Thang máy xây dựng này xử lý việc kiểm soát tốc độ thay đổi tần số như thế nào so với thang máy xây dựng sử dụng động cơ tốc độ cố định?

Thang máy xây dựng được trang bị bộ điều khiển tốc độ biến tần (VFD) hiệu suất vượt trội có thể đo lường được so với những loại sử dụng động cơ tốc độ cố định - về sự thoải mái khi lái xe, tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cơ học và độ an toàn tổng thể. Đối với bất kỳ ứng dụng thang máy công trường hiện đại nào, công nghệ VFD không chỉ đơn giản là một lựa chọn cao cấp; đó là sự lựa chọn hợp lý về mặt vận hành và kinh tế.

Tìm hiểu hệ thống động cơ tốc độ cố định trong thang máy xây dựng

Động cơ tốc độ cố định hoạt động ở một tốc độ không đổi duy nhất được xác định bởi tần số nguồn điện lưới - 50 Hz hoặc 60 Hz tùy theo khu vực. Trong thang máy của công trường xây dựng sử dụng công nghệ này, động cơ sẽ chạy ở tốc độ tối đa hoặc dừng hoàn toàn. Không có trạng thái trung gian. Khi lồng khởi động, động cơ sẽ ngay lập tức tạo ra dòng điện tối đa, tạo ra một chấn động cơ học sắc nét. Khi nó dừng lại, phanh cơ khí sẽ hoạt động đột ngột để giữ lồng.

Hành vi bật tắt này có một số hậu quả được ghi chép rõ ràng. Dòng khởi động tăng vọt trong động cơ thang máy xây dựng tốc độ cố định là 5 đến 8 lần dòng điện định mức , trong đó nhấn mạnh đồng thời nguồn cung cấp điện, cuộn dây động cơ và các bộ phận truyền động cơ khí. Theo thời gian, tải sốc lặp đi lặp lại này sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của bánh răng, khớp nối và bề mặt phanh. Khoảng thời gian bảo trì rút ngắn và chi phí thay thế linh kiện tăng đáng kể theo tuổi thọ của thiết bị.

Cách điều khiển truyền động tần số thay đổi hoạt động trong thang máy xây dựng

Ổ đĩa tần số thay đổi - còn được gọi là biến tần hoặc VFD - điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số và điện áp của nguồn điện cung cấp cho động cơ. Thay vì chuyển trực tiếp từ 0 sang hết công suất, bộ truyền động sẽ tăng tần số dần dần từ 0 Hz lên đến tần số hoạt động định mức, sau đó giảm dần một cách trơn tru khi đến gần tầng đích.

Trong thang máy công trường được trang bị VFD, điều này chuyển thành cấu hình chuyển động với ba giai đoạn riêng biệt:

1. Giai đoạn tăng tốc: Lồng tăng tốc mượt mà từ trạng thái nghỉ đến tốc độ di chuyển định mức trong thời gian tăng tốc có thể lập trình - thường là 3 đến 6 giây.
2. Giai đoạn tốc độ không đổi: Lồng di chuyển ở tốc độ định mức tối đa, thường từ 0,6 m/s đến 1,8 m/s tùy thuộc vào kiểu thang máy xây dựng.
3. Giai đoạn giảm tốc: Bộ truyền động giảm tần số dần dần, làm chậm lồng đến tốc độ trượt gần bằng 0 trước khi phanh hoạt động - đạt được độ chính xác ở mức sàn trong vòng ±10 mm trong các hệ thống được điều chỉnh tốt.

Cấu hình chuyển động được điều khiển này giúp loại bỏ cú sốc cơ học đặc trưng khi vận hành ở tốc độ cố định và tạo nền tảng cho mọi lợi thế về hiệu suất mà thang máy xây dựng được điều khiển bằng VFD có được so với các thang máy có tốc độ cố định.

Tiêu thụ năng lượng: VFD so với tốc độ cố định trong hoạt động hàng ngày

Hiệu quả năng lượng là một trong những khác biệt đáng kể nhất về mặt tài chính giữa hai loại hệ thống. Động cơ tốc độ cố định tiêu thụ dòng điện cực đại mỗi lần khởi động, bất kể tải thực tế trong lồng là bao nhiêu. Một thang máy ở công trường xây dựng tải nhẹ chạy hết công suất động cơ sẽ gây lãng phí năng lượng trong mỗi chu kỳ.

Hệ thống VFD giải quyết vấn đề này một cách trực tiếp. Bằng cách kết hợp công suất động cơ với nhu cầu tải thực tế và loại bỏ các đột biến dòng điện khởi động, thang máy xây dựng được điều khiển bằng VFD thường tiết kiệm năng lượng ở mức 20% đến 35% so với các mô hình tốc độ cố định tương đương trong điều kiện vận hành thực tế. Đối với một dự án xây dựng chạy hai ca mỗi ngày trong 12 tháng, sự khác biệt này có thể giúp giảm chi phí điện hàng nghìn euro hoặc đô la - một lợi tức hấp dẫn cho khoản đầu tư ban đầu cao hơn vào công nghệ VFD.

Một số mẫu thang máy tiên tiến tại công trường xây dựng có hệ thống VFD cũng kết hợp phanh tái tạo - cung cấp năng lượng được tạo ra trong quá trình quay trở lại lưới điện của tòa nhà. Tùy thuộc vào chu kỳ làm việc và kiểu tải, khả năng phục hồi tái sinh có thể bù đắp lượng điện năng bổ sung 10% đến 15% tổng năng lượng tiêu thụ.

Sự thoải mái khi đi xe và an toàn cho hành khách

Đối với thang máy vận chuyển nhân sự ở công trường xây dựng, sự thoải mái khi đi xe ảnh hưởng trực tiếp đến sự mệt mỏi và nhận thức về an toàn của người lao động. Hành vi khởi động-dừng đột ngột của động cơ tốc độ cố định tạo ra các cú giật khi tăng tốc có thể khiến công nhân mang dụng cụ hoặc vật liệu mất thăng bằng, đặc biệt là trong giai đoạn giảm tốc khi phanh cơ khí kích hoạt đột ngột.

Thang máy xây dựng được điều khiển bằng VFD loại bỏ vấn đề này. Các đường cong tăng tốc và giảm tốc mượt mà giữ các giá trị giật — tốc độ thay đổi gia tốc — trong giới hạn thoải mái. Các tiêu chuẩn ngành dành cho tời nâng nhân sự khuyến nghị các giá trị giật dưới đây 2 m/s³ ; thang máy xây dựng VFD được điều chỉnh tốt luôn đạt được các giá trị trong khoảng 0,8 đến 1,2 m/s³ , trong khi hệ thống tốc độ cố định thường vượt quá 3 m/s³ trong quá trình khởi động và phanh.

Đây không chỉ đơn thuần là một sự cân nhắc thoải mái. Các khung quy định bao gồm EN 12159 dành cho tời xây dựng đề cập rõ ràng đến hoạt động động của lồng trong quá trình khởi động và dừng, đồng thời hệ thống VFD được bố trí tốt hơn nhiều để tuân thủ các yêu cầu này mà không cần giảm chấn cơ học bổ sung.

So sánh chi phí bảo trì và hao mòn cơ học

Tác động cơ học của việc khởi động và dừng cứng lặp đi lặp lại trên thang máy ở công trường có tốc độ cố định sẽ tích tụ nhanh chóng. Các thành phần bị ảnh hưởng nhiều nhất bao gồm:

• Bề mặt phanh: Hệ thống tốc độ cố định sẽ tác động vào phanh ở tốc độ cao, khiến lớp lót bị mòn nhanh chóng. Khoảng thời gian thay thế thường là 3 đến 6 tháng một lần khi sử dụng nhiều.
• Truyền động thanh răng và bánh răng: Tải sốc khi khởi động tạo ra ứng suất tác động lên răng bánh răng, làm tăng nguy cơ mỏi bề mặt và rỗ.
• Cuộn dây động cơ: Dòng điện khởi động lặp đi lặp lại làm suy giảm lớp cách điện của cuộn dây theo thời gian, làm giảm tuổi thọ của động cơ.
• Kết nối kết cấu: Rung động truyền qua cột và dây buộc làm tăng ứng suất mỏi lên các chốt và điểm neo.

Ngược lại, thang máy xây dựng được trang bị VFD chỉ cài phanh sau khi lồng đã giảm tốc xuống tốc độ gần bằng 0, ước tính giảm độ mòn của phanh. 40% đến 60% so với các thiết bị tương đương có tốc độ cố định. Tổng chi phí bảo trì trong chu kỳ dự án 18 tháng thông thường thấp hơn đáng kể, bù đắp một phần hoặc toàn bộ giá mua hệ thống VFD cao hơn.

Bảng so sánh hiệu suất trực tiếp

Bảng sau đây cung cấp sự so sánh có cấu trúc của các thông số vận hành chính giữa thang máy xây dựng được điều khiển bằng VFD và tốc độ cố định:

Tính linh hoạt về tốc độ và khả năng thích ứng trong vận hành

Một lợi thế thực tế của thang máy xây dựng được điều khiển bằng VFD thường bị đánh giá thấp là tính linh hoạt trong vận hành. Vì tần số truyền động có thể lập trình được nên người quản lý địa điểm có thể định cấu hình các cấu hình tốc độ khác nhau cho các trường hợp sử dụng khác nhau mà không cần bất kỳ sửa đổi cơ học nào.

Ví dụ: thang máy của công trường xây dựng chở các vật liệu dễ vỡ như tấm kính hoặc các bộ phận ốp hoàn thiện trước có thể được vận hành ở tốc độ giảm - chẳng hạn 0,4 m/s thay vì 1,0 m/s — chỉ đơn giản bằng cách điều chỉnh tần số đầu ra tối đa trong cài đặt biến tần. Thang máy tương tự có thể quay trở lại tốc độ định mức tối đa để vận chuyển vật liệu rời mà không có bất kỳ thay đổi phần cứng nào. Động cơ tốc độ cố định không có khả năng tương đương; cần có động cơ thứ hai hoặc giai đoạn giảm tốc độ cơ học riêng biệt để đạt được kết quả tương tự.

Tính linh hoạt này cũng hỗ trợ các yêu cầu dự án theo từng giai đoạn. Trong giai đoạn đầu của một dự án xây dựng khi kết cấu thấp hơn và thời gian chu kỳ ngắn, thang máy tại công trường có thể được cấu hình để có tốc độ vừa phải. Khi cấu trúc tăng lên và việc giảm thiểu thời gian chu kỳ trở nên quan trọng đối với việc lập kế hoạch thực hiện, cài đặt VFD có thể được cập nhật để tối đa hóa thông lượng - thực hiện tất cả mà không cần bất kỳ chi phí vốn nào cho việc thay đổi thiết bị.

Tích hợp với Hệ thống An toàn Thang máy Xây dựng Hiện đại

Hệ thống VFD không hoạt động biệt lập trong thang máy công trường hiện đại. Chúng được tích hợp chặt chẽ với kiến ​​trúc điều khiển dựa trên PLC, giao tiếp theo thời gian thực với các cảm biến tải, thiết bị chống rơi, hệ thống khóa liên động cửa và nền tảng giám sát từ xa.

Sự tích hợp này cho phép thực hiện một số hành vi nâng cao an toàn mà các hệ thống tốc độ cố định không thể sao chép:

• Giảm tốc độ thích ứng với tải: Khi cảm biến tải trọng phát hiện tải gần đạt mức tối đa, VFD có thể tự động giảm tốc độ di chuyển để giảm ứng suất cơ học lên hệ thống truyền động.
• Phản ứng tốc độ gió: Một số mô hình thang máy xây dựng tích hợp dữ liệu máy đo gió; khi tốc độ gió vượt quá giới hạn an toàn, VFD sẽ tự động giảm tốc độ trước khi yêu cầu dừng hoạt động hoàn toàn.
• Sự sụt giảm được kiểm soát bởi trạng thái lỗi: Trong trường hợp mất điện bất thường, hệ thống VFD có tụ điện dự phòng có thể thực hiện việc giảm tốc độ thấp có kiểm soát để hạ cánh gần nhất thay vì dừng phanh khẩn cấp.
• Bảo vệ nhiệt: Biến tần giám sát nhiệt độ động cơ và có thể giảm tốc độ hoặc chu kỳ làm việc trước khi kích hoạt ngắt nhiệt, ngăn chặn thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

Khi nào thang máy xây dựng tốc độ cố định vẫn được xem xét?

Bất chấp những lợi thế rõ ràng về hiệu suất của công nghệ VFD, thang máy xây dựng tốc độ cố định vẫn giữ một vai trò trong các tình huống cụ thể. Kiến trúc điện đơn giản hơn của chúng có nghĩa là chi phí mua thấp hơn và sửa chữa hiện trường dễ dàng hơn ở những nơi không có sẵn các kỹ thuật viên VFD chuyên nghiệp. Đối với các ứng dụng ở mức thấp - các công trình dưới 30 mét - trong đó số lần khởi động hàng ngày bị hạn chế và chất lượng lái xe ít quan trọng hơn, việc đầu tư bổ sung vào hệ thống VFD có thể không hợp lý về mặt kinh tế.

Tương tự, tại các thị trường nơi việc thuê thang máy tại công trường được ưu tiên hơn quyền sở hữu, nhà điều hành đội xe có thể tiêu chuẩn hóa các mô hình tốc độ cố định để đơn giản hóa việc tồn kho phụ tùng thay thế và bảo trì tại hiện trường. Trong những bối cảnh này, sự đơn giản về mặt cơ học của bộ truyền động tốc độ cố định là một lợi thế thực tế hơn là một hạn chế.

Điều đó nói lên rằng, đối với bất kỳ thang máy tại công trường xây dựng nào được triển khai trong dự án trung bình hoặc cao tầng - đặc biệt là thang máy liên quan đến vận chuyển nhân sự thường xuyên - các đối số về chi phí vận hành, an toàn và vòng đời đối với việc kiểm soát VFD đều hấp dẫn và được hỗ trợ tốt bởi dữ liệu thực tế.

Điều khiển tốc độ truyền động tần số thay đổi thể hiện sự tiến bộ cơ bản trong công nghệ thang máy xây dựng. So với các hệ thống động cơ tốc độ cố định, thang máy công trường được trang bị VFD mang lại chuyển động mượt mà hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn, giảm hao mòn cơ học, vận hành linh hoạt hơn và tích hợp sâu hơn với kiến trúc an toàn hiện đại . Đối với các nhóm dự án đánh giá thông số kỹ thuật của thang máy xây dựng, việc kiểm soát VFD phải được coi là yêu cầu cơ bản cho bất kỳ ứng dụng nào trong đó an toàn nhân sự, tuổi thọ của thiết bị và tổng chi phí sở hữu được ưu tiên hơn giá mua ban đầu.