tổng hợp hệ điện cơ.
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Thị Liên Anh.
Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Hùng Lớp TĐH1-K46.
Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng.
Các thông số kỹ thuật:
Số tầng n: 4
Chiều cao mỗi tầng nhà h
0
: 4 [m].
Tốc độ truyền động v: 1,5 [m/s].
Gia tốc cực đại a
max
: 1,5 [m/s
2
].
Trọng lợng cabin G
0
: 1500 [kg].
Tải trọng định mức G
đm
: 1300 [kg].
Đờng kính puli D: 0,4 [m].
Yêu cầu nội dung:
Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất cho động cơ và
mạch lực.
Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ.
Thiết kế mạch điều khiển.
Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm Matlab/Similink.
Phơng án thiết kế:

Chơng 6 Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab.......42
Tài liệu tham khảo.................................................................................. 44
2

Chơng 1 Các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
1.1. Khái niệm chung về thang máy.
1.1.1. Khái niệm.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo phơng
thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15
0
so với phơng thẳng đứng. Nó là một
loại hình máy nâng chuyển đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền
kinh tế quốc dân nh trong ngành khai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện
kim, công nghiệp nhẹ... ở những nơi đó thang máy đợc sử dụng để vận chuyển
hàng hoá, sản phẩm, đa công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau... Nó đã
thay thế cho sức lực của con ngời và đã mang lại năng suất cao. Đặc điểm của vận
chuyển bằng thang may so với các phơng tiện vân chuyển khác là thời gian của
một chu kì vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý
nghĩa về vận chuyển, thang máy còn làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công
tình.Nhiều quốc gia trên thế giới đã qui định, đối với những toà nhà cao 6 tầng trở
lên đều phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời 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 công trình chiếm khoảng (6 -> 7)% là hợp lý. Đối
với những công trình đặc biệt nh nhà máy, bệnh viện, khách sạn ... tuy số tầng nhỏ
hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải đợc trang bị thang máy. Với các nhà
nhiều tầng có chiều cao lớn thì viểc trang bị thang máy là cần thiết để phục vụ việc
đi lại trong toà nhà. Nếu vấn đề vận chuyển ngời trong các toà nhà này không đợc
giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực.
Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên
quan trực tiếp tới tài sản và tính mạng con ngời. Vì vậy yêu cầu chung đối với

ới lên trên nhờ pittong-xilanh thuỷ lực nên hành trình bị hạn chế(thờng
tối đa là 18m).
- Thang máy khí nén.
4

Theo vị trí đặt bộ tời kéo:
Đối với thang máy điện:
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang.
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dới giếng thang.
Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì
bộ tời kéo dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.
Đối với thang máy thuỷ lực: buồng máy đặt tại tầng trệt.
Theo hệ thống vận hành:
- Theo mức độ tự động: + loại tự động
+ loại bán tự động.
- Theo tổ hợp điều khiển: + điều khiển đơn.
+ điều khiển kép
+ điều khiển theo nhóm.
- Theo vị trí điều khiển: + điều khiển trong cabin
+ điều khiển ngoài cabin
+ điều khiển cả trong và ngoài cabin.
Theo thông số cơ bản:
- Theo tốc độ di chuyển của cabin:
+ loại tốc độ thấp: v < 1m/s
+ loại tốc độ trung bình: v = 1 -> 2,5m/s
+ loại tốc độ cao: v = 2,5 -> 4 m/s
+ loại tốc độ rất cao: v > 4m/s
- Theo khối lợng vận chuyển của cabin:
+ loại nhỏ : Q < 500 kg
+ loại trung bình Q = 500 -> 1000kg

- Thang máy zigzag.
1.1.3. Cấu tạo thang máy:
Thang máy có nhiều kiểu dạng khác nhau nhng nhìn chung có các bộ phận
chính sau: bộ tời kéo, cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin và
hệ thống phanh bảo hiểm; cáp nâng; đối trọng và hệ thống cân bằng; hệ thống ray
6

dẫn hớng cho cabin và đối trọng; bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở
giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ bảo hiểm để dừng cabin khi
tốc độ hạ vợt mức cho phép; tủ điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều
khiển tự động thang máy; cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khoá liên động.
Một số bộ phận chính:
a, Cáp thép :
Cáp thép là chi tiết rất quan trọng đợc sử dụng hầu hết trong các máy nâng
nói chung và thang máy nói riêng.
Yêu cầu chung đối với cáp phải là:
o An toàn trong sử dụng
o Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và máy, đảm
bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói
chung.
o Trọng lợng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu.
Trong thang máy thì ngời ta dùng từ 3ữ5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang.
b, Puly-puly ma sát:
Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát (gọi tắt là Puly ma sát), thờng
đợc dùng phổ biến trong thang máy. Puly ma sát có các rãnh riêng biệt mà không
theo hình xoắn ốc. Số rãnh cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động
trong máy và cách mắc cáp. Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát.
Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và
rãnh Puly. Hình dạng mặt cắt rãnh cáp trên Puly có ảnh hởng lớn đến khả năng kéo
và tuổi thọ của nó.

lực căng cáp lớn nhất F
max
trên nhánh cuốn cần thiết để dịch chuyển tải trọng là:
F
max
= U + F
min
d, Phanh an toàn:
Để tránh cho ca bin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vợt
quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động dừng và giữ ca bin tựa trên các ray dẫn
hớng. Ca bin của tất cả các loại thang máy đều phải đợc trang bị phanh an toàn.
Phanh an toàn còn đợc đợc trang bị cho đối trọng khi đối trọng nằm trên lối đi
hoặc phần diện tích có ngời đứng. Theo nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng
đột ngột và phanh dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thờng đợc áp dụng đối với
loại thang máy có vận tốc cỡ 0.71m/s, theo kết cấu có các loại phanh nh phanh
kiểu nêm và kiểu cam. Đối với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại
thang máy đợc sử dụng trong bệnh viện thì thờng dùng loại phanh dừng êm dịu với
bộ phận công tác là nêm hoặc kẹp. Phanh an toàn thờng lắp với cáp nâng(đợc sử
dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc động (dùng
cho thang máy sử dụng Puly ma sát).
1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động:
8

Yêu cầu cơ bản nhất đối với thang máy đó là dễ điều khiển, di chuyển êm
dịu, dừng chính xác và đảm bảo an toàn ngay cả khi mất điện hay đứt cáp. Thang
máy đợc bố trí ở các công sở, nhà ở những nơi mà ngời sử dụng không phải ai
cũng có trình độ hiểu biết nhiều về thang máy do vậy hệ thống điều khiển càng
đơn giản càng dễ sử dụng. Cũng chính vì vậy ngời ta thích dùng động cơ điện
không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Tuy nhiên động cơ rôto lồng sóc
chỉ dùng cho thang máy chạy chậm vì nó không đáp ứng dợc các yêu cầu về dừng

.
9

gia tốc cực đại a =1,5 m/s
2
.
o Yêu cầu về cơ cấu hãm:
+ Buồng thang phải dừng chính xác
+ Không đợc rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo.
+ Quá trình hãm êm và chính xác.
+ Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang tại chỗ khi tốc độ di chuyển 20
% tốc độ định mức .
o Yêu cầu về tính chất mômen quán tính: J = const
o Yêu cầu về vận hành: Không đợc vận hành trong trạng thái bất bình th-
ờng, nếu cần đảo chiều tốc độ phải êm, tốc độ không đợc giảm đột ngột
Khi lựa chọn hệ truyền động phải dựa trên các yêu cầu sau:
o Độ chính xác khi dừng máy
o Tốc độ di chuyển của buồng thang
o Gia tốc lớn nhất cho phép
o Phạm vi điều chỉnh tốc độ.
Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Sơ đồ sau cho ta thấy mối liên hệ
giữa quãng đờng, vận tốc, gia tốc và độ giật nh sau: ta thấy quá trình di chuyển của
thang máy có 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 chạy chậm thì chỉ có ba giai đoạn:
mở máy, chế độ ổn định và hãm dừng.
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 đợc diễn ra liên tục lặp đi lặp lại trong suốt quãng đờng từ tầng
1 cho tới tầng trên cùng.
10

tổn hao công suất và tổn hao năng lợng là nhỏ nhất, đồng thời các chi phí cũng hợp
lý. Trong truyền động thang máy thì động cơ là có đảo chiều quay và điều chỉnh
tốc độ. Theo đó ta có hai phơng án chủ yếu sau để tính chọn:
o Dùng hệ truyền động động cơ xoay chiều có điều chỉnh tần số.
o Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu.
2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu:
Do chỉnh lu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở, còn
khoá theo điện áp lới 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 nh 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:
o Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động
cơ.
o 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 đợc 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. Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít
đảo chiều.
12

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.
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.
Sơ đồ 4: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển
chung. Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn , thực hiện đợc công việc
đảo chiều êm hơn
.

Nguyên tắc: Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận
đợc xung mở nhng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lu còn bộ biến đổi
kia làm việc ở chế độ đợi. Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này .
Nếu chọn |E
d1
| = |E
d2
| thì 1+ 2= và ta có phơng 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: I
cb
= 0.
Trong phơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảoE
d2
E
d1
tức là
không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động của
các bộ chỉnh lu là e
d1
(t) và e
d2
(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 thờng
dùng các cuộn kháng cân bằng L
cb
.
2.2. 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
đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở

+ R
f
.
Trong đó : R
rd
:điện trở đây quấn roto.
R
f
: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 trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở:
Mô men:
i
rdr
S
RI
M

2
3
=
S
i
: Độ trợt khi điện trở mạch rô to là R
rd
Nếu giữ cho I
r
= const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ.
Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền
động có mômen tải không đổi.


2.2.1.2. Phơng pháp điều chỉnh công suất trợt:
Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao Ps là lớn vì vậy để diều
chỉnh đợc tốc độ vừa tận dụng đợc công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ điều chỉnh
công suất trợt.
Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì:
( )


P M M s P s
s
P
P
s c c dt
s
dt
= = =
=
.

1 1
a) Phơng pháp biến đổi tần số:
Phơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh
tần số f
1
sang tần số f
2
. Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thờng kéo theo cả việc
điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato. Do vậy đây là một ph-
ơng pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị .

ờng ngời ta hay dùng điều chỉnh tần số ở mạch chỉnh lu, cũng có trờng hợp điều
chỉnh cả hai ở nghịch lu tuy nhiên mạch điều khiển phức tạp. Nhợc điểm của loại
này là hiệu suất không thể cao vì có hai quá trình biến đổi năng lợng.
Mạch van
U
1
,f
1
U
2
,f
2
17Kết Luận: Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên ta thấy cả hai phơng
án đều có những u điểm thoả mãn yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở đây ta chọn ph-
ơng án dùng loại hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay vì
nó có các u 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 l-
ợng 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 u 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 lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt
đợc đồ thị tốc độ tối u (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt đợc dạng đồ
thị gần giống mà thôi).