Điều chỉnh tốc độ cho hệ thống thang máy sử dụng biến tần bằng phương pháp uf

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện LỜI NĨI ĐẦU Động khơng đồng ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp thay cho động khác có nhiều ưu điểm khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền kích thước gọn nhẹ Nhược điểm đực tính phi tuyến mạnh nên trước đây, với phương pháp điều khiển đơn giản, loại động phải nhường chỗ cho động điện chiều Nhưng với việc phát triển ký thuyết điều khiển, truyền động với tiến khoa học kỹ thuật kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất nên hạn chế nhược điểm trên, đưua động không động trở nên phỏ biến Trước thường điều khiển động cách điều chỉnh điện áp Đây phương pháp đơn giản chất lượng điều chỉnh kể tĩnh lẫn động không cao Để điều khiển xác hieeuj phải nói đến phương pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp Do tốc độ động không đồng xấp xỉ tốc độ đồng nên động làm việc với chế dộ trượt nhỏ tổn hao công suất trượt mạch rotor nhỏ Tuy nhiên phương pháp phức tập đắt tiền Thiết bị để biến đổi tần số nghịch lưu, nghịch lưu trực tiếp gián tiếp Ta sử dụng biến tần thiết bị tích hợp chỉnh lưu, nghịch lưu lẫn điều khiển Luật điều khiển biến tần tùy thuộc vào nhà sản xuất Hiện để điều khiển động có nhiều biến tần bán sẵn thị trường, phải thiết kế theo phương pháp kinh điển Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều bảng điều khiển – tam giác điện trở phụ thiết bị điều khiển khác gọn nhẹ, điều khiển xác, tin cậy, đáp ứng nhu cầu tự động hóa bước đại hóa xí nghiệp họ Biến tần đơn giản thường điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động sinh momen tốt cho hệ truyền động u cầu cao có biến tần điều khiển theo vecto Với mục đích đồ án ta điều chỉnh tốc độ cho hệ thống thang máy sử dụng biến tần phương pháp U/f Trong trình thực em nhận nhiều giúp đỡ thầy cô giáo môn đặc biệt thầy giáo Nguyễn Quang Địch, em xin chận thành cảm ơn Hà Nội 12/2012 Sinh viên *** Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Chương 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ THANG MÁY 1.1 Giới thiệu thang máy Thang máy thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu…theo phương thẳng đứng, sử dụng nhiều khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát, tháp truyền hình, nhà máy, cơng xưởng, v v Đặc điểm vận chuyển thang máy so với phương tiện khác thời gian vận chuyển chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cơng trình Hiện với tăng trưởng mạnh mẽ kinh tế quốc gia kéo theo cầu đô thị hóa tăng cao Các dự án đầu tư lớn sở hạ tầng, chung cư cao cấp, trung tâm thương mại xây dựng ngày nhiều Một yếu tố thiếu thể bề thế, sang trọng tòa nhà thang máy lắp đặt bên Vì thang máy phần khơng thể thiếu đóng góp vai trị quan trọng làm tăng thêm sang trọng cho tòa nhà Chính yếu tố nên cần thiết phải trang bị, lựa chọn hệ thống thang máy cho khơng đảm bảo tính thẩm mỹ, tiện dụng an toàn cho người sử dụng mà phải có kích thước phù hợp với kiến trúc tịa nhà Vấn đề đảm bảo an tồn cho người sử dụng ln ln tiêu chí hàng đầu thiết kế thang máy Hệ thống tín hiệu an tồn giúp việc lường trước tình xảy vận hành, đồng thời khắc phục cố cách nhanh Với thang máy đại ngày nay, thiết bị an toàn phải trang bị đầy đủ, đại, có độ tin cậy cao Việc bảo vệ trường hợp cố kiểm sốt chặt chẽ có đầu điều khiển thiết bị chấp hành khác Toàn hoạt động thang máy thực theo điều khiển phần mềm trung tâm như: phần mềm điều khiển cho modul thiết bị trung tâm; phần mềm cho vi xử lý thực truyền thông; phần mềm bảo vệ, cảnh báo xử lý gặp cố; phần mềm điều khiển nâng hạ êm, xác buồng thang; phần mềm mơ toàn hoạt động thang máy; … Các phần mềm mặt giúp hiểu sâu nguyên lý hoạt động thang máy, cách vận hành điều khiển động cơ, buồng thang, nguyên lý điều khiển kết hợp thang máy… Mặt khác cịn xử lý vấn đề q tải đảm bảo tính an toàn bảo vệ thiết bị cho thang người sử dụng thang máy 1.2 Trang thiết bị thang máy Mặc dù thang máy có kết cấu đa dạng trang bị thang máy gồm có: buồng thang, tời nâng, cáp treo buồng thang, đối trọng, động truyền động, phanh hãm điện từ thiết bị điều khiển Tất thiết bị bố trí giếng buồng thang (khoảng khơng gian từ trần tầng cao đến mức sâu tầng 1), buồng máy (trên trần tầng cao nhất) hố Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện buồng thang (dưới mức sàn tầng) Bố trí thiết bị thang máy biểu diễn Hình 1.1 Đối trọng Cơng tắc hành trình Buồng thang Dây cáp truyền Puli Động dẫn động Giá treo Đế cabin Thanh ray 10 Xích hạn chế tốc độ 11 Tầng hầm 12 Tủ điều khiển Hình 1.1: Kết cấu bố trí thiết bị thang máy 1.2.1 Thiết bị lắp buồng máy a.Cơ cấu nâng Trong buồng máy có lắp đặt hệ thống tời nâng, hạ buồng thang, tạo lực kéo chuyển động buồng thang đối trọng Cơ cấu nâng gồm có phận : ●Bộ phận kéo cáp (puli tang quấn cáp) ●Phanh hãm điện từ ●Động truyền động Tất phận lắp đặt đế thép Trong thang máy thường có hai cấu nâng: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện ●Cơ cấu nâng có hộp tốc độ ●Cơ cấu nâng khơng có hộp tốc độ b.Tủ điện Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì loại, cơng tắc tơ role trung gian c.Puli dẫn hướng d Bộ phận hạn chế tốc độ Làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm cáp liên động để hạn chế tốc độ di chuyển buồng thang 1.2.2.Thiết bị lắp giếng thang máy a Buồng thang Buồng thang di chuyển dọc theo dẫn hướng Trên buồng thang có lắp đặt bảo hiểm, động truyền động đóng, mở cửa buồng thang Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển,hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc điện liên động với sàn buồng thang điện thoại liên lạc với người trường hợp điện Cung cấp điện cho buồng thang dây cáp mềm b Hệ thống cáp treo Là hệ thống cáp hai nhánh,một đầu nối với buồng thang đầu lại nối với đối trọng với puli dẫn hướng c Bộ phận cảm biến vị trí Dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang tầng hạn chế hành trình nâng hạ thang máy 1.2.3 Thiết bị lắp hố giếng thang máy Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm sóc hệ thống giảm xóc giảm xóc thủy lực, tránh va đập buồng thang đối trọng xuống sàn giếng thang máy trường hợp cơng tắc hành trình hạn chế hành trình xuống bị cố (không hoạt động) 1.2.4 Các thiết bị chuyên dùng thang máy a Phanh hãm điện từ Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống phanh hãm điện từ dùng cấu cầu trục b Phanh bảo hiểm (phanh dù) Có nhiệm vụ hạn chế tốc độ di chuyển buồng thang vượt giới hạn cho phép giữ chặt buồng thang chỗ cách ép vào hai dẫn hướng trường hợp bị đứt cáp treo Về kết cấu cấu tạo,phanh bảo hiểm có loại : ●Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp ●Phanh bảo hiểm kiểu kìm dùng để hãm êm ●Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp c Cảm biến vị trí Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Các cảm biến vị trí dùng để : ●Phát lệnh dừng buồng thang tầng ● Chuyển đổi tốc độ động truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp buồng thang lên gần đến tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng xác ●Xác định vị trí buồng thang Hiện sơ đồ khống chế thang máy thường dùng loại cảm biến: ●Cảm biến vị trí kiểu khí (cơng tắc chuyển đổi tầng) ●Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng 1.3 Phân loại thang máy 1.3.1 Phân loại theo chức a Thang máy chở người ●Gia tốc tối đa: a < 2m / s ●Tốc độ trung bình lớn, địi hỏi vận hành êm, an tồn, có tính mỹ thuật ●Được dùng tòa nhà cao tầng, bệnh viện, hầm mỏ,xí nghiệp… b Thang máy chở hàng ●Địi hỏi co việc dừng xác buồng thang ●Được dùng rộng rãi công nghiệp, kinh doanh… 1.3.2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển a Thang máy tốc độ thấp ●Tốc độ :v< 1m/s b Thang máy tốc độ trung bình ●Tốc độ trung bình :v= 1÷2,5 m/s ●Thường dùng tịa nhà có từ 6÷12 tầng c Thang máy tốc độ cao ●Tốc độ trung bình :v= 2,5÷4 m/s ●Thường dùng tịa nhà có số tầng :m>16 tầng d Thang máy tốc độ cao ●Tốc độ trung bình :v> 5m/s ●Thường dùng tòa tháp cao tầng 1.3.3 Phân loại theo tải trọng a Thang máy loại nhỏ :Q< 160kg b Thang máy loại trung bình :Q= 500÷2000kg c Thang máy loại lớn :Q> 2000kg Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện 1.4 Yêu cầu công nghệ 1.4.1 An toàn Đặt vấn đề an toàn, tức đưa khả năng, tình xảy sử dụng thang máy để tính tốn, có biện pháp đề phịng xử lý thích hợp,nhanh chóng Có thể chia thành hai trạng thái hoạt động thang máy : ●Thang máy hoạt động bình thường ●Thang máy có cố a Thang máy hoạt động bình thường Cửa thang máy phải đóng kín cabin chuyển động chưa dừng hẳn Sau mở cửa tầng có yêu cầu để khách vào, cửa cabin đóng lại chưa tải khơng cịn khách hay hàng hóa di chuyển qua cửa cabin Lực đóng cửa nhỏ để đảm bảo không gây tổn thương cho hành khách hay hư hỏng hàng hóa b Thang máy gặp cố Khi điện: cabin đưa xuống tầng gần nguồn phụ Cửa cabin cửa tầng có kết cấu thích hợp, cho phép mở trường hợp xảy cố thang máy phải dừng tầng ếu cabin bị đứt cáp phải có phận hãm bảo hiểm khơng cho thang máy rơi tự abin phải có cửa hiểm để sử dụng trường hợp xấu 1.4.2 Độ tin cậy Độ tin cậy thang máy thể : ●Tuổi thọ làm việc phận cao,ít hư hỏng ●Xử lý đúng,đáp ứng xác yêu cầu người sử dụng đưa ●Sự phối hợp hoạt động thiết bị, thành phần thang máy điều khiển đồng bộ, thống 1.4.3 Độ xác dừng tầng Buồng thang máy phải dừng xác so với mặt tầng cần dừng sau có lệnh dừng Nếu buồng thang dừng khơng xác xảy tượng sau : ●Đối với thang máy chở khách :làm khách vào khó khăn,giảm hiệu suất phục vụ thang Để dừng xác buồng thang, cần tính đến nửa hiệu số hai quãng đường trượt phanh buồng thang đầy tải phanh buồng không tải theo hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng xác buồng thang bao gồm : ●Momen cấu phanh ●Momen quán tính buồng thang 1.5 Yêu cầu truyền động điều khiển 1.5.1 Tốc độ Tốc độ di chuyển buồng thang định đến suất thang máy có ý nghĩa quan trọng nhà cao tầng Với tòa nhà cao tầng, quãng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện đường di chuyển thang máy dài tốc độ tối ưu thang máy cao (thang máy cao tốc), việc tăng tốc lại dẫn đến tăng thêm chi phí đầu tư vận hành Nếu tăng tốc độ thang máy từ v=0,75(m/s) lên v=3,5(m/s) giá thành tăng lên 4÷5(lần),bởi tùy vào độ cao tòa nhà mà phải chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu 1.5.2 Gia tốc Vấn đề khó khăn gia tốc gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt,ngạt thở…) Thường gia tốc tối ưu: a < 2m / s 1.5.3 Độ giật Độ giật đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng gia tốc mở máy độ giảm gia tốc hãm (là đạo hàm bậc gia tốc đạo hàm bậc hai vận tốc) Độ giật có ảnh hưởng lớn tới độ êm dịu cabin Khi gia tốc a < 2m / s độ giật cho phép ρ= 20( m / s ) 1.5.4 Đặc điểm phụ tải thang máy a Thang máy phụ tải có tính chất Tùy vào loại thang máy mà phụ tải ổn định khơng Do thang máy chở người cho tịa nhà 10 tầng nên phụ tải thường không ổn định, thay đổi theo số tầng Phương trình đặc tính máy sản xuất : M C = M C + (M đm ⎛ ω + M C )⎜⎜ ⎝ ω đm ⎞ ⎟⎟ ⎠ α Trong : ● M C : momen ứng với tốc độ ω ● M Co : momen ứng với tốc độ ω=0 ● M đm : momen ứng với tốc độ định mức ω đm Khảo sát cấu nâng hạ thang máy ta thấy momen cản cấu không đổi, không phụ thuộc vào chiều quay động Hay nói cách khác, momen cản cấu nâng hạ thang máy thuộc loại momen cản năng,không phụ thuộc chiều quay nên α=0 Do biểu thức đặc tính thang máy: Điều giải thích dễ dàng momen cấu trọng lực tải trọng gây Khi tăng dự trữ (nâng tải), momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức hướng ngược chiều quay động Khi giảm (hạ tải), momen lại momen gây chuyển động, nghĩa hướng theo chiều quay động Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn trình nâng hạ tải thang máy Đặc tính M c (ω ) nằm bốn góc phần tư Hình 1.3 :Đồ thị đặc tính thang máy Như giai đoạn nâng, hạ tải động cần phải điều khiển để làm việc với trạng thái làm việc chế độ máy phát hay động cho phù hợp với đặc tính tải Phụ tải biến đổi dải lớn, thay đổi theo số khách có cabin Muốn hạn chế điều chỉnh tốc độ thang máy, ta phải sử dụng phương tiện định b.Thang máy làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi, thời gian làm việc nghỉ xen kẽ Nhiệt phát nóng động chưa đạt đến mức bão hòa giảm tải, nhiệt độ suy giảm chưa tới giá trị ban đầu lại tăng lên tải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 1.4 :Đồ thị phát nhiệt động c.Sự thay đổi chế độ làm việc động Động lần hoạt động thực đầy đủ trình khởi động, kéo tải ổn định hãm dừng Nghĩa có chuyển đổi liên tục từ chế độ động sang chế độ máy phát Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau chuyển động ổn định với tốc độ lần chuyển động, khơng có yêu cầu điều chỉnh tốc độ d.Ảnh hưởng tham số hệ truyền động thang máy Hình 1.5 :Đồ thị biểu diễn phụ thuộc quãng đường s,gia tốc a độ giật ρ theo thời gian Trị số tốc độ buồng thang định xuất thang máy, có ý nghĩa đặc biệt quan trọng thang máy nhà cao tầng Những thang máy tốc độ cao phù hợp với chiều cao nâng lớn, số lần dừng Trong trường hợp thời gian tăng tốc giảm tốc nhỏ so với thời gian di chuyển buồng thang với tốc độ cao, trị số tốc độ trung bình thang máy gần đạt trị số tốc độ định mức thang máy Trị số tốc độ di chuyển trung bình thang máy tăng cách giảm thời gian tăng tốc hệ truyền động thang máy, có nghĩa tăng gia tốc Nhưng buồng thang di chuyển với gia tốc lớn gây cảm giác khó chịu cho hành khách Do trị số gia tốc tối ưu chọn a = 2m/s2 Độ giật thang máy định di chuyển êm buồng thang.Nó tốc độ tăng gia tốc mở máy tốc độ giảm gia tốc hãm máy Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Biểu đồ làm việc tối ưu thang máy với tốc độ trung bình tốc độ cao thể Hình 1.5 Biểu đồ phân làm giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ di chuyển buồng thang: tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng hãm dừng Biểu đồ tối ưu đạt dùng hệ truyền động điện chiều dùng hệ biến tần - động xoay chiều Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động khơng đồng rotor lồng sóc hai cấp tốc độ, biểu đồ làm việc đạt gần với biểu đồ tối ưu Đối với thang máy tốc độ chậm,biểu đồ làm việc có giai đoạn: thời gian tăng tốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định hãm dừng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 10 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Chương THIẾT KẾVÀ TỔNG HỢP CÁC MẠCH VÒNG 3.1.Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả tải Tần số nguồn điện cấp cho động KĐB định tốc độ từ trường quay tốc 2πf1 độ không tải lí tưởng theo biểu thức: ω = p Bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm ta điều chỉnh tốc độ động Khi thay đổi tần số nguồn trở kháng động thay đổi Cụ thể, giảm tần số nguồn cảm kháng giảm dòng điện tăng lên Muốn động khơng bị q dịng cần giảm điện áp theo giảm tần số Khi thay đổi tần số, đồng thời kết hợp điều chỉnh điện áp cấp cho phần cảm cho hệ M số tải: λ M = th = conts động làm việc chế độ tối ưu làm việc với Mc thông số định mức Nếu bỏ qua điện trở phần ứng ( Rs = ) viết: M th = λM K = MC Mômen cản cấu sản xuất: M C = M C + (M Cđđ ⎛ ω M C = M Cđđ ⎜⎜ ⎝ ω đm Coi MC0 = ta có: ⎛ U f1 ⎜⎜ ⎝ U 1đm U f1 Thay (5) vào (3) ta có: Hay : 1+ f1 Với tải thang máy thì: k = ⇒ Nếu gần ta có ψ s ≈ U f1 f1 k 2 ⎞ ⎟⎟ ⎠ (2) ⎛ U f 1đm ⎜⎜ ⎝ f1đm ⎞ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎛ f ⎞ ⎟⎟ = M Cđđ ⎜⎜ ⎟⎟ ⎠ ⎝ f1đm ⎠ (4) k (5) 2+ k f = (3) k ⎞ ⎛ f ⎞ ⎟⎟ = ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ f1đm ⎠ ⎠ U f 1đm = = const k U f1 f1 ⎛U f1 ⎞ K ⎜⎜ ⎟⎟ = M Cđđ ⎝ f1 ⎠ ⎛ ω − M C )⎜⎜ ⎝ ω đm k (1) 4πf1 ( X sδ + X rδ ) ⎛U f1 ⎞ ⎟⎟ M th = K ⎜⎜ ⎝ f1 ⎠ Vì X sδ , X rδ tỉ lệ với f1 nên viết: ⇒ pU 2f (6) (7) 1+ 1đm U f 1đm f1đm = const (8) , nên luật điều chỉnh tần số điện áp luật gần giữ từ thông không đổi toàn dải điều chỉnh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 24 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Nếu giữ biên độ từ thông roto không đổi ψ s = const ta có biểu thức dịng điện stator mômen động sau: Is = M = ψ rđđ Lm + Tr2ω s2 = Fi (ω s ) (9) L2m ω s I s2 = K M FM (ω s ).I s2 2 Rr + ω s Tr Trong đó: Tr = (10) Lr Rr Khi giữ biên độ từ thông không đổi vectơ từ thơng vectơ dịng điện roto ln vng góc với khơng gian Mặt khác mơmen điện từ tích vectơ hai vectơ nên chúng vng góc với thì: M = ψ r I r Điều có nghĩa mơmen điện từ tỉ lệ với biên độ dịng rơto Hình 3.1 biểu diễn quan hệ I s (ω s ) từthơng khơng đổi Hình 3.1 Quan hệ I s (ω s ) từ thông không đổi 3.2.Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thơng stato Dựa vào biểu thức tính tốn dịng điện mơmen ta thành lập sơ đồ khối cấu trúc hệ thống: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 25 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 3.2.Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thơng dịng stato Hàm Fi (ω s ) thay khâu khuếch đại: Fi (ω s ) = K Fi = I sđđ / ω sđđ Tuyến tính hóa biểu thức mômen động cơ: ∂M ∂M ΔM = Δω s + ΔI s (M , ω s1 , I ) ∂ω s ∂I s ∂M L2m I s1 ω s1 = =B ; ∂I s Rr + ω s21 Tr2 − ω s21 Tr2 ∂M L2m = I s1 =A ∂I s Rr (1 + ω s21.Tr2 )2 Hình 3.3.Cấu trúc điều khiển từ thông bỏ qua số thời gian điện từ Tính tốn thơng số sơ đồ trên: 3.2.1.Khâu khuếch đại K F KF = I sđđ ω sđđ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 26 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Với I sđđ = 8.8( A), ω sđđ = ω e − ω đm = ⇒ KF = 3.2.2.Khâu I sđđ ω sđđ = 2πf nđm * π * 50 1455 − = − = 4.72(rad / s ) 9.55 9.55 p 8.8 = 1.87 4.72 Kb / R + pT Trong đó: T – Hằng số thời gian động cộng với lọc K b = K CL K NL R = Rs = * = 4(Ω ) T= L Lsδ + Lloc * 0.018 + 0.0035 = = = 0.0098(s ) R Rs 2*2 Mạch chỉnh lưu không điều khiển nên K b = K NL = Uf U đk = 400 = 23.1 10 3.2.3.Các hệ số A, B L L 0.018 Ta có : Tr = r = rδ = = 0.011 (s ) Rr Rr 1.6 A= ∂M L2m − ω s21 Tr2 0.285 * 8.8 − 4.72 * 0.0112 = = = 5.85 I s1 2 ∂ω s Rr 1.6 + ω s21 Tr2 + 4.72 * 0.0112 B= I s1ω s1 ∂M L I s1ω s1 0.285 * 8.8 * 4.72 = = = = 6.31 2 2 ∂I s + ω s1Tr Rr + ω s1Tr 1.6 + 4.72 * 0.0112 ( ) ( m ) 3.2.4.Khâu đo dòng xoay chiều Hàm truyền khâu đo dòng điện : Fi ( p ) = Với hệ số tỉ lệ : K i = Ki + pTi 10 10 = = 0.45 2.5 * I đm 2.5 * 8.8 Thực tế thường chọn số thời gian lọc : Ti < 5ms Ở ta chọn Ti = 1ms = 0.001s Vậy ta có : Fi ( p ) = 0.45 + 0.001 p 3.2.5.Khâu đo tốc độ Để đo tốc độ động ta sử dụng máy phát tốc chiều Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 27 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hàm truyền máy phát tốc : FFT ( p ) = Với hệ số tỉ lệ : K ω = Uω ω = Kω + pTω Uω 10 = = 0.066 n dm / 9.55 1455 / 9.55 Hằng số thời gian lọc: Tω = 1ms = 0.001s Vậy: FFT ( p ) = 0.066 + 0.001 p 3.3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh 3.3.1.Mạch vòng điều chỉnh dòng điện stato Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện thể hình 3.4 Hình 3.4.Cấu trúc mạch vịng điều chỉnh dòng điện stato Hàm truyền đối tượng điều chỉnh: S i ( p ) = S ik = Hàm truyền hệ kín: Ki Kb / R Ki Kb / R (11) = (1 + pT )(1 + pTi ) + (T + Ti ) p + TTi p Ri S i = Fch + Ri S i ⇒ Ri = (12) Fch S i (1 − Fch ) Với hàm chuẩn theo tiêu chuẩn tối ưu mơdun có dạng: Fch ( p ) = 1 + 2Tδ p + 2Tδ2 p (13) Chọn Tδ = Ti thay (13), (11) vào (12) ta có: Ri ( p ) = 1 + 2Tδ p + 2Tδ2 p Ki Kb ⎛ R ⎜⎜1 − (1 + pT )(1 + pTi ) ⎝ + 2Tδ p + 2Tδ2 p = ⎞ ⎟⎟ ⎠ Với K Ri hệ số khuếch đại điều chỉnh : K Ri = ⎛ + pT ⎞ ⎟ = K Ri ⎜⎜1 + 2K i K b pT ⎟⎠ ⎝ Ti p R RT * 0.0098 = = 1.89 K b K i Ti * 23.1 * 0.45 * 0.001 ⎛ ⎞ ⎟⎟ ⇒ Ri ( p ) = 1.89⎜⎜1 + ⎝ 0.0098 p ⎠ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 28 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Trước tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ a hảo sát mạch vòng dòng điện vừa tổng hợp Sơ đồsimulink mạch vịng dịng điện: Hình 3.5.Mơ hình mạch vịng điều chỉnh dịng điện Ta có đáp ứng đầu mơ hình: Hình 3.6.Đáp ứng đầu mạch vịng dịng điện Nhận xét: +Mơ hình có độ điều chỉnh 5.5% +Thời gian độ 0.008(s) Như chất lượng mơ hình đảm bảo để tiếp tục tổng hợp mạch vịng tốc độ 3.3.2.Mạch vịng điều chỉnh tốc độ Để tiện tính tốn ta lấy: G1 ( p ) = 1 ≈ 2 + 2Ti p + 2Ti p + 2Ti p Sau tổng hợp mạch vịng tốc độ ta có sơ đồ cấu trúc hệ sau: Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 29 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện ⎛ KF B ⎞ 1 Hàm truyền đối tượng điều khiển: S ω = ⎜⎜ + A ⎟⎟ ⎝ + 2Ti p ⎠ J qđ + Tω p Hàm truyền hệ kín: ⇒ S ωk = Rω S ω = Fch + Rω S ω Rω = Fch S ω (1 − Fch ) (14) (15) Với hàm chuẩn theo tiêu chuẩn mơdun đối xứng có dạng : + 4Tδ p Fch ( p ) = + 4Tδ p + 8Tδ2 p + 8Tδ3 p (16) Thay (14), (16) vào (15) ta được: + 4Tδ p + 4Tδ p + 8Tδ2 p + 8Tδ3 p + 4Tδ p Rω ( p ) = = K F B + A + ATi p ⎛ KF B ⎞ 1 (1 + Tδ p )8Tδ2 p ⎜⎜ + A ⎟⎟ ⎝ + 2Ti p ⎠ J qđ + Tω p + (Tω + 2Ti ) p + 2Tω Ti p J qđ p Vì 2Tω Ti nhỏ nên bỏ qua chọn Tδ = 2Ti + Tω ta có: Rω ( p ) = = + 4Tδ p = K F B + A + ATi p 2 (1 + Tδ p )8Tδ p J qđ p + Tδ p ATi 1+ K F B + Ap J qđ J qđ ⎡ ⎤ + ⎢ ⎥ ⎣ K ω Tδ (K F B + A) 8K ω Tδ (K F B + A) p ⎦ Đặt: Tt = ATi * 5.85 * 0.001 = = 6.63 * 10 − (s ) K F B + A 1.87 * 6.31 + 5.85 K Rω = Tω' = J qđ K ω Tδ (K F B + A) = 0.0166 = 2.38 * 0.066 * 0.003 * (1.87 * 6.31 + 85) K ω Tδ2 (K F B + A) * 0.066 * 0.003 (1.87 * 6.31 + 5.85) = = 5.05 (ms ) J qđ 0.0166 Vì Tt nhỏ nên ta bỏ qua, ta có: 1 Rω ( p ) = K Rω + ' = 2.38 + 0.00505 p Tω p Để giảm độ điều chỉnh đặc tính độ ta thêm khâu quán tính với số thời gian 4Tδ = 0.012 s Cuối ta có cấu trúc mạch vòng tốc độ: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 30 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 3.8 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ Ta tiến hành khảo sát tồn hệ thống simulink: Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống + Đáp ứng đầu mạch vịng dịng điện: Hình 3.102.Đáp ứng đầu mạch vòng dòng điện +Đáp ứng đầu hệ thống với tốc độ đặt 152rad/s: Hình 3.113.Đáp ứng đầu hệ thống Nhận xét: Hệ thống có chất lượng tốt (khơng có độ q điều chỉnh), nhiên đặc tính q độ mạch vịng dịng điện lớn Do trước mạch vịng dịng điện cần có khâu hạn chế dịng HCD Như ta xay dựng cấu trúc hệ thống, ta xây dựng mạch điều khiển cho hệ thống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 31 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Chương XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN Ta có sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển thể nhưhình 4.1 Hình 4.1.Cấu trúc hệ thống điều khiển 4.1.Các điều chỉnh Ở chương ta tổng hợp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh dòng điện, chúng điều chỉnh PI với sơ đồ nguyên lí sau: Hình 4.2.Sơ đồ ngun lí khâu PI 4.2.Các mạch đo lường 4.2.1.Khâu đo dòng điện xoay chiều Sơ đồ đo dịng xoay chiều pha (hình 4.3) sửdụng biến dòng lắp pha với điện trở tải R0 Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lưu cầu diôt ba pha, mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lưu Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 32 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 4.3.Mạch đo dịng điện xoay chiều ba pha 4.2.2.Khâu đo tóc độ Máy phát tốc sử dụng để đo tốc độ động với sơ đồ ngun lí hình 4.4 Hình 4.4.Sơ đồ nguyên lý máy phát tốc chiều 4.3.Khối mạch phát xung điều khiển nghịch lưu Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển nghịch lưu trình bày hình 4.5 Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc khâu phát xung điều khiển nghịch lưu Trong sơ đồ xung trước vào khâu phân phối tạo từ mạch biến đổi điện áp – tần số(U/f) Bộ phân phối nhằm tạo tín hiệu phân phối tín hiệu vào van động lực riêng biệt Bộ driver có vai trị tạo xung cơng suất thích hợp để đóng mở van 4.3.1.Mạch biến đổi điện áp – tần số(U/f) Mạch biến đổi điện áp – tần sốlà mạch phát xung chữnhật có tần sốtỷlệvới điện áp điều khiển.Sơ đồnguyên lí mạch thểhiện nhưhình 4.6 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 33 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Hình 4.6.Mạch nguyên lý biến đổi U/f Tần số f~ U1 tính theo cơng thức: R2 + R4 f1 = U1 8U max R4 R1C 4.3.2.Bộ phân phối Theo nguyên lý hoạt động nghịch lưu áp ba pha, để tạo hệ thống ba pha xung đưa vào mở van có thời điểm lệch 600 chu kì điện áp Do phân phối thực chất bộchia tần với hệ số K=6, với chức tạo điện áp ba pha Ở ta sử dụng J-K Flip Flop để xây dựng mạch Sơ đồ phân phối thể nhưhình 4.7 Hình 4.7.Bộ chia dùng J-K Flip Flop 4.3.3.Khuếch đại xung (Driver) Để tạo xung công suất thích hợp nhằm đóng mở van IGBT ta sửdụng driver TLP250 có sơ đồnhư hình 4.8 Hình 4.8.Sơ đồ khuếch đại xung TLP250 điều khiển IGBT Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 34 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện 4.4.Mạch hạn chế dòng điện Mạch hạn chế dòng đặt trước mạch vịng dịng điện có tác dụng hạn chế dịng điện trình độ Sơ đồnguyên lý mạch hạn chế dịng thể hình 4.9 Hình 4.9.Mạch hạn chế dịng điện Khi U1>0, U1>U+ D+ mở, U2 = U+ Khi U1|U-| D- mở, U2 – U- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 35 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện Chương MÔ PHỎNG HỆ THỐNG Mơ hình Simulink hệ thống : Hình 5.1 Mơ hình Simulink hệ thống +Nâng đầy tải: Hình 5.2.Đáp ứng tốc độ, dịng điện mơmen nâng đầy tải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 36 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện +Hạ đầy tải Hình 5.3.Đáp ứng tốc độ, dịng điện mơmen hạ đầy tải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 37 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án tổng hợp hệ điện KẾT LUẬN Mặc dù lĩnh vực tương đối hẹp truyền động điện xoay chiều ln ln có vấn đề hấp dẫn phức tạp Vì vậy, đồ án khơng có tham vọng sâu vào tất vấn đề lĩnh vực Những kết trình bày đồ án mơn học kết bước đầu việc khắm phá điều mẻ lĩnh vực đầy thú vị Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: Tìm hiểu cơng nghệ yêu cầu hệ thống điều khiển thang máy Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển bảo vệ hệ thống Tổng hợp hiệu chỉnh mạch vòng nối cấp hệ thống Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ thống Mô hệ thống Sinulink Trong q trình thực hiện, chắn thân em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn thầy ***, tận tình hướng dẫn cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu giúp em thực đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Trung http://www.ebook.edu.vn 38 ... chọn phương án truyền động Theo yêu cầu đề phương án thiết kế s? ?dụng hệ truyền động động xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số Để cấp nguồn cho động ta sử dụng biến tần biến tần hoạt động... theo tốc độ dịch chuyển a Thang máy tốc độ thấp ? ?Tốc độ :v< 1m/s b Thang máy tốc độ trung bình ? ?Tốc độ trung bình :v= 1÷2,5 m/s ●Thường dùng tịa nhà có từ 6÷12 tầng c Thang máy tốc độ cao ? ?Tốc độ. .. chế độ máy phát Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau chuyển động ổn định với tốc độ lần chuyển động, khơng có u cầu điều chỉnh tốc độ d.Ảnh hưởng tham số hệ truyền động thang máy Hình