BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN” Đề tài: THANG MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA DIỆN - ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
…..  …..

BÀI BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN
“KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN”
Đề tài:

THANG MÁY

GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG
NHĨM 12:
1. VÕ GIANG NAM
2. PHẠM VĂN TÌNH
3. LÊ PHÚC HÂN
Tp. HCM, 20 tháng 05 năm 2017

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

1


Contents
CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ............................................................................................. 3

1.1.

Yêu Cầu Của Thang Máy: .................................................................................................. 3

1.2.

Tìm hiểu vấn đề. ................................................................................................................. 3

1.2.1.

Các bộ phận chính của thang máy là: ........................................................................... 3

1.2.2.

Đường đặc tính cơ của thang máy ............................................................................... 5

1.2.3.

Vấn đề đặt ra:.............................................................................................................. 5

1.2.4.

Hướng Giải quyết: ...................................................................................................... 5

CHƯƠNG 2.
2.1.

TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ .............................................................................. 7

Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động cơ............................................................ 7

2.1.1.

Tính chọn động cơ. ..................................................................................................... 7

2.1.2.

Chọn thắng cơ khí: .....................................................................................................14

2.1.3.

Chọn biến tần. ............................................................................................................17

2.1.4.

Chọn phụ kiện cho biến tần ........................................................................................19

2.2.

Chọn các thiết bị điều khiển ...............................................................................................23

2.2.1.

Thiết bị bảo vệ. ..........................................................................................................23

2.2.2.

Cáp cho mạch động lực và mạch điều khiển. ..............................................................27

2.2.3.

Các thiết bị khác. .......................................................................................................29

CHƯƠNG 3.

MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ....................................................34

CHƯƠNG 4.

CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ............................................................................................35

4.1.

Tóm tắt các phần tử trong mạch động lực và mạch điều khiển. ...........................................35

4.1.1.

Các phần tử trong mạch động lực. ..............................................................................35

4.1.2.

Các phần tử trong mạch điều khiển.............................................................................35

4.2.

Nguyên lý hoạt động. .........................................................................................................35

4.3.

Cài đặt ...............................................................................................................................37

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

2

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Yêu Cầu Của Thang Máy:
 Thang máy cho tòa nhà 2 tầng tải nâng hạ.
 Thang máy nặng M = 3 tấn, tốc độ nâng hạ V = 0.5 m/s.
 Chọn động cơ kéo, hộp số, thiết bị điện và điều khiển
 Có bảo vệ hành trình hai đầu khơng 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, khơng cho thang
máy chạy và đóng cịi báo động hoặc đèn báo hiệu.
 Kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ.
 Encoder phản hồi tín hiệu về biến tần.
 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.
1.2. 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.
1.2.1. Các bộ phận chính của thang máy là:
1.
2.
3.
4.

5.
6.
7.
8.

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

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

3


Hình 1.1 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển

Hình 1.2 Đường đặc tính cơ của MSX (thang máy)

GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG

4


1.2.2. Đường đặc tính cơ của thang máy
Do 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 mơi
trường.
Vì vậy động cơ kéo MSX thang máy có đồ thị phát nhiệt ở chế độ ngắn hạn lặp
lại.

1.2.3. 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, khơng 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 khơng bị rớt xuống đáy hố thang mà phải được giữ lại.
 Khi q tải phải có đèn hoặc cịi báo hiệu, thang máy phải ngưng hoạt động,
khi tình trạng quá tải khơng cịn nữa thì thang máy trở lại làm việc bình
thường.
 Trong khi thang máy di chuyển thì khơng thể điều khiển thang máy di chuyển
theo chiều ngược lại.

1.2.4. Hướng Giải quyết:
 Sử dụng động cơ có tích hợp hộp số chuyên dùng cho thang máy.

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

5


 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 q tải, phải có tín hiệu đèn cịi báo cho hành
khách biết đồng thời ngắt không cho điều khiển chạy lên xuống, khi khơng cịn
tình trạng q tải thì cịi và đèn tự tắt.

GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG

6


CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ
2.1. Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động cơ.
2.1.1. Tính chọn động cơ.
Động cơ có nhiệm vụ kéo máy sản xuất (thang máy) nên động cơ phải có đủ
cơng suất để đảm bảo kéo được thang máy.
 Mục đích: Kéo buồng thang máy.
 Yêu cầu:
 Phù hợp với trọng lượng của tải (M = 3 tấn) và tốc độ nâng hạ (V = 0.5
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 mơi
trường.
 Tính tốn chọn động cơ:

 Trọng lượng thang: G = 3000 kg
 Ta chọn khối lượng buồng thang Gbt = 1000 kg
 Ta có khối lượng hành khách Gt = 2000 kg
 Ta có khối lượng đối trọng Gdt= Gbt + α×Gt = 1800 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 = 0.5 m/s
 Chọn gia tốc g = 9.8 m/s2
 Chọn cơ cấu hộp số có hiệu suất truyền: η = 80%
 Khối lượng của đối trọng là: Gđt = 1800 kg
 Công suất nâng tải:
P load =

(

đ

)× ×

=

(

)× . × .
.

= 22050 (W)

 Công suất động cơ yêu cầu là:
Pđc = Pload+ 15%Pload

= 22050 + 22050×0.15 = 25357.5 W = 26 Kw
GVHD: ĐỒN DIỄM VƯƠNG

7


 Tỉ số truyền của động cơ:
=

2

=

2 × 0.385 × 1500
= 120
30

Với:
 Rt là bán kính puly (0.385 m)
 n là tốc độ động cơ (1500 v/p)
 vn là tốc độ nâng tải ( 0.5 m/s = 30 m/p).
 Lực kéo đặt lên puly:
F = (Gt + Gbt – k.∆G –Gđt).g
Trong đó:
 Gt: Khối lượng hành khách (2000kg)
 Gbt: Khối lượng buồng thang (1000kg)
 k: Số lần dừng của buồng thang (k = 1)
 ∆G: Độ thay đổi khối lượng tải sau mỗi lần dừng.Vì tịa nhà có 2 tầng nên
∆G = 0
 Gđt: Khối lượng đối trọng (1800kg)

 F = (2000 + 1000 – 1×0 – 1800)×9.8 = 11760 N
 Tốc độ puli:
=

=

. ×
× .

× .

= 12.4 (vịng/phút)

 Moment nâng tải:
=

.
.

=

11760 × 0.385
= 47.16
120 × 0.8

 Moment hạ tải:
=

.

. =

11760 × 0.385
. 0,8 = 30.18
120

Giả sử tịa 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:
=

=

0.5
= 0.3
1.5

⁄

 Quảng đường cabin đi được khi tăng tốc và giảm tốc:
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

8


=

=

+

.

=

.

=

. × .

= 0.3375 .

 Quảng đường cabin đi với tốc độ ổn định:
s2 = 5 –2×0.3375 = 4.325 m.
 Thời gian cabin đi với vận tốc ổn định (1.3m/s):
=

=

4.325
= 8.65
0.5

 Thời gian nghỉ của thang máy: t4 = 10s
 Chu kỳ làm việc của thang máy: T = 2× (1.5+8.65+1.5) + 10 = 33.3s

Kết luận:
 Thời gian tăng tốc: t1 = 1.5s.
 Thời gian chạy ổn định (0.5 m/s): t2 = 8.65s

 Thời gian giảm tốc: t3 = 1.5s.
 Thời gian nghỉ của thang máy: t4 = 10s.
Giản đồ quá trình và đồ thị phụ tải của thang máy:

 Theo kết quả tính tốn, ta cần chọn động cơ có.
 cơng suất P ≥ 25357.5 kW
 Tỉ số truyền động cơ i ≤ 120
 Moment làm việc ≥ 47.16 (N.m)
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

9


 Tốc độ đầu ra ≥ 12.4 (vòng/phút)
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.

Mã số: FD.188B-LG200LB4E25S4E

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 307/1013).
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

10

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 926/1013).

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 927/1013).
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

11


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

 Động cơ có các thơng số:
 Điện áp định mức: 400/690 (Δ/Υ)
 Dòng điện định mức: 55 A
 Tấn số định mức: 50 Hz
 Số cực: 4 cực
 Công suất định mức: 30 kW
 Tốc độ định mức: 1475 v/p
 Tốc độ đầu ra khi qua hộp số: 13.2 v/p
 Hệ số công suất: 0.85
 Hiệu suất:ᵑ3/4 load = 92.8 %; ᵑ4/4 load = 92.4 %
 Momen định mức: 194 Nm
 Monment quán tính: J = 0.23 (kg

).

 Tỉ số truyền hộp số: i = 111.49
 Đường kính puly(mm): chọn 770 (mm).
 Moment định mức đầu ra hộp số: 21656 Nm

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

12


Để thang máy hoạt động với vận tốc 0.5 m/s thì ta phải cài đặt biến
tần với tần số:
 Tốc độ puli:
=

=

. ×
× .

× .

= 12.4 (vịng/phút)

 Tỉ số truyền của hộp số: i = 111.49
 Tốc độ trên trục động cơ:
n đc = i. npuly = 111.49 ×12.4 = 1382 vòng/phút
 Số cặp cực của động cơ: p = 2 cặp cực
f=

. đ

=

×

= 46 Hz

 Momen mở máy:
 tốc độ của puly khi thang máychạy ổn định (0,5 m/s) là 2 rad/s.
 Tốc độ của động cơ khi thang máy chạy ổn định:
ω = 111.49 × 2 = 223 rad/s
 Gia tốc trên trục động cơ:
−

=
⇒

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

=

. +

đ

=

đ

=

223
× 0.23 + 194 = 228
1.5

13


2.1.2. 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:

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 867/1013).

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

14


 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%.

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

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

15

 Cơng suất hoạt động của thắng cơ khí là: 110W

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 882/1013).
 Thông số giản đồ hoạt động của thắng cơ.

(Catalog “D87-1_en_2011.pdf” trang 871/1013).
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

16


2.1.3. 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 cơng suất 30 kW.
 Điều khiển bằng biến tần của hãng Emerson (Control Technics).

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

17


 Giải pháp: Dựa theo những thơng tin tìm hiểu được ở trên nhóm xin chọn
biến tần của hãng Emerson dịng SP Modules là SP3403.

(Catalog “Unidrive SP_Brochure.pdf” trang 22/24).
Thơng số kỹ thuật của biến tần:
 Tải thường:
 Dòng điện định mức: 56 A.
 Công suất: 30 kW.
 Điện áp đầu vào định mức: 380 - 480VAC ± 10%
 Tần số đầu vào cho phép: 50 – 60Hz.

Hình 2.1 hình ảnh các chân nguồn

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

18


Hình 2.2 Terminal các chân I/O và các chân của biến tần

2.1.4. Chọn phụ kiện cho biến tần
a)

Chọn điện trở hãm.

 Mục đích: Dùng để hãm động năng.
 Yêu cầu: Phù hợp với biến tần.
 Giải pháp: Theo catalog ta có thể chọn loại điện trở hãm phù hợp với biến
tần:

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

19

(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 32/36).
b)

Chọn EMC Filter.

 Mục đích: Giảm nhiễu điện từ.
 Theo khuyến cáo của NSX biến, nhóm chọn EMC Filter mã: 4200 - 6305

(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 28/36).

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

20


c)

Chọn AC Line and Load Reactors

(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 22/36).

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

21


d)

Chọn DC Drive Line Reactors

(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 24/36).
e)

Chọn Encoder:

 Do biến tần khơng tích hợp khả năng đọc encoder nên nhóm sẽ chọn modul
encoder để dùng cho biến tần
 Mục đích: Báo lỗi phanh cơ khí.
 Giải pháp: Chọn encoder của hãng omron.

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

22


2.2. Chọn các thiết bị điều khiển
2.2.1.

Thiết bị bảo vệ.

a)

Chọn MCCB.

 Mục đích: Dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực, bảo vệ biến
tần.
 Yêu cầu:
 Số cực: 3 cực

 Udmmcb ≥ Udmld = 380V
 Idmmcb = 1.3Idmld = 1.3 × 56 = 72.8 A
 MCCB phải chịu được dòng làm việc tức thời của tải mà không tác động bảo
vệ (vài giây đến vài chục giây).
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

23


 Dòng chịu cắt ngắn mạch phải lớn hơn hoặc bằng dịng xung kích của lưới
điện. In ≥ Ixk= √2 ×1.8 × Ingắn mạch
 Giải pháp: Chọn MCCB của hãng Siemens loại VL 160X, mã hiệu là
3VL1708-2DD33-0AA0.

(Catalog “MCCB-3VL.pdf” trang 21/128).
 Các thơng số của MCCB:
 Dịng điện định mức : 80A
 Điện áp : 380/415 V AC
 Dòng cắt :70 kA
 Số cực : 3

GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

24


b)

Chọn CONTACTOR:

 Chức năng:để đóng cắt mạch động lực thơng qua mạch điều khiển.
 Tiêu chí chọn
 Điện áp định mức: 380/400V
 Dòng định mức khoảng 1,3 – 1,5 dòng đầu vào định mức của biến tần.
 Dòng điện tiếp điểm lớn hơn hoặc bằng 80 A
 Chọn loại tải AC1
 Cuộn hút 220V AC
 Số cực : 3
 Giải pháp:
Chọn Contactor của hãng Siemens, loại 3RT, mã hiệu là 3RT10 44-1AP00.

(Catalog “Contactor-3RT.pdf” trang 11/68).

 Các thông số của Contactor:
GVHD: ĐOÀN DIỄM VƯƠNG

25