Thiết kế hệ thống truyền động điện cho truyền động nâng hạ của thang máy sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nội dung của đồ án chia làm 4 chương, cụ thể như sau: Chương 1: Tìm hiểu công nghệ: Nội dung của chương này đề cập tới trang thiết bị của thang máy,một số cách phân loại thang máy,các yê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

Đề tài: : “Thiết kế hệ thống truyền động điện cho truyền động nâng hạ của

thang máy sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.

Sinh viên thực hiện : Trần Văn Tuấn

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Ánh

Thái Nguyên, tháng năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 7

1.1 Khái niệm chung về thang máy 7

1.2 Cấu trúc chung của thang máy 7

1.2.1 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy 7

1.2.2 Thiết bị lắp trong giếng thang máy 8

1.2.3 Thiết bị lắp đặt trong giếng thang máy 9

1.2.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy 9

1.3 Phân loại thang máy 10

1.3.1 Phân loại theo chức năng 10

1.3.2 Phân loại theo tốc độ dịch chuyển 10

1.3.3 Phận loại theo tải trọng 10

1.4 Yêu cầu công nghệ truyền động 11

1.4.1 Dừng chính xác buồng thang 11

1.4.2 Tốc độ di chuyển của buồng thang 12

1.4.3 Gia tốc cho phép 12

1.4.5 Phạm vi điều chỉnh tốc độ 13

1.4.6 Đặc điểm phụ tải thang máy 13

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 17

2.1 Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu 17

2.1.1 Hệ truyền động T_Đ điều khiển riêng 19

2.1.2 Truyền động T-Đ điều khiển chung 20

2.1.3 Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ 20

2.1.4 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi triristo 21

3.1 Tính chọn công suất động cơ 24

3.1.1 Tính chọn moment tĩnh của động cơ 24

3.1.2 Tính toán hệ số đóng điện tương đối 25

3.1.3 Tính chọn công suất động cơ 27

3.1.4 Từ đó ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập với các thông số như sau: 27

3.2 Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều 28

3.2.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều 28

3.2.2 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm 30

3.2.3 Ảnh hưởng của các tham số tới đặc tính cơ 34

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 37

4.1 Tính chọn thiết bị mạch lực 37

4.1.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực 37

4.1.2 Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển 37

4.1.3 Đảo chiều động cơ 40

4.1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động 42

4.1.5 Tính chọn các thiết bị mạch động lực 44

4.2 Thiết kế mạch điều khiển 45

4.2.1 Thiết kế mạch điều khiển 45

4.2.2 Tính toán thông số các phần tử trong mạch điều khiển 52

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy 10

Hình 1 2 Dừng chính xác buồng thang 12

Hình 1 3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của s, gia tốc a và độ giật ρ theo thời gian 14

Hình 1 4 Đồ thị biểu diễn quá trình nâng và hạ tải của thang máy 15

Hình 1 5 Đồ thị đặc tính cơ của thang máy 15

Hình 1 6 Đồ thị phát nhiệt của động cơ 16

Hình 1 7 Các chế độ làm việc của động cơ 17

Hình 2 1 Sơ đồ 1 18

Hình 2 2 Sơ đồ 2 19

Hình 2 3 Sơ đồ 3 19

Hình 2 4 Sơ đồ 4 19

Hình 2 5 Sơ đồ 5 20

Hình 3 1 Đồ thị phụ tải thang máy 28

Hình 3 2 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 30

Hình 3 3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 31

Hình 3 4 Đặc tính hãm tái sinh 32

Hình 3 5 Đặc tính cơ khi hãm ngược 33

Hình 3 6 Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập 34

Hình 3 7 Đặc tính cơ hãm động năng kích từ tự kích 35

Hình 3 8 Các đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp đặt vào phần ứng 36

Hình 4 1 Mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha 38

Hình 4 2 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình cầu 3 pha 40

Hình 4 3 Sơ dồ truyền động đảo chiều động cơ bằng chỉnh lưu 41

Hình 4 4 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực truyền động cầu trục 43

Hình 4 5 Sơ đồ khối mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng 47

Hình 4 6 Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu 48

Hình 4 7 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa 49

Hình 4 8 Sơ đồ khối so sánh 50

Hình 4 10 Sơ đồ khâu so sánh 51

Hình 4 11 Đồ thị nguyên lý làm việc 51

Hình 4 12 Sơ đồ khâu so sánh 52

Hình 4 13 Sơ đồ và giản đồ sửa xung 52

Hình 4 14 Sơ đồ khuyếch đại xung 53

Hình 4 15 Sơ đồ và giản đồ làm việc một kênh tạo xung 53

Hình 4 16 Sơ đồ mạch nguồn nuôi một chiều 54

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất Trong dâytruyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việcnâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹthuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và cónhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến bộ trên

Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng được độ tác độngnhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặcđiểm này rất quan trọng trong việc đưa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vàothực tế sản xuất Vấn đề thang máy cũng yêu cầu có một hệ truyền động phù hợp với

các công nghệ được đưa ra Để củng cố kiến thức khi học môn học: Đồ án truyền động

điện em được giao đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động điện cho truyền động nâng

hạ của thang máy sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.

Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với

sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy,cô giáo trong khoa đặc biệt là sự giúp đỡ

tận tình của thầy giáo T.s Nguyễn Duy Minh, em đã hoàn thành xong bản đồ án này.

Nội dung của đồ án chia làm 4 chương, cụ thể như sau:

Chương 1: Tìm hiểu công nghệ: Nội dung của chương này đề cập tới trang

thiết bị của thang máy,một số cách phân loại thang máy,các yêu cầu về công nghệcũng như yêu cầu về truyền động và điều khiển,các chú ý khi vận hành thang máy…

Chương 2: Tính chọn động cơ: Nội dung của chương này trình bày cách xây

dựng các biểu thức phục vụ việc tính chọn công suất cho động cơ truyền động thangmáy và tính toán theo số liệu đặt ra trong đồ án,chọn sơ bộ động cơ,và kiểm nghiệm lạiđộng cơ theo các yêu cầu công nghệ

Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án: Nội dung của chương này là

tiến hành phân tích các hệ truyền động điện dựa theo yêu cầu công nghệ và kết quảtính chọn công suất động cơ,chỉ ra ưu,nhược điểm,phạm vi ứng dụng, để chọn ra loại

hệ truyền động động cơ phù hợp với yêu cầu công nghệ của đồ án

Chương 4: Thiết kế mạch lực: Nội dung chương này là thiết kế mạch lực ,bao gồm

tính chọn các van bán dẫn và các thiết bị đo Mặc dù em đã rất cố gắng trong việc thiết

kế, nhưng do kiến thức của em có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạn chếnhất định, sự chỉ bảo tận tình của thày cô là những kiến thức quý báu cho em ngay cònkhi trong ghế nhà trường cũng như công việc thực tế sau này Em mong các thầy đónggóp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, 09 tháng 06 năm 2021

Sinh viên thực hiện

Ngô Thị Bích

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY 1.1 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị vận tải chuyên dùng để6 vận chuyển người,hàng hóa,vậtliệu…theo phương thẳng đứng

Thang máy được lắp đặt trong các tòa nhà cao tầng, khách sạn,công sở,chungcư,bệnh viện,các đài quan sát, công xưởng Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy sovới các phương tiện khác là thời gian vận chuyển của một chu kỳ vận chuyển nhỏ,tầnsuất vận chuyển lớn,đóng mở máy liên tục

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

1.2.1 Thiết bị lắp đặt trong buồng máy

a, 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)

b, Hệ thống cáp treo

Là hệ thống cáp hai nhánh, một đầu nối với buồng thang và đầu còn lại nối vớiđối trọng cùng với puli dẫn hướng

c, Bộ phận cảm biến vị trí

Dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chếhành trình nâng hạ của thang máy

Hình 1 1 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy

1.2.3 Thiết bị lắp đặt trong 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

a, Phanh điện tử

Về kết cấu,cấu tạo,nguyên lý hoạt động giống như phanh hãm điện từ dùng trong

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.

c, Cảm biến vị trí

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khibuồng thang 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

1.3.1 Phân 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

a, Thang máy tốc độ thấp

- Tốc độ :v ≤ 1m/s

b, 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

c, 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

d, Thang máy siêu tốc

- Tốc độ:v> 5m/s

- Thường dùng trong các tòa tháp cao tầng

1.3.3 Phận 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

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

- vo 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 của 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

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 tốiưu

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

Phương trình đặc tính cơ của máy sản xuất :

Trong đó :

- MC :momen ứng với tốc độ ω

- MCo :momen ứng với tốc độ ω=0

- Mdm :momen ứng với tốc độ định mức ωdm

Biểu thức đặc tính cơ của thang máy :

Điều này có thể giải thích là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gâyra.Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải),momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển

động,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

b,

Hình 1 5 Đồ thị đặc tính cơ của thang máy

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

Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi,thời gian làm việc và nghỉ xen kẽnhau.Nhiệt phát nóng của động cơ chưa đạt đến mức bão hòa đã giảm do mất tải,nhiệt

độ suy 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 khởiđộng,kéo tải ổn định và hãm dừng.Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục từ chế độ động

cơ sang chế độ máy phát Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đóchuyển động ổn định với tốc độ đó trong một lần chuyển động

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 khởiđộng,kéo tải ổn định và hãm dừng.Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục từ chế độ động

cơ sang chế độ máy phát Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đóchuyển động ổn định với tốc độ đó trong một lần chuyển động

Hình 1 7 Các chế độ làm việc của động cơ

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Tính chọn phương án truyền động cho hệ thống để thu được mô hình hệ thống tối

ưu nhất trong qua trình làm việc với thời gian di chuyển tối ưu, êm dịu cũng như tổnhao công suất và tổn hao năng lượng là nhỏ nhất, đồng thời các chi phí cũng hợp lý.Trong truyền động thang máy thì động cơ là có đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ.Theo đó ta có hai phương án chủ yếu sau để tính chọn:

- Dùng hệ truyền động động cơ xoay chiều có điều chỉnh tần số

- Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu

2.1 Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu

Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở, cònkhoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo khó khăn và phức tạphơn truyền động máy phát - động cơ Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điềukhiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic điều khiển chặtchẽ Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều:

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T - Đ đảo chiều có nhiều song đều thựchiện theo hai nguyên tắc và được phân ra 5 loại sơ đồ chính

Sơ đồ 1: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay

bằng đảo chiều dòng kích từ Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảochiều

Hình 2 1 Sơ đồ 1

Sơ đồ 2: Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay

bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi) Loại này dùngcho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Hình 2 2 Sơ đồ 2

Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.

Loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn

Hình 2 3 Sơ đồ 3

Sơ đồ 4: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển

chung Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn , thực hiện được công việc đảochiều êm hơn

Hình 2 4 Sơ đồ 4

Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển

chung Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện việc đảo chiều êm.Tuy nhiên kich thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn

Hình 2 5 Sơ đồ 5

Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính: điềukhiển chung và điều khiển riêng Sơ đồ 1,2,3 có nguyên tắc mạch điều khiển gần giốngnhau là phải khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành chuyểnmạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn Sơ đồ 4,5 dùngnguyên tắc điều khiển liên tục

Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trưng (sơđồ 3) và (sơ đồ 4) :

2.1.1 Hệ truyền động T_Đ điều khiển riêng

Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành

chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn sơ đồ 1,2,3được điều khiển theo nguyên tắc này Có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau.Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi kia bịkhoá do không có xung điều khiển Trong một khoảng thời gian thì BĐ1 bị khóa hoàntoàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còndương Sau khoảng thời gian này thì phát xung α2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòngphần ứng động cơ được hãm tái sinh Nếu giữ nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quántính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổiđiều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệthống

Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc an toànkhông có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễtrong đó dòng điện động cơ bằng không

2.1.2 Truyền động T-Đ điều khiển chung

Nguyên tắc: Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận được

xung mở nhưng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu còn bộ biến đổi kialàm việc ở chế độ đợi Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này

Nếu chọn |Ed1| = |Ed2| thì ỏ1+ ỏ2=π và ta có phương pháp điều khiển chung đốixứng khi này sđđ tổng trong mạch vòng giữa hai bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điệntrung bình chảy vòng qua hai bộbiến đổi cũng triệt tiêu: Icb = 0

Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảoEd2 ≥ Ed1 tức làEd2Ed2 ≥ Ed1 tức là ≥ Ed2 ≥ Ed1 tức làEd1Ed2 ≥ Ed1 tức là tức làkhông xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động của các

bộ chỉnh lưu là ed1(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất hiện thành phần xoaychiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòng điện cân bằng này thường dùng cáccuộn kháng cân bằng Lcb

2.1.3 Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha Loại động cơ này được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác Sở dĩ nhưvậy là do ĐKB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấptrực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên trước đây các hệ truyền động động

cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều tốc độ động cơKĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều Trong thời gian gần đây do sự phát triểncông nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học động cơ khôngđồng bộ mới khai thác được hết các ưu điểm của mình Nó trở thành hệ truyền độngcạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu - triristo động cơ một chiều

Không giống như động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phầnứng không tách biệt Từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh ra phụ thuộcnhiều vào tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ khôngđồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Trong định hướng xâydựng hệ truyền động động cơ không đồng bộ, người ta có xử lý hướng tiếp cận với cácđặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều

Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :

2.1.4 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi triristo

Nguyên tắc của phương pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bìnhphương điện áp stato Do đó có thể điều chỉnh được mô men và tốc độ của động cơbằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số

a, Điều chỉnh điện trở mạch roto

Nguyên tắc của phương pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bìnhphương điện áp stato Do đó có thể điều chỉnh được mô men và tốc độ của động cơbằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số

Rf :điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto.

Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơkhông thay đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

Mô men: M= 3 I r

2

R rd

ω S i

Si : Độ trượt khi điện trở mạch rô to là Rrd

Nếu giữ cho Ir = const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ Vì thế

mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động cómômen tải không đổi

Phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung :

b, Phương pháp điều chỉnh công suất trượt

Re là điện trở tương đương trong mạch rôto được tính theo thời gian đóng td vàthời gian ngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không

Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì:

¿Δ P s=M c ⋅(ω1−ω)=M c ω1s=P dt s

¿s= Δ P s

P dt

Phương pháp biến đổi tần số:

Phương pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần

số f1 sang tần số f2 Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thường kéo theo cả việc điềuchỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato Do vậy đây là một phương phápphức tạp phải dùng nhiều thiết bị

Có hai loại biến tần:

Biến tần trực tiếp: Loại này có sơ đồ cấu trúc như sau

Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tải với tần

số f2 Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ UMạch van 1 ,f 1 U 2 ,f 2 17mạch van khá phức tạp, có số lượng van lớn nhất với mạch

3 pha Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1

Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc như sau

Trong sơ đồ này có khâu trung gian là một chiều Điện áp xoay chiều được biếnthành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi được biến đổi thành U2 với tần số f2sau khi qua bộ nghịch lưu độc lập Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thayđổi dễ dàng f2 mà không phụ thuộc f1 Loại biến tần này cho phép nhận được ở đầu ratần số biến thiên dải rộng, dễ điều chỉnh tần số, điện áp bằng cách tác động vào mạch

có trường hợp điều chỉnh cả hai ở nghịch lưu tuy nhiên mạch điều khiển phức tạp.Nhược điểm của loại này là hiệu suất không thể cao vì có hai quá trình biến đổi nănglượng.

Kết Luận: Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên ta thấy cả hai phương án

đều có những ưu điểm thoả mãn yêu cầu công nghệ Tuy nhiên ở đây ta chọn phương

án dùng loại hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay vì nó cócác ưu điểm nổi bật sau đây

Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do cácvan bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao Điều này thuận tiện choviệc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặctính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ ba phabởi vì loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều NLĐLMạch lọc CL MĐK Pac, f1 Pdc Pdc Pac,f2 18lớn Đồng thời hai bộ biến đổi cấp chophần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn vàkhông có dòng chảy giữa các bộ biến đổi

Sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạtđược đồ thị tốc độ tối ưu (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt được dạng đồthị gần giống mà thôi)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC 3.1 Tính chọn công suất động cơ

3.1.1 Tính chọn moment tĩnh của động cơ

Để đơn giản ta giã sử thang máy luôn làm việc ở chế độ định mức Khi đó khốilượng của đối trọng:

G dt=G0+α G dm

Theo quyển [1] thì α = 0,5 lúc đó lực kéo đặt lên Puli là:

F=(G dm+G0−k1⋅ ΔG1−G dt)⋅ g

Trong đó:

- k1: Số lần dừng của buồng thang

- ∆ G1: Độ giãm tải sau mỗi lần dừng

- g: Gia tốc trọng trường

Do vậy:

F=[G dm(1−α)−k1⋅ ΔG1]⋅ gTại tầng thấp nhất:

3.1.2 Tính toán hệ số đóng điện tương đối

Gọi các tham số tại thời điểm ti tương ứng là ρi , vi, ai, si dựa vào sơ đồ tối ưu ở trên

ta thấy:

da d2v d3s

Đồ thị phụ tải của thang máy:

Hình 3 1 Đồ thị phụ tải thang máy

3.1.3 Tính chọn công suất động cơ

- Ikt = 1.2A

- Phạm vi điều chỉnh 10:1

3.2 Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều

3.2.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều Trongcông nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mởmáy lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto Stato củađộng cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện Roto có các cuộn dâyquấn và được nối với nguồn một chiều Một bộ phận quan trọng của động cơ điện mộtchiều là bộ phận chỉnh lưu Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyểnđộng quay của roto là liên tục Thông thường bộ phận này gồm 1 cổ góp và 1 chổi thantiếp xúc với cổ góp

Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó, trong dây quấn kích từ sẽxuất hiện dòng điện kích từ Ik Dòng kích từ này sẽ sinh ra từ thông Φ chạy trongmạch từ của động cơ Nếu ta đặt lên mạch phần ứng của động cơ một điện áp U thôngqua hệ thống chổi than và cổ góp thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạyqua Tương tác giữa dòng điện phần ứng I và từ thông kích từ Φ sẽ sinh ra một momenđiện từ Giá trị của momen điện từ được tính như sau:

M = 2 π a p N ∅ I=K ∅ I

Với K là hệ số kết cấu của động cơ

Momen điện từ này kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiếngóp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu nhưkhông bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 3 2 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Từ sơ đồ thay thế của động cơ ( Hình 3.2 ), ta có phương trình cân bằng điện áp:

- rcl - điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp

Sức điện động E ư của động cơ được xác định theo biểu thức:

E ư=K ∅ ω

Trong đó: K= pN

2 πa

- p – số đôi cực từ chính

- N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

- a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

- Φ – từ thông kích thích dưới một cực từ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n ( vòng/phút ):

Ta vẽ được dạng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 3 3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.

3.2.2 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm

a, Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay động cơ lớn hơn tốc độ không tải lí tưởng.Khi hãm tái sinh, Uư < Eư , động cơ làm việc như một máy phát điện song song vớilưới Dòng hãm và momen hãm đã đổi chiều và có giá trị:

I h=U ư−E ư

R <0

Trị số hãm lớn dần cho đến khi cân bằng với momen phụ tải của cơ cấu sản xuấtthì hệ thống làm việc ổn định với  ođ >  0 Đường đặc tính cơ ở chế độ hãm tái sinhnằm trong góc phần tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng tọa độ