Thiết kế bộ truyền động cho thang máy chở người nhà cao tầng

đồ án :THIếT Kế Bộ TRUYềN ĐộNG CHO thang máy chở người NHà CAO TầNG. Cho mô hình thang máy như sau: Động cơ Hộp số puli chủ động Thanh dẫn Đối trọng puli bị động Hình 1 Các số liệu cho như sau: Loại động cơ : Động cơ điện một chiều . Tốc độ : V = 1,5 m/s. Gia tốc : a = 0,5 m/s2 Chiều cao mỗi tầng : h0 = 4 m. Số tầng : n = 10 tầng. Chiều cao làm việc của thang : H = 40 m. Trọng lượng Cabin : G0 = 1000 kg. Trọng lượng tải : Gđm = 630 kg. Đường kính puli : D = 0,45 m. Hiệu suất cơ cấu : h = 0,75 . Tỷ số truyền cơ cấu : i NộI DUNG THIếT Kế. CHƯƠNG I : MÔ Tả CÔNG NGHệ Và YÊU CầU TRUYềN ĐộNG. I.Giới thiệu chung về thang máy. Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở người và hàng hoá theo phương thẳng đứng.Thang máy được dùng nhiều trong các công trường,xí nghiệp và các nhà cao tầng để phục vụ cho công nghiệp và đời sống nhân dân.Thang máy thuộc loại vận chuyển thẳng đứng nên thời gian vận chuyển nhỏ so với các loại thang xiên.Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp,nhằm nâng caonăng suất vận hành tin cậy, an toàn cho con người.Tất cả các thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng máy.Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Để đảm bảo an toàn cho hành khách và thiết bị,ở thang máy được sử dụng phanh hảm cơđiện ,ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm(phanh dù) .Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giử buồng thang tại chổ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá(20-40)% tốc độ định mức. Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang(truyền động chính theo phương thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ (là truyền động đóng mở cửa buồng thang).Truyền động này có một động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn. I.1 Phân loại thang máy như sau: I.1.1.Phân loại theo chức năng: a.Thang máy chở người: Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách: a Ê 1,5 m/g2 +Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặc lớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật... +Dùng trong bệnh viện: phải đảm bảo rất an toàn, sự tối ưu về độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viện... +Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động của môi trường làm việc: độ ẩm, nhiệt độ; thời gian làm việc, sự ăn mòn... b.Thang máy chở hàng: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh...Nó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy được dễ dàng thuận lợi... I.1.2.Phân loại theo tốc độ dịch chuyển: Thang máy tốc độ chậm: V = 0,5 m/s Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75 á 1,5 m/s Thang máy tốc độ cao: V = 2,5 á 5 m/s I.1.3.Phân loại theo tải trọng: Thang máy loại nhỏ: QTm < 160 KG Thang máy loại trung bình: QTm = 500 á 2000 KG Thang máy loại lớn: QTm > 2000 KG. I.2.Cấu tạo thang máy. Thang máy có nhiều loại ,tuy nhiên các thiết bị chính của nó vẫn là :buồng thang,tời nâng, dây căng,đối trọng,động cơ,cơ cấu hãm cơ điện và các khí cụ khống chế khác. Trên hình vẽ là sơ đồ vẽ các thiết bị cơ bản của thang máy,các thiết bị chính được chú thích dưới hình 2,trong đó: 1>Tời nâng(buli chủ động). 2>Dây treo. 3>Bộ phận hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. 4>Buồng thang. 5>Đệm dầu. 6>Đối trọng. 7>Dây chảo. 8>Buli dẩn hướng đặt dưới hầm(buli bị động). 1 8 6 4 2 5 3 7 Hình 2. Sau đây là một số cơ cấu đáng chú ý trong thang máy: I.2.1 .Động cơ nâng: Động cơ nâng thang máy nối liền với bánh xe đại ma sát bằng hộp giảm giảm tốc hay nối trực tiếp.Do đó có hai loại truyền động: +Loại có hộp giảm tốc. +Loại không có hộp giảm tốc. -Loại truyền động có hộp giảm tốc ngày càng được trang bị bằng các động cơ có tốc độ định mức 600á1500v/ph.Vì thế kích thước của nó nhỏ,nhưng hộp giảm tốc tương đối đắt tiền và làm việc ồn ào. -Loại truyền động không có hộp giảm tốc dùng các động cơ chạy chậm có tốc độ quay định mức là 60á120 v/ph,kích thước và trọng lượng động cơ tương đối lớn,tuy vậy do không có hộp giảm tốc nên hệ thống làm việc êm hơn.Mặt khác trong truyền động không có hộp giảm tốc ,phần ứng của động cơ nối liền với trục bánh xe đại ma sát,lại quay với tốc độ nhỏ nên tổn thất trongu quá trình quá độ nhỏ. I.2.2.Tổ đớp(phanh hảm bảo hiểm):Đặt phía trong buồng thang có tác dụng ngoạm chặt lấy gờ trượt khi bị đứt dây căng hay khi tốc độ buồng thang tăng quá trị số cho phép,khi đó tổ đớp ghìm chặt lấy buồng thang lại.Cấu tạo tổ đớp như hình vẽ: 1>Gờ trượt. 2>Kìm. 3>Nêm. 4>Trống tời. 5>Lò xo. Khi thang máy chuyển động bình thường,lò xo 5kéo mạnh làm cho kìm 2 mở ra và tổ đớp sẽ trượt trên gờ trượt cùng với buồng thang .Trống 4 của tổ đớp có dây cuốn liên hệ với một bộ phận của dây chảo 8.Khi thang máy chuyển động bình thường trống 4 chưa làm việc.Khi tốc độ của buồng thang tăng quá trị số cho phép thì bộ phận hạn chế tốc độ kiểu ly tâm đè lên dây chảo 8 làm cho trống 4 quay theo sự di chuyển của buồng thang.Nhờ trục vít mà nêm 3 được đẩy vào đuôi kìm làm cho kìm ngoạm chặt lấy gờ trượt như vậy buồng thang bị dừng lại.Lúc tổ đớp làm việc thì lực hãm ban đầu còn bé ,sau đó được tăng dần lên.ở các buồng thang có tốc Hình 3. độ chạy nhanh,từ khi tổ đớp làm việc đến khi buồng thang dừng hẳn,buồng thang còn chạy được thêm vài mét,ở buồng thang chạy chậm ,quảng đường đó chừng 10 cm. I.2.3.Đệm dầu: Đệm dầu có tác dụng làm cho buồng thang và đối trọng rơi xuống sàn hầm được êm,không bị chấn động mạnh.Đệm dầu làm việc theo nguyên tắc thuỷ lực,bộ phận chính là một ống xy lanh đựng dầu,thân xylanh có nhiều lỗ nhỏ.Nếu buồng thang hay đối trọng rơi mạnh xuống pittông,dầu sẽ đượcchuyển từ xylanh qua các lỗ đó đến nơi có thể tích lớn hơn,làm cho sự va chạm được êm, giảm chấn động cho thang máy. II.Đồ thị tốc độ tối ưu của thang máy. Để tăng năng suất của thang ,ta có thể tăng tốc độ di chuyển của buồng thang và giảm thời gian các quá trình mở máy và hãm máy. Đối với loại thang máy chạy chậm trị số tốc độ ổn định có ảnh hưởng lớn đến năang suất. Đối với loại thang máy chạy trung bình , nhanh và cao tốc thì thời gian các quá trình quá độ lại có ảnh hưởng lớn đến năng suất. Hình 4. Tuy nhiên điều này lại mâu thuẩn với yêu cầu về độ êm dịu khi mở máy và hãm máy. Cảm giác của hành khách không phụ thuộc vào tốc độ v mà phụ thuộc ít nhiều vào gia tốc a và độ giật r. Độ giật r==. Để đảm bảo cho hành khách có cảm giác dễ chịu cần phải tạo ra một quá độ êm dịutừ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển độngvề trạng thái dừng. Muốn vậy ,vào giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của quá trình mở máy và hãm máy cần giữ cho “độ giật” r không đổi. Trên đồ thị tốc độ tối ưu biểu diễn đồ thị các đường: v=v(t),s=s(t),a=a(t), r=r(t). Trị số cực đại của độ giật của các thang máy chạy nhanh khoảng3 đến 10 m/s,gia tốc cực đại cho phép khoảng 2 đến 2,5 m/s,như vậy ta có thể suy ra tốc độ cực đại củabuồng thang không thể vượt quá 5 m/s. Đồ thị được chia làm 5 đoạn dựa theo tính chất thay đổi của buồng thang: -Mở máy. -Chế độ ổn định. -Hãm xuống tốc độ thấp. -Buồng thang đi đến tầng. -Hãm dừng. Đối với các thang máy chạy chậm đồ thị chỉ có 3 giai đoạn: -Mở máy. -Chế độ ổn định. -Hãm dừng. III.Các yêu cầu công nghệ chủ yếu đối với thang máy. Các yêu cầu chung nhất đối với hệ thống truyền động là: -Dễ điều khiển và hiệu chỉnh(tính đơn giản cao). -An toàn tuyệt đối cho người và thiết bị. -Dừng máy chính và không gây ra nhữnh cảm giác khó chịu cho hành khách. Thang máy được bố trí ở các công sở ,nhà ở,người sử dụng không có trình độ nghề nghiệp cao nên trong mọi trường hợp các hệ thống điện càng đơn giản càng tốt .Cũng chính vì vậy người ta thích dùng động cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc và rô to dây quấn.Tuy nhiên động cơ rô to lồng sóc chỉ dùng cho thang máy chạy chậm vì nó không đáp ứng dược các yêu cầu về dừng máy chính xác,đồ thị tốc độ tối ưuvà số lần đóng điện trong một gì bị hạn chế.Ngày nay nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn mà động cơ một chiều cũng đã được sử dụng phổ biến. Để đảm bảo tính chất an toàn trong mạch khống chế người ta bố trí nhiều công tắc chuyển đổi,công tắc hành trình và tiếp diểm điều kiện,dùng phanh hãm cơ điện và phanh hãm bảo hiểm. Dừng máy chính xác nhằm bảo đảm tính thuận tiện và an toàn cho người sử dụng,ở các thang máy chạy nhanh,trước khi dừng buồng thang,tốc độ động cơ được giảm sơ bộ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ được xác định theo tỷ số giữa tốc độ làm việc và tốc độ trước lúc hãm. Thông thường các thang máy chạy chậm không yêu cầu điều chỉnh tốc độ. Các thang máy chạy nhanh và các thang máy có yêu cầu về dừng máy chính xác có phạm vi điều chỉnh tốc độ từ3:1tới 10:1. Ngoài ra hệ truyền động còn có các yêu cầu sau: -Yêu cầu về truyền động:Truyền động trong hệ thang máy phải là loại truyền động có đảo chiều quay. -Yêu cầu về gia tốc:gia tốc <=2 m/s. gia tốc cực đại a=1,5 m/s. -Yêu cầu về cơ cấu hãm: + Buồng thang phải dừng chính xác + Không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. + Quá trình hãm êm và chính xác.1 + Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang tại chỗ khi tốc độ di chuyển >=20 % tốc độ định mức . - Yêu cầu về tính chất mômen quán tính J = const - Yêu cầu về vận hành : Không được vận hành trong trạng thái bất bình thường , nếu cần đảo chiều tốc độ phải êm , tốc độ không được giảm đột ngột . Dựa vào đồ thị tốc độ của thang máy ta thấy rằng phụ tải trong hệ truyền động là loại phụ tải ngắn hạn lặp lại, quá trình mở máy, chuyển động với vận tốc ổn định, hãm máy được diễn ra liên tục lặp đi lặp lại trong suốt quãng đường từ tầng 1 cho tới tầng trên cùng(tầng 10). chương 2 : tính chọn công suất động cơ. Việc tính chọn đúng đắn công suất động cơ truyền động là hết sức quan trọng Nếu như ta chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng lên , động cơ thường xuyên chạy non tải làm cho hiệu suất h và hệ số cos j giảm xuống . Nếu như chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ không đảm bảo được năng suất . Để có thể tính chọn được công suất động cơ truyền động điện cho 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 lượng buồng thang Hệ điện - cơ của thang máy mà em đang thiết kế có các yêu cầu sau: - Tốc độ : v = 1,5 m/s. - Gia tốc a = 0,5 m/s2 - Trọng lượng buồng thang : Gbt = 1000 kg. -Trọng lượng tải : Gđm= 300 kg. - Đường kính pu li cáp : D = 0,45 m. -Số tầng : 10 tầng. - Chiều cao tầng : 4 m. -Hiệu suất : h = 0,75. 1.Xác định phụ tải tĩnh. -Phụ tải tĩnh là do trọng lượng buồng thang,trọng lượng tải trọng lượng đối trọng,và trọng lượng cáp gây nên ở trạng thái tĩnh,thông qua puli,hộp giảm tốc tác dụng lên trục động cơ. -Giả sử có cơ cấu như hình vẽ:Đó là sơ đồ động học điển hình của thang máy.Khi không có dây cáp cân bằng,lực tác dụng trên puli chủ động theo các nhanh cáp sẽ là: F1=(G0 + G + gC.x).g ,N. F2=(Gdt + gC..(H-x) ).g ,N. D 5 Hình 5. Gdt BT x H Lực tổng tác động lên puli chủ động khi nâng và khi hạ tải là: Fn=F1-F2=(G0+G-Gđt+gc(2.x-H)).g,N. Fh=F2- F1=(Gđt-Go-G+gc(H-2.x)).g,N. Trong đó: G,Go : trọng lượng bản thân buồng thang và trọng lượng tải,kg. gc : trọng lượng một đơn vị chiều dài cáp ,kg/m. H : chiều cao nâng , m. x : khoảng cách từ buồng thang đến puli chủ động ,m. Gđt: Trọng lượng đối trọng , kg. Mục đichsử dụng đối trọng là giảm phụ tải của cơ cấu,do đó giảm được công suất truyền động.Điều kiện chọn trọng lượng đối trọng là tạo ra phụ tải tĩnh nhỏ nhất.Trọng lượngcủa đối trọng được chọn theo công thức: Gđt=G0+a.Gđm , đối với thang máy chọn a= 0,4.Thay vào ta có : Fn=(G-a.Gđm+gc(2.x-H)).g, Fh=(a.Gđm-G+gc(H-2.x)).g. Ta thấy lực Fẻx,nghĩa là phụ thuộc vào vị trí buồng thang.Khi x=H, tức là khi buồng thang ở vị trí thấp nhất,F có trị số cực đại và gây ra phụ tải cực đại cho động cơ.Sau đó F nhỏ dần và động cơ non tải dần cho đến vị trí cao nhất của buồng thang.Đó là điểm bất lợi trong điều kiện làm việc của động cơ và cơ cấu.Để khắc phục nhược điểm này ,người ta dùng dây cáp cân bằng.Dây cáp cân bằng được chọn cùng loại ,cùng chiều dài với dây cáp nâng.Nhờ vậy ta có biểu thức: Fn=(G-a.Gđm).g, Fh=(a.Gđm-G).g. Khi tính toán công suất động cơ ta xét động cơ luôn làm việc ở tải định mức.Tức là G = Gđm, và ta có: Fn= Gđm .(1-a.).g, Fn>0, Fh= Gđm .(a-1).g, Fh<0. Như vậy để cho thang máy chạy đều với vận tốc v thì công suất trên trục động cơ khi thang lên,xuống là: P1đm== (kW). P2đm== (kW). Trong đó: - P1đm :ứng với trường hợp máy điện làm việc ở chế độ động cơ (nâng tải). - P2đm :ứng với trường hợp máy điện làm việc ở chế độ máy phát (hạ tải). v(m/s) : tốc độ buồng thang. h : hiệu suất cơ cấu, Thay số vào ta có: P1đm==8 (kW) P2đm==-4,5 (kW). 2. Xác định hệ số đóng mạch tương đối %. Để xác định hệ số đóng điện tương đối,ta phải vẽ được đồ thị phụ tải tĩnh của cơ cấu.Để làm được điều này,ta cần xác định khoảng thời gian làm việc cũng như thời gian nghỉ của thang máy trong một chu kỳ lên xuống.Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức Gđm=630 (kg) tương đương với khoảng 12 người.Để đơn giản ,ta cho rằng qua mỗi tầng thang chỉ dừng một lần để đón,trả khách.Ta có các thời gian giả định như sau: -Thời gian vào/ra buồng thang được tính gần đúng 1s/1người. -Thời gian mở cửa buồng thang là 1s. -Thời gian đóng cửa buồng thang là 1s -Giả sử ở mỗi tầng có một người ra và một người vào,do đó thời gian nghỉ là tng = 4 (s). Ta có đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy nhưm hình vẽ 6. 1,5 m tkd th Tck v(m/s) t(s) Hình 6. Tra bảng 3-1,sách trang bị điện máy công nghiệp dùng chung thì thời gian mở máy và hãm máy là:tkđ=th=0,9(s). Quảng đường đi được trong khoảng thời gian mở máy và thời gian hãm là: Skđ=Sh===0,2 (m). Thời gian buồng thang di chuyển với vận tốc đều v=1,5(m/s) ở giữa hai tầng kế tiếp là: t===2,4 (s). Thời gian làm việc của buồng thang ở hai tầng kế tiếp là: tlv=tkđ + t + th = 0,9 + 2,4 + 0,9 = 4,2 (s). Khi lên đến tầng trên cùng (tầng 10),giả sử cả 12 người trong thang ra hết,ngay sau đó 12 người khác vào để xuống các tầng dưới.Như vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là: t0 = 0,9 + 12.1 + 12.1 + 0,9 = 25,8 (s). Khi xuống v và a không đổi nên tlv và tng giống khi đi lên.Khi xuống đến tầng dưới cùng (tầng 1) ,giả sử cả 12 người trong thang ra hết,ngay sau đó 12 người khác vào để lên các tầng trên. Như vậy thời gian nghỉ ở giai đoạn này là: t0’ = t0 = 25,8 (s). Vậy ta có đồ thi phụ tải trong một chu kỳ lên xuống như hình vẽ 7,với chu kỳ làm việc: Tck = 18.tlv + 16.tng + 2.t0 = 18.4,2 + 16.4 + 2.25,8= 191,2 (s) Từ đồ thị phụ tải ta tìm được hệ số đóng điện tương đối: Hinh 7 đđ% = = = 39% Tck 3. Chọn sơ bộ động cơ. Để chọn công suất động cơ ta tính công suất đẳng trị gây nên trên trục động cơ: Pđt = = = 4,1 (kW) Vậy phụ tải thang máy có: đđ% = 39% và Pđt = 4,1 (kW). Ta chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn tc% = 25%. Như vậy phải hiệu chỉnh công suất : Pđmchọn = Pđt. = 4,1. = 5,1 (kW). 4.Chọn loại động cơ. Với công suất tính toán P = 5,1(kW) thì ta chọn loại động cơ một chiều loại ДH-220 v,có vỏ bảo vệ ,có các thoongt số sau: Kiểu động cơ ДH-22. Pđm = 6 (kW). nđm = 1130 (v/ph). Iư = 33 (A). Số thanh dẫn tác dụng của phần ứng là N = 696. Số nhánh song song của phần ứng là 2a = 2. rư+rcp = 0,566 (). Điện trở cuộn ổn định nối tiếp rckn = 0,019(). Điện trở cuộn ổn định song song rcks = 130 (). Số vòng trên một cực của cuộn song song wcks = 1480. Từ thông định mức của cực từ phụ F=0,74.10-2 (Vb). Mô men quán tính của phần ứng J=0,95 kg.m2. Khối lượng của động cơ Q=480(kg). chương iii : lựa chọn phương án truyền động. Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ,từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thỏa mản yêu cầu đặt ra.Bằng việc phân tích,so sánh các chỉ tiêu kinh tế,kỹ thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn được vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế. Động cơ dùng để kéo puli cáp trong thang máylà loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có thể đảo chiều quay(quá trình nâng hạ của thang máy).Như vậy để thực hiện được truyền trong thang máy chúng ta phải có hai phương án chính sau: +Dùng hệ truyền động chỉnh lưu-Tiristo,động cơ một chiều có đảo chiều quay. +Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ. Sau đây chúng ta sẽ đi vào phân tích ưu nhược điểm hai loại hệ truyền động này để từ đó chọn ra một phương án truyền động phù hợp nhất dùng trong thang máy. 3.1.Hệ truyền động chỉnh lưu-Tiristor có đảo chiều quay. Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở,còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát-động cơ.Cấu trúc mạch lực cũng như mạch cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có logic điều khiển chặt chẽ.Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều: +Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ. +Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng. Trong thực tế,các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theo hai nguyên tắc và được phân ra 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. Hình 8 Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều . Sơ đồ 2 : Truyền động dùng 1 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 . Hình 9 Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn Hình 10 Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung . Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn , thực hiện được công việc đảo chiều êm hơn. Hình 11 Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung . Sơ đồ này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn,thực hiện việc đảo chiều êm.Tuy nhiên kichí thước cồng kềnh,vốn đầu tư và tổn thất lớn. Hình 12 Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển,có thể chia làm hai loại chính: điều khiển chung và điều khiển riêng.Sơ đồ 1,2,3 có nguyên tắc mạch điều khiển gần giống nhau là phải khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng,sau đó tiến hành chuyển mạch,như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn.Sơ đồ 4,5 dùng nguyên tắc điều khiển liên tục. Sau đây ta sẽ phân tích hai loại sơ đồ đặc trưng (sơđồ 3) và (sơ đồ 4) : Truyền động T-Đ điều khiển riêng : Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng , sau đó tiến hành chuyển mạch , như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn sơ đồ 1,2,3 được điều khiển theo nguyên tắc này . Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau .Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi kia bị khoá do không có xung điềukhiển . Trong một khoảng thời gian thì BĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còn dương . Sau khoảng thời gian này thì phát xung a2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ được hãm tái sinh.Nếu giữ nhịp điệu giảm a2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngượco không đổi điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống. Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc an toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không . Truyền động T-Đ điều khiển chung : Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận được xung mở nhưng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi . Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này . Nếu chọn |Ed1|= |Ed2| thì 1+2=p và ta có phương pháp điều khiển chung đối xứng khi này sđđ tổng trong mạch vòng giữa hai bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điện trung bình chảy vòng qua hai bộbiến đổi cũng triệt tiêu: Icb=0. Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo ẵEd2ẵ ³ẵEd1ẵ tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động của các bộ chỉnh lưu 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 thường dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb 3.2.Hệ Truyền Động Xoay Chiều Có Điều Chỉnh Tốc Độ . Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha . Loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác.Sở dĩ như vậy là do ĐKB có kết cấu đơn giản,dễ chế tạo,vận hành an toàn,sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha.Tuy nhiên trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ,đó là do việc điều tốc độ động cơ KĐBcó khó khăn hơn động cơ một chiều.Trong, thời gian gần đây 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 được hết các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu - triristo động cơ một chiều. Không giống như động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số.Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh .Trong định hướng xây dựng hệ truyền động động cơ không đồng bộ,người ta có xử lý hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động cơ một chiều. Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ : a>Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi tiristo: Nguyên tắc của phương pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp stato.Do đó có thể điều chỉnh được mô men 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 rô to : Ta có thể điều chỉnh được tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rô to,phương pháp này thực hiện điều chỉnh trơn điện trở rô to bằng các van bán dẫn,ưu thế của phương pháp là dễ tự động hoá việc điều chỉnh.Điện trở trong mạch rôto ĐCKĐB : Rr=Rrd+Rf .Trong đó : Rrd :điện trở đây quấn roto. Rf :điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto. Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở: Mô men Si : Độ trượt khi điện trở mạch rô to 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 phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động có mô men tải không đổi . Phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rô to bằng phương pháp xung : Re là điện trở tương đương trong mạch rô to được tính theo thời gian đóng td và thời gian ngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không . c>Phương pháp điều chỉnh công suất trượt : Đối với các hệ truyền động công suất lớn , tổn hao DPs là lớn vì vậy để diều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất trượt người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì: d>Phương pháp biến đổi tần số : Phương pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f1 sang tần số f2 . Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thường kéo theo cả việc điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato.Do vậy đây là một phương pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị . Có hai loại biến tần : * Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu tr U1 U2 ú U1c rất đơn giản U1 f2 f1 Mạch van U1 Hình 13. 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 lượng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp ,có số lượng van lớn nhất với mạch 3 pha .Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1 Chỉnh lưu Lọc Nghịch lưu XC U1 f1 U2 f2 U= U= Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc như sau : Hình 14. Trong sơ đồ này có khâu trung gianlà một chiều. Điện áp xoay chiều được biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi được biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lưu độc lập .Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f2 mà không phụ thuộc f1 Kết Luận : Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên ta thấy cả hai phương án đều có những ưu điểm thoả mản yêu cầu công nghệ,tuy nhiên ở đây ta chọn phương án dùng loại Hệ Truyền Động Chỉnh Lưu Tiristo - Động Cơ Có Đảo Chiều Quay vì nó có các ưu điểm nổi bật sau đây: + Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao. Điều này thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống. + Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ ba pha bởi vì loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn. Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòng chảy giữa các bộ biến đổi +Sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt được đồ thị tốc độ tối ưu (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt được dạng đồ thị gần giống mà thôi ). CHƯƠNG 4 : CáC THIếT Bị MạCH LựC. 4.1 Sơ đồ mạch lực và nguyên lý hoạt động. Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng như sau: xoay chiều 3 pha Hình 15. Mạch gồm hai bộ biến đổi riêng rẽ nhau là BĐ1 và BĐ2.Khi điều khiển riêng hai bộ,tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2,trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian.Trong khoảng thời gian 0át1,bộ BĐ1làm việc ở chế độ chỉnh lưu,góc 1 ,và sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép,động cơ được hãm tái sinh,nếu nhịp điệu giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãmvà dòng điện khởi động ngược không đổi,điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống.Trên sơ đồ của khối logic LOG thì iLđ , iL1 , iL2 là các tín hiệu logic đầu vào còn b1,b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển: iLđ =1 – phát xung điều khiển mở BĐ1. iLđ =0 - phát xung điều khiển mở BĐ2. i1L(i2L) =1 – có dòng điện chảy qua BĐ1(BĐ2). b1(b2) = 1 – khoá bộ phát xung FX1(FX2). 4.2.Tính toán và chọn bộ biến đổi mạch lực. 4.2Tính toánvà chọn bộ biến đổi của mạch lực. 1.Tính chọn bộ biến đổi chỉnh lưu. ở trên ta đã chọn loại động cơ một chiều có các thông số sau: Động cơ mang ký hiệu ДH-220 v,có vỏ bảo vệ ,có các thông số sau: Kiểu động cơ ДH-22. Pđm = 6 (kW). nđm = 1130 (v/ph). Iư = 33 (A). Số thanh dẫn tác dụng của phần ứng là N = 696. Số nhánh song song của phần ứng là 2a = 2. rư+rcp = 0,566 (). Điện trở cuộn ổn định nối tiếp rckn = 0,019(). Điện trở cuộn ổn định song song rcks = 130 (). Số vòng trên một cực của cuộn song song wcks = 1480. Từ thông định mức của cực từ phụ F=0,74.10-2 (Vb). Mô men quán tính của phần ứng J=0,95 kg.m2. Khối lượng của động cơ Q=480(kg). Tốc độ định mức của động cơ: wđm==118 (rad/s) Mômen định mức : Mđm=50,8 (N). *Xác định thông số máy biến MBA : Bộ biến đổi chỉnh lưu Tiristor cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho phần ứng động cơ một chiều có các tham số : sđđ định mức động cơ Eưđm,sụt áp tổng ở mạch khi dòng điện phần ứng cực đại Iưmax.Cụ thể: 1.Ud.cosmin=2.Eưđm+Uv+Iưmax.Rư+Umax. trong đó : .Udo : điện áp không tải chỉnh lưu. . 1:hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lưới, 1=0,95. . 2: hệ số dự trữ máy biến áp, 2=1,04á1,06,chọn 2=1,05. . min:góc điều khiển cục tiểu.Đối với sơ đồ đảo chiều min=120 (m=6 xung). . Uv : tổng sụt áp trên van.Mổi thời điểm chỉ có hai van dẫn nên Uv = 2.0,85 = 1,7 (V). . Iưmax- Dòng điện phần ứng cực đại nằm trong khoảng(2á2,5) Iưđm. .Chọn Iưmax=2,5. Iưđm=2,5.33=82,5 (A). . Eưđm=Uđm-Iưđm.Rư=220 – 33.0,566 = 201,3 (V). . Umax : sụt áp cực đại do trùng dẫn : Umax=Uđm.. Có Idđm=Iưđm ,Iưmax=2,5.Iưđm=>Umax=2,5. Uđm. mà Uđm=Udo.Uk.Yy =>Umax=2,5. Udo.Uk.Yy Uk : điện áp ngắn mạch Uk%=5%. Yy = 0,5 : đối với sơ đồ 6 xung. =>Udo==2,5. =>Udo=299,7 (V). Điện áp đầu ra của máy biến áp U2 : U2= ,trong đó Ksđ=1,35 : hệ số sơ đồ chỉnh lưu khi không cần biến áp nguồn. +Tính chọn biến áp nguồn : Biến áp nguồn đấu theo kiểu /Y .Điện áp lưới Ul=380 (V). => Tỉ số BA : kba= Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I2 = =>dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp nguồn : I1 = Như vậy công suất định mức biểu kiến máy biến áp : SBAN =.U2.I2 = .222.27 = 10,4 (kVA). Tra sổ tay chọn máy biến áp chuẩn có Sđm = 11 (kVA),ký hiệu TT_11. *Tính chọn các Tiristor trong mạch chỉnh lưu : ở trên ta đã chọn bộ chỉnh lưu cầu ba pha. Ta có : -Dòng trung bình qua mổi Tiristor là: IT = Idđm = .33 = 11(A). -Dòng cực đại qua mổi Tiristor: ITm = .Iđmax= 27,5(A). Điện áp ngược cực đại qua mỗi Tiristor phải chịu: Ungmax= .U2hd= .222/ = 313 (V). Chọn hệ số dự trữ về điện áp và dòng điện của Tiristor là: ku= 1,6 ki= 1,5 Vậy Tiristor phải chịu được điện áp ngược cực đại là: Ungmax= 1,6.313 = 500 (V). Chịu đượco dòng trung bình khi dẫn là : IT = 1,5.11 =16,5 (A). Và phải chịu được dòng cực đại khi dẫn:ITm= 1,5.27,5 = 41,25 (A). Vậy ta chọn được loại Tiristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ: Loại Ungmax,V Itb,A Ihd,A(f=50Hz) tof,s di/dt,A/s du/dt,V/s C37 25á800 22,3 33 15 40 100 *Tính chọn cuộn kháng lọc một chiều: Điện cảm mạch phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập có thể tính gần đúng: Lư = kL.[H] (TĐĐ-Trang 273). kL= 1,4á1,9 (máy có bù) , chọn kL= 1,4. Uưđm= 220 (V) , Iưđm= 33 (A) Zp = 4 (số đôi cực) nđm= 1130 (v/ph) =>Lư= 1,4. = 2.10-3 (H).