Thiết kê hệ truyền động cho thang máy chở ngươi

Lời nói đầu
MỤC
LỤC
Ngày nay với sự phát triển
mạnh
mẽ của nền công nghiệp, tại các trung
tâm
công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng
nhằm tiết kiệm đất đai do dân số trong xã hội ngày càng tăng và nhằm đô thị hoá
Chương 1 : Yêu cầu công nghệ
1
ở
các thành phố lớn. Bên cạnh đó dân số của các đô thị ngày càng tăng dẫn đến mật
1. Đặt vấn đề
1
độ dân số ở các thành phố tăng ngày càng cao. Do đó vấn đề nhà ở và các nơi làm
việc được đặt ra như một nhu cầu chủ yếu để phục vụ cho cuộc sống cũng như
2. Mô tả chung về thang máy
1
các
hoạt động xã hội. Như vậy các toà nhà cao tầng sẽ được mọc lên đẻ có thế đáp
ứng

3. Yêu cầu đối với thang máy

3
được nhu cầu này. Đi đôi với việc xây dựng các toà nhà cao tầng tại các thành phố
và các trung tâm công nghiệp thì vấn đề chở người và chở hàng là một vấn đề hết
Chương 2 : Chọn phương án truyền động
5
sức được quan tâm. Đối với một số ngành công nghiệp thì việc vận chuyển người,

hàng hoá từ thấp lên cao lại quyết định rất lớn đến năng suất lao động, điều này
1. Phân tích
5
hết
sức quan trọng trong thời buổi hiện nay. VI vậy vấn đề đặt ra là thiết kế một thiết
Chọn
phương
án như hàng hoá để phục vụ cuộc sống là rất cần 5thiết
bị có khả 2.
năng
chở người
cũng
và một trong những thiết bị đáp ứng được yêu cầu đó chính là thang máy. Và ta sẽ
nghiên cứu kỹ ở các phần sau đây.
Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất.
Trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan
trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Ngày nay, cùng với
những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học, các hệ truyền động cũng
ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc áp dụng những tiến bộ
trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng được độ tác
động

2 1


nguôi. Nhằm mục đích hiểu sâu môn học cũng như tìm hiểu về một công nghệ vấn
còn khá mới ở nước ta.
Được sự hướng dẫn trực tiếp và tận tình của cô giáo: Nguyễn Thi Liên
Anh,
em đã hoàn thành đồ án được giao.

Nội dung của đồ án chia làm 6 chương, cụ thẻ như sau:
Chương I: Tổng quan về công nghệ. Nội dung cơ bản của chương này đề
cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động thang máy và có sự
khảo
sát kỹ đặc tính phụ tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm
này.
Chương II: Chọn phương án truyền động. Nội dung của chương này trình
bày các phương án truyền động cho loại động cơ, đưa ra các phương án khả thi
rồi
cuối cùng có so sánh giữa các phương án khả thi đề ra phương án phù hợp nhất.
Tất
cả đều có sự phân tích cụ thể khi quyết định chọn phương án tốt nhất.
Chương III: Chọn các thiết bị: Nội dung cơ bản của chương này sẽ trình
bày
cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ, van điều khiển...các thiết
bị cho mạch lực.
Chương IV: Tổng họp hệ thông: Nội dung của chương này sẽ đi tổng hợp
cấu trúc cũng như các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn.
Chương V: Mô phỏng bằng Simulink.
Mặc dù em đã rất cố gắng trong việc thiết kế, nhưng do kiến thức của em có

3


Chương I: TổNG QUAN VỂ CÔNG NGHỆ THANG
MÁY
L Khái niêm.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương
thẳng đứng. Nó là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi trong
các

ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ,
trong
ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ... ở những nơi đó thang máy được
sử
dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đưa công nhân tới nơi làm việc có độ
cao
khác nhau... Nó đã thay thế cho sức lực của con người và đã mang lại năng suất
cao.
Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy được sử dụng rộng rãi trong các toà
nhà cao tầng, cơ quan, khách sạn... Thang máy đã giúp cho con người tiết kiệm
được thời gian và sức lực...
ở Việt Nam từ trước tới nay thang máy chỉ chủ yếu được sử dụng trong
công
nghiệp để trở hàng và ít được phổ biến. Nhưng trong giai đoạn hiện nay nền kinh
tế
nước ta đang có những bước phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong
mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.
ỊL Các bỏ phân chính của thang máy.
Những loại thang máy hiện đại có cơ cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động
hệ

4


-

Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng
trên
ray dẫn hướng khi vận tốc quá (20-ỉ-40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt
hoặc khi mất điện toàn hệ thống.

Phanh có 3 kiểu :

+ Phanh bảo hiểm kiểu nêm.
+ Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm.
+ Phanh bảo hiểm kiểu kìm( hay sử dụng).

-

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 chính.
ĨỊL Phản loai :

Có thể phân loại thang máy như sau:
+ 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 -ỉ- 0,65 m/s.
- Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75 -ỉ- 1,5 m/s.
- Thang máy cao tốc: V = 2,5 -r 5 m/s.

+ Phân loại theo trọng tải:
- Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg.

5

cửa buồng thang). Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống
tay đòn.
IV. Yêu cầu đỏi với thang máy.
1. Yêu cầu về công nghệ.
-

Dễ điều khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao.

-

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. Để khẵc phục hậu quả có thể
nhắp
nút bấm để đạt được độ chính xác khi dừng nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề
không mong muốn sau : hỏng thiết bị điều khiển, gây tổn thất năng lượng,
gây hỏng các thiết bị cơ khí, tăng thời gian từ lúc hãm đến lúc dừng.

-

An toàn : Thang máy chỉ vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng hay
khi thang máy quá tải thì không vận hành.

2. Yêu cầu về truyền động.

Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải

đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm . Buồng thang chuyển động êm hay
không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm . Các tham số chính đặc
trưng
cho chế độ làm việc của thang máy là : Tốc độ di chuyển V [ m/s ] , gia tốc
a(m/s2)
, độ giật p(m/s3).

6


ĐT
B

: Đối trọng
: Buồng thang

Đ

: Động cơ

HS

: Hộp số

cc
PL

4-ỉ-5 lần. Bởi vậy tùy theo độ cao của toà nhà mà chọn thang máy có
Sơ đồ động học của thang máy
: Cáp cân bằngtốc

. độ phù
hợp với tốc độ tối ưu.
: Pu li chủ động
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách
giảm
thời
gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc
lớn
sẽ
gây
cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, sợ hãi nghẹt thở ...).
Bởi
vậy
gia tốc tối ưu là: a < 2 m / s 2 .
Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là
tốc
độ
tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm máy.
Nói cách
Nâng tải

Hạ tải

Thang máy không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. Không
được vận hành trong trạng thái bất thường, nếu cần đảo chiều phải êm, tốc độ
không được giảm đột ngột. Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Động cơ
Biểu đồ này chia làm 5 giai đoạn : mở máy ,chế độ ổn định , hãm
truyền
xuống tốcđộng cho thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn.
độ thấp , Thang

buồng máy
thanglàm
đếnviệc
tầngtinvàcậy
hãm
dừngmọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường
trong
nhằm nâng cao năng suất an toàn trong vận hành và khai thác ,phải đảm
7 bảo khởi
động động cơ truyền động khi đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi
trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể
mômen cản tĩnh.
8


Chương II: CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu công nghệ và kết quả
tính
chọn công suất động cơ, từ đó chọn ra một hệ truyền động có thể thoả mãn yêu
cầu
công nghệ đặt ra. Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các
hệ
truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn được phương án
phù hợp với yêu cầu thang máy. Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy
có
thể là động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều không đồng bộ. Thang máy
làm
việc ở chế độ ngắn hạn có đảo chiều quay.
A. Với động cơ một chiều.
1. Hệ thông truyền động F - Đ.

Hệ thống F-Đ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một
chiều khích từ độc lập. Máy phát hành do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha
quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Tính chất này của máy phát
được xác định bởi hai đặc tính:
-

Đặc tính từ hoá: là sự phụ thuộc giữa sức điện động của máy phát và dòng
điện kích từ.

-

Đặc tính tải: là sự phụ thuộc của điện áp rơi trên hai cực của máy phát vào
dòng điện tải.

Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do phản ứng

9


Ikf = Ưkt/Rkf và ta coi gần đúng máy phát điện một chiều là một bộ
khuếch

đặc tính của hệ F-Đ như sau:

_RỊ_
kộ k' kộ
RM
Cở UkFk(Ị) “ (kộỴ

Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát
thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng thì giữ nguyên. Cũng có
thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn.
Đặc điểm: Chí tiêu chất lượng của hệ máy phát động cơ về cơ bản tương tự
như hệ điều áp dùng bộ biến đổi nói chung
Ưu điểm: Nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển đổi trạng thái làm
việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ nguồn truyền
dộng F-Đ ở các máy khai thác công nghiệp mỏ. Do thang máy chở hàng là một hệ
truyền động có tải ổn định nên phương pháp này không có tính khả thi.
Nhược điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều
máy
điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều gây ồn lớn công suất lắp đặt
2. Hê truyền đỏng T - Đ cỏ đáo chiều quay.
Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi
mở,còn
khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo khó khăn và phức
tạp hơn truyền động máy phát-động cơ. Cấu trúc mạch lực cũng như mạch cấu
trúc
mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic
+Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động
cơ.

10


Trons thực tế,các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều Sons đều thực
hiện theo hai nguyên tắc và được phân ra 5 loại sơ đồ chính.
Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng đảo chiều dòng kích từ. Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo
chiều.

BD2
Sơ đồ 2 :Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng( từ thông siữ không đổi). Loại này
dùng

CKD
Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.
Loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn.

11


BD1
TK]-

CKD
-<E>

rĩ

-OK
BD2
Sơ đồ 4: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung.

Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn , thực hiện được công việc đảo
chiều êm hơn.
Sơ đồ 5: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung.
Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn,thực hiện việc đảo chiều
êm.Tuy

12


BA

Af

•

Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển,có thể chia làm hai loại chính: điều
khiển chung và điều khiển riêng. Sơ đồ 1, 2,3 có nguyên tắc mạch điều khiển
gần giống nhau là phải khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau
đó tiến hành chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian
gián
đoạn. Sơ đồ 4, 5 dùng nguyên tắc điều khiển liên tục.

Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trưng (sơđồ 3) và (sơ đồ 4) :
a> Truyền độngT-Đ điều khiển riêng :
Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng , sau đó tiến
hành chuyển mạch , như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn sơ
đồ 1,2,3 được điều khiển theo nguyên tắc này .
Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau. Tại
một thời điểm thì chí có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi
kia bị khoá do không có xung điềukhiển . Trong một khoảng thời gian thì BĐ1
bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần
ứng E vẫn còn dương. Sau khoảng thời gian này thì phát xung a2 mở bộ biến đổi

13

động ngượco không đổi điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự
động dòng điện của hệ thống.
Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc
an
toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng
thời
gian

trễ

trong

đó

dòng

điện

động

cơ

bằng

không.

b> Truyền động T-Đ điều khiển chung :
Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận
được xung mở nhưng chí có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu còn bộ

biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi. Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này .
Nếu chọn |Edl|= |Ed2| thì a 1+a 2=71 và ta có phương pháp điều khiển chung
đối
xứng khi này sđđ tổng trong mạch vòng giữa hai bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng
điện trung bình chảy vòng qua hai bộbiến đổi cũng triệt tiêu: Icb=0.
là

Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo I Ed21 > I Ed| I tức

không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động
của các bộ chính lưu là ed|(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất hiện thành
phần xoay chiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòng điện cân bằng này
thường dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb.
Nhận xét:
ưu điểm: Độ tác động nhanh, cao không gây ồnvà dễ tự động hoá do các
van bán dẫn có hệ số khuếch đại cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các

14


B. Với động cơ xoay chiều.
1. Hệ điêu chỉnh điện áp động cơ.

a. Nguyên /ý.Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp
đặt vào Stato động cơ như sau:
M=

Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình
phương điện áp đặt vào phần cảm (stato). Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c
KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực

hiện
được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).
Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc
tính
cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp.
Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương
điện
áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng
sóc
mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB ro to dây
quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh.
APS =Mc{(ữx -Cờ) = pdrs
- Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ
đưa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu
thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ
động cơ càng thấp (s càng lón), nhất là trong trường họp điều chỉnh sâu tốc độ, thì
tổn hao công suất trượt càng lớn.
15


Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều
khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng
làm bộ khởi động mềm (soítstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có
cấp
dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu
thụ
chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động êm,
tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơ công
suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền
động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly

tâm).
Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi
(Mc.=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phương án
truyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động
thang máy là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phương án dùng điều chỉnh
điện áp bị loại bỏ trong đồ án này.
2. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ.

a. Nxuyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra
từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo cách tính tổn
thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng:
Ap
AP. = Mc.{co, - co) = Mc.co, js = Pd,Ji=>s = —!Kdt
Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và mạch
stato là không đổi, thì công suất điện từ Pdt cũng không đổi. Khi đó bằng cách
nào
đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi được độ
trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc
16


động công suất nhỏ thì không có vấn đề sì, nhung với hệ truyền động công suất
lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng
các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng
hữu ích quay trục độns cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồns bộ.
Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:
Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một
chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho
bộ nghịch lưu phụ thuộc. Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90° đến

khoảng 140°, điều chỉnh góc điều khiển a trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh được
sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải
lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng
qua việc thay đổi góc điều khiển a của nghịch luu được dựng như hình vẽ; trong
đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản
của
máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh
lưu

CL điot

NL phụ thuộc

b. Đánh giá và nham vi ứiĩíỉ dung:

17


đưa về mới là đáng ké và việc đầu tư cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không
lãng phí.
Việc tái sử dụng công suất trượt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống
lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lượng công suất đưa về có thể
đạt
được những chỉ tiêu điều chỉnh tốt như êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn
chế
là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mômen của động cơ bị giảm khi
tốc độ thấp.
Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là
khởi động động cơ, thường dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động
cơ

đến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất
trượt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động
có
số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều.
Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động thang
máy nêu ở chương đầu cùng với việc ta chọn là động cơ không đồng bộ roto lồng
sóc ta loại bỏ việc sử dụng phương án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có
hai lý do cơ bản sau:
Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiều quay
Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu tư cả hệ nối
tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế.
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.

a. Nxuyên Ịỵ điểu chính:

18


sth ^2 +
s0th ^2
s sth
Rrd

^rd

Rự
^2

Nếu coi đoạn đặc tĩnh làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s=0
Thựcđó:

chất
phương
pháp
điều
trong
s():của
là độ
trượt tới
hạnnày
khi là
điện
trởchỉnh
roto làcông suất trượt; công suất
Htrượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện
sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thểRọ
viết:
trở.
s: là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=Ro+Rf.
s
R
R
Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
= 2
= -pTheo biểu thức mô-men thì:

3u
=

2 R2'

^•[(^1 + —) +
Xnm2]
s

3122Kd
COị .

Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng điện roto I2 không đổi
thì
momen không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ
truyền động có mômen tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto
dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh
kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chính xung điện trở roto dùng van bán
dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ
rộng;

19


Rf - 2 'R'd~p 2

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn s tương tự như mạch điều chỉnh
xung
áp một chiều:
+ Khi s đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
+ Khi s ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không
đổi
và ta có một giá trị điện trở tươns đươns Rtd trong mạch.

Rư=R«-rTĨ- = R°-ệ- = f>-Ro
Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về
mạch
xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy

20


Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của s ta thay đổi được p và từ đó
thay đổi được Rr. Cho p=0 -ĩ- 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét
gần
như mặt phảng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ
Rr=Ro/2.
b. Đánh giá và pham vi ứng duns:
Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh
truyền
động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận
hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc
độ
và dòng điện).
Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có
mô-men không đổi như cơ cấu thang máy. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để
động cơ có mômen khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện
trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều
chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R() kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc
mở
rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto
nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là
không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở
phương pháp điều chỉnh điện áp stato.

Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào
việc
điều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi.
So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn,
nhưng

21


4. Hê điều chỉnh tần sỏ đỏng cơ KĐB.

a. Nguyên lý điểu chỉnh:
2 Jĩf
Theo lý thuyết máy điện ta có biếu thức: co ị = —— => điều đó có nghĩa là thay
p
đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quáy và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi.
Dạng đặc tính cơ của động cơ
khi

thay

đổi

tần

số

được

trình

đm

bày dưới hình vẽ sau:
Từ đặc tính cơ ta thấy khi
tần só tăng ( f>fđm), thì mô-

M

men tới hạn lại giảm (với điện
áp giữMkhông
đổi), cụ thể là:
..
J_
Trong trường hợp tần số

/.2 ,

giảm, nếu giữ nguyên điện áp
thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm => X=2ĩtfL cũng giảm I tăng), gây ảnh
hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà
không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là
giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.
h. Đánh giá và nham vi ứng dung
Từ đặc tĩnh cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu
đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp - tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ
mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung
cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu
cầu truyền động.
Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tưởng
và tốc độ trượt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trượt giảm thì tốc độ không tải cũng

22


giảm với tỷ lệ tương ứng nên phương pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ
nhất.
Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm
ra
quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ;
nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang
bị cho các phương pháp điều chỉnh khác.
Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phương án truyền
động dùng phương pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế
khi
vận hành cũng như đáp ứng được yêu cầu truyền động thang máy do các lý do
sau:
ỉ. Về tính đơn giản trong điều chỉnh.
Với phương pháp điều chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện
áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phương
pháp khác.
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng

đảo chiều.
Còn phương pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất
là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phương pháp áp
dụng cho hệ truyền động xoay chiều. Với phương pháp dùng biến tần ta có thể
điều khiển việc đảo chiều kết họp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn
trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
3. Vê tính kinh tế của phương pháp truyền động.

Phương án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là

phương án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt
hơn
so với phương pháp khác, nhưng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ 1'ơto
23


4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành.

Do khả năng điều chỉnh tần số đưa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong
muốn nên thực tế phương pháp điều chỉnh tần số có thế áp dụng cho mọi yêu cầu
truyền động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động thang máy là
hết sức họp lý.
Phương án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử
dụng
động cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá
của thiết bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa
giá
thành của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại
cho hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù
hợp.

24


Chương III: THIÊT KÊ BỘ BIÊN Đổi MẠCH Lực
ở chương II, ta đã chọn phương pháp truyền động là dùng bộ biến tần. Chương
này đi giải quyết việc tính chọn các phần tử dùng trong mạch lực.
L Lưa chon sơ đổ mach lưc.
1.1 Chơn sơ đổ biến tần.

Trong thực tế hệ biến tần - động cơ có thể có 3 loại sau:
Biến tần trực tiếp: là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lưới
f,; fs=(0 H- 0,5)f|. Đặc điểm của loại biến tần này là có số lượng các van bán dẫn
lớn, nên mặc dù có uu điểm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn
có tần số khác với hiệu suất cao, nhưng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế
thường dùng cho truyền động có công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp
cho BBĐ là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Các bộ nghịch lưu điện áp ưa
dùng tranzito thay vì tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều
khiển khoá van mà không cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào. Hiện nay
với phương pháp (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lưu điện
áp,
cho phép các dạng sóng gần sin hơn và vì vậy nâng cao được chất lượng điều
chỉnh. Những đặc điểm đó đưa đến khả năng ứng dụng bộ biến tần nguồn áp
trong
truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh, chiếm ưu thế trong truyền
động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt động chính xác và đồng
bộ.
Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong trường hợp này này, nguồn cung cấp
là nguồn dòng tức là dòng một chiều vào bộ nghịch lưu không phụ thuộc vào tổng
trở tải. Điều này dẫn đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lưu có
25


thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột của mô-men trên trục
động cơ. Hơn nữa, ở bộ nghịch lưu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu cực động cơ
không gây hư hỏng nghịch lưu vì dòng điện luôn có xu hướng giữ không đổi.
Một điểm quan trọne là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái
sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng được
công suất đơn vị động cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất

động cơ truyền động lớn.
Từ những đặc điểm của hiến tần vừa nêu, đối chiếu với yêu cầu của đồ án : truyền
động với công suất nhỏ, có độ chính xác cao, chọn loại biến tần nguồn áp.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp.
Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống
điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng.
Trước
hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng
một
lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... phương pháp
này
còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc
tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài. Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động
cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ
có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi
trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp. Đối
với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần.
Bộ
biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau.
26


A U = I s * 0 => ơ * E ■ = c#
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp
nguồn cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên
điện áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên:

*Khi /s giảm từ thông (ị) của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà
và dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều
động cơ còn phát năng lượng quá mức cho phép.
*Khi /s tăng từ thông (ị) của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải
không đổi thì theo biểu thức M = kẠI.n.cosộ ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng
lên.Vậy trong trường họp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải
non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động
cơ giảm xuống.
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh
tốc độ bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp
và
dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chí theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể

27