Thiết kế điều khiển thang máy chở người mười tầng

Vấn đề điều khiển thang máy Tính toán công suất ®éng c¬ trun ®éng 2.1 S¬ ®å tỉng quan trun động điều khiển: Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan điều khiển thang máy Các thông số kỹ thuật thang máy: Số tầng: 10 tầng Chiều cao trần nhà: 4,5 m Trọng lợng ca bin: Trọng lợng ®Þnh møc: 1000 Kg 630 Kg Tèc ®é cđa thang: m/s Gia tốc cực đại: 1,5 m/s2 Độ giật khởi động hÃm: 15 m/s3 Đờng kính puli dẫn độmg: 0,45 m Tính toán công suất động cơ: + Công suất tĩnh động nâng tải không dùng đối trọng: k (G bt + G) v g 10 Pc = η ( KW ) Trong đó: Gbt: Khối lợng buồng thang (Kg); ta có Gbt = 1000 Kg G: Khối lợng hàng (Kg); ta cã G®m = 630 Kg V: Tèc ®é n©ng (m/s); ta cã v = 1m/s g: Gia tèc träng trêng (m/s2); ta lÊy g = 9,81m/s2 : HiÖu suất cấu nâng; ta lấy = 0,8 k: Hệ số tính đến ma sát dẫn hớng đối trọng; Vấn đề điều khiển thang máy ta lÊy k = 1,2 −3 1,2×(1000+630 )×1×9 , 81×10 =23 , 9855( KW ) 0,8 VËy Pc = 23,9855(KW) + Công suất tĩnh động nâng tải cã dïng ®èi träng: Pc = [ ] Pcn = ( G dm+Gbt ) −Gdt η v k g 10−3 ( KW ) η mà Gđt = Gbt + .Gđm (Kg) Trong đó: hệ số cân bằng; ta chọn = 0,4  G®t = 1000 + 0,4630 = 1252 (Kg) [ → Pcn= ( 630+1000 )× ] −1252×0,8 ×1×1,2×9 ,81×10−3 =12 ,19 (KW ) 0,8 VËy Pcn = 12,19 (KW) + Công suất tĩnh động lúc hạ tải cã dïng ®èi träng: [ ] Pch = ( G dm+Gbt ) η+Gdt v.k g.10−3 ( KW ) η [ Pch = ( 1000+630 )×0,8+1252× ] ×1×1,2×9 ,81×10−3 =33 ,77 ( KW ) 0,8 VËy Pch = 33,77(KW) 2.2 Tính chọn biến tần động cơ: Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tư cho thang m¸y viƯc lùa chän mét hƯ trun động, chọn loại động phải dựa yêu cầu sau: + Độ xác dừng + Tèc ®é di chun bng thang + Gia tèc lín cho phép + Phạm vi điều chỉnh tốc độ Trong thang m¸y cã thĨ sư dơng c¸c hƯ trun ®éng sau: + HƯ trun ®éng mét chiỊu m¸y ph¸t - động + Hệ truyền động Tiristo - động chiều có đảo chiều + Hệ truyền động xoay chiều dùng động không đồng điều chỉnh biến tần * Ngày hệ truyền động cho thang máy chở ngời có tốc độ trung bình hầu hết sử dụng hệ truyền động biến tần - động rôto Vấn đề điều khiển thang máy lồng sóc kết hợp với điều khiển PLC Hệ truyền động có u nhợc điểm là: Ưu điểm: + Có thể thay đổi đợc thông số thông qua việc lập trình cho biến tần + Có khả thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lập trình cho biến tần + Có khả thay ®ỉi thêi gian khëi ®éng, thêi gian h·m mét cách mềm mại để giảm độ dật cho buồng thang, điều khiển tốc độ mềm hoàn toàn + Có khả giữ độ cứng động tốt, dễ vận hành bảo dỡng Nhợc điểm: + Giá thành đầu t cao song ngày với việc chế tạo hàng loạt nên giá thành cho biến tần ngày giảm + Dạng điện áp đầu biến tần có chứa nhiều sóng hài nên dễ gây nhiễu cho lới điện áp ba pha lới thông tin gần vị trí đặt biến tần biến tần công suất lớn khả gây nhiễu lớn nên biến tần công suất lớn thờng đợc chế tạo kèm theo với lọc nhiễu 2.2.1 Tính chọn động cơ: a Tính mô men nâng mô men hạ: Mômen nâng t¶i: (G +G −G dt ) R M n = dm bt u i ηc Trong ®ã: G®m: Trọng lợng tải (Kg) Gbt: Trọng lợng buồng thang (Kg) Gđt: Trọng lợng đối trọng (Kg) u: Bội số hệ thèng rßng räc; chän u = π Rn i= v u i: TØ sè truyÒn; ta cã: D , 45 R= = =0 , 225(m ) 2 R: Bán kính puli dẫn động; Động dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s 2ì3 , 14×0 , 225×15 , 08 i= =21 1×1 VËy VÊn đề điều khiển thang máy (630+10001252 )ì0 , 225ì9 ,81 =49 ,66 ( Nm) 1×21×0,8 VËy Mn = 49,66(Nm)  Mômen hạ tải: M n= M h= M h= ( G dm +Gbt −G dt ) R u i ( 2− ηc ( ) ( Nm ) ) ( 630+1000−1252 )×0 ,225 2− ×9 ,81=29 , 8( Nm) 1×21 0,8 VËy Mh = 29,8(Nm) b TÝnh tổng thời gian hành trình nâng hạ buồng thang bao gåm:  Thêi gian buång thang di chuyÓn với tốc độ ổn định Thời gian mở máy hÃm máy Tổng thời gian lại: thời gian ®ãng më cưa bng thang + thêi gian vào buồng thang hành khách Ta có biểu đồ tèc ®é tèi u, biĨu ®å gia tèc, biĨu ®å độ dật: Vấn đề điều khiển thang máy Hình 2.2 BiĨu ®å tèc ®é tèi u, biĨu ®å gia tèc, biểu đồ để dật Ta có phơng trình tốc độ, phơng trình quÃng đờng: da =a= t +a dt ' dv =ρ→ a=v ' dt ds =v →v=s ' dt →v = ρ t +a0 t +v vµ 1 s= ρ t + a t +v t Để ngời cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) độ dật = 15 (m/s3) * Thời gian mở máy: Vấn đề điều khiển thang m¸y  t 1= a max 1,5 = =0,1( s ) ρ 15 1 v1 = ρ t 21 +a0 t +v = ×15×0,12 +0+0=0 ,075 (m/s ) 2 1 s1 = ρ t 31 + a t 21 +v t = ×15×0,13 +0+0=0 ,0025 (m) 6 v 3=− ρ.(t −t )2 + amax ( t 3−t ) +v 2  mµ v3 = 1(m/s) v2 = v1 + amax.(t2 - t1) t1 = t3 - t2 =0,1(s) Thay vào phơng trình v3 ta cã: 1=− ×15×0,12 +1,5×0,1+0 , 075+1,5×( t 2−t )  t2 - t1 = 0,6(s) VËy thêi gian më m¸y: Tm = t1 + (t2 - t1) + (t3 - t2) = t3 = 0,1 + 0,6 + 0,1 = 0,8(s) Các quÃng đờng: + s1 = 0,0025(m) + 1 s2 = ρ(t −t )3 + amax (t 2−t )2 +v (t 2−t )=0+ ×1,5×0,62 +0 ,075×0,6=0 , 315(m) 2 1 s3 = ρ (t −t )3 + a(t −t )2 + v ( t −t ) + mµ t3 - t2 = 0,1(s) v2 = v1 + amax.(t2 - t1) = 0,075 + 1,50,6 = 0,975(m/s) 1 →s = ×15×0,13 + ×15×0,12 +0 , 975×0,1=0 , 1075(m) VËy sm = s1 + s2 + s3 = 0,0025 + 0,075 + 0,315 = 0,425(m) Giả thiết quÃng đờng từ gặp sensor giảm tốc đến dừng sd = 0,45 (m)  slv = 4,5 - 0,425 - 0,45 = 3,625 (m) * Thời gian thang máy chuyển động là: s lv , 625 T lv= = =3 , 625(s ) v3 * Giả sử thang máy từ giảm tốc đến gặp sensor dừng chuyển động chậm dần với tốc độ giật không quÃng đờng hÃm 0,045 (m), vận tốc giảm xuống 0,2 (m/s) Ta có: s = vtb.t Vấn đề ®iỊu khiĨn thang m¸y t= s 0,4 = =0 ,67 ( s ) v tb 0,2+1   Thêi gian từ sau giảm tốc đến gặp sensor dõng: t= , 45−0,4−0 , 045 =0 , 025(s) 0,2 Thời gian hÃm phanh khí để thang máy dừng hẳn là: , 045 , 045 t= = =0 , 45 ( s) 0,2+ 0,1 Vậy thời gian hÃm phanh khí để thang máy dừng hẳn là: Th+d = 0,67 + 0,025 + 0,45 = 1,145 (s)  Tæng thêi gian hoạt động tầng thang máy là: T = Tm + Tlv + Th+d = 0,8 + 3,625 + 1,145 = 5,57 (s) Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa hành khách vào tầng 5(s) Vậy tổng thời gian cho tầng thang máy là: 5,57 + = 10,57 (s) Khi thang đến tầng 5, cho dừng 10(s) råi tiÕp tơc cho thang ®i xng + Thêi gian thang chạy từ tầng lên tầng thời gian thang chạy từ tầng lên tầng thời gian thang chạy từ tầng lên tầng thời gian thang chạy từ tầng lên tầng thời gian thang chạy từ tầng đến tầng thời gian thang chạy từ tầng đến tầng thời gian thang chạy từ tầng đến tầng thời gian thang chạy từ tầng đến tầng thời gian thang chạy từ tầng đến tÇng 10 b»ng 5,57(s) + Thêi gian nghØ cđa thang máy tầng 5(s) c Tính mô men đẳng trị tính chọn công suất động cơ: * Mô men đẳng trị: M dt = n M 2i t i i =1 ∑ ti Trong ®ã Mi trị số mômen tơng ứng với khoảng thời gian ti → M dt = √ 2 √ M n t + M h t 49 , 662 + 29 , 802 = =49 , 95( Nm ) t Vấn đề điều khiển thang máy mà Pđt = Mđt.Đ Trong Đ vận tốc góc động cơ, ta có: D = n 60 v i 60×1×21 = = =93 , 37( rad/s) 9,55 ,55.2 π R 9, 55×2×3 ,14×0 ,225  P®t = 93,3749,95 = 4664 (W) = 4,664(KW) * TÝnh hệ số tiếp điện tơng đối: TĐ% = tilv tilv + ting Trong đó: tilv khoảng thời gian làm việc ting khoảng thời gian nghỉ 245,57 TĐ% = 245,57 + 255 + 10 100% = 42% Trong thùc tế động dùng cho cầu trục, máy nâng-hạ thờng có hệ số tiếp điện TĐ% = 25%, ta quy đổi công suất động loại có P = Pđt TĐth% TĐtc% = 4,664 42 25 = (KW) Dựa vào Các đặc tính động truyền động điện ta chọn động không đồng rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25% Kí hiệu: MTK-22-6 có thông sè sau: P®m = 7,5 KW n®m = 905 vg/ph Ist®m = 19,3 (A) Ist0 = 12 (A) Rst = 0,685 () Xst = 0,733 () Mô men quán tính rôto: J = 0,138 Kgm2 Khối lợng động : Q = 153 Kg d Kiểm nghiệm công suất động đà chọn: Ta có: Vấn đề điều khiển thang máy Pđm Mđm = đm 23,14905 n mà đm = 60 = 60 = 94,72 (rad/s) Mđm = 7,5103 = 79,18 (Nm) 94,72 Thực tế động chịu M = 2,3.Mđm = 2,379,18 = 182,11 (Nm) mà ta cã: M®t = 58,5 (Nm)  M®c > M®t theo phơng pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu mặt phát nóng 2.2.2 Chọn biến tÇn: Giíi thiƯu vỊ biÕn tÇn: * Bé biÕn tần (BBT) thiết bị biến đổi lợng điện từ tần số công nghiệp (50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động xoay chiều * Bộ biến tần phải thoả mÃn yêu cầu sau: Có khả điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn Có khả điều chỉnh điện áp theo tần số để trì từ thông khe hở không đổi vùng điều chỉnh mômen không đổi Có khả cung cấp dòng điện định mức tần số * Các biến tần đợc chia làm hai loại chính: a.Bộ biến tần phụ thuộc (hay BBT trực tiếp): Là loại biến tần có tần số đầu nhỏ tần số lới f1, fs = (0 đến 0,5)f1 Đặc điểm loại biến tần có số lợng van bán dẫn lớn, nên có u điềm biến đổi trực tiếp nguồn có tần số sang nguồn có tần số khác với hiệu suất cao, nhng đợc sử dụng lý kinh tÕ Thùc tÕ thêng dïng cho trun ®éng cã công suất lớn Sơ đồ khối: Vấn đề điều khiển thang máy BBT f1 f1,U1 f2,U2 f2 Hình 2.3 CÊu tróc cđa BBT trùc tiÕp  BBT trùc tiÕp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f thành f2, không qua khâu chỉnh lu nên hiệu suất cao nhng việc thay đổi tần số khó khăn phụ thuộc vào tần số vào f b.Bộ biến tần độc lập (hay BBT gián tiếp): + Sơ đồ khối: Id + U1,f1 CL Lọc Ud U1,f1 NL ĐK Hình 2.4 Cấu trúc BBT gián tiếp + Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) đợc chỉnh lu thành nguồn chiều nhờ chỉnh lu không điều khiển chỉnh lu điều khiển, sau đợc lọc nghịch lu biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động + Tuỳ theo tính chất chỉnh lu dạng tín hiệu đầu mà BBT gián tiếp chia BBT nguồn dòng hay BBT nguồn áp: Bộ biến tần nguồn dòng: có nguồn cấp chiều nguồn dòng, điện trở nguồn lớn Điều dẫn đến dạng sóng dòng điện pha sau nghịch lu có dạng chữ nhật bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp có dạng Sin nhng mang định nhọn thời điểm chuyển mạch Khác với nghịch lu nguồn áp, nghịch lu dòng liên lạc điện áp chiều phải qua cuộn dây Cuộn dây liên lạc chiều ngăn biến thiên đột ngột dòng điện nên truyền động thích hợp với nơi cần tránh biến thiên đột ngột mômen trục động Hơn nữa, nghịch lu nguồn dòng