THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ HÀNG

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


1
Mục lục
Mục lục.1
Đề tài2
Lời mở đầu3

Chương 1 Khái quát chung
1) Mục đích đề tài...4
2) Cấu tạo và phân loại thang máy..4
3) Yêu cầu về công nghệ và truền động..6

Chương 2 Tính chọn công suất động cơ
1) Tính hệ số đóng điện tương đối...8
2) Tính mômen tĩnh, mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị..9
3) Tính công suất của động cơ ...12

Chương 3 Chọn phương án và chọn thiết bị mạch lực
I. Tính chọn phương án
1) Chọn phương án truyền động..15
2) Chọn loại biến tần17
II. Chọn thiết bị mạch lực
1) Chọn động cơ...18
2) Kiểm nghiệm động cơ......18
3) Chọn các thiết bị mạch lực khác.......19

Chương 4 Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh
I. Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển
1) Mô tả động cơ trong hệ trục tọa độ dq25
2) Nội dung phương pháp điều khiển hướng từ thông Rôto29
II. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh
1) Tổng hợp theo các hàm chuẩn.........32
2) Mô hình tuyến tính hóa động cơ..35
3) Tổng hợp các mạch vòng
isq
RR ,
w
.36
4) Tổng hợp các mạch vòng
y
RR
isd
, ..39

Chương 5 Mô phỏng
I. Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh và tham số động cơ phục vụ mô phỏng
1) Tính toán các tham số dộng cơ .....41
2) Tính hàm truyền các bộ đo....44
II. Xây dựng mô hình mô phỏng sử dụng MATLAB &SIMULINK version 6.5:
1) Mô hình động cơ ...45
2) Xây dựng các khối chuyển đổi 3->2 ,ab->dq,dq->ab,2->350
3) Xây dựng mô hình khối nghịch lưu51
4) Bộ điều khiển PI.....52
III. Mô phỏng hệ truyền động động cơ KĐBXCBP
1) Khi khởi động trực tiếp động cơ.52

2) Khởi động cơ có điều chỉnh tốc độ.54
3) Điều chỉnh tốc độ bám theo giá trị đặt yêu cầu...58

Kết luận..61
Tài liệu tham khảo..62
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


2
Đồ án môn học
Tổng hợp hệ điện cơ
(Đề số 2)

Thầy giáo hướng dẫn : bùi quốc khánh

Sinh viên thực hiện : đinh văn lam

Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

Các thông số kỹ thuật :

- Số tầng n : 4
- Chiều cao mỗi tầng h
0
nhà : 4 [m]
- Tốc độ chuyển động : 1.5 [m/s]

- Gia tốc cực đại a
max
: 2.5 [m/s
2
]
- Trọng lượng Cabin : 1500 [kg]
- Tải trọng định mức : 1300 [kg]
- Đường kính Puli D : 0.4 [m]

Yêu cầu nội dung :

- Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
- Chọn phương án truyền động. Tính chọn công suất chô động cơ và mạch
lực.
- Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ.
- Thiết kế mạch điều khiển.
- Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB&SIMULINK
-
Phương án thiết kế :

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số.
- Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu.

Tài liệu tham khảo :
- Điện tử công suất.
- Truyền động diện.
- Tự động điều chỉnh truyền động điện.
- Trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung.
- Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện.
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


3
Lời mở đầu
Truyền động điện là một lĩnh vực hết sức quan trọng đối với một kỹ sư tự
động hóa , điều khiển tự động. Để thiết kế một hệ thống công nghiệp thì truyền
động là khâu quan trọng nhất và quyết định nhất đến thành công của dự án. Một hệ
thống đạt chất lượng cao hay không phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc truyền động,
điều khiển.
Làm thế nào để khóng chế tốc độ động cơ như mong muốn? Làm thế nào để
đảm bảo quãng đường dịch chuyển như yêu cầu trong điều khiển thang máy? Hay
làm thế nào để thực hiện một hành trình cắt dao trong gia công? Luôn là câu hỏi
đặt ra đầu tiên cho một kỹ sư hệ thống khi nhận dự án.
Đồ án của em với đề tài :Thiết kế hệ truyền động cho thang máy trở hàng
trình bày :
+ Các dặc điểm công nghệ và truyền động của thang máy.
+ Phương pháp thiết kế các bộ điều chỉnh.
+ Mô phỏng hệ thống.
Phương án truyền động động cơ xoay chiều ba pha được lựa chọn vì đáp ứng
được yêu cầu công nghệ và giá thành lại thấp hơn so với hệ truyền động động cơ
một chiều hơn nữa với việc phát triển mạnh mẽ các bộ vi xử lý tốc dộ cao hệ truyền
động ĐCXCBP ngày càng chiếm ưu thế.
Trong quá trình thiết kế đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình
của thầy bùi quốc khánh và thầy trần văn địch . Em xin chân thành
cảm ơn hai thầy.
Trường ĐHBKHN ngày 23/4/2007

Sinh viên thực hiện

Đinh Văn Lam TĐH3 K48














Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


4
Chương 1 . Khái quát chung
1. Mục đích của đề tài :
Thiết kế hệ truyền động điện cho thang máy chở hàng.
2. Cấu tạo và phân loại thang máy
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng

đứng.
Cấu tạo của thang máy :

















- Cabin : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, cabin luôn được giữ theo phương
thẳng đứng nhờ có các giá treo và những thanh dẫn hướng.
- Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao
quanh và trần giếng, cabin và đối trọng di chuyển trong giếng than nhờ các
cáp và khay dẫn hướng.
- Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độvà các thiết bị
liên quan. Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy.
Hình 1
Động cơ
Hộp giảm
tốc

Puli chủ
động
Puli
bịđộng
Cabin
Thanh
dẫn
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


5
- Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên
ray dẫn hướng khi vận tốc quá (20á40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt
hoặc khi mất điện toàn hệ thống.
- Hố giếng : Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng
phục vụ cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh
Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang( Truyền động chính theo phương
thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ ( là truyền động đóng
mở cửa buồng thang). Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một
hệ thống tay đòn.

Phân loại:
+ Phân loại theo công dụng : Có 3 loại thang máy sau .
- Thang máy chở khách trong các nhà cao tầng.
- Thang máy chở hàng có người điều khiển.
- Thang máy vừa chở khách vừa chở hàng .

+ Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang :
- Thang máy chạy chậm : v = 0,5 á 0,65 m/s.
- Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 á 1,5 m/s.
- Thang máy cao tốc: v = 2,5 á 5 m/s.
+ Phân loại theo trọng tải :
- Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg.
- Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 kg.
- Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg.

Tầm quan trọng : Thang máy giúp giải phóng sức lao động của con người,
mang lại năng suất cao, tiết liệm được thời gian...



Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


6
3. Các yêu cầu về công nghệ và truyền động :
ã Loại phụ tải truyền động là phụ tải thế năng.
ã Động cơ thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hãm và đảo
chiều nhiều lần (động cơ làm việc trong cả 4 góc phần tư).
ã Giản đồ phụ tải :

ã Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động :
+ Yêu cầu về gia tốc , giảm tốc : phải đảm bảo cho buồng thang chuyển
động êm .Buồng thang chuyển động hay không phụ thuộc vào gia tốc
khi khởi động và khi hãm máy.
Muốn cho thang máy không dật thì độ dật : const
dt
vd
dt
da
===
2
2

e

khi khởi động và khi hãm (tốc độ có dạng parabol).
+ Yêu cầu về cơ cấu hãm : Để bảo đảm an toàn cho hành khách cũng
như hàng hoá và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện,
ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù). Phanh
bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện
và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 á 40)% tốc độ định mức .


s,v
O
v,m/s
a
a
t
v
s
a
mo may c.d on dinh
ham xuong
toc do thap
a,m/s2


Vmin
s : vi tri
a: gia toc
e
: do giat

e
e
,m/s3
e

e

e

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


7
ã Yêu cầu về độ chính xác : Về vị trí : khi dừng thang máy phải dửng chính
xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho các bin dừng đúng tại sàn
tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng
thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau : vì đây là
thang máy chở hàng nên sẽ gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng.
Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ
hàng.
ã Vùng điều chỉnh : luôn điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức.


Như vậy yêu cầu đặt ra đối với một hệ truyền động thang máy là phải
đảm bảo được quãng đường di chuyển một cách chính xác. Khởi động và
hãm phải đáp ứng được yêu cầu độ dật bằng hằng số. Khi xảy ra sự cố như

mất điện, đứt cáp thang máy không được rơi, không được vận hành trong
điều kiện bất thường như quá tải...

























Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


8
Chương 2. Tính chọn công suất động cơ
Yêu cầu của hệ cần thiết kế:
- Số tầng: 4
- Vận tốc: 1,5 m/s
- Gia tốc a
max
: 2,5 m/s
2

- Chiều cao mỗi tầng: h
0
= 4m
- Trọng lượng Cabin: G
0
= 1500kg
- Tải trọng định mức: G
đm
= 1300kg
- Đường kính Puli: D = 0,4m
- Hiệu suất(chọn):
h
=0,75
- Khối lượng của đối trọng : G
đt
= G

0
+
a
G
đm
với
a
=0,5
G
đt
= 1500 + 0,5.1300 = 2150 [kg]
1. Tính hệ số đóng điện tương đối :
Cho thang máy làm việc ở chế độ nặng nhất là lên xuống bốn tầng.
Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: G
đm
= 1300 kg.
Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1.5m/s là:
t
kđ
=
V
a
(2-7)
ị Sau thời gian này Cabin đi được quãng đường là:
S
kđ
=
2
2
0

at
tv + (2-8)

Thời gian hãm Cabin khi dừng ở mỗi tầng là:
t
hãm
= t
kđ
=
V
a
(2-9)
ị Sau thời gian này Cabin đi đươc quãng đường:
S
h ã m
= S
kđ
(2-10)
ị Thời gian Cabin đi với vận tốc đều V = 1,5m/s ở giữa bốn tầng là:
V(m/s)
t(s)
1,5

0,6
7,8 8,4
0
t
lv

t
kđ

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


9
t =
v
SSh
hkd
--
0
.3

V ậ y thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau là:
t
lv
= t
kđ
+ t + t
hãm

Thay số vào tính ta được :
t
hãm

= t
kđ
= 0,6s
t = 7,2
Ta chọn thang máy có buồng thang cửa rộng <800mm đóng mở tự động như
vậy tổng thời gian còn lại là: 7,2s
Từ đồ thị phụ tải ta tính được hệ số đóng điện tương đối:
e% =
T
t
ck
lvi
n
i
ồ
=1
.100 = 54%

2. Tính mô men tĩnh và mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị:
a ) Tính mômen tĩnh :
ã Tính lực kéo đặt lên puli
Theo giáo trình Trang bị điện cho máy công nghiệp dùng chung ta có:
Lực nâng : F
n
= (G
0
+ G G
đt
).g (2-1)
Lực hạ : F

h
=(G
đt
- G G
0
).g (2-2)
Trong đó :
+ G
0
: khối lượng buồng thang [kg]
+ G : khối lượng hàng [kg]
+ g : gia tốc trọng trường ( lấy bằng 9,8 m/s
2
)
ã Tính mômen tĩnh :
Mômen khi F>0 :

h
..2
.
i
DF
M
n
=
(2-3)



Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


10


Mômen khi F < 0 :


h
i
DF
M
h
.2
.
=
(2-4)
Trong đó:
+ D : đường kính Puli [m]
+ i : tỉ số truyền của hộp số(chọn i=20).
+
h
: hiệu suất của cơ cấu
b) Tính mômen cản khi mở máy và khi hãm ( mômen động) :
Khi mở máy do còn có mômen quán tính nên mômen cản khi mở máy lớn
hơn mômen tĩnh.

Theo định luật 2 Newton ta có công thức sau :
ã Khi nâng : F
n
= (G
0
+ G - Gđt).g+ | G
0
+ G Gđt|. a (2-5)
ã Khi hạ : F
h
= (Gđt G G
0
).g- | Gđt G G0|. a (2-6)
Trong đó :
F
n
: lực nâng khi thang máy chuyển động với gia tốc a
F
h
: lực hạ khi thang máy chuyển động với gia tốc a
a : gia tốc của thang máy, khi mở máy a = 2,5 m/s
2
,
khi hãm a= -2,5 m/s
2

Công thức tính mômen cũng giống như (2-3) và (2-4).
Sau khi thay số liệu vào (2-1)->(2-6) ta tính được bảng sau :

Bảng 2-1
Đầy tải Không tải
Mở
máy
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm Mở
máy
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm
F
n
[N] 7995 6370 4745 -4745 -6370 -7995
F
h
[N] -4745 -6370 -7995 7995 6370 4745
M
n
[Nm] 106,6 84,94 63,3 -35,59 -47,78 -59,98
M
h
[Nm] -35,59 -47,78 -59,98 106,6 84,94 63,3
Thờ gian[s] 0,6 7,2 0,6 0,6 7,2 0,6




Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


11


c) Tính mômen đẳng trị :
Để tính mômen đẳng trị ta lập bảng thể hiện chu trình làm việc của thang
máy trong điều kiện nặng nhọc nhất : nâng từ tầng 1 tới tầng 4, hạ từ tầng 4 xuống
tầng 1 :

Mn 1 1 0 0
Mh 1 0 1 0

Trong đó ta kí hiệu : 1 : đầy tải , 0 : không tải
Ta có đồ thị phụ tải :

Ta có công thức tính mômen đẳng trị :
ồ
ồ
=
t
tM
M
ii
dt
.
2
(2-7)
Trong đó :
M
i
là mômen trong thời gian t
i
.

ồ
t là thời gian tông cộng trong cả chu kì ( tính cả thời gian nghỉ)
Dựa vào đồ thị phụ tải và các số liệu có trong bảng ta tính được :

M(Nm)
tkđ thãm
Mkđ
Mhãm
Môđ
N
1
H
1
N
1
H
0
N
0
H
1
N
0
H
0
t(s)
tnghỉ
M
đt
= 50,8 [Nm]
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


12


3. Tính công suất của động cơ :
a) Tính công suất tĩnh :
Theo giáo trình Trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung ta có :
Công suất tĩnh của động cơ
ã Khi F > 0

h
3
10...
-
=
kvF
P
n
[kW] (2-7)

ã Khi F < 0


3
10....
-
=

h
kvFP
h
[kW] (2-9)
Trong đó :
+ k : là hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn và đối trọng. Chọn k = 1,2
+ v : tốc độ khi nâng (hạ)
b) Tính công suất khi mở máy và khi hãm ( công suất động)
Khi mở máy công suất được tính theo công thức : (2-10)

3333
10..
..2
.10.
)(..2
.10.).(.10).(.)(
----
==== t
D
ia
M
D
tvi
MitMtMtP
mm
T
mmTmmdmmmm
ww

Tương tự ta tính được công suất khi hãm :

3
10)..(
.2
.)(
-
-= tav
D
i
MtP
odhamham
(2-11)
Trong đó :
ã P
mm
: Công suất khi mở máy [kW]
ã P
ham
: Công suất khi hãm [kW]
ã
d
w
: tốc độ góc của động cơ [rad/s]
ã )(t
T
w
: tốc độ góc của Puli thang máy [rad/s]
ã )(tv
T
: tốc độ thang máy khi mở máy hoặc hãm [m/s]
ã a : gia tốc khi mở máy(a>0) hoặc hãm(a<0) [m/s

2
]
ã D : đường kính Puli [m]
ã i : tỉ số truyền của hộp giảm tốc


Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


13
Từ hai công thức (2-10) và (2-11) ta thấy công suất khi mở máy và khi hãm có
dạng đường thẳng:

Để dơn giản trong tính toán ta sẽ tính đẳng trị công suất trong khoảng thời gian
mở máy và hãm máy.
Công suất đẳng trị khi mở máy :

3
0
2
10.
..
.)(
-
==
ũ
D
tia
MdttPP
mm
mm
tmm
mmmm
(2-12)
Công suất đẳng trị khi mở máy :

3
0
2
10.
..
.)(
-

==
ũ
D
tia
MdttPP
ham
ham
tham
hamham
(2-13)
Từ các công thức (2-10) ->(2-13) và số liệu từ bảng (2-1) ta có :

Bảng (2-2)
Đầy tải Không tải
Mở
máy(đt)
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm
(đt)
Mở
máy(đt)
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm
(đt)
Pn[kW] 8 15,3 4,74 -2,67 -8,6 -4,5
Ph[kW] -2,67 -8,6 -4,5 8 15,3 4,74
Thờ gian[s] 0,6 7,2 0,6 0,6 7,2 0,6

c) Tính công suất đẳng trị :
P
mm
(t)
P P(kW)
P
ham
(t)
P
ođ

tmm tham t(s)
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


14
Để tính công suất đẳng trị ta lập bảng thể hiện chu trình làm việc của thang máy
trong điều kiện nặng nhọc nhất : nâng từ tầng 1 tới tầng 4, hạ từ tầng 4 xuống tầng
1 :

Pn 1 1 0 0
Ph 1 0 1 0
Trong đó ta kí hiệu : 1 : đầy tải , 0 : không tải
Ta có đồ thị phụ tải :

Từ đó ta tính được công suất đẳng trị theo công thức :

lv
n
i
lvii
dt
T
tP
P
ồ
=
=
1
2
*

Thay số vào ta tính ra được :

P[kW]
H
1
N
1
H
0
N
0
H
1
N
0
H
0
t[s]
tmm tham
Pmm
Pham N
1
Pôđ
Pđt = 8,56 [kW]
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************

SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


15
Chương 3 Chọn phương án và tính chọn thiết bị
mạch lực
I. Tính chọn phương án :
1)Chọn phương án truyền động :
Hệ truyền động làm việc ở bốn góc phần tư. Để đáp ứng yêu cầu này ta có
các phương án sau :
ã Hệ truyền động động cơ một chiều :
+ Hệ truyền đông máy phát - động cơ (F-Đ)
Ưu điểm : chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
Nhược điểm : gây ồn, dùng nhiều máy điện quay nên vốn đầu tư lớn,
máy phát một chiều có từ dư nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
+ Hệ truyền động thyristor - động cơ (T-Đ)
Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và
dễ tự động hóa do các van công suất có độ khuếch đại công suất rất cao.
Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có độ phi tuyến,
dạng điện áp chỉnh lưu ra có độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy
điện. Hệ số công suất thấp.
ã Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số:
Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng biến tần phân ra làm ba loại :
v Điều khiển vô hướng.
v Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC.
v Điều khiển trực tiếp mômen DTC
- Điều khiển vô hướng là điều khiển từ thông stato
s
y
thông qua các

giá trị biên độ của đại lượng điện áp và dòng điện stato. Có nhiều công
trình nghiên cứu đề xuất phương án điều khiển tối ưu nhưng ứng dụng
trong công nghiệp có hai loại :
+ Điều khiển điện áp - tần số sao cho từ thông stato
s
y
là hàm của
Mômen tải
**
cs
M=
y
(còn gọi là điều khiển năng lực quá tải không
đổi) phương pháp này dễ thực hiện, tổn thất D P nhỏ, lượng tiêu thụ
công suất phản kháng luông nhỏ hơn hoặc bằng công suất phản
kháng định mức, tuy nhiên ổn định tốc đọ thấp gặp khó khăn.
+ Điều chỉnh điện áp (hoặc dòng điện) - tần số sao cho từ thông
stato
s
y
không đổi ở toàn dải điều chỉnh 1
*
=
s
y
. Phương pháp này
dễ thực hiện tuy nhiên tổn thất công suất và công suất phản kháng
tiêu thụ không phải là nhỏ nhất.ổn định tốc độ thấp gặp khó khăn.
Điều chỉnh vô hướng được ứng dụng trong công nghiệp khi không đòi
hỏi điều chỉnh sâu tốc độ.

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


16
- Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC là dùng công cụ
biến đổi véctơ để tách đại lượng vectơ từ thông
r
y
đ
và điều chỉnh nó. Còn
mômen động cơ điều chỉnh qua thành phần véctơ dòng stato Is. Phương
pháp này coi rôto là phần cảm, stato là phần ứng và được phân ly với
nhau giống như máy điện một chiều. Phương pháp này tạo nên cuộc cách
mạng trong điều khiển động cơ KĐB, có thể làm việc rất ổng định ở tốc
độ cận không, nó cạnh tranh có hiệu quả với sự truyền động của động cơ
một chiều.
- Điều khiển trực tiếp mômen DTC là phương pháp điều khiển vị trí
vectơ từ thông
s
y
để điều khiển mômen động cơ. Để thực hiện phương
pháp này ta cần dựa trên phép biến đổi véctơ để xác định độ lớn và vị trí
véc tơ
s
y
, thay đổi vectơ điện áp stato Us để thay đổi vị trí véctơ

s
y

đồng thời ước lượng giá trị mômen động cơ để điều khiển vị trí véctơ
s
y
.
Phương pháp này có ưu điểm là chỉ cần quan tâm tới vị trí vectơ
s
y
mà
không cần quan tâm tới vị trí vectơ rôto nên đơn giản, điều khiển vị trí
vectơ
s
y
thông qua hàm đóng cắt Tranzitor lực nên đáp ứng mômen
nhanh. Nhược điểm của phương pháp này là do bộ điều chỉnh từ thông và
mômen là ON/OFF hai hoặc ba vị trí dẫn đến xung mômen động cơ, nên
khó ổn định ở tốc độ thấp.
ỉ Nhận xét :
Qua các phân tích ở trên ta thấy : hệ truyền động một chiều đáp ứng
đặc tính tốc độ tốt hơn hệ truyền động xoay chiều, bộ điều chỉnh đơn
giản ( dĩ nhiên là sẽ rẻ hơn) hơn, tuy nhiên giá thành của động cơ lại đắt
hơn động cơ xoay chiều nhiều, khi hỏng hóc rất khó sửa chữa do cấu tạo
phức tạp. Những năm gần đây xu hướng dùng động cơ xoay chiều tăng
nhanh do các linh kiện bán dẫn và tốc độ các bộ vi xử lý không ngừng cải
thiện khăc phục khó khăn trong việc điều chỉnh động cơ xoay chiều .
Dưới đây là đồ thị mô tả xu hướng đó , đồng thời cũng mô tả các đặc tính
kinh tế của hai hệ truyền động nêu trên:

Giá thành truyền động một chiều
Giá thành truyền động xoay chiều
Giá thành phần điều khiển Giá thành phần điều khiển
Giá thành động cơ
Giá thành động cơ
60%
100%
100%
30%
P[Kw]
Năm Năm Năm
P[Kw]
0 0
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


17

Nhìn vào sơ đồ trên ta thấy : giá thành động cơ một chiều chiếm phần
lớn giá thành của cả hệ thống trong khi với hệ truyền động xoay chiều thì
ngược lại giá thành bộ điều khiển chiếm nhiều hơn. Các bộ điều khiển có
xu hướng rẻ dần cho nên hệ hệ xoay chiều cũng ngày càng rẻ hơn so với
hệ một chiều. Công suất càng lớn thì xoay chiều lại càng chiếm ưu thế về
giá cả. Việc ổn định tốc độ cũng không thua kém nhiều lắn so với hệ một
chiều.
Như vậy ta sẽ dùng hệ truyền động xoay chiều cho thang máy. Hệ
truyền động thang máy cũng yêu cầu ổn định ở tốc độ thấp ( khi khởi
động và hãm) để có thể dừng chính xác. Như vậy ta chọn phương pháp
điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC .

2) Chọn loại biến tần :
a. Bin tn trc tip
L loi bin tn cú tn s u ra luụn nh hn tn s li f
1
. f
s
= (0 ữ 0,5)f
1
.
c im ca loi bin tn ny l s van bỏn dn ln nờn phc tp trong iu
chnh nờn ớt s dng. Thc t thng dựng cho truyn ng cụng sut ln.
b. Bin tn giỏn tip ngun ỏp
c im ca loi bin tn ny l ngun cp cho nú l ngun ỏp ly t b bin
i cú ni tr nh. Cỏc b nghch lu ỏp ny thụng thng hay dựng cỏc van bỏn
dn l cỏc IGBT m khụng s dng thysistor do cỏc van IGBT l cỏc van iu
khin hon ton, thi gian chuyn mch ca cỏc van nhanh. Hin nay vi phng

phỏp PWM (iu ch rng xung) ó to ra c in ỏp ra gn sin hn ng
thi lm gim tn hao chuyn mch. Vic to ra in ỏp gn sin ó lm cho vic
iu chnh trn tc c d dng hn. õy chớnh l xu hng cú nhiu trin
vng cho vic ch to cỏc b bin tn cú cụng sut trung bỡnh v nh.
c. Bin tn giỏn tip ngun dũng
Ngun cung cp trong trng hp ny l ngun dũng tc l dũng mt chiu
vo b nghch lu khụng ph thuc tng tr ti. Bin tn ngun dũng cú th cho
phộp thc hin hóm tỏi sinh ng c ch vi mch lc n gin. B bin tn ngun
dũng thớch hp vi truyn ng o chiu cụng sut ln.
Như vậy với công suất của động cơ trung bình ta chọn biến tần gián tiếp
nguồn áp mạch chỉnh lưu Diod nghịch lưu dùng van IGBT có điều chế độ rộng
xung PWM, hãm tái sinh dùng điện trở dập.




Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


18
II. Chọn thiết bị mạch lực:
1) Chọn động cơ
Ta có :
%54=
lv
e

Chọn động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại theo chuẩn có hệ số đóng điện là
%40=
dmch
e
.
Công suất quy đổi về chuẩn :
kWPP
dmch
lv
lvdmch
95,9==
e
e

Tra trong cuốn Các đặc tính cơ của động cơ chọn được động cơ có thông số
như sau:

Kiểu MTKM 312_6
Pđm (kW) 11
n
đm
(vg/ph) 935
Mth/Mđm 3,0
Mkđ/Mđm 2,8
Iskđ/Isđm 5,3
Khởi động 0,72
Định mức 0,8

Cos

j

Không tải 0,09
Isđm (A) 26,0
Is0 (A) 16,0
Rs (W ) 0,595



Stato
Xs (W ) 0,485
Irđm (A) 19,0
Rr (W ) 0,62
Xr (W ) 0,56
Hệ số tính đổi điện trở
k
r
= k
e
2

0,48.10
4




Rôto
Mômen quán tính Rôto
J (kgm

2
)
0,300
Khối lượng(kg) 195

2) Kiểm nghiệm động cơ :
- Kiểm nghiệm về quá tải mômen :
M
đmđc
> M
cmax

Ta có : Nm
n
PP
M
dm
dm
dm
dm
dmdc
4,112
2
.60
===
pw

Theo bảng (2-1) ta có M
cmax
= 106,0 Nm

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


19
Như vậy động cơ lựa chọn đã đáp ứng được yêu cầu về mômen quá tải.
-Kiểm nghiệm mômen khởi động :
Ta có mômen cản mở máy : M
cmm
= 106 [Nm] và M
kđ đc
= 2,8.M
đm
do đó điều kiện
khởi động M
kđ
> M
cmm
được thỏa mãn.
-Kiểm nghiệm phát nóng :
Dùng phương pháp mômen đẳng trị.
Ta có M
đt
= 50,8Nm. M
đc
= 112,4Nm
Nên M

đc
> M
đt
vậy động cơ chọn thỏa mãn yêu cầu phát nóng.
3) Chọn thiết bị mạch lực khác :
Sơ đồ mạch lực :

a. Chn van cho b nghch lu
Sơ đồ chuyển mạch của khâu nghịch lưu áp 3 pha mỗi van dẫn 180
0
:

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


20
Điện áp ra đặt lên các pha tải có dạng chữ nhật, bao gồm sóng hài cơ bản và
gồm nhiều sóng hài bậc cao. Chỉ có sóng hài cơ bản mới tạo ra mô men, mới có ích
cho động cơ, còn các sóng hài bậc cao gây tổn hao trên mạch từ động cơ.
Theo sách Điện tử công suất của Lê Văn Doanh ta có điện áp hiệu dụng sóng hài
cơ bản bằng:
U
1
= Ud
p
2

Trong đó :
U
1
: điện áp hiệu dụng sóng hài cơ bản sau nghịch lưu bằng 220 [V]
Ud : điện áp hiệu dụng trước nghịch lưu. [V]
=> Điện áp trước mạch nghịch lưu: Ud= V
U
490
2
.
1
'
=
p

Điện áp sau bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điốt:
U
d2
=Kcl.U
2

Trong đó :
Ud2 : Điện áp ngay sau chỉnh lưu[V]
Kcl : hệ số của sơ đồ chỉnh lưu. Đây là sơ đồ cầu 3 pha nên Kcl = 2,34
Như vậy điện áp sau chỉnh lưu lớn hơn một chút so với điện áp yêu cầu của mạch
nghịch lưu. Nếu tính đến sụt áp trên các van bán dẫn, trên dây dẫn, trên mạch lọc
thì điện áp yêu cầu được thoả mãn.
ã Tính dòng điện một chiều trung bình:
I

d
=
d
d
U
P
=
dnldc
dmdc
U
P
.
hh

Trong đó :
Id : dòng trung bình một chiều trước mạch nghịch lưu [A]
Ud : điện áp hiệu dụng trước nghịch lưu. [V]
dc
h
: Hiệu suất của động cơ (=0,8)
nl
h
: Hiệu suất nghịch lưu (=0,98)
Thay số vào ta được : Id = 28,6 [A]



Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


21
+ Tính chọn van mạch nghịch lưu:

Dòng trung bình qua IGBT :
I
v
= A
I
d
54,9
3
= (cùng một lúc ít nhất có hai van dẫn)
Nếu xét đến hệ số dự trữ : I
v
=k
dt
.I
v
=2,5.9,54=23,86A
Dòng qua điốt đệm chính là do sự trễ pha giữa dòng và áp pha.
Tính gần đúng: I
D
=
3
I
v

=3,18A
Nếu xét đến hệ số dự trữ I
D
=2,5.3,18=7,95A
Điện áp ngược max đặt lên điốt, và điện áp lớn nhất đặt lên 2 cực C-E của IGBT
bằng: U
Cemax
=U
ngmaxD
=514V
Tính thêm hệ số dự trữ thì U
Cemax
=U
ngmaxD
=1,7.514=880V
Căn cứ vào dòng qua van và điện áp ngược max đặt lên van, tra sổ tay chọn
được:
IGBT là loại: MG50Q2YS9 có I
cmax
=50A, U
Cemax
=1200V
Điốt đệm loại: SW08PCN020 có I
tbmax
=16A, U
ngmax
=800 V

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


22
b) Tính chọn van mạch chỉnh lưu:

Dòng qua van: I
D
= A
I
d
54,9
3
=
Tính đến hệ số dự trữ thì I
D
=2,5.9,54 =23,86A
Điện áp ngược cực đại: U
ngmax
=k.
pha

U.6 =1,7. 6 .220 = 916V
Chọn Điốt loại: SRR70/12 có I
tb
=70A, U
ngmax
=1200V
+Tính chọn cuộn kháng lọc L
d
và tụ bù phản kháng C

Ta có : LC=
CL
2
k.)nw(
A

Trong đó :
Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha :A= 095,0
35
36
=
p

n là số đập mạch điện áp trong 1 chu kỳ : n=6
w : vận tốc góc của áp w= 2
p
f
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


23
k
CL
= 003,0
220.2
1
U2
U
2
==
D

LC=
6
2
10.92,8
003,0.)314.6(
095,0
-
=
Chọn C=100
m
F và L=89,2mH
c)Chọn giá trị điện trở dập và van của bộ dập Chopper:
Hãm tái sinh nặng nhất khi hạ dầy tải hoặc nâng không tải.Giá trị công suất hãm
lúc đó bằng -8,6 [kW].Điện áp là U = 490V:

W==ị 28
2
P
U
R
h

Dòng qua van :
)(5,17 A
R
U
I ==
Chọn IGBT là loại: MG50Q2YS9 có I
cmax
=50A, U
Cemax
=1200V


d, Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch
nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc:

w
w
t
p
k

F
FT
+
=
1


R
C
RT
W
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48


24
Trong đó
w
k là hệ số khuếch đại của máy phát tốc được tính như sau

( )
lw
w
w
dm
P
k

U
=
w
t
=R.C là hằng số thời gian của bộ lọc và chọn bằng 1ms
l
: hệ số tính đến độ quá điều chỉnh vận tốc.Do ở thang máy ta luôn điều
chỉnh dưới định mức nên
l
= 1.
U
w
chọn theo chuẩn là 10V.Thay vào ta tính được

e, Máy đo dòng :
Hàm truyền chỉ là một khâu khuếch đại thông thường vì không có trễ.
ã Tính hệ số khuếch đại của khâu đo dòng về Isd :
K
misd
=
sddm
ch
Ik
U
.

Trong đó k là hệ số quá tải.Với KĐB Rotor lồng sóc chọn k = 2.5.
ã Tính hệ số khuếch đại của khâu đo dòng về Isq :
K
misq

=
sqdm
ch
Ik
U
.

Trong đó k là hệ số quá dòng chọn bằng 2.5.
I
sddm
và I
sqddm
là giá trị định mức của dòng Isd và Isq (tính ở phần mô phỏng) do đó
hai hệ số khuếch đại này sẽ được tính sau(ở phần mô phỏng)
f) Máy đo từ thông : cũng thuần túy là một khâu khuếch đại
ã Hệ số khuếch đại bộ đo từ thông :

sddm
ch
m
U
K
'.
ly
y
=
Hệ số cho phép quá từ thông
l
= 1vì điều chỉnh giữ từ thông không đổi trong toàn
dải.Ta cũng sẽ tính hệ số này ở phần mô phỏng sau khi đã có được I

sdo
,I
sq0
,
0
'
rd
y







()
p
P
F
FT
001,01
1,0
+
=
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48

25
Chương 4 . Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các
mạch vòng điều khiển
I. Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển
1) Mô tả động cơ không đồng trong hệ trục tọa độ d,q :
Để xây dựng cấu trúc điều khiển của hệ truyền động ta phải mô hình hóa động
cơ không đồng bộ ba pha. Từ các phương trình biểu diễn các mối quan hệ điện- từ -
cơ của ĐCDB ta sẽ xây dựng được cấu trúc của động cơ. Từ cấu trúc này ta tổng
hợp được các bộ điều chỉnh.
Các ký hiệu dùng trong các phương trình :
ã Chỉ số bên phải trên cao :
f : đại lượng mô tả hệ tọa độ tựa theo từ thông( hệ tọa độ d,q) quay
đồng bộ với véctơ từ thông).
s : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ
ab
, cố định với stato.
r : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ cố định với rôto.
ã Chỉ số viết bên phải phía dưới :
Chữ cái thứ 1 : s : đại lượng mạch stato.
r : đại lượng mạch rôto.
Chữ cái thứ 2 : d,q : thành phần thuộc hệ tọa độ d,q.

ab
: thành phần thuộc hệ tọa độ
ab
.
ã Chữ cái có gạch ngang là véctơ, ma trận.
Mô hình động cơ được xây dựng từ phương trình điện áp stato và phương
trình điện áp Rôto viết trên chính cuộn dây stato và Rôto, tức là viết trên hệ tọa

độ cố định với stato và Rôto:
Ta có :
ã Phương trình điện áp stato( trên hệ thống cuộn dây stato):

dt
d
iRu
s
s
s
s
s
s
s
y
+= .
(4-1)
R
s
: Điện trở stato
s
s
y
: từ thông stato.
ã Phương trình điện áp Rôto

dt
d
iR
r

r
r
r
r
y
+= .0
(4-2)
R
r
: Điện trở rôto
r
r
y
: từ thông rôto.
ã Phương trình từ thông :

ù
ợ
ù
ớ
ỡ
+=
+=
smrrr
rmsss
iLiL
iLiL
..
..
y

y
(4-3)