BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN” Đề tài: THANG MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA DIỆN - ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG …  … BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN” Đề tài: THANG MÁY GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG NHÓM 12: VÕ GIANG NAM PHẠM VĂN TÌNH LÊ PHÚC HÂN Tp HCM, 20 tháng 05 năm 2017 GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG Contents CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Yêu Cầu Của Thang Máy: 1.2 Tìm hiểu vấn đề 1.2.1 Các phận thang máy là: 1.2.2 Đường đặc tính thang máy 1.2.3 Vấn đề đặt ra: 1.2.4 Hướng Giải quyết: CHƯƠNG 2.1 TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động 2.1.1 Tính chọn động 2.1.2 Chọn thắng khí: .14 2.1.3 Chọn biến tần 17 2.1.4 Chọn phụ kiện cho biến tần 19 2.2 Chọn thiết bị điều khiển .23 2.2.1 Thiết bị bảo vệ 23 2.2.2 Cáp cho mạch động lực mạch điều khiển 27 2.2.3 Các thiết bị khác 29 CHƯƠNG MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 34 CHƯƠNG CÀI ĐẶT BIẾN TẦN 35 4.1 Tóm tắt phần tử mạch động lực mạch điều khiển .35 4.1.1 Các phần tử mạch động lực 35 4.1.2 Các phần tử mạch điều khiển 35 4.2 Nguyên lý hoạt động .35 4.3 Cài đặt .37 GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Yêu Cầu Của Thang Máy:  Thang máy cho tòa nhà tầng tải nâng hạ  Thang máy nặng M = tấn, tốc độ nâng hạ V = 0.5 m/s  Chọn động kéo, hộp số, thiết bị điện điều khiển  Có bảo vệ hành trình hai đầu khơng cho phép thang máy chạy vượt giới hạn cho phép  Bảo vệ trọng lượng limit switch đặt gầm buồng thang: Nếu tải trọng nặng limit switch đặt gầm đóng, khơng cho thang máy chạy đóng cịi báo động đèn báo hiệu  Kết hợp điều khiển q trình thắng khí nâng hạ  Encoder phản hồi tín hiệu biến tần  Điều khiển thang máy lên xuống nút ấn:  Ấn nút CL để lên  Ấn nút CX để xuống  Ấn nút Stop để dừng  Ấn nút Emergency để dừng máy khẩn cấp 1.2 Tìm hiểu vấn đề Đối tượng thang máy Thang máy thiết bị vận tải dùng để chở hàng hóa người theo phương thẳng đứng Những loại thang máy đại có cấu khí phức tạp, hệ thống truyền động, hệ thống khống chế phức tạp nhằm đảm bảo nâng cao suất, vận hành tin cậy, an toàn Tất thiết bị điện lắp đặt buồng thang buồng máy 1.2.1 Các phận thang máy là: Động điện Puli Cáp treo Buồng thang Đối trọng Phanh hãm điện từ Biến tần Encoder GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG Hình 1.1 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển Hình 1.2 Đường đặc tính MSX (thang máy) GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 1.2.2 Đường đặc tính thang máy Do thang máy làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại (thời gian làm việc thời gian nghỉ xen kẻ nhau) Nhiệt độ động chưa đạt tới giá trị giới hạn động làm việc Khi động nghỉ nhiệt độ động giảm chưa đạt tới nhiệt độ mơi trường Vì động kéo MSX thang máy có đồ thị phát nhiệt chế độ ngắn hạn lặp lại 1.2.3 Vấn đề đặt ra:  Phụ tải thang máy tải năng, yêu cầu thang máy phải dừng tầng xác, di chuyển êm, khơng giật, đảm bảo an tồn cho khách  Động truyền thang máy làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Thời gian khởi động ngắn, moment khởi động lớn để kéo thang máy lên  Khi có lệnh điều khiển thang máy tăng tốc từ từ lên tốc độ định mức phải khoảng thời gian ngắn phải dừng lại vị trí mong muốn cách nhẹ nhàng xác, trường hợp điện buồng thang khơng bị rớt xuống đáy hố thang mà phải giữ lại  Khi q tải phải có đèn cịi báo hiệu, thang máy phải ngưng hoạt động, tình trạng q tải khơng cịn thang máy trở lại làm việc bình thường  Trong thang máy di chuyển khơng thể điều khiển thang máy di chuyển theo chiều ngược lại 1.2.4 Hướng Giải quyết:  Sử dụng động có tích hợp hộp số chun dùng cho thang máy GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG  Sử dụng biến tần chuyên dùng cho thang máy loại biến tần hỗ trợ luật điều khiển vector, ta đặt limit switch tầng để bảo vệ hành trình dừng thang máy  Sử dụng thắng khí để bảo vệ người thang trường hợp điện  Sử dụng cấu khóa liên động để thang máy di chuyển điều khiển thang máy theo chiều ngược lại  Sử dụng tín hiệu báo cố q tải, phải có tín hiệu đèn cịi báo cho hành khách biết đồng thời ngắt không cho điều khiển chạy lên xuống, khơng cịn tình trạng q tải cịi đèn tự tắt GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG CHƯƠNG TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 2.1 Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động 2.1.1 Tính chọn động Động có nhiệm vụ kéo máy sản xuất (thang máy) nên động phải có đủ cơng suất để đảm bảo kéo thang máy  Mục đích: Kéo buồng thang máy  Yêu cầu:  Phù hợp với trọng lượng tải (M = tấn) tốc độ nâng hạ (V = 0.5 m/s)  Là động xoay chiều pha  Chế độ làm việc thang máy: Thang máy làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại (thời gian làm việc thời gian nghỉ xen kẻ nhau) Nhiệt độ động chưa đạt tới giá trị giới hạn động làm việc Khi động nghỉ nhiệt độ động giảm chưa đạt tới nhiệt độ mơi trường  Tính tốn chọn động cơ:  Trọng lượng thang: G = 3000 kg  Ta chọn khối lượng buồng thang Gbt = 1000 kg  Ta có khối lượng hành khách Gt = 2000 kg  Ta có khối lượng đối trọng Gdt= Gbt + α×Gt = 1800 kg  Trong đó: α hệ số cân (α = 0.3÷0.6)  Với thang máy chở khách ta chọn α = 0.4  Tốc độ di chuyển lớn cho phép: v = 0.5 m/s  Chọn gia tốc g = 9.8 m/s2  Chọn cấu hộp số có hiệu suất truyền: η = 80%  Khối lượng đối trọng là: Gđt = 1800 kg  Công suất nâng tải: P load = ( đ )× × = ( )× × = 22050 (W)  Công suất động yêu cầu là: Pđc = Pload+ 15%Pload = 22050 + 22050×0.15 = 25357.5 W = 26 Kw GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG  Tỉ số truyền động cơ: = = × 0.385 × 1500 = 120 30 Với:  Rt bán kính puly (0.385 m)  n tốc độ động (1500 v/p)  tốc độ nâng tải ( 0.5 m/s = 30 m/p)  Lực kéo đặt lên puly: F = (Gt + Gbt – k.∆G –Gđt).g Trong đó:  Gt: Khối lượng hành khách (2000kg)  Gbt: Khối lượng buồng thang (1000kg)  k: Số lần dừng buồng thang (k = 1)  ∆G: Độ thay đổi khối lượng tải sau lần dừng.Vì tịa nhà có tầng nên ∆G =  Gđt: Khối lượng đối trọng (1800kg)  F = (2000 + 1000 – 1×0 – 1800) ×9.8 = 11760 N  Tốc độ puli: = = × × × = 12.4 (vòng/phút)  Moment nâng tải: = = 11760 × 0.385 = 47.16 120 × 0.8  Moment hạ tải: = = 11760 × 0.385 0,8 = 30.18 120 Giả sử tòa nhà cao 10m, tầng cao h = 5m Giả sử thời gian tăng tốc thời gian hãm: t1 = t3 = 1.5s  Gia tốc thang máy: = = 0.5 = 0.3 1.5 ⁄  Quảng đường cabin tăng tốc giảm tốc: GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG = = + = = × = 0.3375  Quảng đường cabin với tốc độ ổn định: s2 = –2×0.3375 = 4.325 m  Thời gian cabin với vận tốc ổn định (1.3m/s): = = 4.325 = 8.65 0.5  Thời gian nghỉ thang máy: t4 = 10s  Chu kỳ làm việc thang máy: T = 2× (1.5+8.65+1.5) + 10 = 33.3s Kết luận:  Thời gian tăng tốc: t1 = 1.5s  Thời gian chạy ổn định (0.5 m/s): t2 = 8.65s  Thời gian giảm tốc: t3 = 1.5s  Thời gian nghỉ thang máy: t4 = 10s Giản đồ trình đồ thị phụ tải thang máy:  Theo kết tính tốn, ta cần chọn động có  công suất P ≥ 25357.5 kW  Tỉ số truyền động i ≤ 120  Moment làm việc ≥ 47.16 (N.m) GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG  Tốc độ đầu ≥ 12.4 (vòng/phút) Giải pháp: Ta chọn động hãng Siemens:  Hãng Siemen gồm có loại động cơ:  Helical geared motors – Động liền hộp giảm tốc bánh xoắn ốc  Bevel helical geared motors – động liền hộp giảm tốc bánh côn  Worm geared motors – động liền hộp giảm tốc trục vít  Parallel shaft geared motors – động liền hộp giảm tốc trục song song… Ở nhóm xin chọn loại động liền hộp giảm tốc trục song song hãng Siemen Mã số: FD.188B-LG200LB4E25S4E (Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 307/1013) GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 10  Dòng chịu cắt ngắn mạch phải lớn dịng xung kích lưới điện In ≥ Ixk= √2 ×1.8 × Ingắn mạch  Giải pháp: Chọn MCCB hãng Siemens loại VL 160X, mã hiệu 3VL1708-2DD33-0AA0 (Catalog “MCCB-3VL.pdf” trang 21/128)  Các thông số MCCB:  Dòng điện định mức : 80A  Điện áp : 380/415 V AC  Dòng cắt :70 kA  Số cực : GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 24 b) Chọn CONTACTOR:  Chức năng:để đóng cắt mạch động lực thơng qua mạch điều khiển  Tiêu chí chọn  Điện áp định mức: 380/400V  Dòng định mức khoảng 1,3 – 1,5 dòng đầu vào định mức biến tần  Dòng điện tiếp điểm lớn 80 A  Chọn loại tải AC1  Cuộn hút 220V AC  Số cực :  Giải pháp: Chọn Contactor hãng Siemens, loại 3RT, mã hiệu 3RT10 44-1AP00 (Catalog “Contactor-3RT.pdf” trang 11/68)  Các thơng số Contactor: GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 25  Dòng điện định mức(AC1) : 100A  Điện áp định mức : 380/415V AC  Cuộn hút : 230V AC  Số cực : c) MCB:  Chức năng: Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch tải cho mạch điều khiển  Tiêu chí chọn:  Điện áp: 220 V AC  Dòng định mức MCB phải lớn tổng dòng điện chạy mạch điều khiển Theo tính tốn sơ dịng mạch điều khiển khoảng 2A  Giải pháp: Chọn MCB hãng SIEMENS, loại 5SX2 506 -  Thông số kỹ thuật:  Số cực : 1P+N  Dòng điện cắt định mức : 6A  Điện áp : 220V  Dịng cắt : 6kA GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 26 2.2.2 Cáp cho mạch động lực mạch điều khiển a) Chọn cáp cho mạch động lực:  Mục đích: Kết nối thiết bị mạch động lực  Yêu cầu:  Chịu tải động  Cách điện tốt  Phù hợp với biến tần động  Giải pháp: Chọn loại cáp 0.6/1(1.2) kV Cores PVC Insulated Cable hãng Lioa Electric GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 27 (Catalog “lioa_wire_and_cable.pdf” trang 10/28) Ghi chú: GSWA giáp sợi thép; DSTA giáp hai băng thép; UnAr không giáp b) Chọn cáp cho mạch điều khiển  Mục đích: Kết nối thiết bị điện mạch điều khiển  Yêu cầu: Phù hợp với dòng điện tổng mạch điều khiển  Giải pháp: Chọn loại cáp 0.6/1(1.2) kV Cores PVC Insulated Cable hãng Lioa Electric GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 28 (Catalog “lioa_wire_and_cable.pdf” trang 8/28) 2.2.3 Các thiết bị khác a) Chọn Limit Swith  Mục đích:  Bảo vệ hành trình hai đầu không cho phép thang máy chạy vượt giới hạn cho phép  Bảo vệ tải cho thang máy  Giải pháp:  Chọn Limit Switch hãng Siemens với loại 3SE5 132-0CJ50 để bảo vệ hành trình  Chọn Limit Switch hãng Siemens với loại 3SE5 132-0CJ82 để bảo vệ tải GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 29 (Catalog “Limit Switch.pdf” trang 16/154) b) ĐÈN BÁO Nhóm chọn đèn báo hãng IDEC có mã YW1P-1EQM3 (Catalog “IDEC-Pricelist” trang 1/19) c) CƠNG TẮC :  Mục đích: Để khởi động, dừng động cơ, bật tắt nguồn thông qua mạch điều khiển  Yêu cầu:  Cách điện tốt, hoạt động tin cậy  Sử dụng với điện áp 220 V Nhóm chọn cơng tắc vặn vị trí hãng IDEC, mã loại YW1S-2E10 GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 30 (Catalog “IDEC-Pricelist” trang 4/19)  Thông số :  Tiếp điểm : NO  Công tắc vặn vị trí  Điện áp cách điện : 300V  Điện áp – dòng điện tiếp điểm : 240 VAC- 1A d) RƠ LE TRUNG GIAN:  Mục đích: Dùng để điều khiển đóng cắt tiếp điểm biến tần mạch điều khiển  Yêu cầu: Điện áp cuộn hút 220V  Giải pháp: Dựa vào u cầu đặc tính kỹ thuật nhóm chọn loại LZX:PT570730 hãng SIEMENS GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 31  Thông số :  Tiếp điểm : CO  Điện áp cuộn hút : 230V AC e) Chọn nguồn cho thắng khí  Mục đích: Cấp nguồn cho thắng khí hoạt động  Yêu cầu: Điện áp 24V, hoạt động ổn định  Giải pháp: Chọn nguồn loại PS5R-SF24 (Catalog “IDEC-Pricelist” trang 14/19) f) Chọn máy biến áp  Mục đích: cách ly ổn định điện áp cho mạch điều khiển GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 32  Yêu cầu: điện áp đầu chuẩn 220V  Giải pháp: chọn máy biến áp kiểu SH hãng Lioa (Catalog “On _ap_lioa.pdf” trang 2/72) GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 33 CHƯƠNG MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN (Có file Autocad đính kèm) GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 34 CHƯƠNG CÀI ĐẶT BIẾN TẦN 4.1 Tóm tắt phần tử mạch động lực mạch điều khiển 4.1.1 Các phần tử mạch động lực Thiết bị Biến tần MCCB Contactor Line reactor and Load reactor Điện trở hãm EMC Filter Brake Động Nguồn 24VDC Mục đích Điều khiển động Bảo vệ ngắn mạch, q tải Đóng cắt mạch động lực thơng qua mạch điều khiển Ức chế sóng hài, cải thiện cơng suất đầu vào đầu biến tần Hãm động Giảm nhiễu điện từ Thắng khí cho động Kéo buồng thang Cấp nguồn cho thắng khí 4.1.2 Các phần tử mạch điều khiển Thiết bị Nút Start, Stop Nút E-Stop Nút CL, CX Limit Switch MCB Contactor KM1 Contactor KM2 Rơ le trung gian Đèn báo Mục đích Khởi động dừng cung cấp điện cho mạch động lực mạch điều khiển Dừng khẩn cấp hệ thống Điều khiển biến tần chạy thuận, nghịch Bảo vệ hành trình hai đầu khơng cho phép thang máy chạy vượt giới hạn cho phép Bảo vệ tải Cấp nguồn, bảo vệ ngắn mạch… cho hệ thống Đóng cắt mạch động lực thơng qua mạch điều khiển Điều khiển cấp điện cho thắng khí Đóng tiếp điểm cung cấp điện cho mạch điều khiển Báo nguồn, báo tình trạng làm việc hệ thống 4.2 Nguyên lý hoạt động  Đóng MCCB cấp nguồn cho hệ thống mạch động lực  Đóng MCB cấp nguồn cho mạch điều khiển  Đèn D1 sáng báo mạch điều khiển cấp nguồn  Nhấn Start cuộn dây KM1 có điện  Tiếp điểm KM1 mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho biến tần GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 35  Tiếp điểm KM1 mạch động lực đóng lại trì nguồn cấp cho cuộn dây KM1  Đèn D2 sáng báo hiệu hệ thống sẵn sàng làm việc  Giả sử thang máy tầng 1: LW1 tác động (D5 sáng), rơ le R3 có điện mở tiếp điểm R3 không cho phép điều khiển biến tần chạy theo chiều ngược (đi xuống)  Nút nhấn CL ( thang máy lên), rơ le R1 có điện (D3 sáng), tiếp điểm thường mở mạch động lực R1 đóng lại cấp tín hiệu vào chân STF (chạy thuận) Tiếp điểm thường đóng R1 mở khơng cho ta điều khiển biến tần hoạt động theo chiều ngược lại biến tần xuất tín hiệu giữ tải, sau khoảng thời gian lớn 200 ms biến tần xuất tín hiệu mở phanh thơng qua relay Động kéo thang máy lên đạt tốc độ ổn định sau 1.5s  Khi thang máy chạm LW2, rơ le R4 có điện ngắt tín hiệu chạy thuận Động điện, tốc độ thang máy giảm dần Sau 1.5s biến tần ngắt tín hiệu thắng khí thơng qua relay Thắng khí bóp lại thang máy dừng hẵn  Khi nhấn vào CX, thang máy điều khiển xuống, mạch hoạt động tương tự  Khi xảy cố tải LW3 đóng lại, rơ le R5 có điện mở tiếp điểm thường đóng R5 ngắt tín hiệu chạy thuận chạy nghịch không cho phép điều khiển thang máy đồng thời đèn D7 sáng báo cố tải  Khi biến tần bị lỗi báo qua rơ le 1, rơ le mạch điều khiển có điện mở tiếp điểm thường đóng R6 ngắt tín hiệu chạy thuận chạy nghịch không cho phép điều khiển thang máy đồng thời đèn D8 sáng báo biến tần bị lỗi  Khi xảy cố, ta nhấn nút E-STOP để dừng khẩn cấp biến tần  Khi điện thắng khí điện bóp lại tránh việc buồng thang bị rơi, KM1 điện, sau có điện lại đảm bảo biến tần động khơng có điện Lúc muốn thang máy hoạt động lại ta phải vận hành lại từ đầu GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 36 4.3 Cài đặt a) Các thông số động Thông số Mô tả Pr0.42 Pr0.43 No of motor poles Motor rated power factor Motor rated vogtage Motor rated full load speed Motor rated current Rated frequency Pr0.44 Pr0.45 Pr0.46 Pr0.47 b) Khoảng cài đặt 0-60 0.00-1.00 Giá trị cài đặt 0.85 0-18000rpm 400 V 1475 rpm 0-rated current max 0-3000Hz 55 A 50 Hz Cài đặt thông số biến tần: Pr0.02 Maximum reference 0-3000Hz clamp Pr0.01 Minimum reference 0-50Hz clamp Pr0.03 Acceleration rate( thời 0-3200s/100Hz gian tang tốc) Pr0.04 Deceleration rate( thời 0-3200s/100Hz gian giảm tốc) Pr0.06 Current limit 0-% current limit max Pr0.48 Operating mode 1:open loop selector(Chế độ vận 2:close loop vector hành) 3:servo Pr 0.14 Torque mode selector 0,1,2,3,4 c) Cài đặt thơng số thắng khí: Thông số Mô tả Pr.6.04 Pr.6.06 Pr.6.07 Open brake frequency Injection braking level Detection time line open braking Pr.6.07 Running time when braking starts Brake operating frequency Operating time when braking stops Pr.6.09 Pr.6.10 GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG Khoảng cài đặt 50 Hz Hz 1.5 s 1.5 s 165% 2:close loop vector 0( điều khiển tần số) 0-30Hz 0-150% 0-2s Giá trị cài đặt 3Hz 130% 0.3s 0-5s 0.3s 0-30Hz 6Hz 0-5s 0.3s 37 d) Cài đặt encoder Pr3.34 Drive encoder lines per revolution(độ phân giải) Pr3.36 Drive encoder supply voltage Pr3.38 Drive encoder type Pr3.39 Drive encoder termination select GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG to 50000 1024 :5v : 8v 2:15V 0: Ab 1:Fd 2:Fr to 0: 5v 0(Ab) 38 ... số: FD .18 8B-LG200LB4E25S4E (Catalog “D87 -1_ en_2 011 .pdf” trang 307 /10 13) GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG 10 (Catalog “D87 -1_ en_2 011 .pdf” trang 926 /10 13) (Catalog “D87 -1_ en_2 011 .pdf” trang 927 /10 13) GVHD:... 18 00) ×9.8 = 11 760 N  Tốc độ puli: = = × × × = 12 . 4 (vòng/phút)  Moment nâng tải: = = 11 760 × 0.385 = 47 .16 12 0 × 0.8  Moment hạ tải: = = 11 760 × 0.385 0,8 = 30 .18 12 0 Giả sử tòa nhà cao 10 m,... thắng khí 24 VDC ± 10 % (Catalog “D87 -1_ en_2 011 .pdf” trang 870 /10 13) GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG 15  Cơng suất hoạt động thắng khí là: 11 0W (Catalog “D87 -1_ en_2 011 .pdf” trang 882 /10 13)  Thông số giản