Nghiên ứu hệ truyền động xoay chiều điều khiển thang máy

62 Trang 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xt, x Giá t trị ức thời X*, x* Giá trị đặtα G óc pha của vector chuẩnϕ G óc pha dòng đ ện i ω V t g ận ốc ócψ G óc phac os ϕ H s côệ ố n

NGUYỄN HẢI BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: T Ự ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2008

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205052351000000

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn H Bải ình học viên lớp cao học Tự Động Hoá niên khoá 2006-2008 Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các thầy

cô giáo và đặc biệt là PGS.TS Bùi Quốc Khánh, thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học thạc sỹ

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: "Nghi n cứu ệ truyền ê h

động xoay chiều đ ều khiển i thang máy "

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của các nhân tôi dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS Bùi Quốc Khánh và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của các nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Nguyễn H Bải ình

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4

MỞ ĐẦU 9

2.1 NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU 35

2.2.CHỈNH LƯU PWM 44

2.2.1 Nhiệm vụ 44

2.2.2 Cấu trúc mạch 45

2.2.4.Mô tả toán học chỉnh lưu PWM 51

2.2.5 Mô tả dòng điện và điện áp nguồn 52

2.3.6.Mô tả điện áp vào bộ chỉnh lưu PWM 53

2.2.7.Mô tả toán học bộ chỉnh lưu PWM 54

NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH – CỬU (PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR- PMSM)) CHO THANG MÁY 62

3.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

i(t), i Giá dtrị òng đ ện ức thời i t

kP, kI H s ệ ố khuyếch đại, hệ ố ích ph s t ân

p(t), p Công suất ác ụng tức thời t d

q(t), q Công suất phản kháng ức thời t

t Giá trị thời gian tức thời

v(t), v Giá i ttrị đ ện áp ức thời

ψLα Thành phần vector t ôừ th ng ảo êtr n hệ trục toạ độ α β -

ψLβ Thành phần vector t ôừ th ng ảo êtr n hệ trục toạ độ α β -

ψLd Thành phần vector t ôừ th ng ảo êtr n hệ trục toạ độ d - q

ψLq Thành phần vector t ôừ th ng ảo êtr n hệ trục toạ độ d - q

uL Vector iđ ện láp ưới

uLα Thành phần vector iđ ện lưới êáp tr n hệ trục toạ độ α β -

uLβ Thành phần vector iđ ện lưới êáp tr n hệ trục toạ độ α β -

uLd Thành phần vector iđ ện lưới êáp tr n hệ trục toạ độ d - q

uLq Thành phần vector iđ ện lưới êáp tr n hệ trục ạ độ d to - q

iL Vector dòng iđ ện lưới

iLα Thành phần vector òng d iđ ện lưới êtr n hệ trục toạ độ α β -

iLβ Thành phần vector òng d iđ ện lưới êtr n hệ trục toạ độ α β -

iLd Thành phần vector òng d iđ ện lưới êtr n hệ trục toạ độ d - q

iLq Thành phần vector òn d g iđ ện lưới êtr n hệ trục toạ độ d - q

uS, uconv Vector iđ ện v b áp ào ộchỉnh l u ư

uSα Thành phần vector iđ ện v b áp ào ộchỉnh lưu tr n hệ trục toạ độ α βê -

uSβ Thành phần vector iđ ện v b áp ào ộchỉnh lưu tr n hệ trục toạ độ α βê -

uSd Thành phần vector iđ ện v b áp ào ộchỉnh lưu tr n hệ trục toạ độ d ê - q

uSq Thành phần vector iđ ện v b áp ào ộchỉnh lưu tr n hệ trục toạ độ d ê - q

4Q B g ốn óc phần ư (viết ắt ủa our(4) uater t t c F Q )

DPC Điều khiển trực tiếp công su (viết ắtất t của Direct Power Control) DTC Điều khiển trực tiếp mômen (vi t c Dết ắt ủa irect Toque ontrC ol)

DPF Hệ số công suất dịch chuyển (viết ắt t c Dủa isplacement ower FP actor) FOC Điều khiển tựa t ừ trường (viết ắt t của Field Oriente Cd ontrol)

PF Hệ số công suất (viết ắt t c Power Fủa actor)

PMSMM Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (viết tắt của Permanent

Magnet ynchronous otor)S M

PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt của Pulse Width odulation) M

Te Mômen đ ện ừi t

VOC Điều khiển tựa theo điện láp ưới (viết ắt t c Vủa oltage riO ente Cd ontrol)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: C t ấu ạo thang máy

Hình 1.2: Chế độ làm việc của tải

Hình 1.3: Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,

tốc độ v, gia tốc a và độ dật theo thời gian.ρ

Hình 1.4: Đồ thị phụ tải của thang máy 5 tầng

Hình 1.5: Cấu trúc của bộ biến tần trực tiếp

Hình 1.6: Cấu trúc của bộ biến tần gián tiếp

Hình 2.1: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM

Hình 2.2: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại IPM

Hình 2.3: Đồ thị vectơ động cơ đồng bộ

Hình 2.4: Cấu trúc điều khiển vectơ động cơ SPM

Hình 2.5: Đồ thị vectơcủa SPM với điều khiển giảm từ thông dòng stato

không đổi

Hình 2.6: Cấu trúc mạch chỉnh lưu PWM thường gặp

Hình 2.7: B ộ biến đ i xoay chiều/một chiều/xoay chiều.ổ

Hình 2.8: Hệ thống phân phối điện năng một chiều

Hình 2.9: Sơ đồ thay thế đơn giản của chỉnh lưu 3 pha PWM

Hình 2.10: Giản đồ pha cho chỉnh lưu PWM

Hình 2.11: Các trạng thái chuyển mạch của chỉnh lưu PWM

Hình 2.12: Mối quan hệ giữa các vector trong chỉnh lưu PWM

Hình 2.13: Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu PWM trong hệ toạ độ tự nhiên

Hình 2.14: Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu PWM trong hệ toạ độ tĩnh α- β

Hình 2.15: Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu PWM trong hệ tọa độ quay d-q

Hình 2.16: Dòng công suất trong bộ biến đổi AC/DC hai chiều phụ thuộc

vào hướng iL

Hình 2.17: Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM

Hình 2.18: Hệ truyền động động cơ xoay chiều biến tần dùng chỉnh lưu -

PWM với các phương pháp điều khiển

Hình 3.1: Cấu trúc điều khiển vectơ của hệ truyền động biến tần động –

cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ biến tần động cơ đồng bộ kích từ nam châm

vĩnh cửu IPM, điều khiển trực tiếp mômen (DTC)

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý phần lực truyền động biến tần động cơ đồng

bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

Hình 3.4: Cấu trúc khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC

Hình 3.5: Cấu trúc khối điều khiển nghịch lưu của hệ truyền động biến

tần – động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng hệ biến tần 4Q Động cơ đồng bộ ba pha -

kích từ vĩnh cửu (PMSM) điều khiển theo VOC DTC -

Hình 3.7: Triển khai chi tiết khối PLECS Circuit

Hình 3.8: Triển khai chi tiết khối IGBT Converter

Hình 3.9: Triển khai chi tiết INVERTER

Hình 3.10: Triển khai chi tiết khối Speed controller trong INVERTER

Hình 3.11: Triển khai chi tiết khối Current controller trong INVERTER

Hình 3.12: Triển khai chi tiết khối SubSystem

Hình 3.13: Triển khai chi tiết khối Voltage controller trong SubSystem

Hình 3.14: Triển khai chi tiết khối Current controller trong SubSystem

Hình 3.15: Triển khai chi tiết khối PWM trong SubSystem

Hình 3.16a: Đồ thị tốc độ làm việc ở tốc độ cao và giảm tốc chuẩn bị dừng

Hình 3.17a: Đồ thị mô men của động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh

cửu

Hình 3.18a: Đồ thị điện áp một chiều của chỉnh lưu PWM

Hình 19a: 3 Đồ thị dòng điện và điện áp khi xảy ra hãm tái sinh nđc > nđb

(dòng ngược pha áp)

Hình 3.20a: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ

Hình 2.21a: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ

Hình 2.22a: Đồ thị dòng isq

Hình 2.23a: Đồ thị dòng isd

Hì nh 3.16b: Đồ thị tốc độ làm việc ở tốc độ cao và giảm tốc chuẩn bị dừng

Hình 3.17b: Đồ thị mô men của động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh

cửu

Hình 3.18b: Đồ thị điện áp một chiều của chỉnh lưu PWM

Hình 3.19b: Đồ thị dòng điện và điện áp khi xảy ra hãm tái sinh nđc > nđb

(dòng ngược pha áp)

Hình 3.20b: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ

Hình 2.21b: Đồ thị dòng điện ba pha cấp cho động cơ

Hình 2.22b: Đồ thị dòng isq

Hình 2.23b: Đồ thị dòng isd

M Ở ĐẦU

Ngày nay với s ự phát triển nhanh chóng ủa khoa học ỹ thuật c k và công nghệ êtr n th ới, Việt Nam đang từng ế gi ngày ội ập v n h nh ới ền kinh tế ế th ới gi

và tiếp nhận những thành tựu m ới nhất ủa khoa học c và công nghệ Đây là

những yêu cầu và thách thức đòi hỏi đội ngũ c ác nhà khoa học k ỹ thuật và

công nh n trong nước phải kh ng ngừng ọc ập để tiếp ậnâ ô h t c và làm chủnhững công nghệ êti n tiến của thế giới

Sau 2 năm được đào ạo thạc ỹ ạo trường t s t Đại ọc B h ách Khoa Hà N iộ ,

tôi đã được giao đề ài luận ăn tốt nghiệp t v là “Nghiên cứu hệ truyền động

xoay chiều đ ều khiển phụ ải thang máy” Đối t i t ượng nghi n cứuê là h ệtruyền động ến t - bi ần động c ơ đồng b ộ nam ch m vĩnh ửu cho thang máy â c

Thang máy ột thiết ị kh ng thể thiếu được trong việc ận chuyển

người và hàng ho theo ph ng thá ươ ẳng đứng trong ác toàn c nhà cao tầng Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng êtr n khắp

c ác miền đất ước n và nhờ đó thang máy, thang cu ốn nói chung, thang máy chở người nói ri êng , đã đang và s ẽ được s dử ụng ngày àng nhiều Tuy nhiên c

so với c nác ước trong khu vực thì s lố ượng thang m y được ắp đặt ở ướcá l n ta

chưa lớn và c là òn thiết b mị ới, sự hiểu biết v ề thang m c áy òn giới ạn nhiều htrong các nh chuyà ên môn Việc chọn đề t ài thang máy để làm luận ă v n sẽ giúp tô ó i i c đ ều ện t ki ìm ểu s v hi âu ề thang máy và h ệ truyền động i đ ềukhiển

c nóủa , cập nhật những kiến thức ới trong lĩnh vực truyền động để m nâng cao khả ă n ng chuy n m n cê ô ủa mình

Luận văn gồm có 3 chương:

Chương I : Tổng quan về thang m áy

Chương II : Nghiên cứu h ệ truyền động biến tần động ơ đồng ộ íc c b k h

t ừ nam ch m vĩnh ửu cho thang máyâ c

Chương III : Nghi n cê ứu bằng mô hình mô phỏng ệ truyền h động biến

t - ần động ơ đồng ộ kích từ nam ch m vĩnh cửu cho thang máy c b â

Đề t ã ài đ được hoành thành, ngoài s n lự ỗ ực của bản âth n còn có s ự chỉ

bảo, giúp đỡ động vi n của ác thầy ê c cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp

Tôi xin gửi ời l cám ơn s u sắc nhất đến PGS-TS Bùi Quốc Khánh , ngườiâ

đã ôlu n quan t m â động viên, khích l và tệ ận tình ướng dẫn h tôi trong su quá ốttrìnhthực hiện ận vlu ăn

C v ác ấn đề được đề ập đến trong quyển luận ăn này chắc chắn kh ng c v ô

tránh khỏi thiếu sót, t i rất ô mong nhận được những ý kiến đóng óp ừ ác g t c thầy cô giáo và c b ác ạn đồng nghiệp

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY

1.1.1 Giới thiệu

Thang máy là một thi t bế ị chuyên dùng đ vể ận chuyển ngư i, hàng hoá, ờ

vật liệu,… theo phương th ng đ ng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15ẳ ứ 0 so với phương th ng đẳ ứng theo một góc đã định sẵn

Thang máy thường đư c dùợ ng trong các khách s n, công sạ ở, chung cư,

bệnh viện, đài quan sát, tháp truy n hình, các nhà máy và công xưởề ng,… Đ c ặ

điểm v n chuyển bằng thang máy so vớậ i các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ ậ v n chuy n bé, tể ần suất vận chuy n lể ớn, đóng m ởmáy liên tục Ngoài ý nghĩa v v n chuyển, thang máy còn là một trong ề ậnhững yếu tố làm tăng v ẻ đẹp và ti n nghi c a công trìnhệ ủ

Ý nghĩa sử ụ d ng của thang máy rấ ớt l n cho nên nhi u quề ốc gia trên thế giới đã quy định đ i với các toà nhà cao 6 tầng trố ở lên đều phải được trang bị thang máy để đả m bảo cho người đi l i thu n ti n, ti t ki m thạ ậ ệ ế ệ ời gian và tăng năng suất lao động Đối v i nh ng công tớ ữ rình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn,…do yêu cầu ph c v v n ph i đư c trang b thang máy n u ụ ụ ẫ ả ợ ị ếnhư số ầ t ng nhỏ hơn 6 Giá thành của thang máy trang bị cho công trình có thể chi m tới 10% t ng giá thành c a công trìnhế ổ ủ

1.1.2 Lịch sử phát tri n của thang máy ể

Cuối thế ỷ k 19, trên th gi i mới chỉ có mộế ớ t vài hãng thang máy ra đ i ờnhư OTIS, Schindler Chi c thang máy đ u tiên đã đưế ầ ợc ch tế ạo và đưa vào

s dử ụng của hãng thang máy OTIS ( ỹM ) năm 1853 Đ n năm 1874, hãng ếthang máy Schindler (Thuỵ Sĩ) cũng đã ch tế ạo thành công nh ng thang máy ữkhác Lúc đầu bộ ờ t i kéo ch có m t t c đ , cabin có k t cỉ ộ ố ộ ế ấu đơn giản, c a ử

tầng đóng mở bằng tay, tốc đ di chuyển của cabin thấp ộ

Đầu th k 20, có nhi u hãng thang máy khác ra đ i như KONE (Ph n ế ỷ ề ờ ầLan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đ c), ứSABIEM (Ý),… đã chế ạ t o lo i thang máy có t c đ cao, ti n nghi trong ạ ố ộ ệcabin tốt hơn và êm hơn

Vào đầu nh ng năm 1970 thang máy đã chữ ế ạ t o đạt t i t c đ ớ ố ộ450m/phút, nh ng thang máy chữ ở hàng đã có t i trọả ng nâng tới 30 tấn đ ng ồthời cũng trong kho ng thả ời gian này đã có những thang máy thuỷ ự l c ra đ i ờSau một kho ng th i gian rả ờ ất ngắn với tiến bộ ủ c a các ngành khoa học khác,

tốc đ thang máy đã đạt tới 600m/phút Vào nhữộ ng năm 1980, đã xu t hiện hệấthống đi u khiểề n đ ng cơ m i bằộ ớ ng phương pháp bi n đ i điện áp và t n sế ổ ầ ố (inverter) Thành t u này cho phép thang máy hoự ạt đ ng êm hơn, ti t kiệm ộ ế

được khoảng 40% công suấ ột đ ng cơ Đ ng thờồ i cũng vào nh ng năm này đã ữxuất hi n loệ ại thang máy dùng động cơ c m ng tuyến tính ả ứ

Vào đầu nh ng năm 1990, trên th giữ ế ới đã chế ạ t o nh ng thang máy có ữ

tốc đ đạt tới 750m/phút và các thang máy có tính năng kỹộ thu t đ c biệt ậ ặ

Trong thời đi m hiệể n nay khi mà mật đ dân cư tộ ại các thành phố và các khu công nghiệp ngày càng tăng d n đẫ ến s phát tri n cự ể ủa các khu đô th ịcao tầng, nhiều toà nhà cao tầng được xây dựng thì nhu c u sầ ử ụ d ng thang máy là không thể thi u ế

d

1.1.3 Tình hình sử ụng thang máy ở Việt Nam

Chúng ta có thể thấy r ng trong thằ ời đại công nghi p hoá và hiệ ện đ i ạhoá hi n nay ệ thì thời gian và sức lực của con ngư i là thứ ờ vô cùng quý giá, chính vì vậy cần phải đư c tiết kiệm và sử ụợ d ng hợp lý, đây cũng chính là tiêu chí mà các nhà sản xuất đưa ra để nghiên c u ch t o các lo i thang máy t i ứ ế ạ ạ ố

ưu tiết ki m th i gian và s c l c cho con ngư i nh t ệ ờ ứ ự ờ ấ

Thị trư ng sờ ử ụ d ng thang máy l n nhớ ất ở nước ta là hai thành phố ớ l n:

Thủ đô Hà N i và thành phộ ố ồ H Chí Minh, đây là nơi tập trung các công sở,

trung tâm thương mại, các chung cư cao tầng Hầu hết các toà nhà cao tầng

đều đã đư c l p đ t thang máy Không ch d ng l i nh ng trung tâm l n, ợ ắ ặ ỉ ừ ạ ở ữ ớ

mà thị trư ng sử ụờ d ng thang máy đã và s đư c mở ộẽ ợ r ng t i các thành phớ ố, thị xã, các khu công nghi p khác trong cảệ nư c,… ớ

Hiện nay trên thị trư ng thang máy nư c ta có các sảờ ớ n phẩm của các hãng như: Hãng MITSUBISHI elevator, LG elevator, NIPPON elevator, FUJI elevator,… Ở Việt Nam, có nhiều công ty kinh doanh về lĩnh vực thang máy như công ty thang máy Thiên Nam là một đ i di n hàạ ệ ng đầu của thành phố

H ồ Chí Minh, là độc quyền cho hãng thang máy nổi tiếng Hàn Qu c SIGMA, ố

và công ty thang máy Thái Bình cũng là một đ i diện thành phốạ H Chí ồMinh,… các công ty này đều có khả năng cung cấp các loại thang máy chất lượng cao mà giá thành ch b ng 1/3 giá thành thang máy nh p ngoỉ ằ ậ ại, các công ty này h u hầ ết đã m r ng th trưở ộ ị ờng ra miền nam, miền trung và miền

bắc Hiện nay các công ty thang máy trong nư c đ u có khả năng lắớ ề p đ t, bảo ặtrì và sửa chữa các loại thang máy và đang không ng ng nâng cao tỷ ệ ộừ l n i

địa hoá đ gi m giá thành s n ph m cũng như tăng kh năng t ch trong vi c ể ả ả ẩ ả ự ủ ệ

sản xuất thang máy

1.1.4 Phân lo i và ký hi u thang máyạ ệ

Thang máy hiện nay đã đư c thiết kế và chế ạợ t o rất đa dạng, v i nhi u ớ ềkiểu loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử ụ d ng của từng công trình Có thể phân lo i thang máy theo các nguyên tạ ắc và đ c điặ ểm sau:

* Phân lo i theo công dạ ụng: Có 5 lo i ( TCVN 5744 1993 )ạ –

- Thang máy chuyên chở ngư i ờ

- Thang máy chuyên chở ngư i có tính đ n hàng đi kèm ờ ế

- Thang máy chuyên chở hàng có ngư i đi kèm ờ

- Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

Ngoài ra còn có các loại thang chuyên dùng khác như thang máy c u ứhoả, chở ôtô,

* Phân loại theo hệ thống dẫ n đ ộng cabin:

- Thang máy dẫn đ ng đi : loại này dẫộ ện n đ ng cabin lên xu ng nhộ ố ờ

động cơ đi n truy n qua h p gi m t c t i puly ma sát ho c tang cu n cáp ệ ề ộ ả ố ớ ặ ố

- Thang máy thuỷ ự l c

- Thang máy khí nén

* Phân loại theo v ị trí đ ặt bộ ờ t i kéo

- Thang máy có bộ ờ t i kéo đ t phía trên giếng thangặ

- Thang máy có bộ ờ t i kéo đ t phía dư i giếng thangặ ớ

- Thang máy dẫn đ ng cabin lên xuóng bằng bánh răng thanh răng : bộộtời dẫn đ ng đ t ngay trên nóc cabin ộ ặ

- Thang mát thuỷ ự : buồ l c ng máy đ t tại tầng trệt ặ

* Phân lo i theo các thông sạ ố cơ b n: ả

- Theo tốc đ di chuyển của cabin: ộ

Loại tốc đ thấp : v < 1m/sộ Loại tốc đ ộ trung bình : v = 1 2.5 m/s–

– Loại tốc đ cao : v = 2.5 4 m/sộ

Loại tốc đ r t cao : v > 4m/s ộ ấ

- Theo khối lư ng vẫn chuyển của cabin: ợ

Loại nhỏ : Q < 500kgLoại trung bình :Q = 500 – 1000kg Loại lớn : Q = 1000 – 1600kg Loại r t lấ ớn : Q > 1600kg

Thang máy được ký hiệu bằng các ch và s , d a vào các thông số cơ ữ ố ự

bản sau:

- Loại thang: theo thông lệ quốc tế, ngư i ta dùng các chữ cái ( chữờlatinh ) để ký hi u như sau: ệ

+ Mở chính giữa lùa v hai phía : CO (ề centre opening)

+ Mở ộ m t bên, lùa về ộ m t phía : 2S (Single side)

1.1.5.Cấu tạo thang máy

c

Sơ đồ ấu tạo của loại thang máy chở người thông dụng nhất, dẫn đ ng ộ

bằng tời đi n với puly dẫn cáp bằng ma sát ( ọi tắt là puly ma sát) được chỉ ra ệ g

ở hình 1.1 B t kéo 21 đư c đ t trong trong bu ng máy 22 nộ ờ ợ ặ ồ ằm ở phía trên giếng thang 15 Gi ng thang 15 ch y dế ạ ọc su t chiố ều cao c a công trình và ủđược che ch n bằng kết cấu chắ ịu lự gạch, bê tong hoặc ( c kết cấu thép với lư i ớche bằng kính) và chỉ để các cửa vào giếng thang đ l p cử ầng 7 Trên kết ể ắ a tcấu chịu lực dọc theo giếng thang có gắn các ray dẫn hư ng 12 và 13 cho đ i ớ ốtrọng 14 và cabin 18 Cabin và đối trọng được treo trên hai đ u của các cáp ầ

nâng 20 nhờ ệ ố h th ng treo 19 Hệ ố th ng treo có tác dụng đ m bảo cho các cáp ảnâng riêng biệt có độ căng như nhau Cáp nâng đư c v t qua các rãnh cáp c a ợ ắ ủpuly ma sát của bộ ờ t i kéo Khi bộ ờ t i kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển đ ng đ n cáp nâng làm cabin và độ ế ối trọng đi lên hoặc xuống dọc theo giếng thang Khi chuyển đ ng, cabin và đ i trọộ ố ng tựa trên các ray

dẫn hư ng trong giếng thang nhờ các ngàm dẫớ n hư ng 16 Cửa cabin 4 và cửa ớ

tầng 7 thư ng là loại cửa lùa sang một bên hoặc hai bên chỉ đóng và mở được ờkhi cabin dừng trư c c a tớ ử ầng nhờ cơ c u đóng m c a 3 đặt trên nóc cabin ấ ở ử

Cửa cabin và cửa tầng đư c trang bị ệ thốợ h ng khoá liên đ ng và các tiếộ p đi m ể

để đả m b o an toàn cho thang máy ho t đ ng (thang máy không hoạả ạ ộ t đ ng ộđược n u mộế t trong các c a t ng ho c c a cabin chưa đóng h n, h th ng ử ầ ặ ử ẳ ệ ốkhoá liên đ ng độ ảm bảo đóng kín các cửa t ng và không mở ầ được t bên ừngoài khi cabin không ở đúng v trí c a tầị ử ng Đ i v i lo i cố ớ ạ ửa lùa đóng m t ở ự

động thì khi đóng m c a cabin, h th ng khoá liên đ ng kéo theo c a t ng ở ử ệ ố ộ ử ầcùng đóng hoặc m ) T i các điở ạ ểm trên cùng và dưới cùng của giếng thang

có đặt các công tắc hạn chế hành trình cho cabin

Phần dư i của giếng thang là hố thang 10 để đặt các giảm chấn 11 và ớthiết bị căng cáp h n chế ốạ t c đ 9 Khi h ng hệ ốộ ỏ th ng đi u khi n, cabin hoề ể ặc

đối tr ng có th đi xu ng ph n h thang 10, vư t qua công t c h n ch hành ọ ể ố ầ ố ợ ắ ạ ếtrình và t lên giỳ ảm chấn 11 đ ể đảm bảo an toàn cho kết cấu máy và tạo khoảng tr ng c n thiố ầ ết dư i đáy cabin đểớ có th m bảo an toàn khi bảo ể đả

dư ng, điỡ ều ch nh và sửỉ a ch a ữ

B hộ ạn chế ố t c đ 2 đượộ c đ t trong buống máy 2 và cáp của bộ ạn chếặ h

tốc đ 8 có liên kết với hệ thốộ ng tay đòn c a bộ hãm bảo hiểm 17 trên cabin ủKhi đứt cáp ho c cáp trư t trên rãnh puly do không đ ma sát cabin đi xu ng ặ ợ ủ ố

với tốc đ vượt quá giá trị cho phép, bộ ạn chế ốộ h t c đ qua cáp 8 tác động lên ộ

b ộ hãm bảo hiểm 17 để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hư ng trong giếng ớ

thang Ở ộ m t số thang máy, bộ hãm bảo hiểm và hệ ố th ng hạn chế ố t c đ ộ còn được trang b cho c i trọng ị ả đố

1.2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC C A T I VÀ YÊU C U C A H TRUY N Ủ Ả Ầ Ủ Ệ Ề

ĐỘNG I N DĐ Ệ ÙNG TRONG THANG MÁY

1.2.1 Chế độ làm vi ệc c a t i ủ ả

Cabin thang máy hành khách chuyển động theo ph ng thươ ẳng đứ và ng

được trư t theo các rãnh đợ ịnh hướng Mô men của động cơ truy n đề ộng cho cabin thang máy cũng thay đổi theo t i tr ng rất rõ rệt, khi không tải mô men ả ọ

động cơ không vư t quá (15 ÷ 20)% Mợ đm Do đó, để ử ụ s d ng tối ưu về mô men và công suấ ột đ ng cơ, kh b nh hưử ỏ ả ởng của trọng lượng cáp treo, trong thang máy đã sử ụ d ng cáp cân bằng và đối tr ng Trọ ọng lượng c a đ i tr ng ủ ố ọthang máy chở khách thư ng chọn: ờ

đi xu ng thì đố ộng cơ làm vi c ch ệ ở ế độ động cơ với chiều quay ngượ ạc l i (góc phần tư III)

Khi nâng và h cabin không t i, tình hình có khác, nâng cabin không tạ ả ải thực chất là hạ đố i trọng xuống, đ ng cơ làm vi c ởộ ệ ch ng cơ (góc ph n ế độ độ ầ

tư thứ III) và hạ cabin không t i thựả c ch t là nâng đ i trọấ ố ng lên, đ ng cơ làm ộ

việc chở ế độ độ ng cơ (góc phần tư th ứI)

Khi giảm tốc đ t cao xu ng thấộ ừ ố p đ ể nâng cao c p chính xác dấ ừng cabin, tùy theo chiều quay đ ng cơ s làm vi c ởộ ẽ ệ ch ế độ hãm tái sinh (góc phần tư th II và IV) ứ

Minh h a trên hình vọ ẽ sau:

A1: nâng cabin đầy tải tốc đ ộcao

A2: nâng cabin đầy tải tốc đ th p (chu n bộ ấ ẩ ị ừ d ng khi đến sàn tầng)

A1’: hạ cabin đ y tả ốầ i t c đ ộcao

A2’: hạ cabin đ y tả ốầ i t c đ thấp (chu n bộ ẩ ị ừ d ng khi đến sàn tầng)

C1, C2: Hãm khi giảm t c đ t ố ộ ừcao xu ng th p trong chố ấ ế độ nâng

C1’, C2’: Hãm khi giảm t c đ t ố ộ ừcao xu ng th p trong chố ấ ế độ ạ h

1.2.2 Các yêu cầ u v truy n đ ng đi n ề ề ộ ệ

Một trong các yêu cầu cơ bản đ i v i h truy n đ ng thang máy là ph i ố ớ ệ ề ộ ả

đảm b o cho cabin chuy n đ ng êm Cho nên, v n quan tr ng nh t t ra ả ể ộ ấ đề ọ ấ đặ

đối v i ngư i thi t k ôớ ờ ế ế kh ng ch t đư c t c ỉ đạ ợ ố độ cao mà là ph i gi i quy t ả ả ế

được những v n mà côấ đề ng nghệ đòi h iỏ , như yêu cầu v i u ề đ ề chỉnh t c ố độ,

giảm đượ độc ậ ủgi t c a cabin, tránh cảm giác khó chị cho hành ách u kh ở giai

đ ạo n kh i ng và d ng t ng Vì v yở độ ừ ầ ậ , các tham s ốchính đặc tr ng cho ch ư ế độ

làm việc c a ủ thang máy là t c ố độ di chuyể v m/s , gia tố a m/sn [ ] c [ 2] và độ giật

ρ [m/s3] Biểu đ làm việc tối ưu củồ a thang máy t c đ ố ộ trung bình và t c đ ố ộcao với năm giai đo n chính: mở ạ máy, chế độ ổ n đ nh, hãm xu ng tị ố ốc đ ộthấp, buồng thang đến t ng và hãm dầ ừng như hình 1- 3

Khi tốc đ cabin đ t giá trộ ạ ị ừ (0,75 ÷ 3,5) [m/s], gia tốc tối ưu a ≤ 2 [m/s2], giá trị này củ gia tốc nhằa m đ m bảả o năng su t cao, không gây ra cảm ấgiác khó ch u cho hành khách Mị ộ ạt đ i lượng nữa cũng nh hư ng đả ở ến sự di

đị h

Hãmxuống ố

Hình 1.3: Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S,

tốc độ v, gia tốc a và độ dật ρ theo thời gian

chuyển êm của cabin, đó là đ ậộ gi t (đ o hàm b c nhạ ậ ất của gia tốc

da

=

=

ρ ) Khi giá trị ủa gia tố c c đ t ạ

tối ưu a ≤ 2 m/s [ 2] thì độ giật ρ ≤ 20 [m/s 3]

1.2.3 Các yêu cầ u v d ng chính xác, ti t ki m năng lư ng và an toàn ề ừ ế ệ ợ

a Dừng chính xác cabin

Buồng thang c a thang máy c n phủ ầ ải đư c dừợ ng chính xác so với mặt

bằng của tầng đ hành khách và hàng hóa ra vào thuận tiện, giảm thời gian ểvào, ra nhằm nâng cao năng suất thang máy Sai l ch vệ ề quãng đường khi có

lệnh dừng buồng thang có thể được tính theo biểu thức sau:

) (

4

2 0 0

c

M i

D J

t v S

± +

J mô men quán tính quy đổi về cabin, [kgm2]

Mph – mô men phanh hãm (ma sát), [N]

của đ ng cơ lúc b t đ u hãm (S ≈ ωộ ắ ầ 0 ) Điều này, phù h p v i gi n đ v n t c ợ ớ ả ồ ậ ốtrình bày trên hình vẽ 1-2 Đ i v i thang máy có v n t c trung bình và nhanh ố ớ ậ ố

(v = 2,5 [m/s], a = 2 [m/s2]) thì độ chính xác d ng máy yêu cầu là ±(5 ÷ 10) ừ[mm]

b Tiết kiệ m năng lư ng ợ

Các vấn đ như gi m thời gian vào, ra c a hành khách hay hàng hóa, ề ả ủchọn lựa các thiết bị có thời gian tác đ ng nhanh,… cũng là m t trong các ộ ộbiện pháp nâng cao năng suất của thang máy Nhưng chính việc sử ụ d ng các

h ệ thống truyền đ ng đi n hiệộ ệ n đ i mới thực sự tiết kiệạ m đáng kể v ề năng lượng cho nó Đ i v i thang máy chạy chậm (v ≤ 0,5 [m/s]) sử ụố ớ d ng các hệ truyền động động cơ không đồng bộ ộ m t vài cấp tốc đ , dừộ ng thang máy bằng phanh hãm điện t cho nên tiêu hao nhi u nừ ề ăng lượng Các hệ truyền động hiện đại hơn có thể ế k t h p hãm cơ khí và hãm đi n (ch y u là hãm động ợ ệ ủ ếnăng tiêu hao năng lư ng trên điợ ện tr ) vẫn không cảở i thiện được h s công ệ ốsuất (cosϕ) và làm méo các dạng sóng lư i đi n, ớ ệ

Bằng việc sử ụng bộ biến đổi tần số ùng chỉnh ưu PMW cho phép d d l

động cơ nâng h cabin thang máy làm viạ ệc cả 4 góc phần tư, cho phép nâng cao hệ ố s công su t (cosϕ ≈ấ 1), đảo chi u chuyề ển động linh ho t, rút ngạ ắn thời gian thao tác vào, ra và dạng đường cong dòng và áp gần hình sin nhất,

độ méo không đáng k Đ c bi t là có th s d ng hãm tái sinh tr năng lư ng ể ặ ệ ể ử ụ ả ợcho lưới đi n ệ

c An toàn khi v n hànhậ

Đố ới v i thang máy hành khách, cabin phải được trang bị ộ b phanh bảo hiểm (phanh dù) Phanh bảo hiểm giữ cabin tại chỗ khi bị đứt cáp, mất đi n ệ

và khi tốc đ chuyểộ n động của cabin vượt quá từ (20 ÷ 40)% tốc đ ộ định mức

Phanh b o hiả ểm thư ng đư c chế ạờ ợ t o theo ba kiểu: Kiểu nêm, ki u lể ệch tâm và kiểu kìm Trong đó, phanh b o hiả ểm kiểu kìm đư c sử ụợ d ng rộng rãi hơn, nó đảm b o cho cabin dả ừng êm hơn

Phanh b o hiả ểm thư ng đư c lắờ ợ p phía dư i cabin, cùng vớ ới k t cế ấu của phanh bảo hiểm, cabin có trang bị thêm cơ cấu hạn chế ố t c đ kiểu ly tâm ộKhi cabin chuyển động sẽ làm b h n chế ốộ ạ t c đ kiểộ u ly tâm quay, khi tốc dộ cabin vượt quá giá trị nói trên thì cabin được ép ch t vào thanh dẫặ n hướng và

do đó, hạn ch ợ ốếđư c t c đ c a cabin ộ ủ

1.3 ÍNH CHỌNT CÔNG SUẤT ĐỘNG Ơ C

Tính chọn đúng công suất động cơ truyền động cho cabin của một thang máy có ý nghĩa hết sức quan trọng, nó đảm bảo sử dụng triệt để khả năng phát nóng của dây quấn máy điện, đảm bảo được năng suất, nâng cao hiệu suất hệ truyền động và cosϕ của lưới điện Để có thể tính chọn được công suất truyền động cho cabin thang máy 5 tầng cần có các số liệu sau:

- Vận tốc chuyển động của cabin: 60 m/phút (1m/s)

Phụ tải tĩnh là do trọng lượng của: cabin, tải trọng và đối trọng (trong

sơ đồ động học có sử dụng dây cáp cân bằng cùng chủng loại với dây cáp kéo cho nên trọng lượng cáp được bỏ qua)

- Lực kéo đặt lên puly khi nâng tải:

F =(G G+ −G ).k.g (1- 2)Trong đó : G là khối lượng hàng (kg)

Gcb là khối lượng cabin (kg)

Gdt là khối lượng đối trọng (kg)

k là hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (k = 1.15 ÷ 1.3)

g là gia tốc trọng trường + Khối lượng đối trọng : Gdt =Gcb +αG (1 3)- Với α là hệ số cân bằng α = ( 0.3 ÷ 0.6), chọn α = 0.4 ta tính được

b Mô men khi nâng tải:

- Mô men tương ứng với lực kéo khi nâng tải định mức

n

n

F RM

i.η

= (1-5)

Trong đó : R = 0.25 (m) là bán kính puly

i là tỉ số truyền của cơ cấu (chọn i = 30)

η là hiệu suất của cơ cấu (chọn η= 0.75)

47,04(Nm)30.0,75

54233,6.0,2

Fh0 = (Gđt – Gcb).k.g = (560 320).1,2.9.8 = 2.82– 2,4 (N) (1-8)

b Mô men khi hạ

- Mô men tương ứng với lực kéo khi hạ tải định mức:

26,46(Nm).0,75

30

54233,6.0,2η

.i

.0,254,2822η

.i

RF

1.3.3 Xác định đồ thị phụ tải, hệ số đóng điện tương đối

Muốn xác định được hệ số đóng điện tương đối cần phải xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh Để thuận tiện cho tính toán ta có một số giả thiết sau:

- Cabin luôn đầy tải (10 hành khách)

- Qua mỗi tầng cabin chỉ dừng một lần đón trả khách

- Thời gian vào/ ra cabin được tính gần đúng 1s/ 1 người

- Thời giam mở cửa cabin là 1s/ 1 lần

- Thời giam đóng cửa cabin là 1s/ 1 lần

- Giả sử mỗi tầng có một người ra thì có một người vào thì thời gian nghỉ sẽ là: tng= 4s

Tra bảng 3-1 [Sách TBĐ-ĐT Máy công nghiệp dùng chung, trang 31] thì thời gian mở máy và hãm máy là:

-Quãng đường đi được trong thời giam mở máy và hãm máy là:

0,6(m)2

1,5.0,92

t.aSS

2 2

kđ h

-Thời gian chuyển động của cabin ở giữa hai tầng liên tiếp là:

2,8(s)1

0,60,64v

SSH

-Thời gian làm việc của cabin ở giữa hai tầng liên tiếp là:

tlv = tkđ + t + th= 0,9 + 2,8 + 0,9 = 4,6 (s) (1 14)Giả thiết khi lên tầng trên cùng cả 10 hành khách cùng ra hết và lại có

-10 hành khách mới vào cabin để đi xuống tầng dưới Như vậy, thời gian nghỉ khi này là:

t0 = 1 + 10.1 + 10.1 + 1 = 22 (s) (115)

-Khi xuống với giả thiết cả vận tốc và gia tốc giữ không đổi nên tlv (4,6 s) và tng (4 s) như khi đi lên Giả thiết khi tầng 1 cả 10 hành khách cùng ra hết

và lại có 10 hành khách mới vào cabin để đi lên tầng trên Như vậy, thời gian nghỉ khi này là:

t0’ = t0= 1 + 10.1 + 10.1 + 1 = 22 (s) (1 16)Chu kỳ làm việc của thang máy là:

-tck = 4.tlv + 4.tng + 2.t0 = 4.4,6 + 4.4 + 2.22 = 78,4 (s) (1 17)

-Đồ thị phụ tải tĩnh xây dựng được như sau:

Từ đồ thị phụ tải xác định được hệ số đóng điện tương đối:

23%

.10078,4

4.4,6.100

t

tε

ck

lv

-1.3.4 Xác định công suất động cơ

Mô men đẳng trị của động cơ xác định theo biểu đồ phụ tải tĩnh:

78,4

.4.4,6(17,64)

.4.4,6)(26,46)

.4.4,6(31,36)

.4.4,6((47,04)

t

tMM

2 2

2 2

ck lv

2 i tt

=

++

231716,31ε

εMM

tc

tt tt

-Công suất động cơ là:

(W)22,5873

.300,25

1.8935,29i.R

vMω.M

Chọn đ ng cơ có sông su t P > 3,587 (ộ ấ kW

1.4 H Ệ TRUYỀN ĐỘNG Đ Ệ I N HIỆN ĐẠI DÙNG TRONG THANG

MÁY

Nhìnchung khi thiế ế ệ ống t k h th trang bị đ ệ i n - điệ ửn t dùng cho thang

máy, việ ự chọc l a n m t h ộ ệ truyề động, chọ loạ động ơ phả ự tr n cácn n i c i d a ê

+ BBT phụ thu c (hay BBT tr c ti p – cyclocoộ ự ế nvert ) ; loại n er ày biến

đổi th ng dẳ òng i n xoay chi u t n s fđ ệ ề ầ ố 1thành f2 ôkh ng qua kh u chỉnh ưu â l

CL nên hiệ suấu t cao hơn loại trên nhưng việ thay đổ ầc i t n s ố ra kh khăn và ó phụ thu c v tộ ào n s fầ ố 1

+ BBT độ ậ (hay BBT gián tiế autonom inv ter) hay còn ọerBBT trung gian

Trong BBT loại này, dòng i n đ ệ xoay chiề đầu u v tào n s fầ ố 1đượ chỉnhc

lưu thành òng đ ệ d i n m t ộ chiề (tầu n s ố f = 0), lọ ồ ạ đượ biế đổ thànhc r i l i c n i

khiển, chỉnh lưu bán điều khiển) và phân loại theo sơ đồ mắc van (hình tia, hình cầu)

Bộ chỉnh lưu diode và thyristor đã có lịch sử gần năm mươi năm và chúng được định nghĩa như một thiết bị điện tử công suất cổ điển, được ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế

Ưu điểm : Chỉnh lưu diode và thyristor có các ưu điểm như: đơn giản, bền và

giá thành thấp

Nhược điểm - : dòng điện chứa nhiều sóng điều hoà bậc cao làm ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

- gây ra hệ số công suất thấp

- các bộ chỉnh lưu dùng diode và thyristor chỉ dẫn năng lượng theo một chiều dẫn đến khó trao đổi năng lượng giữa động cơ và lưới Vì vậy, năng lượng không thể được trả về lưới từ động cơ mà bị tiêu hao trên các điện trở được điều khiển bởi các ngắt điện nối dọc theo mạch một chiều Phương pháp cải tiến vấn đề này là dùng hãm dập năng lượng mạch một chiều hoặc dùng bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu trả về lưới

Do các nhược điểm của bộ chỉnh lưu cũ đòi hỏi phải tìm ra một bộ chỉnh lưu mới thoả mãn các điều kiện:

- Chứa ít sóng điều hoà bậc cao

- Hệ số cos φ cao

- Năng lượng chảy được theo theo hai chiều

Như vậy vấn đề đặt ra ở đây là phải tìm ra một loại chỉnh lưu tự nó thoả mãn những yêu cầu đã nêu trên Những năm gần đây người ta đưa ra cấu trúc biến tần sử dụng bộ chỉnh lưu PWM để khắc phục những nhược điểm trên Biến tần này có thể hoạt động trên cả bốn góc phần tư nên còn gọi là biến tần

4 góc phần tư (4Q) Sự ra đời của loại biến tần này mang lại một giải pháp kỹ

thuật mới với nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại biến tần nguồn áp thông thường

1.4.2 Phân tích ác ph c ương án truyền động

a Động cơ không đồng bộ

Động c ôơ kh ng đ ng b có k t c u đơn gi n, ch c ch n, v n hồ ộ ế ấ ả ắ ắ ậ ành an

toàn và s dử ụng nguồn cung c p ực ế ừấ tr ti p t lướ đ ệi i n xoay chi u ba pha Tuy ềnhiên, vấ đề đ ền i u khiể độn ng c ơ xoay chiều n chung và độ c ói ng ơ không

đồng b n êộ ói ri ng ph c t p h n đ ng c m t chi u và s r t ph c t p n u đòi ứ ạ ơ ộ ơ ộ ề ẽ ấ ứ ạ ế

h i ỏ hiệ xuấ cao Nguy n nh n cơ ảu t ê â b n là có nhiề quan hệ phi tuyế (n, M, u n I), xử lý ph c t p c t ứ ạ ác ín hiệu h i ti p, i u ồ ế đ ề khiển ph c t p ứ ạ nguồn cung cấp có

đ ệi n và táp ần s bi n ố ế thi n Vê ì vậy, trư c đây các h truy n ng i n ng ớ ệ ề độ đ ệ độ

c ôơ kh ng đồng ộ ba pha c đ ề chỉnh ố độ chiế b ó i u t c m t l ỉ ệ ít so vớ đội ng c ơ

m t ộ chiề Trong thờ gian gầ đây do sự phát triểu i n n c a côủ ng nghệ chế ạ t o

b d n côán ẫ ng suất và k ỹ thuậ đ ệ ử tin họt i n t c cộng vớ những thành ự trọngi t u

việc nghiên cứu lý thuyế đ ềt i u chỉnh t ự độ ng động ơ xoay chiề c u, nh ng ưu ữthế ủ độ c a ng c ơkhông đồng bộ ặ, đ c biệt là động c rôơ to lồng s ócso vớ đội ng

c m t ơ ộ chiều v m t k t c uề ặ ế ấ , vận h h và s a àn ử chữ đã đượ khai thác triệ để a c t

Xu thế hi n ệ nay là ứng dụ i u ng đ ề khiển vect v c hơ ào ác ệ đ ề i u khiển chuy n ểđộng

C h ác ệ thống đ ề chỉnh ố độ động ơ xoay chiề i u t c c u có y c u êu ầ cao về

giả đ ềi i u chỉnh và tính chất động h c ọ chỉ có thể thực hiện được v i c bớ ác ộ

biế ần t n Các h nệ ày s dử ụ độ c ông ng ơ kh ng đồ b rng ộ oto ồ s có k t c u l ng óc ế ấđơn giản, v ngữ chắ , gi thành ẻ, c thể àm ệc trong mọc á r ó l vi i môi trư ng phờ ức

tạp Trong lĩnh ực đ ề khiể thang máy, phương án truyề động ử ụng v i u n n s d

động c l ng sóc i u khi n b ng bi n t n i u khi n ng c truy n ng ơ ồ đ ề ể ằ ế ầ để đ ề ể độ ơ ề độcabin hiện nay đang là ương ph án đượ ử ục s d ng ng rộ r ãinhất thay th ếcho các

ph ng ươ án dùng động c m t ơ ộ chiều và động c rôơ to d y quấâ n ó , c th thay đổi ể

Động cơ đồng bộ luôn luôn đảm bảo quay đồng bộ và cùng tần số với nguồn điện, chỉ cần nguồn điện giữ được điện áp và tần số tuyệt đối không đổi Thiết bị có kích thước nhỏ như chiếc đồng hồ quay định giờ, lớn đến mức như các động cơ đồng bộ cỡ lớn trong hệ thống máy phát một chiều đều sử dụng đặc điểm quay với tốc độ góc không đổi

Động cơ đồng bộ còn có một ưu điểm nổi bật là có thể điều chỉnh được

hệ số công suất cuả nó bằng các phương pháp kích từ, có thể làm cho hệ số công suất cao hơn 1 (cosϕ ≥ 1) Trong một nhà máy chỉ cần sử dụng một vài động cơ đồng bộ với dung lượng rất lớn truyền động cho các phụ tải yêu cầu tốc độ bất biến (chẳng hạn như máy bơm, máy nén khí) là có thể cải thiện được công suất của toàn nhà máy

Động cơ đồng bộ (đặc biệt là loại công suất lớn) khi khởi động rất phức tạp, lúc nghiêm trọng có thể phát sinh dao động mạnh điện áp của lưới điện gây ra nguy hiểm cho lưới điện, cho các phụ tải lân cận và cho chính động cơ đồng bộ Ngoài ra, các vấn đề dao động và mất đồng bộ khi tải trọng lớn cũng còn là trở ngại khi sử dụng động cơ đồng bộ Vì vậy, trừ khi có những yêu

cầu đặc biệt, các thiết bị công nghiệp nói chung rất ít dùng đến động cơ đồng

bộ

Ngày nay, kỹ thuật điện tử, tin học đã phát triển rất mạnh, những trở ngại khi sử dụng động cơ đồng bộ đã được khắc phục Bằng việc sử dụng bộ biến tần điện tử công suất để thực hiện điều khiển phối hợp điện áp tần số, đã làm thay đổi bộ mặt của động cơ đồng bộ từ chỗ không thể điều chỉnh được tốc độ trở thành một thành viên của đại gia đình các động cơ điều tốc Trở ngại ban đầu của động cơ đồng bộ đã được loại bỏ Chẳng hạn như vấn đề khởi động, mặc dù tần số có thể thay đổi từ thấp đến cao, tốc độ quay cũng có thể tăng lên dần dần, khi khởi động không đòi hỏi bất cứ biện pháp phụ trợ nào, thậm chí đối với những máy điện cao tốc mang tải lớn đến vài trăm MW, còn có thể cài đặt thêm phần mềm các thiết bị biến tần để khởi động Còn về vấn đề mất đồng bộ, với nguyên nhân xuất phát chính là tốc độ quay đồng bộ của từ trường quay là bất biến, khi góc chậm sau của rôto động cơ quá lớn dẫn tới mất đồng bộ, hiện tại đã có các mạch vòng kín tốc độ quay và tần số điều khiển, tốc độ quay đồng bộ có thể theo đó mà thay đổi, và vì vậy vấn đề mất đồng bộ cũng tự nhiên được khắc phục

Nguyên lý cơ bản và phương pháp của điều tốc biến tần động cơ đồng bộ cũng giống như điều tốc biến tần của động cơ không đồng bộ Sự khác biệt chủ yếu giữa động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ được quy tụ lại ở mấy điểm như sau:

(1) Từ trường của động cơ không đồng bộ được sinh ra do stato cấp điện, còn ở động cơ đồng bộ thì do từ trường một chiều trong rôto độc lập tạo ra, đây là trường hợp thường xuất hiện trong động cơ đồng bộ cỡ lớn và cỡ vừa Trong động cơ đồng bộ loại nhỏ từ trường được tạo ra bằng nam châm từ vĩnh cửu, từ trường này có thể coi là bất biến Còn có loại động cơ đồng bộ kiểu từ trở, mà rô to của nó không có từ trường nào cả, hoàn toàn dựa vào kích từ của

stato (giống như động cơ không đồng bộ), dựa vào sự thay đổi của từ trở trên cực lồi tạo ra mômen điện từ đồng bộ

(2) Giữa tốc độ góc đồng bộ ω1 của động cơ điện xoay chiều và tần số điện nguồn f1 của stato có quan hệ xác định như công thức (1 1) Tốc độ góc -của động cơ không đồng bộ khi vận hành luôn luôn thấp hơn tốc độ đồng bộ, hiệu giữa hai tốc độ đó gọi là độ sụt tốc độ ωs Tốc độ quay của động cơ đồng

bộ chính là tốc độ đồng bộ, độ sụt tốc độ của nó ωs = 0

(3) Động cơ không đồng bộ luôn luôn vận hành với hệ số công suất chậm sau, còn hệ số công suất của động cơ đồng bộ có thể được điều chỉnh bằng kích từ, có thể vượt trước hoặc chậm sau Hay nói cách khác động cơ đồng

bộ ngoài việc mang phụ tải cơ khí, còn có thể mang phụ tải vô công

(4) Ba cuộn dây ba pha của stato động cơ đồng bộ giống như ba cuộn dây ba pha của stato của động cơ không đồng bộ, còn cuộn dây rôto thì khác Động cơ đồng bộ ngoài cuộn dây kích từ một chiều (hoặc nam châm từ vĩnh cửu) còn có thể có một cuộn dây điện trở hạn chế tự ngắn mạch (hay còn gọi

là cuộn dây cản) Khi động cơ đồng bộ vận hành với tần số bất biến, cuộn dây điện trở hạn chế có tác dụng ngăn cản hiện tượng dao động khi mang tải nặng Khi động cơ đồng bộ điều tốc biến tần với mạch vòng kín tốc độ, cuộn dây điện trở hạn chế sẽ mất tác dụng chủ yếu của nó, gây ra tính phức tạp cho mô hình toán học của hệ thống

(5) Khe hở không khí của động cơ không đồng bộ là đều nhau, còn ở động cơ đồng bộ có sự khác biệt do cực ẩn hoặc cực lồi Trong động cơ cực

ẩn có khe hở không khí đồng đều, còn ở động cơ cực lồi thì khe hở không đồng đều, từ trở của trục cực từ nhỏ, từ trở của trục trực giao với nó lớn, hệ số điện cảm giữa hai trục không giống nhau, vì thế có thể tạo ra thành phần từ trở mômen (mômen phản kháng)

1.5 KẾT LUẬN

Qua các đánh giá và phân tích trên đây có thể đưa ra định hướng về phương án truyền động sẽ sử dụng cho thang máy là: Bộ biến đổi tần số dùng chỉnh lưu PMW - Động cơ điện đồng bộ Sơ bộ đánh giá hệ này đáp ứng tương đối đầy đủ các yêu cầu về kỹ thuật, về tiết kiệm năng lượng, về dừng chính xác cabin và an toàn vận hành thang máy

Ở Vi t Nệ am gần đây đã đưa vào v n hành m t s lo i thang máy s ậ ộ ố ạ ử

dụng đ ng cơ đ ng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu So với các thang máy có ộ ồcùng tính năng tương đương (s ố lượng hành khách hoặc hàng hóa chuyên chở ố, t c độ nâng h , ) ạ thì thang máy sử ụ d ng đ ng cơ đồng b kích tộ ộ ừ nam châm vĩnh cử đạu t và vượt các yêu c u v k thu t, đ c bi t đã gi m đáng k ầ ề ỹ ậ ặ ệ ả ể

v ề công suấ ặt đ t (từ 7,5 kw đã giảm xuống còn khoảng 4 ÷ 5 kw)

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐỒNG

BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU CHO THANG MÁY

Như đã phân tích ở chương I, phương án truyền động cho thang máy hiện nay thường dùng là bộ biến đổi tần số dùng chỉnh lưu PWM động cơ - đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu Trong chương II này, ta đi nghiên cứu

cụ thể về động cơ đồng bộ kích từ NCVC và chỉnh lưu PWM

2.1 NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU

2.1.1.Khái quát chung

Có thể phân loại động cơ đồng bộ ba pha ra làm hai loại chính:

- Động cơ đồng bộ ba pha có rôto kích từ bằng điện với dải công suất

từ vài trăm đến vài MW Cuộn kích từ có thể được cuốn theo cực ẩn hoặc cực lồi

- Động cơ đồng bộ ba pha có rôto kích từ bằng nam châm vĩnh cửu với dải công suất nhỏ

- Tốc độ quay của động cơ đồng bộ ba pha được tính bằng biểu thức:

p

s s

p

fπ

trong đó: fs là tần số nguồn cung cấp; pp là số đôi cực của động cơ

Từ (2 1) ta thấy điều chỉnh tần số nguồn cung cấp sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ Do vậy, cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến đổi tần số Thiết bị biến tần phối hợp điều tốc động cơ đồng bộ có thể là bộ biến tần nguồn áp, bộ biến tần nguồn dòng, bộ chuyển đổi chu kỳ sóng (bộ biến tần xoay chiều xoay chiều) hoặc bộ biến – tần điều chỉnh độ rộng xung hình sin SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) Khi sử dụng điều khiển phối hợp điện áp tần số để điều chỉnh tốc

-độ -động cơ đồng bộ thì trở ngại về vấn đề khởi -động và mất đồng bộ đã dễ dàng được khắc phục

Động cơ đồng bộ có một ưu điểm nổi bật là có thể điều chỉnh được hệ số công suất cuả nó bằng các phương pháp kích từ, có thể làm cho hệ số công suất cao hơn 1 Động cơ đồng bộ cực ẩn có khe hở không khí đồng đều, còn ở động cơ cực lồi thì khe hở không đồng đều, từ trở của trục cực từ nhỏ, từ trở của trục trực giao với nó lớn, hệ số điện cảm giữa hai trục

không giống nhau, vì thế có thể tạo ra thành phần từ trở mômen (mômen phản kháng)

2.1.2 Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu sử dụng loại vật liệu từ có mật độ từ cao, tổn thất từ và độ nhụt từ nhỏ, khả năng tái nạp từ tốt, chịu nhiệt

độ cao, giá thành hạ Nên nó cạnh tranh tốt với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc công suất nhỏ

Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có thể chia làm hai loại chính:

- Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có từ thông dạng hình sin, cực từ bố trí mặt ngoài (SPM: Sinusoidal Surface Magnet Machine ) (xem hình 2.1) :

Hình 2.1: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm

vĩnh cửu loại SPM

Stato

Khe hở không khí

Nam châm

- Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có từ thông dạng hình sin, cực từ bố trí chìm bên trong (IPM: Sinusoidal Interior Magnet Machine ) (xem hình 2.2)

IPM có đặc tính sau:

- Độ bền vững về cơ cao, cho phép chạy tốc độ cao, gia tốc lớn

- Khe hở không khí không đồng đều, trục d lớn hơn trục q gây nên Ldm

< Lqm tương tự như động cơ đồng bộ cực lồi

- Tồn tại từ thông phần ứng

Đối với loại SPM có khe hở không khí đồng đều Ldm = Lqm tương tự như động cơ đồng bộ cực ẩn từ trường phản ứng phần ứng rất nhỏ thường bỏ qua Tuy vậy khi vận hành với tốc độ cao cần quan tâm độ bền cơ Ở y đâchúng ta chọn động c ơ đồng ộ ích từ nam ch m vĩnh ửu loại b k â c SPM

vĩnh cửu loại IPM

Stato

Rôto

2.1.3.Mô hình toán ọc ủa động ơ đồng bộ h c c

a Mô hình toán học động cơ đồng bộ kích từ dây quấn

Phương trình điện áp động của động cơ đồng bộ được viết thành:

R0

dt

dψi

R0

dt

dψIRU

dt

dψi

Ru

dt

dψi

Ru

dt

dψi

Ru

Q Q

Q

D D

D

f f f f

C C

1 C

B B 1 B

A A

1 A

(2-2)

trong đó 3 phương trình đầu là phương trình điện áp của các cuộn dây A,B,C của stato, phương trình thứ tư là phương trình điện áp một chiều của cuộn dây kích từ, hai phương trình cuối là phương trình điện áp của cuộn dây cản Cuộn dây cản của động cơ thực tế là cuộn dây nhiều rãnh dẫn như ở kiểu động cơ lồng sóc, ở đây nó được đơn giản hoá thành hai cuộn dây tương đương độc lập trên trục và trục Ý nghĩa và chiều dương của tất cả các ký hiệu trong d q(2-2) đều giống như ở động cơ không đồng bộ đã phân tích

Dựa vào nguyên lý chuyển đổi toạ độ đem hệ toạ độ A,B,C chuyển đổi sang hệ toạ độ quay đồng bộ d, q, 0, đồng thời dùng để biểu thị toán tử vi p phân, thì 3 phương trình điện áp của stato sẽ biến đổi thành phương trình (2-3)

++

=

−+

=

0 0

1 0

d q

q 1 q

q d

d 1 d

pψi

Ru

ωψpψ

iRu

ωψpψ

iRu

Ba phương trình điện áp của rôto không thay đổi, bởi vì nó vốn đã là phương trình trên trục toạ độ d, q Có thể dẫn ra 3 phương trình cuối của công thức (2-2 ):

Q

D D

D

f f

f f

pψi

R0

pψi

R0

pψI

RU

=

+ +

=

Q Qr q

qm Q

D Dr f

dm d

dm D

D dm f

fr d dm f

ls

Q qm q

qs q

D dm f

dm d

ds d

i L i L

i L I L i L

i L I L i L

i L

i L i L

i L I L i L

ψ ψ ψ ψ ψ ψ

0 0

(2-5)