Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 1
Mục lục
Mục lục.1
Đề tài2
Lời mở đầu3

Chương 1 Khái quát chung
1) Mục đích đề tài...4
2) Cấu tạo và phân loại thang máy..4
3) Yêu cầu về công nghệ và truền động..6

Chương 2 Tính chọn công suất động cơ
1) Tính hệ số đóng điện tương đối...8
2) Tính mômen tĩnh, mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị..9
3) Tính công suất của động cơ ...12

Chương 3 Chọn phương án và chọn thiết bị mạch lực
I. Tính chọn phương án
1) Chọn phương án truyền động..15
2) Chọn loại biến tần17
II. Chọn thiết bị mạch lực
1) Chọn động cơ...18
2) Kiểm nghiệm động cơ......18
3) Chọn các thiết bị mạch lực khác.......19

2) Khởi động cơ có điều chỉnh tốc độ.54
3) Điều chỉnh tốc độ bám theo giá trị đặt yêu cầu...58

Kết luận..61
Tài liệu tham khảo..62
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 2
Đồ án môn học
Tổng hợp hệ điện cơ
(Đề số 2)

Thầy giáo hướng dẫn : bùi quốc khánh

Sinh viên thực hiện : đinh văn lam

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 h
0
nhà : 4 [m]
- Tốc độ chuyển động : 1.5 [m/s]

****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 3
Lời mở đầu
Truyền động điện là một lĩnh vực hết sức quan trọng đối với một kỹ sư tự
động hóa , điều khiển tự động. Để thiết kế một hệ thống công nghiệp thì truyền
động là khâu quan trọng nhất và quyết định nhất đến thành công của dự án. Một hệ
thống đạt chất lượng cao hay không phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc truyền động,
điều khiển.
Làm thế nào để khóng chế tốc độ động cơ như mong muốn? Làm thế nào để
đảm bảo quãng đường dịch chuyển như yêu cầu trong điều khiển thang máy? Hay
làm thế nào để thực hiện một hành trình cắt dao trong gia công? Luôn là câu hỏi
đặt ra đầu tiên cho một kỹ sư hệ thống khi nhận dự án.
Đồ án của em với đề tài :Thiết kế hệ truyền động cho thang máy trở hàng
trình bày :
+ Các dặc điểm công nghệ và truyền động của thang máy.
+ Phương pháp thiết kế các bộ điều chỉnh.
+ Mô phỏng hệ thống.
Phương án truyền động động cơ xoay chiều ba pha được lựa chọn vì đáp ứng
được yêu cầu công nghệ và giá thành lại thấp hơn so với hệ truyền động động cơ
một chiều hơn nữa với việc phát triển mạnh mẽ các bộ vi xử lý tốc dộ cao hệ truyền
động ĐCXCBP ngày càng chiếm ưu thế.
Trong quá trình thiết kế đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình
của thầy bùi quốc khánh và thầy trần văn địch . Em xin chân thành
cảm ơn hai thầy.
Trường ĐHBKHN ngày 23/4/2007

đứng.
Cấu tạo của thang máy : - Cabin : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, cabin luôn được giữ theo phương
thẳng đứng nhờ có các giá treo và những thanh dẫn hướng.
- Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao
quanh và trần giếng, cabin và đối trọng di chuyển trong giếng than nhờ các
cáp và khay dẫn hướng.
- Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độvà các thiết bị
liên quan. Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy.
Hình 1
Động cơ
Hộp giảm
tốc

+ Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang :
- Thang máy chạy chậm : v = 0,5 á 0,65 m/s.
- Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 á 1,5 m/s.
- Thang máy cao tốc: v = 2,5 á 5 m/s.
+ Phân loại theo trọng tải :
- Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg.
- Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 kg.
- Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg.

Tầm quan trọng : Thang máy giúp giải phóng sức lao động của con người,
mang lại năng suất cao, tiết liệm được thời gian...
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 6
3. Các yêu cầu về công nghệ và truyền động :
ã Loại phụ tải truyền động là phụ tải thế năng.
ã Động cơ thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hãm và đảo
chiều nhiều lần (động cơ làm việc trong cả 4 góc phần tư).
ã Giản đồ phụ tải :

e

khi khởi động và khi hãm (tốc độ có dạng parabol).
+ Yêu cầu về cơ cấu hãm : Để bảo đảm an toàn cho hành khách cũng
như hàng hoá và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện,
ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù). Phanh
bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện
và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 á 40)% tốc độ định mức . s,v
O
v,m/s
a
a
t
v
s
a
mo may c.d on dinh
ham xuong
toc do thap
a,m/s2 Vmin
s : vi tri
a: gia toc
e
: do giat

mất điện, đứt cáp thang máy không được rơi, không được vận hành trong
điều kiện bất thường như quá tải...

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************


0
+
a
G
đm
với
a
=0,5
G
đt
= 1500 + 0,5.1300 = 2150 [kg]
1. Tính hệ số đóng điện tương đối :
Cho thang máy làm việc ở chế độ nặng nhất là lên xuống bốn tầng.
Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: G
đm
= 1300 kg.
Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1.5m/s là:
t
kđ
=
V
a
(2-7)
ị Sau thời gian này Cabin đi được quãng đường là:
S
kđ
=
2
2
0

t
kđ

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 9
t =
v
SSh
hkd
--
0
.3

V ậ y thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau là:
t
lv
= t
kđ
+ t + t
hãm

Thay số vào tính ta được :
t
hãm

h
=(G
đt
- G G
0
).g (2-2)
Trong đó :
+ G
0
: khối lượng buồng thang [kg]
+ G : khối lượng hàng [kg]
+ g : gia tốc trọng trường ( lấy bằng 9,8 m/s
2
)
ã Tính mômen tĩnh :
Mômen khi F>0 :

h
..2
.
i
DF
M
n
=
(2-3)
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

Theo định luật 2 Newton ta có công thức sau :
ã Khi nâng : F
n
= (G
0
+ G - Gđt).g+ | G
0
+ G Gđt|. a (2-5)
ã Khi hạ : F
h
= (Gđt G G
0
).g- | Gđt G G0|. a (2-6)
Trong đó :
F
n
: lực nâng khi thang máy chuyển động với gia tốc a
F
h
: lực hạ khi thang máy chuyển động với gia tốc a
a : gia tốc của thang máy, khi mở máy a = 2,5 m/s
2
,
khi hãm a= -2,5 m/s
2

Công thức tính mômen cũng giống như (2-3) và (2-4).
Sau khi thay số liệu vào (2-1)->(2-6) ta tính được bảng sau :

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 11 c) Tính mômen đẳng trị :
Để tính mômen đẳng trị ta lập bảng thể hiện chu trình làm việc của thang
máy trong điều kiện nặng nhọc nhất : nâng từ tầng 1 tới tầng 4, hạ từ tầng 4 xuống
tầng 1 :

Mn 1 1 0 0
Mh 1 0 1 0

Trong đó ta kí hiệu : 1 : đầy tải , 0 : không tải
Ta có đồ thị phụ tải :


M(Nm)
tkđ thãm
Mkđ
Mhãm
Môđ
N
1
H
1
N
1
H
0
N
0
H
1
N
0
H
0
t(s)
tnghỉ
M
đt
= 50,8 [Nm]
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************


h
kvFP
h
[kW] (2-9)
Trong đó :
+ k : là hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn và đối trọng. Chọn k = 1,2
+ v : tốc độ khi nâng (hạ)
b) Tính công suất khi mở máy và khi hãm ( công suất động)
Khi mở máy công suất được tính theo công thức : (2-10)

3333
10..
..2
.10.
)(..2
.10.).(.10).(.)(
----
==== t
D
ia
M
D
tvi
MitMtMtP
mm
T
mmTmmdmmmm
ww

Tương tự ta tính được công suất khi hãm :

2
]
ã D : đường kính Puli [m]
ã i : tỉ số truyền của hộp giảm tốc Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 13
Từ hai công thức (2-10) và (2-11) ta thấy công suất khi mở máy và khi hãm có
dạng đường thẳng:
==
ũ
D
tia
MdttPP
ham
ham
tham
hamham
(2-13)
Từ các công thức (2-10) ->(2-13) và số liệu từ bảng (2-1) ta có :

Bảng (2-2)
Đầy tải Không tải
Mở
máy(đt)
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm
(đt)
Mở
máy(đt)
CĐ đều
(tĩnh)
Hãm
(đt)
Pn[kW] 8 15,3 4,74 -2,67 -8,6 -4,5
Ph[kW] -2,67 -8,6 -4,5 8 15,3 4,74
Thờ gian[s] 0,6 7,2 0,6 0,6 7,2 0,6



Từ đó ta tính được công suất đẳng trị theo công thức :

lv
n
i
lvii
dt
T
tP
P
ồ
=
=
1
2
*

Thay số vào ta tính ra được :
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 15
Chương 3 Chọn phương án và tính chọn thiết bị
mạch lực
I. Tính chọn phương án :
1)Chọn phương án truyền động :
Hệ truyền động làm việc ở bốn góc phần tư. Để đáp ứng yêu cầu này ta có
các phương án sau :
ã Hệ truyền động động cơ một chiều :
+ Hệ truyền đông máy phát - động cơ (F-Đ)
Ưu điểm : chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
Nhược điểm : gây ồn, dùng nhiều máy điện quay nên vốn đầu tư lớn,
máy phát một chiều có từ dư nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
+ Hệ truyền động thyristor - động cơ (T-Đ)
Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và
dễ tự động hóa do các van công suất có độ khuếch đại công suất rất cao.
Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có độ phi tuyến,
dạng điện áp chỉnh lưu ra có độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy
điện. Hệ số công suất thấp.
ã Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số:
Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng biến tần phân ra làm ba loại :
v Điều khiển vô hướng.
v Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC.
v Điều khiển trực tiếp mômen DTC
- Điều khiển vô hướng là điều khiển từ thông stato
s
y
thông qua các

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 16
- Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC là dùng công cụ
biến đổi véctơ để tách đại lượng vectơ từ thông
r
y
đ
và điều chỉnh nó. Còn
mômen động cơ điều chỉnh qua thành phần véctơ dòng stato Is. Phương
pháp này coi rôto là phần cảm, stato là phần ứng và được phân ly với
nhau giống như máy điện một chiều. Phương pháp này tạo nên cuộc cách
mạng trong điều khiển động cơ KĐB, có thể làm việc rất ổng định ở tốc
độ cận không, nó cạnh tranh có hiệu quả với sự truyền động của động cơ
một chiều.
- Điều khiển trực tiếp mômen DTC là phương pháp điều khiển vị trí
vectơ từ thông
s
y
để điều khiển mômen động cơ. Để thực hiện phương
pháp này ta cần dựa trên phép biến đổi véctơ để xác định độ lớn và vị trí
véc tơ
s
y
, thay đổi vectơ điện áp stato Us để thay đổi vị trí véctơ

Giá thành truyền động một chiều
Giá thành truyền động xoay chiều
Giá thành phần điều khiển Giá thành phần điều khiển
Giá thành động cơ
Giá thành động cơ
60%
100%
100%
30%
P[Kw]
Năm Năm Năm
P[Kw]
0 0
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 17

phỏp PWM (iu ch rng xung) ó to ra c in ỏp ra gn sin hn ng
thi lm gim tn hao chuyn mch. Vic to ra in ỏp gn sin ó lm cho vic
iu chnh trn tc c d dng hn. õy chớnh l xu hng cú nhiu trin
vng cho vic ch to cỏc b bin tn cú cụng sut trung bỡnh v nh.
c. Bin tn giỏn tip ngun dũng
Ngun cung cp trong trng hp ny l ngun dũng tc l dũng mt chiu
vo b nghch lu khụng ph thuc tng tr ti. Bin tn ngun dũng cú th cho
phộp thc hin hóm tỏi sinh ng c ch vi mch lc n gin. B bin tn ngun
dũng thớch hp vi truyn ng o chiu cụng sut ln.
Như vậy với công suất của động cơ trung bình ta chọn biến tần gián tiếp
nguồn áp mạch chỉnh lưu Diod nghịch lưu dùng van IGBT có điều chế độ rộng
xung PWM, hãm tái sinh dùng điện trở dập.

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 18
II. Chọn thiết bị mạch lực:
1) Chọn động cơ
Ta có :
%54=
lv
e

j

Không tải 0,09
Isđm (A) 26,0
Is0 (A) 16,0
Rs (W ) 0,595
Stato
Xs (W ) 0,485
Irđm (A) 19,0
Rr (W ) 0,62
Xr (W ) 0,56
Hệ số tính đổi điện trở
k
r
= k
e
2

0,48.10
4

Rôto
Mômen quán tính Rôto
J (kgm

Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 19
Như vậy động cơ lựa chọn đã đáp ứng được yêu cầu về mômen quá tải.
-Kiểm nghiệm mômen khởi động :
Ta có mômen cản mở máy : M
cmm
= 106 [Nm] và M
kđ đc
= 2,8.M
đm
do đó điều kiện
khởi động M
kđ
> M
cmm
được thỏa mãn.
-Kiểm nghiệm phát nóng :
Dùng phương pháp mômen đẳng trị.
Ta có M
đt
= 50,8Nm. M
đc
= 112,4Nm
Nên M


Trong đó :
U
1
: điện áp hiệu dụng sóng hài cơ bản sau nghịch lưu bằng 220 [V]
Ud : điện áp hiệu dụng trước nghịch lưu. [V]
=> Điện áp trước mạch nghịch lưu: Ud= V
U
490
2
.
1
'
=
p

Điện áp sau bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điốt:
U
d2
=Kcl.U
2

Trong đó :
Ud2 : Điện áp ngay sau chỉnh lưu[V]
Kcl : hệ số của sơ đồ chỉnh lưu. Đây là sơ đồ cầu 3 pha nên Kcl = 2,34
Như vậy điện áp sau chỉnh lưu lớn hơn một chút so với điện áp yêu cầu của mạch
nghịch lưu. Nếu tính đến sụt áp trên các van bán dẫn, trên dây dẫn, trên mạch lọc
thì điện áp yêu cầu được thoả mãn.
ã Tính dòng điện một chiều trung bình:
I

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 21
+ Tính chọn van mạch nghịch lưu:

Dòng trung bình qua IGBT :
I
v
= A
I
d
54,9
3
= (cùng một lúc ít nhất có hai van dẫn)
Nếu xét đến hệ số dự trữ : I
v
=k
dt
.I
v
=2,5.9,54=23,86A
Dòng qua điốt đệm chính là do sự trễ pha giữa dòng và áp pha.
Tính gần đúng: I
D
=
3
I
v
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 22
b) Tính chọn van mạch chỉnh lưu:

Dòng qua van: I
D
= A
I
d
54,9
3
=
Tính đến hệ số dự trữ thì I
D
=2,5.9,54 =23,86A
Điện áp ngược cực đại: U
ngmax
=k.
pha

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 23
k
CL
= 003,0
220.2
1
U2
U
2
==
D

LC=
6
2
10.92,8
003,0.)314.6(
095,0
-
=
Chọn C=100
m
F và L=89,2mH
c)Chọn giá trị điện trở dập và van của bộ dập Chopper:
Hãm tái sinh nặng nhất khi hạ dầy tải hoặc nâng không tải.Giá trị công suất hãm
lúc đó bằng -8,6 [kW].Điện áp là U = 490V:

F
FT
+
=
1R
C
RT
W
Đồ án THHĐC Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng
****************************************************************

***************************************************************************
SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 24
Trong đó
w
k là hệ số khuếch đại của máy phát tốc được tính như sau

( )
lw
w
w
dm
P
k

=
sqdm
ch
Ik
U
.

Trong đó k là hệ số quá dòng chọn bằng 2.5.
I
sddm
và I
sqddm
là giá trị định mức của dòng Isd và Isq (tính ở phần mô phỏng) do đó
hai hệ số khuếch đại này sẽ được tính sau(ở phần mô phỏng)
f) Máy đo từ thông : cũng thuần túy là một khâu khuếch đại
ã Hệ số khuếch đại bộ đo từ thông :

sddm
ch
m
U
K
'.
ly
y
=
Hệ số cho phép quá từ thông
l
= 1vì điều chỉnh giữ từ thông không đổi trong toàn
dải.Ta cũng sẽ tính hệ số này ở phần mô phỏng sau khi đã có được I


25
Chương 4 . Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các
mạch vòng điều khiển
I. Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển
1) Mô tả động cơ không đồng trong hệ trục tọa độ d,q :
Để xây dựng cấu trúc điều khiển của hệ truyền động ta phải mô hình hóa động
cơ không đồng bộ ba pha. Từ các phương trình biểu diễn các mối quan hệ điện- từ -
cơ của ĐCDB ta sẽ xây dựng được cấu trúc của động cơ. Từ cấu trúc này ta tổng
hợp được các bộ điều chỉnh.
Các ký hiệu dùng trong các phương trình :
ã Chỉ số bên phải trên cao :
f : đại lượng mô tả hệ tọa độ tựa theo từ thông( hệ tọa độ d,q) quay
đồng bộ với véctơ từ thông).
s : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ
ab
, cố định với stato.
r : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ cố định với rôto.
ã Chỉ số viết bên phải phía dưới :
Chữ cái thứ 1 : s : đại lượng mạch stato.
r : đại lượng mạch rôto.
Chữ cái thứ 2 : d,q : thành phần thuộc hệ tọa độ d,q.

ab
: thành phần thuộc hệ tọa độ
ab
.
ã Chữ cái có gạch ngang là véctơ, ma trận.
Mô hình động cơ được xây dựng từ phương trình điện áp stato và phương
trình điện áp Rôto viết trên chính cuộn dây stato và Rôto, tức là viết trên hệ tọa

r
r
r
r
y
+= .0
(4-2)
R
r
: Điện trở rôto
r
r
y
: từ thông rôto.
ã Phương trình từ thông :

ù
ợ
ù
ớ
ỡ
+=
+=
smrrr
rmsss
iLiL
iLiL
..
..
y