Thiết kế điều khiển thang máy chở người năm tầng

Khoa điện - Bộ Môn Tự Động Hoá

Đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu
Trong nhiều thế kỷ qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần
đáng kể vào sự phát triển của điều khiển tự động và tự động hoá. Có thể nói,
ngày nay, không một hệ thống điều khiển tự động thực tế nào, dù đơn giản, mà
không có sự góp mặt của vi xử lý, của máy tính và phần mềm. 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 ch ơng trình điều
khiển. Trong rất nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau, 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,
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. 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 chóng của các loại PLC, để ứng dụng
bộ điều khiển lập trình PLC vào điều khiển thang máy tiện lợi và đơn giản.
===================================================================
1


Khoa điện - Bộ Môn Tự Động Hoá

Đồ án tốt nghiệp

Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Liễn 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 năm tầng. Do thời gian có hạn và sự hiểu biết còn hạn chế nên
trong bản đồ án này em không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy
cô giúp đỡ và chỉ bảo cho em.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô !

===================================================================
2


Mục lục

Trang
Lời nói đầu 1
Mục lục. 3
Chơng I: Giới thiệu chung về thang máy chở ngời
I.1.Giới thiệu chung . 5
I.1.1.Giới
thiệu ... 5
I.1.2.Phân loại thang máy 5
I.2.Cấu tạo phần cơ 8
I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động 10
I.4.Tính chọn biến tần và động cơ .12
I.4.1.Tính chọn động cơ 13
I.4.2.Chọn biến tần 19
I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần 19
I.4.2.2.Chọn biến tần .. 26
Chơng II: Vấn đề điều khiển thang máy
II.1. Yêu cầu chung về điều khiển..34
II.2. Chọn thiết bị điều khiển..37
II.2.1.Tổng quan về PLC ..37
II.2.1.1.Giới thiệu về PLC 37
II.2.1.2.Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC .40
II.2.1.3.Đặc điểm chung của bộ điều khiển khả trình PLC 41
II.2.1.4.Cấu trúc phần cứng của PLC .43
II.2.2.Sensor 48

Chơng III: Lập trình điều khiển
III.1.Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng cho PLC 51
III.2.Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chơng trình ...52
III.3.ứng dụng bộ điều khiển PLC vào điều khiển thang máy năm tầng53.
III.3.1.Luật điều khiển thang máy 53

III.3.2.Lu đồ điều khiển thang máy 56
III.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC ... 58


III.3.4.Giản đồ thang điều khiển thang máy năm tầng 61
Kết luận72
Tài liệu tham khảo. 73

Chơng I
Giới thiệu chung về thang máy
I.1.Giới thiệu chung:
I.1.1.Giới thiệu:
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở ngời theo phơng thẳng
đứng. 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, trong các xí
nghiệp sản xuất kinh doanh góp phần thay thế sức ngời và mang lại năng suất
cao.
I.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.
+ 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,
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.
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 < 160 KG
+ Thang máy loại trung bình: Q = 500 ữ 2000 KG
+ Thang máy loại lớn: Q > 2000 KG
3.Phân loại theo tốc độ di chuyển của ca bin:
+ Thang máy chạy chậm: v = 0,5 m/s
+ Thang máy tốc độ trung bình: v = ( 0,75 ữ 1,75 ) m/s
+ Thang máy cao tốc: v = ( 2,5 ữ 5 ) m/s
4.Phân loại theo hệ thống vận hành:
+ Theo mức độ tự động:
Loại nửa tự động
Loại tự động
+ 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:
+ 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 thuỷ lực:
Buồng thang đặt tại tầng trệt.
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 bộ tời kéo:
+ Theo hệ thống cân bằng:
Có đối trọng.
Không có đối trọng.
Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho thang máy có hành trình
lớn.
Không có cáp hoặc xích cân bằng.
+ Theo cách treo ca bin và đối trọng.
+ Theo hệ thống cửa ca bin:
Phơng pháp đóng, mở cửa ca bin.
Theo kết cấu cửa ca bin.
Theo số cửa ca bin.
+ Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn ca bin.
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.
I.2.Cấu tạo phần cơ:

5
6
4

7

3

8

9
2
10
1

Hình I.1.Kết cấu bố trí thiết bị của thang máy
Hình I.1 là sơ đồ cấu tạo của thang máy chở ngời thông11dụng 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.
2- Gọng kìm.
3- Khung của buồng thang.

4- Puli quấn cáp.
5- Hộp giảm tốc.
6- Động cơ.
7- Giá treo.
8- Buồng thang.
9- Thanh dẫn hớng.
10- Cáp treo
11- Hố giếng.
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.

I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động:
Sơ đồ tổng quan:


Các thông số kĩ thuật của thang máy:
Số tầng:
5 tầng
Chiều cao trần nhà:
4,5 m
Trọng lợng ca bin:
1000 Kg
Trọng lợng định mức:
900 Kg
Tốc độ của thang:
1 m/s
Gia tốc cực đại:
1,5 m/s2
Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s3
Đờng kính puli dẫn độmg:
0,45 m
Tính toán công suất của động cơ:
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
Pc =

k .(Gbt + G ).v.g .10 3


( KW )

Trong đó:

Gbt: Khối lợng buồng thang (Kg); ta có Gbt = 1000 Kg
G: Khối lợng hàng (Kg); ta có G = 900 Kg
V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s
g: Gia tốc trọng trờng (m/s2); ta lấy g = 9,81m/s2
: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy = 0,8
k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hớng và đối trọng;
ta lấy k = 1,2


Pc =

1,2 ì (1000 + 900) ì 1 ì 9,81 ì 10 3
= 27,9585( KW )
0,8

Vậy Pc = 27,9585(KW)
+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng:


1
Pcn = ( G + Gbt ). Gdt . .v.k .g .10 3




mà Gđt = Gbt + .G

( KW )

(Kg)

Trong đó: là hệ số cân bằng; ta chọn = 0,4
Gđt = 1000 + 0,4ì900 = 1360 (Kg)
1


Pcn = ( 900 + 1000) ì
1360 ì 0,8 ì 1 ì 1,2 ì 9,81 ì 10 3 = 15,15( KW )
0,8



Vậy Pcn = 15,15 (KW).
+ Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải có dùng đối trọng:

1
Pch = ( G + Gbt ). + Gdt . .v.k .g .10 3
( KW )


1

Pch = (1000 + 900) ì 0,8 + 1360 ì
ì 1 ì 1,2 ì 9,81 ì 10 3 = 37,9( KW )

0,8


Vậy Pch = 37,9(KW).

I.4.Tính chọn biến tần và động cơ:
Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ
truyền động, chọn một loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau:
+ Độ chính xác khi dừng.
+ Tốc độ di chuyển buồng thang.
+ Gia tốc lớn nhất cho phép.
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
* Ngày nay hệ truyền động cho thang máy chở ngời có tốc độ trung bình hầu
hết đều sử dụng hệ truyền động biến tần - động cơ rôto lồng sóc kết hợp với bộ
điều khiển PLC. Hệ truyền động này có u và nhợc điểm là:
Ưu điểm:
+ Có thể thay đổi đợc các thông số thông qua việc lập trình cho biến tần.
+ Có khả năng thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lập trình cho
biến tần.
+ Có khả năng thay đổi thời gian khởi động, thời gian hãm một cách mềm
mại để giảm độ dật cho buồng thang, điều khiển tốc độ mềm hoàn toàn.
+ Có khả năng giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành và bảo dỡng.


Nhợc điểm:
+ Giá thành đầu t cao song ngày nay với việc chế tạo hàng loạt nên giá
thành cho một biến tần ngày càng giảm.
+ Dạng điện áp đầu ra của biến tần có chứa nhiều sóng hài nên dễ gây
nhiễu cho lới điện áp ba pha và lới thông tin ở gần vị trí đặt biến tần nhất
là đối với các biến tần công suất lớn thì khả năng gây nhiễu lớn nên các bộ
biến tần công suất lớn thờng đợc chế tạo kèm theo với một bộ lọc nhiễu.

I.4.1.Tính chọn động cơ:
1.Tính mô men nâng và mô men hạ:
Mô men nâng tải:

Mn =

(G + Gbt Gdt ).R
u.i. c

Trong đó:
G: Trọng lợng tải (Kg)
Gbt: Trọng lợng buồng thang (Kg)
Gđt: Trọng lợng đối trọng (Kg)
u: Bội số hệ thống ròng rọc; chọn u = 1
i: Tỉ số truyền; ta có:

i=

2Rn
v.u

R: Bán kính puli dẫn động; R =

D 0,45
=
= 0,225( m)
2
2

Động cơ dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s.
Vậy i =
Mn =

2 ì 3,14 ì 0,225 ì 15,08

= 21
1ì1

(900 + 1000 1360) ì 0,225 ì 9,81
= 70,95( Nm)
1 ì 21 ì 0,8

Vậy Mn = 70,95(Nm)
Mô men hạ tải:
Mh =
Mh =

( G + Gbt Gdt ).R
u.i

1
2
c


( 900 + 1000 1360) ì 0,225 2

Vậy Mh = 42,57(Nm).

1 ì 21

( Nm)

1
ì 9,81 = 42,57( Nm)
0,8


2.Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang bao gồm:
Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định.
Thời gian mở máy và hãm máy.
Tổng thời gian còn lại: thời gian đóng mở cửa buồng thang + thời gian ra
vào buồng thang của hành khách.
Ta có biểu đồ tốc độ tối u, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ dật:

Ta có phơng trình tốc độ, phơng trình quãng đờng:
da
= a = .t + a 0
dt
dv '
= a = v'
dt


ds
= v v = s'
dt
v=

1 2
.t + a 0 .t + v0
2

và

s=

1 3 1 2
.t + a.t + v0 .t
6
2

Để con ngời không có cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) và độ dật
= 15 (m/s3).
* Thời gian mở máy:
a

1,5

max
t1 = = 15 = 0,1( s)

v1 =

1 2
1
.t1 + a 0 t1 + v 0 = ì 15 ì 0,12 + 0 + 0 = 0,075(m / s )
2
2

s1 =

1 3 1 2
1
.t1 + a.t1 + v 0 t1 = ì 15 ì 0,13 + 0 + 0 = 0,0025(m)
6
2
6
1
2

2
v3 = .(t 3 t 2 ) + a max ( t 3 t 2 ) + v 2

mà v3 = 1(m/s)
v2 = v1 + amax.(t2 - t1)
t1 = t3 - t2 =0,1(s)
Thay vào phơng trình của v3 ta có:
1
1 = ì 15 ì 0,12 + 1,5 ì 0,1 + 0,075 + 1,5 ì ( t 2 t1 )
2

t2 - t1 = 0,6(s)
Vậy thời gian mở máy:
Tm = t1 + (t2 - t1) + (t3 - t2) = t3 = 0,1 + 0,6 + 0,1 = 0,8(s).
Các quãng đờng:
+ s1 = 0,0025(m)
+
s2 =

1
1
1
(t 2 t1 ) 3 + a max (t 2 t1 ) 2 + v1 (t 2 t1 ) = 0 + ì 1,5 ì 0,6 2 + 0,075 ì 0,6 = 0,315(m)
6
2
2
1
6

1
2

+ s3 = (t 3 t 2 ) 3 + a(t 3 t 2 ) 2 + v2 (t 3 t 2 )
mà t3 - t2 = 0,1(s)

v2 = v1 + amax.(t2 - t1) = 0,075 + 1,5ì0,6 = 0,975(m/s)
s3 =

1
1
ì 15 ì 0,13 + ì 15 ì 0,12 + 0,975 ì 0,1 = 0,1075(m)
6
2

Vậy sm = s1 + s2 + s3 = 0,0025 + 0,075 + 0,315 = 0,425(m).


Giả thiết quãng đờng từ khi gặp sensor giảm tốc đến khi dừng là sd = 0,45 (m)

slv = 4,5 - 0,425 - 0,45 = 3,625 (m)
* Thời gian thang máy chuyển động đều là:
Tlv =

slv 3,625
=
= 3,625( s )
v3
1

* Giả sử thang máy từ khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng chuyển động chậm
dần đều với tốc độ giật bằng không và quãng đờng hãm là 0,045 (m), vận tốc
giảm xuống còn 0,2 (m/s).
Ta có:
s = vtb.t


t=

s
0,4
=
= 0,67( s )
vtb 0,2 + 1
2

Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng:
t=

0,45 0,4 0,045

= 0,025( s)
0,2

Thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
t=

0,045
0,045
=
= 0,45( s )
0,2 + 0
0,1
2

Vậy thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là:
Th+d = 0,67 + 0,025 + 0,45 = 1,145 (s)
Tổng thời gian hoạt động trong một tầng của thang máy là:
T = Tm + Tlv + Th+d = 0,8 + 3,625 + 1,145 = 5,57 (s)
Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng là 5(s).
Vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy là: 5,57 + 5 = 10,57 (s).
Khi thang đi đến tầng 5, cho dừng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống.
+ Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng 2
lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang
chạy từ tầng 4 lên tầng 5 bằng 5,57(s).
+ Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s).
3.Tính mô men đẳng trị và tính chọn công suất động cơ:
* Mô men đẳng trị:


n

M dt =

M .t
t
i =1

2
i

i

i

Trong đó Mi là trị số mômen tơng ứng với khoảng thời gian ti.
M dt =

M n2 .t + M h2 .t
=
2.t

70,95 2 + 42,57 2
= 58,5( Nm)
2

mà Pđt = Mđt.Đ
Trong đó Đ là vận tốc góc của động cơ, ta có:
D =

n

60.v.i
60 ì 1 ì 21
=
=
= 93,37(rad / s )
9,55 9,55.2 .R 9,55 ì 2 ì 3,14 ì 0,225

Pđt = 93,37ì58,5 = 5462 (W) = 5,462(W).
* Tính hệ số tiếp điện tơng đối:
tilv
TĐ% =
Trong đó: tilv là khoảng
t +thời
t gian làm việc
ilv

ing

ting là khoảng thời gian nghỉ
TĐ% =

2ì4ì5,57

ì100% = 42%
2ì4ì5,57 + 2ì5ì5 + 10
Trong thực tế động cơ dùng cho cầu trục, máy nâng-hạ thờng có hệ số
tiếp điện TĐ% = 25%, vì vậy ta quy đổi công suất động cơ về loại có
TĐ% = 25%.
P = Pđt

TĐth%
TĐtc%

= 5,462

42
25

= 7 (KW)

Dựa vào cuốn Các đặc tính động cơ trong truyền động điện ta chọn động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25%.
Kí hiệu: MTK-22-6 có các thông số sau:
Pđm = 7,5 KW
nđm = 905 vg/ph
Istđm = 19,3 (A)
Ist0 = 12 (A)
Rst = 0,685 ()
Xst = 0,733 ()
Mô men quán tính của rôto: J = 0,138 Kgm2


Khối lợng của động cơ : Q = 153 Kg
4.Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn:
Ta có:
Mđm =

Pđm
đm

mà đm =

2..n = 2ì3,14ì905 = 94,72 (rad/s)
60
60

Mđm =

7,5ì103 = 79,18 (Nm)
94,72

Thực tế động cơ chịu M = 2,3.Mđm = 2,3ì79,18 = 182,11 (Nm)
mà ta có: Mđt = 58,5 (Nm)
Mđc > Mđt vì vậy theo phơng pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu về mặt
phát nóng.

I.4.2. Chọn biến tần:
I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần:
* Bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi năng lợng điện từ tần số công nghiệp
(50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều.
* Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn.
Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở
không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi.
Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số.
* Các bộ biến tần đợc chia làm hai loại chính:
a.Bộ biến tần phụ thuộc (hay BBT trực tiếp):
Sơ đồ khối:

BBT
f1

f1,U1

f2,U2

f2

Hình I.4. Cấu trúc của BBT trực tiếp.
BBT trực tiếp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f 1 thành f2,
không qua khâu chỉnh lu nên hiệu suất cao nhng việc thay đổi tần số ra
khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1.
b.Bộ biến tần độc lập (hay BBT gián tiếp):
+ Sơ đồ khối:
Id

+
U1,f1

CL

Lọc

Ud

U1,f1
NL

ĐK

Hình I.5. Cấu trúc của BBT gián tiếp.
+ Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) đợc chỉnh lu thành nguồn một
chiều nhờ bộ chỉnh lu không điều khiển hoặc bộ chỉnh lu điều khiển, sau đó đợc
lọc và bộ nghịch lu sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số
biến đổi cung cấp cho động cơ.
+ Tuỳ theo tính chất của bộ chỉnh lu và dạng tín hiệu đầu ra mà BBT gián tiếp
chia ra BBT nguồn dòng hay BBT nguồn áp:
Bộ biến tần nguồn dòng: có nguồn cấp một chiều là nguồn dòng, điện trở
trong của nguồn rất lớn. Dạng dòng điện của nguồn dòng xác định dạng
dòng điện ra trên tải, còn dạng điện áp trên tải thì phụ thuộc các thông số
tải. Đặc điểm là có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng đợc sử dụng
rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha, động cơ rôto
lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lu và một cầu biến tần, mỗi tiristor đợc
nối tiếp thêm một điôt gọi là điôt chặn.
Bộ biến tần nguồn áp: Ta có cấu trúc BBT nguồn áp:


- Bộ biến tần nguồn áp có nguồn cấp một chiều là nguồn áp, điện trở trong rất
nhỏ. Dạng điện áp của nguồn áp xác định dạng điện áp ra trên tải, còn dạng
dòng điện tải thì phụ thuộc các thông số của tải. Việc điều chỉnh điện áp ra ở
trên tải đợc thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch
lu. Phơng pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào
lới.
- Nguyên lý của BBT nguồn áp bao gồm một mạch chỉnh lu CL, chỉnh lu điện áp
xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều. Điện áp một chiều này qua mạch lọc
trung gian L sau đó đa vào bộ nghịch lu NL tạo ra điện áp xoay chiều ba pha có
tần số và biên độ khác so với điện áp lới.
- Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với bộ biến tần nguồn áp:
Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp.

Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và tơng
ứng là tốc độ của động cơ.
Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ
thông khe hở trong không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở stator, có thể
xem suất điện động E điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nhng
giữ nguyên điện áp sẽ dẫn đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến
bão hoà mạch từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng


tổn hao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao. Ngợc lại từ
thông khe hở không khí giảm dới định mức sẽ làm giảm khả năng tải của động
cơ. Vì vậy, việc giảm tần số động cơ dới tần số định mức thờng đi đôi với việc
giảm điện áp pha U sao cho từ thông trong khe hở không khí đợc giữ không đổi.
+ Thiết bị biến tần chỉ tạo ra đợc điện áp hình sin chữ nhật hoặc gần chữ nhật,
chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hởng của sóng hài, ngời ta có thể dùng
các bộ lọc, và nh vậy, trọng lợng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Điều
mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh đợc điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ đợc ảnh hởng của các sóng hài bậc thấp.
Biện pháp điều biến độ rộng xung nhằm đáp ứng yêu cầu trên có nội dung
chính nh sau:
+ Tạo một sóng dạng sin um, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số
mong muốn.
+ Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định u p, ta gọi là sóng mang, có
tần số lớn hơn nhiều (thờng là bội ba) tần số của sóng điều biến.
+ Dùng một khâu so sánh để so sánh u m và up. Các giao điểm của hai sóng
này xác định khoảng tác động của xung điều khiển tiristor và transitor
công suất.
Ngời ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: Điều biến độ rộng xung đơn
cực và điều biến độ rộng xung lỡng cực.
Sơ đồ:
Điều biến độ

rộng xung
đơn cực:
+ Điện áp
ra trên tải
là
một
chuỗi
xung, độ
rộng khác nhau, có trị số 0 và +E trong nửa chu kì dơng và 0 và -E trong nửa
chu kì âm.
+ Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L: Hình I.8
+ Sóng hài trong điện áp tải:
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O, điện áp tải u là một hàm chu kì, lẻ. Khai
triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin.
Biên độ của các sóng hài tính theo công thức:


U nm =

π

2
E (α ) sin nθdθ
π ∫0

Khi n = 1, ta cã:
U 1m

π −α 5
π −α 3

α
α4
π −α1

2E  2
=
 ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ 
π α1
α3
α5
π −α 4
π −α 2


=

4E
[ cos α1 − cos α 2 + cos α 3 − cos α 4 + cos α 5 ]
π


U2m = 0
Khi n = 3:
4
2E 2
sin d + sin d +
3 31
3 4

3

U 3m =
=

3

3( 5 )

3( 3 )

3( 1 )



3 5

3( 4 )

3(



sin d +

sin d +

sin d

2)

4E
[ cos 3 1 cos 3 2 + cos 3 3 cos 3 4 + cos 3 5 ]


Biên độ của các sóng hài có dạng tổng quát nh sau:
U nm =

4E
(1) i 1 cos n i
n 1,k

Trong đó: n = 1,3,5
i - góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ 1 đến k;
k - góc trạng thái cuối cùng trớc /2;
Nh vậy, đối với điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải không chứa
các sóng hài bậc 3,5 và 7 cần phải có:
U 3m =

4E
(1) i 1 cos 3 i = 0

3 1,k

U 5m =

4E
(1) i 1 cos 5 i = 0

5 1,k

U 7m =

4E
(1) i 1 cos 7 i = 0

7 1,k

Điều biến độ rộng xung lỡng cực:
+ Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số E.
Tỷ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, kí hiệu là M, đợc
gọi là tỷ số điều biến, M = Am / Ap.
Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung.
Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ lớn nhất. Muốn giảm nhỏ điện áp ra,
ta giảm nhỏ Am.
+ Giản đồ điều biến độ rộng xung lỡng cực, tải R+L: Hình I.9
+ Sóng hài trong điện áp tải:
Nếu chuyển gốc toạ độ sang O, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chỉ chứa các
thành phần sin.


Biªn ®é sãng hµi ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
α
α2
π −α 2
π −α 2
π

2E  2
 ∫ sin θdθ − ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ − ∫ sin θdθ + ∫ sin θdθ 
π 0


α1
α2
π −α 2
π −α1

4E
=
[1 − 2 cos α 1 + 2 cos α 2 ]
π

U 1m =

U2m = 0
U 3m =

4E
[1 − 2 cos 3α 1 + 2 cos 3α 2 ]
3π


Biểu thức tổng quát của biên độ sóng hài của điều biến độ rộng xung lỡng
cực:
U nm =
U nm =

4E
[ 1 + 2 (1) i 1 cos n i
n
1, k

4E
[1 2 (1) i 1 cos n i
n
1, k

]

]

Khi u bắt đầu bằng một xung dơng.
Khi u bắt đầu bằng một xung âm.

Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có:
1 - 2cos31 + 2cos32 = 0
1 - 2cos51 + 2cos52 = 0
Bằng phơng pháp tính gần đúng tìm đợc 1 = 230 616, 2 = 3303. Nh vậy điện
áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao 7,9,11 Có thể xem:
u=

4E
sin t


* Các BBT hiện nay đợc chế tạo chọn bộ, các BBT này thông thờng bao gồm: hệ
thống mạch có thể là tiristor hoặc có thể là tranzitor và một trung tâm điều khiển
CPU ứng dụng công nghệ one-chip. Trung tâm điều khiển này làm nhiệm vụ
đóng mở các van bán dẫn mạch lực, có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoàI
và truyền thông với các thiết bị khác. Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ
cho các van.

I.4.2.2.Chọn biến tần:
Dựa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với động cơ,
chúng em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều khiển trở phanh hãm
PLKEB47P5 + 75/780W của hãng OMRON có các thông số nh sau:
Điện áp danh định: 3 pha 400VAC.
Cấu trúc bảo vệ: Loại kín lắp trên tờng (NEMA1 và IP20).
Công suất tải động cơ tối đa: 7,5KW.

a.Các chức năng thuận tiện khi sử dụng biến tần 3G3MV - A4075:
+ Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnh FREQ ở mặt
điều khiển trớc.
+ Dễ bảo trì, quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế. Tuổi thọ của quạt có
thể kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tần bắt đầu hoạt động.
+ Triệt tiêu sóng hài: có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quả hơn cuộn
kháng AC thông thờng; hoặc có thể kết hợp cả hai để tăng hiệu quả.


+ Tơng thích với RS - 422/485 và Compobus/D:
Các bộ 3G3MV đều có sẵn RS - 422/485 cho truyền tin nối tiếp theo
giao thức ModBus.
Ngoài ra 3G3MV có thể lắp thêm một card mạng Compobus/D tuỳ
chọn cho giao tiếp với mạng DeviceNet.
Chỉ một trong hai loại truyền tin trên là có thể sử dụng tại một thời
điểm.
b.Kí hiệu:

Hình I.10.
Trong đó:

Hình I.11.

c.S¬ ®å nèi d©y: