TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
----------

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ NGƯỜI

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Vũ Thụy Nguyên
Sinh viên thực hiện:

Hồ Văn Tự

Lớp:

ĐK & TĐH 03, K57

MSSV:

20122779

Hà Nội - 2016


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................. 3
Chương 1: Tổng quan về thang máy ............................................................ 4
1.1. Giới thiệu chung về thang máy .............................................................................4
1.1.1.Khái niệm ................................................................................................................................4
1.1.2.Lịch sử phát triển thang máy ...................................................................................................4
1.1.3.Cấu tạo thang máy ...................................................................................................................5
1.1.4.Phân loại thang máy ................................................................................................................7

1.2. Yêu cầu đối với thang máy ...................................................................................8
1.2.1.Yêu cầu về công nghệ. ............................................................................................................8
1.2.2.Yêu cầu về truyền động. ..........................................................................................................8

1.3. Chế độ làm việc phụ tải của thang máy ................................................................ 9

Chương 2. Tính chọn công suất động cơ .................................................... 11
2.1. Tập hợp các số liệu ban đầu ................................................................................11
2.2. Phân tích bài toán ................................................................................................ 11
2.3. Tính toán công suất động cơ ...............................................................................14
2.3.1.Xác định phụ tải tĩnh .............................................................................................................14
2.3.2.Xác định hệ số đóng điện tương đối ......................................................................................14

2.4. Chọn công suất động cơ ...................................................................................... 16
2.4.1.Tính công suất đẳng trị trên trục động cơ..............................................................................16
2.4.2.Momen tương ứng với lực kéo đặt lên puli cáp ....................................................................16
2.4.3.Chọn động cơ ........................................................................................................................17

2.5. Kiểm nghiệm động cơ ......................................................................................... 20
2.5.1.Kiểm nghiệm điều kiện quá tải..............................................................................................20
2.5.2.Kiểm nghiệm điều kiện khởi động ........................................................................................20

Chương 3. Lựa chọn phương án truyền động ............................................. 22
3.1. Chọn loại biến tần ............................................................................................... 22
3.2. Chọn phương pháp điều khiển biến tần .............................................................. 24
3.2.1.Điều khiển vô hướng .............................................................................................................24
3.2.2.Phương pháp FOC .................................................................................................................25
3.2.3.Phương pháp DTC.................................................................................................................26


Chương 4: Tính toán mạch biến đổi công suất........................................... 27
4.1. Mạch động lực .....................................................................................................27
1


4.1.1.Khối bộ chỉnh lưu cầu ba pha diode ......................................................................................27
4.1.2.Khối bộ lọc ............................................................................................................................28
4.1.3.Khối bộ nghịch lưu độc lập ...................................................................................................28

4.2. Tính toán thông số mạch lực ...............................................................................31
4.2.1.Van cho bộ chỉnh lưu ............................................................................................................31
4.2.2.Tính toán cho mạch nghịch lưu .............................................................................................32
4.2.3.Chọn giá trị của tụ điện .........................................................................................................32
4.2.4.Chọn giá trị điện trở dập và van của bộ dập chopper. ...........................................................32

Chương 5: Xây dựng cấu trúc hệ truyền động & mô phỏng ...................... 33
5.1. Mô tả toán học động cơ không đồng bộ ba pha ..................................................33
5.2 Điều khiển vector .................................................................................................34
5.2.1.Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor ...............................................................37
5.2.2.Chuyển hệ trục tọa độ............................................................................................................38

5.3. Hệ phương trình cơ bản của động cơ trên hệ tọa độ αβ ......................................39
5.4. Hệ phương trình cơ bản của động cơ trên hệ tọa độ dq ......................................41
5.5. Tổng hợp các mạch vòng ....................................................................................44
5.5.1.Tổng hợp mạch vòng dòng điện ............................................................................................44
5.5.2.Tổng hợp mạch vòng tốc độ ..................................................................................................47



MÔ PHỎNG.....................................................................................................49


KẾT LUẬN ................................................................................................. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 55

2


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với quá trình công nghiệp hóa đất nước, yêu cầu tự động hóa trong máy
sản xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuất sản xuất
cao. Mặt khác, với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày càng cao
và nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi những sản phẩm ứng dụng vào đời sống, làm
việc cao.
Trong thời đại hiện nay truyền động điện đóng vai trò hết sức quan trọng trong
chất lượng sản phẩm và hiệu quả công việc. Ngày nay sự tiến bộ vượt bậc của truyền
động điện dẫn đến các hệ thống truyền động càng phát triển và nhiều thay đổi. Và
thang máy cũng là một yêu cầu được đưa ra để phù hợp với các công nghệ tân tiến ấy.
Trong đồ án chuyên ngành này, em được giao làm đề tài “thiết kế hệ truyền
động cho thang máy chở người”. Đồ án của em gồm 5 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về thang máy.
Chương 2: Tính chọn công suất động cơ.
Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động.
Chương 4: Tính toán mạch biến đổi công suất.
Chương 5: Xây dựng cấu trúc hệ truyền động và mô phỏng.
Được sự hướng dẫn tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của thầy giáo
ThS. Vũ Thụy Nguyên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức rộng và thực tế
còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận
được sự chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của thầy ThS. Vũ Thụy Nguyên đã giúp em hoàn
thành đồ án này!

Hà Nội, ngày 05 tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Tự

3


Chương 1: Tổng quan về thang máy
1.1. Giới thiệu chung về thang máy
1.1.1.Khái niệm
Thang máy là một thiết bị vận tải chạy theo chiều đứng để vận chuyển người, hàng
hóa giữa các tầng của một con tàu, công trình xây dựng hoặc một cấu trúc khác. Thang
máy thường được trang bị động cơ điện tao lực kéo dây cáp và hệ thống đối trọng như
cần trục hoặc máy bơm chất lỏng thủy lực để nâng cao một piston hình trụ.
1.1.2.Lịch sử phát triển thang máy
Thang máy đầu tiên được chế tạo dưới triều vua Louis SV, ở Versailles năm 1743
và chỉ để cho vua dùng. Kỹ thuật này dựa trên sự đối trọng nên việc sử dụng ít tốn sức
lực.
Thang máy cơ học (1829)
Loại này lần đầu tiên được làm ra tại Luân Đôn năm 1829. Nó có thể chứa hàng
chục hành khách.

Hình 1.1: Thang máy cơ học cũ

4


Thang máy OTIS (1857)
Thang máy đầu tiên dùng cho công chúng được khánh thành năm 1857 tại New

York do Elisha Graves OTIS, người Mỹ, chế tạo cho một cửa hàng cao 5 tầng ở
Bradway. Ông OTIS đã giới thiệu thang máy có thắng đầu tiên tại Nữu Ước năm 1852
Thang máy điện (1880)
Thang máy điện lần đầu tiên được phát minh bởi công ty SIEMENS & HALSKE
cho cuộc triên lãm kỹ nghệ tại Manheim năm 1880. Nó lên 22m trong 11 s. Nó đã
chuyên chở 8000 hành khách trong 1 tháng lên đỉnh của lầu quan sát cho khu triển
lãm. Thang máy này cấu tạo cực ký đơn giản, chỉ cần một bức tường mang nó, một
đinh vít gắn vô bức tường, buồng thang máy được gắn vô một đai ốc quay chung
quanh vít, một mô tơ lên và xuống cùng cới buồng thang máy và không cần phòng cho
máy móc nên cũng không có ròng rọc, không có trọng, cũng không có đối trọng nhất
là có lối đi cấp kỳ khi bị hư

Hình 1.2: Thang máy hiện đại ngày nay
1.1.3.Cấu tạo thang máy
Tất cả các thiết bị điện của thang máy được lắp đặt trong buồng thang và buồng
máy. Buồng máy thường bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Kết cấu, sơ đồ
bố trí thiết bị của thang máy giới thiệu trên hình 1.3.
5


 Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy
Hố giếng của thang máy là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy
giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào. Trong đây lắp đặt
hệ thống giảm xóc tránh sự va đập của buồng thang và đối trọng xuống sàn cảu giếng
thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình xuống gặp sự cố.
 Thiết bị lắp trong buồng máy
 Cơ cấu nâng

6



Trong buồng máy có lắp đặt hệ thống tời nâng-hạ buồng thang tạo ra lực kéo
chuyển động buồng thang và đối trọng. Cơ cấu nâng gồm:
- Bộ phận kéo cáp
- Hộp giảm tốc
- Phanh hãm điện từ
- Động cơ truyền động
 Tủ điện: Trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng cầu chì các loại, công tắc tơ và
rowle trung gian.
 Puli dẫn hướng
 Bộ phận hạn chế tốc độ: Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm. Phanh

bảo hiểm giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển
vượt quá (20÷40)% tốc độ định mức.
 Thiết bị lắp trong giếng thang máy
 Buồng thang: Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm, đèn báo. Nơi người
và hàng hóa đứng khi vận chuyển.
 Hệ thống cáp treo: Cáp hai nhánh, một đầu nối buồng thang, đầu kia nối với
đối trọng cùng puli dẫn hướng.
 Bộ phận cảm biến vị trí: Dùng để chuyển đổi tốc độ động cơ.
 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy
 Phanh hãm điện từ
 Phanh bảo hiểm: Giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di
chuyển vượt quá (20÷40)% tốc độ định mức.
 Cảm biến vị trí
Các bộ phận cảm biến dùng để:
- Phát lệnh dừn buồng thang ở mỗi tầng
- Chuyển đổi tốc độ động cơ
- Xác định vị trí buồng thang
1.1.4.Phân loại thang máy

 Phân loại theo chức năng:
- Thang máy chở người trong các nhà cáo tầng.
- Thang máy dùng trong các bệnh viện.
- Thang máy chở hàng có người điều khiển.
7


- Thang máy dùng trong nhà ăn và thư viện.
 Phân loại theo tải trọng:
- Thang máy loại nhỏ Q < 160kg.
- Thang máy loại trung bình Q = 500 ÷ 2000kg.
- Thang máy loại lớn Q > 2000kg.
 Phân loại theo tốc độ di chuyển:
- Thang máy chạy chậm v = 0.5 m/s.
- Thang máy tốc độ trung bình v = 0.75 ÷ 1.5 m/s dùng trong tòa nhà 6÷12 tầng.
- Thang máy cao tốc v = 2.5 ÷ 5 m/s thường dùng trong tòa nhà >16 tầng.
- Thang máy siêu tốc v > 5m/s thương dùng trong tòa tháp cao tầng.

1.2. Yêu cầu đối với thang máy
1.2.1.Yêu cầu về công nghệ.
-

Dễ điều khiển và hiệu chỉnh, tính đơn giản cao.

-

Về vị trí: khi dừng thang máy phải dừng chính xác so với sàn tầng và quá trình
hãm sao cho cabin dừng đúng tại sàn tầng với độ chính xác cao nhất

-


An toàn: Thang máy chỉ vận hành khi cửa tầng và cửa cabin đã đóng, khi thang
máy quá tải thì không vận hành.

1.2.2.Yêu cầu về truyền động.
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm
bảo buồng thang chuyển động êm. Và nó phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi
hãm. Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy đó là: tốc độ di
chuyển v(m/s), gia tốc a(m/s2), độ giật ρ(m/s3).
Tốc độ của buồng thang quyết định năng suất của thang máy. Nhưng việc thay đổi
tốc độ lại ảnh hưởng lớn tới giá thành. Vậy tùy theo độ cao của tòa nhà mà lựa chọn
tốc độ động cơ phù hợp.
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian
mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia tốc. nhưng khi gia tốc lớn sẽ gây cảm giác
khó chịu cho hành khách. Bởi vậy gia tốc tối ưu là a ≤ 2(m/s2).
Một đại lượng nữa quyết định dộ em của buồng thang là tốc độ tăng gia tốc khi mở
máy và tốc độ giảm gia tốc khi hãm máy, hay gọi là độ giật.
ρ=

=

Khi a ≤ 2(m/s2) thì ρ ≤ 20(m/s3).
8


Ta có biểu đồ làm việc tối ưu cho thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao

Hình 1.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của s, a, ρ theo thời gian
Biểu đồ chia làm 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp,
buồng thang đến tầng và hãm dừng.

Đối với thang máy tốc độ chậm, biểu đồ làm việc chỉ có giai đoạn: thời gian tăng
tốc(mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng.

1.3. Chế độ làm việc phụ tải của thang máy
Cabin thang máy chuyển động theo phương thẳng đứng và được trượt theo các
rãnh định hướng. Khi cabin đầy tải và đi lên thì động cơ làm việc ở chế độ động
cơ(góc phần tư I). Khi cabin đầy tải và đi xuống thì dộng cơ làm việc ở chế độ động cơ
với chiều quay ngược lại(góc phần tư III).
Khi nâng cabin không tải đồng nghĩa với hạ đối trọng xuống, động cơ làm việc ở
chế độ động cơ(góc phần tư III) và hạ cabin không tải thực chất là nâng đối trọng lên,
động cơ làm việc ở chế độ động cơ(góc phần tư I).
Khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp để nâng cao cấp chính xác dừng cabin, tùy theo
chiều quay động cơ sẽ làm việc ở chế độ hãm tái sinh(góc phần tư II và IV).
9


A1: nâng cabin đầy tải tốc độ cao
A2: nâng cabin đầy tải tốc độ thấp
(chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)
A’1: hạ cabin đầy tải tốc độ cao
A’2: hạ cabin đầy tải tốc độ thấp
(chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)
C1, C2: hãm khi giảm tốc độ trong
chế độ nâng
C1’, C2’: hãm khi giảm tốc độ trong
chế độ hạ

10



Chương 2. Tính chọn công suất động cơ
2.1. Tập hợp các số liệu ban đầu
- Số tầng

(n)

6

- Chiều cao mỗi tầng

(h0)

4.5

[m]

- Tốc độ chuyển động

(v)

1

[m/s]

- Gia tốc cực đại

(amax)

1.5


[m/s2]

- Trọng lượng ca bin

(G0)

800

[kg]

- Tải trọng cực đại

(Gđm)

600

[kg]

- Đường kính Puli

(D)

0.4

[m]

- Tỷ số truyền

(i)


28

- Hiệu suất

(ɳ)

0.75

2.2. Phân tích bài toán
Đặt thêm một số thông số cần thiết:
 gc: khối lượng một dơn vị dài dây cáp [kg/m]
 hđt: chiều cao đối trọng [m]
 hcb: chiều cao cabin [m]
 g: gia tốc trọng trường [m/s2]
 Gđt: khối lượng của đối trọng [kg]
Gđt = G0 + αGđm

(2.1)

α: hệ số cân bằng (α = 0.3÷0.6)
Chọn α = 0.4 do phần lớn các thang máy chở người chỉ vận hành đầy tải những giờ
cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải.

11


Hình 2.1: Sơ đồ động học của thang máy
Tính chọn công suất động cơ ở chế độ tải trọng đồng đều thực hiện theo các bước
sau:
1.Tính lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang(chất đầy tải) ở tầng dưới cùng và

các lần dừng tiếp theo:
Các lực tác động lên puli chủ động theo các nhánh cáp là:
-

Bên phía cabin: F1 = [G0 + G + gc(H – hcb)].g

[N]

(2.2)

-

Bên phía đối trọng: F2 = [Gđt + gc(H – hđt).g

[N]

(2.3)

Lực tác dụng lên puli chủ động khi nâng tải và hạ tải tạo momen quay là:
-

Lực nâng tải: Fn = F1 – F2 = (G0 + G – Gdt).g + gc.(hdt – hcb).g

[N]

(2.4)

-

Lực hạ tải: Fh = F2 – F1 = [Gđt + gc(H – hđt)].g


[N]

(2.5)

Để đơn giản, giả sử hđt = hcb. Khi đó:
-

Lực nâng tải: Fn = F1 – F2 = (G0 + G – Gdt).g = (G – α.Gđm).g

[N]

(2.6)

-

Lực hạ tải: Fh = F2 – F1 = (Gđt – G0 – G).g = (α.Gđm – G).g

[N]

(2.7)

2.Tính momen tương ứng lực kéo:
M=

[Nm] với F>0

(2.8)

12



M=

.ɳ [Nm] với F<0

(2.9)

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải và hạ tải được tính cho trường hợp nâng và
hạ đầy tải. Trên thực tế, phải tính đến hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng
k = 1.15÷1.3
-

Nâng đầy tải(G = Gđm) thì Fn = (1 – α).Gđm.g
P1n =

-

=

(2.10)

=

(2.11)

Hạ đầy tải(G = Gđm) thì Fh = (α - 1).Gđm.g

=


P1h =
-

)

Nâng không tải(G = 0) thì Fn = –α.Gđm.g
P0n =

-

(

(

)

(2.12)

Hạ không tải(G = 0) thì Fh = α.Gđm.g
P0h =

=

(2.13)

Trong đó:
P1n: động cơ làm việc chế độ nâng tải.
P1h: động cơ làm việc chế độ hạ tải
3.Tính tổng thời gian hành trình của buồng thang:
-


Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định.

-

Thời gian tăng tốc, thời gian hãm.

-

Thời gian phụ khác: thời gian đóng mở cửa, thời gian ra vào buồng thang của
hành khách.

4.Dựa vào các bước tính toán trên, tính momen đẳng trị và tính chọn công suất
động cơ đảm bảo thỏa mãn điều kiện M ≥ Mđt
5.Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần của hệ truyền động có tính đến quá trình quá
độ, tiến hành kiểm nghiệm động cơ truyền động.

13


2.3. Tính toán công suất động cơ
2.3.1.Xác định phụ tải tĩnh
Khối lượng đối trọng:
Gđt = G0 + αGđm = 800 + 0.4x600 = 1040(kg)
Chọn k = 1.25 ta tính được lực kéo đặt lên puli khi đầy tải:
Fn = (G0 + G – Gdt).k.g = (800 + 600 – 1040) x 1.25 x 9.81 = 4414.5N
Lực kéo đặt lên puli khi hạ đầy tải:
Fh = (Gđt – G0 – G).k.g = (1040 - 800 – 600) x 1.25 x 9.81 = -4414.5N
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải là:


=

P1n =

(

)

=

(

)

= 5,886(kW)

Công suất tĩnh của động cơ khi hạ đầy tải là:

=

P1h =

(

)

=

(


)

= -2.119(kW)

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng không tải là:

=

P0n =

=

= -1,413(kW)

Công suất tĩnh của động cơ khi hạ đầy tải là:
P0h =

=

=

= 3.924(kW)

Momen tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:

=

M=

= 42,043(Nm)


Momen tĩnh của động cơ khi hạ đầy tải:
M=

.ɳ =

= -23,649(Nm)

2.3.2.Xác định hệ số đóng điện tương đối
Để xác định hệ số đóng điện tương đối, ta phải vẽ được đồ thị phụ tải tĩnh của cơ
cấu, hay ta phải xác định các khoảng thời gian làm việc cũng như nghỉ của thang máy
trong một chu kỳ lên xuống.
Xét thang máy làm việc với tải định mức: Gđm = 600 kg.
Thời gian khởi động động cơ để thang máy có v = 1m/s là:
tkđ = =

= 0,67 s

→ Sau thời gian này cabin đi được quảng đường là:
14


Skđ = v0t +

at2 =

= 0,34 m

Thời gian hãm cabin khi dừng mỗi tầng là:
thãm = tkđ = 6,67 s

→ Sau thời gian này cabin đi được quãng đường:
Shãm = Skđ = 0,34 m
→ Thời gian cabin đi với vận tốc đều v = 1 m/s ở giữa 2 tầng kế nhau là:
t=

=

= 3,82 s

Vậy thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau là:
tlv = tkd + t + thãm = 0,67 + 3,82 + 0,67 = 5,16 s
Tổng thời gian làm việc: Tlv = 10.5,16 = 51,6 s

15


Giả sử:
-

Thời gian vào ra cabin : 1s/1 người.

-

Thời gian mở cửa

: 1s

-

Thời gian đóng cửa


:1s

-

Mỗi tầng có 10 người ra và cùng lúc đó có 10 người vào.

Như vậy thời gian nghỉ:
tng = 10.tngười + tmở + tđóng = 10.1 + 1 + 1 = 12 s
Chu kỳ làm việc:
tck = 2.5.tlv + 2.6.tng = 2.5.5,16 + 2.6.12 = 195,6 s
Từ đồ thị phụ tải ta tính được hệ số đóng điện tương đối:
ε% =

∑

*100=

*100 = 26,4%

Vậy hệ số đóng điện tương đối của phụ tải là 26,4%

2.4. Chọn công suất động cơ
2.4.1.Tính công suất đẳng trị trên trục động cơ
Pđt = √

∑

=√


(

)

=√

(

(

Như vậy phụ tải thang máy có Pđt = 3,21 kW và ε% = 26,4%
Ta chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn εtc% = 25%
Công suất được hiệu chỉnh lại là:
Pdm_chon = Pđt.√

= 3,21.√

= 3,30 kW

2.4.2.Momen tương ứng với lực kéo đặt lên puli cáp
Ta xét bài toán quy về trục động cơ như sau:
D = 0,4 m → R =

= 0,2 m

Vận tốc góc của tang trống: ωtt =

= 5 rad/s

Vận tốc góc quay trục động cơ: ωdc = ωtt.i = 5.28 = 140 rad/s

→ ndc =

.60 =

.60 = 1337 vòng/phút

Momen cực đại quy đổi ở trục động cơ:
16

) )

=3,21 kW


Mqd_max =

=

(

)

= 33,63 Nm

2.4.3.Chọn động cơ
Động cơ truyền động cho thang máy trong đề tài là động cơ có công suất nhỏ, do
đó có thể sử dụng các loại động cơ:
-

Động cơ một chiều kích từ độc lập


-

Động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ roto lồng sóc

-

Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu

Trước đây, động cơ điện một chiều thường được ưa chuộng hơn, kể cả trong dải
công suất nhỏ vì tính điều chỉnh và tuyến tính của nó. Ngày nay, công nghệ điện tử và
vi điều khiển phát triển mạnh mẽ, việc điều khiển động cơ không đồng bộ không còn
quá khó khăn, động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc rẻ hơn động cơ điện một
chiều cùng công suất nhiều và rất phổ biến trên thị trường với dải công suất rộng, do
đó phù hợp cho ứng dụng của chúng ta. Vậy ta quyết định chọn động cơ không đồng
bộ roto lồng sóc dùng cho thang máy. Thông số động cơ được lựa chọn hư bên dưới:

17


Tên động cơ: M2AA 132S 3GAA 132 001-••E
 Hãng sản xuất:

ABB

 Hiệu suất:

ɳ = 86,3%(4 góc phần tư)

 Hệ số công suất:


cosφ = 0,8

 Dòng stator định mức:

I1đm = IN = 12 A

 Dòng khởi động:

Ikđ = 6,0.12 = 72 A

 Momen định mức:

Mđm = 36 Nm

 Momen khởi động định mức: Mkđ = 2,2.36 = 79,2 Nm
 Momen tới hạn:

Mth = 2,8.36 = 100,8 Nm

 Momen quán tính:

J = 0,031 kgm2

 Khối lượng:

m = 42 kg

 Cấp cách điện:


EFF2

 4 cực(2 đôi cực)
Các tham số động cơ được tính gần đúng từ nhãn máy cho chế độ danh định
như sau:

18


Giá trị dòng tạo từ thông isd:
̂

= √ IN √

= √ .12. √

= 7,59 A

Giá trị dòng tạo momen quay isq:
̂

̂

=√

=√

= 15,18 A

Tần số roto(tần số trượt):

ωr = 2π(

) = 2π(

) = 9,4248 rad/s

Hằng số thời gian rotor:
̂

Tr =

=

̂

= 0,2122 s

Điện kháng tản:
̂

Xσ = (

̂

).

√

= 3,85 N


Điện kháng chính (điện kháng do sức từ động cảm ứng eg gây nên)
Xh =

√
√

- Xσ =

√
√

– 3,85 = 39,18 H

Điện trở stator Rs và điện trở rotor Rr:
Rs ≈ Rr ≈

̂
̂

.Xh = 0,5877 Ω

Hệ số tản toàn phần:
19


σ≈

=

= 0,0983


Hằng số thời gian stator:
Ts ≈

= 0,2122 s

Suy ra:
Ls = Ts.Rs = 0,1247 H
Lr = Tr.Rr = 0,1247 H
σ=1→ L m = √(

)

Tσ =

= 0,1184 H

= 0,011 s

2.5. Kiểm nghiệm động cơ
Để khẳng định chắc chắn động cơ cới các thông số trên có đáp ứng được các yêu
cầu truyền động hay không, ta tiến hành kiểm nghiệm động cơ.
2.5.1.Kiểm nghiệm điều kiện quá tải
Theo bảng thông số của động cở ta tính được momen định mức của động cơ:
Mđm =

.ϕ.Iu_đm = 36 (Nm)

Momen cản lớn nhất khi nâng đầy tải:
Mn =


=

(

)

=

(

)

= 33,63 (Nm)

Do Mđm > Mn nên động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện quá tải momen.
2.5.2.Kiểm nghiệm điều kiện khởi động
Ta có: Jt = Jđ + (Jb1+Jb2_qd) + JDqd + JGqd
JGqd = (G + G0 – Gđt) x

(

)

= (600+800-1040) x

(

)


= 0,0184 kg.m2

-

Momen quán tính của bộ truyền: Jb1+Jb2_qd ≈ 1,01xJđ = 0.03131 kg.m2

-

Tính momen quy đổi về trục động cơ của puli:

Coi puli là 1 khối hình trụ khối lượng phân bố đều, đối xứng có D = 0,4 m, l = 0,25
m, Puli được làm bằng thép hoặc thép đúc.
20


→ GD = VDxρthép = kpuli x

. ρthép = 0,3.

.7852 = 74 kg

Trong đó ρthép = 7852 kg/m3, chọn kpuli = 0,3 là hệ số điền đầy của puli.
→ JD =

= 2,96 kg.m2

=

→ JDqd =


=

= 0,0038 kg.m2

→ Jt = 0,031 + 0,03131 + 0,0184 +0,0038 = 0,08451 kgm2
Gia tốc cực đại của động cơ:
Ԑmax =

.i =

.28 = 210 (rad/s2)

Momen của động cơ cần trong quá trình tăng tốc/hãm của thang máy khi nâng đầy tải:
Mn = Jt.Ԑ + Mqdmax = 0,08451.140 + 33,63 = 45,46 (N.m)
Momen mở máy của động cơ: Mmm = 79,2 (Nm)
Do Mmm > Mn nên động cơ thỏa mãn yêu cầu momen mở máy.
Và động cơ đã lựa chọn đáp ứng được yêu cầu truyền động.

21


Chương 3. 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 các hệ truyền động có thể thỏa mãn các yêu cầu
đặt ra

3.1. Chọn loại biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng xoay chiều với tần số ban đầu thành dòng xoay
chiều có tần số khác với tần số trước.
Biến tần thường được chia ra làm hai loại: Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp.

 Biến tần trực tiếp

Bộ biến tần trực tiếp thay đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành f2, không
qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao nhưng việc thay đổi tần số ra khó khăn và phụ
thuộc vào tần số vào f1.
 Biến tần gián tiếp

Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) được điều chỉnh thành nguồn 1
chiều nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu sẽ biến đổi thành nguồn điện
áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ.
Tùy theo tính chất của bộ chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra mà bộ biến tần gián
tiếp chia ra bộ biến tần nguồn dòng và bộ biến tần nguồn áp.
22


 Biến tần nguồn dòng
Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf, thực hiện chức năng nguồn dòng cho
bộ nghịch lưu
Ưu điểm:
-

Có khả năng trả năng lượng về lưới.

-

Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi.

-

Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW.


Nhược điểm:
-

Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ.

-

Cồng kềnh vì có cuộn kháng.

-

Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải

Do đó, ứng dụng thang máy với tải chỉ hơn 5KW thì biến tần nguồn dòng là không
phù hợp.
 Biến tần nguồn áp
Khâu trung gian một chiều là tụ Ce, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịch lưu.

23


Ưu điểm:
-

Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW.

-

Hệ số công suất của mạch lớn.


-

Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải

Từ phân tích trên, ta lựa chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu điode và có điện trở
hãm.

3.2. Chọn phương pháp điều khiển biến tần
3.2.1.Điều khiển vô hướng
Mong muốn giữ cho từ thông stator ΨS không đổi(U/f = const) trong suốt quá trình
điều chỉnh. Khi điều chỉnh tần số, nếu giữ từ thông khe hở không đổi thì động cơ sẽ
được sử dụng hiệu quả nhất(khả năng sinh momen lớn nhất).

Ưu điểm:
-

Đơn giản, dễ thực hiện.

Nhược điểm:
-

Tổn thất công suất ∆P và lượng tiêu thụ công suất phản kháng lớn.

-

ổn định tốc độ gặp khó khăn.

-


Momen đáp ứng kém.

-

Không đảm bảo điều khiển được các đáp ứng về momen và từ thông.

24