Đồ án Giới thiệu về kĩ thuật thang máy

Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 1 Mục lục Lời nói đầu 3 Phần I: Giới thiệu về kĩ thuật thang máy 4 Ch−ơng I: Khái niệm chung 5 I. Khái niệm chung về thang máy 5 II. Lịch sử phát triển của thang máy 7 III. Đặc điểm đặc tr−ng cho chế độ làm việc của hệ truyền động thang máy 8 IV. Kết cấu chung của thang máy 9 V. Phân loại thang máy 12 VI. Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy 19 VII. Tính chọn công suất động cơ truyền độn thang máy 19 VIII.Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động cho thang máy 22 Ch−ơng II: Phân tích và lựa chọn ph−ơng án 35 I. Hệ truyền động chỉnh tiristor có đảo chiều quay 35 II. Hệ truyền động xoay chiều 41 III. Kết luận 46 Ch−ơng III: Những khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 47 I. Những khái niệm cơ bản về truyền động điện 47 II. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 56 III . Các thông số cơ bản ảnh h−ởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 58 IV. Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ bằng cách Thay đổi số đôi cực của động cơ 60 Phần II: tính toán, thiết kế và chọn trang bị điện cho thang máy 63 Ch−ơng I: Chọn ph−ơng án thiết kế 64 I. Tính chọn công suất động cơ điện 64 II. Tính cho tiết diện cáp động lực 68 III. Tính chọn phanh hãm điện từ 69 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 2 IV. Chọn aptomat 71 V. Chọn khởi động từ 71 VI. Chọn rơle trung gian 73 VII. Chọn rơle thời gian kiểu điện từ 73 VIII. Chọn thiết bị chống mất pha và điện áp l−ới thấp 74 IX. Chọn khí cụ bảo vệ cho mạch lực 75 X. Chọn lắp khí cụ hạn chế và an toàn 75 XI. Chọn máy biến áp 76 Ch−ơng II: Thiết kế mạch động lực 77 I. Động cơ truyền động 77 II. Các công tắc tơ 79 III. Máy biến áp 79 IV. Rơle bảo vệ 79 V. Aptomat 80 VI. thiết bị chống mất pha và điện áp l−ới thấp 80 VII. Các loại phanh 80 Ch−ơng III: Thiết kế mạch điều khiển 83 I. Mạch gọi tầng và chuyển đổi tầng 83 II. Mạch dừng chính xác buồng thang 85 III. Mạch logic 87 IV. Mạch nguyên lí hoạt động của hệ thống tự động điều khiển khống chế truyền động thang máy 90 V. Mạch điều khiển ở cửa cabin 94 VI. Mạch điều khiển phanh hãm 96 VII. Các tín hiệu đèn chiếu sáng và tiện nghi trong thang máy 96 Tài liệu tham khảo 98 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 3 Lời nói đầu Thế kỷ 19, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển rất mạnh mẽ. Lúc này trên thế giới đã bắt đầu xuất hiện nhiều nhà cao tầng, vì vậy thang máy cũng bắt đầu xuất hiện để đáp ứng nhu cầu cấp thiết đó. Năm 1853, hãng thanh máy OTIS (Mỹ) đã chế tạo và đ−a vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới. Thang máy là một thiết bị không thể thiếu trong việc vận chuyển ng−ời và hàng hóa… theo ph−ơng thẳng đứng trong các nhà cao tầng, chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn đ−ợc nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ng−ời. Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã đ−ợc xây dựng trên khắp mọi miền đất n−ớc và nhờ đó thang máy đã, đang và sẽ đ−ợc sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy các hãng thang máy hàng đầu trên thế giới đã có mặt tại n−ớc ta. Cùng với sự cố gắng của bản thân và nhận đ−ợc sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự h−ớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Em rất mong nhận đ−ợc sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em đ−ợc hoàn thiện hơn. Em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất. Sinh viên Hoàng Tr−ơng Quyền Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 4 Phần I giới thiệu về kĩ thuật thang máy Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 5 Ch−ơng I Khái niệm chung I- Khái niệm chung về thang máy Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ng−ời, hàng hóa, vật liệu, v..v.. theo ph−ơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với ph−ơng thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy th−ờng đ−ợc sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung c−, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công x−ởng, v..v.. Đặc điểm vận chuyển bằng thanh máy so với các ph−ơng tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẽ đẹp và tiện nghi của công trình. Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các tòa nhà cao 6 tầng trở lên đều phải đ−ợc trang bị thang máy để đảm cho ng−ời 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 của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lí. Đối với những công trình đặc biệt nh− bệnh viện, nhà máy, khách sạn, v..v.. tuy số tầng nhỏ hơn 6 nh−ng do yêu cầu phục vụ vẫn phải đ−ợc trang bị thang máy. Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong tòa nhà. Nếu vấn đề vận chuyển ng−ời, hàng trong những tòa nhà này không đ−ợc giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng không thành hiện thực. Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con ng−ời, vì vậy, yêu cần chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 6 dụng và sửa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn đ−ợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm. Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì ch−a đủ điều kiện để đ−a và 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 (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, công tắc an toàn cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn v..v.. Với đối t−ợng nâng, chuyển khác nhau thang máy có cấu tạo phù hợp, nh−ng nhìn chung có thể phân làm 2 phần chính: + Buồng thang: - Buồng thang còn gọi là cabin, là phần chuyển động thẳng đứng trực tiếp mang tải. Khung buồng treo trên puli quấn cáp. Thông th−ờng là cáp đôi hoặc cáp 4 nhằm tăng độ bám và tăng độ bền cơ khí. Cùng chuyển động với buồng thang là đối trọng. - Đối trọng là một khối kết từ các khối gang, chuyển động ng−ợc chiều với buồng thang để giảm công suất cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng. Khối l−ợng đối trọng phụ thuộc trọng l−ợng buồng thang và khối l−ợng tải trọng trung bình. - Buồng thang chuyển động trong một nơi đ−ợc gọi là hố giếng. Hố giếng phần không gian từ mặt tiếp tuyến d−ới puli (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng. + Buồng máy: - Buồng máy: phần máy th−ờng đặt trong buồng máy, bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang. Phần máy có động cơ kéo nối với puli qua hộp số giảm tốc. Tỉ số truyền của hộp số i = 18 ữ 120. Ngoài ra buồng thang trang bị một phanh cơ khí bảo hiểm, khi có điện má phanh đ−ợc lực điện từ hút tách khỏi puli, khi mất điện không còn lực điện từ, lực lò xo sẽ đẩy má phanh ép chặt puli và làm cho buồng thang dừng Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 7 chuyển động. Phanh bảo hiểm th−ờng dùng trong tr−ờng hợp mất điện, đứt cáp hoặc tốc độ v−ợt quá mức cho phép từ 20 ữ 40%. II- Lịch sử phát triển thang máy Cuối thế kỷ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời nh−: OTIS (Mỹ); SCHINDLER (Thụy Sĩ). Năm 1853, hãng thang máy OTIS đã chế tạo và đ−a vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới. Đến năm 1874, hãng thang máy SCHINDLER cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp. Đầu thế kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời nh−: KONE (Phần Lan); MISUBISHI, NIPPON, ELEVATOR (Nhật Bản); THYSEN (Đức); SABIEM (ý); v..v.. đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt và êm hơn. Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450(m/ph), những thang máy chở hàng đã có tải trọng nâng tới 30 tấn, đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600(m/ph). Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng ph−ơng pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (Inverter). Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm đ−ợc khoảng 40% công suất động cơ. Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng điện cảm ứng tuyến tính. Đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạt tới 750(m/ph) và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 8 III- Đặc điểm đặc tr−ng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện thang máy: Thang máy th−ờng đ−ợc lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài trời cho các nhà cao tầng, ở nhiều nơi thang máy chở hàng phải làm việc ở môi tr−ờng khắc nghiệt, đặc biệt ở các khu công nghiệp, nhà máy lớn… Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của thang máy chở hàng phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện làm việc phức tạp của môi tr−ờng, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Đối với hệ truyền động điện cho thang máy chở hàng phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải, đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi tr−ờng giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh. Động cơ truyền động thang máy, mômen thay đổi theo tải rất rõ rệt MC M/Mdm Odm G/Gdm0 10 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 Hình 1.1 Khi không tải, mômen của động cơ không v−ợt quá 15ữ20%Mđm. Mômen động cơ phụ thuộc vào tải trọng. Trong hệ truyền động của thang máy yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm. Bởi vậy mômen trong quá trình quá độ phải đ−ợc hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật rất an toàn. Năng suất của thang máy chở hàng phụ thuộc vào 2 yếu tố: + Tải trọng của thiết bị. + Số chu kì bốc dỡ trong 1 giờ. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 9 Số l−ợng hàng hóa di chuyển trong mỗi chu kì không giống nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt 60ữ70% công suất định mức của động cơ. Do điều kiện làm việc của thang máy thất th−ờng, tải trọng luôn thay đổi, lúc non tải, lúc đầy tải nên thang máy đ−ợc chế tạo có độ bền cơ cao. Tất cả các thiết bị đ−ợc đặt trong buồng thang và buồng máy. IV- Kết cấu chung của thang máy Trên hình 1.2 mô tả kết cấu chung của thang máy, đây là kết cấu phần cơ điện đ−ợc chia làm 2 bộ phận chính: phòng máy và giếng thang. Trong giếng thang bao gồm : tầng hầm 11 (khoảng trống kể từ đáy giếng thang đến phần d−ới cùng của buồng thang). Tầng hầm là phần nền móng cho các thanh ray. Đây là phần chịu toàn bộ trọng l−ợng của kết cấu thang máy, trọng l−ợng thang máy, đối trọng và tải trọng tối đa nên ta phải xử lí phần móng và nền móng thật tốt để tránh lún, rạn gây mất trọng tâm cho buồng thang, ảnh h−ởng đến hành trình lên xuống của buồng thang, nhất là khi đầy tải. Vì buồng thang đ−ợc tr−ợt trên các thanh ray 9 theo ph−ơng thẳng đứng. Trong tầng hầm còn có cơ cấu lò xo có tác dụng khi thang máy hạ xuống tầng 1, đ−ợc giảm chấn, hạn chế va chạm cơ khí giúp thang dừng đ−ợc nhẹ nhàng. Tầng hầm có chiều cao từ 1,5ữ2(m) để thuận tiện cho công việc sửa chữa và bảo d−ỡng. Phía trên tầng hầm là toàn bộ phần thân chính của giếng thang. Phòng máy là nơi đặt tủ điều khiển động cơ nâng hạ buồng thang, là nơi có tác dụng nh− xà treo, nên khi thang đầy tải nó phải gánh một trọng lực rất lớn nên ta cũng phải tính toán phần kết cấu bê tông đủ lớn để tránh gây sập. Phòng máy đ−ợc lắp đặt ở nơi cao nhất là trên nóc tầng 7 (nóc giếng thang). Giếng thang chạy suốt từ tầng 1 đến tầng 7 có kích th−ớc phù hợp để lắp ghép thanh dẫn h−ớng cho buồng thang, ngoài ra dọc giếng thang còn lắp các thiết bị bảo vệ và đèn chiếu sáng. Thanh ray 9 th−ờng làm bằng thép chịu lực tốt, có hình dáng kích th−ớc phù hợp để dẫn h−ớng chuẩn và tạo điểm tì của cơ cấu phanh khi phanh dừng buồng thang. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 10 Để nâng hạ buồng thang ng−ời ta dùng động cơ 6. Động cơ này đ−ợc nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang đ−ợc treo trên puli quấn cáp. Khi nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc 5. Khung của buồng thang 3 đ−ợc treo trên puli quấn cáp kim loại 4. Buồng thang luôn đ−ợc giữ theo ph−ơng thẳng đứng nhờ có giá treo 7 và những con tr−ợt dẫn h−ớng (con tr−ợt là loại puli tr−ợt có bọc cao su bên ngoài). Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm, Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chổ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển buồng thang v−ợt quá 20ữ40% tốc độ định mức. Phanh bảo hiểm th−ờng đ−ợc chế tạo theo 3 kiểu: - Phanh bảo hiểm kiểu nêm. - Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm. - Phanh bảo hiểm kiểu kìm. Trong 3 loại phanh bảo hiểm trên phanh bảo hiểm kiểu kìm có tính năng kĩ thuật −u việt hơn, nó đảm bảo tác động nhanh nh−ng dừng vẫn êm buồng thang, vì vậy nó đ−ợc sử dụng rộng rãi hơn. Phanh bảo hiểm th−ờng đ−ợc lắp phía d−ới buồng thang, gọng kìm tr−ợt theo thanh dẫn h−ớng khi tốc độ của buồng thang bình th−ờng. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm gắn với hệ truyền động bánh vít, trục vít. Hệ truyền động trục vít có 2 loại ren: ren trái và ren phải. Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu li tâm. Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu li tâm quay. Khi tốc độ di chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền sẽ làm cho tang quay và kìm sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn h−ớng và hạn chế tốc độ của buồng thang. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 11 Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy 1 2 3 4 5 6 12 7 8 9 10 11 2. công tắc hành trình 1. Đối trọng 3. Buồng thang 4. Dây cáp truyền 5. Puli 6. Động cơ dẫn động 7. Giá treo 8. Đế cabin 9. Thanh ray 10. Xích hạn chế tốc độ 11. Tầng hầm 12. Tủ điều khiển Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 12 V- Phân loại thang máy Thang máy hiện nay đã đ−ợc thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu, 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: 1. Theo công dụng (TCVN – 1993) thang máy đ−ợc phân thành 5 loại a) Thang máy chuyên chở ng−ời Loại này chuyên để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung c−, tr−ờng học, tháp truyền hình v..v.. Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin. b) Thang máy chuyên chở ng−ời có tính đến hàng đi kèm Loại này th−ờng dùng cho các siêu thị, khu triển lãm v..v.. Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin. c) Thang máy chuyên chở bệnh nhân Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều d−ỡng v..v.. Đặc điểm của loại này là kích th−ớc thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca hoặc gi−ờng của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm. Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích th−ớc và tải trọng cho loại thang máy này. Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin. d) Thang máy chuyên chở hàng có ng−ời đi kèm Loại này th−ờng dùng trong các nhà máy, công x−ởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn v..v.. Chủ yếu dùng để chở hàng nh−ng có ng−ời đi kèm để phục vụ. Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin. e) Thang máy chuyên chở hàng không có ng−ời đi kèm Loại này chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể v..v.. Đặc điểm của loại này là chỉ có điều khiển ở ngoài cabin (tr−ớc các cửa tầng). Ngoài ra còn có các loại thang máy chuyên dùng nh−: thang máy cứu hỏa, chở ôtô v..v.. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 13 Hình 1.3 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang a,b) Dẫn động cabin bằng puly ma sát c) Dẫn động cabin bằng tang cuốn cáp c)b)a) a) b) Hình 1.4 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dứới giếng thang a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin b) Cáp vòng qua đáy cabin Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 14 a) b) c) Hình 1.5 Thang máy thủy lực a) Pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabin b) Pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabin c) Pittông kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin 2. Theo hệ thống dẫn động cabin a) Thang máy dẫn động điện (hình 1.3) Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Chính nhờ cabin đ−ợc treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế. Ngoài ra còn có loại thang dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng để chở ng−ời phục vụ xây dựng các công trình cao tầng). b) Thang máy thủy lực (bằng xilanh – pittông) (hình 1.5) Đặc điểm của loại thang máy này là cabin đ−ợc đẩy từ d−ới lên nhờ xilanh – pittông thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thủy lực với hành trình tối đa là khoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 15 giảm đ−ợc chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồng máy đặt ở tầng trệt. 3. Theo vị trí đặt bộ tời kéo Đối với thang máy điện: Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang (hình 1.3). Thang máy có bộ tời kéo đặt phía d−ới giếng thang (hình 1.4). Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin. Đối với thang máy thủy lực: buồng máy đặt tại tầng trệt (hình 1.5). 4. Theo hệ thống vận hành a) Theo mức độ tự động: + Loại nửa tự động. + Loại tự động. b) Theo tổ hợp điều khiển: + Điều khiển đơn. + Điều khiển kép. + Điều khiển theo nhóm. c) Theo tổ hợp điều khiển: + điều khiển trong cabin. + điều khiển ngoài cabin. + điều khiển cả trong và ngoài cabin. 5. Theo các thông số cơ bản a) Theo tốc độ di chuyển của cabin: + Loại tốc độ thấp: v < 1(m/s). + Loại tốc độ trung bình: v = 1 ữ 2,5(m/s). + Loại tốc độ cao: v = 2,5 ữ 4(m/s). + Loại tốc độ rất cao: v > 4(m/s). b) Theo khối l−ợng vận chuyển của cabin: + Loại nhỏ: Q < 500(kg). + Loại trung bình: Q = 500 ữ 1000(kg). Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 16 + Loại lớn: Q = 1000 ữ 1600(kg). + Loại rất lớn: Q > 1600(kg). 6. Theo kết cấu các cụm cơ bản a) Theo kết cấu của bộ tời kéo: + Bộ tời kéo có hộp giảm tốc. + Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: th−ờng dùng cho các loại thang máy có tốc độ cao. + Bộ tời kéo 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 puli ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống. Loại có puli ma sát (hình 1.3a và b): khi puli quay kéo theo cáp chuyển động là nhờ ma sát sinh ra giữa rãnh ma sát của puli và cáp. Loại này đều phải có đối trọng. Loại có tang cuốn cáp (hình 1.3c): khi tang cuốn cáp kéo hoặc nhả cáp kéo theo cabin lên hoặc xuống. Loại này có hoặc không có đối trọng. b) Theo hệ thống cân bằng: + Có đối trọng (hình 1.3a). + Không có đối trọng (hình 1.3c). + Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn. + Không có cáp hoặc xích cân bằng. c) Theo cách treo cabin và đối trọng: + Treo trực tiếp và dầm trên của cabin (hình 1.3a). + Có palăng cáp (thông qua các puli trung gian) vào dầm trên của cabin (hình 1.5b). d) Theo hệ thống cửa cabin: + Ph−ơng pháp đóng, mở cửa cabin - Đóng mở bằng tay: khi cabin dừng đúng tầng thì phải có ng−ời ở trong hoặc ngoài cửa tầng mở và đóng cửa cabin và cửa tầng. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 17 - Đóng mở bán tự động: khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự đóng mở, khi đóng phải dùng bằng tay hoặc ng−ợc lại. Cả 2 loại này th−ờng dùng cho thang máy chở hàng có ng−ời đi kèm, thang máy chở hàng không có ng−ời đi kèm hoặc thang máy dùng cho nhà riêng. - Đóng mở tự động: khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động đóng và mở nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cửa cabin. Thời gian và tốc độ đóng và mở điều chỉnh đ−ợc. + Theo kết cấu của cửa: Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía. - Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh. Hai loại cửa này th−ờng dùng cho thang máy chở hàng có ng−ời đi kèm hoặc không có ng−ời đi, hoặc thang máy dùng cho nhà riêng. - Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía. Đối với thang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn cánh mở chính giữa lùa về hai phía (mỗi bên hai cánh). Loại này th−ờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt phía sau cabin. - Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía. Loại này th−ờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (thang máy chở bệnh nhân…). - Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên và d−ới (thang máy chở thức ăn…). - Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên. Loại này th−ờng dùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng… + Theo số cửa cabin - Thang máy có một cửa. - Hai cửa đối xứng nhau. - Hai cửa vuông góc nhau. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 18 e) Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cabin + Hãm tức thời, loại này th−ờng dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45(m/ph). + Hãm êm, loại này th−ờng dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45(m/ph). 7. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang a) Đối trọng bố trí phía sau (hình 1.6a). b) Đối trọng bố trí một bên (hình 1.6b). Trong một số tr−ờng hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với cabin. Hình 1.6 Mặt cắt ngang giếng thang a) Giếng thang có đối trọng bố trí phía sau b) Giếng thang có đối trọng bố trí một bên a) b) 8. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin a) Thang máy thẳng đứng: là loại thang máy có cabin di chuyển theo ph−ơng thẳng đứng, hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại này. b) Thang máy nghiêng: là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so với ph−ơng thẳng đứng. c) Thang máy zigzag: là loại thang máy có cabin di chuyển theo đ−ờng zigzag. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 19 VI- Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy + Căn cứ vào điều kiện làm việc của thang máy và phụ thuộc vào sự an toàn của hệ thống nên cơ cấu điều khiển thang máy cần tuân thủ theo một số yêu cầu sau: - Khi buồng thang đang di chuyển lên xuống thì các cửa tầng, cửa buồng thang, cửa tâng hầm phải đóng kín để đảm bảo cho ng−ời vận hành và hàng hóa vận chuyển. - Trong các thang máy hiện đại, khi thang máy đang hoạt động vẫn có thể ấn nút gọi tầng vì trong mạch điều khiển có bộ nhớ và có chế độ −u tiên đối với các lệnh gần đ−ờng chuyển rời của buồng thang. + Nguyên lí chung khi điều khiển thang máy - Gọi buồng thang tại cửa tầng. - Điều khiển đổi tầng trong buồng thang. - Điều khiển buồng thang khi sửa chữa trên buồng máy. + Khi có sự cố, hoặc các điều kiện liên động ch−a tác động đủ thì thang sẽ không hoạt động cho dù điều khiển bằng cách nào. + Điều khiển thang máy đổi tầng bằng nút bấm trong buồng thang, và khi thang đang hoạt động thì việc gọi tại cửa tầng sẽ đ−ợc nhớ lại và chờ hành trình sau. + Trong buồng thang, ngoài các nút gọi tầng, đóng mở cửa còn có đèn chiếu sáng, điện thoại, chuông cấp cứu và nút dừng đột ngột khi có sự cố. VII- Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy + Để chọn đ−ợc công suất động cơ truyền động thang máy cần có các điều kiện và tham số sau: - Sơ đồ động học của thang máy. - Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép. - Trọng tải. - Trọng l−ợng buồng thang. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 20 + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng đ−ợc tính theo công thức: )kW( 10.g.v).GG( P 3 bt C η += − Trong đó: Gbt : khối l−ợng buồng thang (kg). G : khối l−ợng tải (kg). v : tốc độ nâng (m/s). g : gia tốc trọng tr−ờng (m/s2), chọn g = 9,8(m/s2). η : hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5 ữ 0,8), chọn η = 0,8 Vì thang máy có đối trọng, nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết. Tuy nhiên trong thực tế đối trọng có thể đ−ợc thay đổi trong quá trình hiệu chỉnh chạy thử thang máy. Vì vậy, việc tính đối trọng sau đây cần thiết cho tính chọn thiết bị. Khối l−ợng của đối trọng: Gđt = Gbt + αG (kg) Gđt : khối l−ợng đối trọng (kg). α : hệ số cân bằng (0,3 ữ 0,6), đối với thang máy chở hàng: chọn α = 0,5 + Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải đ−ợc tính theo công thức sau: Pcn = [(Gbt + G).η 1 - Gđt.η]v.k.g.10 -3 (kW) Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng: Pch = [(Gbt + G).η + Gđt. η 1 ]v.k.g.10-3 (kW) Pcn : công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng. Pch : công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng. k : hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn h−ớng và đối trọng (1,15 ữ 1,3), chọn k = 1,2. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 21 Ta có bảng thông số t−ơng đối về thời gian mở máy, thời gian hãm, thời gian đóng mở cửa và số lần dừng cửa buồng thang khi chuyển động. Bảng 1.1 Tổng thời gian còn lại (s) Thời gian mở máy và hãm máy với khoảng cách giữa cửa tầng (s) Tốc độ di chuyển (m/s) 3,6(m) ≥7,2(m) Buồng thang có cửa rộng d−ới 800mm (mở bằng tay) Buồng thang có cửa rộng d−ới 800mm (mở tự động) Buồng thang có cửa rộng d−ới 1000mm (mở tự động) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 1,6 1,6 1,8 1,8 2,8 3,2 1,6 1,6 1,8 1,8 2 2,5 12 12 13 - - - 7 7 7 7,2 - - - - 6,3 6,3 6,5 7 + Ph−ơng pháp tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy tiến hành theo các b−ớc sau: - Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang ở tầng d−ới cùng và các lần dừng tiếp theo: F = (Gbt + G – k1.ΔG1 – Gđt).g Trong đó: k1 : số lần dừng buồng thang ΔG1 : sự giảm khối l−ợng tải sau mỗi lần dừng - Tính mômen t−ơng ứng với lực kéo: Mômen nâng tải: )Nm( .i R.F M n η= Mômen hạ tải: )Nm( i .R.F M h η= Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 22 Trong đó: i : Tỉ số truyền của hộp điều tốc. R : bán kính puli dẫn động (m). - Tính tổng thời gian hành trình nâng hạ buồng thang bao gồm: Thời gian buồng thang di chuyển theo tốc độ ổn định, thời gian mở, hãm máy và tổng thời gian còn lại (thời gian đóng, mở cửa buồng thang, thời gian ra vào của hàng hóa) - Dựa vào kết quả các b−ớc tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ. - Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính đến quá trình quá độ và kiểm nghiệm công suất động cơ theo điều kiện phát nóng quá tải. VIII- Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động cho thang máy - Phụ tải thang máy là phụ tải thế năng. - Vị trí các điểm dừng của thang máy để đón, trả khách, hàng trên hố thang là các vị trí cố định, đó chính là vị trí sàn các tầng nhà. - Động cơ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều. - Đây là thang máy chở hàng cho nhà 7 tầng, chọn thang máy có ng−ời đi kèm, nên đòi hỏi cao về độ an toàn và chính xác khi dừng máy. - Đảm bảo gia tốc cabin khi khởi động và khi dừng nằm trong giới hạn cho phép. a) Đặc điểm phụ tải của thang máy + Thang máy là phụ tải có tính chất thế năng. Tùy vào kiểu thang máy mà phụ tải có thể ổn định hoặc không. Đây là thang máy chở hàng nên thông th−ờng tải khá ổn định, có thể khi nâng đầy tải, khi hạ không tải. + Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt phát nóng Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 23 của động cơ ch−a đạt đến mức bảo hòa đã đ−ợc giảm do mất tải, nhiệt độ suy giảm ch−a tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tăng tải. Ta có đồ thị phát nhiệt của động cơ: t P Hình 1.7 + Đặc điểm thứ ba của thang máy là sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ. Động cơ trong mỗi lần hoạt động đều thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động, kéo tải ổn định, hãm dừng. Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục của động cơ từ chế độ động cơ sang chế độ máy phát. + Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đó chuyển động ổn định với tốc độ đó trong một lần chuyển động, do đó không có yêu cầu về điều chỉnh tốc độ. b) Các yêu cầu truyền động cho thang máy + Do đặc điểm phụ tải có những điểm riêng nên chuyển động thang máy có những yêu cầu sau: Yêu cầu cơ bản của hệ truyền động thang máy là bảo đảm cho buồng thang chuyển động êm. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc gia tốc khởi động, khi hãm, phanh. Các tham số đặc tr−ng cho chuyển động của thang máy là: - Vận tốc di chuyển : v (m/s) - Gia tốc : a (m/s2) - Độ giật : ρ (m/s3) Tốc độ thang máy đ−ợc thiết kế đặt căn cứ vào loại tải mà nó mang và vào quảng đ−ờng tổng hoạt động. Tốc độ quyết định năng suất của thang máy. Với các nhà cao tầng, việc dùng thang máy có tốc độ cao tiết kiệm Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 24 đ−ợc nhiều thời gian. Tuy vậy để tăng tốc thang máy đòi hỏi chi phí thiết kế tăng, nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75(m/s) lên v = 3,5(m/s) thì giá thành sẽ tăng lên 4ữ5 lần, bởi vậy tùy theo độ cao của nhà mà phải chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối −u. Với thang máy chở hàng trong một tòa nhà cao 7 tầng đạt tốc độ v = 1(m/s) là phù hợp. Tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc, nh−ng khi gia tốc lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho ng−ời, có thể gây đổ vỡ các hàng hóa và các chất lỏng… trong khi di chuyển. Vậy gia tốc tối −u là: a = 2(m/s2). Gia tốc tối −u đảm bảo năng suất cao và không gây cảm giác khó chịu cho con ng−ời. Vậy ta có bảng sau: Bảng 1.2 Hệ truyền động Tham số Xoay chiều Một chiều Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5 Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 0,5 1,5 2 2 Gia tốc tính toán trung bình (m/s3) 0,5 0,5 0,8 1 1 1,5 Đại l−ợng quan trọng nữa trong yêu cầu truyền động thang máy là độ giật. Độ giật sinh ra do sự thay đổi độ lớn của gia tốc khi khởi động và khi dừng. Độ giật có ảnh h−ởng lớn tới chuyển động êm của thang máy. Hay độ giật là: Đạo hàm bậc nhất của gia tốc : dt da ρ= Đạo hàm bậc hai của tốc độ : 2 2 dt vd=ρ Với thang máy có a ≤ 2(m/s2) thì độ giật cho phép là ρ = 20(m/s3) D−ới đây là biểu đồ vận tốc, gia tốc, độ giật, quảng đ−ờng tối −u của một chuyển động thang máy. Biểu đồ chia làm 5 giai đoạn: Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 25 - Mở máy. - Chế độ ổn định. - Hãm tới tốc độ thấp. - Buồng thang đến tầng. - Hãm dừng. Mở máy chuyển động ổn định v s 0 t Hãm xuống tốc độ thấp s,v v(m/s) a(m/s2) ?(m/s3) a vmin a a s: vị tría Hình 1.8 Đến tầng Hãm dừng Biểu đồ tối −u trên có thể thực hiện bằng hệ F-Đ. Với động cơ hai cấp tốc độ có thể đạt gần giống nh− vậy. Trong tr−ờng hợp đơn giản với thang máy chậm và quảng đ−ờng nhỏ có thể chỉ tính đến ba giai đoạn: - Mở máy. - Chế độ ổn định. - Hãm dừng. + Chuyển động của thang máy có một yêu cầu quan trọng nữa là dừng chính xác. Trong chuyển động buồng thang của thang máy cần phải dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện t−ợng: khó khăn cho việc bốc dỡ hàng, đặc biệt là các hàng nặng phải dùng con lăn, xe đẩy. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 26 Trong một số tr−ờng hợp có thể không thực hiện đ−ợc việc xếp và bốc dỡ hàng hóa. Theo TCVN, khi đặt lên thang máy một tải trọng G = 2,5Gđm thang phải đảm bảo dừng chính xác tại sàn với sai lệch không quá 2(cm). Thang máy dừng chính xác giúp cho việc bốc dỡ hàng hóa ra vào dễ dàng, do đó tăng năng suất của thang máy. Để khắc phục hậu quả có thể đạt đ−ợc độ chính xác khi dừng, nh−ng sẽ gây ra các vấn đề không mong muốn nh− sau: - Hỏng các thiết bị điều khiển. - Gây tổn thất năng l−ợng. - Gây hỏng các thiết bị cơ khí. - Tăng thời gian từ hãm tới dừng. Việc dừng chính xác buồng thang cần tính đến một nữa hiệu số của hai quảng đ−ờng tr−ợt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một h−ớng di chuyển. Các yếu tố ảnh h−ởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm: - Mômen cơ cấu phanh. - Mômen quán tính của buồng thang. - Tốc độ khi bắt đầu hãm và một số các yếu tố phụ khác. Quá trình hãm buồng thang xảy ra nh− sau: khi buồng thang đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cần cấp lệnh lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang. Trong quảng thời gian Δt, buồng thang đi đ−ợc một quảng đ−ờng là S’: S’ = v0.Δt (m) Trong đó: v0 : tốc độ lúc bắt đầu hãm. Δt : thời gian tác động của thiết bị điều khiển. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 27 Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang, trong thời gian này buồng thang đi đ−ợc một quảng đ−ờng S”: S” = )FF.(2 v.m Cph 2 0 ± (m) Trong đó: m : khối l−ợng các phần chuyển động của buồng thang (kg). Fph : lực phanh (N). FC : lực cản tĩnh (N). Dấu ± trong biểu thức phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực FC. Khi buồng thang đi lên biểu thức mang dấu (+) và khi buồng thang đi xuống biểu thức mang dấu (-). S” có thể viết d−ới dạng: S” = )MM.(i.2 2 D ..J Cph 2 0 ± ω (m) Trong đó: J : mômen quán tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang (kg.m2). Mph : mômen ma sát (N). MC : mômen cản tĩnh (N). ω0 : tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh (rad/s). D : đ−ờng kính puli kéo cáp (m). i : tỉ số truyền. Quảng đ−ờng buồng thang đi đ−ợc từ khi công tắc chuyển đổi tầng cho lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng: S = S’ + S” = v0.Δt + )MM.(i.2 2 D ..J Cph 2 0 ± ω Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 28 Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quảng đ−ờng tr−ợt khi phanh đầy tải và không tải. Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất): 2 SS S 12 −=Δ Trong đó: S1 : quảng đ−ờng tr−ợt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh. S2 : quảng đ−ờng tr−ợt lớn nhất của buồng thang khi phanh. Để dừng chính xác buồng thang cho các thang máy của các nhà cao tầng có tốc độ trung bình, ta phải l−u ý đến yếu tố tốc độ của buồng thang tr−ớc khi phanh hãm tốc độ. Để hiểu rõ yếu tố này ta phải phân tích theo hình 1.9: + Đối trọng Buồng thang S Sàn tầng BK1 BK2 Hình 1.9 BK1, BK2 : Cảm biến dừng chính xác buồng thang. BK1 đặt cách sàn tầng một khoảng S để phát lệnh dừng động cơ. BK2 tác động sau khi buồng thang đi đ−ợc một khoảng so với vị trí ban đầu, để phát tín hiệu đổi cấp tốc độ ban đầu với phạm vi điều chỉnh (1:4). Với tốc độ nhỏ nh− vậy thì việc dừng êm và chính xác buồng thang sẽ dễ thực hiện. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 29 Do nhiều yếu tố nh− sự thay đổi của Mhãm, MJ, tốc độ tr−ớc khi dừng nên làm cho buồng thang có thể chuyển động với quảng đ−ờng Smax và Smin, trị số sai lệch này là ±ΔS và t−ơng ứng với góc quay của tang trống là ±Δφ. v .S ωΔ=ϕΔ Trong đó: φ : góc quay của tang trống. ω : Vận tốc góc quay của động cơ. v : tốc độ chuyển động của buồng thang. Δφ chia làm hai thành phần: φ1 : thành phần sau khi phát lệnh dừng nh−ng động cơ vẫn quay với một tốc độ không đổi cho đến khi các khí cụ điện tác động. φ1 = ω.t t : thời gian khí cụ điện tác động. φ1 : thành phần sau khi động cơ đ−ợc lệnh hãm, nh−ng động cơ đ−ợc quay một góc, đó là do năng l−ợng d− thừa trong hệ thống. h 2 2 M.2 .J ω=ϕ J : mômen quán tính. Mh : mômen hãm. Lấy vi phân toàn phần: dφ1 = ω.dt + t.dω h2 h 2 h 2 h 2 dM.M.2 .J dJ. M.2 d. M .J d ω−ω+ωω=ϕ Lấy đạo hàm gần đúng: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Δ−Δ+ω ωΔϕ+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ω ωΔ+Δϕ=ϕΔ h h 21 M M J J . t t . Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 30 Qua sự phân tích các biểu thức trên ta thấy rõ ràng Δφ phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: ω, J, Mh. Trong đó J và Mh là hai tham số rất khó điều chỉnh, vì nó phụ thuộc rất nhiều vào các thành phần khác. Do vậy để giảm Δφ thì tr−ớc khi dừng thang máy cần phải giảm sơ bộ tốc độ của buồng thang bằng cách giảm tốc độ của động cơ nâng hạ với phạm vi điều chỉnh D = 1:4. Hình 1.10 là đồ thị tốc độ thang máy, đây là đồ thị tối −u nhất. v t t t P = dt dv P = dt vd2 Hình 1.10 + Bộ cảm biến dừng chính xác: Hiện nay th−ờng sử dụng hai kiểu cảm biến đó là: cảm biến kiểu chân không và cảm biến kiểu cảm ứng. - cảm biến kiểu cảm ứng: Bộ cảm biến dừng chính xác buồng thang thực chất là một công tắc phi tiếp điểm và th−ờng đ−ợc dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 31 Hình 1.11 mô tả cấu tạo và đặc tuyến của bộ cảm biến vị trí. 0 0,5 1 1 2 3 10,50 L s Hình 1.11 a) cấu tạo b) sự phụ thuộc L = f(s) a) b) Cấu tạo của nó gồm mạch từ hở 2, cuộn dây 3. Khi mạch từ hở do điện kháng của cuộn dây bé nên dòng xoay chiều qua cuộn dây lớn. Khi thanh sắt động 1 làm kín mạch từ, từ thông sinh ra trong mạch từ tăng, làm tăng điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống. Sự phụ thuộc điện cảm cuộn dây vào vị trí thang sắt động 1 đ−ợc biểu diễn trên hình 1.11(b). Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến vào một rơle ta sẽ đ−ợc một phần tử phi tiếp điểm để dừng trong hệ thống điều khiển. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến vị trí để thực hiện dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ vị trí buồng thang. Sơ đồ nguyên lí của cảm biến cảm ứng mô tả trên hình 1.12 CB RTr C Hình 1.12 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 32 Cuộn dây của rơle RTr đ−ợc đấu nối tiếp với cuộn dây của cảm biến kiểu cảm ứng (CB). Để nâng cao độ tin cậy ta đấu thêm tụ C song song với cuộn dây của bộ cảm biến, trị số điện dung của tụ đ−ợc tính toán sao cho khi thanh sắt 1 che kín mạch từ sẽ tạo đ−ợc dòng cộng h−ởng, khi mạch từ của cảm biến hở, dòng đi qua cuộn dây rơle RTr đủ lớn làm cho nó tác động. Khi mạch từ kín, dòng điện đi qua cuộn dây giảm xuống gần bằng 0, lúc này rơle không tác động. Thông th−ờng bộ cảm biến CB đ−ợc lắp ở thành giếng thang, còn thanh sắt động 1 đ−ợc lắp ở buồng thang. Ta có bảng các tham số của hệ truyền động thang máy với độ không chính xác khi dừng ΔS Bảng 1.3 Hệ truyền động Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển (m/s) Gia tốc (m/s2) Độ không chính xác khi dừng (mm) Động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 1 cấp tốc độ 1:1 0,8 1,5 ±120+150 Động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 2 cấp tốc độ 1:4 0,5 1,5 ±10+15 Động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc 2 cấp tốc độ 1:4 1 1,5 ±25+35 Hệ máy phát động cơ (F–D) 1:30 2 2 ±10+15 Hệ máy phát động cơ có khuyếch đại trung gian 1:100 2,5 2 ±5+10 - Bộ cảm biến vị trí kiểu chân không: Bộ cảm biến vị trí kiểu chân không thực chất là một rơle tự động cắt bằng cách thay đổi từ tr−ờng tác động bằng nam châm liên tiếp điểm (QT). Cấu tạo bộ cảm biến đ−ợc mô tả trên hình 1.13: Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 33 N S Lá kim loại Khung đỡ NCVC QT Hình 1.13 Cấu tạo gồm : một nam châm vĩnh cửu (NCVC), tác động vào cặp tiếp điểm th−ờng mở đặt trong ống thủy tinh đã đ−ợc hút chân không. ở trạng thái buồng thang bình th−ờng d−ới tác dụng của lực hút từ tr−ờng nam châm làm cho tiếp điểm QT đóng lại, khi bị lá thép kim loại chắn qua cản trở lực tác động của từ tr−ờng NCVC làm tiếp điểm mở ra. Để thực hiện cho việc dừng chính xác buồng thang và đảm bảo sao cho sàn buồng thang và sàn tầng nằm trên một mặt phẳng. Ta sử dụng một QT đ−ợc bố trí nh− sau: các lá thép kim loại đ−ợc đặt cố định dọc giếng thang cách vị trí sàn của mỗi tầng một vị trí đã đ−ợc tính toán. Còn cảm biến QT đ−ợc đặt trên nóc buồng thang, có nghĩa là di động theo sự lên xuống của buồng thang. Nguyên lí hoạt động nh− sau: Giả sử khi buồng thang chạy từ tầng 1 lên và dừng ở tầng 5, thì lúc này lá thép đặt ở cách sàn tầng 5 một khoảng xác định sẽ tác động vào cảm biến QT làm tiếp điểm QT mở ra, Rơle trung gian EX mất điện, tiếp điểm EX mở ra các nguồn điện cho công tắc tơ D, D mất điện, các tiếp điểm D mở ra cắt nguồn mạch lực làm cho động cơ nâng hạ mất điện, đồng thời các phanh tác động hãm dừng chính xác buồng thang sẽ trôi đi một đoạn do quán tính Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 34 là (S) và thang sẽ dừng chính xác ở tại sàn của tầng 5 (sàn tầng 5 và sàn của buồng thang cùng nằm trên một mặt phẳng). Muốn xác định vị trí chuyển động của buồng thang, ta phải đặt dọc theo giếng thang từ tầng 1 đến tầng 7, mỗi tầng một QT, còn lá thép lúc này đ−ợc đặt dài gần hết chiều cao của buồng thang và di động cùng buồng thang, khi buồng thang ở tầng nào thì lá thép tác động vào cảm biến làm cho tiếp điểm của QT ở tầng đó mở ra cắt nguồn điều khiển rơle trung gian t−ơng ứng, các tiếp điểm của rơle này sẽ tác động đóng hoặc mở ra những tín hiệu điều khiển cho mạch logic, giúp cho ng−ời điều khiển biết đ−ợc vị trí buồng thang đang ở tầng nào, tránh không bị điều khiển nhầm, có thể cùng một lúc cả tín hiệu điều khiển buồng thang lên và xuống của buồng thang đ−ợc tuyệt đối chính xác. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 35 Ch−ơng II phân tích và lựa chọn ph−ơng án Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máy là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay. Để thực hiện đ−ợc truyền động trong thang máy chúng ta phải có 2 ph−ơng án sau : - Dùng hệ truyền động chỉnh l−u triristor, động cơ 1 chiều có đảo chiều quay. - Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ. I- Hệ truyền động chỉnh l−u triristor có đảo chiều quay Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều quay đ−ợc xây dựng trên 2 nguyên tắc cơ bản : + Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của động cơ. + Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng. 1. Từ 2 nguyên tắc cơ bản này ta có 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. BBĐ1 BBĐ2 Đ Uđk Hình 2.1 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 36 Sơ đồ 2 : Truyền động dùng một 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. Đ Uđk BBĐ T T N CKT + - Hình 2.2 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. BBĐ1 BBĐ2 Hình 2.3 Đ Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ng−ợc điều khiển chung. Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện đ−ợc việc đảo chiều êm hơn. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 37 Đ BBĐ1 BBĐ2 BA Hình 2.4 Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung. Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện đ−ợc việc đảo chiều êm. Tuy nhiên kích th−ớc cồng kềnh, vốn đầu t− và tổn thất lớn. Lcb Lcb BBĐ1 BBĐ2 Hình 2.5 Đ Lcb Lcb 2. Mạch điều khiển của 5 loại này có thể chia làm 2 loại chính: a) Điều khiển riêng: Nguyên tắc : Khóa 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 hình 2.1, 2.2, 2.3 đ−ợc điều khiển theo nguyên tắc này. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 38 Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ kia thì bị khóa do không có xung điều khiển. Trong một khoảng thời gian thì BBĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còn d−ơng, sau đó khoảng thời gian này thì phát xung α2 mở BBĐ2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ đ−ợc hãm tái sinh. FX1 LOG FX2 SI1 SI2 Đ BBĐ1 BBĐ2 ABC XYZ ic ib ia i1L i2L a1 a2 u a1 a2 220V Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 39 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 E t ilđ i t1 t t t t t t t t t ' 1b ' 2b 1b 2b Hình 2.7 Sơ đồ các tín hiệu điều khiển Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 40 Nguyên lí truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung vào 1 BBĐ, còn BBĐ kia bị khóa do không có xung điều khiển. Hệ có 2 BBĐ (BBĐ1 và BBĐ2) với các mạch phát xung điều khiển t−ơng ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung phụ thuộc vào b1 và b2 (là các tín hiệu lôgic). Quá trình hãm và đảo chiều đ−ợc mô tả nh− sau: Trong khoảng thời gian từ 0 ữ t1 BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh l−u với góc α1 < π/2 BBĐ2 khóa. Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi ilđ góc điều khiển α1 tăng đột biến > π/2, dòng phần ứng giảm dần về 0, lúc này cắt xung điều khiển để khóa BBĐ1. Thời điểm t2 đ−ợc xác định bởi cảm biến dòng điện SI1. Trong khoảng thời gian trễ τ = t3 - t2 BBĐ bị khóa hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t3 suất điện động động cơ vẫn còn d−ơng, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 phát xung mở BBĐ2 với góc α2 > π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không v−ợt quá giá trị cho phép, động cơ đ−ợc hãm tái sinh. Nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện ng−ợc không đổi, điều này đ−ợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống. Trên sơ đồ của khối lôgic thì ilđ, i1L, i2L là các tín hiệu lôgic đầu vào, b1 và b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khóa các bộ phát xung điều khiển. ilđ = 1 phát xung điều khiển mở BBĐ1 ilđ = 0 phát xung điều khiển mở BBĐ2 i1L(i2L) = 1 có dòng điện chạy qua BBĐ1(BBĐ2) b1(b2) = 1 khóa bộ phát xung FX1(FX2) Khoảng thời gian trễ đ−ợc đảm bảo bởi các mạch xung có độ rộng không đổi τ. Mạch điều khiển nhờ bộ lôgic (có đảo chiều) có dạng: b1 = L2L1ld ii.i + b1 = L2L1ld ii.i + Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 41 -1 -1 -1 & & 1 1 1 1 t t b1 b2 i1L i2L ilđ Hình 2.8 Sơ đồ mạch lôgic Hệ truyền động van đảo chiều điều khiển riêng có −u điểm là làm việc an toàn, không có dòng điện cân bằng chạy qua giữa các bộ biến đổi, song cần một khoảng thời gian trễ, trong đó dòng điện động cơ bằng không. b) Điều khiển chung: Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả 2 BBĐ (BBĐ1 và BBĐ2) đều nhận đ−ợc xung mở nh−ng chỉ có 1 BBĐ cấp dòng cho nghịch l−u còn BBĐ kia làm việc ở chế độ đợi. Sơ đồ hình 2.4, 2.5 thực hiện theo nguyên tắc này. Trong ph−ơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo 2d1d EE = , tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng, song giá trị tức thời của suất điện động của các bộ chỉnh l−u 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 II- Hệ truyền động xoay chiều 1. Hệ truyền động cho động cơ không đồng bộ Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha. Loại động cơ này đ−ợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Ngày nay 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 đ−ợc hết Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 42 các −u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh l−u tiristor. Không giống nh− động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng nh− mômen động cơ sinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số. Động cơ không đồng bộ đ−ợc chia làm hai loại, động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Trong công nghiệp với hệ truyền động công suất nhỏ và trung bình, động cơ không đồng bộ đ−ợc sử dụng rất phổ biến. Với sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn công suất và kĩ thuật điện tử, tin học. Động cơ không đồng bộ có thể đạt đ−ợc nhiều yêu cầu truyền động cao mà tr−ớc đây chỉ có hệ truyền động một chiều T-Đ mới đảm bảo đ−ợc. Do vậy, cùng với −u điểm nổi bật về giá thành, động cơ không đồng bộ ngày càng đ−ợc sử dụng rộng rãi trong truyền động điện. Do đặc điểm cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt của động cơ không đồng bộ, từ thông và mômen của động cơ phụ thuộc vào nhiều tham số khác nhau. Hệ điều chỉnh động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số và phi tuyến mạnh. Xu h−ớng hiện đại là xây dựng hệ truyền động động cơ điện không đồng bộ có đặc tính điều chỉnh tiếp cận với đặc tính điều chỉnh hệ truyền động một chiều. Trong công nghiệp th−ờng sử dụng 4 hệ điều chỉnh tốc độ: a) Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristor Nguyên tắc của ph−ơng pháp này là mômen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình ph−ơng điện áp stato. Do đó có thể điều chỉnh đ−ợc mômen và tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. b) Điều chỉnh điện trở mạch rôto Ph−ơng pháp này đ−ợc thực hiện theo nguyên tắc điều chỉnh trơn điện trở rôto bằng các van bán dẫn. −u điểm của ph−ơng pháp này là dễ tự động hóa việc điều chỉnh. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 43 Điện trở trong mạch rôto của động cơ không đồng bộ: Rr = Rrd + Rf Trong đó: Rrd : Điện trở dây quấn rôto. Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato. Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ không thay đổi và độ tr−ợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở. M = ωi rd 2 r S RI3 Si : Độ tr−ợt khi điện trở mạch rôto 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 ph−ơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi. Ph−ơng pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng ph−ơng pháp xung: ρ==+= .RT t .R tt t .RR 0 d 0 nd d 0e Re : là điện trở t−ơng đ−ơng trong mạch rôto đ−ợc tính theo thời gian đóng td và thời gian ngắt tn của một khóa bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không. c) Ph−ơng pháp điều chỉnh công suất tr−ợt Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao ΔPS là lớn. Vì vậy để điều chỉnh đ−ợc tốc độ vừa tận dụng đ−ợc công suất tr−ợt, ng−ời ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất tr−ợt. ΔPS = Me.(ω1 – ω) = Me.ω1.s = Pdt.s dt S P PΔ s = d) Ph−ơng pháp biến đổi tần số Ph−ơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f1 sang tần số f2 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 44 Khi điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ th−ờng kéo theo cả việc điều chỉnh điện áp, dòng điện hay cả từ thông mạch stato. Do vậy đây là ph−ơng pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị. Có 2 loại biến tần: Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản f1 f2Mạch van Hình 2.9 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 l−ợng cao, tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp, có số l−ợng 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 : Chỉnh luu Lọc Nghịch luu U1, f1 U2, f2 Hình 2.10 Xoay chiều Xoay chiềuMột chiều Điện áp xoay chiều đ−ợc biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh l−u, qua bộ lọc, qua bộ nghịch l−u độc lập rồi đ−ợc biến đổi thành U2 với tần số f2 Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng mà không phụ thuộc f1 + Hệ truyền động động cơ không đồng bộ có nhiều −u điểm: - Giá thành rẻ hơn nhiều so với động cơ một chiều hay động cơ đồng bộ cùng công suất. - Hệ truyền động có thể đáp ứng tốt những chỉ tiêu kĩ thuật. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 45 - Động cơ không đồng bộ có cấu trúc đơn giản, đặc biệt là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc dễ chế tạo, bảo d−ỡng, sữa chữa. - Sử dụng đ−ợc điện xoay chiều từ l−ới. + Hệ truyền động này cũng có một số nh−ợc điểm: - Dải điều chỉnh ch−a lớn. - Khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ thấp. Để đạt đ−ợc yêu cầu cao cần có đầu t− lớn. - Khả năng tự động hóa kém. 2. Truyền động cho động cơ đồng bộ Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ ba pha ngày nay đ−ợc sử dụng rộng rãi với dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW. Nó chiếm vị trí quan trọng trong các hệ truyền động tự động. ở dải công suất lớn và cực lớn thì nó hoàn toàn chiếm −u thế. Tuy vậy ở công suất nhỏ nó phải cạnh tranh với truyền động động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều. Ngày nay truyền động động cơ đồng bộ công suất nhỏ đang đ−ợc chú ý nghiên cứu để thay thế truyền động động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều, bởi động cơ đồng bộ mang tính −u việt của cả động cơ không đồng bộ và động cơ một chiều. Nguyên lí điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ xuất phát từ biểu thức: D S S P f.π2 U = Trong đó: fS : tần số nguồn cấp PD : số đôi cực Trong thực tế động cơ đồng bộ đ−ợc điều chỉnh bằng biến tần nguồn dòng hoặc biến tần nguồn áp. Đặc điểm của hệ truyền động động cơ đồng bộ là đạt sai số tốc độ nhỏ, nâng cao hệ số sử dụng điện, có khả năng bù đ−ợc cosφ cho l−ới. Tuy nhiên động cơ đồng bộ gặp nhiều khó khăn trong quá trình khởi động do đặc điểm riêng, hơn nữa chúng khá đắt tiền. Trong thang máy động cơ đ−ợc yêu cầu làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 46 quá trình khởi động động cơ liên tục xảy ra, do đó loại trừ khả năng sử dụng động cơ đồng bộ. Kết luận : + Chọn ph−ơng án truyền động là dựa trên yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn động cơ. Thông qua phân tích, so sánh về kinh tế kĩ thuật để chọn động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, đồng bộ hay không đồng bộ. + Hiện nay hệ truyền động điện trong các máy nâng, vận chuyển sử dụng phổ biến là hệ truyền động với động cơ xoay chiều và một chiều. Xu h−ớng chủ yếu khi thiết kế và chế tạo hệ truyền động điện cho máy nâng, vận chuyển là th−ờng chọn hệ truyền động với động cơ xoay chiều vì có hiệu quả kinh tế cao, đạt yêu cầu về đặc tính khởi động củng nh− đặc tính điều chỉnh, chi phí đầu t− ít. + Với những chỉ tiêu truyền động đã phân tích, trong dự án thiết kế thang máy chở hàng cho tòa nhà 7 tầng với trọng tải 2000(kg) tốc độ chuyển động v = 1(m/s) nên chọn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 2 cấp tốc độ. Đây là hệ truyền động có thể đáp ứng tốt những chỉ tiêu kĩ thuật, đồng thời có −u điểm : lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 47 Ch−ơng III Những khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ I. những khái niệm cơ bản về truyền động điện 1. Cấu trúc và phân loại Cấu trúc chung của hệ truyền động điện đ−ợc mô tả trên hình 3.1 BBĐ ĐC MSX RT KT R K GN VH Hình 3.1 BBĐ : bộ biến đổi. ĐC : động cơ truyền động. MSX : máy sản xuất. RT : bộ điều chỉnh công nghệ. KT : các bộ đóng cắt phục vụ công nghệ. R : các bộ đóng cắt phục vụ truyền động. VH : ng−ời vận hành. GN : mạch ghép nối. + Hệ truyền động điện là tập hợp các thiết bị nh− : - Thiết bị điện. - Thiết bị điện từ. - Thiết bị điện tử. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 48 + Phục vụ việc biến đổi năng l−ợng điện – cơ cũng nh− gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng l−ợng đó. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện đ−ợc mô tả trên hình 3.1 bao gồm 2 phần: - Phần lực là phần biến đổi và động cơ truyền động. Các bộ biến đổi th−ờng dùng là bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi điện từ, bộ biến đổi điện tử. Động cơ điện có các loại: động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ. - Phần điều khiển gồm các cơ cấu đo l−ờng, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho ng−ời vận hành. + Phân loại hệ truyền động điện nh− sau : - Truyền động không điều chỉnh: th−ờng chỉ có động cơ nối trực tiếp với l−ới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định. - Truyền động có điều chỉnh: tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen lực kéo và truyền động điều chỉnh vị trí. 2. Khái niệm chung và đặc tính cơ của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ. Có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ nếu nh− động cơ vận hành ở chế độ định mức: Mđm, ωđm. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số của nguồn, hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. Để so sánh và đánh giá các đặc tính cơ ng−ời ta đ−a ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β: ωΔ Δ=β M β lớn có đặc tính cơ cứng, β nhỏ có đặc tính cơ mềm, β→∞ có đặc tính cơ cứng tuyệt đối. Truyền động có đặc tính cơ cứng, tốc độ thay đổi rất ít khi mômen biến đổi lớn. Thang máy có đặc tính cơ thuộc loại này. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 49 3. Đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng và đ−ợc biểu diễn bằng biểu thức tổng quát: ( ) a dm CdmCC .MMMM 00 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ω ω++= Trong đó: MC : mômen ứng với tốc độ ω 0C M : mômen ứng với tốc độ ω = 0 Mđm : mômen ứng với tốc độ định mức ωđm Thang máy là cơ cấu nâng hạ theo ph−ơng thẳng đứng a = 0 do đó biểu thức đặc tính cơ của thang máy: MC = Mđm = const Ta có đồ thị sau: Mômen cản thế năng (mômen cản tĩnh) của thang máy có đặc tính MC=const và không phụ thuộc vào chiều quay. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 50 Đ−ợc biểu diễn trên hình 3.3: Mômen phản kháng luôn chống lại chiều quay nh− mômen ma sát. Đ−ợc biểu diễn trên hình 3.4: 4. Trạng thái làm việc của truyền động điện Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng l−ợng điện cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện. Dòng công suất điện Pđiện có giá trị d−ơng nếu nh− có chiều quay từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất. Công suất này có giá trị d−ơng nếu nh− mômen động cơ sinh ra có cùng chiều quay với tốc độ quay. Nếu ng−ợc lại, dòng công suất điện có giá trị âm, nếu nó có chiều từ động cơ đi về nguồn. Công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ng−ợc chiều với tốc độ quay. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 51 Mômen của máy sản xuất đ−ợc gọi là mômen phụ tải hay mômen cản MC. Nó cũng đ−ợc định nghĩa dấu âm và dấu d−ơng ng−ợc lại với dấu mômen của động cơ. Ph−ơng trình cân bằng công suất của hệ truyền động: Pđ = PC + ΔP Trong đó: Pđ : công suất điện. PC : công suất cơ. ΔP : tổn thất công suất. Tùy thuộc vào biến đổi năng l−ợng trong hệ mà ta có trạng thái hãm đ−ợc mô tả trên hình 3.5 Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải Trạng thái hãm bao gồm : - Hãm tái sinh Pđiện< 0, Pcơ< 0, cơ năng biến thành điện năng trả về l−ới. - Hãm ng−ợc Pđiện> 0, Pcơ< 0, điện năng và cơ năng trở thành tổn thất ΔP. - Hãm động năng Pđiện= 0, Pcơ< 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ΔP. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 52 5. Quy đổi mômen cản, lực cản và mômen quá trình Trong mỗi một cơ cấu truyền động đều có các đại l−ợng: ω, M, v, F và mômen quán tính J. Để thuận tiện cho tính toán ng−ời ta th−ờng tính quy đổi tất cả các đại l−ợng về trục động cơ nh−ng phải theo nguyên tắc là đảm bảo năng l−ợng của hệ tr−ớc và sau quy đổi không thay đổi. 1 2 4 3 v.F f.eJd,Wd,Md Jab,Mqd Jt,Wt,Mt Hình 3.6 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ 1 : động cơ điện. 2 : hộp giảm tốc. 3 : tang quay. 4 : tải trọng. a) Tính quy đổi mômen MC và lực cản FC về trục động cơ Khi tính toán thiết kế ta cho giá trị của mômen tang trống MT qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền là i và hiệu suất ηi. Mômen này có tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqd: i l . l .MM i tcqd η= t di ω ω= Tải trọng G sinh ra lực FC có vận tốc chuyển động là v, nó sẽ tác động lên trục động cơ một momen Mcqd ta có: Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 53 p l . Fv . . F M C ti C cqd η=ωηη= Với : v p d ω= ti .ηη=η b) Tính quy đổi mômen quán tính Trong hộp điều tốc các cặp bánh răng có mômen quán tính J1…Jk, mômen quán tính tang trống J1, khối l−ợng quán tính M và mômen quán tính động cơ Jd đều có ảnh h−ởng đến tính chất động cơ của hệ truyền động. Nếu xét điểm khảo sát là trục động cơ và quán tính của cả hệ truyền động tại điểm này gọi là Jqd. Ta có ph−ơng trình động năng của hệ là: 22 t k 1 2 k dqd p m k.i J k.i J JJ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= ∑ 6. Ph−ơng trình động học của hệ truyền động điện Ph−ơng trình cân bằng năng l−ợng của hệ truyền động điện: W = WC + ΔW Trong đó: W : năng l−ợng đ−a vào động cơ. WC : năng l−ợng tiêu thụ của máy truyền động. ΔW : mức chênh lệch năng l−ợng đ−a vào và năng l−ợng tiêu thụ chính là động cơ của hệ. Ph−ơng trình động học của hệ truyền động tổng quát là: CMdt dJ .. 2 1 dt d .JM +ω+ω= Nhìn vào ph−ơng trình trên ta thấy: M > MC → dt dω > 0, hệ truyền động tăng tốc. M < MC → dt dω < 0, hệ truyền động giảm tốc. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 54 M = MC → dt dω = 0, hệ truyền động làm việc ổn định. Vậy ph−ơng trình trên là ph−ơng trình mô tả quá trình quá độ về cơ của hệ truyền động điện. 7. Điều kiện ổn định tĩnh của hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện khi ở trạng thái xác lập Md = MC. Đặc tr−ng cho trạng thái này là mômen và tốc độ không đổi, đây cũng có thể xem nh− là trạng thái cân bằng của hệ truyền động điện đối với tọa độ ω. Trạng thái cân bằng này có thể phá vỡ sự thay đổi những thông số bên trong hoặc bên ngoài hệ thống nh−: + Dao động điện áp l−ới. + Thay đổi phụ tải. + Chuyển đổi của các mạch điện. Sau trạng thái cân bằng cũ bị phá vỡ, hệ thống có thể xác lập một trạng thái cân bằng mới (ổn định) hoặc không thể xác lập đ−ợc trạng thái cân bằng nào (không ổn định). Đối với hệ truyền động điện tiêu chuẩn ổn định tĩnh có thể phát biểu nh− sau: “Điều kiện cần và đủ để một trạng thái xác lập của hệ thống truyền động điện ổn định là gia số tốc độ, đặc tr−ng cho hiện t−ợng mất cân bằng là mômen động xuất hiện khi đó phải có dấu ng−ợc nhau nghĩa là: 0 Md <ωΔ Để xét ổn định tĩnh của hệ truyền động điện ta có thể dựa vào đặc tính cơ của động cơ và đặc tính tĩnh của phụ tải nh− hình 3.7. Khảo sát hình 3.7 ta thấy điểm A là điểm làm việc xác lập vì ở vùng lân cận điểm xác lập với một số gia Δω nhỏ, ta có thể coi đặc tính cơ của động cơ và phụ tải là thẳng, nghĩa là thay các đặc tính cơ bằng các tiếp tuyến của chúng tại điển xác lập, các tiếp tuyến này tạo với trục ω theo chiều d−ơng các góc φ và ψ. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 55 Với giả thiết trên ta có: ΔMd = β.Δω ΔM0 = β0.Δω 0 dgM β−β=ωΔ Trong tr−ờng hợp tổng quát Mdg, Δω có thể d−ơng hoặc âm. Để dễ xem xét ổn định tĩnh ta luôn giả thiết Δω > 0, vậy tiêu chuẩn ổn định tĩnh chỉ còn lại Mdg < 0, nghĩa là nếu đảm bảo ΔMd – ΔMC < 0 hoặc β – βC < 0 → β – βC, lúc này điểm xác lập hệ thống. Theo tiêu chuẩn ổn định tĩnh xét cho hệ thống truyền động dùng động cơ không đồng bộ với các tải khác nhau đ−ợc mô tả trên hình 3.8. Ta thấy tại các điểm 1, 2, 3 hệ thống ổn định tĩnh, còn tại điểm 4 hệ thống không ổn định. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 56 Hình 3.8a : mô tả mômen cản tốc độ. Hình 3.8b : mô tả trạng thái xác lập ổn định và không ổn định của hệ truyền động điện dùng động cơ không đồng bộ khi mômen cản không đổi (MC = const). Nh−ng trong thực tế ng−ời ta chỉ cho hệ thống làm việc tại điểm 1 và 3 vì ở điểm 2 mặc dù hệ thống ổn định nh−ng độ dự trữ kém, độ tr−ợt lớn (tốc độ thấp) dẫn đến tổn thất nhiều. II. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân. Ưu điểm nổi bật của loại này là: - Giá thành rẻ hơn nhiều so với động cơ một chiều hay động cơ đồng bộ cùng công suất. - Hệ truyền động có thể đáp ứng tốt những chỉ tiêu kĩ thuật. - Động cơ không đồng bộ có cấu trúc đơn giản, đặc biệt là động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc dễ chế tạo, bảo d−ỡng, sữa chữa. - Sử dụng đ−ợc điện xoay chiều từ l−ới. Nh−ợc điểm của động cơ không đồng bộ: - Dải điều chỉnh ch−a lớn. - Khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ thấp. Để đạt đ−ợc yêu cầu cao cần có đầu t− lớn. - Khả năng tự động hóa kém. 1. Ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Để lập ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điểm cân bằng công suất trong của động cơ, công suất điện từ chuyển stato sang rôto: P12 = Mđt.ω1 Mđt : là mômen điện từ của động cơ. Nếu bỏ qua các tổn thất phụ: Mđt = Mcơ = M Công suất đó đ−ợc chia làm hai phần: P12 = Pcơ + ΔP2 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 57 Pcơ : công suất đ−a ra d−ới dạng động cơ. ΔP2 : công suất tổn hao đồng trong rôto. M.ω1 = Mω + ΔP2 Ta có: ΔP2 = M.ω1.S ΔP2 = 3. 2 2r .R2 Nên : 1 22 2 2 R .I.3 M ω= Thay I2 vào ta sẽ có ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ : ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +ω = 2 nm 2 11 2 2 ft X S R R. R.U.3 M Hoặc : ( ) th th th thth S.a S S S S S.a1.M.2 M ++ += Với : a = R1.R2 Hình 3.9a : là đồ thị đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Hình 3.9b : là đồ thị đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. ω = f(M) trong chế độ động cơ. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 58 Độ tr−ợt giới hạn Sth : 2 nm 2 1 2 th XR R S +±= Mômen tới hạn Mth : ( )2nm2111 2 ft th XRR.2 U M +±ω±= Trong hai biểu thức trên : - Dấu d−ơng ứng với trạng thái động cơ. - Dấu âm ứng với trạng thái máy phát. Do đó Mth ở chế độ máy phát lớn hơn Mth ở chế độ động cơ. Trong trạng thái làm việc của động cơ, các đ−ờng đặc tính cơ lúc này th−ờng biểu diễn trong khoảng tốc độ: 0 ≤ S ≤ Sth Độ cứng của đ−ờng đặc tính cơ biến đổi cả về trị số lẫn cả về dấu, tùy theo điều kiện làm việc. ωΔ Δ Δ Δ=ωΔ Δ=β S. S MM Với : th th S M2 S M =Δ Δ và 1 1S ω−=ωΔ Δ Vậy : th1 th S. M2 ω−=β hoặc dm1 dm S. M ω−=β Trên đ−ờng làm việc của đặc tính cơ động cơ không đồng bộ β có giá trị âm và gần nh− không đổi. III. Các thông số cơ bản ảnh h−ởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Từ các ph−ơng trình trên ta thấy rằng mômen tới hạn của động cơ tỉ lệ với bình ph−ơng của điện áp đặt vào stato, tỉ lệ nghịch với tần số và phụ Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 59 thuộc vào thông số của động cơ. Độ tr−ợt tới hạn cũng phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của động cơ. Khi các thông số trên thay đổi, dạng đặc tính cơ sẽ thay đổi. a) ảnh h−ởng của điện áp l−ới : Khi điện áp l−ới giảm độ tr−ợt tới hạn đến không đổi ω0 = const, còn mômen tới hạn sẽ giảm bình ph−ơng lần với điện áp, các dạng đặc tính cơ đ−ợc biểu diễn trên hình 3.10, Uđm > U1 > U2 > U3 Khảo sát đồ thị ta thấy với một mômen cản xác định (MC), khi điện áp càng giảm thì tốc độ xác lập càng nhỏ, mặt khác do mômen khởi động và mômen tới hạn đều giảm theo điện áp nên khả năng quá tải và khởi động giảm dần. Do đó nếu điện áp quá nhỏ thì hệ truyền động có thể không khởi đông đ−ợc (đ−ờng U2), hoặc không làm việc đ−ợc (đ−ờng U3). Ta có thể thay đổi thông số này để hạn chế dòng điện động cơ rôto lồng sóc hoặc để điều chỉnh tốc độ. b) ảnh h−ởng của số đôi cực p : Đối với những động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều cấp tốc độ, để điều chỉnh tốc độ của nó ng−ời ta thay đổi số đôi cực bằng cách đấu dây stato. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 60 Xuất phát từ biểu thức : p f..2 π=ω và ( )s10 −ω=ω Nếu thay đổi số đôi cực p thì w1 thay đổi do tốc độ động cơ cũng thay đổi. Còn Sth không phụ thuộc vào p nên không thay đổi nghĩa là độ cứng của đặc tính cơ vẫn giữ nguyên. Nh−ng khi thay đổi số đôi cực, phải thay đổi cách đấu dây ở stato, nên một số thông số nh−: Uf, R1, X1 có thể thay đổi. Do đó tùy từng tr−ờng hợp sẽ có ảnh h−ởng khác nhau đến mômen tới hạn của động cơ. M M0 0 R2 R1 S P2 P1 ω.P2 ω.P1 ω1.2 ω1.1 Hình 1.11 Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ Mth = const IV. Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ c) Nguyên lí điều chỉnh : Khi thay đổi số đôi cực từ của máy điện không đồng bộ, tốc độ từ tr−ờng quay thay đổi và do đó tốc độ của Rôto cũng biến đổi theo. Quan hệ này đ−ợc thể hiện trong biểu thức sau: )s1.( p f..2 )s1.( 10 −π=−ω=ω Với : f1 là tần số điện l−ới. Máy điện 2 tốc độ là loại đa tốc hay gặp nhất, số đôi cực của nó sẽ thay đổi bằng hai cách khác nhau về cơ bản: Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 61 + Dùng 2 tổ dây quấn stato riêng biệt, mỗi tổ có số đôi cực riêng. + Dùng một tổ dây quấn stato, nh−ng mỗi pha đ−ợc chia làm 2 đoạn, thay đổi cách nối dây giữa 2 đoạn đó sẽ thay đổi đ−ợc số đôi cực. Những động cơ cấu tạo theo cách thứ nhất to và nặng, khi tổ nối dây này làm việc thì tổ dây kia hoàn toàn bỏ không, tuy nhiên chúng có −u điểm là có thể tạo đ−ợc 2 tốc độ bất kì không phụ thuộc vào nhau. Động cơ theo cách hai nhỏ, nhẹ hơn, tận dụng tốt vật liệu của máy điện, nh−ng chúng có nh−ợc điểm là sơ đồ đổi nối dây phức tạp và hai cấp tốc độ lệ thuộc vào nhau. Động cơ đa tốc độ th−ờng có rôto lồng sóc, vì chúng có khả năng tự biến đổi số cực rôto sang stato, do đó số cực, điện trở, điện kháng của rôto tự thay đổi nhịp nhàng với stato. Bảng 1.4: các động cơ đa tốc thực tế th−ờng gặp P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Đơn vị N 3000 1500 1000 750 600 500 428 375 330 300 270 250 V/ph ω0 314 157 314 105 78,5 63 52,4 44,8 39,3 34,6 31,4 26,2 Rad/s Các động cơ hai tốc độ, một tổ dây quấn th−ờng đ−ợc chế tạo với: n0 = 3000 1500 ; 1500 750 ; 1000 500 (vòng/phút) Các động cơ hai tốc độ, hai tổ dây quấn th−ờng đ−ợc chế tạo với: n0 = 1500 1000 ; 3000 1000 ; 3000 750 ; 1000 750 ; 1000 330 ; 1000 250 (vòng/phút) Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 62 d) Các chỉ tiêu chất l−ợng: Ưu điểm của ph−ơng pháp điều chỉnh số đôi cực là thiết bị đơn giản, giá thành hạ, các đặc tính cơ đều cứng và khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lí t−ởng). Nhờ các đặc tính cơ cứng nên độ chính xác duy trì tốc độ cao và tổn thất tr−ợt khi điều chỉnh không đáng kể. Nh−ợc điểm lớn của ph−ơng pháp này là có tinh kém, giải điều chỉnh rộng và kích th−ớc động cơ lớn, đối với động cơ hai tốc độ một tổ dây quấn thì φ = 2, những động cơ khác có φ = 1,5, nghĩa là tốc độ nhảy cấp khá nhiều, dải điều chỉnh D = 1,5 ữ 8, do đó cấu trúc phức tạp và khá nặng nề. Những động cơ đa tốc độ với D lớn chỉ sử dụng ở những nơi thật cần thiết với công suất trung bình. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 63 Phần II tính toán - thiết kế vμ chọn trang bị điện cho thang máy Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 64 Ch−ơng I chọn ph−ơng án thiết kế I. Tính chọn công suất động cơ điện Phụ tải của thang máy chủ yếu do tải trọng quyết định, vì thang máy có đối trọng nên trong tính toán ta phải l−u ý đến trọng l−ợng của đối trọng và trọng l−ợng của cơ cấu nâng. Để xác định phụ tải một cách chính xác và khoa học ta cần phải xây dựng sơ đồ động học của hệ thống truyền động thang máy, từ sơ đồ động học ta phân tích các quá trình nâng hạ ở chế độ định mức và ở chế độ khi không tải để tính toán các thông số kỹ thuật liên quan. Cơ cấu truyền động thang máy có hộp điều tốc nên trong tính toán ta phải tính đến tỉ số truyền vì tỉ số này có ảnh h−ởng rất nhiều đến mômen nâng hạ của động cơ truyền động và tốc độ di chuyển của buồng thang. Trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào mômen quay do động cơ sinh ra và mômen cản tĩnh do phụ tải quyết định. Mỗi mômen trên đều có thể là mômen gây chuyển động hoặc mômen hãm, nh− vậy rõ ràng là động học của truyền động đ−ợc xác định bởi mômen tổng của 2 mômen trên. Để xác định phụ tải tĩnh, giả sử rằng thang máy trong quá trình đi lên mang tải định mức và tải không thay đổi trong suốt quá trình. Đây là tr−ờng hợp nâng nặng nề nhất. Và khi hạ thang máy cũng mang tải định mức. Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng: )kW( 10.g.v)GG( P 3 bt c η + = - Trong đó: Gbt : khối l−ợng buồng thang (kg). G : Khối l−ợng hàng (kg). Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 65 v : tốc độ nâng (m/s). g : gia tốc trọng tr−ờng (m/s2), chọn g = 9,8(m/s2). η : hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5 ữ 0,8), chọn η = 0,8 Theo số liệu đã cho: Gbt = 1800(kg) G = 2000(kg) v = 1(m/s) )kW(55,46 8,0 10.8,9)20001800( P 3 c = + = - Vì thang máy có đối trọng, nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết. Tuy nhiên trong thực tế đối trọng có thể đ−ợc thay đổi trong quá trình hiệu chỉnh chạy thử thang máy. Vì vậy, việc tính đối trọng sau đây cần thiết cho tính chọn thiết bị. Khối l−ợng của đối trọng: Gđt = Gbt + αG (kg) Gđt : khối l−ợng đối trọng (kg). α : hệ số cân bằng (0,3 ữ 0,6), đối với thang máy chở hàng ta chọn α = 0,5. Gđt = 1800 + 0,5.2000 = 2800 (kg) Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng: Pcn = [(Gbt + G).η 1 - Gđt.η]v.k.g.10 -3 (kW) Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng: Pch = [(Gbt + G).η + Gđt. η 1 ]v.k.g.10-3 (kW) Trong đó: Pcn : công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng. Pch : công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng. k : hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn h−ớng và đối trọng (1,15 ữ 1,3), chọn k = 1,2. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 66 Pcn = [(1800+2000) 8,0 1 -2800.0,8].1,2.9,8.10-3 = 29,52(kW) Pch = [(1800+2000).0,8 +2800. 8,0 1 ].1,2.9,8.10-3 = 76,9(kW) Số liệu về cáp dẫn động: + Khối l−ợng riêng dây cáp = 0,47(kg/m) → cáp Φ12. + Sử dụng 4 sợi = 4.0,47 = 1,88(kg/m). + Chọn 1 tầng cao 4(m) vậy hành trình dài nhất của cáp = 4.7 = 28(m). + Tổng trọng l−ợng dây cáp Gd = 1,88.28 = 52,64(kg). Lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang khi có tải định mức: F = (Gbt + G – k1.ΔG1 – Gđt).g Trong đó: k1 : số lần dừng buồng thang. ΔG1 : sự giảm khối l−ợng tải sau mỗi lần dừng. F = (1800 + 2000 – 1.6 – 2800).9,8 = 9741,2 (N) Tỉ số truyền i của hộp điều tốc: u.v n.R..2 i π = Trong đó: R : bán kính puli dẫn động (m). n : tốc độ động cơ (v/s), n = 945(v/p) = 15,75(v/s). u : bội số của hệ thống ròng rọc, chọn : u = 1. 58,39 1.1 75,15.4,0..2 i = π = Thời gian làm việc của thang máy: )s(28 1 28 v h t lv === Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 67 Thời gian toàn bộ một chu kì làm việc của thang máy có thể tính theo năng suất và tải trọng định mức: tck = 2.tlv + t1 + t2 + t3 Trong đó: t1 : thời gian ra, chọn t1 = 5(s). t2 : thời gian vào, chọn t2 = 5(s). t3 : thời gian đóng mở cửa buồng thang, chọn t3 = 6(s). tlv = 2.28 + 5 + 5 + 6 = 72(s) Hệ số tiếp điện t−ơng đối: TĐ% = ck lv t t.2 = 72 28.2 = 77,78% Mômen t−ơng ứng với lực kéo: Mômen nâng tải: )Nm(9,122 8,0.58,39 4,0.4,9731 .i R.F M n ==η = Mômen hạ tải: )Nm(67,78 58,39 8,0.4,0.4,9731 i .R.F M h == η = Công suất động cơ: Công suất động cơ khi nâng tải tốc độ nhanh: )kW(16,12 8,0 10.4,9731v.F P 3 n ==η = - Công suất động cơ khi hạ tải tốc độ nhanh: )kW(8,710.8,0.4,9731.v.FP 3h ==η= - Công suất trung bình của động cơ: )kW(976,11 28.2 2,1.28).8,716,12( t.2 k.t.P P lv lvi TB =+=∑= Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 68 Công suất định mức của động cơ: Pđm )kW(83,13 60 80 .976,11 %ĐT Đ%T .P TC TB === Truyền động thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi có tải định mức động cơ khởi động nặng nề. Nên ta chọn động cơ hai cấp tốc độ, hai dây quấn riêng biệt cho từng cấp tốc độ và tốc độ động cơ d−ới 1000(v/p). Chọn động cơ loại có công suất = 14kW. Có các thông số sau: Pđm = 14(kW) Uđm = 380(V) Cosφ = 0,7 n1 = 950(v/p) n2 = 250(v/p) Iđm = 7,0.380.3 10.14 cos.U.3 P 3=ϕ = 30,4(A) II. Tính cho tiết diện cáp động lực Để chọn tiết diện cáp động lực cho động cơ truyền động ta cần chú ý: - Nếu chọn dây có tiết diện lớn quá thì vốn đầu t− cao, nh−ng điện dẫn xuất lớn, điện trở nhỏ. - Nếu chọn tiết diện dây nhỏ vốn đầu t− ít, nh−ng nếu nhỏ hơn dẫn đến cáp bị quá tải gây chập cháy giữa các pha trong cáp. Vì vậy ta phải dựa vào các thông số kĩ thuật đã tính toán để chọn cáp sao cho phải đảm bảo chỉ tiêu kĩ thuật, nh−ng vẫn hợp lí về yêu cầu kinh tế. Chọn loại cáp 3 pha 3 sợi có lõi bằng đồng, vỏ nhựa bọc từng sợi và vỏ cao su bọc bên ngoài cả cáp. Tính tiết diện dây 1 sợi theo công thức: kt tb tt J I S = Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 69 Itb : dòng điện làm việc định mức. Jkt : tra bảng chỉ tiêu kinh tế Jkt = 2ữ2,5(A/mm2), chọn Jkt = 2,2(A/mm 2) 82,13 2,2 4,30 S tt == (mm2) Chọn tiết diện theo tiêu chuẩn: S = 16(mm2) Đ−ờng kính dây tính toán: )mm(2,4 82,13.4S.4 D tttt =π=π= Tra bảng thông số cáp tròn, chọn đ−ờng kính dây cho cáp động lực, để đảm bảo ta chọn d > dtt: d = 4,5(mm) cho một sợi. III. Tính chọn phanh hãm điện từ Trong thang máy, chuyển động buồng thang lên xuống theo ph−ơng thẳng đứng với tải trọng lớn, nên lực quán tính khá lớn. Khi đột ngột mất điện buồng thang và hàng hóa sẽ rơi tự do với một gia tốc rất lớn, ng−ời vận hành không thể kìm chế đ−ợc ngoài phanh hãm điện từ tác động nhanh. Chính vì vậy phanh hãm là một bộ phận không thể thiếu đ−ợc trong hệ truyền động khống chế thang máy. Trong thiết kế thang máy th−ờng sử dụng phanh hãm điện từ nguồn cung cấp trực tiếp với l−ới điện xoay chiều. Phanh hãm th−ờng có 3 loại: a. Phanh guốc. b. Phanh đĩa. c. Phanh đại. Nguyên lí hoạt động của phanh nói trên cơ bản giống nhau. Khi động cơ của cơ cấu nâng hạ đ−ợc đóng vào l−ới điện, thì đồng thời cuộn dây của nam châm cũng mất điện, ngay lúc này lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động cơ kịp thời hãm dừng động cơ. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 70 Phanh hãm điện từ th−ờng đ−ợc chế tạo theo 2 kiểu: hành trình phản ứng dài (hàng chục mm) và hành trình phần ứng ngắn (vài mm). Loại phanh hành trình dài yêu cầu lực hút nhỏ nh−ng kết cấu cồng kềnh và phức tạp. Thực tế th−ờng dùng phanh hãm hành trình ngắn. Khi chọn thông số phanh cần chú ý đến 3 thông số cơ bản: + Điện áp làm việc. + Hệ số tiếp điện t−ơng đối. + Độ dài hành trình phần ứng. a) tính toán và lựa chọn phanh hãm cho thang máy Lực tác dụng lên trục động cơ khi phanh phụ thuộc vào vị trí số mômen của cơ cấu phanh và chế độ làm việc của cơ cấu nâng hạ buồng thang: Mph = k.Mch Mph : mômen của cơ cấu phanh. k : hệ số dự trữ tùy thuộc vào chế độ làm việc. Mch : mômen cản tĩnh khi hạ tải với tải định mức. b) Tính chọn nam châm điện của cơ cấu phanh Lực cần thiết đặt lên má phanh (lực h−ớng tâm) đ−ợc tính : 278322,9741. 35,0 1 F. 1 Fh =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ μ= (N) μ : hệ số ma sát. chọn μ = 0,35 (má phanh làm từ chất liệu amiăng và puli làm bằng gang). F : lực tác dụng đặt lên puli cáp kéo chuông thang. Lực hút nam châm Fnc và hành trình của phần ứng yêu cầu hn đ−ợc xác định bởi biểu thức sau: ( ) ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ η= k. 1 .h.Fh.F ycnnc trong đó: Fnc : lực hút nam châm. hn : hành trình phần ứng, chọn hn = 4(mm). Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 71 h : hành trình khi hãm, chọn h = 6(mm). η : hiệu suất, η = 0,85 k : hệ số dự trữ (0,75 ữ 0,85), chọn k = 0,85 20224 4 85,0.85,0 1 .6.2,9741 h k. 1 .h.F F n )yc(nc ==η= (N) IV. Chọn aptomat Việc chọn aptomat dựa vào các thông số sau: - Dòng điện tính toán trong mạch. - Dòng điện quá tải. - Tính thao tác có chọn lọc. Ngoài việc lựa chọn còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải, aptomat không đ−ợc phép cắt khi có quá tải ngắn hạn th−ờng xảy ra trong điều kiện làm việc bình th−ờng nh− dòng khởi động của động cơ. Yêu cầu chung là dòng điện định mức của giới hạn bảo vệ không đ−ợc bé hơn dòng điện tính toán (Iap > Itt), tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, chọn dòng điện của giới hạn bảo vệ là 125 ữ 150% so với Itt của mạch. Iđm của động cơ = 30,4(A). Vậy việc chọn aptomat bảo vệ mạch với tải chủ yếu là động cơ nâng hạ làm việc ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Vậy chọn aptomat có các thông số sau: 500V – 50Hz – 35A V. Chọn khởi động từ a) Các yêu cầu + Tiếp điểm phải có độ bền chịu mài mòn cao. + Khả năng đóng cắt cao. + Thao tác đóng cắt dứt khoát. + Tiêu thụ năng l−ợng ít. + Bảo vệ tin cậy động cơ khỏi bị quá tải lâu dài (có rơle nhiệt đi kèm). + Chọn: Ikđt = (1,5 ữ 1,7)Iđm Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 72 AP D Đ Hình 1.1 DD U U U U U D D U D Run Run RN RN RN Stop RN Mạch điều khiển đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc bằng khởi động từ kép có rơle nhiệt. Trong đó: U và D : là hai khởi động từ thuận và nghịch. RN : rơle nhiệt. Đ : động cơ. AT : aptomat đóng mở mạch. Stop : nút dừng. Run : nút chạy thuận ngịch Lựa chọn khởi động từ: + Công suất và điện áp của động cơ khi làm việc. + Ikđt = (1,5 ữ 1,7)Iđm Vậy chọn 4 khởi động từ có các thông số sau: 110V – 50A (điện áp và dòng điện qua tiếp điểm chính) Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 73 VI. Chọn rơle trung gian Nhiệm vụ của rơle trung gian là khuyếch đại các tín hiệu điều khiển. Trong sơ đồ điều khiển, rơle trung gian th−ờng nằm ở vị trí giữa hai khí cụ điện. Đặc điểm của rơle trung gian là không có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác dụng, yêu cầu rơle phải tác động tốt khi điện áp đặt vào cuộn dây dao động trong phạm vi : ± 5%.Uđm 2 3 1 5 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo Rơle trung gian 4 1. Lõi thép 3. Phần động 2. Cuộn dây 4. Hệ thống tiếp điểm 5. Lò xo Trong mạch thang máy thì rơle trung gian đ−ợc sử dụng khá nhiều để cấp tín hiệu từ một rơle khác. Trong sơ đồ bảo vệ và điều khiển thì rơle thời gian dùng để giới hạn thời gian quá tải, thiết bị tự động mở máy động cơ có các cấp điều chỉnh tốc độ và hạn chế động cơ làm việc quá tải. VII. Chọn rơle thời gian kiểu điện từ Rơle thời gian là thiết bị tạo thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một rơle đến một thời gian khác. Trong sơ đồ bảo vệ và điều khiển thì rơle thời gian dùng để giới hạn thời gian quá tải. Thiết bị tự động mở máy động cơ có cấp điều chỉnh tốc độ và hạn chế động cơ làm việc quá tải. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 74 3 4 1 5 (+) (-) 6 2 Từ thông chính 1. Cuộn dây nam châm 2. ống trụ rỗng ( vật liệu phi từ tính) 3. Lò xo 4. Đệm chống dính 5. Tiếp điểm 6. Lõi thép hình chữ U Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo Rơle thời gian + Các yếu tố ảnh h−ởng: - ảnh h−ởng của nhiệt độ làm việc, vì khi nhiệt độ thay đổi dẫn đến điện trở thay đổi làm cho thời gian mở tiếp điểm củng thay đổi. - ảnh h−ởng của sự dao động điện áp nguồn, mức độ bằng phẳng của điện áp một chiều lớn hay nhỏ. + Thời gian duy trì của rơle điện từ có thể điều chỉnh trong phạm vi từ 0,5ữ5(s). Trong thang máy rơle thời gian dùng để thay tốc độ động cơ khi khởi động, vì khi khởi động thì động cơ di chuyển ở tốc độ thấp sau từ 2ữ5(s) thì các tiếp điểm th−ờng đóng và th−ờng mở của rơle tác động cắt động cơ khỏi tốc độ thấp và chuyển động cơ làm việc ở tốc độ cao và ng−ợc lại. Trong khi đóng mở cửa cabin thì làm nhiệm vụ tạo thời gian trễ đóng mở cửa cabin. VIII. Chọn thiết bị chống mất pha và điện áp l−ới thấp + Để chống mất pha và điện áp l−ới thấp thì nên chọn bộ điện tử PMR PMR : là một thiết bị đã đ−ợc lập trình sẵn để tác động khi điện áp l−ới thấp (d−ới 85%Uđm), một trong ba pha bị mất và khi thay đổi thứ tự pha. Khi xảy ra một trong các sự cố trên thì thiết bi PMR tác động ngay làm ngắt mạch điều khiển để bảo vệ cho động cơ và các thiết bị khác đ−ợc an toàn. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 75 IX. Chọn khí cụ bảo vệ cho mạch lực Rơle nhiệt: Rơle nhiệt là một công cụ bảo vệ động cơ và mạch điều khiển khỏi bị quá tải, th−ờng dùng kèm với khởi động từ và công tắc tơ. Rơle nhiệt không tác động tức thời theo chỉ số dòng điện, vì nó có quán tính nhiệt lớn, nên phải có thời gian để phát nóng, do đó nó làm việc có thời gian từ vài giây đến vài phút. Đặc tính cơ bản của rơle nhiệt là quan hệ thời gian tác động và dòng điện phụ tải chạy qua. Vậy chọn theo giá trị Itđ = (1,2 ữ 1,3)Iđm Chọn rơle nhiệt cho động cơ thang máy với thông số: Itđ = 38(A). X. Chọn lắp khí cụ hạn chế và an toàn Để đảm bảo cho thang máy hoạt động an toàn trong phạm vi cho phép, trong mạch phải có các công tắc hạn chế hành trình của cabin và chống quá tải. Trong thiết kế cabin chuyển động cơ từ sàn tầng 1 đến tầng 7 là hết hành trình. Để đảm bảo cho chuyển động của cabin không v−ợt quá hành trình khi đi lên (đội tầng) và chuyển động qua tầng cuối cùng (tụt tầng), trong mạch phải có công tắc hành trình hạn trên (TOP) chống đội tầng và công tắc hạn d−ới (BOT) chống tụt tầng. Hai công tắc trên phải có tiếp điểm th−ờng đóng. Khi cabin chuyển động quá hành trình thì các tiếp điểm th−ờng đóng của công tắc hành trình TOP hoặc BOT đ−ợc tác động mở ra cắt mạch điều khiển và mạch động lực ra khỏi nguồn, động cơ dừng, đồng thời các phanh tác động hãm động cơ và cabin. Nếu thang máy chở quá tải sẽ gây ra h− hỏng động cơ và các thiết bị trong cơ cấu nâng hạ. Để tránh quá tải thì sàn d−ới cabin có lắp những công tắc hạn chế quá tải và rơle chống quá tải OLD có tiếp điểm th−ờng đóng. Khi xảy ra quá tải thì công tắc này sẽ hoạt động cấp điện cho rơle OLD làm cho điểm OLD mở, làm hở mạch, ng−ời vận hành sẽ không điều khiển đ−ợc quá trình chuyển động của cabin, đồng thời lúc này chuông báo quá tải sẽ phát tín hiệu để ng−ời vận hành biết. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 76 Thang máy chuyển động suốt dọc giếng thang ở độ cao rất lớn. Để tránh tình trạng xảy ra tai nạn cho ng−ời khi cabin đang chuyển động thì ở cabin và ở các cửa tầng phải đặt các công tắc hành trình cửa. Khi cửa cabin và các cửa tầng đều đóng hết thì phải đặt các tiếp điểm của các công tắc hành trình để đóng mạch điều khiển. Nếu một trong các cửa tầng hay cabin còn mở thì sẽ làm hở mạch điều khiển, lúc này thang máy sẽ không hoạt động. XI. Chọn máy biến áp Chọn máy biến áp một pha, làm mát bằng không khí, có các cấp điện áp ra để cung cấp cho mạch lực, mạch điều khiển và mạch tín hiệu: 110V – 6V Sđm = 1(KVA) Uvào = Uđm = 380(V) Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 77 Ch−ơng II thiết kế mạch động lực I. Động cơ truyền động Động cơ truyền động là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc độ. Mỗi tốc độ có dây quấn riêng biệt, nên khi đ−ợc chuyển đổi tốc độ thì giữa hai dây quấn không có liên quan về tốc độ. Trên sơ đồ ta thấy có 6 đầu dây cáp nguồn vào bảng đấu trên động cơ, mỗi một tốc độ đ−ợc đấu 3 sợi. Ngoài ra còn có động cơ có công suất nhỏ dùng để đóng mở cabin. AP UD GV BV RN Đ FM Hình 2.1 PMR RN UD GV BV RN RN RN RN Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 78 Cấp nguồn cung cấp cho hệ bằng aptomat AP. Cuộn dây stato của động cơ đ−ợc nối vào nguồn cấp qua các tiếp điểm của công tắc tơ nâng U hoặc công tắc hạ D và các tiếp điểm của công tắc tơ tốc độ nhanh GV hoặc công tắc tơ tốc độ chậm BV. II. Các công tắc tơ Để điều khiển cho hoạt động nâng hạ cabin và để chuyển đổi tốc độ nhanh chậm đ−ợc sử dụng 4 công tắc tơ một chiều: + Công tắc tơ U : dùng để điều khiển cho thang đi lên. + Công tắc tơ D : dùng để điều khiển cho thang đi xuống. + Công tắc tơ GV : dùng để điều khiển cho thang đi tốc độ cao. + Công tắc tơ BV : dùng để điều khiển cho thang đi tốc độ thấp. Các công tắc U, D, GV, BV phải làm việc theo trình tự yêu cầu thao tác. Khi thang hoạt động thì không để xảy ra cùng một lúc các công tắc tơ U và D cùng làm việc hoặc các công tắc tơ GV và BV cùng làm việc. Nếu các công tắc tơ nh− trên cùng làm việc thì sẽ gây ra cháy, chập các pha của mạch lực, gây ra h− hỏng hoàn toàn các tiếp điểm chính của công tắc tơ và cáp dẫn. Do đó trong mạch ta phải bố trí các khóa liên động thông qua các tiếp điểm th−ờng đóng trên các công tắc tơ. Khi công tắc tơ U hoạt động thì tiếp điểm th−ờng đóng U mở ra cắt nguồn điều khiển ở phía công tắc tơ D không cho công tắc tơ D hoạt động và ng−ợc lai. Nh− vậy đảm bảo chỉ có thể xảy ra U hoặc D làm việc, tránh đ−ợc hiện t−ợng cả hai cùng làm việc một lúc. Giữa hai công tắc tơ GV và BV cũng bố trí t−ơng tự để đảm bảo chỉ có một cuộn dây tốc độ của động cơ làm việc. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 79 III. Máy biến áp Chọn máy biến áp một pha, làm mát bằng không khí, có các cấp điện áp ra để cung cấp cho mạch lực, mạch điều khiển và mạch tín hiệu: 110V – 6V Sđm = 1(KVA) Uvào = Uđm = 380(V) IV. Rơle bảo vệ Rơle nhiệt RN có tác dụng bảo vệ quá tải. Chúng đ−ợc đấu nối tiếp với mạch động lực của động cơ, còn tiếp điểm th−ờng đóng của chúng đ−ợc đấu nối tiếp với nguồn điều khiển. Khi xảy ra quá tải thì dòng điện chạy trong động cơ lớn hơn dòng điện định mức dẫn đến nhiệt độ của động cơ tăng thì các rơle nhiệt bảo vệ động cơ sẽ tác động, các tiếp điểm th−ờng đóng của rơle mở ra làm hở mạch điều khiển và sẽ cắt nguồn mạch lực của động cơ. Rơle thời gian RTG là loại rơle dùng phần tử trễ kiểu điện từ. Nguồn cấp cho cuộn là điện áp một chiều, thời gian trễ là t = 3 ữ 5(s). Rơle này giúp cho động cơ có thời gian chuyển từ tốc độ nhanh sang tốc độ chậm và ng−ợc lại. Điều đó tránh cho động cơ khi chuyển đổi trạng thái không làm việc một cách đột ngột. Khi rơle RTG đ−ợc cấp điện thì tiếp điểm th−ờng mở đóng lại sau một thời gian đã đặt sẵn. Do đó rơle RSV có điện, tiếp điểm th−ờng đóng RSV mở ra làm công tắc tốc độ chậm BV mất điện, cùng lúc này tiếp điểm th−ờng mở RSV đóng lại làm cho công tắc tơ tốc độ nhanh có điện. Nếu chuyển tốc độ từ nhanh sang chậm thì quá trình ng−ợc lại. Trong mạch có sử dụng rơle trung gian RSV nhờ tác động của rơle thời gian RTG để thay đổi tốc độ động cơ. TOP, BOT là công tắc hành trình chống đội tầng và tụt tầng. Khi buồng thang v−ợt quá tầng trên cùng hoặc xuống cuối cùng một khoảng nhất định thì công tắc này tác động giúp cho cabin không v−ợt quá tầng giới hạn. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 80 Trong mạch đ−ợc trang bị một rơle chống quá tải OLD. Khi buồng thang chịu tải trọng lớn hơn tải trọng định mức thì sẽ làm cho công tắc OLD tác động cấp điện cho rơle OLD làm hở tiếp điểm th−ờng đóng OLD để cắt mạch điều khiển. V. Aptomat Aptomat làm nhiệm vụ đóng ngắt nguồn cung cấp dòng cho mạch lực, đảm bảo cho động cơ làm việc ở điều kiện bình th−ờng, cắt mạch động lực khi có sự cố. VI. Thiết bị chống mất pha và điện áp l−ới thấp + Để chống mất pha và điện áp l−ới thấp thì nên chọn bộ điện tử PMR PMR : là một thiết bị đã đ−ợc lập trình sẵn để tác động khi điện áp l−ới thấp (d−ới 85%Uđm), một trong ba pha bị mất và khi thay đổi thứ tự pha. Khi xảy ra một trong các sự cố trên thì thiết bi PMR tác động ngay làm ngắt mạch điều khiển để bảo vệ cho động cơ và các thiết bị khác đ−ợc an toàn. VII. Các loại phanh Dùng để khống chế, dừng, hãm động cơ và cabin khi có yêu cầu hoặc khi có sự cố. Thang máy đ−ợc sử dụng 2 loại phanh sau: - Phanh guốc FM : dùng để hãm động cơ. - phanh chêm FC : dùng để hãm cabin khi rơi tự do. Hệ thống phanh trên tác động khi công tắc tơ U hoặc D tác động. Cụ thể là khi công tắc tơ U (hoặc D) tác động thì tiếp điểm th−ờng mở cửa của U (hoặc D) đóng lại cấp điện cho cuộn hút của phanh guốc FM có điện, do đó phanh lập tức tác động làm các phanh mở ra, khi đó động cơ và cabin không bị hãm sẽ chuyển động, ng−ợc lại khi U (hoặc D) không tác động thì các tiếp điểm U (hoặc D) mở ra cắt nguồn cấp cho cuộn hút của phanh, phanh tác động, phần ứng của phanh trở về vị trí ban đầu, lò xo ép càng phanh làm cho các má phanh hãm trục động cơ, thang máy đ−ợc dừng kịp thời và chính xác. còn phanh chêm FC đảm bảo dừng thang máy lại ngay khi có sự cố nh− buồng thang rơi tự do… Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 81 Để giúp cho công việc sửa chữa, kiểm tra và thử nghiệm thang máy thì trong mạch nên bố trí công tắc chuyển đổi chế độ INS. Khi công tắc K1 hoặc K2 ở vị trí mở thì lúc này mạch điều khiển làm việc ở chế độ tự động. Khi công tắc này đóng thì thang máy đ−ợc chuyển sang chế độ sửa chữa hoặc thử nghiệm, ở chế độ này điều khiển hoạt động của thang máy bằng các nút ấn UP và DOWN. Khi vận hành ng−ời điều khiển sẽ ấn liên tục một trong hai nút trên. Chế độ điều khiển này có hại cho phần truyền động cơ khí và các khí cụ điện trong mạch, nên trong mạch thang máy làm việc ở tốc độ thấp. Vị trí các khóa K1 và K2 đ−ợc đặt ở trên tủ điều khiển và ở trên nóc cabin. Khi một trong hai công tắc đóng thì rơle INS có điện, các tiếp điểm th−ờng đóng INS mở mạch điều khiển gọi tầng, đến tầng và công tắc tơ GV. Khi đầy đủ các điều kiện liên động nh−: - Đủ điện áp 3 pha: tiếp điểm PMR đóng. - Các cửa tầng và cửa cabin đóng: tiếp điểm DS, DW đóng, tiếp điểm AR đóng. Giả sử ta muốn thang máy đi xuống thì giữ nút DOWN, rơle h−ớng xuống, LD có điện tác động, tiếp điểm LD đóng, rơle trung gian U0 có điện, đóng các tiếp điểm U0, đồng thời lúc này công tắc tơ D có điện và công tắc tơ BV có điện đóng các tiếp điểm ở mạch lực và cấp nguồn cho động cơ ở trạng thái quay chậm để hạ thang xuống và cáp điện cho các phanh mở ra làm cho buồng thang chuyển động. Khi cần dừng lại ta chỉ cần nhả nút xuống là các rơle và các công tắc tơ ngừng hoạt động, phanh hãm tác động hãm dừng động cơ và cabin. Muốn thang đi lên chỉ việc giữ nút UP thì các quá trình hoạt động của thang sẽ diễn ra t−ơng tự nh−ng khi đó công tắc tơ U và rơle LU hoạt động. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 82 Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 83 Ch−ơng III Thiết kế mạch điều khiển I. Mạch gọi tầng và chuyển đổi tầng Khi vận hành điều khiển hoạt động của thang máy thì ở vị trí của các tầng và trong cabin các nút điều khiển đ−ợc bố trí ở các vị trí sau: + Tại cửa tầng: ở mỗi cửa tầng thang máy: từ tầng 1 đến tầng 7, mỗi tầng đều có nút gọi tầng GT (1GT ữ 7GT). Khi thực hiện đ−ợc lệnh điều khiển bằng nút gọi tầng thì tất cả các cửa tầng phải đóng kín khi các điều kiện liên động đã đầy đủ. Ng−ời vận hành chỉ cần ấn vào nút gọi tầng cần gọi là sẽ có lệnh điều khiển buồng thang đến đúng vị trí sàn tầng theo yêu cầu. + Trong buồng thang: Trong buồng thang có 7 nút chuyển đổi buồng thang ĐT đến các tầng. Trên bảng điều khiển ta thấy có 7 nút (1ĐT ữ 7ĐT). Khi các điều kiện liên động đầy đủ thì ng−ời sử dụng chỉ cần ấn vào nút ĐT của tầng cần đến là sẽ có lệnh điều khiển buồng thang đến tầng xác định. + Trong mạch GT và ĐT bao gồm : - 7 Rơle trung gian một chiều: 1RC ữ 7RC t−ơng ứng với 7 tầng và 7 tiếp điểm th−ờng mở 1RC ữ 7RC, 1RV2 ữ 7RV2. - Rơle CLR là Rơle xóa nhớ tầng khi buồng thang dừng chính xác ở đó. - R1 ữ R7 : là điện trở công suất để giảm áp cho các Rơle có liên quan gây sụt áp tức thời trong thời điểm xóa duy trì lệnh điều khiển GT và ĐT. Khi ta ấn nút GT (hoặc ĐT) thì cuộn Rơle trung gian RC có điện làm đóng tiếp điểm RC t−ơng ứng. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 84 Hình 3.1 7RC 6RC 5RC 4RC 3RC 2RC 1RC R7 7ĐT 7GT 7RC 7RV1 AR R6 6ĐT 6GT 6RC 6RV1 AR R5 5ĐT 5GT 5RC 5RV1 AR R4 4ĐT 4GT 4RC 4RV1 AR R3 3ĐT 3GT 3RC 3RV1 AR R2 2ĐT 2GT 2RC 2RV1 AR R1 1ĐT 1GT 1RC 1RV1 AR AR INSPMR + - 110V Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 85 II. Mạch dừng chính xác buồng thang Mạch bao gồm các rơle cảm biến kiểu chân không RT (rơle điện từ). Mỗi tầng sẽ có một QT t−ơng ứng từ QT1 ữ QT7. Khi buồng thang ở tầng nào thì lá thép động nằm trên buồng thang sẽ chắn từ tr−ờng của nam châm làm cho tiếp điểm quá trình mở ra cắt mạch điều khiển cho các rơle trung gian RV1, mạch có 7 rơle RV1: từ 1RV1 ữ 7RV1 t−ơng ứng cho 7 tầng. Khi buồng thang đi qua các tầng thì các tiếp điểm QT đóng lại cấp điện cho rơle RV1 t−ơng ứng. Nh− vậy khi buồng thang hoạt động thì chỉ có một QT là không đóng còn lại 6QT khác vẫn ở vị trí đóng, nhờ vậy ta có thể xác định đ−ợc vị trí của buồng thang đang hoạt động ở tầng nào. + Rơle EX: là rơle trung gian dùng để cấp tín hiệu điều khiển dừng chính xác buồng thang, rơle đó đ−ợc tác động nhờ rơle cảm biến kiểu chân không QT. Khác với các QT trên, EX dừng chính xác buồng thang đ−ợc gắn trên nóc cabin, còn các lá thép đ−ợc đặt dọc theo giếng thang t−ơng ứng với vị trí các tầng. Khi buồng thang còn cách sàn tầng cần dừng một khoảng đã đ−ợc tính toán, thì cảm biến QT bị lá thép chắn từ tr−ờng của nam châm làm tiếp điểm của QT mở ra cắt nguồn điều khiển của EX → các tiếp điểm mở ra cắt nguồn điều khiển hoạt động của thang máy → động cơ bị mất điện → các phanh hãm tác động để dừng cabin đúng vị trí. + Rơle DS: là rơle gọi tầng, rơle này chỉ tác động khi cửa cabin PC đóng hết và ng−ợc lại. + các rơle DN: là rơle trung gian cửa, tác động khi các công tắc hành trình cửa tầng PE1 ữ PE7 đóng và ng−ợc lại. + Rơle an toàn AR: khi các rơle DS và DN tác động thì các tiếp điểm DS và DN đóng nối nguồn cho AR hoạt động. Vậy các rơle DS, DN, AR là các rơle đảm bảo an toàn Khi các điều kiện liên động đầy đủ thì các rơle này mới hoạt động. Ta phải bố trí các rơle đó để đảm bảo an toàn cho ng−ời vận hành khi thang máy đang hoạt động. + Các nút STOP: là các nút dừng hoạt động của thang máy khi thang máy xảy ra sự cố đột ngột. Các nút ấn đ−ợc bố trí thích hợp và tiện thao tác. Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 86 DS DN7 AR EX QT DN1 DS STOP1 STOP2 PE7 PC 1 RV1 QT1 2 RV1 QT2 3 RV1 QT3 4 RV1 QT4 5 RV1 QT5 6 RV1 QT6 7 RV1 QT7 110V DN6 PE6 DN5 PE5 DN4 PE4 DN3 PE3 DN2 PE2 DN1 PE1 DN2 DN3 DN4 DN5 DN6 DN7 + - Hình 3.2 FC Đồ án tốt nghiệp Hoμng Tr−ơng Quyền 87 III. Mạch logic Mạch có tác dụng xác định rõ vị trí của buồng thang và ngăn tín hiệu gọi ng−ợc khi thang máy đang hoạt động ở hành trình lên hoặc xuống. + Các rơle: 1RV2, 3RV2, 5RV2, 7RV2 làm nhiệm vụ cấp và xóa tín hiệu điều khiển cho các tầng chẳn. + Các rơle: 2RV2, 4RV2, 6RV2, làm nhiệm vụ cấp và xóa tín hiệu điều khiển cho các tầng lẻ. + Các rơle: 1RV3, 2RV3, 3RV3, 4RV3, 5RV3, 6RV3, 7RV3 làm nhiệm vụ cắt mạch điều khiển thông qua các tiếp điểm của chúng. Giả sử cabin đang ở tầng 1: lúc này QT1 mở thì rơle 1RV1 không tác động. Tiếp điểm 1RV1 đóng nối mạch ch