CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁYXÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY
3.1. Thiết kế mô hình thang máy 4 tầng
Mô hình thang máy 4 tầng mô phỏng gần giống hệ thống thang máy thực gồm các bộ phận sau:
- Động cơ kéo thang máy: đặt ở khu trên cùng của mô hình thang máy.
- Động cơ đóng mở cửa cabin: đặt trên cabin.
- Cabin được treo bằng dây xích xe máy vắt qua hệ thống bánh răng của động cơ DC có giảm tốc, phần còn lại của dây xích được nối với đối trọng.
- Cabin và đối trọng trượt trên các thanh ray.
- Khối hiện thị, nút ấn, đèn báo được gắn phía trước của mô hình để tiện quan sát và ấn nút gọi lệnh.
- Khối nguồn, các cầu nối, rơle, các module, các mạch điện tử được bố trí trên khu trên cùng của mô hình.
- Nguồn cấp cho động cơ kéo cabin thì chúng em dùng nguồn ngoài, cụ thể là dùng ắc quy 12V-40A để cấp nguồn cho động cơ.
3.1.2. Các thiết bị dùng trong thang máy
a) Tính toán thông số động cơ dùng trong thang máy.
Hệ thống thang máy có các thông số sau đây:
- Số tầng: n= 4
- Chiều cao mỗi tầng:h0 =3m - Tốc độ chuyển động: v= 1m/s - Gia tốc cực đại: amax= 1.5 /m s2 - Trọng lượng cabin: G0 = 500kg
- Trọng lượng tải trọng max: Gdm = 300kg - Tỉ số truyền i= 30
- Hiệu suốt cơ cấu η =0.75
- Hiệu suất cân bằng α =0.4 Ta có: G = Gdm = 3000 (N)
Nên Gdt = G0 +αGdm = 500 + 0.4*300 = 620 (kg) Trong đó : Gdt là khối lượng của đối trọng (kg)
G0 là khối lượng cabin (kg) Gdm khối lượng cực đại (kg) 1. Tính lực nâng, hạ.
- Giả sử hbt =hdt= 3m (chiều cao của buồng thang và đối trọng là bằng nhau) Ta có công thức Gdt =G0+αGdm
Lực nâng được tính theo công thức: Fn = −F1 F2 =G0+ −G Gdt +g h( dt−hbt) = −G αGdm =3000 0.4*3000 1800( )− = N - Lực hạ được tính theo công thức: Fh =αGdm− =G 0.4*3000 3000− = −1800( )N 2. Tính momen nâng, hạ.
- Momen nâng: . 1800*0.2 16( . )
. 30*0.75
n n
M F R N m
iη
= = =
- Momen hạ: . . 1800*0.2*0.75 9( . )
30
h h
M F R N m
i η −
= = = −
3. Tổng thời gian hành trình nâng, hạ của mô hình thang máy.
v
1 t
0 t tm th
- Thời gian mở máy từ tầng 1 lên tầng 2: v v= +0 atm
=> 1 0.67( )
m 1.5
t v s
= =a =
- Khi đó quảng đường mở máy là: 0. 2 1.5*0.672 0.34( )
2 2
m
mm m
S =v t +at = = m
- Giả sử thời gian mở máy và thời gian hãm máy là bằng nhau nên quảng đường mở máy và hãm máy cũng bằng nhau.
- Khi đó thời gian cần thiết để đi từ tầng 1 lên tầng 2 là:
0 3 0.34 0.34
2.32( ) 1
mm hm
h S S
t s
v
− − − −
= = =
- Giả sử thời gian đóng mở cửa của thang máy là 12s, lúc đó thời gian làm việc từ tầng 1 lên tầng 2 là: tlv =2.32 0.34 0.34 3( )+ + = s
- Mô hình thang máy có số tầng là 4 do đó số lần dừng tầng md =3 và thời gian đóng, mở cửa ở mỗi tầng là 12s khi đó thời gian chu kỳ lên của thang máy là:
12* 4 2.32*3 54.96( )
Tck = + = s
Nên tổng thời gian lên xuống của cả quảng đường là:
54.96*2 109.92( )
Tck = = s
∑
- Dựa vào các số liệu ở trên ta có thể tính được momen đẳng trị theo công thức
sau:
2. 2. 16 *54.96 9 *54.962 2
12.98( . ) 109.92
n ckn h ckh
dt
ck
M T M T
M N m
T
+ +
= = =
∑
- Hệ số tiếp điện được tính theo công thức: TD%= 3*2*3*100% 16.38%
109.92
lv ck
T
T = =
∑
Vì không có hệ số tiếp điện tiêu chuẩn nên ta phải quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn là 15%. Vậy động cơ đã được chọn phải thỏa mãn yêu cầu sau:
% 16.38
. 12.98* 13.56( . )
% 15
Th dm
tc
M Mdt TD N m
> TD = =
4. Tính chọn toán công suất động cơ.
- Công suất nâng: ( 0)* (300 500)*1
1.07( ) 1000 1000*0.75
n n
G G v
P KW
η
+ +
= = =
- Công suất hạ: Ph = (G10000+G)* *(1vh −η1)=(300 500)1000+ *1*(1−0.751 )= −0.27(KW) - Công suất đẳng trị:
2. 2. 1.07 *54.96 0.27 *54.962 2
0.61( ) 610( ) 109.92
n ckn h ckh
dt
ck
P t P t
P KW W
t
+ +
= = = =
∑
Ta có: . % 610* 16.38 637( )
% 15
th
dm dt
tc
P P TD W
> TD = =
Vậy chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn 637W là phù hợp với yêu cầu bài toán.
Trong đề tài này em sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có kiểu type : 3K112S8 với các thông số cơ bản như sau:
- Công suất định mức: 750W - Điện áp định mức: Udm = 220V - Tốc độ định mức: 735 vòng/phút - Tần số định mức: f = 50(Hz) - Hiệu suất : η = 0.68
- Khối lượng động cơ: 33kg - Hệ số công suất: 0.64
Giới thiệu về động cơ 1 chiều gồm 3 thành phần chính sau:
•Cực từ: Tương tác giữa hai từ trường tạo sự quay trong động cơ 1 chiều. Động cơ 1 chiều có các cực tự đứng yên và phần ứng (đặt trên các ổ đỡ) quay trong không gian giữa các cực từ. Một động cơ 1 chiều đơn giản có 2 cự từ: cực bắc và cực nam.
Các đường sức từ chạy theo khoảng mở từ cực bắc tới cực nam. Với những động cơ phức tạp và lớn hơn, có một hoặc vài nam châm điện, những nam châm này được cấp điện từ bên ngoài và đóng vai trò hình thành cấu trúc từ trường.
•Phần ứng: Khi dòng điện đi qua, phần ứng sẽ trở thành nam châm điện. Phần ứng có dạng hình trụ, được nối với các trục để kéo tải. Với động cơ một chiều nhỏ, phần ứng quay trong từ trường nhỏ do các cực tạo ra cho đến khi cực bắc và cực nam hoán đổi vị trí tương ứng với góc quay của phần ứng. Khi sự hoán đổi hoàn tất, dòng điện đảo chiều để xoay chiều các cực bắc và nam của phần ứng.
•Cổ góp: Bộ phận này thường có ở động cơ 1 chiều. Cổ góp có tác dụng để đảo chiều của dòng điện trong phần ứng. Cổ góp cũng hỗ trợ sự truyền điện giữa phần ứng và nguồn điện.
- Hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi, thường đi kèm với động cơ mấy khuấy, có 2 tác dụng chính:
•Giảm tốc: Vì động cơ thường có tốc độ cao, trong khi nhu cầu sử dụng thực tế lại thấp, cho nên sẽ cần tới hộp giảm tốc để điều chỉnh vòng quay đạt tốc độ như ý muốn.
•Tăng tải: Lắp hộp giảm tốc vào động cơ làm tăng momen xoắn từ đó làm tăng khả năng tải trọng và độ khỏe của trục ra hộp giảm tốc.
Hình 3.1. Động cơ DC có giảm tốc
b) Rơ-le trung gian
Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp them hệ thống tiếp điểm.
Rơ le trung gian hay còn được gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Gọi là một công tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào dòng điện chạy qua hay không.
Hình 3.2. Rơ le trung gian 8 chân MY2N-GS 24VDC
- Cấu tạo của rơ le trung gian: Thiết bị nam châm điện này có cấu tạo gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn cường độ và cuộn điện áp. Lõi thép động được gang bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều khiển. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch và tiếp điểm thuận.
- Nguyên lý hoạt động:Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là một hoặc nhiều tùy vào thiết kế.
c) Nút nhấn
Nút nhấn hay là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dung để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện khác nhau, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điều khiển tín hiệu, liên động, bảo vệ… Nút nhấn dung trong mạch điện một chiều điện áp đến 440V và trong mạch điện xoay chiều điện áp lên tới 500V. Nút nhấn là loại khí cụ điện kết hợp với một số thiết bị khí cụ điện khác như công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian… đóng hay ngắt mạch điện từ xa, để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ điện, chuyển đổi, liên động mạch điều khiển tín hiệu. Nút nhấn thường đặt trên các bảng điện điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Nút nhấn thường được chế tạo để làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi.
Hình 3.3. Nút nhấn 2 chân Phân loại:
- Theo hình dạng bên ngoài nút nhấn được phân thành loại hở, loại kín, loại chống nước, chống bụi, chống nổ…
- Theo chức năng có loại nút nhấn đơn, nút nhấn kép, nút nhấn thường hở và nút nhấn thường đóng…
- Theo yêu cầu điều khiển chia ra loại 1 nút nhấn, 2 nút nhấn và 3 nút nhấn.
- Theo kết cấu bên trong có loại nút nhấn có đèn và loại nút nhấn không đèn.