Tính toán truyền động thang máy

Hệ thống F-Đ là hệ thống truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiềukích từ độc lập.. Do hệ chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở cònkhóa the

MỤC LỤC

Chương I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THANG MÁY

I.Khái niệm

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 quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ…ở những nơi đó thang máy được sửdụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ caokhác 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 caotầng, cơ quan, khách sạn…Thang máy đã giúp cho con người tiết kiệm được thời gian và sức lực…

Ở Việt Nam từ trước tới nay thang máy chỉ chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp để trở hàng và ít được phổ biến Nhưng trong giai đoạn hiện nay nền 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

II.Các bộ phận chính của thang máy.

Nhờ loại thang máy hiện tại có cơ cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động hệ thống khốngchế phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn Tất cả thiết bị điện được lắp trong buồng thang và buồng máy

- Buồng thang: Bộ phận để chứa tải chuyên chở, buồng thang luôn được giữ theophương thẳng đứng nhờ có các giá treo và những con trượt dẫn hướng

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

- Buồng thang: Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độ và các thiết bị liên quan Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy

- Phanh bảo hiểm: Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên raydẫn hướng khi vận tốc quá (20-40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn hệ thống

Phanh bảo hiểm có 3 kiểu

• Phanh bảo hiểm kiểu nêm

• Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm

• Phanh bảo hiểm kiểu kìm (hay sử dụng)

- Hố giếng: Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng phục vụ cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh

III.Phân loại:

Có thể phân loại thang máy như sau:

+ Phân loại theo công dụng: Có 3 loại thang máy sau.

• Thang máy chở khách trong các nhà cao tầng

• Thang máy chở hàng có người điều khiển

• Thang máy vừa chở khách vừa chở hàng

+ Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang:

• Thang máy chạy chậm: v=0,5-0,65 m/s

• Thang máy tốc độ trung bình: v=0,75-1,5 m/s

• Thang máy cao tốc: v=2,5-5 m/s

+ Phân loại theo trọng tải:

• Thang máy loại nhỏ: Q < 160 Kg

• Thang máy loại trung bình: Q = 500-2000 Kg

• Thang máy loại lớn: Q > 2000 Kg

Về kết cấu cơ khí, thang máy thuộc loại máy cơ cấu nâng có dây cáp 2 đầu Để đảm bảo an toàn cho hành khách cũng như hàng hóa và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trnag bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù).Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khitốc độ di chuyển vượt quá (20-40%) tốc độ định mức

Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang (Truyền động chính theo phương thẳng đứng)

ở thang máy còn có các truyền động phụ (Là truyền động đóng mở cửa buồng thang) Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn

IV.Yêu cầu đối với thang máy.

1. Yêu cầu về công nghệ.

- Dễ điều khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao

- Về vị trí: 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 cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dưng

- 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

2. Yêu cầu về truyền động.

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảmbảo cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là : Tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc

Đối với các nhà chọ trời, tối ưu nhất là dùng thang máy cáo tốc (v=3,5m) giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt gần bằng tốc dộ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến giá thành thang máy tăng lên Nếu tăng tốc độ của thang máy v=0,75 m/s lên v=3,5 m/s giá thành tăng lên 4-5 lần Bởi vậy tùy theo độ cao của tòa nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu.

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia tốc.Nhưng khi gia tốc lớn sẽ gâycảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi nghẹt thở…) Bởi vậy gia tốc tối ưu là: a ≤ 2m s/ 2

.Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc mở mãy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy Nói cách khác đó

là độ giật (đọa hàm bậc nhất của gia tốc

) Khi a≤2 /m s2

thì độ giật ρ ≤ 20 /m s2

.Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình:

Biểu đồ này chia làm 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng

Sơ đồ động học của thang máy

Sơ đồ trên bao gồm:

Đặc tính MC (ω) nằm cả 4 góc phần tư

Đồ thị đặc tính cơ của thang máy

Thang máy không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo Không được vận hành trong trạng thái bất thường, khi đảo chiều phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng Động cơ truyền động cho thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn

Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường nhằm nâng cao năng suất an toàn trong vận hành và khai thác, phải đảm bảo khởi động động

cơ truyền động đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt động môi trường làm tăng momen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể momen cản tĩnh

Chương II: CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ,từ đó chọn ra một hệ truyền động có thể thỏa mãn yêu cầu công nghệ đặt ra Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, chỉ tiêu kỹ thuật của hệ truyền động này kết hợp với tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn được phương án phù hợp với yêu cầu thang máy Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy có thể

là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều không đồng bộ Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn có đảo chiều quay

I.Với động cơ một chiều.

1. Hệ thống truyền động F-Đ.

Hệ thống F-Đ là hệ thống truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiềukích từ độc lập Máy phát do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha quay và coi tốc độquay của máy phát là không đổi Tích chất này của máy phát được xác định bởi haiđặc tính:

- Đặc tính từ hóa: là sự phụ thuộc giữa sức điện động của máy phát và dòng điệnkích từ

- Đặc tính tải: là sự phụ thuộc của điện áp rơi trên hai cự của máy phát vào dòngđiện tải

Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do phản ứng của dòngđiện phần ứng

Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hóa các đặc tính này:

Gọi là hệ số góc của đặc tính từ hóa

Nếu dây quấn kích thích của máy phát được cấp bởi nguồn áp l ý tưởng thì:

Đặc điểm: Chỉ tiêu chất lượng của hệ máy phát động cơ về cơ bản tương tự như hệđiều áp dùng bộ biến đổi nói chung

Ưu điểm: Nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rấtlinh hoạt,khả năng quá tải lớn Do vậy thường sử dụng hệ nguồn truyền động F-Đ ởcác máy khai thác công nghiệp mỏ Do thang máy chở hàng là một hệ truyền động cótải ổn định nên phương pháp này không có tính khả thi

Nhược điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát-động cơ là dùng nhiều máy điệnquay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều gây ôn lớn công suất lắp đặt máy ítnhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành Ngoài ra do máy phát có từ dư đặctính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ

2.Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều quay.

Do hệ chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở cònkhóa theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo khó khăn và phức tạphơn truyền động máy phát-động cơ Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điềukhiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều yêu cầu an toàn cao và có logic điều khiển chặtchẽ Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều

Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theohai nguyên tắc và được phân ra 5 sơ đồ chính

Sơ đồ 1: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng

đảo chiều dòng kích từ Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều

Sơ đồ 2: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng

công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi) Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Sơ đồ 3: Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng Loại

này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn

Sơ đồ 4: Truyền động dùng hai bộ biến đổi song song ngược điều khiển chung:

Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện được công việc đảo chiều

êm hơn

Sơ đồ 5: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung.

Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn,thực hiện việc đảo chiều êm Tuy nhiên kích thước cồng kênh, vốn đầu tư lớn và tổn thất lớn

II Hệ truyền động động cơ xoay chiều.

1.Hệ điều chỉnh điện áp động cơ có dùng bộ biến đổi Tiristor

Khi điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ thì các thông số còn lại không thay đỏi và tốc

độ trượt S=const Ta có phương trình đặc tính cơ:

dây quấn)

2 Điều chỉnh xung điện trở mạch roto

Sơ đồ xung điện trở Rôto

Nhỏ dẫn đến gián đoạn dòng điện

Do vậy mà ta phải tính theo phương pháp điều chỉnh số gia, từ sơ đồ trên ta có:

Vậy ta có :

Đặc điểm :

• Phương pháp điều chỉnh xung điện trở roto có kết cấu mạch lực và mạch điều khiển đơn giản và dễ thực hiện

• Độ chính xác thường không cao do mô hình động cơ chưa xây dựng một cách hoàn thiện

• Hiệu suất thấp

3. Điều chỉnh công suất trượt

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc động động cơ KĐB bằng cách làm mềm đặc tính

và để giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt được tiêu tán điện trởmạch roto :

Tuy nhiên khi công suất lớn thì phần tổn hao này là đáng kể, do vậy trong trường hợp này để tận dụng công suất tổn hao người ta đưa ra các sơ đồ để công suất này trả về lưới điện Phương pháp này gọi là phương pháp công suất trượt Khi điều chỉnh công suất trượt thì độ lớn của dòng điện phụ thuộc hoàn toàn vào tải của động cơ chứ không phụ thuộc vào góc điều khiển của bộ nghịch lưu

Đặc điểm:

- Hiệu suất của hệ cao hơn so với phương pháp điều chỉnh xung điện trở roto

- Mạch phức tạp về cấu trúc, mạch điều khiển và mạch lực

- Độ chính xác của phương pháp thường không cao

- Giá thành của hệ cao

4.Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số Tiristor hay Tranzitor.

Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng xoay chiều từ tần số này sang tần số khác

Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số

Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng (f>fdm), thì momen tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là :

2 1

số theo quy luật nhất định

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng

Từ đặc tính cơ của động khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là : Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp-tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp Stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động

Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng và tốc độ trượt tới hạn, cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất

Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh, biến đổi công suất phức tạp, nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các

phương pháp điều chỉnh khác

c.Chọn sơ đồ biến tần:

Trong thực tế hệ biến tần-động cơ có thể có 3 loại sau:

*Biến tần trực tiếp : Là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới f1;fs0,5)fs Đặc điểm của loại biến tần này là có số lượng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù

(0-có ưu điểm là biến đổi trực tiếp nguồn (0-có tần số này sang nguồn (0-có tần số khác với hiệu suất cao, nhưng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế Thực tế thường dùng cho truyền động công suất lớn

*Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cáp cho BBĐ

là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ Các bộ nghịch lưu điện áp ưa dùng tranzitor thay vì tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khóa van

mà không cần (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lưu điện áp, cho phép các dạng sóng gần Sin hơn và vì vậy nâng cao được chất lượng điều chỉnh Những đặc điểm đó đưa đến khả năng ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh, chiếm ưu thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt động chính xác đồng bộ

*Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong trường hợp này, nguồn cung cấp là nguồn

dòng tức là dòng điện vào bộ nghịch lưu không phụ thuộc vào tổng trở tải Điều này dẫn đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lưu có dạng hình chữ nhật nếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng Sin nhưng mang các đỉnh nhọn

ở thời điểm chuyển mạch Khác với bộ nghịch lưu nguồn áp, ở bộ nghịch lưu dòng liên lạc điện áp 1 chiều phải qua cuộn dây Cuôn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rất thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột của momen trên trục động cơ Hơn nữa, ở bộ nghịch lưu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu cực động cơ không gây hư hỏng nghịch lưu vì dòng điện luôn có xu hướng giữ không đổi

Một đặc điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng được công suất đơn vị động cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn

Từ những đặc điểm của biến tần vừa nêu, đối chiếu với yêu cầu của đồ án : truyền động với công suất nhỏ, có độ chính xác cao, chọn loại biến tần nguồn áp.

Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp:

Trên đây là sơ đồ nguyên lý mạch lực của một bộ biến tần nguồn áp bao gồm 4 khối chức năng chính: Nguồn điện một chiều (NMC), mạch lọc

C, nghịch lưu nguồn áp NL và động cơ không đồng bộ KĐB

Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều có giá trị điều chỉnh được, nghịch lưu gồm 6 khóa bán dẫn T1->T6 và cần 6 van không điều khiển là 6 điot D1->D6 Các khóa nghịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định Tạo thành điện áp xoay chiều ba pha đặt lên điện áp chấp hành, góc dẫn của các khóa là 180 độ, thời điểm các khóa

T1,T3,T5 và T2,T4,T6 bắt đầu dẫn lệch nhau 120 độ do đó điện áp ra của nghịch lưu cũng lệch nhau về thời gian là 120 độ Điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng xung là 120 độ và thỏa mãn điều kiện phân tích thành chuỗi điều hòa

Chương III.TÍNH CHỌN THIẾT BỊ I.Tính chọn động cơ.