2. 3 Cỏc hệ truyền động điện dựng trong thang mỏy
2.3.2. Phơng ỏn truyền động dựng động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều khụng đồng bộ cú kết cấu đơn giản, chắc chắn, vận hành an toàn và sử dụng nguồn điện xoay chiỊu trực tiếp từ l−ới điƯn xoay chiều 3 pha nờn giảm đợc bộ phận biến đổi trung gian. Bờn cạnh những thuận lợi trờn thỡ việc sử dụng động cơ điện xoay chiều cũng cú những vớng mắc khú khăn nhất định. Đặc biệt là vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ điƯn xoay chiỊu là rất khú khăn và phức tạp. Nguyờn nhõn cơ bản dẫn đến viƯc điỊu chỉnh tốc độ khú khăn đú là do mối quan hệ giữa cỏc đại lợng tốc độ (n), mụ men (M) và dũng điện (I) khụng tuyến tớnh. Trớc đõy, khi cụng nghƯ máy tính ch−a phát triển thỡ việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều với yờu cầu chất lợng điều chỉnh cao là khụng thực hiện đợc. Trong thời gian gần đõy, do sự phỏt triển của cụng nghệ chế tạo linh kiện bỏn dẫn cụng suất và kỹ thuật điện tử tin học, kết hỵp với những thành tựu trong việc nghiờn cứu lý thuyết điều chỉnh tự động động cơ điện xoay chiề Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều đU thực hiện đợc một cỏch hiệu quả, cú chất lợng tốt. HiƯn nay viƯc sư dơng động cơ điện xoay chiều vào cỏc hệ truyền động, đặc biệt là động cơ điện KĐB rụ to lồng súc đang cú xu hớng phỏt triển mạnh.
Cỏc hệ truyền động sử dụng động cơ điện xoay chiều KĐB 3 pha thờng ỏp dụng trong hệ thống điều khiển thang mỏy chở ng−ời là:
- HƯ trun động sư dơng bộ biến đỉi xung điƯn trở rô t Động cơ truyền động buồng thang là động cơ rụ to dõy quấn.
- HƯ trun động dùng động cơ KĐB rụ to lồng súc 2 cấp tốc độ - HƯ trun động dùng bộ biến tần - động cơ KĐB rụ to lồng sóc.
ạ HƯ trun động sư dơng bộ biến đỉi xung điƯn trở rụ to
Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rụ to nh Hình 2.4.
Hình 2.4. Sơ đồ bộ biến đổi xung điện trở mạch rụ to
ĐĨ thực hiƯn phơng phỏp điều chỉnh xung điện trở, ngời ta sử dụng cỏc khoỏ khụng tiếp điểm bằng Tranzitor hoặc Thyristor. Hỡnh 2.4 là sơ đồ nguyờn lý điều chỉnh xung điện trở dựng khoỏ Thyristor. Thực chất phơng phỏp điều chỉnh xung điện trở là điều chỉnh trị số trung bỡnh điện trở mạch rụtor của động cơ.
Điều chỉnh điện trở mạch rụtor là điều chỉnh thụng số mạch rụtor, giỏ trị tổng trở mạch rụtor là: R = Rr + Rf. Khi tăng giỏ trị điện trở tổng R của mạch rụtor tức là làm tăng độ trợt tới hạn Sth, cũn mụmen tới hạn của động cơ coi nh khụng thay đổ
Điện ỏp rụtor Ur đợc chỉnh lu bởi cầu chỉnh lu 6 điốt, qua điện cảm lọc rồi khộp mạch qua điện trở phụ Rf và bộ điều chỉnh xung BĐX. Khi điều chỉnh thời gian dẫn t2 và thời gian khoỏ t1, hoặc điều chỉnh tần số đúng cắt của bộ
C TC Tf Rf Ud Ri Rω Uωđ F ĐK Ur Ir K - -
BĐX, ta điều chỉnh trơn đợcgiỏ trị điện trở tơng đơng Re. Nếu coi BĐX là khoỏ lý tởng thỡ cú thể điều chỉnh trơn giỏ trị điện trở tơng đơng từ Re = 0 đến Re = Rf, tơng đơng với thời gian dẫn dũng biến thiên từ t1 = 0 đến t1 = T. Điều này đợc minh hoạ bằng đồ thị Hỡnh 2.5.
Hình 2.5. Biểu đồ điện trở tơng đơng Re theo thời gian Giỏ trị điện phụ trở tơng đơng của mạch rụ tor đợc xỏc định: Re = Rf. [t1/(t1+t2)] = Rf.(t1/T).
Với hƯ truyền động này cú u điĨm: cho phép điỊu chỉnh tốc độ vụ cấp, cụng suất điều chỉnh bộ, dễ dàng tự động hoỏ việc điều chỉnh, cú thể thiết lập đợc mạch vũng điỊu chỉnh kín. Nếu biến đỉi tín hiƯu điỊu khiĨn theo mức độ biến thiờn của phụ tải trờn trục động cơ thỡ cú thể tạo đợc những đặc tớnh cơ cứng hơn so với khi điều chỉnh bằng biến trở một cỏch đỏng kể.
Cỏc u điểm trờn thớch hợp cho việc ỏp dụng phơng phỏp điều chỉnh này cho hệ truyền động buồng thang sử dụng động cơ rụ tor dõy quấn.
Bờn cạch cỏc u điểm trờn thỡ hệ truyền động này vẫn tồn tại một số hạn chế sau: do dũng điện chỉnh lu cú dạng đập mạch nờn đU tạo ra cỏc mụmen súng hài bậc cao làm cho chỉ tiờu năng lợng khi điỊu chỉnh thấp.
b. HƯ truyền động - động cơ khụng đồng bộ rụtor lồng sóc hai cấp tốc độ
Sơ đồ nguyờn lý mạch động lực, hƯ trun động động cơ khụng đồng bộ rơtor lồng sóc hai cấp tốc độ ở Hình 2.6. T Re Rf Re t t1 t2
Hỡnh 2.6. Sơ đồ nguyờn lý hệ truyền động động cơ khụng đồng bộ rơtor lồng sóc hai cấp tốc độ
HƯ truyền động động cơ khụng đồng bộ rơtor lồng sóc hai cấp tốc độ thờng dựng trong thang mỏy tốc độ trung bỡnh. Tốc độ cao (Nh) cuộn dõy động cơ nối sao kộp, ở tốc độ thấp (Ch) cuộn dõy động cơ nối tam giỏc. Ban đầu động cơ khởi động ở tốc độ thấp nhờ tiếp điểm thờng hở cụng tắc tơ Ch đúng sau đú động cơ làm việc ở tốc độ cao nhờ tiếp điểm thờng hở cụng tắc tơ Nh đúng, nếu thang đi lờn thỡ đồng thời tiếp điểm thờng hở cụng tắc tơ N đúng, cũn thang đi xuống thỡ tiếp điểm thờng hở cụng tắc tơ H đúng. Để dừng chính xác buồng
NCH KĐK Lô gic ĐK Ch Nh Nh AP RN N H ~ 380v
thang khi buồng thang tới vị trớ cần dừng, cảm biến vị trớ tầng phỏt tớn hiệu tới hệ thống điều khiển ra lệnh cắt điện vào cuộn dõy cụng tắc tơ Nh và đúng điện cho cuộn dõy cụng tắc tơ Ch, động cơ giảm tốc độ xuống cấp tốc độ thấp (cuộn dõy nối tam giỏc) đến vị trớ cần dừng thỡ cuộn dõy cụng tắc tơ Ch cũng đợc cắt điện (động cơ đợc cắt điện), đồng thời phanh hUm điện từ NCH tỏc động hUm dừng chính xác buồng thang.
Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều KĐB 2 cấp tốc độ (tam giỏc/sao kộp) làm việc chắc chắn, đơn giản, khả năng dừng chớnh xỏc cao, nhng thay đổi tốc độ đột ngột theo từng cấp tốc độ, nờn độ giật mạnh, gõy cảm giỏc khú chịu cho hành khỏc. Nờn hiện nay hệ này khụng đợc dựng cho thang máy chở ng−ờị
c. Hệ truyền động động cơ KĐB rụ to lồng súc điều khiển bằng bộ biến tần
Trớc đõy khi khoa học cụng nghệ cha phỏt triển, cỏc hệ truyền động cú yờu cầu cao về chất lợng điều chỉnh tốc độ khụng thể sử dụng động cơ KĐB rụ to lồng sóc. Hiện nay nhờ sự phỏt triển của cụng nghệ sản xuất linh kiện Điện tử cụng suất và vi xử lý nờn hệ truyền động động cơ KĐB rụ to lồng súc điều khiển bằng biến tần đU đợc sử dụng rộng rUi cho những hệ truyền động cú yờu cầu cao về chất lợng điều chỉnh tốc độ. Bởi vỡ động cơ KĐB rụ to lồng súc cú kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, cú độ bền cao, làm việc tin cậy, giỏ thành thấp, cú thể làm việc trong mụi trờng khắc nghiệt.
Sơ đồ cấu trỳc truyền động động cơ KĐB rụ to lồng súc điều khiển bằng bộ biến tần nh− Hình 2.7. Cấu trúc cđa hƯ trun động động cơ điện xoay chiều KĐB 3 pha rụ to lồng súc điều khiển bằng bộ biến tần cơ bản gồm cỏc phần sau: - Phần cụng suất với động cơ điện xoay chiều KĐB 3 pha rụ to lồng súc và dựng van bỏn dẫn biến tần.
- Phần điều khiển với 2ữ3 vi xử lý khỏc nhau, trong đú một vi xử lý giải quyết cỏc bài toỏn điỊu khiĨn thời gian thực, một vi xư lý khác giao tiếp với hƯ thống trung tõm cấp trờn, một vi xử lý đợc dựng đĨ điỊu khiĨn ghép nối giao tiếp với thiết bị ngoại vi tại chỗ (vớ dơ: PC, bàn phím…).
Từ sơ đồ cấu trỳc (Hỡnh 2.7) ta thấy động cơ KĐB rụ to lồng súc đợc nuụi bởi biến tần nguồn ỏp. Đại lợng điều khiển là điện ỏp, điện ỏp này sẽ thụng qua
khõu điều chỉnh vộc tơ khụng gian (ĐCVTKG) và biến tần để đặt lờn cuộn dõy stator động cơ. Khõu ĐCVTKG đợc coi là khõu truyền đạt trung thành vỊ phạ Trong tr−ờng hỵp điện ỏp cho trớc dới dạng usd và usq (véc tơ điện ỏp trờn hệ toạ độ từ thụng rụ to), trong sơ đồ sử dụng khõu chuyển hệ toạ độ điƯn áp (CTĐu), để tớnh chuyển sang hệ toạ độ usα, usβ (vộc tơ điện ỏp trờn hệ toạ độ từ thụng stator) trớc khi đa tới khõu ĐCVTKG. Nếu điện ỏp đU đợc cho trớc d−ới dạng usα, usβ thì khụng cần khõu CTĐu nữ
Hỡnh 2.7 Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB bằng biến tần nguồn ỏp
Hỡnh 2.7b. Khõu điều chỉnh dũng isd, isq bằng khõu ĐCD riờng biệt
isd i sq ∆isd ∆isq i* sd i* sd yd yq ĐCid ĐCiq ej9s UDC M 3~ ĐCKĐB 9s usβ usα usd usq tu tv tw Biến tần ĐTĐu (+) (-) ĐKVTKG = 3~
Đa số cỏc biến tần điều khiển động cơ KĐB hiện nay là loại biến tần nguồn ỏp giỏn tiếp (cú khõu trung gian một chiều), sơ đồ cấu trỳc đợc trỡnh bày nh− hình 2.8.
Hình 2.8. Cấu trỳc biến tần nghịch lu độc lập
Đối với biến tần loại này đầu vào là điện ỏp xoay chiều đợc biến đổi thành một chiều nhờ khối chỉnh lu, vỡ chất lợng điện ỏp sau chỉnh lu cũn kộm do vậy điện ỏp này đợc đa qua bộ lọc, sau đú mới đa tới khối nghịch lu để biến thành điện ỏp xoay chiều với tần số f2 và điện ỏp U2. Độ lớn điện ỏp cú thể điều chỉnh đợc bằng cỏch thay đổi gúc mở cỏc van thyristor ở mạch chỉnh lu, cũn tần số cú thể thay đổi bằng cỏch điều chỉnh tần số đúng cắt cỏc transitor ở mạch nghịch l Việc điều khiển bộ biến tần đợc thực hiện thụng qua một trung tõm điỊu khiĨn CPỤ CPU có nhiƯm vơ thu thập xư lý các tín hiƯu từ bờn ngoài, truyền thụng với cỏc thiết bị khỏc và điều khiển việc đóng mở các van bán dẫn theo yờu cầu của cụng nghệ.
Đối với biến tần loại này, đầu vào là điện ỏp xoay chiều, qua khối chỉnh lu để biến đổi thành một chiều sau đú lại biến đổi thành điện ỏp xoay chiỊu đĨ cung cấp cho tả Nh vậy từ đầu vào đến đầu ra năng lợng phải chuyển đổi đến 2 lần, chớnh điều này làm ảnh hởng đến hiệu suất của bộ biến tần. Bờn cạnh đú thỡ biến tần loại này cú u điểm dễ dàng điều chỉnh tần số ra với dải rộng khụng phụ thuộc tần số lới ở đầu và
Hiện nay thang mỏy sử dụng hệ truyền động động cơ KĐB rụ to lồng súc điều khiển bằng bộ biến tần đang đợc sư dơng phỉ biến nhất, nó đU thay thế cho phơng ỏn truyền động sử dụng động cơ điện một chiều và động cơ rụ to dây qn. Với sự ứng dụng kỹ thuật số, vi xử lý vào điều khiĨn và sư dơng transitor, thyristor cụng suất đU cho phộp điều chỉnh cỏc thụng số thụng qua việc lập trỡnh cho bộ biến tần, để cú thể khống chế quỏ trỡnh khởi động và hUm dừng động cơ
Chỉnh l−u Lọc Nghịch l−u độc lập U1~ f1 U= U= U2~ f2
truyền động buồng thang một cỏch tối u, nhằm giảm độ dật cho buồng thang khi chuyển động. Mặt khỏc với hệ truyền động này cho phộp điều chỉnh trơn tốc độ trong dải rộng, chất lợng điỊu chỉnh cao và dƠ dàng vận hành.
Hỡnh 2.9. Sơ đồ nguyờn lý hƯ trun động xoay chiỊu 3 pha dựng biến tần nguồn ỏp.