Đồ án: Thang máy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.06 MB, 48 trang )
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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
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.
Nhóm 11
Page 1
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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
May 8, 2014
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 hoăc đen bao hiêu.
̣
̀ ́
̣
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:
1 Động cơ điện
2 Puli
3 Cáp treo
4 Buồng thang
5 Đối trọng
6 Phanh hãm điện từ
7 Biến tần
Nhóm 11
Page 3
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
Sơ đồ khối phương pháp điều khiển
Nhóm 11
Page 4
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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.
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.
I.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.
Nhóm 11
Page 5
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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.
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%
Khôi l
́ ượng cua đôi trong la: G
̉
́ ̣
̀ đt = 2680 kg
* Công suất nâng tải:
Pload = = = 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 6
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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:
Moment hạ tải:
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
Gia tốc của thang máy:
Quảng đường cabin đi được khi tăng tốc và giảm tốc:
.
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):
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:
Nhóm 11
Page 7
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
157.1 (rad/s)
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
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
G dt
Công suất phụ tải
khách
(kg)
(kg)
(kg)
(kg)
P (KW)
(người)
1
65
1800
2680
1865
11.98
10
650
1800
2680
2450
3.38
15
975
1800
2680
2775
1.4
Nhóm 11
Page 8
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
18
20
12
30
22
33
25
1170
1300
780
1950
1430
2145
1625
1800
1800
1800
1800
1800
1800
1800
2680
2680
2680
2680
2680
2680
2680
2970
3100
2580
3750
3230
3945
3425
4.3
6.17
1.47
15.73
8.09
18.6
10.95
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải của thang máy:
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 = / i = 1500/40.32)
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.
Nhóm 11
Page 9
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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.168BLG200LB4E.
Nhóm 11
Page 10
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 307/1013).
Nhóm 11
Page 11
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 926/1013).
Frequency and voltage(tần số và điện áp).
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 858/1013).
Nhóm 11
Page 12
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_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.
Công suất định mức: 30kW.
Tốc độ định mức: 1475v/p.
Nhóm 11
Page 13
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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(kg.
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:
Đồ thị phụ tải của thang máy:
Nhóm 11
Page 14
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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 mođun kết hợp với phanh:
Nhóm 11
Page 15
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 867/1013).
Chế độ không tải:
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 885/1013).
Thời gian ngắt kết nối, thời gian đáp ứng, và moment quán tính của phanh L.
Nhóm 11
Page 16
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_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.
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 870/1013).
Nhóm 11
Page 17
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 882/1013).
Thông số giản đồ hoạt động của thắng cơ.
(Catalog “D871_en_2011.pdf” trang 871/1013).
Nhóm 11
Page 18
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
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.
1.
biến
PV series :Công suất từ 5,5 – 110 KW
Ứng dụng trong tải điều khiển bơm, quạt, máy chế
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.
Nhóm 11
Page 19
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
2. EV 1000: Bộ điều khiên AC thông dụng với công suất 1,55,5 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 220240VAC, 3 pha 380400 VAC.
3. Commander SK: bộ điều khiển động cơ AC công
suất từ 0,25132 KW.
Bộ điều khiển nhỏ gọn với nhiều tính năng mạnh
mẽ.
Bộ điều khiển vòng hở.
Điện áp 1 pha 220240VAC, 3 pha 380400VAC, 3
pha 575690 VAC.
Unidrive Sp: Bộ điều khiển đa năng cấp cao
cho động cơ AC 0.251900 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.
4.
………...
Nhóm 11
Page 20
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
Giải pháp: Dựa theo những thông
tin tìm hiểu được ở trên nhóm xin chọn biến tần dòng Unidrive Sp.
Dựa vào catalog “Unidrive_sp_brochure.pdf” của hãng Emerson nhóm
xin chọn biến tần loại SP4401.
Nhóm 11
Page 21
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(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 22
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
Tần số đầu ra: 0 – 3000Hz (vòng lặp
mở).
Khả năng chịu quá tải: +tải
thường: 110% trong 165 giây
+ tải nặng: 175% trong 40 giây(trong vòng khép
kính), 150% trong 60 giây(trong vòng lặp mở).
Chọn điện trở hãm.
Mục đích: Dùng để hãm động năng.
Yêu cầu: Phù hợp với biến tần.
Tính toán công suất cho điện trở
hãm và chọn điện trở hãm.
Công suất hãm:
Trong đó: m = 4000kg
g = 9.8 m/
h = 5m
T = 19.66s
→
Vây, ta phải chọn điện trở hãm có công suất P ≥ 9.97kW.
Giải pháp: Theo catalog biến tần ta
có thể chọn loại điện trở hãm:
Nhóm 11
Page 23
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “Unidrive sp model sizes 0 to 6.pdf” trang 73/304)Thông số
kỹ thuật của điện trở hãm:
+ Điện trở tối thiểu: 11Ω.
+ Công suất định mức tức thời: 55.3kW.
+ Công suất trung bình trong 60 giây: 45kW.
Chọn EMC Filter.
Mục đích: Giảm nhiễu điện từ.
Yêu cầu: Phù hợp với biến tần.
o
Theo khuyến cáo của biến tần:
Nhóm 11
Page 24
ĐỒ ÁN THANG MÁY GVHD: TS.LÊ QUANG ĐỨC
May 8, 2014
(Catalog “Unidrive_sp_brochure.pdf” trang 23/24)
Giải pháp: Chọn theo catalog biến
tần loại:
Nhóm 11
Page 25
