Nâng cao chất lượng hệ truyền động nâng - hạ thang máy

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Cán hƣớng dẫn khoa học:PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ TÊN ĐỀ TÀI: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Lớp : Cao học K11-TĐH Cán hƣớng dẫn KH : PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH BAN GIÁM HIỆU Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên HỌC VIÊN TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG KHOA SAU ĐẠI HỌC http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi Trần Thị Hƣơng Giang học viên lớp cao học Tự Động Hóa niên khóa 2008-2010 Sau năm học tập nghiên cứu, đƣợc giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt PGS.TS Bùi Quốc Khánh, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp tôi, đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khóa học thạc sỹ Tôi định chọn đề tài tốt nghiệp : “Nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Bùi Quốc Khánh tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê Tôi không chép công trình cá nhân khác dƣới hình thức Nếu có xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Ngƣời cam đoan Trần Thị Hƣơng Giang Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………….….……… … MỤC LỤC………………………………………………………… ……………2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT…………… … …… ….5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………… MỞ ĐẦU……………………………………………………… 11 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY………………………….…13 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY…………………………… 13 1.2 1.1.1.Giới thiệu……………………………………………… ….… 13 1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy……………………………… 14 1.1.3 Tình hình sử dụng thang máy Việt Nam ……………………….16 1.1.4 Phân loại ký hiệu thang máy ……………… ……………… 17 1.1.5 Cấu tạo thang máy…………………………… ……………… 20 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA TẢI VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG TRONG THANG MÁY……………………… 23 1.3 1.2.1 Chế độ làm việc tải………………………………… …… 23 1.2.2 Các yêu cầu truyền động điện……………………… ……….25 1.2.3 Các yêu cầu dừng xác, tiết kiệm lƣợng an toàn 27 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ……………………… …… 32 1.4 1.3.1 Xác định phụ tải tĩnh nâng tải …………………………… 35 1.3.2 Xác định phụ tải tĩnh hạ tải ……………………………… 33 1.3.3 Xác định đồ thị phụ tải, hệ số đóng điện tƣơng đối…….……… 36 1.3.4 Xác định công suất động cơ…………………………………… 38 HỆ TĐ ĐIỆN HIỆN ĐẠI DÙNG TRONG THANG MÁY…………… 39 1.4.1 Lựa chọn biến tần……………………………………………… 39 1.4.2 Phân tích phƣơng án truyền động……….………………… 42 1.5 KẾT LUẬN………………………………………………………………47 CHƢƠNG II: BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ LÀM VIỆC VỚI TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY……………………………………………………… 48 2.1 CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ BIẾN TẦN CHỈNH LƢU PWM…………………………………………………………………………… 48 2.2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƢU TÍCH CỰC……48 2.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc chỉnh lƣu PWM…………… 49 2.2.2 Mô tả toán học chỉnh lƣu tích cực…………………………… 52 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.2.1 Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu……………………………… 53 2.2.2.2 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ pha…………54 2.2.2.3 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ tĩnh α-β………55 2.2.2.4 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ quay d-q…… 56 2.2.3 Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM……………………… 59 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC………………… 61 2.3 NGHIÊN CỨU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU 64 2.3.1 Khái quát chung…………………………………………… … 64 2.3.2 Động đồng nam châm vĩnh cửu… ………………… … 66 2.3.2.1 Hệ phƣơng trình động (Mô tả toán học động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu)………………………… 67 2.3.2.2 Mô hình trạng thái động hệ toạ độ từ thông Rotor 69 2.3.2.3 Điều khiển tựa từ thông (Điều chỉnh tốc độ động đồng (SPM) cực ẩn kích từ nam châm vĩnh cửu)…………………….71 2.3.2.4 Tổng hợp điều chỉnh lƣu ……………………………….… 75 2.4 KẾT LUẬN………………………………………………………………… 78 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU (PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR-PMSM) CHO THANG MÁY……………… 79 3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG… …………………………….79 3.2 CẤU TRÚC MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG THANG MÁY……… 79 3.2.1 Tham số mô phỏng……………………………………………… 79 3.2.2 Cấu trúc mô hệ thống sơ đồ minh hoạ chi tiết……… 80 3.2.3 Các kết mô phỏng…………………………………………….83 KẾT LUẬN…………………………………………………………… …… 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… ………90 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ………………………………………… 92 x(t), x X*, x* α φ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Giá trị tức thời Giá trị đặt Góc pha vector chuẩn Góc pha dòng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ω Vận tốc góc ψ Góc pha cosφ Hệ số công suất f Tần số i(t), i Giá trị dòng điện tức thời kp, kI Hệ số khuếch đại, hệ số tích phân p(t), p Công suất tác dụng tức thời q(t), q Công suất phản kháng tức thời t Giá trị thời gian tức thời v(t), v Giá trị điện áp tức thời ψLα Thành phần vector từ thông ảo hệ trục tọa độ α – β ψLβ Thành phần vector từ thông ảo hệ trục tọa độ α – β ψLd Thành phần vector từ thông ảo hệ trục tọa độ d – q ψLq Thành phần vector từ thông ảo hệ trục tọa độ d – q uL Vector điện áp lƣới uLα Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục tọa độ α – β uLβ Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục tọa độ α – β uLd Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục tọa độ d – q uLq Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục tọa độ d – q iL Vector dòng điện lƣới iLα Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục tọa độ α – β iLβ Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục tọa độ α – β iLd Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục tọa độ d – q iLq Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục tọa độ d – q us, uconv Vector điện áp vào chỉnh lƣu uSα Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục tọa độ α – β uSβ Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục tọa độ α – β uSd Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục tọa độ d – q uSq Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục tọa độ d – q udc Giá trị điện áp chiều idc Giá trị dòng điện chiều C Giá trị tụ điện I Giá trị hiệu dụng dòng điện L Giá trị điện cảm R Giá trị điện trở S Công suất biểu kiến T Chu kỳ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn P Q Z 4Q DPC DTC DPF FOC PF PMSM PWM Te VOC Control) Công suất tác dụng Công suất phản kháng Tổng trở kháng Bốn góc phần tƣ ( viết tắt Four(4) Quater) Điều khiển trực tiếp công suất ( viết tắt Direct Power Control) Điều khiển trực tiếp mômen ( viết tắt Direct Toque Control) Hệ số công suất dịch chuyển ( viết tắt Displacement Power Factor) Điều khiển tựa từ trƣờng ( viết tắt Field Oriented Control) Hệ số công suất ( viết tắt Power Factor) Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu ( viết tắt Permanent Magnet Synchronous Motor) Điều chế độ rộng xung ( viết tắt Pulse Width Modulation) Mômen điện từ Điều khiển tựa theo điện áp lƣới ( viết tắt Voltage Oriented DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Chiếc thang máy kỷ XV Hình 1.2 : Cấu tạo thang máy Hình 1.3 : Chế độ làm việc tải Hình 1.4 : Đồ thị biểu diễn phụ thuộc quãng đƣờng S, tốc độ v, gia tốc a độ dật ρ theo thời gian Hình 1.5 : Đồ thị xác định số lần dừng Hình 1.6 : Sơ đồ xác định độ dừng chíng xác phụ thuộc độ dừng xác buồng thang vào trị số tốc độ gia tốc Hình 1.7 : Sơ đồ biểu diễn lực tác dụng lên thang máy Hình 1.8 : Đồ thị phụ tải thang máy chu kỳ Hình 1.9 : Cấu trúc biến tần trực tiếp Hình 1.10 : Cấu trúc biến tần gián tiếp Hình 2.1 : Cấu trúc tổng quát Chỉnh lƣu - Nghịch lƣu Hình 2.2 : Sơ đồ nguyên lý chỉnh lƣu PWM Hình 2.3 : Sơ đồ thay giản đồ véctơ chỉnh lƣu PWM Hình 2.4 : Mô tả hàm đóng cắt mạch lực biến tần Hình 2.5 : Các trạng thái chuyển mạch chỉnh lƣu PWM Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đồ thị vectơ điện áp, dòng điện chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ abc, α – β d-q Hình 2.7 : Cấu trúc mô hình mô tả toán học chỉnh lƣu PWM Hình 2.8 : Sơ đồ khối chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ tĩnh α – β Hình 2.9 : Sơ đồ khối chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ quay d - q Hình 2.10 : Cấu trúc khối đồng với điện áp lƣới PLL Hình 2.11 : Các phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM Hình 2.12 : Hệ truyền động động biến tần chỉnh lƣu PWM với phƣơng pháp điều khiển Hình 2.13 : Cấu trúc mạch vòng điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC Hình 2.14 : Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC Hình 2.15 : Cấu trúc mạch vòng dòng điện chỉnh lƣu tích cực Hình 2.16 : Cấu trúc mạch vòng dòng điện bỏ qua tác động kênh d,q Hình 2.17 : Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM Hình 2.18 : Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu loại IPM Hình 2.19 : Mô hình liên tục ĐCĐB kích thích vĩnh cửu hệ toạ độ d,q Hình 2.20 : Đồ thị véctơ động đồng Hình 2.21 : Cấu trúc điều khiển véctơ động SPM Hình 2.22 : Đồ thị véctơ SPM với điều khiển giảm từ thong dòng Stato không đổi Hình 2.23 : Sơ đồ khâu điều chỉnh dòng điện Hình 3.1 : Sơ đồ mô hệ biến tần 4Q – Động đồng ba pha kích từ vĩnh cửu (PMSM) điều khiển theo VOC – DTC Hình 3.2 : Triển khai chi tiết khối PLECS Circuit Hình 3.3 : Triển khai chi tiết khối PWM SubSystem Hình 3.4: Triển khai chi tiết khối Current controller SubSystem Hình 3.5 : Triển khai chi tiết khối Voltage controller SubSystem Hình 3.6: Đồ thị tốc độ động Hình 3.7: Đồ thị mômen động Hình 3.8: Đồ thị dòng điện isq Hình 3.9: Đồ thị dòng điện isd Hình 3.10: Đồ thị dòng điện idc Hình 3.11: Đồ thị điện áp Udc Hình 3.12: Đồ thị dòng điện đầu vào chỉnh lƣu tích cực Hình 3.13: Đồ thị dòng điện điện áp Hình 2.6 : Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghiệp, trung tâm công nghiệp thƣơng mại phát sinh nhu cầu lớn xây dựng tòa nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai dân số xã hội ngày tăng nhằm đô thị hóa thành phố lớn Đi đôi với việc xây dựng tòa nhà cao tầng vấn đề di chuyển lên tầng cao đƣợc quan tâm Bên cạnh số ngành công nghiệp việc vận chuyển thiết bị từ thấp lên cao lại đóng vai trò định lớn đến suất lao động vấn đề đặt tạo thiết bị có khả chuyển chở ngƣời nhƣ vật dụng nhằm phục vụ nhu cầu sống nhƣ phục vụ sản xuất điều cần thiết, thang máy đời đáp ứng tốt đòi hỏi Ngày thiết kế sang trọng, đại kỹ thuật tiên tiến làm cho hệ thống thang máy đƣợc đổi hoàn thiện Hiện có nhiều Công ty tham gia vào thị trƣờng thang máy nƣớc ta nên việc cạnh tranh diễn gay gắt Tuy nhiên có vấn đề cần quan tâm công ty thang máy hàng đầu Việt Nam vấn đề nghiên cứu biến đổi vào truyền động thang máy để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy tiết kiệm điện cho ngƣời sử dụng Ta biết thang máy sử dụng biến tần dùng chỉnh lƣu điot ( tiristor), song để thực hãm tái sinh trả lƣợng lƣới đƣợc, trao đổi công suất từ tải lƣới Mặt khác dòng điện đầu vào biến tần chứa nhiều sóng hài bậc cao làm méo điện áp lƣới đồng thời gây nên hệ số cosφ thấp Một giải pháp nhằm khắc phục tình trạng sử dụng biến tần dùng chỉnh lƣu PWM khắc phục đƣợc ba vấn đề tồn Nó làm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... ty thang máy hàng đầu Việt Nam vấn đề nghiên cứu biến đổi vào truyền động thang máy để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động nâng hạ thang máy tiết kiệm điện cho ngƣời sử dụng Ta biết thang máy. .. VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Cán hƣớng dẫn khoa học:PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH THÁI NGUYÊN - 2010... SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ TÊN ĐỀ TÀI: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG – HẠ THANG MÁY Học viên : TRẦN THỊ HƢƠNG GIANG Lớp : Cao học K11-TĐH Cán hƣớng dẫn KH : PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH