đồ án truyền điện động thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở người

đồ án truyền điện động chi tiết, đầy đủ gồm 6 chươngchương 1: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ THANG MÁYchương 2: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠchương 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁNchương 4: TÍNH TOÁN MẠCH BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤTchương 5: XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNGchương 6: TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ THANG MÁY

1.Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị vận tải chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa,vật liệu…theo phương thẳng đứng

Thang máy được lắp đặt trong các tòa nhà cao tầng, khách sạn, công sở, chung

cư, bệnh viện, các đài quan sát, công xưởng Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy

so với các phương tiện khác là thời gian vận chuyển của một chu kỳ vận chuyển nhỏ,tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục

Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng

vẻ đẹp, tiện nghi của công trình Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định đối với cáctòa nhà cao 6 tầng trở lên phải được trang bị thang máy Để đảm bảo cho người đi lạithuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt vì liênquan trực tiếp đến tính mạng con người Vì yêu cầu chung với thang máy: Khi thiết

kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng, sửa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặtcác yêu cầu kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy phạm

1.2 Cấu trúc chung của thang máy

Tất cả các thiết bị được bố trí trong giếng buồng thang (khoảng không gian từtrần của tầng cao nhất đến mức sâu tầng 1), trong buồng máy (trên trần của tầng caonhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng) Bố trí các thiết bị của thang máy đượcbiểu diễn như Hình 1.1

Hình 1.1 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy

1.2.1 Thiết bị lắp trong buồng máy

* Cơ cấu nâng

Trong buồng máy có lắp đặt hệ thống tời nâng - hạ buồng thang (cơ cấu nâng)tạo ra lực kéo chuyển động buồng thang và đối trọng Cơ cấu nâng gồm có các bộphận :

- Bộ phận kéo cáp (puli hoặc tang quấn cáp)

* Bộ phận hạn chế tốc độ: Làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm bằng cáp liên động

để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang

1.2.2 Thiết bị lắp trong giếng thang máy:

* Buồng thang:

Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đènchiếu sáng buồng thang, công tắc điện liên động với sàn buồng thang và điện thoạiliên lạc với người ngoài trong trường hợp mất điện Cung cấp điện cho buồng thangbằng dây cáp mềm Nơi người và hang hóa đứng khi vận chuyển

1.2.3 Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy:

Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc (là hệ thống giảm xóc vàgiảm xóc thủy lực) tránh sự va đập của buồng thang và đối trọng xuống sàn của giếngthang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình xuống bị sự cố(không hoạt động)

1.2.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy

- Phanh hãm điện từ:

Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống như phanh hãm điện từ dùngtrong các cơ cấu của cầu trục

- Phanh bảo hiểm (phanh dù, cơ cấu tổ đớp ):

Có nhiệm vụ hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn chophép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng trongtrường hợp bị đứt cáp treo

*Cảm biến vị trí:

Các bộ cảm biến vị trí dùng để :

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồngthang lên gần đến tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác

- Xác định vị trí buồng thang

1.3 Phân loại thang máy:

1.3.1Phân loại theo chức năng

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng

- Thang máy dùng trong bệnh viện

- Thang máy dùng trong công nghiệp để chở thiết bị, máy móc, vật liệu, quặng…

- Thang máy dùng trong nhà ăn, thư viện

1.3.2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển:

`- Thang máy tốc độ thấp

Tốc độ :v ≤ 1m/s

- Thang máy tốc độ trung bình

Tốc độ: v= 0.75÷1,5 m/s

Thường dùng trong các tòa nhà có từ 6÷12 tầng

- Thang máy tốc độ cao

Tốc độ: v= 2,5÷3,5 m/s

Thường dùng trong các tòa nhà có số tầng:mt >16 tầng

- Thang máy tốc độ rất cao (siêu tốc)

Tốc độ:v> 5m/s

Thường dùng trong các tòa tháp cao tầng

1.3.3 Phân loại theo tải trọng:

- Thang máy loại nhỏ:Q< 160kg

- Thang máy loại trung bình:Q= 500÷2000kg

- Thang máy loại lớn:Q> 2000kg

1.4 Yêu cầu công nghệ, truyền động

1.4.1 Dừng chính xác buồng thang:

Buồng thang máy phải được dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần đếnsau khi hãm dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ xảy ra các hiện tượngsau :

- Đối với thang máy chở khách: làm khách ra vào khó khăn, tăng thời gian ra vào,giảm hiệu suất phục vụ của thang máy

- Độ dừng chính xác của buồng thang được đánh giá bằng đại lượng △S (nửa hiệu sốcủa 2 quãng đường của buồng thang trượt đi được từ khi phanh hãm điện từ tác dộngđến khi buồng thang dừng hẳn khi có tải và không có tải theo cùng một hướng dichuyển của buồng thang)

Hình 1.2 Dừng chính xác buồng thang

Các thông số ảnh hưởng đến độ chính xác khi dừng buồng thang gồm:

- J momen quán tính của phần chuyển động của buồng thang

- △t quán tính điện từ của các phần tử chấp hành trong sơ đồ điều khiển củathang máy

- Mph, Mc momen do cơ cấu phanh hãm điện từ sinh ra và tải teongj của thangmáy

- v0 tốc độ di chuyển của buồng thang khi bắt đầu hãm dừng

3 thông số đầu tiên đối với 1 thang máy có thể coi như không đổi và thông số vo làthông số quyết định nhất Độ dừng chính xác cho phép △Smax ≤ ±20mm

1.4.2 Tốc độ di chuyển buồng thang:

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định đến năng suất của thang máy và

có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các nhà cao tầng nhưng việc tăng tốc độ lại làmtăng thêm chi phí đầu tư và vận hành Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v=0,75(m/s)lên v=3,5(m/s) thì giá thành sẽ tăng lên 4÷5(lần), bởi vậy tùy vào độ cao của tòa nhà

mà phải chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu, đáp ứng đầy đủ các chỉtiêu kinh tế và kỹ thuật

Khi gia tốc a ≤ 2m/s2 trị số độ giật tốc độ tối ưu là: ρ < 20m/s3

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao không gây khó chịu cho hành khách đượcđưa ra trong bảng sau:

Tham số

Hệ truyền độngXoay

Ta có biểu đồ làm việc tối ưu cho thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao

Hình 1.3:Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của s, gia tốc a và độ giật ρ theo thời gian

Biểu đồ tối ưu sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động điện 1 chiều hoặc dùng hệbiến tần-động cơ xoay chiều Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ khôngđồng bộ rotor lồng sóc hai cấp tốc độ, biểu đồ làm việc đạt được gần với biểu đồ tối

ưu.Đối với thang máy tốc độ chậm, biểu đồ làm việc chỉ có giai đoạn: thời gian tăngtốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng

1.4.4 Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

Trong thang máy phạm vi điều chỉnh tốc độ được tính bởi tỷ số giữa tốc độ dichuyển lớn nhất và tốc độ di chuyển nhỏ nhất Thông thường đối với thang máy phạm

vi điều chỉnh tốc độ D=3÷10

1.4.5 Đặc điểm phụ tải của thang máy:

a.Phụ tải có tính chất thế năng:

Phụ tải của thang máy thay đổi trong một phạm vi rất rộng, nó phụ thuộc vàolượng hành khách đi lại trong một ngày đêm và hướng vận chuyển hành khách Bởivậy ta phải tính cho phụ tải “xung” cực đại Phương trình đặc tính cơ của máy sảnxuất :

Điều này có thể giải thích là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây

ra Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải), momen thế năng có tác dụng cản trở chuyểnđộng, tức là hướng ngược chiều quay động cơ Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thếnăng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo chiều quay động cơ

Hình 1.4:Đồ thị biểu diễn quá trình nâng và hạ tải của thang máy

Đặc tính MC(ω) nằm ở cả bốn góc phần tư

A1: Nâng cabin đầy tải tốc độ cao

A2: Nâng cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)

A1’: Hạ cabin dầy tải tốc độ cao

A2’: Hạ cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)

C1, C2: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ nâng

C1’, C2’: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ hạ

Hình 1.5 :Đồ thị đặc tính cơ của thang máy

b.Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại:

Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi,thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau.Nhiệt phát nóng của động cơ chưa đạt đến mức bão hòa đã giảm do mất tải, nhiệt độsuy giảm chưa tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tải

Hình 1.6 :Đồ thị phát nhiệt của động cơ

c Sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ:

Động cơ trong mỗi lần hoạt động đều thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động,kéo tải ổn định và hãm dừng Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục từ chế độ động cơsang chế độ máy phát Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đó chuyểnđộng ổn định với tốc độ đó trong một lần chuyển động

CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ

Hình 2.1 Sơ đồ động học của thang máy

Đặt thêm một số thông số cần thiết:

 gc: khối lượng đơn vị dài dây cáp(kg/m)

 hdt: chiều cao đối trọng (m)

 hcb: chiều cao cabin (m)

 g: gia tốc trọng trường (m/s2)

 Gdt: khối lượng của đối trọng:

Gdt= G0 + α.GGđm

α: hệ số cân bằng (α = 0,3÷0,6)

Chọn α = 0,4 do phần lớn các thang máy chở người chỉ vận hành đầy tải những giờcao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải.G

a.GTính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang (chất đầy tải) ở tầng dưới cùng vàcác lần dừng tiếp theo:

Các lực tác động lên puli chủ động theo các nhánh cáp là:

- Bên phía cabin: F1  G0  G đm g H c – h cb

(N)

- Bên phía đối trọng: F2  G dt  g H c – h dt

(N)Lực tác dụng lên puli chủ động khi nâng tải tạo momen quay là:

- Lực nâng tải: F n F1 –F2 G0 G G– dt.g g h c. dt – h cb g (N)

- Lực hạ tải: F h F2 –F1 G dt –G0 –G g g h   cb–h dt g (N)Trong đó:

hdt và hcb: chiều cao đối trọng và cabin (m)

Giả sử: hdt=hcb Khi đó

- Lực nâng tải: F n G0 G G– dt.gG– G đm g (N)

- Lực hạ tải: F h G dt –G0 –G g  G đm–G g. (N)b.Tính momen tương ứng lực kéo:

.

F R M

Trên thực tế, phải tính đến hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng k=1,15 ÷1,3

- Nâng đầy tải (G G đm) thì F n 1 – .G g đm.

1

1

1000 1000.

đm n

1000 1000.

đm h

h

G v g

P v P

Trong đó: - P1n: ứng với trường hợp động cơ làm việc chế độ nâng tải

- P1h: ứng với chế độ động cơ làm việc chế độ hạ tải

c.Tính tổng thời gian hành trình nâng hạ của buồng thang bao gồm:

- Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định

- Thời gian tăng tốc, thời gian hãm

- Thời gian phụ khác: thời gian đóng mở cửa, thời gian ra vào buồng thangcủa hành khách

d.Dựa trên kết quả các bước tính toán trên, momen dằng trị và tính động cơ đảm bảothõa mãn điều kiện: M ≥ Mdt

e.Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần của hệ truyền động có tính đến quá trình quá

độ, tiến hành kiểm nghiệm động cơ truyền động

2.2 Tính toán

2.2.1 Xác định phụ tải tĩnh

Khối lượng đối trọng:

1

1 1 0, 4 500.1.9,81.1, 2

4, 25

đm n

đm h

h

G v g

P v P

n

FR M

h 1h

2.2.2 Xác định hệ số đóng điện tương đối

Để xác định được hệ số đóng điện tương đối, ta xác định khoản thời gian làmviệc cũng như thời gian nghĩ của thang máy trong 1 chu kỳ lên xuống Xét thang máy

luôn làm việc với tải định mức: G = Gđm=500kg tương đương với 10 người.Số lầndừng (theo xác suât ) của buồng thang có thể tìm theo các đường cong hình dưới

Trong đó :

Hình 2.2:Đường cong để xác định số lần dừng (theo xác suất )của buồng thang

Từ đồ thị trên ta suy ra số lần dừng của buồng thang là 4 lần.Ta giả định rằng:

- Thời gian mở cửa buồng thang là 1s.G

- Thời gian đóng cửa buồng thang là 1s.G

- Thời gian cho 1 người ra/vào là 1s.G

Mỗi lần dừng có 2 người ra khỏi thang và thêm 2 người vào

- Thời gian ra,vào cabin được tính gần đúng : 1s/1người

- Thời gian mở cửa buồn thang ≈ 1s

- Thời gian đóng cửa buồng thang ≈ 1s

Giả sử thang máy dừng 4 lần khi đến các 2, 3, 4, 5 trong quá trình làm việc Tại tầng

1 và tầng 6, thang dừng để đón toàn bộ khách vào hoặc để toàn bộ khách ra khỏithang máy Giả sử ở mỗi tầng chỉ có 2 người ra và 2 người vào thì thời gian dừng ởmỗi tầng :

(s)

Hình 2.3:Đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy

Thời gian hãm cabin khi dưng ở mỗi từng : h kd

Quãng đường cabin đi được khi thực hiện hãm: S h  S kđ  0,337 (s)

Thời gian cabin đi với vận tốc v=1m/s là:

t lv12  t kđ   t t h  0, 67 3,83 0,67 5,17    (s) Thời gian làm việc của thang máy khi lên hoặc xuống là :

t lv  t lv12 5 5,17.5 25,85   (s) Thời gian nghỉ của thang máy khi lên hoặc xuống là khi chưa tính đến thời gian nghỉ

ở từng 1 và từng 6:

t nghi  4.t dung 4.6 24   (s)

Tổng thời gian làm việc trong một chu kỳ lên xuống của thang máy:

Tck  2.tcuoi 2 t lv tnghi  2.22 2 25,85 24     143,7

(s)

Hình 2.4:Đồ thị phụ tải của thang máy

Từ đồ thị phụ tải thang máy ta tính được hệ số đóng điện tương đối:

1 t 2.t 2.25,85

t % 100 100 100 36%

n lvi

2.3.Chọn sơ bộ công suất động cơ

2.3.1.Tính công suất đẳng trị trên trên trục động cơ

Công suất đẳng trị gây nên trên trục động cơ:

Như vậy phụ tải thang máy có P  dt 2,15 (kw) vàt % 36%đđ 

Ta chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn là

Công suất hiệu chỉnh lại là:

2.3.2.Momen tương ứng với lực kéo đặt lên puli cáp

Ta xét bài toán quy về trụ động cơ như sau:

Hình 2.5: Sơ đồ quy đổi momen quán tính về trục động cơ

2.3.3.Chọn động cơ

Động cơ truyền động cho thang máy trong đề tài là động cơ có công suất nhỏ, vì vậy

mà chúng ta có thể chọn các loại động:

2.3.3.1.Động cơ một chiều kích từ độc lập

- Ưu điểm: điều chỉnh tốc độ đơn giản, tuyến tính.Đặc tính khởi động tốt

- Nhược điểm: Giá thành đắt, cấu tạo phức tạp,tốn kém chi phí bảo trì bảo dưỡng(chổi

than)

2.3.3.2 Động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ roto lồng sóc

- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, vận hành an toàn Sử dụng nguồn cung cấp

trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha Giá thành thấp hơn động cơ một chiều, phố

biến, luật điều khiển phong phú

- Nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn Chỉ

tiêu khởi động xấu hơn nhiều so với động cơ một chiều

2.3.3.3Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

- Ưu điểm: Hiệu suất cao, phù hợp ở dải công suất nhỏ, thường dùng cho cơ cấu

truyền động có vùng điều chỉnh rộng, độ chỉnh xác cao Có kích thích 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 và độ hụt từ nhỏ, khả năng tải nạp từ tốt, chịu nhiệt từ cao

- Nhược điểm: Giá thành cao

Các truyền động công suất lớn hơn thì dùng hệ thống bộ biến đổi – động cơ một

chiều, động cơ không đồng bộ Trước đây, động cơ điện một chiều thường được ưa

chuộng hơn, kể cả trong dải công suất nhỏ vì tính điều chỉnh đơn giản và tuyến tính

của nó Ngày nay công nghệ điện từ và vi điều khiển phát triển mạnh mẽ,việc điều

khiển động cơ không đồng bộ không còn quá khó khăn, động cơ không đồng bộ ba

pha roto lồng sóc rẻ hơn nhiều so với động cơ một chiều cùng công suất và rất phổ

biến trên thị trường với dải công suất rộng, do đó phù hợp cho ứng dụng của chúng ta

Vậy ta quyết định lựa chọn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc dùng cho thang

máy Thông số cơ được lựa chọn như sau:

Tên động cơ: M2AA 112M 3GAA 112 101

4.10 3

0,85

đm vđm đm đm

n 1500 1430 7 S

Tổng trở kháng một phần là:

U Z

1 2.

S

R ' S

Giải hệ phương trình (a, b) ta được:a = 2,23; S  th 0, 4

Với giả thiết X1 ≈ X’2 ta tính được: R1=3,2Ω , R'2 =1,435Ω, X1=X'2= 0,81Ω

Tiếp theo ta tính điện khoáng từ hóa Xm xuất phát từ mạch điện thay thế một phađộng cơ không đồng bộ:

Suy ra:

' 2

R .X / / ( ) X

R ' S

s s

2.4 Kiểm nghiệm động cơ

Để khẳng định chắc chắn động cơ với các thông số trên có đáp ưng được các

yêu cầu truyền động hay không, ta tiến hành kiểm nghiệm đông cơ

Yêu cầu kiểm tra về tính chọn công suất động cơ nói chung gồm các bước sau:

-Kiểm tra điều kiện khởi động (Mmm>Mn)

-Kiểm nghiệm điều kiện quá tải (momen định mức của động cơ lớn hơn momen

cản lớn nhất khi nâng tải (Mđm>Mnmax)

-Kiểm nghiệm khả năng phát nóng ( công suất động cơ được chọn theo công

suất đẳng trị nên đã thỏa mản điều kiện phát nóng)

2.4.1 Kiểm nghiệm động cơ quá tải

Theo cataloge của động cơ ta tính được momen định mức của động cơ :

Do Mđm>Mn nên động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải momen

2.4.2 Kiểm nghiệm điều kiện khởi động

- Tính momen quy đổi về trục động cơ của puly:

Coi Puli là 1 khối hình trụ khối lượng phân bố đều, đối xứng có D=0,4 m; l=0,25m.Puli được làm bằng thép hoặc thép đúc

D Dqd

Momen mở máy của động cơ: Mmm = 61,61 (Nm)

Do Mmm> Mn nên động cơ thỏa mãn yêu cầu momen mở máy

Vậy động cơ đã lựa chọn đáp ứng được yêu cầu truyền động

Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án:

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động

cơ, từ đó tìm ra các hệ truyền động có thể thỏa mãn các yêu cầu đặt ra.G Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi để lựa chọn phương án tối ưu nhất.G Yêu cầu công nghệ của hệ truyền động thang máy:

- Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay.G

- Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.G

Từ việc chọn động cơ ta đưa ra được các phương án điều chỉnh khác nhau.G

3.1.Chọn các loại biến tần

Các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác.G Có 2 loại biến tần chính là biến tần trực tiếp (biến tần phụ thuộc) và biến tần gián tiếp (biến tần độc lập) G

 Biến tần trực tiếp: biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành f2 (bộ chỉnhluu điều khiển pha đảo chiều), không qua khâu chỉnh lưu nên có hiệu suất cao, tuynhiên việc thay đổi tần số ra phức tạp và phụ thuộc vào tần số vào f1.G

 Ưu điểm:

- Mạch chỉ cần dùng van Thyristor thông thường, quá trình chuyển mạch theo điện

áp lưới.G

- Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian một chiều nên hiệu suất rất cao.G

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

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

 Nhược điểm:

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

- Hệ số công suất thấp.G

Trong thực tế ít sử dùng biến tần trực tiếp, do đó không dùng biến tần trực tiếp trong

hệ truyền động cho thang máy

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

3.1.1.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.G

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

- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW.G

Hình 3.1 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.G

Do đó, ứng dụng thang máy với tải chỉ vào khoảng 4kW thì biến tần nguồn dòng là không phù hợp.G

3.1.2.Biến tần nguồn áp

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

 Ưu điểm:

- Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW.G

- Hệ số công suất của mạch lớn (≈1).G

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

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

Hình 3.2 Biến tần nguồn áp

 Nhược điểm:

Không trả được năng lượng về lưới.G Nếu muốn trả năng lượng về lưới phải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư.G Trong phạm vi đồ án này sẽ không trả năng lượng về lưới trong quá trình hãm tái sinh mà dùng điện trở hãm.G

Từ các phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode và có điện trở hãm.G

3.2.Chọn phương pháp điều khiền biến tần.

3.2.1.Điều khiển vô hướng

Mong muốn giữ cho từ thông stato Ψs không đổi (U/f = const) trong suốt quátrình điều chỉnh Khi điều khiển tần số, nếu giữ từ thông khe hở không đổi thì động

cơ sẽ được sử dụng hiệu quả nhất (khả năng sinh momen lớn nhất)

biến từ thông động cơ.

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động cơ không đồng bộ

 Trong đó:

- 3/2: biến đổi abc/alpha-beta

- VR: Biến đổi quay đồng bộ

- Φ: Góc giữa trục M và trục α (trục A)

Hình 3.5 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 có thể điều khiển động cơ không đồng bộ.G

 Ưu điểm:

- Phù hợp cho vùng tốc độ dưới tốc độ cơ bản, có thể làm việc ổn định rất tốt ở tốc độcận không.G

- Cho họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ giống hệt với họ đặc tính cơ của động

cơ một chiều kích từ độc lập ở vùng từ thông không đổi.G

- Hiện nay, công cụ điều khiển số rất mạnh do đó vấn đề tính toán phức tạp không còn

là vấn đề lớn.G

Hình 3.6 Cấu trục điều khiển FOC của hệ biến tần-động cơ không đồng bộ xc 3 pha

về đúng giá trị đặt.G

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.G

- Độ chính xác điều chỉnh là tùy ý, phụ thuộc vào khả năng về tần số chuyển mạch củabiến tần.G

- 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.G

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

 Nhược điểm:

- Xuất hiện xung momen nên hệ làm việc ở vùng tốc độ thấp khó ổnđịnh.G

- Không kiểm soát được dòng điện.G

Từ các phân tích trên, do yêu cầu công nghệ của thang máy không đòi hỏi đáp ứng momen cực nhanh và cần ổn định tốc độ ở tốc độ thấp khi đến tầng, do đó có thể lựa chọn điều khiển biến tần thang máy bằng phương pháp tựa từ thông roto (FOC).G

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 tựa từ thông roto (FOC).G

CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN MẠCH BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

4.1 Mạch động lực

Hình 4.1: Cấu trúc mạch lực của bộ biến tần

4.1.1 Khối bộ chỉnh lưu cầu ba pha diode

Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều Ởđây ta dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển

Hình 4.2 :Cấu trúc mạch chỉnh lưu diode

Ở mỗi thời điểm có một van ở nhóm anode chung được dẫn cùng một van ở nhóm katot chung

Hình 4.3Hình dạng điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu.

- Giá trị trung bình của điện áp ra:

I

U 

- Điện áp ngược qua van:U Vmax  6U2f

4.1.2 Khối bộ lọc

Bộ lọc nhằm san phẳng nguồn điện một chiều sau chỉnh lưu Điện áp ra của

bộ chỉnh lưu vốn nhấp nhô khá lớn hiện tượng nhấp nhô tạo do các thành phầnsóng hài bậc cao gây nên sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích, làm giảm hiệusuất của mạch chỉnh lưu

Hệ số san bằng của khâu lọc:

dmvao sd

dmra

k K k



Các sóng hài bậc cao sẽ rẽ qua tụ Cf, còn lại thành phần một chiều và một số sóng hài bậc thấp đi đến đầu vào của bộ nghịch lưu

Hình 4.4Khâu lọc một chiều và hình dạng điện áp trước và sau khâu lọc

4.1.3 Khối hãm dập động năng bằng điện trở hãm mạch một chiều

Hệ truyền động biến tần – động cơ KĐB khi làm việc với phụ tải thang máycần làm việc ở bốn góc phần tư, có chế độ hãm tái sinh

Đặc điểm của biến tần nguồn áp là điện áp một chiều luôn luôn giữ dấu khôngđổi, dòng Id cũng không đổi dấu Do vậy không thể thực hiện trả năng lượng từ tải

về lưới Trong trường hợp này ta dùng hãm dập động năng bằng điện trở hãm mạchmột chiều

Khi động năng động cơ KĐB cần giải thoát chuyển về mạch một chiều qua diodengược làm cho điện áp UDC sẽ dâng cao Dùng tranzitor Sb và điện trở Rb đóng cắttheo tần số nhất định sẽ biến động năng dư thừa thành nhiệt năng đốt nóng điện trở

Hình 4.5 Mạch hãm trong hệ biến tần – ĐCKĐB, chỉnh lưu diode

Mạch hãm điện trở là không tiết kiệm năng lượng, lãng phí hoàn toàn nănglượng do hãm tái sinh nhưng với ứng dụng thang máy, công suất động cơ nhỏ nên

có thể chấp nhận được

4.1.4 Khối bộ nghịch lưu độc lập

Hình 4.6 :Cấu trúc mạch nghịch lưu

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn năng lượng 1 chiều thành nguồnnăng lượng xoay chiều Các transistor làm việc với góc dẫn θ=180o, mở lần lượt từT1 đến T6 với góc lệch pha giữa 2 transistor kế nhau là 60o Tại bất kỳ thời điểmnào cũng có 3 van dẫn (hai của nhóm này và một của nhóm kia)

Ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác định điện áp trêntải trong từng khoảng thời gian 600 (vì cứ 600 có một sự chuyển trạng thái mạch)

Sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với 2 pha đấu song song nhau (giả thiết làtải đối xứng) Vai trò của các diode: hoàn trả dòng phản kháng

Xét quá trình chuyển mạch của nhóm T5, T6, T1 sang nhóm T6, T1, T2 Trước khichuyển mạch mà sau khi chuyển dòng trong pha 2 và 3 thay đổi, ta có điện áp cảm

là:

3 2

2L 2 di ; 3L di

Hai điện áp này nối tiếp nhau và có giá trị lớn có cực dương đặt tại 2 và cực tính

âm đặt tại 3 Nếu không có diodee mắc song song với T2 thì điện áp nói trên đặt lên tranzistor T2 và có giá lớn nên có thể đánh thủng tranzistor này

240o  60 300o

300o  60 360o

Bảng 4.1 :Bảng trạng thái quá trình đóng mở của các van điều khiển :

Hình 4.7 :Nguyên lý chuyển mạch của bộ nghịch lưu