Dự án liên môn kỹ thuật Điều khiển và tự Động hóa 2 (pbl2) Đề tài thiết kế hệ thống thang máy 0

Giảm chấn: Giảm chấn thưởng được đặt dưới hố pít thang máy là bộ phận đảm bảo tốc độ thang máy lun trong mức an toàn.. Một trong những yêu câi cơ bản đối với hệ truy động thang máy là ph

THIET KE HE THONG THANG MAY

Người hướng dẫn: PGS LÊ TIỀN DŨNG

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

Ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

CHUONG 1: TONG QUAN VE HE THONG, TINH TOAN YEU CAU CUA TAI VA TÍNH CHỌN CÔNG SUAT CUA DONG CO

1.1 Lí đo chọn đề tài:

1.2 Cấu trúc chung của thang máy:

1.3 Yêu cầu đối với thang máy

1.4 Giới thiệu bài toán

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

a) Tốc độ quay của động cơ

b) Momen xoắn của động cơ:

c) Công suất động cơ:

1.6 Lựa chọn phương án truyền động điện:

1.7 Mô Phỏng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

2.1 Chọn mạch công suất cho động cơ:

a) Mạch biến tần

b) Chỉnh lưu

2.2 Tính và chọn van công suất

a) Tính chọn điot cho mạch chỉnh lưu

b) Tinh chon mach loc LC:

c) Tính chọn IGBT cho mạch nghịch lưu

d) Tính chọn điot bảo vệ cho mạch nghịch lưu

2.3 Mô phỏng

a) Mô phỏng mạch chỉnh lưu

b) Mô phỏng mạch lọc

©) Mô phỏng mạch nghịch lưu

CHƯƠNG 3: TÍNH CHQN PHAN DO LUONG, BQ DIEU KHIỂN VÀ HOÀN THIỆN SƠ ĐỎ MẠCH

PHAN CUNG TOAN HE THONG

3.1 Cam bién dong:

3.2 Tinh chon encoder:

3.3 Chương trình đọc cảm biến Encoder:

CHUONG 4: MO PHONG DANH GIA CHAT LUONG HE THONG

4.1 Mô hình hệ thống trên phần mềm Matlab - Simulink

4.2 Phân tích kết quả mô phỏng

1: Mô hình thang máy và sơ đồ cấu trúc bên trong thang máy 5 2: Tốc độ mong muốn của tải 6

3: Sơ đồ khối của hệ thống 7

4: Đồ thị tốc độ góc mong muốn của tải 8 5: Dộng cơ Y3 -I12M -8 15 6: Hộp số Servo 750W 15

1: Cấu trúc của bộ biến tần 29

2 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiến 30 3: Sơ đồ mạch chỉnh lưu không điều khiến 32

4: Hình IGBT loại FS10R12YT3 34

6: So dé mach nghich hru diéu khién hoan toan 35

7: Mô phỏng mạch chỉnh lưu 36 8: Mô phỏng mạch lọc 37

2: Encoder E40S6-1500-3-T-24 40 3: Sơ đồ đấu nỗi cam bién encoder 42 4: Sơ đồ chỉ tiết mạch phần cứng của hệ truyền động điện 43

1: Mô phỏng hoàn thiện hệ thống 46 2: Hình biểu đồ dòng điện stator 48 3: Hình độ thị momen 48

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 tải dùng để trở người và hàng hóa 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 như trong ngành khai thác hần mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ở những nơi đó thang máy được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, 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 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 c % str dung

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 cấu cơ khí phức tạp, hệ truy & động hệ thống khống chế phức tạp nhằm

nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn Tất cả thiết bị điện được lấp trong bu tng thang va bu tng máy

Phanh bảo hiểm: Là cơ cấu để dừng và giữ bu ông thang hoặc đối trọng trên ray dẫn hướng khi vận tốc quá

(20-40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn hệ thống

Cabin: Bộ phận để chứa tải chuyên chở, bu ông thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có các giá

treo và những con trượt dẫn hướng

Giảm chấn: Giảm chấn thưởng được đặt dưới hố pít thang máy là bộ phận đảm bảo tốc độ thang máy lun trong mức an toàn

Cửa cabin: được lấp bên trong cabin

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

đến tầng đó

Cáp thang máy: được cấu tạo tử nhi âi sợi thép, đặt ở ví trí trên pully động cơ, hai đi cáp được nối với đối

trọng và 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 nâng và hạ cabin trở nên đơn giản hơn, giúp giảm kích thước và

năng lượng c ân dùng của động cơ

Giếng thang: Là khoảng không gian giới hạn bưởi đáy hố giếng vách bao quanh và tr 8n giếng, cabin và đối trọng di chuyển trong giếng thang nhờ các cáp và khay dẫn hướng

Phòng thang máy : Chứa động cơ, tủ đi 'âI 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

Hố giếng: Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng I cho đến đáy giếng phục vụ cho việc bảo dưỡng,

sửa chữa, đi u chỉnh

1.3 Yêu cầu đối với thang máy

Dễ đi âi khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao

V €vi tri: khi dừng thang máy phải dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng đúng

tại sàn tầng với yêu c ân độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dưng

An toàn: Thang máy chỉ vận hành khi cửa tng và cửa Cabin đã đóng hay khi thang máy quá tải thì không vận hành

Một trong những yêu câi cơ bản đối với hệ truy động thang máy là phải đảm bảo cho bu “ng thang chuyển

động êm

Gia tốc lớn nhất cho phép mà không gây khó chịu cho hành khách(chóng mặt, ngạt thở ) là: a < 2 m⁄3?

1.4 Giới thiệu bài toán

bu ng thang máy.Trong môn PBL2 LẦn này, chúng em sẽ chỉ làm vêtruy ñ động nâng ha bu “ng thang may Bài toán đặt ra: “Thiết kế hệ thống truy ân động điện nâng hạ bu “ng thang máy sử dụng động cơ xoay chỉ ân 3 pha không đ “ng bộ (Induction Motor}”

Hình 1 I: Mô hình thang máy và sơ đ ôcấu trúc bên trong thang máy

'Yêu câi của hệ thống là kéo được bu lông thang máy như hình Thực hiện hoạt động di chuyển bu ông thang với

tốc độ mong muốn với các thông số được quy định ban đi là:

Ngu ôn điện xoay chi lâi 3 pha 380 V

SO tng: 2

Chỉ ân cao mỗi tầng 4(m)

Trong đó:

Jm: Momen quán tính của động cơ

M: Khối lượng của tải

r: Bán kính bánh đai

ø„: Tốc độ quay của động cơ

Tem: Momen điện từ của động cơ

u: Tốc độ của tải

fi: Thanh ph % ngoai lire

Như vậy, mục tiêu của đ ôán là thiết kế hệ théng di‘&u khién déng co’ 3 pha KDB dé di& khiéh chinh xdc t&c độ

kéo tải như trên Hệ thống đi âi khiển bao g ân những ph chính được miêu tả ở hình 1.3

Bộ biên tân ge=ecd ee - * xoay chi ân

Hình 1 3: Sơ đ`ôkhối của hệ thống

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

Bộ biến tần (chỉnh lưu nối tiếp nghịch lưu có đi `âi khiển): biến đổi công suất cố định tử ngu n điện thành công suất đi âi khiển được để cấp cho động cơ

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

Tải truy ầ động được mô tả như Hình 1.3

Bộ cảm biến: Lấy tín hiệu đo c3 thiết từ động cơ (Dòng điện, tốc độ quay )

Bộ đi âi khiển: Tiếp nhận tín hiệu đo và tín hiệu tốc độ mong muốn để tính toán ra tín hiệu yêu cầi cho động

cơ

Phát xung đi ân khiển: tiếp nhận tín hiệu yêu c ầ tử bộ đi ân khiển, phát xung đi ân khiển cho Bộ biến tần để thay đổi tín hiệu đ ân vào # + giống với tín hiệu yêu c âi

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 muốn của tải và tốc độ quay của động cơ c Ần phải đáp ứng:

On = “(rad/s)

Hình 1 4: Ð ồthi tốc độ góc mong muốn của tải

Từ đ thi tốc độ mong muốn của tải ở Hình 1.2 ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ:

Quá trình động cơ chạy thuận:

[1 Từ0 đến l1 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ 0 rad/s đến 7.7 rad/s

O Từ 1 đến 4 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay 7.7rad/s

[1 Từ 4 đến 5 giây: tốc độ quay của động cơ giảm từ 7.7 rad/s đến Orad/s

Quá trình động cơ chạy nghịch:

[1 Từ 5 đến 6 giây: động cơ đảo chỉ u, tốc độ quay lúc này tăng dần lên 7.7 rad/s

O Từ đến 9 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay 7.7 rad/s

[1 Từ 9 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm dần v`ề0 rad/s

b) Momen xoắn của động cơ:

Để khối vật M chuyển động thì c ân phải có lực mà lực được tạo ra bởi thang máy Theo định luật 2 Newton ta

Với Igo la momen yéu ci dé quay déng cơ vì chưa chọn động cơ nên tạm thơi bỏ qua giá 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:

7.7 T,„= 0,137.300 34 + 382 = 343 Nm

Tey ACT ema AtotT ons Ats+T ema .AL,+T„; .Af+T

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

c) Công suất động cơ:

Ta có biểu thức liên hệ giữa Công suất động cơ với Momen điện tử và tốc độ quay của động cơ:

P=Ten X Wm (W)

Trong đó:

Plà công suất của động cơ

'Te„ là Momen điện tử của động cơ

Wm la toc dé quay của động cơ

10

L1 Từ đó ta tính được công suất qua từng giai đoạn:

_{P,° At+P,’.At,+P, ?.At+P, ?.At+P, ?.Atst P,* At,

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

à Từ đây ta có độ thị các đương đặc tính theo thơi gian:

1.6 Lựa chọn phương án truyền động điện:

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

Ð ồthị trạng thái làm việc động cơ theo yêu c i của tải Tử đ `ôthi đặc tính cơ trạng thái làm việc của động

cơ theo yêu eâi của tải, tốc độ đổi chỉ lâi tử dương sang âm và tử âm v`ềdương mà momen điện tử tỉ lệ với

từ thông và đòng điện đặt trong từ trường Ở đây ta chọn phương pháp đi âi khiển tựa theo từ thông (FOC) Trong phương pháp này có 2 cách để thực hiện đi ân khiển:

L1 Phương pháp đi âi khiển tựa theo tử thông rotor

O Phuong pháp đi âi khiển tựa theo tử thông stator

Trong thực tế, phương pháp đi âi khiển tựa theo từ thông stator ít được sử dụng vì khi sử dụng ta sẽ coi stator là thành phân tạo ra tử trưởng và rotor là thành phẦn mang dòng điện đặt trong tử trường Khi

rotor quay sẽ khó khăn trong việc đo được dòng của rotor nên ở đây ta sẽ chọn phương pháp đi `âi khiển

tựa theo tử thông rotor

Kết luận:

Ta chọn phương pháp đi âi khiển tựa từ thông rotor (FOC) làm phương án truy ân động cho hệ

13

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

Mã sản phẩm: Y3-112M-8 Công suất định mức: 4W

Công suất cure dai: 5,5kW Cos = 0.84

SO pha: 3 pha

Số cực: 4 cực Hiệu suất động cơ: 84%

Tốc độ định mức: 730 Vòng/phút

Tốc độ góc định mức: 76.44 rad/s Dòng điện định mức: 5.5(A) Momen quan tinh: 0,0003 (Nm) Momen dinh mirc: 48,02 (Nm)

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

Tỉ lệ: 1/10 Hiệu suất: 0,96 Truc d% ra: 20 mm

14

Hình 1 6: Hộp số Servo /50W

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

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

Sau khi sử dụng hộp số giảm tốc với tỉ số là 10:1 thì ta có đ ôthi tốc độ quay định mức quy đổi:

Ta có công thức tính momen: Tạ„ = Jin e + PM + rƒ; (N.m)

(Dem Ati tT emo Att T ong -Ats+T ona -AtAtT 4,5 °-Ats+T

6 At, +At,+At.+ At, +At.+ At,

Ta có công thức tính công suất: P= Tsm X 00m

_{P,°.At+P,’.At,+P, ?.At+P, ?.At+P, 7 Atst Py * At

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

H.01)7.1+(2941.4)7.3+(—2640.8)”.2+ (—2941.4 Ï.3+¿ ¿,¿

¿294742(W)

Nhận thấy công suất đẳng trị sau khi kiểm nghiệm gân như bằng với công suất đẳng tri (2947 42

~ 2947,52) nên động cơ vẫn hoạt động bình thưởng

17

à Từ đây ta có d Gthi cdc duong đặc tính theo thời gian:

O Két qua mé phóng động cơ trên matlab simulink cho tải băng 0 và thời gian mô phỏng

trong 4 giây, thời gian lắp tai la 0.5 giay

Với điện áp 220/2 và tn số f =50Hz, ta thấy

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

O Momen trên trục sau khi qua hộp số lớn hơn momen mong muốn lớn nhất của tải

19

Eï Đáp ứng được yêu cầi của tải v`êtốc độ và momen, động cơ có thể hoạt động bình

thưởng ngay cả trong giai đoạn yêu cân tốc độ và momen cao nhất

Thay đổi điện áp

H Khi giảm điện áp đặt vào động cơ (220/2và 190 2v, giữ nguyên tần số 50Hz):

- _ Khi giảm điện áp đặt te 220/2 V xudng con 190/2, ta thấy

HH Tốc độ trên trục động cơ sau khi qua hộp số giảm, ø %n như bằng đúng tốc

độ mong muốn của tải

HH Momen trên trục động cơ giảm, nhưng vẫn lớn hơn momen mong muốn cực đại của tải

L1 Đáp ứng được yêu ci của tải v`êtốc độ và momen, động cơ có thể hoạt động bình

thưởng ngay cả trong giai đoạn yêu c ân tốc độ và momen cao nhất

20

w

Thay đổi điện áp

H Tiếp tục giảm điện áp đặt vào động cơ ( 220/2v à 180 v2v) và giữ nguyên tn số 50Hz

Đỏ thị tóc độ quay trên trục sau khi qua hộp só

FT Khi ta giảm điện áp ngu ân cấp cho động cơ thì tốc độ và momen trên trục sau khi

qua hộp số đ`â giảm

[1 Nếu giảm điện áp quá bé thì sẽ không kéo được tải nên ta chỉ có thể thay đổi điện áp

ngu ồn cấp cho động cơ trong một khoảng cho phép

21