Thiết kế điều khiển thang máy chở người

Lời cam đoan

Lời cam đoan
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp : Thiết kế điều khiển thang máy chở
ngời do em tự thiết kế dới sự hớng dẫn của thầy giáo Võ Việt Sơn. Các số liệu và kết
quả là hoàn toàn đúng với thực tế tính toán do em thực hiện.
Để hoàn thành bản đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu đã đợc ghi trong bảng
tài liệu tham khảo mà không sử dụng trái phép bất cứ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện ra
có sự sao chép thành quả của ngời khác em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Sinh viên


Môc lôc

MôC LôC
H×nh 2.6. S¬ ®å hai bé biÕn ®æi ®Êu song song ngîc ®iÒu khiÓn chung
.......................................................................................................................................................21


Lời nói đầu

Lời nói Đầu
Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã đợc xây dựng trên khắp miền
đất nớc và nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung và thang máy chở ngời nói riêng
đã, đang và sẽ đợc sử dụng ngày càng nhiều. Thang máy là một thiết bị không thể
thiếu đợc trong vận chuyển ngời và hàng hoá theo phơng thẳng đứng trong các toà
nhà cao tầng. Bởi vì nó đem lại không chỉ sự tiện dụng, thoải mái cho hành khách mà
còn tiết kiệm rất nhiều thời gian và công sức cho con ngời, góp phần làm tăng năng
suất lao động.
Nói đến công nghệ thông tin trong điều khiển tự động và tự động hoá là ta nói đến
ba lĩnh vực chính: công nghệ máy tính (vi xử lý, vi điều khiển, PLC, máy tính công

nghiệp,), công nghệ phần mềm (phần mềm công nghệ, phần mềm điều khiển,) và
công nghệ truyền thông (Fielbus, Bus hệ thống).
Trong một hệ điều khiển, các thiết bị điều khiển đóng một vai trò quan trọng, là
phần cứng và là nền tảng để thực hiện các thuật toán, các chơng trình điều khiển. Trong
rất nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau nói trên, từ những rơle đơn giản đến những bộ vi
điều khiển hay những máy tính công nghiệp hiện đại, các bộ điều khiển logic khả trình (PLC
- Programmer Logic Controller) đợc sử dụng rất phổ biến đặc biệt trong công nghiệp.
Kể từ khi xuất hiện vào đầu thập niên 70 của thế kỷ trớc nh một thiết bị có khả
năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC đã phát triển nhanh
chóng kể cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, các bộ vi xử lý mạnh và bộ nhớ lớn
đã thay thế cho các bộ vi xử lý đơn giản và bộ nhớ khoảng 1KB. Các cổng vào/ra không
chỉ tăng về số lợng mà còn có thể đợc phân tán. Các cổng tơng tự cũng đợc thêm vào
giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà còn có thể đợc sử
dụng rất hiệu quả trong điều khiển các quá trình liên tục. Về mặt cấu trúc, các PLC ngày
nay có cấu trúc dạng môdul linh hoạt. Bên cạnh đó, khả năng nối mạng góp phần tăng
hiệu quả và sức mạnh của PLC lên nhiều lần khi chúng hoạt động phối hợp. Về phần
mềm, tập lệnh của các PLC ngày nay không chỉ giới hạn ở các lệnh logic đơn giản mà đã
trở nên rất phong phú với các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời,
Chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn đợc nghiên cứu, cải tiến, hiện
đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách. Với sự phát triển nhanh
1


Lời nói đầu
chóng của các loại PLC, để ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC vào điều khiển thang
máy tiện lợi và đơn giản.
Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy Võ Việt Sơn và các thầy cô giáo trong Bộ môn
Tự Động Hoá Xí Nghiệp Công Nghiệp - Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội em đã hoàn
thành đồ án với đề tài: Thiết kế điều khiển thang máy chở ngời mời tầng.
Do thời gian có hạn và sự hiểu biết còn hạn chế nên trong bản đồ án này không thể

tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy cô giúp đỡ và chỉ bảo để bản đồ án đợc
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô !

2


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy

Chơng 1
Giới thiệu chung về thang máy
1.1. Giới thiệu chung:
1.1.1. Giới thiệu:
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng, chở ngời, chở nguyên vật liệu,
.v.v. theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêng 150 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến đã
định sẵn. Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng
suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị điện đợc lắp trong buồng thang và
buồng máy của thang máy.
Thang máy đợc sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng nh khách sạn, chung
c, nhà hàng, bệnh viện, trong các nhà máy, công xởng, xí nghiệp sản xuất kinh doanh
.v.v. Đặc điểm vận chuyển của thang máy là thời gian của một chu kì vận chuyển ngắn,
tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục góp phần tăng tiện nghi, giảm thời gian di
chuyển giúp tiết kiệm thời gian, tăng năng suất lao động.
Với các nhà cao tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy dể phục vụ di
chuyển trong tòa nhà là bắt buộc. Nếu vấn đề vận chuyển ngời trong tòa nhà không đợc
giảI quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng không thành hiện thực.
Một số nớc trên thế giới còn qui dịnh, đối với nhà cao từ 6 tầng trở lên đều phải đợc trang bị thang máy phục vụ di chuyển trong tòa nhà để tiết kiệm thời gian, tăng năng
suất lao động. Đối với các tòa nhà đặc biệt nh bệnh viện, nhà máy, khách sạn .v.v. tuy số
tầng nhỏ hơn 6 nhng do nhu cầu phục vụ vẫn phải đợc trang bị.
Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn ngiêm ngặt, nó liên quan

trực tiếp đến tính mạng và tài sản của hành khách, vì vậy, yêu cầu chung đồi với thang
máy là khi thiết kế, lắp đặt, vận hành và sửa chữa phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu
về an toàn kĩ thuật đợc qui định trong các tiêu chuẩn, quy trình, qui phạm .v.v.
1.1.2. Phân loại thang máy:
Dựa vào các chức năng của thang máy có thể phân loại theo các loại sau:
1. Phân loại theo mục đích sử dụng:
a. Thang máy chở ngời:
Đối với thang máy chở ngời gia tốc cho phép của thang máy là a 1,5m/s2,
nếu gia tốc lớn hơn thì sẽ gây cảm giác khó chịu cho con ngời.
Thang máy trong các nhà cao tầng đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh
và có tính mỹ thuật.
Thang máy dùng trong bệnh viện đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh,
có tính u tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viên.
3


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
Thang máy dùng trong công nghiệp đòi hỏi có tải trọng lớn, chịu đợc môi trờng làm việc khắc nghiệt nh nhiệt độ, độ ẩm,
Ngoài ra thang máy chở ngới còn yêu cầu mức độ dừng chính xác của buồng
thang để thuận tiện cho hành khách ra vào buồng thang.
b. Thang máy chở hàng:
Thang máy chở hàng yêu cầu là tốc độ cao, chịu đợc tải trọng lớn và khi bốc
xếp hàng hoá phải thuận tiện, dễ dàng.
Thang máy chở hàng gồm có loại có ngời di kèm và loại không có ngời đi
kèm. Với loại không có ngời di kèm thì chỉ có điều khiển ở ngoài cabin, tất cả
các laoij khác đều có điều khiển cả ở trong và ngoài cabin.
2. Phân loại theo tải trọng của ca bin:
Tuỳ theo tải trọng định mức Q của buồng thang mà thang máy chia thành các loại sau:
Thang máy loại nhỏ: Q < 50 KG
Thang máy loại trung bình: Q = 500 ữ 1000 KG

Thang máy loại lớn : Q = 1000 ữ 2000 KG
Thang máy loại rất lớn: Q > 2000 KG
3. Phân loại theo tốc độ di chuyển của ca bin:
Thang máy tốc độ thấp : v < 1 m/s
Thang máy tốc độ trung bình: v = 1 ữ 2,5 m/s
Thang máy cao tốc: v = 2,5 ữ 4 m/s
Thang máy tốc độ rất cao: v > 4 m/s
4. Phân loại theo hệ thống vận hành:
o Theo mức độ tự động:
Loại nửa tự động
Loại tự động
o Theo tổ hợp tự động:
Điều khiển đơn
Điều khiển kép
Điều khiển theo nhóm
5. Phân loại theo vị trí đặt bộ tời kéo:
o
Đối với thang máy điện:
Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang
Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dới giếng thang
o Đối với thang máy thuỷ lực:
Buồng máy phải đặt tại tầng trệt. Gồm có các loại sau:
4


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
Piston đẩy trực tiếp từ đáy cabin
Piston đẩy gián tiếp từ phía sau cabin
Piston kết hợp với cáp đẩy gián tiếp từ phía sau cabin
6. Phân loại theo vị trí điều khiển:

+ Điều khiển trong ca bin.
+ Điều khiển ngoài ca bin.
+ Điều khiển cả trong và ngoài ca bin.
7. Phân loại theo kết cấu của các cụm cơ bản:
o
Theo kết cấu của bộ tời kéo:
Dẫn động cabin bằng puly ma sát
Dẫn động cabin bằng tang cuốn cáp
Dẫn động cabin bằng bánh răng thanh răng
Bộ tời kéo có hộp giảm tốc
Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc ( cho thang máy có v > 2,5 m/s )

o

Bộ tời kéo sử dụng động cơ một cấp tốc độ, hai cấp tốc độ, .v.v. động cơ
điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính ( Linear Induction
Motor - LIM)
Theo hệ thống cân bằng:
Có đối trọng
Không có đối trọng.
Có cáp hoặc xích cân bằng ( cho thang máy có hành trình lớn ).

Không có cáp hoặc xích cân bằng.
o Theo cách treo ca bin và đối trọng:
Cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin
Có palăng cáp qua các puly trung gian treo vào dầm trên cabin
Đẩy từ dới cabin lên thông qua các puly trung gian
o Theo hệ thống cửa ca bin:
Phơng pháp đóng, mở cửa ca bin.
Theo kết cấu cửa ca bin:

o Cửa dạng xếp lùa về một hoặc hai phía
o Cửa dạng tấm đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh
o Cánh cửa dạng tấm, 2 cánh lùa về hai phía
o Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một
phía

5


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
o Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên
và dới
o Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về phía trên
Theo số cửa ca bin:
o Một cửa
o Hai cửa đối xứng
o Hai cửa vuông góc với nhau
o

Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn ca bin:
Hãm tức thời
Hãm êm
8. Phân loại theo quỹ đạo di chuyển ca bin:
Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển theo phơng thẳng đứng, hầu hết thang máy đang sử dụng là loại thang máy này.
Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển nghiêng
một góc so với phơng thẳng đứng.
9. Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin:
Thang máy dẫn động điện.
Thang máy thuỷ lực.
Thang máy khí nén.

10. Phân loại theo vị trí của ca bin và đối trọng giếng thang:
Đối trọng bố trí phía sau.
Đối trọng bố trí một bên.

Trong một số trờng hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà
không cùng chung giếng thang với ca bin.
1.2. Cấu tạo phần cơ:
Về cơ bản, thang máy có cấu tạo nh sau:

6


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy

5
6
4

7

3

8

9
2
10
1

11

Hình 1.1. Kết cấu bố trí thiết bị của thang máy
Hình 1.1 là sơ đồ cấu tạo của thang máy chở ngời thông dụng nhất, dẫn động bằng
tời điện tới puli dẫn cáp bằng ma sát.
Kết cấu của thang máy gồm có các bộ phận sau:
1- Thanh dẫn hớng
7


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
2- Phanh bảo hiểm kiểu kìm.
3- Khung của buồng thang.
4- Puli quấn cáp.
5- Bộ hạn chế tốc độ
6- Động cơ kéo thang.
7- Giá treo.
8- Buồng thang
9- Thanh dẫn hớng.
10- Cáp treo
11- Hố giếng.
Ngoài ra trong thang máy còn có các bộ phận: sàn tầng, cửa tầng, tủ điện điều
khiển, cơ cấu đóng mở cửa cabin, bộ giảm chấn
Tất cả các thiết bị điện của thang máy đợc lắp trong buồng thang và buồng máy.
Buồng máy thờng bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Hố giếng của thang
máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng một cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng
có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào.
Để nâng - hạ buồng thang, ngời ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 đợc nối trực tiếp với
cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp buồng thang đợc treo lên puli quấn
cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc 5 với tỉ số
truyền i = 18 ữ 120.

Khung của buồng thang 3 đợc treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 4 (thờng dùng
một đến bốn sợi cáp ).
Buồng thang luôn luôn đợc giữ theo phơng thẳng đứng nhờ có giá treo 7 và những
con trợt dẫn hớng (con trợt là loại puli trợt có bọc cao su bên ngoài). Buồng thang và đối
trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hớng 9.
Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm ( phanh dù ). Phanh bảo hiểm giữ buồng
thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vợt quá (20 ữ 40)% tốc độ
định mức.
Phanh bảo hiểm thờng đợc chế tạo theo ba kiểu:
Phanh bảo hiểm kiểu nêm.
Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm.
Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kìm đợc dử dụng rộng rãi hơn, nó bảo
đảm cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu của phanh bảo hiểm kiểu kìm đợc biểu diễn
trên hình 2-1.
Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang , gọng kìm 2 trợt theo thanh hớng dẫn 1 khi tốc độ của buồng thang bình thờng. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có
8


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
nêm 5 gắn với hệ truyển động bánh vít - trục vít 4. Hệ truyền động trục vít có hai loại ren
: ren phải và ren trái.

Hình 1.2. Phanh bảo hiểm kiểu kìm
Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn
chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ
làm cho thang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hớng và hạn chế tốc
độ của buồng thang.
Bộ hạn chế tốc độ kiểu vòng cáp kín :

Hình 1.3. Bộ hạn chế tốc độ
Bộ hạn chế tốc độ đợc đặt ở đỉnh thang và đợc điều khiểnt bởi một vòng cáp kín
truyền từ buồng thang qua puli của bộ điều tốc vòng xuống dới một puli cố định ở đáy
giếng thang. Cáp này chuyển động với tốc độ bằng tốc độ của buồng thang và đợc liên
kết với các thiết bị an toàn. Khi tốc độ của Cabin vợt quá giá trị cực đại cho phép, thiết bị
kéo cáp do bộ điều tốc điều khiển sẽ giữ vòng cáp của bộ điều tốc, cáp bị tác dụng của
một lực kéo. Lực này sẽ tác động vào thiết bị an toàn cho buồng thang nh ngắt mạch điện
động cơ, đa thiết bị chống rơi vào làm việc.
Nguyên lý làm việc của bộ hạn chế tốc độ đợc minh hoạ trên hình 1.3.

9


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy
Cáp 2 treo vòng qua puli 1, puli 1 quay đợc là nhờ chuyển động của cáp qua ròng
rọc cố định 9. Ròng rọc này dẫn hớng cho cáp. Trờng hợp cáp bị đứt hay bị trợt thì vận
tốc Cabin tăng lên, puli 1 cũng quay nhanh lên vì dây cáp chuyển động cùng với Cabin.
Đến một mức độ nào đó lực ly tâm sẽ làm văng quả văng 3 đập vào cam 4. Cam 4 tác
động vào công tắc điện 10 làm cho động cơ dừng lại. Mặt khác, cam 4 đẩy má phanh 6
kẹp chặt cáp lại. Trong khi đó Cabin vẫn rơi xuống và cáp 2 sẽ kéo thanh đòn bẩy 8 (gắn
vào Cabin) làm cho bộ chống rơi làm việc.
Tốc độ Cabin mà tại đó bộ điều tốc bắt đầu hoạt động gọi là tốc độ nhả. Theo kinh
nghiệm tốc nhả thờng bằng 1/4 lần tốc độ vận hành bình thờng của thang.
Ngoài các bộ hạn chế tốc độ và phanh ngời ta còn đặt các tín hiệu bảo vệ và hệ
thống báo sự cố. Mục đích là để đảm bảo an toàn cho thang máy và giúp ngời kỹ s bảo dỡng thấy đợc thiết bị khống chế tự động đã bị hỏng, cần đợc kiểm tra trớc khi thang đợc
tiếp tục đa vào hoạt động.
Trong quá trình thang vận hành phải đảm bảo thang không đợc vợt quá giới hạn
chuyển động trên và giới hạn chuyển động dới. Điều này có nghĩa là khi thang đã lên tới
tầng cao nhất thì mọi chuyển động đi lên là không cho phép, còn khi thang đã xuống dới
tầng 1 thì chỉ có thể chuyển động đi lên. Để thực hiện điều này ngời ta lắp thêm các thiết

bị khống chế dừng tự động ở đỉnh và đáy thang. Các thiết bị này sẽ dừng thang tự động và
độc lập với các thiết bị vận hành khác khi buồng thang đi lên tới đỉnh hoặc đáy.
Để dừng thang trong những trờng hợp đặc biệt, ngời ta bố trí các nút ấn hãm khẩn
cấp trong buồng thang.
Để dừng thang trong những trờng hợp khẩn cấp và để buồng thang không bị va đập
mạnh ngời ta còn sử dụng các bộ đệm sử dụng lò xo hay dầu đặt ở đáy thang đợc gọi là
bộ giảm chấn.
Việc đóng mở cửa thang hay cửa tầng chỉ đợc thực hiện tại tầng nơi buồng thang
dừng và sau khi buồng thang đã dừng chính xác.
Khi có ngời trong Cabin và chuẩn bị đóng cửa Cabin tự động phải có tín hiệu báo
sắp đóng cửa Cabin.
Động cơ kéo thang thờng là động cơ một chiều hoặc động cơ không đồng bộ Rôto
lồng sóc có ngắn hạn lặp lại, có khả năng chịu quá tải tốt, đảo chiều liên tục Trong đồ
án này trình bày phơng án sử dụng động cơ không đồng bộ đợc nêu chi tiết ở phần sau.

10


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy

Hình 1.4. Động cơ kéo buồng thang
Tùy theo nhà sản xuất mà kết cấu buồng thang đợc xây dựng và trang tri khác
nhau nhng vẫn gồm có các bộ phận chính là vỏ buồng thang, bảng điều khiển và cửa.
Dới đây là mô hình thang máy điển hình của công ty ThyssenKrupp của Đức:

Hình 1.5. Mô hình thang máy của công ty ThyssenKrupp.
Giếng thang đợc thiết kế sao cho phù hợp với các tiêu chuần kĩ thuật, mỹ thuật đã
đợc qui định trong Tiêu chuẩn Việt Nam.

11

Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy

Hình 1.5. Bản vẽ hố giếng thang và phòng máy
Bảng điều khiển thang gồm có hệ thống nút ấn đến tầng bên trong buồng thang và
nút ấn gọi tầng bên ngoài buồng thang. Ngoài ra, trên bảng điều khiển đợc bố trí các nút
ấn đóng mở cửa ngay lập tức để hành khách có thể sử dụng khi không muốn chờ đợi hết
thời gian đóng, mở cửa theo thiết kế của nhà sản xuất. Trên bảng điều khiển còn có các
đèn LED giúp thông báo vị trí tầng và chiều chuyển động của buồng thang.
Dới đây là một vài mô hình bảng điều khiển của hãng ELENESSA:

12


Chơng 1: Giới thiệu chung về thang máy

Hình 1.7. Bảng điều khiển phía trong buồng thang

Hình 1.8. Bảng điều khiển bên ngoài buồng thang
Bên cạnh các bộ phân chính trên thì buồng thang còn đợc thiết kế chiếu sáng,
trang trí nội thất cho phù hợp với thẩm mỹ .v.v Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng và kinh
phí mà thiết kế này có thể khác nhau đối với từng nhà sản xuất.

13


Chơng 2: Hệ truyền động
Chơng 2
Hệ truyền động

2.1. Yêu cầu công nghệ:
Trong đồ án này chúng ta chỉ quan tâm đến thang máy chở ngời nên yêu cầu về
công nghệ của thang máy trong trờng hợp này rất chặt chẽ bởi ngoài sự điều chỉnh về kỹ
thuật chính xác thì vấn đề an toàn và sự thoải mái của ngời sử dụng thang máy cũng phải
đợc quan tâm .Một số thông số ảnh hởng rất trực tiếp đến vấn đề này cần phải đợc phân
tích một cách kỹ lỡng ,sau đây ta sẽ xem xét chi tiết về các thông số này
2.1.1. Tốc độ:
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định đến năng suất của thang máy và có
ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao tầng. Đối với nhà chọc trời, tối u nhất là
dùng thang máy cao tốc (v 3.5m/s) giảm thời gian quá độ di chuyển trung bình của
thang máy đặt gần bằng tốc độ định mức. Nhng việc tăng tốc độ lại dẫn đến sự phát triển
giá tiền .
Tốc độ di chuyển của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và
hãm máy dẫn tới tăng tốc độ .
2.1.2. Gia tốc :
Vấn đề khó khăn là gia tốc sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (nh chóng
mặt, ngạt thở ) Thờng thì gia tốc tối u a 2m/s2
Độ giật là đại lợng đặc trng cho tốc độ tăng của gia tốc khi mở náy và độ giảm của
gia tốc hãm, hay nói cách khác là đạo hàm bậc nhất của gia tốc và là đạo hàm bậc hai đối
với vận tốc da/dt. Độ giật có ảnh hởng lớn tới độ êm dịu của ca bin . Khi gia tốc a 2
m/s2 thì độ giật 20 m/s3
Biểu đồ dới đây chỉ đạt đợc khi hệ truyền động một chiều còn dùng hệ truyền động
với động cơ xoay chiều thì chỉ đạt đợc biểu đồ gần đúng
.
2.1.3. Dừng chính xác buồng thang:
Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần
dừng sau khi ấn nút dừng, (hay gặp lệnh dừng trong mạch iu khiển) là một trông chững
yêu cầu quan trọng trong yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang máy .
Néu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tợng sau :Đối với thang
máy chở khách sẽ làm cho hành khách ra vào khó khăn, tăng thời gian ra vào dẫu đến

giảm năng suất .
Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc xếp và bốc dỡ hàng. Trong
một số trờng hợp có thể không thực hiện đợc việc xếp và bốc dỡ hàng.
Để khắc phục hậu quả đó, có thể ấn nhắp nút bấm để đạt đựơc độ chính xác khi
dừng, nhng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:
14


Chơng 2: Hệ truyền động
Hỏng thiết bị điều khiển.
Gây tổn thất năng lợng.
Gây hỏng hóc các thiết bị cơ khí.
Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng.
Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến một nửa hiệu số của hai quãng đờng
trợt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một h ớng
di chuyển. Các yếu tố ảnh hởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm : mômen cơ
cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố
phụ khác .
Quá trình hãm buồng thang xảy ra nh sau : Khi buồng thang đi đến gần sàn tầng,
công tắc chuyển đổi tầng cấp lệnh cho hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng
thang . Trong quãng thời gian t (thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng
thang đi đợc quãng đờng là :
S' = v0 t , [m]
(2-1)
Trong đó :
v0 - Tốc độ lúc bắt đầu hãm, [m/s].
Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này,
buồng thang đi đợc một quãng đờng S''.
S" =

m . v 20
2 ( Fph Fc )

, [m]

(2-2)

Trong đó :

m - Khối lợng các phần chuyển động của buồng thang, [kg]
Fph - Lực phanh, [N]
Fc - Lực cản tĩnh [N]
Dấu (+) hoặc dấu (-) trong biểu thức (2-2) phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực F c
: Khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống (-).
S'' cũng có thể viết dới dạng sau:
S" =

Trong đó :
[kgm ]

D
2
Mc )

J. 20 .
2 i (M ph

, [m]

(2-3)

J mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang,

2

Mph - mômmen ma sát, [N]
Mc - mômen cản tĩnh, [N]
0 - tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh, [rad/s]
D - đờng kính puli kéo cáp [m]
i - tỷ số truyền
Quãng đờng buồng thang đi đợc từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh dừng đến
khi buồng thang dừng tại sàn tầng là:
15


Chơng 2: Hệ truyền động

S = S , + S " = v 0 . t +

D
2
Mc )

J. 20
2i (M ph

(2-4)

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho
buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quãng đờng trợt khi phanh đầy tải và không tải.

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất) là :
S =

S 2 S1
2

(2-5)

Trong đó :

S1 - quãng đờng trợt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh
S2 - quãng đờng trợt lớn nhất của buồng thang khi phanh
Bảng 2.1 đa ra các tham số của các hệ truyền động với độ không chính xác khi

dừng s.

Bảng 2.1. Tham số dừng chính xác của một số thang máy theo tốc độ
Tốc độ
di
chuyển
[m/s]

Gia tốc
[m/s2]

Độ không
chính xác
khi dừng
[mm]

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 1cấp tốc độ

Phạm
Vi
điều
chỉnh
tốc độ
1:1

0,8

1,5

120 ữ 150

Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ
Động cơ KĐB rô to lồng sóc 2 cấp tốc độ
Hệ máy phát - động cơ (F - Đ)

1:4
1:4
1 : 30

0,5
1
2,0

1,5
1,5
2,0

10 ữ 15
25 ữ 35
10 ữ 15

Hệ máy phát - động cơ có khuyếch đại
trung gian

1:100

2

2

5 ữ 10

Hệ truyền động điện

16


Chơng 2: Hệ truyền động

Mức dừng

Buồng
thang

Dừng

Mức đặt
cảm biến dòng

Hình 2.1. Dừng chính xác buồng thang
2.1.4. Các yêu cầu đặt ra cho bài toán điều khiển thang máy:
Đòi hỏi ngời thiết kế thang máy phải giải quyết chính xác và triệt để các yêu cầu
về kỹ thuật này :
- Các yêu cầu về an toàn ,đây là những yêu cầu rất quan trọng ví dụ nh thang máy
chỉ đợc phép vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng hay khi thang máy quá tải thì
không vận hành .
- Các yêu cầu về điều khiển vị trí cabin :khi dừng thang máy đòi hỏi phải dừng
chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho cabin dừng đúng tại sàn tầng với yêu
cầu độ chính xác cao nhất .
- Các yêu cầu về điều khiển gia tốc và vận tốc, phải đảm bảo sinh lý cho hành
khách đi trên thang máy. Ngời điều khiển phải điều chỉnh tốt tốc độ ,gia tốc của thang
máy sao cho không gây nên tâm lý hoảng loạn ,thiếu tin cậy ở khách hàng
Đồ thị tốc độ tối u của thang máy:

17


Chơng 2: Hệ truyền động

Hình 2.2. Đồ thị tốc độ tối u của thang máy một tốc độ
Để tăng năng suất của thang ,ta có thể tăng tốc độ di chuyển của buồng thang và giảm
thời gian các quá trình mở máy và hãm máy.
Đối với loại thang máy chạy chậm trị số tốc độ ổn định có ảnh hởng lớn đến năang
suất.
Đối với loại thang máy chạy trung bình , nhanh và cao tốc thì thời gian các quá trình
quá độ lại có ảnh hởng lớn đến năng suất.

Tuy nhiên điều này lại mâu thuẩn với yêu cầu về độ êm dịu khi mở máy và hãm máy.
Cảm giác của hành khách không phụ thuộc vào tốc độ v mà phụ thuộc ít nhiều vào gia
tốc a và độ giật .
Độ giật =

da
d 2v
= 2 .
dt
dt

Để đảm bảo cho hành khách có cảm giác dễ chịu cần phải tạo ra một quá độ êm dịutừ
trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển độngvề trạng thái dừng.
Muốn vậy ,vào giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của quá trình mở máy và hãm máy cần
giữ cho độ giật không đổi.
Trên đồ thị tốc độ tối u biểu diễn đồ thị các đờng:
v = v(t), s = s(t), a = a(t), = (t).
Trị số cực đại của độ giật của các thang máy chạy nhanh khoảng 3 đến 10 m/s 3, gia
tốc cực đại cho phép khoảng 2 đến 2,5 m/s 2, nh vậy ta có thể suy ra tốc độ cực đại
củabuồng thang không thể vợt quá 5 m/s.

18


Chơng 2: Hệ truyền động
Đồ thị đợc chia làm 5 đoạn dựa theo tính chất thay đổi của buồng thang:
-Mở máy.
-Chế độ ổn định.
-Hãm xuống tốc độ thấp.
-Buồng thang đi đến tầng.

-Hãm dừng.
Đối với các thang máy chạy chậm đồ thị chỉ có 3 giai đoạn:
-Mở máy.
-Chế độ ổn định.
-Hãm dừng.
2.2. Chọn hệ truyền động:
Động cơ dùng để kéo pu li cáp trong thang máy là loại động cơ có điều chỉnh tốc
độ và có đảo chiều quay ( quá trình nâng, hạ của thang máy).
Nh vậy, để thực hiện đợc truyền động trong thang máy chúng ta phải có 2 phơng án chính
sau :
+ Dùng hệ truyền động chỉnh lu - triristo, động cơ 1 chiều có đảo chiều quay.
+ Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ
Sau đây chúng ta sẽ đi vào phân tích u nhợc điểm hai loại hệ truyền động này để từ
đó chọn ra 1 phơng án truyền động phù hợp nhất dùng trong thang máy.
2.2.1. Hệ Truyền Động Chỉnh Lu Triristo - Động cơ một chiều có đảo chiều quay.
Hệ Truyền Động T-Đ có đảo chiều đợc xây dựng trên hai nguyên tắc cơ bản :
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của động cơ .
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng
Từ hai nguyên tắc cơ bản này ta có năm 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.

19


Chơng 2: Hệ truyền động

Hình 2.3. Sơ đồ đảo chiều bằng đảo chiều kích từ
Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều .
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 giữ không đổi)
Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp .

Hình 2.4. Sơ đồ đảo chiều bằng chuyển mạch phần ứng
Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Hệ
này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn

Hình 2.5. Sơ đồ hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

20


Chơng 2: Hệ truyền động

Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển chung.
Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện đợc công việc đảo chiều êm
hơn.
Hình 2.6. Sơ đồ hai bộ biến đổi đấu song song ngợc điều khiển chung
Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển
chung. Sơ đồ dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn thực hiện việc đảo chiều êm
Tuy nhiên kích thớc cồng kềnh, vốn đầu t và tổn thất lớn.(Hình-5)

Hình 2.7. Sơ đồ hai bộ biến đổi nối chéo điều khiển chung
Mạch điều khiển của 5 loại sơ đồ này có thể chia làm hai loại chính :
Điều khiển riêng :
Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành
chuyển mạch, nh vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn, sơ đồ 1,2,3 đợc
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 chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi kia

bị khoá do không có xung điều khiển. 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 dơng.
Sau khoảng thời gian này thì phát xung 2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng
động cơ đợc hãm tái sinh.
21


Chơng 2: Hệ truyền động
Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có u 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 .
Điều khiển chung :
Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận đợc
xung mở nhng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lu còn bộ biến đổi kia làm
việc ở chế độ đợi. Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này.Trong phơng pháp điều khiển
chung mặc dù đảm bảo Ed2 =Ed1 tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song
giá trị tức thời của suất điện động của các bộ chỉnh lu là ed1(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 thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb
2.2.2. Hệ Truyền Động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ.
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha. Loại động cơ này đợc sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Ngày nay do sự
phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học động cơ
không đồng bộ mới khai thác đợc hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động
cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu - triristo.
Không giống nh động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phần
ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng nh mô men động cơ sinh ra phụ thuộc nhiều
vào tham số.
Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng bộ là hệ điều
chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh .

Trong công nghiệp thờng sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :
1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo
Nguyên tắc của phơng pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng
điện áp stato.
Do đó có thể điều chỉnh đợc mô men và tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh
giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số
2. Điều chỉnh điện trở mạch rô to
Phơng pháp này đợc thực hiện theo nguyên tắc điều chỉnh trơn điện trở rô to bằng
các van bán dẫn.
Ưu điểm của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh.
Điện trở trong mạch rô to của động cơ KĐB :
Rr = Rrd + Rf
Trong đó : Rrd : điện trở dây quấn rô to
Rf : điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato

22


Chơng 2: Hệ truyền động
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi
và độ trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở
Mô men

3I 2r R rd
M=
S i

Si : Độ trợt khi điện trở mạch rô to là Rrd
Nếu giữ cho Ir = const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ .
Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động có

mô men tải không đổi .
Phơng pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rô to bằng phơng pháp xung :

Re = R0

td
t
= R 0 d = R 0 .
td + tn
T

Re là điện trở tơng đơng trong mạch rô to đợc tính theo thời gian đóng td và thời gian ngắt
tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không .
3. Phơng pháp điều chỉnh công suất trợt
Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao Ps là lớn. Vì vậy để diều chỉnh
đợc tốc độ vừa tận dụng đợc công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất
trợt.

Ps = M c .( 1 ) = M c 1s = Pdt s

s=

Ps
Pdt

4. Phơng pháp biến đổi tần số
Phơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f 1
sang tần số f2
Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thờng kéo theo cả việc điều chỉnh điện áp,
dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato.

Do vậy đây là một phơng pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị .
Có hai loại biến tần :

Biến tần trực tiếp: Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản
BBT
f1,U1

f1
f2

f2,U2

Hình 2.8. Biến tần trực tiếp

23