyền động thang cuốn: - Sơ đồ kết nối biến tần: Hình 4.6: Sơ đồ kết nối biến tần IG5A 41 - Sơ đồ dây hệ thống thang cuốn: Hình 4.7: Sơ đồ nối dây 4.3.3 Mơ hình hóa hệ thống truyền động thang cuốn: Tính Moment tải trọng thay đổi 1000, 3000, 5000 (người/h) T Pdc 9,55 n Trong đó: T: Moment động (N.m) n: tốc độ động (vòng/phút) 42 Bảng 4.3: Moment động tải trọng thay đổi Tải trọng Công suất tải Công suất động (người/h) (kW) (kW) 1000 1,43 9,42 3000 4,29 28,26 5000 5,01 7,145 47,06 Moment (N.m) Mô matlab: - Điên áp: 380V -50Hz; - Moment tối đa tải trọng 5000 người/h: 47,46 N.m; - Vận tốc động cơ: 1450 Vòng/phút; - Động matlab: 10HP (7,5 kW), 400V, 50Hz, 1450 RPM Hình 4.8: Mơ hình điều khiển thang sử dụng biến tần 43 Hình 4.9: Đáp ứng Moment tốc độ động Tốc độ cài đặt định mức suốt trình hoạt động, moment bắt đầu thay đổi từ 5-10s cho tải trọng 1000 (người/h), khoảng 10-15s moment đạt giá trị định mức tức tải trọng 5000 (người/h), khoảng 15-20s moment đạt giá trị 50% định mức, khoảng 20-30 giá trị moment 28,26 N.m tức tải trọng 3000 (người/h) 44 4.3.4 Ghi nhận kết điều khiển tốc độ thang số lượng người lên thang có thay đổi Theo kế mô phỏng, nhận thấy: Khi số lượng người sử dụng thang thay đổi (moment thay đổi) hệ thống có tượng dao động tốc độ, hệ thống đáp ứng ổn định lại tốc độ tùy thuộc vào mức độ thay đổi tải trọng Từ khoảng thời gian 5-10s hệ thống bắt đầu cho tải trọng 1000 (người/h) tốc độ thang độ dao động thay đổi tải trọng, thời gian tốc độ bắt đầu ổn định bắt đầu ổn định khoảng 4s Từ khoảng thời gian 10-15s hệ thống thay tải trọng 1000 (người/h) thành 5000 (người/h) tốc độ thang dao động khoảng 1410 (vòng/phút) khoảng 2s để ổn định lại Từ khoảng thời gian 15-20s hệ thống thay đổi moment đạt giá trị 50% định mức tốc độ thang dao động tăng lên khoảng 1465 (vòng/phút) khoảng 1,6s để ổn định lại Từ khoảng thời gian 20-30s hệ thống thay đổi moment giá trị 28,26 (N.m) tức tải trọng 3000 (người/h) tốc độ thang dao động khoảng 1445 (vòng/phút) khoảng 1s để ổn định lại  Vậy tải trọng hệ thống thay đổi nhiều mức độ dao động hệ thống lớn thời gian ổn định lâu 45 KẾT LUẬN Qua trình thực đồ án môn truyền động giúp chúng em có kiến thức hữu hiệu hiểu thêm nhiều mặt loại động việc tính tốn chọn loại động biến tần phù hợp Trong trình thực hiện,chúng em mắc phải thiếu sót Chúng em mong Thầy bạn thơng cảm có ý kiến đóng góp chúng em hồn thiện đồ án trau dồi thêm nhiều kiến thức 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lý thuyết điều khiển tự động - 2016 - Nguyễn Phương Hà Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm - Thiết kế chi tiết máy - Nhà xuất giáo dục Trịnh Chất - Cơ sở thiết kế máy, chi tiết máy - Nhà xuất khoa học kỹ thuật ,1998 Giáo trình Điện cơng nghiệp, NXB Xây dựng 47