GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Yêu Cầu Của Thang Máy
Thang máy cho tòa nhà 2 tầng tải nâng hạ
Thang máy nặng M = 3 tấn, tốc độ nâng hạ V = 0.5 m/s
Chọn động cơ kéo, hộp số, thiết bị điện và điều khiển
Có bảo vệ hành trình hai đầu không cho phép thang máy chạy vượt quá giới hạn cho phép
Bảo vệ quá trọng lượng cho thang máy bằng cách sử dụng limit switch đặt dưới gầm buồng thang Khi tải trọng vượt mức cho phép, limit switch sẽ tự động đóng, ngăn không cho thang máy hoạt động và kích hoạt còi báo động hoặc đèn tín hiệu.
Kết hợp điều khiển quá trình thắng cơ khí khi nâng và hạ
Encoder phản hồi tín hiệu về biến tần
Điều khiển thang máy lên xuống bằng nút ấn:
Ấn nút CL để đi lên
Ấn nút CX để đi xuống
Ấn nút Stop để dừng
Ấn nút Emergency để dừng máy khẩn cấp.
Tìm hiểu vấn đề
Thang máy là thiết bị vận tải thiết yếu, được sử dụng để di chuyển hàng hóa và người theo phương thẳng đứng Các loại thang máy hiện đại sở hữu cơ cấu cơ khí phức tạp, cùng với hệ thống truyền động và khống chế tinh vi, nhằm nâng cao năng suất và đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy Tất cả thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng máy, góp phần tạo nên sự tiện nghi và hiệu quả trong quá trình sử dụng.
1.2.1 Các bộ phận chính của thang máy là:
Hình 1.1 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển
Hình 1.2 Đường đặc tính cơ của MSX (thang máy)
1.2.2 Đường đặc tính cơ của thang máy
Thang máy hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại, với thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của động cơ chưa đạt đến giới hạn tối đa Khi thang máy ngừng hoạt động, nhiệt độ của động cơ giảm nhưng vẫn chưa đạt đến nhiệt độ môi trường.
Vì vậy động cơ kéo MSX thang máy có đồ thị phát nhiệt ở chế độ ngắn hạn lặp lại
Phụ tải thang máy được xác định là tải thế năng, vì vậy yêu cầu chính đối với thang máy là dừng ở tầng một cách chính xác, di chuyển êm ái và không có hiện tượng giật, nhằm đảm bảo an toàn tối đa cho hành khách.
Động cơ truyền của thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Thời gian khởi động ngắn, moment khởi động lớn để kéo thang máy đi lên
Khi nhận lệnh điều khiển, thang máy sẽ tăng tốc từ từ đến tốc độ định mức trong thời gian ngắn, đồng thời dừng lại một cách nhẹ nhàng và chính xác tại vị trí mong muốn Trong trường hợp mất điện, buồng thang sẽ không rơi xuống đáy hố thang mà được giữ lại an toàn.
Khi thang máy bị quá tải, nó sẽ tự động ngừng hoạt động và phát ra đèn hoặc còi báo hiệu Khi tình trạng quá tải được khắc phục, thang máy sẽ trở lại hoạt động bình thường.
Trong khi thang máy di chuyển thì không thể điều khiển thang máy di chuyển theo chiều ngược lại
Sử dụng động cơ có tích hợp hộp số chuyên dùng cho thang máy
Sử dụng biến tần chuyên dụng cho thang máy với hỗ trợ luật điều khiển vector giúp nâng cao hiệu suất vận hành Đặt limit switch ở mỗi tầng là biện pháp quan trọng để bảo vệ hành trình và đảm bảo thang máy dừng an toàn.
Sử dụng thắng cơ khí để bảo vệ người và thang trong trường hợp mất điện
Sử dụng cơ cấu khóa liên động để khi thang máy đang di chuyển không thể điều khiển thang máy theo chiều ngược lại
Khi xảy ra tình trạng quá tải, hệ thống sẽ kích hoạt tín hiệu báo sự cố, bao gồm đèn và còi để thông báo cho hành khách Đồng thời, hệ thống sẽ ngắt khả năng điều khiển lên xuống của thang máy Khi tình trạng quá tải được khắc phục, còi và đèn sẽ tự động tắt.
TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
Thiết bị máy sản xuất, thiết bị truyền động, động cơ
2.1.1 Tính chọn động cơ Động cơ có nhiệm vụ kéo máy sản xuất (thang máy) nên động cơ phải có đủ công suất để đảm bảo kéo được thang máy
Mục đích: Kéo buồng thang máy
Phù hợp với trọng lượng của tải (M = 3 tấn) và tốc độ nâng hạ (V = 0.5 m/s)
Là động cơ xoay chiều 3 pha
Chế độ làm việc của thang máy:
Thang máy hoạt động theo chế độ ngắn hạn lặp lại, với thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của động cơ chưa đạt đến giới hạn tối đa Khi thang máy dừng hoạt động, nhiệt độ của động cơ giảm nhưng vẫn chưa bằng nhiệt độ môi trường.
Tính toán chọn động cơ:
Ta chọn khối lượng buồng thang G bt = 1000 kg
Ta có khối lượng hành khách G t = 2000 kg
Ta có khối lượng đối trọng Gdt= G bt + α×G t = 1800 kg
Trong đó: α là hệ số cân bằng (α = 0.3÷0.6)
Với thang máy chở khách ta chọn α = 0.4
Tốc độ di chuyển lớn nhất cho phép: v = 0.5 m/s
Chọn cơ cấu hộp số có hiệu suất truyền: η = 80%
Khối lượng của đối trọng là: Gđt = 1800 kg
Công suất động cơ yêu cầu là:
Tỉ số truyền của động cơ:
n là tốc độ động cơ (1500 v/p)
v n là tốc độ nâng tải ( 0.5 m/s = 30 m/p)
Lực kéo đặt lên puly:
G t : Khối lượng hành khách (2000kg)
G bt : Khối lượng buồng thang (1000kg)
k: Số lần dừng của buồng thang (k = 1)
∆G: Độ thay đổi khối lượng tải sau mỗi lần dừng.Vì tòa nhà có 2 tầng nên
G đt : Khối lượng đối trọng (1800kg)
120 0,8 = 30.18 Giả sử tòa nhà cao 10m, mỗi tầng cao h = 5m
Giả sử thời gian tăng tốc bằng thời gian hãm: t1 = t 3 = 1.5s
Gia tốc của thang máy:
Quảng đường cabin đi được khi tăng tốc và giảm tốc:
Quảng đường cabin đi với tốc độ ổn định: s 2 = 5 –2×0.3375 = 4.325 m
Thời gian cabin đi với vận tốc ổn định (1.3m/s):
Thời gian nghỉ của thang máy: t 4 = 10s
Chu kỳ làm việc của thang máy: T = 2× (1.5+8.65+1.5) + 10 = 33.3s
Thời gian chạy ổn định (0.5 m/s): t2 = 8.65s
Thời gian nghỉ của thang máy: t4 = 10s
Giản đồ quá trình và đồ thị phụ tải của thang máy:
Theo kết quả tính toán, ta cần chọn động cơ có
Tỉ số truyền động cơ i ≤ 120
Tốc độ đầu ra ≥ 12.4 (vòng/phút)
Giải pháp: Ta chọn động cơ của hãng Siemens:
Hãng Siemen gồm có các loại động cơ:
Helical geared motors – Động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng xoắn ốc
Bevel helical geared motors – động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng côn
Worm geared motors – động cơ liền hộp giảm tốc trục vít
Parallel shaft geared motors, specifically the type integrated with a gearbox, are essential components in various industrial applications In this article, we focus on the parallel shaft geared motors manufactured by Siemens, highlighting their efficiency and reliability in performance.
Mã số: FD.188B-LG200LB4E25S4E
Động cơ có các thông số:
Tấn số định mức: 50 Hz
Công suất định mức: 30 kW
Tốc độ đầu ra khi qua hộp số: 13.2 v/p
Tỉ số truyền hộp số: i = 111.49
Đường kính puly(mm): chọn 770 (mm)
Moment định mức đầu ra hộp số: 21656 Nm Để thang máy hoạt động với vận tốc 0.5 m/s thì ta phải cài đặt biến tần với tần số:
Tỉ số truyền của hộp số: i = 111.49
Tốc độ trên trục động cơ: n đc = i n puly = 111.49 ×12.4 = 1382 vòng/phút
Số cặp cực của động cơ: p = 2 cặp cực f = đ = × = 46 Hz
tốc độ của puly khi thang máychạy ổn định (0,5 m/s) là 2 rad/s
Tốc độ của động cơ khi thang máy chạy ổn định: ω = 111.49 × 2 = 223 rad/s
Gia tốc trên trục động cơ:
Thắng cơ khí là thiết bị quan trọng giúp giữ buồng thang đứng yên khi dừng hoặc trong trường hợp xảy ra sự cố, nhằm ngăn chặn việc rơi buồng thang, đảm bảo an toàn cho hành khách và bảo vệ hệ thống thang máy.
Thắng cơ khí được tích hợp sẳn trên động cơ
Bảng tổng quan về công nghệ mođun kết hợp với phanh:
Thời gian ngắt kết nối, thời gian đáp ứng, và moment quán tính của phanh L
Theo khuyến cáo của nhà sản xuất thì điện áp hoạt động của thắng cơ khí có thể là 24 VDC ± 10%
Công suất hoạt động của thắng cơ khí là: 110W
Thông số giản đồ hoạt động của thắng cơ
Mục đích: Điều khiển động cơ hoạt động theo yêu cầu mà ta cài đặt, bảo vệ cho động cơ
Thích hợp cho tải moment không đổi, tải làm việc ngắn hạn lặp lại
Sử dụng cho động cơ có công suất 30 kW
Điều khiển bằng biến tần của hãng Emerson (Control Technics)
Giải pháp: Dựa theo những thông tin tìm hiểu được ở trên nhóm xin chọn biến tần của hãng Emerson dòng SP Modules là SP3403
(Catalog “Unidrive SP_Brochure.pdf” trang 22/24)
Thông số kỹ thuật của biến tần:
Điện áp đầu vào định mức: 380 - 480VAC ± 10%
Tần số đầu vào cho phép: 50 – 60Hz
Hình 2.1 hình ảnh các chân nguồn
Hình 2.2 Terminal các chân I/O và các chân của biến tần
2.1.4 Chọn phụ kiện cho biến tần a) Chọn điện trở hãm
Mục đích: Dùng để hãm động năng
Yêu cầu: Phù hợp với biến tần
Giải pháp: Theo catalog ta có thể chọn loại điện trở hãm phù hợp với biến tần:
(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 32/36) b) Chọn EMC Filter
Mục đích: Giảm nhiễu điện từ
Theo khuyến cáo của NSX biến, nhóm chọn EMC Filter mã: 4200 - 6305
(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 28/36) c) Chọn AC Line and Load Reactors
(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 22/36) d) Chọn DC Drive Line Reactors
(Catalog “BRO OPTOINS.pdf” trang 24/36) e) Chọn Encoder:
Do biến tần không tích hợp khả năng đọc encoder nên nhóm sẽ chọn modul encoder để dùng cho biến tần
Mục đích: Báo lỗi phanh cơ khí
Giải pháp: Chọn encoder của hãng omron.
Chọn các thiết bị điều khiển
2.2.1 Thiết bị bảo vệ a) Chọn MCCB
Mục đích: Dùng để bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực, bảo vệ biến tần
MCCB phải chịu được dòng làm việc tức thời của tải mà không tác động bảo vệ (vài giây đến vài chục giây)
Dòng chịu cắt ngắn mạch phải lớn hơn hoặc bằng dòng xung kích của lưới điện I n ≥ I xk = √2 ×1.8 × Ingắn mạch
Giải pháp: Chọn MCCB của hãng Siemens loại VL 160X, mã hiệu là 3VL1708-2DD33-0AA0
(Catalog “MCCB-3VL.pdf” trang 21/128)
Các thông số của MCCB:
Chức năng:để đóng cắt mạch động lực thông qua mạch điều khiển
Dòng định mức khoảng 1,3 – 1,5 dòng đầu vào định mức của biến tần
Dòng điện tiếp điểm lớn hơn hoặc bằng 80 A
Chọn Contactor của hãng Siemens, loại 3RT, mã hiệu là 3RT10 44-1AP00
(Catalog “Contactor-3RT.pdf” trang 11/68)
Dòng điện định mức(AC1) : 100A
Điện áp định mức : 380/415V AC
Chức năng: Cách ly, đóng cắt, bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho mạch điều khiển
Dòng định mức của MCB phải lớn hơn hoặc bằng tổng dòng điện chạy trong mạch điều khiển Theo tính toán sơ bộ dòng mạch điều khiển khoảng 2A
Chọn MCB của hãng SIEMENS, loại 5SX2 506 - 6
Dòng điện cắt định mức : 6A
2.2.2 Cáp cho mạch động lực và mạch điều khiển a) Chọn cáp cho mạch động lực:
Mục đích: Kết nối các thiết bị trong mạch động lực
Chịu được quá tải động cơ
Phù hợp với biến tần và động cơ
Giải pháp: Chọn loại cáp 0.6/1(1.2) kV 3 Cores PVC Insulated Cable của hãng Lioa Electric
(Catalog “lioa_wire_and_cable.pdf” trang 10/28)
Ghi chú: GSWA giáp sợi thép; DSTA giáp hai băng thép; UnAr không giáp b) Chọn cáp cho mạch điều khiển
Mục đích: Kết nối các thiết bị điện trong mạch điều khiển
Yêu cầu: Phù hợp với dòng điện tổng của mạch điều khiển
Giải pháp: Chọn loại cáp 0.6/1(1.2) kV 1 Cores PVC Insulated Cable của hãng Lioa Electric
(Catalog “lioa_wire_and_cable.pdf” trang 8/28)
2.2.3 Các thiết bị khác a) Chọn Limit Swith
Bảo vệ hành trình hai đầu không cho phép thang máy chạy vượt quá giới hạn cho phép
Bảo vệ quá tải cho thang máy
Chọn Limit Switch của hãng Siemens với loại 3SE5 132-0CJ50 để bảo vệ hành trình
Chọn Limit Switch của hãng Siemens với loại 3SE5 132-0CJ82 để bảo vệ quá tải
(Catalog “Limit Switch.pdf” trang 16/154) b) ĐÈN BÁO
Nhóm chọn đèn báo của hãng IDEC có mã YW1P-1EQM3
(Catalog “IDEC-Pricelist” trang 1/19) c) CÔNG TẮC :
Mục đích: Để khởi động, dừng động cơ, bật tắt nguồn thông qua mạch điều khiển
Cách điện tốt, hoạt động tin cậy
Sử dụng với điện áp 220 V
Nhóm chọn công tắc vặn 2 vị trí của hãng IDEC, mã loại YW1S-2E10
Công tắc vặn 2 vị trí
Điện áp – dòng điện tiếp điểm : 240 VAC- 1A d) RƠ LE TRUNG GIAN:
Mục đích: Dùng để điều khiển đóng cắt các tiếp điểm trên biến tần và trên mạch điều khiển
Yêu cầu: Điện áp cuộn hút 220V
Dựa vào yêu cầu đặc tính kỹ thuật nhóm chọn loại LZX:PT570730 của hãng
Điện áp cuộn hút : 230V AC e) Chọn bộ nguồn cho thắng cơ khí
Mục đích: Cấp nguồn cho thắng cơ khí hoạt động
Yêu cầu: Điện áp 24V, hoạt động ổn định
Giải pháp: Chọn bộ nguồn loại PS5R-SF24
(Catalog “IDEC-Pricelist” trang 14/19) f) Chọn máy biến áp
Mục đích: cách ly và ổn định điện áp cho mạch điều khiển
Yêu cầu: điện áp đầu ra chuẩn 220V
Giải pháp: chọn máy biến áp kiểu SH của hãng Lioa
(Catalog “On _ap_lioa.pdf” trang 2/72).
MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
(Có file Autocad đính kèm).
CÀI ĐẶT BIẾN TẦN
Tóm tắt các phần tử trong mạch động lực và mạch điều khiển
4.1.1 Các phần tử trong mạch động lực
Biến tần Điều khiển động cơ
MCCB Bảo vệ ngắn mạch, quá tải
Contactor Đóng cắt mạch động lực thông qua mạch điều khiển
Line reactor and Load reactor Ức chế sóng hài, cải thiện công suất đầu vào và đầu ra của biến tần Điện trở hãm Hãm động năng
EMC Filter Giảm nhiễu điện từ
Brake Thắng cơ khí cho động cơ Động cơ Kéo buồng thang
Nguồn 24VDC Cấp nguồn cho thắng cơ khí
4.1.2 Các phần tử trong mạch điều khiển
Nút Start, Stop Khởi động và dừng cung cấp điện cho mạch động lực và mạch điều khiển
Nút E-Stop Dừng khẩn cấp hệ thống
Nút CL, CX Điều khiển biến tần chạy thuận, nghịch
Limit Switch Bảo vệ hành trình hai đầu không cho phép thang máy chạy vượt quá giới hạn cho phép
MCB Cấp nguồn, bảo vệ ngắn mạch… cho hệ thống
Contactor KM1 Đóng cắt mạch động lực thông qua mạch điều khiển Contactor KM2 Điều khiển cấp điện cho thắng cơ khí
Rơ le trung gian Đóng các tiếp điểm cung cấp điện cho mạch điều khiển Đèn báo Báo nguồn, báo tình trạng làm việc của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động
Đóng MCCB cấp nguồn cho hệ thống mạch động lực
Đóng MCB cấp nguồn cho mạch điều khiển
Đèn D1 sáng báo mạch điều khiển đã được cấp nguồn
Nhấn Start cuộn dây KM1 có điện
Tiếp điểm của KM1 ở mạch động lực đóng lại cấp nguồn cho biến tần
Tiếp điểm của KM1 ở mạch động lực đóng lại duy trì nguồn cấp cho cuộn dây KM1
Đèn D2 sáng báo hiệu hệ thống sẵn sàng làm việc
Khi thang máy ở tầng 1, LW1 sẽ tác động và đèn D5 sáng lên Lúc này, rơ le R3 có điện, mở tiếp điểm R3, ngăn không cho điều khiển biến tần chạy theo chiều ngược, tức là không cho thang máy đi xuống.
Khi nhấn nút CL (thang máy đi lên), rơ le R1 được cấp điện (D3 sáng), làm cho tiếp điểm thường mở trong mạch động lực R1 đóng lại, gửi tín hiệu vào chân STF (chạy thuận) Tiếp điểm thường đóng R1 mở ra, ngăn không cho điều khiển biến tần hoạt động ngược lại Sau đó, biến tần xuất tín hiệu giữ tải, và sau khoảng thời gian lớn hơn 200 ms, nó sẽ xuất tín hiệu mở phanh thông qua relay 2 Động cơ kéo thang máy đi lên và đạt tốc độ ổn định sau 1.5 giây.
Khi thang máy chạm LW2, rơ le R4 ngắt tín hiệu chạy thuận, khiến động cơ mất điện và tốc độ thang máy giảm dần Sau 1.5 giây, biến tần sẽ ngắt tín hiệu thắng cơ khí thông qua relay 2, làm cho thắng cơ khí bóp lại và thang máy dừng hoàn toàn.
Khi nhấn vào CX, thang máy điều khiển đi xuống, mạch hoạt động tương tự
Khi sự cố quá tải xảy ra, LW3 sẽ đóng lại, khiến rơ le R5 nhận điện và mở tiếp điểm thường đóng, từ đó ngắt tín hiệu điều khiển thang máy chạy thuận và ngược Đồng thời, đèn D7 sẽ sáng lên để báo hiệu sự cố quá tải.
Khi biến tần gặp lỗi, rơ le 1 trong mạch điều khiển sẽ báo hiệu bằng cách mở tiếp điểm thường đóng R6, ngắt tín hiệu cho phép chạy thuận và chạy nghịch, từ đó không cho phép điều khiển thang máy Đồng thời, đèn D8 sẽ sáng lên để cảnh báo rằng biến tần đang bị lỗi.
Khi xảy ra sự cố, ta nhấn nút E-STOP để dừng khẩn cấp biến tần
Khi mất điện, thắng cơ khí và KM1 cũng sẽ không hoạt động, ngăn chặn tình trạng buồng thang rơi Sau khi có điện trở lại, cần đảm bảo rằng biến tần và động cơ không có điện Để thang máy hoạt động trở lại, chúng ta phải khởi động lại từ đầu.
Cài đặt
a) Các thông số của động cơ
Thông số Mô tả Khoảng cài đặt Giá trị cài đặt
Pr0.42 No of motor poles 0-60 4
Pr0.43 Motor rated power factor
Pr0.45 Motor rated full load speed
Pr0.46 Motor rated current 0-rated current max 55 A
Pr0.47 Rated frequency 0-3000Hz 50 Hz b) Cài đặt các thông số biến tần:
Pr0.03 Acceleration rate( thời gian tang tốc)
Pr0.04 Deceleration rate( thời gian giảm tốc)
Pr0.06 Current limit 0-% current limit max 165%
Pr0.48 Operating mode selector(Chế độ vận hành)
1:open loop 2:close loop vector 3:servo
Pr 0.14 Torque mode selector 0,1,2,3,4 0( điều khiển tần số) c) Cài đặt thông số thắng cơ khí:
Thông số Mô tả Khoảng cài đặt Giá trị cài đặt
Pr.6.04 Open brake frequency 0-30Hz 3Hz
Pr.6.07 Detection time line open braking
Pr.6.07 Running time when braking starts
Pr.6.10 Operating time when braking stops