Đề tài Thiết kế điều khiển thang máy cho người năm tầng

Lời nói đầu Trong nhiều thế kỷ qua, sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần đáng kể vào sự phát triển của điều khiển tự động và tự động hoá. Có thể nói, ngày nay, không một hệ thống điều khiển tự động thực tế nào, dù đơn giản, mà không có sự góp mặt của vi xử lý, của máy tính và phần mềm. Nói đến công nghệ thông tin trong điều khiển tự động và tự động hoá là ta nói đến ba lĩnh vực chính: công nghệ máy tính (vi xử lý, vi điều khiển, PLC, máy tính công nghiệp,…), công nghệ phần mềm (phần mềm công nghệ, phần mềm điều khiển,…) và công nghệ truyền thông (Fielbus, Bus hệ thống). Trong một hệ điều khiển, các thiết bị điều khiển đóng một vai trò quan trọng, là “phần cứng” và là nền tảng để thực hiện các thuật toán, các chương trình điều khiển. Trong rất nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau, từ những rơle đơn giản đến những bộ vi điều khiển hay những máy tính công nghiệp hiện đại, các bộ điều khiển logic khả trình (PLC - Programmer Logic Controller) được sử dụng rất phổ biến đặc biệt trong công nghiệp. Kể từ khi xuất hiện vào đầu thập niên 70 của thế kỷ trước như một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC đã phát triển nhanh chóng kể cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng, các bộ vi xử lý mạnh và bộ nhớ lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý đơn giản và bộ nhớ khoảng 1KB. Các cổng vào/ra không chỉ tăng về số lượng mà còn có thể được phân tán. Các cổng tương tự cũng được thêm vào giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà còn có thể được sử dụng rất hiệu quả trong điều khiển các quá trình liên tục. Về mặt cấu trúc, các PLC ngày nay có cấu trúc dạng môdul linh hoạt. Bên cạnh đó, khả năng nối mạng góp phần tăng hiệu quả và sức mạnh của PLC lên nhiều lần khi chúng hoạt động phối hợp. Về phần mềm, tập lệnh của các PLC ngày nay không chỉ giới hạn ở các lệnh logic đơn giản mà đã trở nên rất phong phú với các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời,… Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp miền đất nước và nhờ đó thang máy, thang cuốn nói chung và thang máy chở người nói riêng đã, đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều. Thang máy là một thiết bị không thể thiếu được trong vận chuyển người và hàng hoá theo phương thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng. Chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hành khách. Với sự phát triển nhanh chóng của các loại PLC, để ứng dụng bộ điều khiển lập trình PLC vào điều khiển thang máy tiện lợi và đơn giản. Mục lục Trang Lời nói đầu………………………………………………………………… 1 Mục lục……………………………………………………………………. 3 Chương I: Giới thiệu chung về thang máy chở người I.1.Giới thiệu chung ………………………………………………………. 5 I.1.1.Giới thiệu ………………………………………………………... 5 I.1.2.Phân loại thang máy ……………………………………………… 5 I.2.Cấu tạo phần cơ …………………………………………………………8 I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động ………………………………10 I.4.Tính chọn biến tần và động cơ ………………………………………….12 I.4.1.Tính chọn động cơ …………………………………………………13 I.4.2.Chọn biến tần ………………………………………………………19 I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần …………………………………………19 I.4.2.2.Chọn biến tần ……………………………………………….. 26 Chương II: Vấn đề điều khiển thang máy II.1. Yêu cầu chung về điều khiển…………………………………..34 II.2. Chọn thiết bị điều khiển………………………………………..37 II.2.1.Tổng quan về PLC ………………………………………………..37 II.2.1.1.Giới thiệu về PLC ………………………………………37 II.2.1.2.Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC …………………………….40 II.2.1.3.Đặc điểm chung của bộ điều khiển khả trình PLC ……………41 II.2.1.4.Cấu trúc phần cứng của PLC ………………………………….43 II.2.2.Sensor ………………………………………………………………48 Chương III: Lập trình điều khiển III.1.Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng cho PLC ………………51 III.2.Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chương trình ……………………………...52 III.3.ứng dụng bộ điều khiển PLC vào điều khiển thang máy năm tầng………53. III.3.1.Luật điều khiển thang máy …………………………………………53 III.3.2.Lưu đồ điều khiển thang máy ………………………………………56 III.3.3.Xác định đầu vào/ra của PLC ……………………………………... 58 III.3.4.Giản đồ thang điều khiển thang máy năm tầng…………… 61 Kết luận…………………………………………………72 Tài liệu tham khảo……………………………………………. 73 Chương I Giới thiệu chung về thang máy I.1.Giới thiệu chung: I.1.1.Giới thiệu: * Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và chở người theo phương thẳng đứng. Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn. Tất cả các thiết bị điện được lắp trong buồng thang và buồng máy của thang máy. * Thang máy được sử dụng rộng rãi trong các toà nhà cao tầng, trong các xí nghiệp sản xuất kinh doanh góp phần thay thế sức người và mang lại năng suất cao. I.1.2.Phân loại thang máy: Dựa vào các chức năng của thang máy có thể phân loại theo các loại sau: 1.Phân loại theo mục đích sử dụng: a.Thang máy chở người: + Đối với thang máy chở người gia tốc cho phép của thang máy là a Ê 1,5m/s2, nếu gia tốc lớn hơn thì sẽ gây cảm giác khó chịu cho con người. + Thang máy trong các nhà cao tầng đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh và có tính mỹ thuật. + Thang máy dùng trong bệnh viện đòi hỏi vận hành êm, an toàn, tốc độ nhanh, có tính ưu tiên đúng theo các yêu cầu của bệnh viên. + Thang máy dùng trong công nghiệp đòi hỏi có tải trọng lớn, chịu được môi trường làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ, độ ẩm,… b.Thang máy chở hàng: Thang máy chở hàng yêu cầu là tốc độ cao, chịu được tải trọng lớn và khi bốc xếp hàng hoá phải thuận tiện, dễ dàng. 2.Phân loại theo tải trọng của ca bin: Tuỳ theo tải trọng định mức Q của buồng thang mà thang máy chia thành các loại sau: + Thang máy loại nhỏ: Q < 160 KG + Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 KG + Thang máy loại lớn: Q > 2000 KG 3.Phân loại theo tốc độ di chuyển của ca bin: + Thang máy chạy chậm: v = 0,5 m/s + Thang máy tốc độ trung bình: v = ( 0,75 á 1,75 ) m/s + Thang máy cao tốc: v = ( 2,5 á 5 ) m/s 4.Phân loại theo hệ thống vận hành: + Theo mức độ tự động: Loại nửa tự động Loại tự động + Theo tổ hợp tự động: Điều khiển đơn Điều khiển kép Điều khiển theo nhóm 5.Phân loại 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 dưới giếng thang. + Đối với thang máy thuỷ lực: Buồng thang đặt tại tầng trệt. 6.Phân loại theo vị trí điều khiển: + Điều khiển trong ca bin. + Điều khiển ngoài ca bin. + Điều khiển cả trong và ngoài ca bin. 7.Phân loại theo kết cấu của bộ tời kéo: + Theo hệ thống cân bằng: Có đối trọng. Không có đối trọng. Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho thang máy có hành trình lớn. Không có cáp hoặc xích cân bằng. + Theo cách treo ca bin và đối trọng. + Theo hệ thống cửa ca bin: Phương pháp đóng, mở cửa ca bin. Theo kết cấu cửa ca bin. Theo số cửa ca bin. + Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn ca bin. 8.Phân loại theo quỹ đạo di chuyển ca bin: + Thang máy thẳng đứng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển theo phương thẳng đứng, hầu hết thang máy đang sử dụng là loại thang máy này. + Thang máy nghiêng: Là loại thang máy có ca bin di chuyển nghiêng một góc so với phương thẳng đứng. 9.Phân loại theo hệ thống dẫn động ca bin: + Thang máy dẫn động điện. + Thang máy thuỷ lực. + Thang máy khí nén. 10.Phân loại theo vị trí của ca bin và đối trọng giếng thang: + Đối trọng bố trí phía sau. + Đối trọng bố trí một bên. + Trong một số trường hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với ca bin. I.2.Cấu tạo phần cơ: Hình I.1.Kết cấu bố trí thiết bị của thang máy Hình I.1 là sơ đồ cấu tạo của thang máy chở người thông dụng nhất, dẫn động bằng tời điện tới puli dẫn cáp bằng ma sát. Kết cấu của thang máy gồm có các bộ phận sau: Thanh dẫn hướng. Gọng kìm. Khung của buồng thang. Puli quấn cáp. Hộp giảm tốc. Động cơ. Giá treo. Buồng thang. Thanh dẫn hướng. 10- Cáp treo 11- Hố giếng. Tất cả các thiết bị điện của thang máy được lắp trong buồng thang và buồng máy. Buồng máy thường bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang máy. Hố giếng của thang máy 11 là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng một cho đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu hơn 2m thì phải làm thêm cửa ra vào. Để nâng - hạ buồng thang, người ta dùng động cơ 6. Động cơ 6 được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp buồng thang được treo lên puli quấn cáp. Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc 5 với tỉ số truyền i = 18 á 120. Khung của buồng thang 3 được treo lên puli quấn cáp bằng kim loại 4 (thường dùng một đến bốn sợi cáp ). Buồng thang luôn luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có giá treo 7 và những con trượt dẫn hướng (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài). Buồng thang và đối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 9. Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm ( phanh dù ). Phanh bảo hiểm 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. Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo ba kiểu: Phanh bảo hiểm kiểu nêm. Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm. Phanh bảo hiểm kiểu kìm. I.3.Tính toán công suất động cơ truyền động: * Sơ đồ tổng quan: * Các thông số kĩ thuật của thang máy: Số tầng: 5 tầng Chiều cao trần nhà: 4,5 m Trọng lượng ca bin: 1000 Kg Trọng lượng định mức: 900 Kg Tốc độ của thang: 1 m/s Gia tốc cực đại: 1,5 m/s2 Độ giật khi khởi động và hãm: 15 m/s3 Đường kính puli dẫn độmg: 0,45 m * Tính toán công suất của động cơ: + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng: Trong đó: Gbt: Khối lượng buồng thang (Kg); ta có Gbt = 1000 Kg G: Khối lượng hàng (Kg); ta có G = 900 Kg V: Tốc độ nâng (m/s); ta có v = 1m/s g: Gia tốc trọng trường (m/s2); ta lấy g = 9,81m/s2 h: Hiệu suất của cơ cấu nâng; ta lấy h = 0,8 k: Hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng; ta lấy k = 1,2 Vậy Pc = 27,9585(KW) + Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có dùng đối trọng: mà Gđt = Gbt + a.G (Kg) Trong đó: a là hệ số cân bằng; ta chọn a = 0,4 ị Gđt = 1000 + 0,4´900 = 1360 (Kg) Vậy Pcn = 15,15 (KW). + Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải có dùng đối trọng: Vậy Pch = 37,9(KW). I.4.Tính chọn biến tần và động cơ: * Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tử cho thang máy việc lựa chọn một hệ truyền động, chọn một loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau: + Độ chính xác khi dừng. + Tốc độ di chuyển buồng thang. + Gia tốc lớn nhất cho phép. + Phạm vi điều chỉnh tốc độ. * Ngày nay hệ truyền động cho thang máy chở người có tốc độ trung bình hầu hết đều sử dụng hệ truyền động biến tần - động cơ rôto lồng sóc kết hợp với bộ điều khiển PLC. Hệ truyền động này có ưu và nhược điểm là: Ưu điểm: + Có thể thay đổi được các thông số thông qua việc lập trình cho biến tần. + Có khả năng thay đổi thời gian khởi động thông qua việc lập trình cho biến tần. + Có khả năng thay đổi thời gian khởi động, thời gian hãm một cách mềm mại để giảm độ dật cho buồng thang, điều khiển tốc độ mềm hoàn toàn. + Có khả năng giữ độ cứng cơ của động cơ tốt, dễ vận hành và bảo dưỡng. Nhược điểm: + Giá thành đầu tư cao song ngày nay với việc chế tạo hàng loạt nên giá thành cho một biến tần ngày càng giảm. + Dạng điện áp đầu ra của biến tần có chứa nhiều sóng hài nên dễ gây nhiễu cho lưới điện áp ba pha và lưới thông tin ở gần vị trí đặt biến tần nhất là đối với các biến tần công suất lớn thì khả năng gây nhiễu lớn nên các bộ biến tần công suất lớn thường được chế tạo kèm theo với một bộ lọc nhiễu. I.4.1.Tính chọn động cơ: 1.Tính mô men nâng và mô men hạ: * Mô men nâng tải: Trong đó: G: Trọng lượng tải (Kg) Gbt: Trọng lượng buồng thang (Kg) Gđt: Trọng lượng đối trọng (Kg) u: Bội số hệ thống ròng rọc; chọn u = 1 i: Tỉ số truyền; ta có: R: Bán kính puli dẫn động; Động cơ dự tính chọn có nđm = 905v/ph = 15,08v/s. Vậy Vậy Mn = 70,95(Nm) * Mô men hạ tải: Vậy Mh = 42,57(Nm). 2.Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang bao gồm: Thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định. Thời gian mở máy và hãm máy. Tổng thời gian còn lại: thời gian đóng mở cửa buồng thang + thời gian ra vào buồng thang của hành khách. Ta có biểu đồ tốc độ tối ưu, biểu đồ gia tốc, biểu đồ độ dật: Ta có phương trình tốc độ, phương trình quãng đường: và Để con người không có cảm giác khó chịu chọn amax = 1,5 (m/s) và độ dật r = 15 (m/s3). * Thời gian mở máy: mà v3 = 1(m/s) v2 = v1 + amax.(t2 - t1) t1 = t3 - t2 =0,1(s) Thay vào phương trình của v3 ta có: đ t2 - t1 = 0,6(s) Vậy thời gian mở máy: Tm = t1 + (t2 - t1) + (t3 - t2) = t3 = 0,1 + 0,6 + 0,1 = 0,8(s). Các quãng đường: + s1 = 0,0025(m) + + mà t3 - t2 = 0,1(s) v2 = v1 + amax.(t2 - t1) = 0,075 + 1,5´0,6 = 0,975(m/s) Vậy sm = s1 + s2 + s3 = 0,0025 + 0,075 + 0,315 = 0,425(m). Giả thiết quãng đường từ khi gặp sensor giảm tốc đến khi dừng là sd = 0,45 (m) ị slv = 4,5 - 0,425 - 0,45 = 3,625 (m) * Thời gian thang máy chuyển động đều là: * Giả sử thang máy từ khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng chuyển động chậm dần đều với tốc độ giật bằng không và quãng đường hãm là 0,045 (m), vận tốc giảm xuống còn 0,2 (m/s). Ta có: s = vtb.t ị Thời gian từ sau khi giảm tốc đến khi gặp sensor dừng: Thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là: Vậy thời gian hãm và phanh cơ khí để thang máy dừng hẳn là: Th+d = 0,67 + 0,025 + 0,45 = 1,145 (s) ị Tổng thời gian hoạt động trong một tầng của thang máy là: T = Tm + Tlv + Th+d = 0,8 + 3,625 + 1,145 = 5,57 (s) * Giả thiết đặt thời gian để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng là 5(s). Vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy là: 5,57 + 5 = 10,57 (s). Khi thang đi đến tầng 5, cho dừng 10(s) rồi tiếp tục cho thang đi xuống. + Thời gian thang chạy từ tầng 1 lên tầng 2 bằng thời gian thang chạy từ tầng 2 lên tầng 3 bằng thời gian thang chạy từ tầng 3 lên tầng 4 và bằng thời gian thang chạy từ tầng 4 lên tầng 5 bằng 5,57(s). + Thời gian nghỉ của thang máy ở mỗi tầng bằng 5(s). 3.Tính mô men đẳng trị và tính chọn công suất động cơ: * Mô men đẳng trị: Trong đó Mi là trị số mômen tương ứng với khoảng thời gian ti. mà Pđt = Mđt.wĐ Trong đó wĐ là vận tốc góc của động cơ, ta có: đ Pđt = 93,37´58,5 = 5462 (W) = 5,462(W). TĐ% = ồ tilv ồ tilv + ồ ting * Tính hệ số tiếp điện tương đối: Trong thực tế động cơ dùng cho cầu trục, máy nâng-hạ thường có hệ số tiếp điện TĐ% = 25%, vì vậy ta quy đổi công suất động cơ về loại có TĐ% = 25%. TĐ% = 2´4´5,57 2´4´5,57 + 2´5´5 + 10 ´100% = 42% P = Pđt TĐth% TĐtc% = 5,462 42 25 = 7 (KW) Trong đó: tilv là khoảng thời gian làm việc ting là khoảng thời gian nghỉ Dựa vào cuốn “ Các đặc tính động cơ trong truyền động điện” ta chọn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc loại cầu trục luyện kim kiểu MTR; 380; TĐ25%. Kí hiệu: MTK-22-6 có các thông số sau: Pđm = 7,5 KW nđm = 905 vg/ph Istđm = 19,3 (A) Ist0 = 12 (A) Rst = 0,685 (W) Xst = 0,733 (W) Mô men quán tính của rôto: J = 0,138 Kgm2 Khối lượng của động cơ : Q = 153 Kg 4.Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn: Ta có: Mđm = mà wđm = 2.p.n 60 = 2´3,14´905 60 = 94,72 (rad/s) ị Mđm = 7,5´103 94,72 = 79,18 (Nm) Pđm wđm Thực tế động cơ chịu M = 2,3.Mđm = 2,3´79,18 = 182,11 (Nm) mà ta có: Mđt = 58,5 (Nm) ị Mđc > Mđt vì vậy theo phương pháp mômen đẳng trị ta thấy đạt yêu cầu về mặt phát nóng. I.4.2. Chọn biến tần: I.4.2.1.Giới thiệu về biến tần: * Bộ biến tần (BBT) là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều. * Bộ biến tần phải thoả mãn các yêu cầu sau: Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ đặt mong muốn. Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh mômen không đổi. Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số. * Các bộ biến tần được chia làm hai loại chính: a.Bộ biến tần phụ thuộc (hay BBT trực tiếp): Sơ đồ khối: ~f1,U1 ~f2,U2 BBT ~f1 ~f2 Hình I.4. Cấu trúc của BBT trực tiếp. BBT trực tiếp biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số f1 thành f2, không qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao nhưng việc thay đổi tần số ra khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1. b.Bộ biến tần độc lập (hay BBT gián tiếp): + Sơ đồ khối: U1,f1 + - Ud Id ĐK U1,f1 Lọc CL NL Hình I.5. Cấu trúc của BBT gián tiếp. + Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu sẽ biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ. + Tuỳ theo tính chất của bộ chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra mà BBT gián tiếp chia ra BBT nguồn dòng hay BBT nguồn áp: Bộ biến tần nguồn dòng: có nguồn cấp một chiều là nguồn dòng, điện trở trong của nguồn rất lớn. Dạng dòng điện của nguồn dòng xác định dạng dòng điện ra trên tải, còn dạng điện áp trên tải thì phụ thuộc các thông số tải. Đặc điểm là có sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha, động cơ rôto lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một điôt gọi là điôt chặn. Bộ biến tần nguồn áp: Ta có cấu trúc BBT nguồn áp: - Bộ biến tần nguồn áp có nguồn cấp một chiều là nguồn áp, điện trở trong rất nhỏ. Dạng điện áp của nguồn áp xác định dạng điện áp ra trên tải, còn dạng dòng điện tải thì phụ thuộc các thông số của tải. Việc điều chỉnh điện áp ra ở trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới. - Nguyên lý của BBT nguồn áp bao gồm một mạch chỉnh lưu CL, chỉnh lưu điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều. Điện áp một chiều này qua mạch lọc trung gian L sau đó đưa vào bộ nghịch lưu NL tạo ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ khác so với điện áp lưới. - Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với bộ biến tần nguồn áp: Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ của động cơ. Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ thông khe hở trong không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở stator, có thể xem suất điện động E ằ điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nhưng giữ nguyên điện áp sẽ dẫn đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến bão hoà mạch từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng tổn hao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao. Ngược lại từ thông khe hở không khí giảm dưới định mức sẽ làm giảm khả năng tải của động cơ. Vì vậy, việc giảm tần số động cơ dưới tần số định mức thường đi đôi với việc giảm điện áp pha U sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. + Thiết bị biến tần chỉ tạo ra được điện áp hình sin chữ nhật hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài, người ta có thể dùng các bộ lọc, và như vậy, trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc thấp. Biện pháp “ điều biến độ rộng xung” nhằm đáp ứng yêu cầu trên có nội dung chính như sau: + Tạo một sóng dạng sin um, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số mong muốn. + Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định up, ta gọi là sóng mang, có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số của sóng điều biến. + Dùng một khâu so sánh để so sánh um và up. Các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng tác động của xung điều khiển tiristor và transitor công suất. Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: Điều biến độ rộng xung đơn cực và điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Sơ đồ: Điều biến độ rộng xung đơn cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và +E trong nửa chu kì dương và 0 và -E trong nửa chu kì âm. + Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L: Hình I.8 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải u là một hàm chu kì, lẻ. Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin. Biên độ của các sóng hài tính theo công thức: Khi n = 1, ta có: U2m = 0 Khi n = 3: Biên độ của các sóng hài có dạng tổng quát như sau: Trong đó: n = 1,3,5… ai - góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ 1 đến k; ak - góc trạng thái cuối cùng trước p/2; Như vậy, đối với điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải không chứa các sóng hài bậc 3,5 và 7 cần phải có: Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số ±E. Tỷ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, kí hiệu là M, được gọi là tỷ số điều biến, M = Am / Ap. Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung. Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ lớn nhất. Muốn giảm nhỏ điện áp ra, ta giảm nhỏ Am. + Giản đồ điều biến độ rộng xung lưỡng cực, tải R+L: Hình I.9 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chỉ chứa các thành phần sin. Biên độ sóng hài được tính theo công thức: U2m = 0 Biểu thức tổng quát của biên độ sóng hài của điều biến độ rộng xung lưỡng cực: Khi u bắt đầu bằng một xung dương. Khi u bắt đầu bằng một xung âm. Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có: 1 - 2cos3a1 + 2cos3a2 = 0 1 - 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0 Bằng phương pháp tính gần đúng tìm được a1 = 230 616, a2 = 3303. Như vậy điện áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao 7,9,11… Có thể xem: * Các BBT hiện nay được chế tạo chọn bộ, các BBT này thông thường bao gồm: hệ thống mạch có thể là tiristor hoặc có thể là tranzitor và một trung tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ one-chip. Trung tâm điều khiển này làm nhiệm vụ đóng mở các van bán dẫn mạch lực, có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoàI và truyền thông với các thiết bị khác. Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ cho các van. I.4.2.2.Chọn biến tần: Dựa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với động cơ, chúng em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều khiển trở phanh hãm PLKEB47P5 + 75W/780W của hãng OMRON có các thông số như sau: Điện áp danh định: 3 pha 400VAC. Cấu trúc bảo vệ: Loại kín lắp trên tường (NEMA1 và IP20). Công suất tải động cơ tối đa: 7,5KW. a.Các chức năng thuận tiện khi sử dụng biến tần 3G3MV - A4075: + Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnh FREQ ở mặt điều khiển trước. + Dễ bảo trì, quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế. Tuổi thọ của quạt có thể kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tần bắt đầu hoạt động. + Triệt tiêu sóng hài: có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quả hơn cuộn kháng AC thông thường; hoặc có thể kết hợp cả hai để tăng hiệu quả. + Tương thích với RS - 422/485 và Compobus/D: Các bộ 3G3MV đều có sẵn RS - 422/485 cho truyền tin nối tiếp theo giao thức ModBus. Ngoài ra 3G3MV có thể lắp thêm một card mạng Compobus/D tuỳ chọn cho giao tiếp với mạng DeviceNet. Chỉ một trong hai loại truyền tin trên là có thể sử dụng tại một thời điểm. b.Kí hiệu: Hình I.10. Trong đó: Hình I.11. c.Sơ đồ nối dây: Hình I.12. Sơ đồ nối dây của biến tần. Trong sơ đồ nối dây ở trên ta có: U/T1, V/T2, W/T3: Đầu ra motor. R/L1, S/L2, T/L3: S1: Đầu vào quay thuận/Dừng. S2,S3: Đầu vào đa chức năng 1. SC: Đầu vào chung logic trình tự. d.Hành trình của thang máy: Hình I.13 Hành trình lên: + Ban đầu khi thang máy đi lên thì: Cấp điện cho phanh điện từ: KB ON Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: ON Tiếp điểm 10003: ON Tiếp điểm 10004: ON Tiếp điểm 10005: OFF + Khi gần đến tầng thì biến tần điều khiển động cơ giảm tốc, lúc đó: Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: ON Tiếp điểm 10003: ON Tiếp điểm 10004: OFF Tiếp điểm 10005: ON + Khi dừng thì: Cắt phanh điện từ: KB OFF Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: OFF Hành trình xuống: tương tự như hành trình lên. e.Đặt đường cong V/f (n11 đến n17): Đặt đường cong V/f sao cho mômen đầu ra motor được điều chỉnh đến mức mômen tải yêu cầu. 3G3MV có sẵn chức năng tăng momen tự động . Do đó một mức tối đa là 150% momen bình thường có thể được đưa ra đầu ra ở tần số 3Hz mà không cần thay đổi thông số mặc định nếu không cần phải thay đổi đặc tính momen. Ta có bảng khoảng đặt, đơn vị đặt các giá trị tần số, điện áp. Khoảng đặt Đơn vị đặt n11 Tần số max ( FMAX) 50 - 400 (Hz) 0.1 Hz n12 Điện áp max (VMAX) 1 - 255 (V) 1V n13 Tần số điện áp max (FA) 0.2 - 400 (Hz) 0.1 Hz n14 Tần số ra giữa (FB) 0.1 - 399,9 (Hz) 0.1 Hz n15 Điện áp tần số ra giữa (VC) 1 - 255 (V) 1V n16 Tần số ra min (FMIN) 0.1 - 10.0 (Hz) 0.1 Hz n17 Điện áp tần số ra min (VMIN) 1 - 50 (V) 1V Hình I.14. Chú ý: Tải trục đứng hay tải với ma sát trượt lớn có thể yêu c