Mở đầu: Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển áp dụng nhiều sản xuất công nghiệp thiếu dây chuyền tự động hóa để vận hành hệ thống phức tạp nhà máy Trong công nghiệp nhiều máy sản xuất yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ động truyền động với phạm vi rộng chất lượng điều chỉnh tốt Với đời phát triển hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho mạch stator nhờ biến tần giải nhiều vấn đề mà thực tế sản xuất yêu cầu Là thiết bị điều khiển động ba pha với độ xác cao, công suất lớn, giá thành rẽ tiết kiệm lượng Đề tài “ tìm hiểu ứng dụng biến tần thang máy hộ gia đình tầng” nên em sâu vào biến tần cụ thể sử dụng rộng rãi biến tần Mitsubishi FR700 với phương thức điều khiển điều chế độ rộng xung PWM ứng dụng vào hệ truyền biến tần động không động nâng hạ cabin thang máy Do kiến thức hạn chế nên để làm đồ án này, e xin chân thành cảm ơn đến thầy TS.Đinh Văn Thắng GV Điện-Điện Tử trường Đại Học Mỏ-Địa Chất Hà Nội Toàn nội dung đồ án em trình bày với nội dung sau đây: Chương – tổng quan biến tần Chương – Tìm hiểu biến tần mitsubishi FR 700 Chương - ứng dụng biến tần mitsubishi FR 700 vào thang máy tầng Trong q trình thực đồ án khơng tránh nhiều thiếu sót, mong góp ý thầy cô giáo Em xin cảm ơn CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN Biến tần tầm biến trọng biến tần công nghiệp Với phát triển vũ bão chủng loại số lượng biến tần, ngày có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng biến tần, phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến biến tần điều khiển tốc độ động điện Trong thực tế có nhiều hoạt động cơng nghiệp có liên quan đến tốc độ động điện Đơi lúc xem ổn định tốc độ động mang yếu tố sống chất lượng sản phẩm, ổn định hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình đúc… Vì thế, việc điều khiển ổn định tốc độ động xem vấn đề yếu hệ thống điều khiển cơng nghiệp Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng … Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu phụ tải Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:  Biến đổi thông số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản xuất  Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử Vì vậy, biến tần sử dụng để điều khiển tốc độ động theo phương pháp Khảo sát cho thấy: - - Chiếm 30% thị trường biến tần điều khiển moment Trong điều khiển moment động chiếm 55% ứng dụng quạt gió, phần lớn hệ thống HAVC (điều hịa khơng khí trung tâm),chiếm 45% ứng dụng bơm, chủ yếu công nghiệp nặng Nâng cấp cải tạo hệ thống bơm quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ điều chỉnh cơng nghiệp với lợi nhuận to lớn thu từ việc tiết giảm nhiên liệu điện tiêu thụ Tính hữu dụng biến tần ứng dụng bơm quạt - Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm Quạt Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở van Giảm tiếng ồn công nghiệp Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba tốc độ động Giúp tiết kiệm điện tối đa Như tên gọi, biến tần sử dụng hệ truyền động, chức thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động để thay đổi tốc độ động thay đổi tần số nguồn cung cấp thực việc biến đổi theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trước kia, công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm thiết bị dạng sóng dạng điện áp ngõ tốt (ít hài) cơng suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhiều hạn chế như: o Giá thành cao phải dùng máy biến áp công suất lớn o Tổn thất biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất hệ thống nghịch lưu o Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn việc lắp đặt, tu, bảo trì thay o Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển khơng rộng dễ bị điện áp ngõ có tượng bão hồ từ lõi thép máy biến áp Ngồi ra, hệ truyền động cịn nhiều thông số khác cần thay đổi, giám sát như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … mà có biến tần sử dụng thiết bị bán dẫn thích hợp trường hợp Phân loại biến tần Về nguyên lý, biến tần chia làm loại - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 2.1 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian chiều Tần số điều chỉnh nhảy cấp nhỏ tần số lưới ( f1 < flưới ) Loại biến tần sử dụng Các phương thức hay dùng dạng sau: - Biến đổi điện áp pha AC/AC - Biến đổi điện áp ba pha AC/AC - Biến tần trực tiếp pha vào pha ( SISO) - Biến tần trực tiếp ba pha vào pha (TISO) - Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ( TITO) - Biến tần đường bao ( Matrix) Tất biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số điện áp cao sang tần số điện áp thấp với góc trễ pha nhỏ 2.1.1 Phân loại biến tần trực tiếp a Biến tần trực tiếp pha AC/AC Các chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu P nhóm âm kí hiệu N Cơ sở mạch công suất điều khiển điện áp pha ACAC với pha điều khiển hình 1.a bao gồm cặp SCR ghép nối back to back đối nghịch nguồn AC tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối xứng Cặp SCR thay Triac hình 1.b cho nguồn cơng suất thấp; với bố trí hình 1.c gồm hai điốt hai SCR để cung cấp điện áp bình thường cực âm làm đơn giản mạch qua cửa cần cho cách ly Trong hình 1d với SCR điốt làm giảm bớt tổn thất lại tăng thêm hao phí nhiệt Một kết hợp SCR Điốt hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ không đối xứng chiều với phương thức tự kiểm sốt có cấu thành DC vào nữa, không thực tế để loại trừ tổn hao cơng suất nóng lên tải b Biến tần trực tiếp pha Hình 2: Sơ đồ mạch điện áp ba pha AC Trong hình a b ta thấy sơ đồ mạch ba pha điều khiển pha độc lập đơn giản Trong hình a chịu dịng áp pha đường, hình b chịu dòng đường áp đường, hệ số cơng suất hình b khơng cao, góc điều khiển hai mơ hình a b biến đổi từ đến 180 độ với tải R c Biến tần trực tiếp pha vào pha SISO Trái ngược với điều khiển điện áp AC tần số không đổi bàn luận nhiều Bộ biến tần trực tiếp hoạt động biến đổi AC/AC có tần số biến đổi kèm theo đặc tính Ngun lí chuyển đổi xây dựng dạng sóng điện áp, từ gián đoạn điện áp khúc sóng điện áp nguồn AC tần số cao phát minh từ năm 1920.Bộ nghịch lưu thủy ngân dùng chỉnh lưu Đức năm 1930 với nguồn pha tần số 16 2/3 Hz, trực tiếp kéo tải từ nguồn ba pha tần số 50 Hz Trong biến tần trực tiếp dùng 18 Thyratrons cung cấp 400 Hp tải hoạt động vài năm mơ hình phụ tải Mỹ Tuy nhiên, thực tế sử dụng có ích hai vấn đề khác mà phải đợi tới SCR đời năm 1960 Dưới mơ hình sử dụng SCR: d Biến tần trực tiếp ba pha vào pha TISO Hình 4: Biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp pha tải Trong hình cho thấy sơ đồ mạch điều khiển biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp pha tải Ngun lí điều khiển giống điều khiển pha e Biến tần đƣờng bao ( matrix cyclyconverter ) Dạng sóng biến tần đường bao sóng vào nên có tên biến tần đường bao Có thể điều khiển biến tần cho tình trạng dẫn hồn tồn điốt, việc điều khiển tiristo tiến hành khoảng nửa chu kì làm việc Ta nhận thấy mạch điều khiển cần thiết để tổng hợp đầu đơn giản đơn giản biến tần điều khiển pha trình bày phần Tuy nhiên có vài hạn chế, sóng có xu hướng trở nên hình chữ nhật nên xuất điều hòa bậc cao Tỷ số tần số tần số vào không thay đổi cách tùy ý mà phải số ngun Một tải có hệ số cơng suất chậm sau hay vượt trước, tùy theo khoảng thời gian phải cho nhóm làm việc chế độ chỉnh lưu sau chế độ nghịch lưu với hế cố công suất tải hay gần Nếu nhóm biến đổi sáu nửa chu kì với điện áp pha khác chuyển mạch pha cách tự nhiên để có tỷ số tần số 3/1 sóng gần sin 2.2 Biến tần gián tiếp Để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên gọi biến tần gián tiếp Các biến tần gián tiếp có cấu trúc sau: , , , + Chỉnh lưu , + Lọc Nghịch lưu Như để biến đổi tần số cần thơng qua khâu trung gian chiều có tên gọi biến tần gián tiếp Chức khối sau: a Chỉnh lưu: Chức khâu chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều Chỉnh lưu khơng điều chỉnh có điều chỉnh, Ngày đa số chỉnh lưu khơng điều chỉnh, điều chỉnh, điều chỉnh điện áp chiều đổi, Nói chung chức biến đổi điện áp tần số thực nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong bọ biến đổi công suất lớn, người ta thường dung chỉnh lưu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống tải Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà chỉnh lưu tạo dòng điện áp tương đối ổn định b Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu ` c Nghịch lưu: Chức khâu nghịch lưu biến đổi dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lưu có thẻ ba loại sau: - Nghịch lưu nguồn áp: dạng này, dạng điện áp tải định dạng trước ( thường có dạng xung chữ nhật) cịn dạng dịng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải nguồn súc điện động có nội trở nhỏ Trong ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp - Nghịch lưu nguồn dòng: ngược với dạng trên, dạng dịng điện tải định hình trước, cịn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải nguồn phải có điện cảm đầu vào đủ lớn đảm bảo điều khiển theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện - Nghịch lưu cộng hưởng: Loại dung nguyên tắc cộng hưởng mạch hoạt động, dố dạng dòng điện( điện áp) thường có dạng hình sin Cả điện áp dịng điện tải phụ thược vào tính chất tải Cấu trúc biến tần Cấu trúc biến tần hình Tín hiệu vào điện áp xoay chiều pha ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp chiều sau chỉnh lưu Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Điện áp chiều biến thành điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở khóa van cơng suất theo quy luật định Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo luật điều khiển đưa đến van công suất nghịch lưu Ngồi cịn có chức sau: Theo dõi cố lúc vận hành o o o o o Xử lý thông tin từ người sử dụng Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm Xác định đặc tính – momen tốc độ Xử lý thơng tin từ mạch thu thập liệu Kết nối với máy tính … Mạch kích phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp van cơng suất mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển Màn hình hiển thị điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thơng tin hệ thống tần số, dịng điện, điện áp,… để người sử dụng đặt lại thơng số cho hệ thống Các mạch thu thập tín hiệu dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển xử lý Ngài cịn có mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác bảo vệ chống áp hay thấp áp đầu vào… Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu cần cấp nguồn, nguồn thường nguồn điện chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo nguồn điện thích hợp Sự đời vi xử lý có tốc độ tính tốn nhanh thực thuật toán phức tạp thời gian thực, phát triển lý thuyết điều khiển, công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày cao với giá thành linh kiện ngày giảm dẫn đến đời biến tần ngày thơng minh có khả điều khiển xác, đáp ứng nhanh giá thành rẻ Phƣơng thức điều khiển 4.1 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nội dung phương pháp điều chế độ rộng xung tạo tín hiệu sin chuẩn có tần số tần số biên độ biên độ tỷ lệ với biên độ tỷ lệ với biên dộ điện nghịch lưu Tín hiệu so sánh với tín hiệu rnagw có tần số lớn nhiều tần số tín hiệu sin chuẩn Giao điểm hai tín hiệu xác định thời điểm đóng mởi van cơng suất Điện áp có dạng xung với độ rộng thay đổi theo chu kỳ Hình 5.1 dạng song đầu theo phương pháp điều chế độ rộng xung Trong trình điều chế, người ta tạo xung hai cực cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực Trong đề tài em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực Có hai phương pháp điều chế là: - Điều chế theo phương pháp sin PWM ( SPWM) - Điều chế vector 4.1.1 Điều chế theo phƣơng pháp SPWM Để tạo điện áp xoay chiều phương pháp SPWM, ta sử dụng tín hiệu xung tam giác ( gọi song mang) đem so sánh với tín hiệu sin chuẩn (gọi tín hiệu điều chế) Nếu đem xung điều khiển cấp cho nghịch lưu pha, ngõ thu dạng xung ddienj áp mà thành phần điều hòa có tần số tần só tín hiệu điều khiển biên độ phụ thuộc vào nguồn điện chiều cấp cho nghịch lưu tỷ số biên độ sống sin mẫu biên độ song mang Tần số són mang lớn nhiều tần số tín hiệu điều khiển Hình 5.2 ngun lý điều chế SPWM pha Đối với nghịch lưu áp bap có sơ đồ Để tạo điện áp sin bap dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu Hình 5.3 nghịch lưu áp ba pha Nguyên lý điều chế dạng song sau: Hình 5.4 nguyên lý điều chế SPWM ba pha CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN MITSUBISHI FR-700 TRONG THANG MÁY Tổng quan thang máy 1.1 Khái niệm chung thang máy 1.1.1 Giới thiệu Thang máy thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu… theo phương thẳng đugns nghiêng góc nhỏ hơn 15 độ so với phương thẳng đứng theo góc định sẵn Thang máy thường dùng khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát, tháp truyền hình, nhà máy công xưởng,… Đặc điểm vận chuyển thang máy so với phương tiện vận chuyển khác thời gian chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngồi ý nghĩa vận chuyển, thang máy cịn yếu tố làm tăng vẻ đẹp tiện nghi cơng trình Ý nghĩa sử dụng thang máy lớn nhiều quốc gia giới quy định nhà cao tầng trở lên phải trang bị thang máy để đảm bảo cho người lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian tăng suất lao động Đối với cơng trình đặc biệt bệnh viện, nhà máy, khách sạn,…do yêu cầu phục vụ phải trang bị thang máy số tầng nhỏ Giá thành thang máy trang bị cho cơng trình chiếm tới 10% tổng giá thành cơng trình 1.1.2 Lịch sử phát triển thang máy Cuối thể kỷ 19, giới có vài hãng thang máy đời OTIS, Schindler Chiếc thang máy chế tạo đưa vào sử dụng hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thuỵ Sĩ) chế tạo thành công thang máy khác Lúc đầu tời kéo có tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở tay, tốc độ di chuyển cabin thấp Đầu kỷ 20, có nhiều hãng thang máy khác đời KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (Ý),… chế tạo loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi cabin tốt êm Vào đầu năm 1970 thang máy chế tạo đạt tới tốc độ 450m/phút, thang máy chở hàng có tải trọng nâng tới 30 đồng thời khoảng thời gian có thang máy thuỷ lực đời Sau khoảng thời gian ngắn với tiến ngành khoa học khác, 41 tốc độ thang máy đạt tới 600m/phút Vào năm 1980, xuất hệ thống điều khiển động phương pháp biến đổi điện áp tần số (inverter) Thành tựu cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm khoảng 40% công suất động Đồng thời vào năm xuất loại thang máy dùng động cảm ứng tuyến tính Vào đầu năm 1990, giới chế tạo thang máy có tốc độ đạt tới 750m/phút thang máy có tính kỹ thuật đặc biệt Trong thời điểm mà mật độ dân cư thành phố khu công nghiệp ngày tăng dẫn đến phát triển khu thị cao tầng, nhiều tồ nhà cao tầng xây dựng nhu cầu sử dụng thang máy khơng thể thiếu… 1.1.3 Tình hình sử dụng thang máy Việt Nam Chúng ta thấy thời đại cơng nghiệp hố đại hố thời gian sức lực người thứ vơ q giá, cần phải tiết kiệm sử dụng hợp lý, tiêu chí mà nhà sản xuất đưa để nghiên cứu chế tạo loại thang máy tối ưu tiết kiệm thời gian sức lực cho người Thị trường sử dụng thang máy lớn nước ta hai thành phố lớn: Thủ đô Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh, nơi tập trung cơng sở, trung tâm thương mại, chung cư cao tầng Hầu hết nhà cao tầng lắp đặt thang máy Không dừng lại trung tâm lớn, mà thị trường sử dụng thang máy mở rộng tới thành phố, thị xã, khu công nghiệp khác nước,… Hiện thị trường thang máy nước ta có sản phẩm hãng như: Hãng MITSUBISHI elevator, LG elevator, NIPPON elevator, FUJI elevator,… Ở Việt Nam, có nhiều công ty kinh doanh lĩnh vực thang máy công ty thang máy Thiên Nam đại diện hang đầu thành phố Hồ Chí Minh, độc quyền cho hãng thang máy tiếng Hàn Quốc SIGMA, cơng ty thang máy Thái Bình đại diện thành phố Hồ Chí Minh… cơng ty có khả cung cấp loại thang máy chất lượng cao mà giá thành 1/3 giá thành thang máy nhập ngoại, công ty hầu hết mở rộng thị trường miền nam, miền trung miền bắc Hiện công ty thang máy nước có khả lắp đặt, bảo 42 trì sửa chữa loại thang máy không ngừng nâng cao tỷ lệ nội địa hoá để giảm giá thành sản phẩm tăng khả tự chủ việc sản xuất thang máy 1.1.4 Phân loại ký hiệu thang máy Thang máy thiết kế chế tạo đa dạng, với nhiều kiểu loại khác để phù hợp với mục đích sử dụng cơng trình Có thể phân loại thang máy theo nguyên tắc đặc điểm sau:  Phân loại theo công dụng: có loại o Thang máy chuyên chở người o Thang máy chun chở người có tính đến hàng kèm o Thang máy chuyển chở hàng có người kèm o Thang máy chuyển chở hàng khơng có người kèm Ngồi cịn có thang máy chun dùng khác thang máy cứu hỏa, chở Oto…  Phân loại theo hệ thống dẫn động cabin: o Thang máy dẫn động điện: loại dẫn động cabin lên xuống nhờ động điện truyền qua hoppj giảm tốc tới puly ma sát tang cáp o Thang máy thủy lực o Thang máy khí nén  Phân loại theo vị trí dặt tời kéo o Thang máy có tời kéo đặt phía tren giếng thang o Thang máy có tời kéo đặt phía dướ giếng thang o Thang máy dẫn động cabin lên xuống bánh răng: tời dẫ n động đặt cabin o Thang máy thủy lực: buồng máy đặt tầng  Phân loại theo thông số o Theo tốc độ di chuyển cabin: o Loại tốc độ thấp : v < 1m/s o Loại tốc độ TB : v = – 2.5 m/s o Loại tốc độ cao : v = 2.5 – m/s o Loại tốc độ cao : v > 4m/s  Theo khối lượng vận chuyển cabin: o Loại nhỏ : Q < 500kg o Loại TB : Q = 500 – 1000kg o Loại lớn : Q = 1000 – 1600kg o Loại lớn : Q > 1600kg Theo thông lệ quốc tế, người ta dùng chữ ( chữ latinh) để ký hiệu sau: o Thang chở khách o Thang chở bệnh nhân o Thang chở hàng : P ( pasenger) : B (Bed) : F ( Freight) 43 o o o o Số người tải trọng : (người, kg) Mở chỉnh lùa phía : CO ( centre opening) Mở bên, lùa phía : 2S ( Single side) Tốc độ : m/ph m/s Ngồi dung thơng số khác để bổ xung cho ký hiệu: ví dụ P11- CO-90-11/14-VVVF-Duplex Ký hiệu có nghĩa là: thang máy chở khách, tải trọng 11 người, kiểu mở cửa lùa hai phía, tốc độ di chuyển cabin 90m/ph, có 11 điểm dừng phục vụ tổng số 14 tầng nhà, hệ thống điều khiển cách biến đổi điện áp tần số, hệ thống vận hành kép 1.1.5 Cấu tạo thang máy Sơ đồ cấu tạo loại thang máy chở người thông dụng nhất,dẫn động tời điện với puly dẫn cáp ma sát (gọi tắt puly ma sát)được hình 1.1 Hình 1.1 sơ đồ cấu tạo loại thang máy hành khách 44 45 Chế độ làm việc tải yêu cầu hệ truyền động điện dùng thang máy hộ gia đình tầng 1.2.1 Chế độ làm việc tải 1.2 Cabin thang máy thay đổi theo tải trọngrất rõ rệt, không tải mô men động khơng vượt q (15 ÷ 20)% Mđm Do đó, để sử dụng tối ưu mơ men công suất động cơ, khử bỏ ảnh hưởng trọng lượng cáp treo, thang máy sử dụng cáp cân đối trọng Trọng lượng đối trọng thang máy chở khách thường chọn: Gđt = Gbt + G [kg] Trong đó: Gđt - Khối lượng đối trọng, [kg] Gbt - Khối lượng buồng thang, [kg] G - Khối lượng hàng, [kg]   = (0,35 ÷ 0,4 ) - Hệ số cân Như vậy, khác với tính chất tải cấu nâng hạ cầu trục, mô men cản cabin thang máy mang tính ma sát (do hệ thống rãnh trượt định hướng chuyển động cabin tạo ra) Khi cabin đầy tải lên động làm việc chế độ động (góc phần tư I), minh họa hình 1.2, cabin đầy tải xuống động làm việc chế độ động với chiều quay ngược lại (góc phần tư III) Khi nâng hạ cabin khơng tải, tình hình có khác, nâng cabin không tải thực chất hạ đối trọng xuống, động làm việc chế độ động (góc phần tư thứ III) hạ cabin khơng tải thực chất nâng đối trọng lên, động làm việc chế độ động (góc phần tư thứ I) Khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp để nâng cao cấp xác dừng cabin, tùy theo chiều quay động làm việc chế độ hãm tái sinh (góc phần tư thứ II IV) 46 Minh họa hình vẽ sau: A1: nâng cabin đầy tải tốc độ cao A2: nâng cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng đến sàn tầng) A1’: hạ cabin đầy tải tốc độ cao A2’: hạ cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng đến sàn tầng) C1, C2: Hãm giảm tốc độ từ cao xuống thấp chế độ nâng C1’, C2’: Hãm giảm tốc độ từ cao xuống thấp chế độ hạ 47 1.2.2 Các yêu cầu truyền động điện Một yêu cầu hệ truyền động thang máy phải đảm bảo cho cabin chuyển động êm Cho nên, vấn đề quan trọng đặt người thiết kế không đạt tốc độ cao mà phải giải vấn đề mà cơng nghệ địi hỏi, yêu cầu điều chỉnh tốc độ, giảm độ giật cabin, tránh cảm giác khó chịu cho hành khách giai đoạn khởi động dừng tầng Vì vậy, tham số đặc trưng cho chế độ làm việc thang máy tốc độ di chuyển v [m/s], gia tốc a [m/s2] độ giật [m/s3] 48 Biểu đồ làm việc tối ưu thang máy tốc độ trung bình tốc độ cao với năm giai đoạn chính: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng hãm dừng hình 1.3 Khi tốc độ cabin đạt giá trị từ (0,75 ÷ 3,5) [m/s], gia tốc tối ưu a 2 [m/s2], giá trị gia tốc nhằm đảm bảo suất cao, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách Một đại lượng ảnh hưởng đến di chuyển êm cabin, độ giật (đạo hàm bậc gia tốc 49 đạo hàm bậc hai tốc độ ρ = ( m/ ) giá trị gia tốc đạt tối ưu a 1.2.3 Yêu cầu dừng xác, tiết kiệm lƣợng an tồn a Dừng xác babin Buồng thang thang máy cần phải dừng xác so với mặt tầng để hành khách hàng hóa vào thuận tiện, giảm thời gian vào, nhằm nâng cao suất thang máy Sai lệch quãng đường có lệnh dừng buồng thang tính theo biểu thức sau: Trong nhiều biện pháp nhằm giảm sai lệch quãng đường hãm dừng nhằm nâng cao cấp xác dừng máy biện pháp giảm tốc độ đầu trước hãm dừng hiệu sai lệch tỷ lệ với bình phương tốc độ quay động lúc bắt đầu hãm (S  ) Điều này, phù hợp với giản đồ vận tốc trình bày hình vẽ 1-2 Đối với thang máy có vận tốc trung bình nhanh (v = 2,5 [m/s], a = [m/s2]) độ xác dừng máy u cầu (5 ÷ 10) [mm] b Tiết kiệm lƣợng Các vấn đề giảm thời gian vào, hành khách hay hàng hóa, chọn lựa thiết bị có thời gian tác động nhanh,… biện pháp nâng cao suất thang máy Nhưng việc sử dụng hệ thống truyền động điện đại thực tiết kiệm đáng kể lượng cho Đối với thang máy chạy chậm (v 0,5 [m/s]) sử dụng hệ truyền động động không đồng vài cấp tốc độ, dừng thang máy 50 phanh hãm điện từ tiêu hao nhiều lượng Các hệ truyền động đại kết hợp hãm khí hãm điện (chủ yếu hãm động tiêu hao lượng điện trở) không cải thiện hệ số công suất (cos) làm méo dạng sóng lưới điện, Bằng việc sử dụng biến tần Mitsubishi FR700 cho phép động nâng hạcabin thang máy làm việc góc phần tư, cho phép nâng cao hệ số công suất (cos1), đảo chiều chuyển động linh hoạt, rút ngắn thời gian thao tác vào, dạng đường cong dòng áp gần hình sin nhất, độ méo khơng đáng kể Đặc biệt sử dụng hãm tái sinh trả lượng cho lưới điện 1.2.4 Tính kỹ thuật biến tần mitsubishi FR 700 vào hệ truyền động điện thang máy hộ gia đình tầng - Các tính chính: Bù momen khởi động khơng dùng cảm biến trọng lượng Chức bù momen khởi động có cảm biến trọng lượng Tự điều chỉnh trạng thái tĩnh Tối ưu hóa đường đặc tuyến tốc độ Chức điều khiển phanh contactor Chức giảm tốc Chức chạy kiểm tra Chức vận hành khẩn cấp Chế độ vận hành tiết kiệm lượng Chức tự động chạy tầng gần điện Độ rung động cực thấp tăng giảm tốc Điều khiển quạt nhiệt tĩnh để giảm tiếng ồn biển tần Chuyển điều khiển biến tần qua thông số chủ( số hóa) Điều khiển mơ-tơ linh hoạt lượng Chu trình điều khiển mơ-tơ xuống cịn 140us 1.2.5 Thang máy cho hộ gia đình tầng tính chọn cơng suất động Ta có số liệu sau: - Vận tốc chuyển động cabin Gia tốc Trọng lượng cabin Trọng lượng tải trọng Đường kính puly cáp Hiệu suất : 600m/phut (1m/s) : a = 1,5 m/ : : G = 600kg ( tương ứng với 10 người) : D = 0,5m : a Xác định phụ tải tĩnh nâng tải Phụ tải tĩnh trọng lượng của: cabin, tải trọng đối trọng (trong sơ đồ động học có sử dụng dây cáp cân chủng loại với dây cáp kéo trọng lượng cáp bỏ qua) 51 - Lực kéo đặt lên puly nâng tải: Fn (GGcb Gdt ).k.g Trong : G khối lượng hàng (kg) Gcb khối lượng cabin (kg) Gdt khối lượng đối trọng (kg) k hệ số tính đến ma sát dẫn hướng đối trọng (k = 1.15 ÷ 1.3) g gia tốc trọng trường - Khối lượng đối trọng : dt cb G G G Với là hệ số cân = ( 0.3 ÷ 0.6), chọn = 0.4 ta tính Gđt = 320 + 0,4.600 = 560 kg - Chọn k = 1.2 ta tính lực kéo đặt lên puly nâng tải sau: Fn = (600 + 320 – 560).1,2.9,8 = 4.233,6 (N) - Momen tương ứng với lực kéo nâng tải định mức Trong : R = 0.25 (m) bán kính puly i tỉ số truyền cấu (chọn i = 30) là hiệu suất cấu (chọn = 0.75) b Xác định phụ tải tĩnh hạ tải Lực kéo đặt lên puly hạ với tải định mức Fh = (Gđt – Gcb – G).k.g = (560 – 320 – 600).1,2.9.8 = – 4.233,6 (N) - Momen tương ứng với lực kéo hạ tải định mức: c Xác định đồ phụ tải, hệ số dòng điện tƣơng đối Muốn xác định hệ số đóng điện tương đối cần phải xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh Để thuận tiện cho tính tốn ta có số giả thiết sau: - Cabin đầy tải (10 hành khách) Qua tầng cabin dừng lần đón trả khách Thời gian vào/ cabin tính gần 1s/ người Thời giam mở cửa cabin 1s/ lần Thời gian vào/ cabin tính gần 1s/ người 52 - Thời giam đóng cửa cabin 1s/ lần Giả sử tầng có người có người vào thời gian nghỉ là: tng = 4s Tra bảng 3-1 [Sách TBĐ-ĐT Máy cơng nghiệp dùng chung, trang 31] thời gian mở máy hãm máy là: Tkđ = th = 0,9 (s) Quãng đường thời giam mở máy hãm máy là: Thời gian chuyển động cabin hai tầng liên tiếp là: Thời gian làm việc cabin hai tầng liên tiếp là: tlv = tkđ + t + th = 0,9 + 2,8 + 0,9 = 4,6 (s) Giả thiết lên tầng 10 hành khách hết lại có 10 hành khách vào cabin để xuống tầng Như vậy, thời gian nghỉ là: t0 = + 10.1 + 10.1 + = 22 (s) Khi xuống với giả thiết vận tốc gia tốc giữ không đổi nên tlv(4,6s) tng (4 s) lên Giả thiết tầng 10 hành khách hết lại có 10 hành khách vào cabin để lên tầng Như vậy, thời gian nghỉ là: t0 = t0 = + 10.1 + 10.1 + = 22 (s) Chu kỳ làm việc thang máy là: tck = 4.tlv + 4.tng + 2.t0 = 4.4,6 + 4.4 + 2.22 = 78,4 (s) Đồ thị phụ tải tĩnh xây dựng sau: 53 d Xác định công suất động Momen đẳng trị động xác định theo biểu đồ phụ tải tĩnh √ ∑ √ ∑ Quy chuẩn loại 25% ta có cơng suất động cơ: √ √ Cơng suất động Chọn động có cơng suất : P 3,014 Kw 54 1.3 Kết luận Qua đồ án này, rút số kết luận sau: Thang máy phần thiếu đóng góp vai trị quan trọng làm tăng thêm sang trọng cho tòa nhà Chính vậy, cần phải trang bị, thiết kế hệ thống thang máy cho đảm bảo tính thẩm mĩ, tiện dụng mà phải an toàn cho người sử dụng đặt lên hàng đầu để đáp ứng lại tầng tịa nhà chủ yếu cầu thang máy cụ thể trọng đồ án hộ gia đình tầng hệ truyền động động thang máy giúp cho việc nâng hạ thang máy nhẹ nhàng, để làm điều đó, em xin đưa giải pháp sử dụng biến tần misubishi FR 700 với phương thức điều khiển điều chế độ rộng xung PWM Qua q trình phân tích đánh giá, đưa định hướng phương án truyền động sử dụng cho thang máy : biến đổi tần số mitsubishi FR 700 vào hệ truyền động điện thang máy dùng cho hộ gia đình tầng với động thang máy sử dụng động khơng đồng rotor lồng sóc Sơ đánh giá hệ đáp ứng tương đối đầy đủ yêu cầu kỹ thuật, tiết kiệm lượng, dừng xác cabin an tồn vận hành thang máy 55 ... VỀ BIẾN TẦN Biến tần tầm biến trọng biến tần công nghiệp Với phát triển vũ bão chủng loại số lượng biến tần, ngày có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng biến tần, phận đáng kể sử dụng biến tần. .. thích hợp trường hợp Phân loại biến tần Về nguyên lý, biến tần chia làm loại - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 2.1 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện... cao tầng Hầu hết nhà cao tầng lắp đặt thang máy Không dừng lại trung tâm lớn, mà thị trường sử dụng thang máy mở rộng tới thành phố, thị xã, khu công nghiệp khác nước,… Hiện thị trường thang máy