Đồ án truyền động điện thang cuốn

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số ngày càng tăng và nhằm đô thị hóa ở các thành phố lớn. Bên cạnh đó dân số của các đô thị ngày càng tăng dẫn đến mật độ dân số ngày càng tăng cao. Do đó vấn đề nhà ở và các nơi làm việc được đặt ra một nhu cầu chủ yếu phục vụ cho cuộc sống cũng như các hoạt động xã hội. Như vậy các nhà cao tầng sẽ được mọc lên để có thể đáp ứng được nhu cầu này. Đi đôi với việc xây dựng các tòa nhà cao tầng tại các thành phố và trung tâm công nghiệp thì vấn đề chở người và chở hàng là một việc hết sức quan tâm. Đối với một số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển chở người, hàng hóa từ thấp lên cao là lại là một công việc lớn quyết định đến năng suất lao động, điều hết sức quan trọng trong thời buổi hiện nay. Vì vậy vấn đề đặt ra là thiết kế một thiết bị có khả năng chở người cũng như chở hàng để phục vụ cuộc sống là rất cần thiết và một trong những thiết đáp ứng được yêu cầu đó chính là thang cuốn.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại cáctrung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựngcác nhà cao tầng nhằm tiết kiệm đất đai do dân số ngày càng tăng vànhằm đô thị hóa ở các thành phố lớn Bên cạnh đó dân số của các đô thịngày càng tăng dẫn đến mật độ dân số ngày càng tăng cao Do đó vấn đềnhà ở và các nơi làm việc được đặt ra một nhu cầu chủ yếu phục vụ chocuộc sống cũng như các hoạt động xã hội Như vậy các nhà cao tầng sẽđược mọc lên để có thể đáp ứng được nhu cầu này Đi đôi với việc xâydựng các tòa nhà cao tầng tại các thành phố và trung tâm công nghiệp thìvấn đề chở người và chở hàng là một việc hết sức quan tâm Đối với một

số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển chở người, hàng hóa từ thấplên cao là lại là một công việc lớn quyết định đến năng suất lao động,điều hết sức quan trọng trong thời buổi hiện nay Vì vậy vấn đề đặt ra làthiết kế một thiết bị có khả năng chở người cũng như chở hàng để phục

vụ cuộc sống là rất cần thiết và một trong những thiết đáp ứng được yêucầu đó chính là thang cuốn

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sảnxuất Trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động điện đónggóp vai trò quan trọng trong việc nâng cao sản xuất và chất lượng sảnphẩm Ngày nay với sự tiến bộ của công nghiệp điện tử công suât và tinhọc, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổiđáng kể nhờ việc áp dụng những công nghệ trên Cụ thể là không nhữngcác hệ truyền động đáp ứng tốc độ nhanh, độ chính xác cao mà còn có giáthành thấp hơn nhiều thế hệ cũ, đặc điểm này rất quan trọng trong việcđáp ứng những kết quả nghiên cứu kỹ thuật vào thực tế sản xuất Vấn đềthang máy cũng yêu cầu có một công nghệ phù hợp với những yêu cầuđược đặt ra

Sau khi nghiên cứu học tập môn “Truyền động điện” nhóm em được giao đề tài thiết kế môn học với nội dung: “Thiết kế hệ truyền động cho thang cuốn chở người” Nhằm mục đích hiểu sâu môn học

cũng như tìm hiểu một công nghệ vẫn còn khá mới ở nước ta

Được sự hướng dẫn trực tiếp và tận tình của thầy giáo:Th.s Lê Văn Chương, em đã hoàn thành đồ án được giao.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ THANG CUỐN 1.1 Công nghệ về thang cuốn

I.1 1 Giới thiệu về thang cuốn

Hệ thống thang cuốn, trong một số trường hợp cũng gọi là thangmáy hay cầu thang máy là một phương tiện phổ biến, giúp con người dichuyển dễ dàng giữa các tầng trong tòa nhà theo phương thức dạngbăng chuyền (băng tải) Hệ thống thang cuốn gồm tập hợp những bậcthang di chuyển liên tục, được gối lên luôn phiên nhau theo chiều lênhoặc xuống tạo thành một vòng khép kín và các khe ránh trên bậc thangđược thiết kế so le, ăn khớp với nhau

Hiện nay trên thế giới phổ biến nhất là dạng thang cuốn theo chiềuthẳng nhưng cũng có một số thiết kế thang cuốn đặc biệt làm theo hìnhchôn ốc ưu điểm của loại thang này là tiết kiệm được diện tích Hệthống thang cuốn thường được sử dụng trong các trung tâm thươngmại, nhà ga, sân bay, khu vui chơi giải trí đông người qua lại v.v…Thang cuốn được lắp đặt thành từng cặp với chức năng mỗi thang theomột chiều nhất định lên hoặc xuống

g cuốn dạng thẳng H1.2:Thang cuốn hình trôn ốc

1.1.2 Ứng dụng cầu thang cuốn

Thang cuốn được sử dụng để vận chuyển người và hàng hóa tạinhững nơi như siêu thị, trung tâm thương mại, ga tàu, sân bay…

Thang cuốn hiện nay cũng được sử dụng trong lĩnh vực nhà ở dândụng, trong các biệt thự sang trọng…

Ngoài ý nghĩa là thiết bị vận chuyển hàng hóa thì thang cuốncũng là một yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cho mỗi công trình

1.1.3 Phân loại cầu thang cuốn

Thang cuốn hiện nay được thiết kế chế tạo rất đa dạng và phongphú với nhiều kiểu dáng và chủng loại khác nhau để phù hợp với mụcđích sử dụng của công trình

-Phân loại theo công dụng:

+ Cầu thang cuốn bậc thang dùng để vận chuyển người

+ Cầu thang cuốn băng tải để vận chuyển người và hànghóa.

-Phân loại theo dạng đường đi:

+ Cầu thang cuốn di chuyển thẳng (thường phổ biến ởtrong siêu thị, trung tâm thương mại…)

+ Cầu thang cuốn di chuyển dạng xoắn ốc

-Phân loại theo thông số cơ bản:

1.1.4 Cấu tạo chung của thang cuốn

Hình 1.3: Cấu trúc thang cuốn

Chú giải

1 Thiết bị an toàn cho xích dẫn động bậc thang

2 Cảm biến

3 Thiết bị an toàn răng lược

4 Thiết bị bảo vệ dọc lối đi

5 Xích dẫn động

6 Tay vịn

7 Bánh răng động cơ

8 Thiết bị kiểm tra tốc độ

9 Thiết bị an toàn cho xích truyền động

10.Thiết bị bảo vệ quá tải

11.Thiết bị bảo vệ sự chuyển động của bậc bước

ăn vào vũng xớch của xớch lăn và kéo nó chuyển động quay vũng, qua đó kéocác bậc thang chạy theo quỹ đạo Ở cuối thang có lắp cảm biến, khi người đithang ra khỏi thang cảm biến sẽ phát tín hiệu cắt nguồn cho động cơ động cơ

sẽ ngừng quay

Chế độ bằng tay

Ở thang cuốn có bảng điều khiển khi muốn cho thang chạy ta ấn nútstart.khi muốn thang chạy lên hoặc xuống ta sẽ ấn nút Up hoặc Dow trênbảng điều khiển muốn dừng thang ta ấn stop

Khi có trường hợp khẩn cấp ta có thể ấn nút dừng khẩn cấp được bố trí trênthang.

1.1.6 Yêu cầu đối với thang cuốn

Hiện nay theo tiêu chuẩn của thế giới thì thang cuốn phải đáp ứng được cáctiêu chí sau:

Thiết kế lan can, tay vịn có tốc độ di chuyển trùng với tốc độ di chuyển củabậc thang giúp người sử dụng không bị mất thăng bằng khi thang có sự cốnhư mất điện, kẹt khiến thang cuốn đang vận hành dừng đột ngột

Đầu và cuối hành trình thang cuốn được thiết kế tấm chờ, đón khách đặc biệtgiúp người sử dụng giữ thăng bằng khi bắt đầu hoặc kết thúc hành trình củathang

Ở mỗi bậc thang được sơn màu vàng chanh hoặc hệ thống đốn LED tại 2đường biên, đầu bậc thang cảnh báo tăng độ an toàn trong khi dựng

Tại vị trí bậc suất phất và bậc kết thúc được thiết kế từ hai đến ba bậc thangtạo thành một mặt phẳng để người sử dụng bắt kịp vận tốc của thang do quántính

Tùy theo mục đích sử dụng của thang cuốn mà ta có thể tùy chỉnh đượchướng vận hành của thang lên hoặc xuống, tốc độ của thang nhanh hay chậmtheo thời gian trong ngày, khi lưu lượng người sử dụng tăng lên vào lúc caođiểm

Chương 2 Tính toán chọn động cơ và lựa chọn phương án truyền động 2.1 Chọn loại động cơ

Động cơ truyền động cho thang máy trong đề tài thang máy chở người

8 tầng nên em đã chọn loại động cơ có công suất nhỏ (P < 30KW), do đó có thể sử dụng các loại động cơ:

- Động cơ một chiều

- Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

- Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

2.1.1 Động cơ một chiều

 Ưu điểm:

- Điều chỉnh tốc độ đơn giản và tuyến tính

- Động cơ một chiều có đặc tính khởi động tốt

 Nhược điểm:

- Giá thành đắt; dễ hỏng do cấu tạo phức tạp và có chổi than

- Khó sửa chữa,hay phải bảo trì bảo dưỡng

- Trong quá trình hoạt động dễ gây ra hỏa hoạn do hiện tượng đánh lửa của vành góp chổi than

2.1.2 Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

 Ưu điểm:

- Có hiệu suất cao hơn động cơ không đồng bộ, phù hợp ở dải công suất nhỏ, thường dùng cho cơ cấu truyền động có vùng điều chỉnh rộng, độ chính xác cao

- Có kích thước nhỏ gọn hơn so với động cơ không đồng bộ cùng công suất

- Sử dụng vật liệu từ, có mật độ từ cao, tổn thất từ và độ nhụt từ nhỏ, khảnăng tái nạp từ tốt, chịu nhiệt độ cao

 Nhược điểm:

- Về mặt kinh tế thì động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cữu vẫn đắthơn động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc

2.1.3 Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế sản xuất Với những ưu và nhược điểm sau

 Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản

- So với động cơ một chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn

- Ở Việt Nam đã và đang sản xuất loại động cơ này với nhiều dải công suấtkhác nhau

- Sử dụng trực tiếp điện xoay chiều 3 pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi đi kèm khi không cần điều chỉnh tốc độ

2.2 Tính toán công suất động cơ điện

Tính toán các thông số băng thang

Băng thang chuyển động luân phiên lên trên hay xuống dưới liên tục là nhờvào sự ăn khớp giữa các mắt xích

Bậc thang với tang băng thang theo kiểu ăn khớp xích con lăn Do đó cácthông số của băng thang được tính theo kiểu truyền động xích

Ta có độ dài làm việc của băng thang:

0

8000

16000( ) sin sin 30



Để đảm bảo an toàn cho hành khách ta chọn hai bước: bước mắt xích đầu thang và bước mắt xích cuối thang của đoạn làm việc sẽ tạo nên đoạn bằngphẳng Đồng thời để che băng thang ta chọn khoảng cách từ bước thang làm việc đến tâm thang là 1m.

Vậy t có khoảng cách D giữa hai băng thang:

Xác định số vòng quay trên trục của tang băng thang

Để thuận lợi cho việc tính toán ta chọn đường kính vòng chia của tang băng thang theo tiêu chuẩn là d  ct 400

Suy ra số vòng quay liên tục của tang băng thang là:

Tính toán sơ bộ công suất trên tang băng thang

Với bước mắt xích thang là 300mm ( lấy theo tiêu chuẩn bước cầu thang cuốn Hitachi dùng cho bề rộng thnag 1500mm)

Ta có số bậc tối đa (T) trên đoạn làm việc của thang:

Động cơ điện phải tận dụng được toàn bộ công suất của động cơ Khi làm việc không quá nóng, có khả năng quá tải trong thời gian ngắn, có momen khởi động đủ lớn để thắng momen cản ban đầu của phu tải.

Để chọn động cơ điện, cần tính công suất cần thiết

ct

N N



Trong đó: N là công suất làm việc N=8,28(Kw)

 là hiệu suất truyền động       1 2 32 4 4

Hiệu suất bộ truyền xích:  0,95 0.97 chọn   1 0,95

Hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ:  0,96 0.98 chọn   2 0,99

Hiệu suất của một cặp ổ lăn:  0,99 0,995 chọn   3 0,99

Hiệu suất khớp nối: chọn   4 1

 0,95 0,97 20,99 1 0,8594 

8, 28

9,64 0,859

ct

(kw)Trong tiêu chuẩn động cơ điện có nhiều loại thỏa mãn điều kiện này nhưng

Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố.

Thường sử dụng cho dải công suất rất lớn đến vài chục MW

Nhược điểm

Sử dụng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiển rất phức tạp

Hệ số công suất thấp

 Biến tần gián tiếp

Dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòngđiện một chiều (tần số f=0), lọc rồi được biến đổi thành dòng điện xoaychiều tần số f2 Biến tần gián tiếp có 2 loại là: Biến tần nguồn dòng vàBiến tần nguồn áp Hai loại này được phân biệt dựa vào khâu trung gianmột chiều

 Biến tần nguồn dòng

Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf, thực hiện chức năng nguồn dòng cho bộ nghịch lưu.

Ưu điểm

- Có khả năng trả năng lượng về lưới

- Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi

- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW

Hình 2.1 Biến tần nguồn dòng Nhược điểm

- Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ

- Cồng kềnh vì có cuộn kháng

- Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ

Do đó, ứng dụng thang cuốn với tải chỉ vào khoảng 10kW thì biến tầnnguồn dòng là không phù hợp

 Biến tần nguồn áp

Khâu trung gian một chiều là tụ Ce, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịch lưu

Ưu điểm

-Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW

-Hệ số công suất của mạch lớn (≈1)

-Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải, dòng điện cho tải quy định

-Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khử đập mạch momen.

Hình 2.2 Biến tần nguồn áp

Nhược điểm

-Không trả được năng lượng về lưới Nếu muốn trả năng lượng về lướiphải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnhlưu ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư Trongphạm vi đồ án này sẽ không trả năng lượng về lưới trong quá trình hãm táisinh mà dùng điện trở hãm

Từ các phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode và

có điện trở hãm

2.3.2 Chọn phương pháp điều khiển biến tần

Điều khiển vô hướng(V/f)

Mong muốn giữ cho từ thông stato Ψs không đổi (V/f = const) trongsuốt quá trình điều chỉnh Khi điều khiển tần số, nếu giữ từ thông khe hởkhông đổi thì động cơ sẽ được sử dụng hiệu quả nhất (khả năng sinh momenlớn nhất)

Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển vô hướng hệ biến tần-động cơ không động bộ xoay chiều 3 pha

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động cơ không đồng bộ

Trong đó:

3/2: biến đổi abc/alpha-betaVR: Biến đổi quay đồng bộΦ: Góc giữa trục M và góc  (Trục A)

Hình 2.5 Ý tưởng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ

Động cơ không đồng bộ qua biến đổi tọa độ có thể tương đương với động

cơ một chiều, như vậy theo phương pháp điều khiển động cơ một chiều, tìm

ra lượng điều khiển động cơ một chiều, qua phép biến đổi ngược tọa độ cóthể điều khiển động cơ không đồng bộ

- Hiện nay, công cụ điều khiển số rất mạnh do đó vấn đề tính toán phứctạp không còn là vấn đề lớn.

Hình 2.6 Cấu trục điều khiển FOC của hệ biến tần-động cơ không đồng bộ xc

3 pha Nhược điểm:

-Rất nhạy với sự biến thiên thông số của động cơ, nhất là điện trở roto cóthể thay đổi đến 50% giá trị chuẩn do sự thay đổi nhiệt độ và hiệu ứng mặtngoài

Phải thực hiện nhiều phép quay trục tọa độ nên tính toán phức tạp, tốc độkhông cao

2.3.4 Phương pháp DTC

Dựa trên tác động trực tiếp của các vecto điện áp lên vectơ từ thông mócvòng stato Thay đổi trạng thái của vectơ từ thông móc vòng stato dẫn đến

thay đổi trực tiếp momen điện từ của động cơ (gián tiếp điều khiển tốc độđộng cơ) Các vectơ điện áp được chọn lựa dựa trên sai lệch của từ thôngstato và momen điện từ với các giá trị đặt Tùy thuộc vào sai lệch này, mộtvectơ điện áp tối ưu để điều chỉnh các đại lượng về đúng giá trị đặt.

Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển DTC

Ưu điểm

-Không cần thực hiện các phép quay trục tọa độ do đó thời gian tính toán rất nhanh

-Độ chính xác điều chỉnh là tùy ý, phụ thuộc vào khả năng về tần số

chuyển mạch của biến tần

-Mô hình ước lượng chỉ phụ thuộc vào tham số là điện trở dây quấn stato là tham số dễ dàng nhận dạng được sự biến thiên theo nhiệt độ

-Momen động cơ phát huy nhanh ( gấp 4 – 5 lần so với điều khiển FOC)

-Vậy phương án truyền động được lựa chọn là: Hệ truyền động động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc - biến tần nguồn áp dùng chỉnh lưu diode có điện trở hãm - điều khiển bằng phương pháp FOC

CHƯƠNG 3 :TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ

TRUYỀN ĐỘNG 3.1 Tổng quan về biến tần

Như trong chương 1 ta đã chọn biến tần là loại biến tần nguồn áp, vì vậy em chỉ nêu tổng quan về biến tần nguồn áp

Ta có sơ đồ tổng quan của 1 bộ biến tần thông thường:

Cấu tạo bộ biến tần nguồn áp gồm có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực và bộ phận điều khiển:

Hình 3.1 Sơ đồ mạch lực của biến tần nguồn ápBiến tần nguồn áp gồm 2 phần:

Hình 3.3 :Cấu trúc mạch chỉnh lưu diode

- Nguyên lý hoạt động

Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều,

ở đây ta dùng mạch chỉnh lưu hình cầu không điều khiển, bộ chỉnh lưu baogồm các nhóm van diode chỉnh lưu bằng máy biến áp

 Van có tác dụng đóng mở tạo thành dòng một chiều

 Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầucần thiết của phụ tải, cách ly phụ tải lưới điện để vận hành an toàn, cảithiện được dạng sóng nguồn điện lưới Ngoài ra còn có tác dụng hạnchế tốc độ tăng của dòng anode

 Giá trị trung bình của điện áp ra:

I

I 

 Điện áp ngược max trên van: U vmax  6U2f