Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

tổng hợp hệ điện cơ.
Giáo viên hớng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
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 nhà h0:

4

[m].

Tốc độ truyền động v:

2,5

[m/s].

Gia tốc cực đại amax:

1,5

[m/s2].

Trọng lợng cabin G0:

1500 [kg].

Tải trọng định mức Gđm:

1300 [kg].

Đờng kính puli D:

0,4

[m].

Yêu cầu nội dung:
Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất cho 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/Similink.
Phơng án thiết kế:
Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp điều chỉnh tần
số.
Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu.
Tài liệu tham khảo:
Điện tử công suất.
Truyền động điện.
Tự động điều chỉnh truyền động điện.
Trang bị điện cho các máy công nghiệp dùng chung.
Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện.

1

MụC LụC
Chơng 1

Các yêu cầu về công nghệ và truyền động...... 3

1.1. Khái niệm chung về thang máy......................................................... 3
1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động................................... 9
Chơng 2

Lựa chọn phơng án truyền động......................... 12

2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều
dùng phơng pháp chỉnh lu........................................................

12

2.2. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ.............................. 15
Chơng 3

Tính toán công suất động cơ và mạch lực....... 19

3.1. Tính chọn công suất động cơ.............................................................19
3.2. Tính toán mạch biến đổi cấp cho động cơ........................................ 24
3.3. Tính toán mạch chuyển đổi cấp cho phần kích từ
cấp cho động cơ............................................................................. 26
Chơng 4

tổNG HợP Hệ THốNG.............................................................28

4.1. Mạch vòng dòng điện......................................................................... 28
4.2. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ.............................................................31
Chơng 5

Thíêt kế mạch điều khiển.............................................. 36

5.1. Điều khiển TIRISTO..........................................................................36
5.2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh lu............................................. 37
Chơng 6

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab.......42

Tài liệu tham khảo.................................................................................. 44

2


Chơng 1

Các yêu cầu về công nghệ và truyền động.

1.1. Khái niệm chung về thang máy.
1.1.1. Khái niệm.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo phơng
thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phơng thẳng đứng. Nó là một
loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền
kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện
kim, công nghiệp nhẹ... ở những nơi đó thang máy đợc sử dụng để vận chuyển
hàng hoá, sản phẩm, đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau... Nó đã
thay thế cho sức lực của con ngời và đã mang lại năng suất cao. Đặc điểm của vận

chuyển bằng thang may so với các phơng tiện vân chuyển khác là thời gian của
một chu kì vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý
nghĩa về vận chuyển, thang máy còn làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công
tình.Nhiều quốc gia trên thế giới đã qui định, đối với những toà nhà cao 6 tầng trở
lên đều phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời đi lại thuận tiện, tiết
kiệm thời gian và tăng năng suất lao động. Giá thành của thang máy trang bị cho
công trình so với tổng giá thành công trình chiếm khoảng (6 -> 7)% là hợp lý. Đối
với những công trình đặc biệt nh nhà máy, bệnh viện, khách sạn ... tuy số tầng nhỏ
hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải đợc trang bị thang máy. Với các nhà
nhiều tầng có chiều cao lớn thì viểc trang bị thang máy là cần thiết để phục vụ việc
đi lại trong toà nhà. Nếu vấn đề vận chuyển ngời trong các toà nhà này không đợc
giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực.
Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên
quan trực tiếp tới tài sản và tính mạng con ngời. Vì vậy yêu cầu chung đối với
thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng, sửa chữa là phải tuân
thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn đợc qui định trong các tiêu
chuẩn, qui trình, qui phạm.

3


Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì cha đủ
điều kiện đa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin
cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ, chuông báo, bộ
hãm bảo hiểm, an toàn cabin, khoá an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện
nguồn.
ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sử dụng trong công
nghiệp để trở hàng và ít đợc phổ biến. Nhng trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế
nớc ta đang có những bớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong
mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.

1.1.2. Phân loại thang máy:
Thang máy hiện nay đã đợc thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu,
nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình. Có thể
phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:
Theo công dụng: thang máy đợc phân thành 5 loại:

- Thang máy chuyên chở ngời: trong khách sạn, chung c, công sở...
- Thang máy chuyển chở ngời có tính đến hàng đi kèm: siêu thị, khu triển
lãm...

- Thang máy chuyên chở bệnh nhân: bệnh viện, khu điều dỡng...
- Thang máy chuyên chở hàng có ngời đi kèm: nhà máy, công xỡng, kho...
- Thang máy chuyên chở hàng không có ngời đi kèm.
Theo hệ thống dẫn động cabin:

- Thang máy dẫn động điện: loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động
điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp.

- Thang máy thuỷ lực (Bằng xilanh-pittong): Thang máy đợc đẩy lên từ dới
lên trên nhờ pittong-xilanh thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế(thờng tối đa là
18m).

- Thang máy khí nén.
Theo vị trí đặt bộ tời kéo:
4


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.
Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì
bộ tời kéo dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt.
Theo hệ thống vận hành:

- Theo mức độ tự động: + loại tự động
+ loại bán tự động.

- Theo tổ hợp điều khiển: + điều khiển đơn.
+ điều khiển kép
+ điều khiển theo nhóm.

- Theo vị trí điều khiển: + điều khiển trong cabin
+ điều khiển ngoài cabin
+ điều khiển cả trong và ngoài cabin.
Theo thông số cơ bản:

- Theo tốc độ di chuyển của cabin:
+ loại tốc độ thấp: v < 1m/s
+ loại tốc độ trung bình: v = 1 -> 2,5m/s
+ loại tốc độ cao: v = 2,5 -> 4 m/s
+ loại tốc độ rất cao: v > 4m/s

- Theo khối lợng vận chuyển của cabin:
+ loại nhỏ : Q < 500 kg
+ loại trung bình Q = 500 -> 1000kg
+ loại lớn Q = 1000 -> 1600kg
+ loại rất lớn Q > 1600kg
Theo kết cấu các cụm cơ bản:

- Theo kết cấu của bộ tời kéo:
+ bộ tời kéo có hộp giảm tốc
5


+ bộ tời kéo không có hộp giảm tốc
+ bộ tời kéo có sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều
chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính.
+ bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho
cabin lên xuống.

- Theo hệ thống cân bằng:
+ Có đối trọng
+ Không có đối trọng
+ Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành
trình lớn
+ Không có cáp hoặc xích cân bằng

- Theo cách treo cabin:
+ Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin
+ Có palăng cáp (Thông qua các puly trung gian) vào dầm trên cabin
+ Đẩy từ dới đáy cabin lên thông qua các puly trung gian.

- Theo hệ thống cửa cabin: một cửa, hai cửa...
- Theo bộ hãm bảo hiểm an toàn của cabin
Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang:

- Đối trọng bố trí phía sau.
- Đối trọng bố trí một bên.

Theo quĩ đạo di chuyển của cabin:

-

Thang máy thẳng đứng

-

Thang máy nghiêng

-

Thang máy zigzag.

1.1.3. Cấu tạo thang máy:
Thang máy có nhiều kiểu dạng khác nhau nhng nhìn chung có các bộ phận
chính sau: bộ tời kéo, cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin và
hệ thống phanh bảo hiểm; cáp nâng; đối trọng và hệ thống cân bằng; hệ thống ray
dẫn hớng cho cabin và đối trọng; bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở
6


giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ bảo hiểm để dừng cabin khi
tốc độ hạ vợt mức cho phép; tủ điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều
khiển tự động thang máy; cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khoá liên động.
Một số bộ phận chính:
a, Cáp thép :
Cáp thép là chi tiết rất quan trọng đợc sử dụng hầu hết trong các máy nâng
nói chung và thang máy nói riêng.
Yêu cầu chung đối với cáp phải là:

o An toàn trong sử dụng
o Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và máy, đảm
bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói
chung.
o Trọng lợng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu.
Trong thang máy thì ngời ta dùng từ 3ữ5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang.
b, Puly-puly ma sát:
Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là Puly ma sát), thờng
đợc dùng phổ biến trong thang máy. Puly ma sát có các rãnh riêng biệt mà không
theo hình xoắn ốc. Số rãnh cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động
trong máy và cách mắc cáp. Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát.
Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và
rãnh Puly. Hình dạng mặt cắt rãnh cáp trên Puly có ảnh hởng lớn đến khả năng kéo
và tuổi thọ của nó.
c, Tang cuốn cáp:
Ngời ta thờng sử dụng tang cuốn cáp đối với thang máy chở hàng (không có
đối trọng), loại này có kích thớc cồng kềnh và đòi hỏi công suất động cơ lớn so
với công suât động cơ dùng Puly ma sát. Trong máy nâng nói chung ngời ta dùng
tang cuốn cáp một lớp, trong trờng hợp dung lợng cuốn cáp trên tang lớn để giảm
dung lợng của tang ngời ta dùng tang nhiều lớp cáp. Khi tang quay đã biến chuyển
động quay thành chuyển động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ
phận khác.
7


Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định đầu cáp trên
tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay thì thì một nhánh cáp cuốn vào
với lực căng Fc = Fmax và nhánh kia nhả ra với lực căng Fn = Fmin.
Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang. Tang ma sát gồm
loại hình trụ và loại có đờng kính thay đổi.

Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải trọng đợc tính
từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều kiền làm việc với hệ số an toàn cần
thiết. Lực căng cáp nhỏ nhất Fmin trên nhánh nhả đợc tính từ điều kiện lực căng ban
đầu để truyền lực bằng ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép của cáp. Vậy
lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuốn cần thiết để dịch chuyển tải trọng là:
Fmax = U + Fmin
d, Phanh an toàn:
Để tránh cho ca bin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vợt
quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động dừng và giữ ca bin tựa trên các ray dẫn
hớng. Ca bin của tất cả các loại thang máy đều phải đợc trang bị phanh an toàn.
Phanh an toàn còn đợc đợc trang bị cho đối trọng khi đối trọng nằm trên lối đi
hoặc phần diện tích có ngời đứng. Theo nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng
đột ngột và phanh dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thờng đợc áp dụng đối với
loại thang máy có vận tốc cỡ 0.71m/s, theo kết cấu có các loại phanh nh phanh
kiểu nêm và kiểu cam. Đối với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại
thang máy đợc sử dụng trong bệnh viện thì thờng dùng loại phanh dừng êm dịu với
bộ phận công tác là nêm hoặc kẹp. Phanh an toàn thờng lắp với cáp nâng(đợc sử
dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc động (dùng
cho thang máy sử dụng Puly ma sát).

1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động:
Yêu cầu cơ bản nhất đối với thang máy đó là dễ điều khiển, di chuyển êm
dịu, dừng chính xác và đảm bảo an toàn ngay cả khi mất điện hay đứt cáp. Thang
máy đợc bố trí ở các công sở, nhà ở những nơi mà ngời sử dụng không phải ai
8


cũng có trình độ hiểu biết nhiều về thang máy do vậy hệ thống điều khiển càng
đơn giản càng dễ sử dụng. Cũng chính vì vậy ngời ta thích dùng động cơ điện
không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Tuy nhiên động cơ rôto lồng sóc

chỉ dùng cho thang máy chạy chậm vì nó không đáp ứng dợc các yêu cầu về dừng
máy chính xác, đồ thị tốc độ tối u và số lần đóng điện trong một giờ bị hạn chế.
Ngày nay nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn mà động cơ một chiều cũng đã
đợc sử dụng phổ biến. Để đảm bảo tính chất an toàn trong mạch khống chế ngời ta
bố trí nhiều công tắc chuyển đổi, công tắc hành trình và tiếp diểm điều kiện, dùng
phanh hãm cơ điện và phanh hãm bảo hiểm. Phanh bảo hiểm giữ buồng thang máy
tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển vợt quá (20->40)% tốc độ
định mức. Phanh bảo hiểm thờng dùng loại kiểu kìm, nó đảm bảo cho thang máy
dừng êm. Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang. Cùng với cơ cấu
phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm.
Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm quay. Khi
tốc độ di chuyển buồng thang tăng cơ cấu đai truyền sẽ làm cho tang truyền quay
và kìm sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hớng và hạn chế tốc độ của buồng
thang. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy
và khi hãm máy. 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. Nhng khi gia
tốc lớn sẽ gây ra cảm giác khó chịu cho khách hàng. Bởi vậy gia tốc tối u là a
2m/s2. Một yếu tố quyết định việc tăng giảm gia tốc nữa đó là độ giật. Độ giật ()
chính là sự biến thiên của gia tốc khi tăng và khi giảm. Khi gia tốc a 2m/s2 thì độ
giật 20m/s3.
Ngoài ra hệ truyền động còn có các yêu cầu sau:
o Yêu cầu về truyền động: Truyền động trong hệ thang máy phải là loại
truyền động có đảo chiều quay.
o Yêu cầu về gia tốc: gia tốc a 2 m/s2.

gia tốc cực đại a =1,5 m/s2.
o Yêu cầu về cơ cấu hãm:

9

+ Buồng thang phải dừng chính xác
+ Không đợc rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo.
+ Quá trình hãm êm và chính xác.
+ Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang tại chỗ khi tốc độ di chuyển 20
% tốc độ định mức .
o Yêu cầu về tính chất mômen quán tính:

J = const

o Yêu cầu về vận hành: Không đợc vận hành trong trạng thái bất bình thờng, nếu cần đảo chiều tốc độ phải êm, tốc độ không đợc giảm đột ngột
Khi lựa chọn hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu sau:
o Độ chính xác khi dừng máy
o Tốc độ di chuyển của buồng thang
o Gia tốc lớn nhất cho phép
o Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Sơ đồ sau cho ta thấy mối liên hệ
giữa quãng đờng, vận tốc, gia tốc và độ giật nh sau: ta thấy quá trình di chuyển của
thang máy có 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng
thang đến tầng và hãm dừng. Đối với thang máy chạy chậm thì chỉ có ba giai đoạn:
mở máy, chế độ ổn định và hãm dừng.
Dựa vào đồ thị tốc độ của thang máy ta thấy rằng phụ tải trong hệ truyền
động là loại phụ tải ngắn hạn lặp lại, quá trình mở máy, chuyển động với vận tốc
ổn định, hãm máy đợc diễn ra liên tục lặp đi lặp lại trong suốt quãng đờng từ tầng
1 cho tới tầng trên cùng.

10


S, v , a

Hãm xuống tốc độ thấp

Chế độ ổn định

v



Hãm dùng

Mở máy

Đến tầng

S



a


t
0

t1

t2

t3

a


a




Đồ thị tối u

11


Chơng 2

Lựa chọn phơng án truyền động.

Tính chọn phơng án truyền động cho hệ thống để thu đợc mô hình hệ thống
tối u nhất trong qua trình làm việc với thời gian di chuyển tối u, êm dịu cũng nh
tổn hao công suất và tổn hao năng lợng là nhỏ nhất, đồng thời các chi phí cũng hợp
lý. Trong truyền động thang máy thì động cơ là có đảo chiều quay và điều chỉnh
tốc độ. Theo đó ta có hai phơng án chủ yếu sau để tính chọn:
o Dùng hệ truyền động động cơ xoay chiều có điều chỉnh tần số.
o Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu.
2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu:
Do chỉnh lu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở, còn
khoá theo điện áp lới 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 nh cấu trúc mạch
điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic điều

khiển chặt chẽ. Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều:
o Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động
cơ.
o Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T - Đ đảo chiều có nhiều song đều
thực hiện theo hai nguyên tắc và đợc 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.

12


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.

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

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
.

13


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 nhiên kich thớc cồng kềnh, vốn đầu t và tổn thất lớn.

o 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, nh vậy khi điều
khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn. Sơ đồ 4,5 dùng nguyên tắc
điều khiển liên tục.
o Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trng (sơđồ 3) và (sơ đồ 4) :
2.1.1. Truyền động T-Đ 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. Có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ

14


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. Nếu giữ nhịp điệu giảm
2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện
khởi động ngợc không đổi điều này đợc 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 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 .
2.1.2. Truyền động T-Đ 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 .
Nếu chọn |Ed1| = |Ed2| thì 1+ 2= và ta có phơng 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.
Trong phơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảoEd2 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 th ờng
dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb.
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. Sở
dĩ nh vậy là do ĐKB có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng
nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên trớc đây các hệ truyền
động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều
tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây
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 động
cơ một chiều.
15


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 định
hớng xây dựng hệ truyền động động cơ không đồng bộ, ngời ta có xử lý hớng tiếp
cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều.

Trong công nghiệp thờng sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :
2.2.1. 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.
2.2.1.1. Điều chỉnh điện trở mạch rôto:
Ta có thể điều chỉnh đợc tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto,
phơng pháp này thực hiện điều chỉnh trơn điện trở rôto bằng các van bán dẫn, u thế
của phơng pháp là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch rôto
ĐCKĐB :
Rr = Rrd + Rf .
Trong đó : Rrd :điện trở đây quấn roto.
Rf :điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto.
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: M =

3I r2 Rrd
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 rôto cho truyền
động có mômen tải không đổi.
Phơng pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phơng pháp xung :
Re = R0

td
t
= R0 d = R0 .

td + tn
T

Re là điện trở tơng đơng trong mạch rôto đợc tính theo thời gian đóng t d và
thời gian ngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R 0 vào mạch hay
không .

16


2.2.1.2. 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.
Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì:
Ps = M c .( 1 ) = M c 1 s = Pdt s
s=

Ps
Pdt

a)
Phơng pháp biến đổi tần số:
Phơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh
tần số f1 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 nh sau:

U1,f1

Mạch van

U2,f2

Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tải với tần
số f2. Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ
mạch van khá phức tạp, có số lợng van lớn nhất với mạch 3 pha .Việc thay đổi tần
số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1.
* Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc nh sau : Trong sơ đồ này có khâu trung
gian là một chiều. Điện áp xoay chiều đợc biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lu,
qua bộ lọc rồi đợc biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lu độc lập.
Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f 2 mà không phụ
thuộc f1. Loại biến tần này cho phép nhận đợc ở đầu ra tần số biến thiên dải rộng,
dễ điều chỉnh tần số, điện áp bằng cách tác động vào mạch điều khiển. Thông th ờng ngời ta hay dùng điều chỉnh tần số ở mạch chỉnh lu, cũng có trờng hợp điều
chỉnh cả hai ở nghịch lu tuy nhiên mạch điều khiển phức tạp. Nhợc điểm của loại
này là hiệu suất không thể cao vì có hai quá trình biến đổi năng lợng.

17


Pac, f1

CL

Pdc

Mạch
lọc

Pdc

NLĐL

Pac,f2

MĐK

Kết Luận: Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên ta thấy cả hai phơng
án đều có những u điểm thoả mãn yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở đây ta chọn phơng án dùng loại hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay vì
nó có các u điểm nổi bật sau đây:
Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do
các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao. Điều này thuận
tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống.
Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ ba
pha bởi vì loại này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều
lớn. Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng
mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòng chảy giữa các bộ biến đổi.
Sử dụng hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt
đợc đồ thị tốc độ tối u (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt đợc dạng đồ
thị gần giống mà thôi).

18


Tính toán công suất động cơ và mạch lực

Chơng 3

3.1. Tính chọn công suất động cơ:

3.1.1. Tính chọn mô men tĩnh của động cơ:
Để đơn giản ta giã sử thang máy luôn làm việc ở chế độ định mức. Khi đó
khối lợng của đối trọng:
Gđt = G0 + Gđm
Theo quyển [1] thì = 0,5 lúc đó lực kéo đặt lên Puli là:
F = (Gđm + G0 k1. G1 - Gđt).g
Trong đó:
k1:

Số lần dừng của buồng thang



Độ giãm tải sau mỗi lần dừng

G1 :

g:

Gia tốc trọng trờng

Do vậy:
F = [Gđm (1 - ) k1. G1].g
Tại tầng thấp nhất:
F = [Gđm (1 - ) 0. G1].g
= Gđm (1 - ).g
Vậy lực tác dụng lên Puli trong quá trình nâng tải và hạ tải sẽ là:
Fnt = F = Gđm (1 - ).g = 1300(1 0,5)9,1 = 6376,5

[N]

Fht = -F = Gđm (1 - ).g = -1300(1 0,5)9,1 = -6376,5

[N]

Nh vậy mô men tơng ứng là:
D
0.4
6376,5.
2 =
2 = 100, 02
M nt =
i.
15.0,85
Fnt

M ht =

D
0, 4
1367,5.
2 . =
2 .0,85 = 72, 267
i
15

Fht .

[N.m]

[N.m]

19


v[m/s]
a[m/s2]
p[m/s3]

Mở máy

Chế độ ổn định

Hãm xuống tốc độ thấp

Hãm dừng
Đến tầng

3.1.2. Tính toán hệ số đóng điện tơng đối.

v
a
s
t0

t1

t2 t3

a

t

a

Gọi các tham số tại thời điểm t i tơng ứng là i , vi, ai, si dựa vào sơ đồ tối u ở
trên ta thấy:
Ta có: =

da d 2v d 3 s
=
=
dt dt 2 dt 3



a = a0 + .t

t2

v = v0 + a0 .t +
2

2

t
t3
s = s0 + v0 .t + a0 . +
2
6

2
3
Theo quyển [1] thì gia tốc tối u là a 2 m / s thì 20 m / s . Đối với
3
thang máy chở hàng thì ta cần nhanh là chủ yếu. ở đây ta chọn = 20 m / s .

Xét trong khoảng thời gian t0 t1 ta có:
t01 =

a 2,5
=
= 0,125
20

v1 = v0 + a0 .t01 + .

[s]

t012
2

20


= 0 + 0.0,125 + 20.
s1 = s0 + v0t + a0 .

0,1252
= 0.15625

2

[m/s]

t012
t3
+ . 01
2
6

= 0 + 0.0,15625 + 0.

0,1252
0,1253
+ 20.
= 6,5.10 3
2
6

[m]

Xét trong khoảng thời gian t2 t3 ta có:
t23 = t3 t2 =

a 2,5
=
= 0,125
20

v3 = v2 + a2 .t23 + .

[s]

2
t23
2

= v2 + 2,5.0,125 20.

0,1252
= v2 + 0,15625
2

v2 = v3 0,1562 = 2,5 0, 05625 = 2,34375

[m/s]

2
3
t23
t23
s23 = v2t23 + a2 . + .
2
6

0,1252
0,1253
= 2,34375.0,125 + 2,5.
20.
= 0,3255

2
6

[m]

Xét trong khoảng thời gian t1 t2 ta có:
t12 =

v2 v1 2,34375 0,15625
=
= 0,875
a
2,5

s12 = v1t12 + a.

t122
0,8752
= 0,15625.0,875 + 2,5.
= 1, 09375
2
2

[s]
[m]

Tổng thời gian mở máy là:
tm = t01 + t12 + t23 = 0,125 + 0,875 + 0,125 = 1,125

[s]

Quảng đờng mà thang máy chuyển động đợc trong thời gian mở máy là:
sm = s01 + s12 + s23 = 6.5.103 + 0,3255 + 1, 09375 = 1.425

[m]

Coi khoảng thời gian mở máy bằng thời gian hãm xuống tốc độ thấp. Và
thời gian hãm là 0,15 [s] thì quảng đờng trong thời gian hãm là 0,03[m]. Vậy thời
gian thang máy làm việc với vận tốc ổn định là:

21


tod =

h 2.sm 0, 03 4 2.1, 425 0, 03
=
= 0,56
a
2,5

[s]

Thời gian thang máy làm việc trong một tầng là:
tlv1t = 2.1,125 + 0,56 + 0,15 = 2,96

[s]

Thời gian thang máy làm việc trong một chu kỳ là:
tlvck = 6.2,96 = 17, 76

[s]

Tra quyển[1] ta thấy với loại thang máy cửa rộng 80 [mm] mở cửa tự động
thì thời gian nghĩ trong một tầng là 7,2[s]. Nh vậy thời gian nghĩ việc trong một
chu kỳ là:
tnvck = 6.7, 2 = 43, 2

[s]

Hệ số đóng điện tơng đối là:
% =

tlvck
17, 796
=
= 0, 29%
tlvck + tnvck 17, 796 + 43, 2

Có tải

Không có tải

Đồ thị phụ tải của thang máy:

3.1.3. Tính chọn công suất động cơ.
Mô men đẳng trị:
M dt =

t .M

t
lvi

lvi

M dt =

2
i

=

tlvnt .M nt2 + tlvht .M ht2
tlv

M nt2 + M ht2
100, 022 + 72, 262
=
= 87,36
2
2

[N.m]

Tốc độ góc quy về trục động cơ:
dc = 2.i.

v
2,5
= 2.15.

= 187,5
D
4

[Rad/s]

Tốc độ dài quy về trục động cơ:
22


ndc = 60.

dc
187,5
= 60.
= 1791
2
2.3,14

[v/phút]

Công suất đẳng trị động cơ:
Pdt = M dt .dc = 87,36.187,5 = 16,38

[KW]

Từ đó ta chọn động cơ một chiều kích từ song song loại _ 31 theo quyển
[2] ta có các thông số cơ bản nh sau:
Loại

Chế

Tốc độ iđm

r + rcp

rcks

Iktđm

Chế độ

độ TĐ của cuôn

định

[ ]

[ ]

[A]

điện

[%]

ổn định[

mức

]
0,012

[v/p]
1360

_ 31 40%

Điện trở

[A]

áp
50,5

0,194

1,07

1,42

[V]
220

Trong hệ truyền động này ta sử dụng hai bộ biến đổi chỉnh lu Thysistor cầu
ba pha điều khiển riêng cấp cho mạch phần ứng và một bộ chỉnh lu cầu Diot ba
pha cấp cho mạch kích từ. Ta có mạch lực của hệ truyền động nh sau:

Bộ biến đổi 1

BAN
UA

Bộ biến đổi 2

T14

T16

T12

T21

T23

T25

T11

T13

T15

T24

T26

T22

Ua

UA

Ub
Uc

UA

Lu

M
D5

D2

D3

D6

D1

D4

UC

UB

UA

Ua

Ub
Uc

BAK

3.2. Tính toán mạch biến đổi cấp cho động cơ.

23


3.2.1. Điện áp không tải chĩnh lu và điện áp ra của MBA.
Điện áp không tải U d 0 của bộ chỉnh lu:
1.U d 0 .cos min = 2 .Eudm + U v + I u max .Ru



+ U max

Trong đó:


1 = 0,95 : Hệ số tính đến sự suy giảm điện áp lới.



2 = 1, 04 > 1, 06 : Hệ số dự trữ MBA.

min : Góc điều khiển cực tiểu. Đối với sơ đồ đảo chiều
min = 120 (m = 6 xung ); min = 180 (m = 12 xung ).

ở đây ta chọn min = 120 (m = 6 xung ).


U

v

: Tổng sụt áp trên các van. Tại mỗi thời điểm có hai van dẫn;

sụt áp trên mỗi van là 2[V] U v = 2.2 = 4[V ] .


Ru : Điện trở đẳng trịn quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở

toàn phần mạch phần ứng; Điện trở MBA; Điện trở cuộn kháng lọc
một chiều. Ru = 0,194[] .


I u max

Dòng phần ứng cực đại,

I u max = (2 .. 2,5) I udm

ta chọn

I u max = 2.I udm = 2.50,5 = 101[ A] .

Sụt áp cực đại do trùng dẫn U max
U max = U dm

I u max I udm
.
I udm I ddm

Trong đó:
+>Idđm: Dòng định mức của bộ biến đổi.
+> U dm : Sụt áp trùng dẫn định mức:
U dm = U d 0 .U k .Y

Với:
U k : Điện áp ngắn mạch %
Y =0,5

24


Nếu iđm = iddm ta có:
U do .

Với =

2 .Eudm + UV + Ru

.I
u max
1.cos min Y .U k .

I u max
= 2 là bội số dòng điện nh vậy:

I u min

U do .

1, 05.210, 203 + 4 + 0,194.101
= 278
0,95.cos120 0,5.5%.2

[V]

Điện áp đầu ra của MBA:
U2 =

U d 0 278
=
= 206
K sd 1,35

[V]

3.2.2. Tính chọn MBA.
MBA nguồn đấu theo kiểu / Y có U1 = 380 [V]
Tỷ số biến đổi của MBA:
k BAN =

U1 U1. 3 380. 3
=
=
= 13,16
U2

U2
200

Dòng thứ cấp của MBA:
I 2 = kdd .I d = 0, 79.50, 05 = 39,9

[A]

Dòng sơ cấp của MBA:
I1 =

1
k BAN

.I 2 =

1
.39,9 = 3, 03
13,16

[A]

Công suất định mức của MBA:
S BAN = 1, 05.U d 0 .I d = 1, 05.270.50,5 = 14,32

[kW]

3.2.3. Tính chọn Thysistor
Dòng trung bình qua mỗi van:
1

1
IT = .I dm = .50,5 = 16,83
3
3

[A]

Dòng cực đại qua mỗi van là:
1
ITMax = .I dMax .ki
3

Với ki =1,2 là hệ số dự trữ dòng điện, nh vậy:

25