ĐẠI HỌC THÁI NGUN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP
***** L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
NV
V
Ă
Ă
N
NT
T
H
H
Ạ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỂ TIẾT
KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRONG TỊA NHÀ
ĐINH NGUN
T
H
H
Ạ
Ạ
C
CS
S
Ỹ
ỸK
K
Ỹ
ỸT
T
H
H
U
U
Ậ
Ậ
T
Thái Ngun, năm 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
2
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu này là của cá nhân tơi dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Bùi Quốc Khánh và chỉ tham khảo các tài
liệu đã được liệt kê.
Các số liệu và kết quả được trình bày trong Luận văn là trung thực và
chưa từng được cơng bố trong bất kỳ một bản Luận văn nào trước đây.
Tơi khơng sao chép cơng trình của cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức
nào. Nếu có tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm
Ngày 06 tháng 06 năm 2013.
Tác giả luận văn Đinh Ngun
khơng tránh khỏi thiếu sót.Tác giả mong muốn nhận được sự đóng góp ý kiến
của các thầy giáo ,cơ giáo và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn Đinh Ngun Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
4
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN 2
LỜI CẢM ƠN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10
CHƯƠNG 1
KHÁI QT CHUNG VỀ THANG MÁY
14
1.1 Giới thiệu chung về thang máy 14
2.2 Hệ truyền động động cơ một chiều 41
2.3Giới thiệu về điều khiển động cơ khơng đồng bộ theo tần số 42
2.4 Các phương pháp điều khiển tần số 43
2.4.1 Phương pháp điều khiển U theo f 43
2.4.2 Phương pháp điều khiển vector tựa từ thơng roto (FOC) 44
2.4.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp Momen (FOC) 44
2.5 Lý thuyết về DTC 45
2.5.1 Ngun lý chung 45
2.5.2 Cách thực hiện 48
2.6 Chế độ hãm trong hệ truyền động biến tần động cơ KĐB 51
2.6.1 Chế độ hãm tái sinh trong hệ truyền động biến tần nguồn
dòng
51
2.6.2 Chế độ hãm trong hệ truyền động biến tần nguồn áp chỉnh
lưu điốt
51
2.6.3 Chế độ hãm tái sinh trong hệ truyền động biến tần nguồn
áp chỉnh lưu tiristo
52
2.6.4 Biến tần nguồn áp làm việc 4 góc phần tư 52
2.7 Chỉnh lưu PWM 53
2.7.1 Ngun lý làm việc 53
2.7.2 Tổng quan về điều khiển chỉnh lưu PWM 55
2.7.3.Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo định hướng
vector điện áp dựa vào dòng điên (VOC).
56
2.8 Hệ nhiều thang máy 58
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU,CHỮ VIẾT TẮT
x(t), x Giá trị tức thời
X*, x* Giá trị đặt
α Góc pha của vector chuẩn
φ Góc pha dòng điện
ω Vận tốc góc
ψ Góc pha
cosφ Hệ số cơng suất cơ bản
f Tần số
i(t), i Giá trị dòng điện tức thời
kp, ki Hệ số khuếch đại, hệ số tích phân
p(t), p Cơng suất tác dụng tức thời
q(t), q Cơng suất phản kháng tức thời
t Giá trị thời gian tức thời
C Giá trị tụ điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
9
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Số
hiệu
Tên bảng Trang
1.1
B¶ng tham sè hƯ trun ®éng víi ®é kh«ng chÝnh x¸c khi
dõng ∆S
23
2.1
Bảng đóng cắt
49
Số
hiệu
Tên hình Trang
1.1
Cấu tạo thang máy
16
1.1
CÊu t¹o thang m¸y
16
1.2 Đặc tính cơ tĩnh của phụ tải thang máy
20
1.3
CÊu t¹o vµ ®Ỉc tun cđa bé c¶m biÕn vÞ trÝ .
24
1.4
S¬ ®å nguyªn lý cđa bé c¶m biÕn vÞ trÝ
25
1.5
Ảnh hưởng của các tham số vận tốc,gia tốc,độ giật đến q
trình làm việc của thang máy
27
1.6 Mơ hình động học của thang máy
28
1.7
Đường cong xác định số lần dừng
31
1.8 Đồ thị phụ thuộc của vận tốc và momen động cơ theo thời
gian giữa 2 lần dừng của thang máy
33
1.9 Đồ thị phụ tải của thang máy.
Sơ đồ thay thế một pha chỉnh lưu PWM và đồ thị vecter
54
2.12 Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM
55
2.13 Hệ điều khiển biến tần dùng chỉnh lưu PWM
56
2.14 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC
56
2.15 Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lưu PWM theo
VOC
58
2.16
Hệ nhiều động cơ thang máy.
59
3.1
BiĨu ®å n¨ng l ỵng khi n©ng thang m¸y.
64
3.2 BiĨu ®å n¨ng l ỵng khi hạ thang m¸y.
68
3.3 BiĨu ®å n¨ng l ỵng tiêu thụ trung bình của thang máy trong
một ngày vận hành
70
4.1 Sơ đồ ngun lý hãm điện trở
73
4.2 Biểu đồ năng lượng tiêu thụ có sử dụng hãm tái sinh khi
nâng thang
74
4.3 Biểu đồ năng lượng tiêu thụ có sử dụng hãm tái sinh khi
nâng thang
74
truyền thống. Tạo ra một thế hệ máy móc thơng minh, linh hoạt. Cùng với sự
phát triển của khoa học. Thang máy ngày càng được hồn thiện hơn có tốc độ
cao, dừng êm, tiêu tốn ít năng lượng và đảm bảo an tồn.
Trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nước ta đang có bước phát triển
mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực càng tăng lên.Các
khu chung cư cao tầng ,hệ thống các khu cơng nghiệp, chợ và siêu thị cao
tầng được xây dựng rất nhiều dẫn đến nhu cầu sử dụng thang máy tăng lên
kéo theo đó là lượng điện năng tiêu thụ cũng tăng lên đáng kể.
Từ thực tế trên u cầu đặt ra là phải tìm ra một giải pháp nào đó để tiết
kiệm năng lượng điện trong q trình sử dụng thang máy.
Xuất phát từ nhu cầu trên tơi quyết định chọn ®Ị tµi Nghiªn cøu gi¶i
ph¸p ®iỊu khiĨn ®Ĩ tiÕt kiƯm n¨ng l7ỵng ®iƯn trong tßa nhµ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
13
Đề tài đã được hồn thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cơ giáo,
gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tơi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS-TS Bùi Quốc Khánh, người đã giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập
cũng như trong q trình hồn thành luận văn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng song luận văn chưa thể đi sâu vào nghiên
cứu nhiều khía cạnh kỹ thuật khác, tơi rất mong được sự đóng góp và giúp đỡ
hơn nữa của các thầy, cơ giáo và đồng nghiệp để luận văn có hướng phát triển
hơn nữa trong tương lai.
Ngày 06 tháng 06 năm 2013.
Tác giả luận văn
thời bấy giờ chưa được dùng để chở người. Chỉ đến khi một kỹ sư người Mỹ
tên là OTIS ( Người sau này đã thành lập nên hãng thang máy nổi tiếng OTIS
ELEVATOR Co.)chế tạo được hệ thống phanh an tồn cho thang máy thì lúc
đó thang máy mới được chở người cho các tồ nhà cao tầng.
Thang máy chở người ra đời là một phương tiện giao thơng tuyệt vời
cho các tồ nhà cao tầng. Nó đã giải quyết được bài tốn giao thơng cực kì
khó khăn của các cơng trình cao tầng. Đặc điểm vận chuyển của thang máy so
với các phương tiện khác là thời gian vận chuyển của một chu kì nhỏ. Tần
suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục.
Ngồi ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố
làm tăng vẻ đẹp, tiện nghi của cơng trình. Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy
định đối với các tồ nhà cao 6 tầng trở lên phải được trang bị thang máy. Để
đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao
động. Tuy nhiên với các cơng trình đặc biệt như: Nhà máy, khách sạn, bệnh
viện mặc dù số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do u cầu phục vụ vẫn cần được
trang bị thang máy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
15
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt
vì liên quan trực tiếp đến tính mạng con người. Vì vậy u cầu chung với
thang máy: khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa phải
tn thủ một cách nghiêm ngặt các u cầu về kỹ thuật an tồn được quy định
trong các tiêu chuẩn, quy phạm.
Trong sinh hoạt dân dụng,thang máy được sử dụng rộng rãi trong các
tồ nhà cao tầng,cơ quan,khách sạn Thang máy đã giúp cho con người tiết
kiệm được thời gian và sức lực…
H×nh 1.1 CÊu t¹o thang m¸y
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
17
Cabin và đối trọng được treo trên hai đầu của cáp nâng (20) nhờ hệ
thống treo(19). Hệ thống treo có tác dụng đảm bảo cho các nhánh cáp nâng
riêng biệt có độ căng như nhau. Cáp nâng được vắt qua các rãnh puly ma sát
của bộ tời kéo. Khi bộ tời kéo hoạt động, puly ma sát quay truyền chuyển
động đến cáp nâng làm cabin và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc
giếng thang. Khi chuyển động cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hướng
trong giếng thang nhờ các ngàm dẫn hướng (16). Cửa cabin (4) và cửa tầng
(7) thường là loại cửa lùa sang 1 hoặc 2 bên và chỉ đóng mở được khi cabin
đã hồn tồn dừng lại. Cửa tầng và cửa cabin liên động với nhau nhờ cơ cấu
đóng mở cửa (3) đặt trên nóc cabin. Cửa cabin và cửa tầng được trang bị hệ
thống khóa liên động và các tiếp điểm điện để đảm bảo an tồn cho thang máy
hoạt động. Nếu cửa tầng hoặc cửa cabin chưa đóng hẳn thì thang khơng hoạt
động. Hệ thống khóa liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng khơng mở
được từ bên ngồi khi cabin đang ở đúng vị trí cửa tầng. Đối với loại cửa lùa
đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở cabin, hệ thống khóa liên động kéo
theo cửa tầng cùng đóng hoặc cùng mở. Tại điểm trên cùng và dưới cùng của
giếng thang có đặt các cơng tắc hạn chế hành trình cho cabin.
Phần dưới của giếng thang là Hố thang (10). Trong đó đặt các giảm
chấn (11) và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ (9). Khi hỏng hệ thống điều
khiển, cabin hoặc đối trọng có thể đi xuống phần hố thang, vượt qua cơng tắc
hạn chế hành trình và tỳ lên giảm chấn. Để đảm bảo an tồn cho kết cấu máy
và tạo khoảng trống cần thiết dưới đáy cabin, đảm bảo an tồn khi bảo dưỡng
điều chỉnh sửa chữa.
1.3.2 Phân loại thang theo tải trọng:
- Thang máy loại nhỏ: Q< 500 kg.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
19
- Thang máy loại trung bình: Q = 500 ÷ 2000 kg.
- Thang máy loại lớn: Q> 2000 kg.
1.3.3 Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin:
- Thang máy dẫn động điện : Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ
động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp.
- Thang máy thủy lực :
- Thang máy khí nén :
1.3.4 Ph©n lo¹i theo vị trí đặt bộ tời kéo:
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang .
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía d ới giếng thang.
- Thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng : Bộ
tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin .
- Thang máy thủy lực : Buồng máy đặt tại tầng trệt.
1.3.5. Ph©n lo¹i theo tèc ®é di chun:
- Thang m¸y ch¹y chËm: V = 0,5 m/s.
- Thang m¸y cã tèc ®é trung b×nh: V = 0,75 ÷ 1,5 m/s.
- Thang m¸y cao tèc: V = 2,5 ÷ 5 m/s.
1.4.u cầu cơng nghệ và truyền động.
1.4.1 Đặc điểm của phụ tải.
- Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng, sau khi có tín hiệu dừng. Nếu
buồng thang dừng khơng chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chun ngành: TBM & NMĐ
HV: Đinh Ngun GVHD:PGS.TS Bùi Quốc Khánh
21
+ Đối với thang máy chở khách sẽ làm cho khách ra vào khó khăn, tăng
thời gian ra vào của khách, có khi dẫn đến tai nạn.
+ Đối với thang máy chở hàng, gây khó khăn cho việc bốc dỡ hàng
hố, đặc biệt là các hàng nặng phải dùng con lăn, xe đẩy. Trong một số trường
hợp có thể khơng thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng.
- Để khắc phục hậu quả có thể ấn nút bấm để đạt được độ chính xác khi dừng
nhưng sẽ gây ra các vấn đề khơng mong muốn như sau:
+Hỏng thiết bị điều khiển.
+Gây tổn thất năng lượng.
+Gây hỏng các thiết bị cơ khí.
+Tăng thời gian từ hãm đến dừng.
- Để dừng chính xác buồng thang cần tính đến một nửa hiệu số của hai qng
đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang khơng tải
theo cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác
buồng thang bao gồm:
+Mơmen cơ cấu phanh.
+Mơmen qn tính của buồng thang.
+Tốc độ khi bắt đầu hãm và một số các yếu tố phụ khác.
-Q trình hãm buồng thang xảy ra như sau:
Khi buồng thang đến gần sàn tầng, cơng tắc chuyển đổi tầng cần cấp
lệnh lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang. Trong qng thời
gian ∆t ( thời gian tác động của thiết bị điều khiển ), buồng thang đi được một
: lực cản tĩnh (N).
Dấu (+) hoặc (-) trong biểu thức (*) phụ thuộc vào tác dụng của lực F
c
: khi
buồng thang đi lên (+) và đi xuống (-).
S’’ cũng có thể viết dưới dạng sau:
S’’ =
( )
cph
MMi
D
J
±2
2
.
2
0
ω
, (m)
Trong đó: J: mơmen qn tính hệ quy đổi về chuyển động của buồng thang,
(Kgm
2
)
M
ph
: mơmen ma sát, (N)
M
c
: mơmen tĩnh, (N)
ω
chỉnh
tốc độ
Tốc độ
di
chuyển
(m/s)
Gia tốc
(m/s
2
)
Độ khơng
chính xác
khi dừng
(mm)
Động cơ KĐB rơto lồng sóc 1
cấp tốc độ
Động cơ KĐB rơto lồng sóc 2
cấp tốc độ
Động cơ KĐB rơto lồng sóc cấp
tốc độ
Hệ máy phát động cơ (F-Đ)
Hệ MF động cơ có khuyếch đại
TG
1:1
1:4
1:4
1:30
1:100
0,8
0,5
Bộ cảm biến dừng chớnh xỏc buồng thang thực chất là một cụng tắc
phi tiếp điểm và thường được dựng bộ cảm biến vị trớ kiểu cảm ứng.
Trờn hỡnh mụ tả cấu tạo và đặc tuyến của bộ cảm biến vị trớ.
Hình 1.3 Cấu tạo và đặc tuyến của bộ cảm biến tầng.
- 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 thơng sinh ra trong mạch 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 thanh sắt động 1 được biểu diễn trên hình b.
2
1
3
0 0.5 1
L
0
0.5 1
a, Cấu tạo b, sự phụ thuộc L= f(s)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Copyright: Tài liệu đại học ©