đồ án thang máy

ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
TP. HỒ CHÍ MINH
Khoa: Điện_Điện tử Viễn Thông


BÁO CÁO ĐỒ ÁN
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
ĐỀ TÀI: THANG MÁY
GVHD: TS. LÊ QUANG ĐỨC
SVTH: Nhóm 11
 Lê Hữu Phúc DC11
 Trần Văn Hiệu DC11

Năm Học: 2013-2014

Nhóm 11

Page 1


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

NỘI DUNG:
PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

 Yêu cầu thang máy.
 Vấn đề đặt ra.
 Hướng giải quyết.
 Sơ đồ khối của thang máy.
PHẦN 2: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
 Chương 1: Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động cơ.
 Chương 2: Các thiết bị điện chính.
I. Biến tần.
II. Cảm biến.
 Chương 3: Chọn các thiết bị khác.
I. Thiết bị bảo vệ.
II. Cáp cho mạch động lực và mạch điều khiển.
III. Các thiết bị khác.
PHẦN 3: MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
PHẦN 4: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN

Nhóm 11

Page 2


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
 Yêu Cầu Của Thang Máy:
 Thang máy cho tòa nhà 2 tầng tải nâng hạ.
 Thang máy nặng M = 4 tấn, tốc độ nâng hạ V=1.5 m/s.
 Chọn động cơ kéo, hộp số, thiết bị điện và điều khiển

 Có bảo vệ hành trình hai đầu không cho phép thang máy chạy vượt quá giới
hạn cho phép.
 Bảo vệ quá trọng lượng bằng limit switch đặt dưới gầm buồng thang: Nếu tải
trọng quá nặng thì limit switch đặt dưới gầm sẽ đóng, không cho thang máy chạy
và đóng còi báo động hoặc đèn báo hiệu.
 Kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ.
 Điều khiển thang máy lên xuống bằng nút ấn:
 Ấn nút CL để đi lên.
 Ấn nút CX để đi xuống.
 Ấn nút Stop để dừng.
 Ấn nút Emergency để dừng máy khẩn cấp.
Tìm hiểu vấn đề.
Đối tượng ở đây là thang máy. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở
hàng hóa và người theo phương thẳng đứng. Những loại thang máy hiện đại có
cơ cấu cơ khí phức tạp, hệ thống truyền động, hệ thống khống chế phức tạp
nhằm đảm bảo nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả thiết bị
điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng máy.
Các bộ phận chính của thang máy là:
1234567-

Động cơ điện
Puli
Cáp treo
Buồng thang
Đối trọng
Phanh hãm điện từ
Biến tần

Nhóm 11

Page 3


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Sơ đồ khối phương pháp điều khiển

Nhóm 11

Page 4


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Đường đặc tính cơ của thang máy
Vấn đề đặt ra:







Phụ tải thang máy là tải thế năng, yêu cầu của thang máy là phải dừng tầng
chính xác, di chuyển êm, không giật, đảm bảo an toàn cho khách.
Động cơ truyền của thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Thời gian

khởi động ngắn, moment khởi động lớn để kéo thang máy đi lên.
Khi có lệnh điều khiển thì thang máy tăng tốc từ từ lên tốc độ định mức nhưng
phải trong khoảng thời gian ngắn và phải dừng lại tại vị trí chúng ta mong muốn
một cách nhẹ nhàng và chính xác, trong trường hợp mất điện buồng thang
không bị rớt xuống đáy hố thang mà phải được giữ lại.
Khi quá tải phải có đèn hoặc còi báo hiệu, thang máy phải ngưng hoạt động, khi
tình trạng quá tải không còn nữa thì thang máy trở lại làm việc bình thường.
Trong khi thang máy di chuyển thì không thể điều khiển thang máy di chuyển
theo chiều ngược lại.

Nhóm 11

Page 5


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Hướng Giải quyết:
 Sử dụng động cơ có tích hợp hộp số chuyên dùng cho thang máy.
 Sử dụng biến tần chuyên dùng cho thang máy là loại biến tần hỗ trợ luật điều
khiển vector, ta đặt limit switch ở mỗi tầng để bảo vệ hành trình và dừng thang
máy.
 Sử dụng thắng cơ khí để bảo vệ người và thang trong trường hợp mất điện.
 Sử dụng cơ cấu khóa liên động để khi thang máy đang di chuyển không thể
điều khiển thang máy theo chiều ngược lại.
 Sử dụng tín hiệu báo sự cố khi quá tải, phải có tín hiệu đèn còi báo cho hành
khách biết đồng thời ngắt không cho điều khiển chạy lên xuống, khi không còn
tình trạng quá tải thì còi và đèn tự tắt.

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
Chương 1: Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động cơ.
1.1. Tính chọn động cơ.
Động cơ có nhiệm vụ kéo máy sản xuất( thang máy) nên động cơ phải có đủ
công suất để đảm bảo kéo được thang máy.






Mục đích: Kéo buồng thang máy.
Yêu cầu:
Phù hợp với trọng lượng của tải (M = 4 tấn) và tốc độ nâng hạ (V = 1.5 m/s).
Là động cơ xoay chiều 3 pha.
Chế độ làm việc của thang máy:

Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại ( thời gian làm việc và thời gian
nghỉ xen kẻ nhau). Nhiệt độ của động cơ chưa đạt tới giá trị giới hạn khi động cơ
làm việc. Khi động cơ nghỉ nhiệt độ của động cơ giảm nhưng chưa đạt tới nhiệt độ
của môi trường.

Nhóm 11

Page 6


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

 Tính toán chọn động cơ:
- Trọng lượng thang : G =4000 kg
- Ta chọn khối lượng buồng thang Gbt = 1800 kg
- Ta có khối lượng hành khách Gt = 2200 kg
- Ta có khối lượng đối trọng Gdt= Gbt + α*Gt = 2680 kg
+Trong đó: α là hệ số cân bằng (α = 0.3÷0.6).
+Với thang máy chở khách ta chọn α = 0.4
- Tốc độ di chuyển lớn nhất cho phép : v = 1.5 m/s
- Chọn gia tốc g=9.8m/s2
- Chọn cơ cấu hộp số có hiệu suất truyền : η = 80%
- Khối lượng của đối trọng là: Gđt = 2680 kg
* Công suất nâng tải:
Pload =

(𝐺−𝐺đ𝑡 )∗𝑣∗𝑔
𝜂

=

(4000−2680)∗1.5∗9.8
0.8

= 24255(W)

=>Công suất động cơ yêu cầu là:
Pđc = Pload + 15%Pload
= 24255+24255*0.15 = 27893W= 27.893Kw
-Tỉ số truyền của động cơ:

Nhóm 11

Page 7


ĐỒ ÁN THANG MÁY

𝑖=

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

2𝜋𝑅𝑡 𝑛 2𝜋 ∗ 0.385 ∗ 1500
=
= 40.32
𝑣𝑛
90

Với: Rt là bán kính puly (0.385 mm)
n là tốc độ động cơ (1500 v/p)
vn là tốc độ nâng tải (1.5 m/s = 90 m/p).


Lực kéo đặt lên puly:
F = (Gt + Gbt – k.∆G –Gđt).g

Trong đó:
Gt : Khối lượng hành khách (2200kg).
Gbt : Khối lượng buồng thang (1800kg).
k : Số lần dừng của buồng thang (k = 1).
∆G : Độ thay đổi khối lượng tải sau mỗi lần dừng.

Vì tòa nhà có 2 tầng nên ∆G = 0.
Gđt : Khối lượng đối trọng ( 2680 kg).
 F = (2200 + 1800 – 1*0 – 2680)*9.8 =12936 N.
 Moment nâng tải:
𝑀=

𝐹. 𝑅𝑡 12936 ∗ 0.385
=
= 154.4𝑁𝑚
𝑖. 𝜂
40.32 ∗ 0.8

 Moment hạ tải:
𝑀=

𝐹. 𝑅𝑡
12936 ∗ 0.385
.𝜂 =
. 0,8 = 98.82𝑁𝑚
𝑖
40.32

 Giả sử tòa nhà cao 10m, mỗi tầng cao h= 5m.
Giả sử thời gian tăng tốc bằng thời gian hãm: t1 = t3 = 1.5s

Nhóm 11

Page 8

ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Gia tốc của thang máy:
𝑣 1,5
𝑎= =
= 1 𝑚 ⁄𝑠 2
𝑡1 1.5
Quảng đường cabin đi được khi tăng tốc và giảm tốc:
𝑠1 = 𝑠3 = 𝑣0 𝑡1 +

𝑎.𝑡12
2

=

𝑎.𝑡12
2

=

1∗1.52
2

= 1.125𝑚.

Quảng đường cabin đi với tốc độ ổn định:
s2 = 5 –2*1.125= 2.75m.
Thời gian cabin đi với vận tốc ổn định (1.5m/s):

𝑡2 =

𝑠2 2.75
=
= 1.83𝑠
𝑣
1.5

Thời gian nghỉ của thang máy: t4 = 10s
Chu kỳ làm việc của thang máy: T = 2*(1.5+1.83+1.5) + 10 = 19.66s.
Kết luận:



 Thời gian tăng tốc: t1 = 1.5s.
 Thời gian chạy ổn định (1.5m/s): t2 = 1.83s.
 Thời gian giảm tốc: t3 = 1.5s.
 Thời gian nghỉ của thang máy: t4 = 10s.
Tốc độ góc quy về trục đông cơ:

𝑤đ𝑐 =

Nhóm 11

2∗𝑖∗𝑣
𝐷

=

2∗40.32∗1.5

0.77

=157.1 (rad/s)

Page 9


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Chu trình hoạt động của thang máy.

 Xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh.
Công suất tĩnh của động cơ có đối trọng.
Gdt= Gbt + α*Gt =1800+0.4*2200=2680kg
𝐺𝑡ả𝑖 = 𝐺𝑏𝑡 + 𝐺𝑘ℎá𝑐ℎ
𝑃𝑡ả𝑖 = ǀ𝐺𝑡ả𝑖 − Gdtǀ ∗ 𝑔 ∗ 𝑣
Từ các số liệu tính toán ở trên ta có bảng và đồ thị phụ tải tương đối của thang máy
theo công suất:
Số lượng
khách
(người)
1
10
15
18

Nhóm 11

𝐺𝑘ℎá𝑐ℎ
(kg)

𝐺𝑏𝑡
(kg)

G dt
(kg)

𝐺𝑡ả𝑖
(kg)

Công suất phụ tải
P (KW)

65
650
975
1170

1800
1800
1800
1800

2680
2680
2680
2680

1865
2450
2775
2970

11.98
3.38
1.4
4.3

Page 10


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

20
1300
1800
2680
3100
12
780
1800
2680
2580
30
1950
1800

2680
3750
22
1430
1800
2680
3230
33
2145
1800
2680
3945
25
1625
1800
2680
3425
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải của thang máy:







6.17
1.47
15.73
8.09
18.6

10.95

Theo kết quả tính toán, ta cần chọn động cơ có.
công suất P ≥ 27.893 kW.
Tỉ số truyền động cơ i ≤ 40.32.
Moment làm việc ≥154.4(N.m)
Tốc độ đầu ra ≥ 37.2( vòng/phút) (37.2 = 𝑛đ𝑐 / i = 1500/40.32)

Nhóm 11

Page 11


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Giải pháp: Ta chọn động cơ của hãng Siemens:
Hãng Siemen gồm có các loại động cơ:
Helical geared motors - Động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng xoắn ốc.
Bevel helical geared motors – động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng côn.
Worm geared motors – động cơ liền hộp giảm tốc trục vít.
Parallel shaft geared motors – động cơ liền hộp giảm tốc trục song song.
….
Ở đây nhóm xin chọn loại động cơ liền hộp giảm tốc trục song song của hãng
Siemen. (vì sao chọn loại động cơ này?)
Mã số: FZ.168B-LG200LB4E.

Nhóm 11

Page 12


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 307/1013).

Nhóm 11

Page 13


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 926/1013).
Frequency and voltage(tần số và điện áp).

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 858/1013).

Nhóm 11

Page 14


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 927/1013).
 Động cơ có các thông số:
 Điện áp định mức: 400/690(Δ/Υ).
 Dòng điện định mức: 55A.
 Tấn số định mức: 50Hz.
 Số cực: 4 cực.

Nhóm 11

Page 15


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

 Công suất định mức: 30kW.
 Tốc độ định mức: 1475v/p.
 Tốc độ đầu ra 50 v/p.
 Hệ số công suất: 0.85.
 Hiệu suất:

ᵑ3/4 load = 92.8% ; ᵑ4/4 load = 92.3%

.

 Momen định mức: 194Nm.
 Monment quán tính: J = 0.23(kg𝑚2 ).

 Tỉ số truyền hộp số: i = 29.64.
 Đường kính puly(mm): chọn 770(mm).
 Moment định mức đầu ra hộp số: 5757N.m.
Theo thông số động cơ ta có:
Momen định mức: 194Nm.
Mặt khác ta có:
Tỉ số truyền: i= 29.64, tốc độ của puly khi thang máy chạy ổn định (1,5m/s) là
3.896 rad/s.
 Tốc độ của động cơ khi thang máy chạy ổn định:
ω = 29.64*3.896 = 115.5 rad/s.
 Gia tốc trên trục động cơ:
𝑑𝜔 𝑀𝑚𝑚 − 𝑀đ𝑚 𝜔
=
=
𝑑𝑡
𝐽
𝑡1
⇒ 𝑀𝑚𝑚 =

𝜔
𝑡1

. 𝐽 + 𝑀đ𝑚 =

Nhóm 11

115.5
1.5

∗ 0.23 + 194 = 211.7𝑁𝑚

Page 16


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Đồ thị phụ tải của thang máy:

 Chọn thắng cơ khí:
Thắng cơ khí có nhiệm vụ dùng để giữ buồng thang đứng lại khi ta dừng, hoặc
có sự cố để tránh bị rơi buồng thang đảm bảo an toàn cho hành khách và bảo vệ
thang máy.
Thắng cơ khí được tích hợp sẳn trên động cơ.

Bảng tổng quan về công nghệ mo-đun kết hợp với phanh:

Nhóm 11

Page 17


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 867/1013).
Chế độ không tải:

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 885/1013).

Nhóm 11

Page 18


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Thời gian ngắt kết nối, thời gian đáp ứng, và moment quán tính của phanh L.

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 881/1013).
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất thì điện áp hoạt động của thắng cơ khí có thể
là 24 VDC ± 10% .
Công suất hoạt động của thắng cơ khí là: 100W.

Nhóm 11

Page 19


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 870/1013).

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 882/1013).

Thông số giản đồ hoạt động của thắng cơ.

Nhóm 11

Page 20


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 871/1013).
2. Chọn biến tần.
 Mục đích: Điều khiển động cơ hoạt động theo yêu cầu mà ta cài đặt,
bảo vệ cho động cơ.
 Yêu cầu:
 Điều khiển vector.
 Thích hợp cho tải moment không đổi, tải làm việc ngắn hạn lặp lại.
 Sử dụng cho động cơ có công suất 30kW.
 Điều khiển bằng biến tần của hãng Emerson.
 Hãng Emerson gồm đa dạng các loại biến tần.

Nhóm 11

Page 21


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

1. PV series :Công suất từ 5,5 – 110 KW
 Ứng dụng trong tải điều khiển bơm, quạt, máy chế biến
thực phẩm, gỗ, cao su.
 Dòng sản phẩm này nhắm đến hiệu quả về giá thành,
tin cậy, dễ sử dụng.
 Điện áp 3pha 380 VAC.

2. EV 1000: Bộ điều khiên AC thông dụng với công suất
1,5-5,5 KW
 Ứng dụng trong tải điều khiển đơn giản: Băng tải, máy
đóng gói, cửa tự động.
 Với tính năng dễ sử dụng, hiệu quả về giá thành.
 Điện áp 1pha 220-240VAC, 3 pha 380-400 VAC.

3. Commander SK: bộ điều khiển động cơ AC công
suất từ 0,25-132 KW.
 Bộ điều khiển nhỏ gọn với nhiều tính năng mạnh mẽ.
 Bộ điều khiển vòng hở.
 Điện áp 1 pha 220-240VAC, 3 pha 380-400VAC, 3
pha 575-690 VAC.

Nhóm 11

Page 22


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

4. Unidrive Sp: Bộ điều khiển đa năng cấp cao cho động
cơ AC 0.25-1900 KW.
 Cho phép điều khiển bất kì động cơ AC nào với tính
năng mạnh mẽ và linh hoạt
 Với chức năng điều khiển vị trí và tính năng tự động
hóa có sẵn.
 Dải công suất rộng cho tất cả các ứng dụng.

………...

 Giải pháp: Dựa theo những thông tin tìm hiểu được ở trên nhóm xin
chọn biến tần dòng Unidrive Sp.

Nhóm 11

Page 23


ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

Dựa vào catalog “Unidrive_sp_brochure.pdf” của hãng Emerson nhóm
xin chọn biến tần loại SP4401.

Nhóm 11

Page 24

ĐỒ ÁN THANG MÁY

GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC

(Catalog “Unidrive_sp_brochure.pdf” trang 21/24).
 Thông số kỹ thuật của biến tần:
 Tải thường:
+ Dòng điện liên tục cực đại: 68A.
+Công suất: 37kW.
 Tải nặng:
+ Dòng điện liên tục cực đại: 60A.
+ Công suất: 30kW.
 Điện áp đầu vào định mức: 380 - 480VAC ±10%
 Tần số đầu vào cho phép: 48 – 65Hz.

Nhóm 11

Page 25