Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 21 * Thiết bị an toàn cơ khí Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho thang máy và hành khách trong trờng hợp xảy ra sự cố nh: đứt cáp, trợt cáp trên rãnh puly ma sát, cabin hạ với tốc độ vợt quá giá trị cho phép. Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm hai bộ phận chính: bộ hãm bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ. Phanh bảo hiểm Để tránh cabin rơi tự do trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh bảo hiểm để dừng và giữ cabin tựa trên các ray dẫn hớng, cabin của tất cả các thang máy đều đợc trang bị phanh bảo hiểm. Phanh bảo hiểm đợc trang bị cho đối trọng trong trờng hợp đối trọng nằm trên lối đi hoặc diện tích có ngời đứng. Theo sơ đồ dẫn động có phanh bảo hiểm mắc với cáp nâng( cho thang máy dùng tang quấn cáp) và phanh hãm bảo hiểm mắc với cáp của bộ hạn chế tốc độ( cho thang máy dùng puly ma sát). Theo nguyên lý làm việc có các loại bộ hãm bảo hiểm là bảo hiểm tác động tức thời( đợc dùng cho thang máy có tốc độ dới 0,7 m/s). Thang máy có tốc độ trên 1m/s và thang máy trang bị bộ hãm bảo hiểm tác động êm. Bộ hạn chế tốc độ Bộ hạn chế tốc độ dùng để tác động lên phanh bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ vợt quá giá trị cho phép, giá trị cho phép này vợt quá giá trị danh nghĩa ít nhất là 15%. Bộ hạn chế tốc độ liên hệ với cabin và quay khi cabin chuyển động nhờ cáp của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ thờng đợc đặt trong buồng máy ở phía trên và để cáp không bị xoắn và có đủ độ căng để truyền lực ma sát thì phía dới hố thang có thiết bị kéo căng cáp hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ làm việc theo nguyên lý của phanh ly tâm: khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dới tác dụng của lực ly tâm và mắc vào các vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 22 Chơng II Các hệ truyền động cơ bản 2.1 Các loại động cơ thờng dùng trong thang máy 2.1.1 Máy điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại máy điện một chiều vẫn đợc coi là loại máy điện quan trọng. Nó dùng làm động cơ một chiều, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt do đó máy điện một chiều đợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, do đó những thang máy có tốc độ cao thờng dùng máy điện một chiều để truyền động. Máy điện một chiều dùng làm nguồn điện cho các động cơ một chiều làm nguồn điện kích từ trong máy điện đồng bộ. Ngoài ra trong công nghiệp điện hoá học nh tinh luyện đồng, nhôm, mạ điện cũng cần dùng nguồn điện một chiều điện áp thấp, nhợc điểm của máy điện một chiều là giá thành đắt, bảo quản cổ góp phức tạp nhng do u điểm của nó nên máy điện một chiều vẫn đợc dùng trong sản xuất và trong đời sống. Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000kW điện áp vào khoảng vài trăm đến vài nghìn vôn. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều gồm 2 phơng pháp chính: - Điều chỉnh điện áp phần ứng cấp cho động cơ. - Điều chỉnh điện áp cấp cho mach kích từ của động cơ. Cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi cấp cho mạch phần ứng Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 23 động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ, cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại biến đổi chính: - Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy điện khuyếch đại (KĐM). - Bộ biến đổi điện từ, khuyếch đại từ(KĐT). - Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn - chỉnh lu thysistor(CLT). - Bộ biến đổi xung áp một chiều: thysistor hoặc tranzitor(BBĐXA). Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động tơng ứng nh: - Hệ truyền động máy phát - động cơ(F - Đ). - Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ(KĐT - Đ). - Hệ truyền động máy phát khuyếch đại - động cơ( MFKĐ - Đ). - Hệ truyền động xung áp - động cơ(XA - Đ). Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động thì điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín( hệ truyền động tự động điều chỉnh) và loại điều chỉnh mạch hở( hệ truyền động mạch hở). Hệ tự động điều chỉnh truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhng có chất lợng điều khiển cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở. 2.1.2 Động cơ đồng bộ Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ của động cơ đồng bộ rất phong phú có cấu trúc và đặc tính điều chỉnh khác nhau tuỳ thuộc vào công suất tải và phạm vi điều chỉnh. Trong thực tế động cơ đồng bộ đợc chế tạo ở các dải công suất : - Rất nhỏ: vài trăm W đến vài KW. - Trung bình: vài KW 50KW. - Lớn: 50KW-500KW Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 24 - Rất lớn :>500KW. ở dải công suất rất nhỏ động cơ đồng bộ có cấu tạo mạch kích từ là nam châm vĩnh cửu thờng dùng cho cơ cấu truyền động có vùng điều chỉnh rộng, độ chính xác cao. ở dải công suất trung bình động cơ đồng bộ dùng cho phụ tải yêu cầu điều chỉnh không rộng lắm. ở dải công suất lớn động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm, máy nén khí. Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ đợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp ở mọi dải công suất. 2.1.3 Động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ lớn so với các loại động cơ khác, bởi vì động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều ba pha. Trớc đây động cơ không đồng bộ ba pha đợc dùng ít vì nó khó điều chỉnh tốc độ. Trong thời gian gần đây do sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử, ngời ta mới khai thác đợc các u điểm của động cơ không đồng bộ. Trong các máy làm việc dài hạn, không có điều chỉnh tốc độ và công suất lớn thì dùng động cơ đồng bộ có u thế hơn động cơ không đồng bộ. Trong công nghiệp thờng dùng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ là: - Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi thyristor. - Điều chỉnh roto dùng bộ biến đổi xung thyristor. - Điều chỉnh công suất trợt P s . Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 25 - Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số thyristor hoặc tranzito. Động cơ không đồng bộ có nhợc điểm là khi điện áp lới tụt xuống thì mô men khởi động và mô men tới hạn sẽ giảm nhiều bởi vì mô men tỷ lệ với bình phơng điện áp. 2.2 Các hệ truyền động thờng dùng trong thang máy Khi thiết kế hệ truyền động cho thang máy phải dựa vào các yếu tố sau: - Độ chính xác khi dừng. - Tốc độ di chuyển buồng thang. - Gia tốc lớn nhất cho phép. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và roto dây quấn đợc dùng khá phổ biến trong truyền động thang máy. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc thờng dùng cho thang máy chở hàng tốc độ thấp. Hệ truyền động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ thờng dùng cho thang máy tốc độ trung bình. Hệ truyền động một chiều máy phát động cơ có khuếch đại trung gian thờng dùng cho thang máy có tốc độ cao. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 26 2.2.1 Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều có khuyếch đại trung gian(F - Đ) Hình II.1: Cấu trúc hệ F - Đ có khuyếch đại trung gian F Đ 1 F ] U đk I KD U KD F MS Đ M, CKF ] MAKĐ C Ô Đ CFD CFA CCĐ Đ 2 Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 27 Hệ máy phát - động cơ có khuếch đại trung gian thờng đợc dùng để truyền động cho các thang máy có tốc độ cao, có yêu cầu cao về chất lợng điều khiển. Hệ truyền động máy phát động cơ có khuyếch đại trung gian là hệ truyền động bao gồm một tổ máy phát động cơ một chiều. Máy phát một chiều F đợc kéo bởi một động cơ không đồng bộ roto lồng sóc ĐK. Điện áp của cuộn kích từ máy phát CKF đợc lấy trên hai cực của máy điện khuếch đại MĐKĐ, máy điện khuếch đại đợc kéo bởi động cơ sơ cấp Đ 2 . Máy điện khuếch đại đợc kích thích bởi 4 cuộn dây: cuộn chủ đạo CCĐ, cuộn ổn định CÔĐ, cuộn phản hồi âm áp CFA, cuộn phản hồi dơng dòng CFD, các cuộn phản hồi này lấy điện áp trên hai đầu máy phát F, cuộn ổn định lấy điện áp trên hai cực máy điện khuyếch đại làm nhiệm vụ giữ ổn định điện áp của máy điện khuyếch đại trong những thời điểm quá độ. Thông thờng đối với hệ F-Đ có khuyếch đại trung gian việc điều chỉnh tốc độ của động cơ Đ đợc thực hiện thông qua việc điều chỉnh dòng điện đi qua cuộn chủ đạo CCĐ của máy khuyếch đại, việc đảo chiều quay của động cơ Đ đợc thông qua việc đảo chiều dòng điện của cuộn chủ đạo CCĐ. Ưu điểm nổi bật của hệ F- Đ có khuyếch đại trung gian là sự chuyển đổi các trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và có thể điều chỉnh trơn tốc độ chất lợng cao. Nhợc điểm cơ bản của hệ F- Đ có khuếch đại trung gian là dùng nhiều máy điện quay trong đó có ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt ít nhất là gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành, phức tạp trong vận hành và sửa chữa, ngoài ra do máy phát điện một chiều có từ d đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Vì vậy hệ máy phát động cơ có khuyếch đại trung gian thờng sử dụng cho các thang máy thế hệ cũ. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 28 2.2.2 Hệ truyền động T-Đ cho thang máy tốc độ cao Hình II.2 Sơ đồ khối của hệ truyền động T - Đ. Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật điện tử công suất lớn và kỹ thuật vi điều khiển, các hệ truyền động cho thang máy cao tốc ngày nay hầu hết đều sử dụng hệ truyền động một chiều dùng bộ biến đổi tĩnh. Hình II.2 Giới thiệu sơ đồ khối của hệ truyền động T - Đ cho thang máy cao tốc. R IN 1Bth 2Bth ĐH R VT HCGT R PI R IH I KĐKN 1KK KĐKH N Sh1 2KK Sh2 Sh2 1K I 2K I Đ CPĐ FT K CBDCS Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 29 Phần ứng của của động truyền động đợc cấp nguồn từ bộ biến đổi tĩnh dùng Thyristor tạo bởi hai mạch cầu chỉnh lu ba pha thuận (1Bth) và ngợc (2Bth). Mỗi cầu chỉnh lu gồm 6 Thyristor. Cuộn kháng 1CK và 2CK dùng để hạn chế dòng điện cân bằng mỗi chiều. Hai bộ biến đổi đợc điều khiển bằng hai khối điều khiển KĐKN và KĐKH. Trong mỗi khối gồm các khâu đồng pha, khâu tạo điện áp răng cửa, khâu so sánh, tạo xung và khuyếch đại xung. Nguyên lý làm việc của sơ đồ khống chế thang máy cao tốc nh sau: Điện áp đợc lấy ra từ đầu ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT, độ lớn và cực tính của điện áp đặt do khâu điều hành ĐH quyết định. Điện áp ra của khâu hạn chế gia tốc HCGT tăng dần theo hàm tuyến tính bậc nhất khi thay đổi tín hiệu đầu vào. Điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua bộ điều chỉnh tốc độ R mà đầu vào là tổng hai tín hiệu phản hồi âm của tôc độ K và tín hiệu hạn chế gia tốc HCGT. Tín hiệu ra là tín hiệu đầu vào của R I N (khi thang lên) R I H (khi thang xuống). Khi R I N và R I H còn nhận tín hiệu đầu vào là tín hiệu phản hồi âm dòng từ khâu 1K I và 2K I . Tín hiệu đầu ra của R I N và R I H chính là tín hiệu điều khiển đa vào khối điều khiển KĐKN và KĐKH. Khi dừng chính xác buồng thang hệ sẽ chuyển từ chế độ điều chỉnh tốc độ sang chế độ điều chỉnh vị trí. Tín hiệu từ khâu cảm biến dừng chính xác CBDCS đợc đa vào khâu điều chỉnh vị trí R VT . Khi buồng thang nằm ngang với sàn tầng tín hiệu ra của khâu CBDCS bằng không. u điểm nổi bật của hệ T- Đ là độ tác động nhanh dải điều chỉnh rộng, điều chỉnh mềm tốt không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46 Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN 30 Nhợc điểm của hệ truyền động là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp ra của nguồn và lới xoay chiều. Song nhợc điểm này có thể đợc hạn chế bằng các bộ lọc nhiễu. 2.2.3 Hệ truyền động - động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc độ truyền động cho thang máy tốc độ trung bình Hình II.3. Sơ đồ tổ đấu dây Hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc thông thờng đợc dùng để truyền động cho thang máy có tốc độ trung bình. Sơ đồ mạch lực đợc mô tả trên hình II.3. Động cơ có hai tổ nối dây làm việc riêng rẽ tổ nối dây tốc độ MH ML P=3 3A 2A 2R G T 1R 1A U D . Hệ truyền động xung áp - động cơ(XA - Đ). Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động thì điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín( hệ truyền động tự động. điều chỉnh) và loại điều chỉnh mạch hở( hệ truyền động mạch hở). Hệ tự động điều chỉnh truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhng có chất lợng điều khiển cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với. loại động cơ thờng dùng trong thang máy 2.1.1 Máy điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại máy điện một chiều vẫn đợc coi là loại máy điện quan trọng. Nó dùng làm động cơ một chiều, máy phát