CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THANG CUỐN
4.1. Tính tốn và điều khiển hệ thống thang cuốn:
Thơng số băng tải:
Chiều cao H (m) Góc nghiên thang cuốn Vận tốc (m/s) Tải trọng (người/giờ) 3.5 30o 0.5 5000
Tính tốn cơng suất tải trên trục động cơ khi tải trọng thang cuốn thay đổi lần lượt là 0, 1000, 3000, 5000. . . .sin( ). 1000 E S R m g n s R P Trong đó:
P: cơng suất của tải (kW)
m: khối lượng mỗi người (70 kg) g: gia tốc trọng trường (9,8 m/s2)
n: số người trên mỗi bậc thang (người/ bậc) RE chiều cao thang cuốn
RS: bước tăng mỗi bậc thang (thường 0.2m)
: góc nghiên của thang cuốn
Chọn độ rộng mỗi bậc thang 0,6m mà vận tốc thang máy là 0,5 m/s => thời gian để lên 1 bậc thang là:
0, 6 1, 2 0,5
STEP (sec/step) => Số bậc thang đi trong 1 giờ là: 3600 3000
1, 2 (bậc/h)
Với tải trọng 5000 (người/h) => số người trên mỗi bậc thang với tải trọng 5000 (người / h) là:
36 5000
1, 67 3000
n (người/bậc). Công suât trên trục động cơ khi tải trọng là 5000 (người/h) là: A
𝑃 = 70.9,8.1,67.(
3,5
0,2).𝑠𝑖𝑛(300).0,5
1000 = 5,01 kW
Tương tự công suất trên trục động cơ khi tải trọng lần lượt là 0, 1000, 3000 là: Bảng 4.1: Công suất trên trục động cơ khi tải trọng thay đổi
Tải trọng (người/h) n (người/ bậc) Công suất trên trục động cơ (kW)
0 0 0
1000 0,33 1
3000 1 3
4.2. Tính tốn công suất động cơ và biến tần tương ứng:
Cơng suất động cơ truyền động băng tải được tính theo cơng thức sau: ( Cơng thức 5-14 trang 68, sách “Trang bị điện-điện tử máy công nghiệp dùng chung- Vũ Quang Hồi- Nguyễn Văn Chất- Nguyễn Thị Liên Anh).
3 dc k P P Trong đó:
Pdc: cơng suất động cơ (kW)
k3: hệ số dự trữ về công suất (k3=1,2-1,5)
: hiệu suất truyền động
Với 3 2
. . . .
K ol br x ot
Tra bảng 2.3 trị số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ (sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ cơ khí -tập 1- Trịnh Chất- Lê Văn Uyển).
0,99
K
37
0,99
ol
: hiệu suất 1 cặp ổ lăn;
0,97
br
: hiệu suât 1 cặp bánh rang trong hộp giảm tốc
0,93
x
: hiệu suất bộ truyền xích
1
ot
: hiệu suất 1 cặp ổ trượt
3 2
0,99.0,99 .0,97 .0,93.1 0,84
Vậy công suất động cơ là:
𝑃𝑑𝑐 =1,2.5,01
0,84 = 7,145 kW
Tra bảng P1.1 (phụ lục trang 234 sách “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ cơ khí -tập 1- Trịnh Chất- Lê Văn Uyển) với Pdc =7,157 kW. Ta chọn động cơ
Bảng 4.2: Chọn động cơ Kiểu
động cơ
Công suất Vân tốc quay
(vòng/phút) % cos kW Mã lực 50Hz 2p=4, 220V/380V Motor 7,5 10 1450 84 0,84 Chọn động cơ thực tế: Hình 4.1: Động cơ 7,5kW
38 Hình 4.2: Thông số động cơ
Chọn biến tần:
- Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng. Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: Tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn.
- Tải được xác định nặng hay nhẹ chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người vận hành máy móc
- Chế độ vận hành cũng quyết định rất lớn đến việc chọn lựa biến tần.
- Chế độ ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy / dừng hoặc đảo chiều quay liên tục đòi hỏi chế độ này cần chọn loại biến tần có khả năng chịu quá tải cao, đế tản nhiệt lớn.
- Chế độ dài hạn: Thường đặt tốc độ cố định rồi chạy ln hoặc ít thay đổi trong quá trình vận hành Nếu bạn chọn đúng loại biến tần cần sử dụng thì hệ thống sẽ làm việc ổn định hơn, bền hơn và đặc biệt là tiết kiệm chi phí đầu tư.
- Một bộ biến tần tải nặng có giá cao hơn 30% so với loại biến tần tải nhẹ và tải thường.
39 => Thang cuốn là thiết bị vận tải liên tục (chế độ dài hạn) => chọn biến tần Công suất động cơ: 𝑃𝑏𝑡 ≥ 𝑃𝑑𝑐 ⇔ 𝑃𝑏𝑡 ≥ 7,157 kW. Chọn biến tần SV075IG5A-4 với
Pbt=7,5kW.
Chọn biến tần thực tế:
Hình 4.3: Biến tần SV075IG5A-4
40
4.3.1. Sơ đồ khối cho hệ thống điều khiển tốc độ cho thang cuốn:
41
4.3.2. Kết nối thiết bị cho hệ thống truyền động thang cuốn: - Sơ đồ kết nối biến tần: - Sơ đồ kết nối biến tần:
42
- Sơ đồ đi dây hệ thống thang cuốn:
Hình 4.7: Sơ đồ nối dây
4.3.3. Mơ hình hóa hệ thống truyền động thang cuốn:
Tính Moment khi tải trọng thay đổi 1000, 3000, 5000 (người/h). .9, 55 dc P T n Trong đó: T: Moment động cơ (N.m) n: tốc độ động cơ (vòng/phút)
43 Bảng 4.3: Moment động cơ khi tải trọng thay đổi
Tải trọng (người/h)
Công suất tải (kW) Công suất động cơ (kW) Moment (N.m) 1000 1 1,43 9,42 3000 3 4,29 28,26 5000 5,01 7,145 47,06 Mô phỏng matlab: - Điên áp: 380V -50Hz;
- Moment tối đa khi tải trọng là 5000 người/h: 47,46 N.m; - Vận tốc của động cơ: 1450 Vòng/phút;
- Động cơ trong matlab: 10HP (7,5 kW), 400V, 50Hz, 1450 RPM.
44
Hình 4.9: Đáp ứng Moment và tốc độ động cơ
Tốc độ cài đặt bằng định mức trong suốt quá trình hoạt động, moment bắt đầu thay đổi từ 5-10s khi cho tải trọng là 1000 (người/h), trong khoảng 10-15s thì moment đạt giá trị định mức tức tải trọng là 5000 (người/h), trong khoảng 15-20s moment đạt giá trị 50% định mức, trong khoảng 20-30 giá trị moment là 28,26 N.m tức tải trọng là 3000 (người/h).
45
4.3.4. Ghi nhận kết quả điều khiển tốc độ thang cuốn khi số lượng người lên thang cuốn có sự thay đổi cuốn có sự thay đổi
Theo kế quả mô phỏng, nhận thấy: Khi số lượng người sử dụng thang cuốn thay đổi (moment thay đổi) hệ thống có hiện tượng dao động tốc độ, hệ thống đáp ứng ổn định lại tốc độ tùy thuộc vào mức độ thay đổi tải trọng.
Từ khoảng thời gian 5-10s thì hệ thống bắt đầu cho tải trọng 1000 (người/h) thì tốc độ thang cuốn vẫn đang quá độ và dao động khi thay đổi tải trọng, thời gian tốc độ bắt đầu ổn định bắt đầu ổn định khoảng 4s.
Từ khoảng thời gian 10-15s thì hệ thống thay tải trọng 1000 (người/h) thành 5000 (người/h) thì tốc độ thang cuốn dao động khoảng 1410 (vòng/phút) và mất khoảng 2s để ổn định lại.
Từ khoảng thời gian 15-20s thì hệ thống thay đổi moment đạt giá trị 50% định mức thì tốc độ thang cuốn dao động tăng lên khoảng 1465 (vòng/phút) và mất khoảng 1,6s để ổn định lại.
Từ khoảng thời gian 20-30s thì hệ thống thay đổi moment giá trị là 28,26 (N.m) tức tải trọng là 3000 (người/h) thì tốc độ thang cuốn dao động khoảng 1445 (vòng/phút) và mất khoảng 1s để ổn định lại.
Vậy khi tải trọng của hệ thống thay đổi càng nhiều thì mức độ dao động của hệ thống càng lớn và thời gian ổn định càng lâu.
46
KẾT LUẬN
Qua q trình thực hiện đồ án mơn truyền động này đã giúp chúng em có được những kiến thức hết sức hữu hiệu và hiểu thêm nhiều mặt về các loại động cơ và việc tính tốn và chọn loại động cơ cũng như biến tần phù hợp . Trong quá trình thực hiện,chúng em cũng mắc phải những thiếu sót. Chúng em mong Thầy và các bạn thơng cảm và có những ý kiến đóng góp để cho chúng em hồn thiện đồ án này hơn cũng như trau dồi thêm nhiều kiến thức mới.
47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lý thuyết điều khiển tự động - 2016 - Nguyễn Phương Hà.
2. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm - Thiết kế chi tiết máy - Nhà xuất bản giáo dục. 3. Trịnh Chất - Cơ sở thiết kế máy, chi tiết máy - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật ,1998. 4. Giáo trình Điện cơng nghiệp, NXB Xây dựng.