Dự án liên môn kỹ thuật Điều khiển và tự Động hóa 2 (pbl2) Đề tài thiết kế hệ thống thang máy

Giám chắn: Giảm chấn thường được đặt đưới hồ pít thang máy là bộ phận đám báo tốc độ thang máy lun trong mức an toản.. J„ : Momen quán tính của động cơ M: Khối lượng của tải r : Bán kính

DAI HOC DA NANG

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

Trợ giảng: TRẤN PHƯỚC NGUYÊN

Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG NGỌC BÌNH

HUỲNH VĂN LONG

LÊ MINH THÀNH NGUYÊN MINH DUYÊN NGUYEN TRAN VAN VU Nhóm HP / Lớp: Nh21.34C

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG, TINH TOAN YEU CAU CUA TAI VA TINH

1.1 Lí đo chọn đề tài:

1.7 Mô Phỏng

b) Chỉnh lưu

4

1.2 Cấu trúc chung của thang máy: 4

5 1.5 Phân tích yêu cầu của hệ truyền động điện cần đáp ứng: 7

1.6 Lựa chọn phương án truyền động điện: 13

19

28

29

a) Tính chọn điot cho mạch chỉnh lưu 30 b) Tinh chon mach loc LC: 31 c) Tính chọn IGBT cho mạch nghịch lưu 32 d) Tính chọn điot bảo vệ cho mạch nghịch lưu 33

35

CHUONG 3: TINH CHON PHAN DO LUONG, BQ DIEU KHIEN VA HOAN THIEN SO

38

38

3.3 Chương trình đọc cảm biến Encoder 41

CHUONG 4: MO PHONG ĐÁNH GIÁ CHÁT LƯỢNG HỆ THÓNG 5° 55 < 43

Hình I 4: Đồ thị tốc độ góc mong muốn trên trục động cơ, 8

Hình 2 2 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiến 29 Hình 2 3: Sơ đồ mạch chỉnh lưu không điều khiến 31

Hinh 2 5: Diode BYX66-1000R 34 Hình 2 6: Sơ đồ mạch nghịch lưu điều khiến hoàn toàn 34

Hình 3 1: Module cảm biến dòng điện WCS1700 38

Hình 3 3: Sơ đồ đấu nối cảm biến encoder 40

Hình 4 2: Hình biếu đồ dòng điện stator 45

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG, TINH TOAN YEU CAU CUA TAI VA

TINH CHON CONG SUAT CUA DONG CO

1.1 Lá do chọn đề tài:

Thang máy là thiết bị vận tai đùng đề trở người và hàng hóa theo phương thắng đứng Nó là một loại hình máy nâng chuyên được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh

tế như trong ngành khai thác hằm mỏ, trong ngành xây đựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ

Ù những nơi đó thang máy được sử dụng để vận chuyền hang hoa, san phâm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau Nó đã thay thé cho sức lực của con người và đã mang lại năng suất cao Trong sinh hoạt dân đụng, thang máy được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, cơ quan, khách sạn Thang máy đã giúp cho con người tiết kiệm được thời

gian và sức lực

Trong giai đoạn hiện nay nên kinh tế nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên

1.2 Cấu trúc chung của thang máy:

Nhờ loại thang máy hiện tại có cơ cầu cơ khí phức tạp, hệ truyền động hệ thống khống chế phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn Tắt cả thiết bị điện được lắp

trong buông thang và buồng máy

Phanh bảo hiểm: Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên ray dẫn hướng khi vận tốc quá (20-40%) giá trị cho phép, đây treo bị đứt hoặc khi mắt điện toàn hệ thống Cabin: Bộ phận đề chứa tải chuyên chở, buồng thang luôn được giữ theo phương thắng đứng nhờ có các giá treo và những con trượt dẫn hướng

Giám chắn: Giảm chấn thường được đặt đưới hồ pít thang máy là bộ phận đám báo tốc độ thang máy lun trong mức an toản

Cửa cabin: được lắp bên trong cabin

Cửa tầng: lắp bên ngoài thang máy ở mỗi tầng, cửa tầng sẽ mở cùng với cửa cabin khi cabin

đã di chuyển đến tầng đó

Cáp thang máy: được cấu tạo từ nhiều sợi thép, đặt ở ví trí trên pully động cơ, hai đầu cáp

duoc noi voi doi trong va cabin

Đối trọng: Đối trọng thang máy là một thiết bị trong cấu tạo của thang máy có tác dụng mang lại sự cân bằng cho hệ thống treo cabin và giúp việc nang va ha cabin tro nén don gian hon, giúp giám kích thước và năng lượng cần dùng của động cơ

Giêng thang: Là khoảng không gian giới hạn bưởi đáy hồ giếng, vách bao quanh và trần

giếng, cabin và đối trọng đi chuyển trong giếng thang nhờ các cáp và khay dẫn hướng

Phòng thang máy : Chứa động cơ, tủ điều khiển, bộ tời kéo, pully động cơ, bộ hạn chế tốc độ

và các thiết bị liên quan Phòng thang máy bố trí ở tầng trên cùng của thang máy

Hồ giếng: Là khoảng không gian từ mặt bằng san tang 1 cho đến đáy giếng phục vụ cho việc

bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh

1.3 Yêu cầu đối với thang máy

Dễ điều khiến và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao

Về vị trí: khi đừng thang máy phải dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng đúng tại sàn tằng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi an nut dung

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

Một trong những yêu cầu cơ bản đổi với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho

buông thang chuyển động êm

Gia tốc lớn nhất cho phép mà không gây khó chịu cho hành khách(chóng mặt, ngạt thở, ) là :

a <2m/s’

1.4 Giới thiệu bài toán

Hệ thống thang máy có 2 hệ truyền động chính là truyền động đóng mở cửa cabin và truyền

động nâng hạ buông thang máy Trong môn PBL2 lần này, chúng em sẽ chỉ làm về truyền động nâng hạ buồng thang máy

Bài toán đặt ra: “Thiết kế hệ thống truyền động điện nâng hạ buồng thang máy sử đụng động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ (Induction Motor)”

Bánh đai L)

Nguồn điện xoay chiều 3 pha 380 V

Số tầng: 2

Chiều cao mỗi tầng 4(m)

Trọng lượng cabin: 800kg

J„ : Momen quán tính của động cơ

M: Khối lượng của tải

r : Bán kính bánh đai

Wm: Toc độ quay của động cơ

T„: Momen điện từ của động cơ

u: Tốc độ của tải

ƒ; : Thành phần ngoại lực

Như vậy, mục tiêu của đỗ án là thiết kế hệ thống điều khiển động cơ 3 pha KĐB để điều khiển

chính xác tốc độ kéo tai như trên Hệ thống điều khiển bao gồm những phần chính được miêu tá

ở hình 1.3

Nguồn điện xoay chiều 220V/380VAC 50Hz: cấp điện cho mạch động lực

Bộ biến tần (chỉnh lưu nối tiếp nghịch lưu có điều khiến): biến đôi công suất có định từ nguồn điện thành công suất điều khiên được đề cấp cho động cơ

Động cơ điện 3 pha không đồng bộ: động cơ kéo thang máy

Tải truyền động được mô tả như Hình 1.3

Bộ cảm biến: Lấy tín hiệu đo cân thiết từ động cơ (Dòng điện, tốc độ quay, )

Bộ điều khiến: Tiếp nhận tín hiệu đo và tín hiệu tốc độ mong muốn để tính toán ra tín hiệu yêu

câu cho động cơ

Phát xung điều khiến: tiếp nhận tín hiệu yêu cầu từ bộ điều khiến, phát xung điều khiến cho Bộ

biến tần để thay đổi tín hiệu đầu vào # + giống với tín hiệu yêu cau

1.5 Phân tích yêu cầu của hệ truyền động điện cần đáp ứng:

a) Tốc độ quay của động cơ

Ta có công thức liên hệ giữa tốc độ mong muôn của tải và tốc độ quay của động cơ cân phải đáp

Td

-10

Hình 1 4: Đồ thị tốc độ góc mong muốn trên trục động cơ

Từ đề thị tốc độ mong muốn của tải ở Hình 1.2 ta xác định được quá trình hoạt động của động

co:

Quá trình động cơ chạy thuận:

H Từ0 đến I giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ 0 rad/s đến 7.7 rad/s

H Từlđến4 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay 7.7rad/s

H Từ 4 đến 5 giây: tốc độ quay của động cơ giảm từ 7.7 rad/s đến 0rad/s

Quá trình động cơ chạy nghịch:

H Từ 5 đến 6 giây: động cơ đáo chiều, tốc độ quay lúc này tăng dần lên 7.7 rad/s

H Từ6đến9 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay 7.7 rad/s

H Từ9 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm dân về 0 rad/s

b) Momen xoắn của động cơ:

Để khối vật M chuyển động thì cần phải có lực mà lực được tạo ra bởi thang máy Theo định luật

2 Newton tacd f=M dudt+ fL, voiu=r wm, ta tinh được Momen tải theo công thức:

trị này, sau khi chọn được động cơ ta sẽ kiểm nghiệm lại

Để giảm công suất tiêu hao trên thang máy nên thang máy được mắc thêm một đối trọng:

Mar= Meabin + & Mngusi = 800+0,5.600=1 100(kg)

c) Công suất động cơ:

Ta có biếu thức liên hệ giữa Công suất động cơ với Momen điện từ và tốc độ quay của động co:

P=Ten * Om (W)

Trong do:

P là công suất của động cơ

Ten la Momen điện từ của động cơ

œ„ là tốc độ quay của động cơ

H Từ đó ta tính được công suất qua từng giai đoạn:

-Tai t=0s:

P =421 x(=0(W)

-Tai t=1s:

10

1.6 Lựa chọn phương án truyền động điện:

Từ momen và tốc độ cần đáp ứng của động cơ, ta vẽ ra được trạng thái làm việc của động cơ:

Đề thị trạng thái làm việc động cơ theo yêu cầu của tải Từ đỗ thị đặc tính cơ trạng thái làm

việc của động cơ theo yêu cầu của tải, ta thấy momen đổi chiều, tốc độ đối chiều từ đương sang âm va từ âm về đương mà momen điện từ tỉ lệ với từ thông và dòng điện đặt trong từ trường Ở đây ta chọn phương pháp điều khiến tựa theo từ thông (FOC) Trong phương pháp

này có 2 cách dé thực hiện điều khiến:

H Phương pháp điều khiến tựa theo từ thông rotor

H Phương pháp điều khiến tựa theo từ thông stator

Trong thực tế, phương pháp điều khiến tựa theo từ thông stator ít được sử đụng vì khi sử dụng ta sẽ coi stator là thành phân tạo ra từ trường và rotor là thành phần mang dòng điện đặt trong từ trường Khi rotor quay sẽ khó khăn trong việc đo được dòng của rotor nên ở đây ta sẽ chọn phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor

Kết luận:

Ta chọn phương pháp điều khiến tựa từ thông rotor (FOC) làm phương án truyền động cho

hệ,

13

Từ P và T mong muốn ta chọn được động cơ:

Mã sản phẩm: Y3-112M-§

Công suất định mức: 4kW Công suất cực đại: 5,5kW Coso = 0.84

Số pha: 3 pha

Số cực: 4 cực Hiệu suất động cơ: 84%

Tóc độ định mức: 730 Vòng/phút

Tôc độ góc định mức: 76,44 rad/s Dòng điện định mức: 5.5(A) Momen quán tính: 0,0003 (Nm) Momen định mức: 48,02 (Nm)

Vay ta chon ratio = 10

Vậy ta chọn hộp số có tilé 1/10 là: Servo 750W

Từ đó ta tính được các thông số quy đổi của động cơ sau khi qua hộp số:

L1 Tốc độ định mức quy đổi:0„,= “D = ee

H_ Momen định mức quy đôi:T„„=10 xT=10 x 48,02=480,2 Nm

= 7,645 rad/s

H Công suất định mức quy đổi:P„„=4000 W

KI Tốc độ dinh mite quy déi:n,,=7 ar =73vg/phút

H Momen cực đại quy đổi: :T ,,,.=10xT,,=10x 65,06=650.6 Nm

Kiểm nghiệm lại tốc độ động cơ (sau khi qua hộp số):

Sau khi sử đụng hộp số giám tốc với tỉ số là 10:1 thì ta có đồ thị tốc độ quay định mức quy đôi:

Kiểm nghiệm lại momen (sau khi qua hộp số)

Ta có công thức tính momen: Tạ, = Imo + rMẾT» + rf, (Nm)

Giai doan 1:

15

e At, + At,+At,+ At,+At.+ At,

4 421.,06”7.1+382”.3+(342.96)”.1+(342.96)”.1+382”.3+421.047.1

¿3828(N.m)

Ta nhận thay Tmax = 650,6>¿ 382,8 nên động cơ vẫn hoạt động bình thường L1 động cơ đã chọn

đáp ứng yêu cau vé momen

Kiểm nghiệm công suất động cơ:

16

Ta có công thức tính công suất: P= Tem X @®m

P=34296 x0=0(W)

- Tại t=6s

_ 342.96 X-7,7 )=-2640 8(W )

382 x-7,7 |=—-2941 ACW ) -Tai t=9s

_[P,) At +P, °.At,+P,°.At,+P, ?.At+P, 7 Att P, ° At

e At, + At,+ At,+ At,+ At.+ At,

¿(3241.01)?.1+(2941.4).3+(—2640.8)?.2+ (~2941.4 31a

¿294742(W)

Nhận thấy công suất đẳng trị sau khi kiêm nghiệm gần như bằng với công suất đẳng trị (2947,42 ~ 2947.52) nên động cơ vẫn hoạt động bình thường

18

à Từ đây ta có độ thị các đường đặc tính theo thời gian:

1.7 M6 Phong

Sơ đ`ômô phỏng động cơ xoay chỉ €1 3 pha kh6ng d Ông bộ sử dung Matlab Simulink

Với điện áp 220v2 và tần số f =50Hz, ta thay

H Tốc độ trên trục sau khi qua hộp số lớn hơn tốc độ mong muốn lớn nhất của tải

L Momen trên trục sau khi qua hộp sô lớn hơn momen mong muôn lớn nhật của tải

20

E7 Đáp ứng được yêu câu của tải về tôc độ và momen, động cơ có thê hoạt

động binh thường ngay cả trong giai đoạn yêu câu tốc dé va momen cao

nhất

Thay đôi điện áp

H Khi giảm điện áp đặt vào động cơ (2202và 190 v2v, giữ nguyên tần số

- _ Khi giảm điện áp đặt từ 2202 V xuống còn 1902, ta thấy

HH Tốc độ trên trục động cơ sau khi qua hộp số giám, gần như bằng đúng tốc độ mong muốn của tải

H Momen trên trục động cơ giảm, nhưng vẫn lớn hơn momen

mong muốn cực đại của tải

L1 Đáp ứng được yêu câu của tải về tôc độ và momen, động cơ có thê hoạt

động binh thường ngay cả trong giai đoạn yêu câu tốc độ và momen cao

nhất

21

w

Thay đôi điện áp

H' Tiếp tục giảm điện áp đặt vào động cơ ( 220V2v à 180 V2v) và giữ nguyên

H Nhận xét: Khi tiếp tục giảm điện áp đặt vào động cơ ( 190V2v à 170 v2v) và

giữ nguyên tân sô 50Hz H1 Ta thấy tốc độ và momen đ`âi không đáp ứng được yêu câi của tải

H Momen trên trục động cơ giảm, nhưng vẫn đáp ứng được giai đoạn

yêu câu momen cực ổại của tải

O Dap ung duoc yéu cau của tải về tốc độ và momen, động cơ có thê hoạt động bình thường ngay cả trong giai đoạn yêu cầu tốc độ và momen cao nhất

*Thay đổi tần số

23

Tem

H Tiếp tục giữ nguyên điện áp 220 v2v và giảm tần số (50 Hz à 30Hz):

Đồ thị tóc độ quay trên trục sau khi qua hộp số ' ' ' tụy = 77 „

H Nhận xét: Khi giữ nguyên điện áp 220v2v và giám tần số (50Hz à 30Hz),

ta thay

H Tốc độ trên trục động cơ giảm, nhỏ hơn tốc độ mong muốn cực đại

H Momen trên trục động cơ giảm, nhưng vẫn đáp ứng được giai đoạn

yêu cầu momen cực đại của tải

HH Không đáp ứng được yêu c`ầi của tải v`êtốc độ

Kết luận:

FT Khi ta giảm tẦn số của ngu Ân cấp cho động cơ thì tốc độ và momen

trên trục sau khi qua hộp số đ`âi giảm

[1 Nếu giảm tẦn số quá bé thì sẽ không đáp ứng được yêu câi của tải nên ta chỉ có thể thay đổi tần số của ngu ân cấp cho động cơ trong một khoảng cho phép

24