THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ HÀNG

THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ HÀNG

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 1 Mục lục Mục lục.1 Đề tài2 Lời mở đầu3 Chương 1 Khái quát chung 1) Mục đích đề tài .4 2) Cấu tạo và phân loại thang máy 4 3) Yêu cầu về công nghệ và truền động 6 Chương 2 Tính chọn công suất động cơ 1) Tính hệ số đóng điện tương đối .8 2) Tính mômen tĩnh, mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị 9 3) Tính công suất của động cơ .12 Chương 3 Chọn phương án và chọn thiết bị mạch lực I. Tính chọn phương án 1) Chọn phương án truyền động 15 2) Chọn loại biến tần17 II. Chọn thiết bị mạch lực 1) Chọn động cơ .18 2) Kiểm nghiệm động cơ 18 3) Chọn các thiết bị mạch lực khác .19 Chương 4 Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh I. Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển 1) Mô tả động cơ trong hệ trục tọa độ dq25 2) Nội dung phương pháp điều khiển hướng từ thông Rôto29 II. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh 1) Tổng hợp theo các hàm chuẩn .32 2) Mô hình tuyến tính hóa động cơ 35 3) Tổng hợp các mạch vòng isq RR , w .36 4) Tổng hợp các mạch vòng y RR isd , 39 Chương 5 Mô phỏng I. Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh và tham số động cơ phục vụ mô phỏng 1) Tính toán các tham số dộng cơ .41 2) Tính hàm truyền các bộ đo 44 II. Xây dựng mô hình mô phỏng sử dụng MATLAB &SIMULINK version 6.5: 1) Mô hình động cơ .45 2) Xây dựng các khối chuyển đổi 3->2 ,ab->dq,dq->ab,2->350 3) Xây dựng mô hình khối nghịch lưu51 4) Bộ điều khiển PI .52 III. Mô phỏng hệ truyền động động cơ KĐBXCBP 1) Khi khởi động trực tiếp động cơ.52 2) Khởi động cơ có điều chỉnh tốc độ.54 3) Điều chỉnh tốc độ bám theo giá trị đặt yêu cầu .58 Kết luận 61 Tài liệu tham khảo 62 Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 2 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ (Đề số 2) Thầy giáo hướng dẫn : bùi quốc khánh Sinh viên thực hiện : đinh văn lam Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng Các thông số kỹ thuật : - Số tầng n : 4 - Chiều cao mỗi tầng h 0 nhà : 4 [m] - Tốc độ chuyển động : 1.5 [m/s] - Gia tốc cực đại a max : 2.5 [m/s 2 ] - Trọng lượng Cabin : 1500 [kg] - Tải trọng định mức : 1300 [kg] - Đường kính Puli D : 0.4 [m] Yêu cầu nội dung : - Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động. - Chọn phương án truyền động. Tính chọn công suất chô động cơ và mạch lực. - Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ. - Thiết kế mạch điều khiển. - Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB&SIMULINK - Phương án thiết kế : - Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số. - Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu. Tài liệu tham khảo : - Điện tử công suất. - Truyền động diện. - Tự động điều chỉnh truyền động điện. - Trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung. - Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện. Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 3 Lời mở đầu Truyền động điện là một lĩnh vực hết sức quan trọng đối với một kỹ sư tự động hóa , điều khiển tự động. Để thiết kế một hệ thống công nghiệp thì truyền động là khâu quan trọng nhất và quyết định nhất đến thành công của dự án. Một hệ thống đạt chất lượng cao hay không phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc truyền động, điều khiển. Làm thế nào để khóng chế tốc độ động cơ như mong muốn? Làm thế nào để đảm bảo quãng đường dịch chuyển như yêu cầu trong điều khiển thang máy? Hay làm thế nào để thực hiện một hành trình cắt dao trong gia công? Luôn là câu hỏi đặt ra đầu tiên cho một kỹ sư hệ thống khi nhận dự án. Đồ án của em với đề tài :Thiết kế hệ truyền động cho thang máy trở hàng trình bày : + Các dặc điểm công nghệ và truyền động của thang máy. + Phương pháp thiết kế các bộ điều chỉnh. + Mô phỏng hệ thống. Phương án truyền động động cơ xoay chiều ba pha được lựa chọn vì đáp ứng được yêu cầu công nghệ và giá thành lại thấp hơn so với hệ truyền động động cơ một chiều hơn nữa với việc phát triển mạnh mẽ các bộ vi xử lý tốc dộ cao hệ truyền động ĐCXCBP ngày càng chiếm ưu thế. Trong quá trình thiết kế đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy bùi quốc khánh và thầy trần văn địch . Em xin chân thành cảm ơn hai thầy. Trường ĐHBKHN ngày 23/4/2007 Sinh viên thực hiện Đinh Văn Lam TĐH3 K48 Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 4 Chương 1 . Khái quát chung 1. Mục đích của đề tài : Thiết kế hệ truyền động điện cho thang máy chở hàng. 2. Cấu tạo và phân loại thang máy Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng đứng. Cấu tạo của thang máy : - Cabin : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, cabin luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có các giá treo và những thanh dẫn hướng. - Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao quanh và trần giếng, cabin và đối trọng di chuyển trong giếng than nhờ các cáp và khay dẫn hướng. - Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độvà các thiết bị liên quan. Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy. Hình 1 Động cơ Hộp giảm tốc Puli chủ động Puli bịđộng Cabin Thanh dẫn Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 5 - Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên ray dẫn hướng khi vận tốc quá (20á40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn hệ thống. - 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 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. Phân loại: + 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 á 0,65 m/s. - Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 á 1,5 m/s. - Thang máy cao tốc: v = 2,5 á 5 m/s. + Phân loại theo trọng tải : - Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg. - Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 kg. - Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg. Tầm quan trọng : Thang máy giúp giải phóng sức lao động của con người, mang lại năng suất cao, tiết liệm được thời gian . Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 6 3. Các yêu cầu về công nghệ và truyền động : ã Loại phụ tải truyền động là phụ tải thế năng. ã Động cơ thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hãm và đảo chiều nhiều lần (động cơ làm việc trong cả 4 góc phần tư). ã Giản đồ phụ tải : ã Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động : + Yêu cầu về gia tốc , giảm tốc : phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm .Buồng thang chuyển động hay không phụ thuộc vào gia tốc khi khởi động và khi hãm máy. Muốn cho thang máy không dật thì độ dật : const dt vd dt da === 2 2 e khi khởi động và khi hãm (tốc độ có dạng parabol). + Yêu cầu về cơ cấu hãm : Để bảo đảm an toàn cho hành khách cũng như hàng hoá và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trang 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 khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 á 40)% tốc độ định mức . s,v O v,m/s a a t v s a mo may c.d on dinh ham xuong toc do thap a,m/s2 Vmin s : vi tri a: gia toc e : do giat e e ,m/s3 e e e Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 7 ã Yêu cầu về độ chính xác : Về vị trí : khi dừng thang máy phải dửng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho các bin dừng đúng tại sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau : vì đây là thang máy chở hàng nên sẽ gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. ã Vùng điều chỉnh : luôn điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức. Như vậy yêu cầu đặt ra đối với một hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo được quãng đường di chuyển một cách chính xác. Khởi động và hãm phải đáp ứng được yêu cầu độ dật bằng hằng số. Khi xảy ra sự cố như mất điện, đứt cáp thang máy không được rơi, không được vận hành trong điều kiện bất thường như quá tải . Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 8 Chương 2. Tính chọn công suất động cơ Yêu cầu của hệ cần thiết kế: - Số tầng: 4 - Vận tốc: 1,5 m/s - Gia tốc a max : 2,5 m/s 2 - Chiều cao mỗi tầng: h 0 = 4m - Trọng lượng Cabin: G 0 = 1500kg - Tải trọng định mức: G đm = 1300kg - Đường kính Puli: D = 0,4m - Hiệu suất(chọn): h =0,75 - Khối lượng của đối trọng : G đt = G 0 + a G đm với a =0,5 G đt = 1500 + 0,5.1300 = 2150 [kg] 1. Tính hệ số đóng điện tương đối : Cho thang máy làm việc ở chế độ nặng nhất là lên xuống bốn tầng. Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: G đm = 1300 kg. Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1.5m/s là: t kđ = V a (2-7) ị Sau thời gian này Cabin đi được quãng đường là: S kđ = 2 2 0 at tv + (2-8) Thời gian hãm Cabin khi dừng ở mỗi tầng là: t hãm = t kđ = V a (2-9) ị Sau thời gian này Cabin đi đươc quãng đường: S h ã m = S kđ (2-10) ị Thời gian Cabin đi với vận tốc đều V = 1,5m/s ở giữa bốn tầng là: V(m/s) t(s) 1,5 0,6 7,8 8,4 0 t lv t kđ Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 9 t = v SSh hkd -- 0 .3 V ậ y thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau là: t lv = t kđ + t + t hãm Thay số vào tính ta được : t hãm = t kđ = 0,6s t = 7,2 Ta chọn thang máy có buồng thang cửa rộng <800mm đóng mở tự động như vậy tổng thời gian còn lại là: 7,2s Từ đồ thị phụ tải ta tính được hệ số đóng điện tương đối: e% = T t ck lvi n i ồ =1 .100 = 54% 2. Tính mô men tĩnh và mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị: a ) Tính mômen tĩnh : ã Tính lực kéo đặt lên puli Theo giáo trình Trang bị điện cho máy công nghiệp dùng chung ta có: Lực nâng : F n = (G 0 + G G đt ).g (2-1) Lực hạ : F h =(G đt - G G 0 ).g (2-2) Trong đó : + G 0 : khối lượng buồng thang [kg] + G : khối lượng hàng [kg] + g : gia tốc trọng trường ( lấy bằng 9,8 m/s 2 ) ã Tính mômen tĩnh : Mômen khi F>0 : h 2 . i DF M n = (2-3) Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 10 Mômen khi F < 0 : h i DF M h .2 . = (2-4) Trong đó: + D : đường kính Puli [m] + i : tỉ số truyền của hộp số(chọn i=20). + h : hiệu suất của cơ cấu b) Tính mômen cản khi mở máy và khi hãm ( mômen động) : Khi mở máy do còn có mômen quán tính nên mômen cản khi mở máy lớn hơn mômen tĩnh. Theo định luật 2 Newton ta có công thức sau : ã Khi nâng : F n = (G 0 + G - Gđt).g+ | G 0 + G Gđt|. a (2-5) ã Khi hạ : F h = (Gđt G G 0 ).g- | Gđt G G0|. a (2-6) Trong đó : F n : lực nâng khi thang máy chuyển động với gia tốc a F h : lực hạ khi thang máy chuyển động với gia tốc a a : gia tốc của thang máy, khi mở máy a = 2,5 m/s 2 , khi hãm a= -2,5 m/s 2 Công thức tính mômen cũng giống như (2-3) và (2-4). Sau khi thay số liệu vào (2-1)->(2-6) ta tính được bảng sau : Bảng 2-1 Đầy tải Không tải Mở máy CĐ đều (tĩnh) Hãm Mở máy CĐ đều (tĩnh) Hãm F n [N] 7995 6370 4745 -4745 -6370 -7995 F h [N] -4745 -6370 -7995 7995 6370 4745 M n [Nm] 106,6 84,94 63,3 -35,59 -47,78 -59,98 M h [Nm] -35,59 -47,78 -59,98 106,6 84,94 63,3 Thờ gian[s] 0,6 7,2 0,6 0,6 7,2 0,6 [...]... Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** Chương 3 Chọn phương án và tính chọn thiết bị mạch lực I Tính chọn phương án : 1)Chọn phương án truyền động : Hệ truyền động làm việc ở bốn góc phần tư Để đáp ứng yêu cầu này ta có các phương án sau : ã Hệ truyền động động cơ một chiều : + Hệ truyền đông máy phát - động cơ (F-Đ)... THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** Nhìn vào sơ đồ trên ta thấy : giá thành động cơ một chiều chiếm phần lớn giá thành của cả hệ thống trong khi với hệ truyền động xoay chiều thì ngược lại giá thành bộ điều khiển chiếm nhiều hơn Các bộ điều khiển có xu hướng rẻ dần cho nên hệ hệ xoay chiều cũng ngày càng rẻ hơn so với hệ. .. w T (t ) : tốc độ góc của Puli thang máy [rad/s] vT (t ) : tốc độ thang máy khi mở máy hoặc hãm [m/s] a : gia tốc khi mở máy( a>0) hoặc hãm(a 0 Pn = F v.k 10 -3 h [kW] (2-7) ã Khi F < 0 Ph = F v.k h 10 -3 [kW] (2-9) Trong đó : + k : là hệ số tính đến... *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 18 Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** Như vậy động cơ lựa chọn đã đáp ứng được yêu cầu về mômen quá tải -Kiểm nghiệm mômen khởi động : Ta có mômen cản mở máy : Mcmm = 106 [Nm] và Mkđ đc = 2,8.Mđm do đó điều kiện khởi động Mkđ > Mcmm được thỏa mãn -Kiểm nghiệm phát nóng :... chiều Công suất càng lớn thì xoay chiều lại càng chiếm ưu thế về giá cả Việc ổn định tốc độ cũng không thua kém nhiều lắn so với hệ một chiều Như vậy ta sẽ dùng hệ truyền động xoay chiều cho thang máy Hệ truyền động thang máy cũng yêu cầu ổn định ở tốc độ thấp ( khi khởi động và hãm) để có thể dừng chính xác Như vậy ta chọn phương pháp điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC 2) Chọn loại biến... Mđc = 112,4Nm Nên Mđc > Mđt vậy động cơ chọn thỏa mãn yêu cầu phát nóng 3) Chọn thiết bị mạch lực khác : Sơ đồ mạch lực : a Chn van cho b nghch lu Sơ đồ chuyển mạch của khâu nghịch lưu áp 3 pha mỗi van dẫn 1800: *************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 19 Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng ****************************************************************... TĐH3K48 31 Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng **************************************************************** đại lượng biến thiên chậm là y rd và tốc độ quay w Nếu biết góc pha J s giữa trục d của vector từ thông Rotor và trục dây quấn cố định (trục a của hệ trục stator) ta có thể chuyển hai thành phần usd , usq sang hệ tọa độ stator Điện áp được đặt lên cực của động cơ theo phương