tổng quan về dây truyền tráng nhựa

Bơm hút nguyên liệu đ ợc lai bởi động cơ xoay chiều ba pha có một cấp tốc độ, lai một lò xo trong ống dẫn liệu để tải nguyên liệu đ a đến cửa đẩy của bơm đến phễu cấp liệu, nằm ngay trên

Tổng quan về dây truyền tráng nhựa

1.1 Giới thiệu chung

Dây truyền tráng nhựa gồm ba bộ phận chính sau:

Bộ phận cấp liệu:

Bộ phận này là nơi cung cấp nguyên liệu đã trộn sẵn với đầy đủ các thành phần đáp ứng yêu cầu của sản phẩm Bơm hút nguyên liệu đ ợc lai bởi động cơ xoay chiều ba pha có một cấp tốc độ, lai một lò xo trong ống dẫn liệu để tải nguyên liệu đ a đến cửa đẩy của bơm đến phễu cấp liệu, nằm ngay trên máy tráng, nguyên liệu từ bơm đ ợc hút

động cơ một chiều kích từ độc lập để lai hai quả lô tráng

1.2 Bộ điều khiển cho động cơ chính máy tráng nhựa

A.Bộ điều khiển BKD:

Là thiết bị dùng để điều khiển cầu chỉnh l u ba pha, từ đó thay đổi

điện áp ra của cầu cấp cho phần ứng của động cơ một chiều, để thay

đổi tốc độ động cơ

Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển này nh sau: Phần ứng của động cơ

đợc cấp nguồn một chiều sau cầu chỉnh l u có điều khiển Phần kích từ

đợc cấp nguồn một chiều sau cầu chỉnh l u ba pha không có điều khiển Tốc độ của động cơ đợc thay đổi bằng cách thay đổi góc mở của

tiristo trong bộ điều khiển, từ đó thay đổi điện áp cấp cho phần ứng

động ứng động cơ Để thay đổi góc mở cho tiristo, ta thay đổi thời

điểm phát xung mở các tiristo trong khi dòng điện kích từ là không

đổi Việc tự động điều khiển tốc độ động cơ đ ợc thực hiện bằng hai mạch vòng: mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện

A, Nguyên lý làm việc:

Tốc độ đặt trớc nD đợc lấy từ chiết áp trên điều khiển

Cuộn dây kích từ của động cơ đợc cấp nguồn từ lới điện xoay chiều một pha qua bộ chỉnh lu cầu không điều khiển( cầu chỉnh l u diot) Phần ứng của động cơ đợc cấp nguồn từ nguồn xoay chiều ba pha, qua cầu chỉnh lu ba pha có điều khiển gồm có 6 tiristo Bộ biến đổi có đảo chiều tự nhiên này có nhiệm vụ nhận điện xoay chiều 3 pha, biến đổi thành nguồn 1 chiều cấp cho phần ứng động cơ

Động cơ một chiều lai máy phát tốc đ a về để phản hồi âm tốc độ Khi

sử dụng khâu phản hổi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính cơ của động cơ UG = k.n

Phản hồi tốc độ do máy phát tốc đ a về phản hồi âm tốc độ Khi sử dụng khâu phản hồi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính cơ của động cơ sẽ cứng hơn và hệ thống làm việc ổn định hơn

Điện áp trung bình phần ứng quyết định tốc độ quay của động cơ Tốc

độ quay của động cơ chỉ phụ thuộc vào góc mở của tiristo

Bộ biến đổi có điều chỉnh góc mở của tiristo tới một giá trị điện áp phần ứng đợc dùng để khắc phục điện áp rơi trên điện trở mạch phần ứng đó chính là giới hạn của góc mởα Góc mởα đợc mở dần để tốc

độ tăng lên cho tới khi bằng đúng tốc độ đặt, để giới hạn điện áp đặt vào phần ứng Tránh trờng hợp dòng phần ứng tăng đến một giá trị lớn, gây quá dòng khi mở góc α quá nhỏ, đó chính là giới hạn d ới của

góc mở α (10 o <α <150 o)

Để điều khiển các tirito, thì phải đủ các điều kiện mở Tại mỗi thời

điểm đều có hai tiristo ở hai pha khác nhau đều dẫn một góc là 120o

Trong đó 60 o dẫn với tiristo này và 60 o dẫn với tiristo khác Việc mở tiristo theo nguyên tắc sau: Khi điện áp trên hai van có cùng một giá trị, thì van nào có điện thế tăng sẽ dẫn, van nào có điện thế giảm sẽ ngừng dẫn Mặt khác tại cùng một thời điểm, van nào có điện thế cao hơn thì van đó sẽ dẫn Giá trị điện áp trung bình giữa các cực của cầu chỉnh lu giảm dần khi góc mởα tăng từ 0 o -180 o và điện áp trung bình sau chỉnh lu Uđ T B =0 khi α =90 o và đổi khi α =90 o

B Quá trình điều chỉnh tốc độ:

1.Mạch vòng tốc độ

Tốc độ đặt lấy từ chiết áp trên bàn điều khiển, đ a qua khâu khuyếch

đại và so sánh với tốc độ thực của động cơ do máy phát tốc đ a về

Nếu nD=nT T thì∆n=nD-nT T =0 không có tín hiệu điều khiển qua các khâu tiếp theo và động cơ làm việc ổn định ở tốc độ này

Nếu nD>nT T thì∆n=nD-nT T >0 khi đó có tín hiệu điều chỉnh qua khâu

điều khiển tốc độ Tín hiệu điều khiển này sẽ điều khiển các triger phát xung mở các tiristo sớm hơn t ơng ứng với góc α ↓ Do đó điện áp phần ứng của động cơ tăng lên, dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên khi

đạt tốc độ đặt Máy phát tốc sẽ đo tốc độ này và phản hồi trở lại.Tín hiệu phản hồi sẽ tăng trong khi tín hiệu đặt lại không thay đổi nên tín hiệu điều khiển phải giảm dần

∆n1=nD-nT T <∆n Do đó tín hiệu điều khiển phát xung mở tiristo giảm dần và tốc độ động cơ tăng với l ợng nhỏ hơn ban đầu để dần với tốc

độ đặt

Khi nT 1 =nD thì tín hiệu điều khiển =0 khi đó động cơ công tác ở tốc

độ đặt Nhng do quán tính nT T có thể sai lệch nhỏ so với tốc độ đặt và qua trình điều khiển trong thực tế có thể dao động nhỏ

Khi nD<nT T thì tín hiệu điều khiển sẽ điều khiển các triger phát xung

mở các tiristo muộn hơn ứng với góc α ↑ Do đó điện áp phần ứng

động cơ giảm, kéo theo sự giảm của tốc độ đến khi bằng tốc độ đặt thì

hệ thống điều khiển dừng lại

2.Mạch vòng dòng điện

Do mạch vòng tốc độ có các sai lệch một cách liên tục và thay đổi tốc

độ một cách đột ngột sẽ dẫn đến sự thay đổi nhảy vọt của dòng điện phần ứng gây ảnh hởng xấu tới các tiristo

Vì vậy để tự động hạn chế dòng điện, ta sử dụng mạch phản hồi

dòng.Tín hiệu đầu ra của bộ khuyếch đại A1 sẽ đ ợc so sánh với các tín hiệu phản hồi dòng điện lấy từ dòng tải của động cơ Chênh lệch giữa hai tín hiệu này cấp cho đầu vào của bộ khuyếch đại A2 Đầu ra của

bộ khuyếch đại A2 bị giới hạn

Mạch phản hồi dòng có phần tử cảm biến dòng một chiều, để đo dòng

điện phần ứng của động cơ Dòng tải của động cơ đ ợc lấy trớc bộ

chỉnh lu sau đó chỉnh lu thành dòng một chiều, đa về so sánh với tín hiệu sau bộ giới hạn dòng

Bộ giới hạn dòng thực chất là một bộ khuyếch đại có đầu ra bị giới hạn Do vậy tín hiệu tải đợc hạn chế ở trị số lớn nhất do bộ khuyếch

đại A1 quyết định Nếu tín hiệu tải tăng và có xu h ớng vợt quá giá trị lớn nhất, thì tín hiệu sai lệch có xu h ớng giảm xuống Do đó tín hiệu

điều khiển tác động vào bộ điều khiển giảm xuống Dẫn tới tín hiệu

điều khiển phát xung mở tiristo giảm, t ơng ứng với tiristo mở trễ hơn(

↑

α ) Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh l u giảm kéo theo sự giảm dòng tải của động

Nh vậy trong hạn chế dòng điện, khi dòng tải lớn, phản hồi dòng điện

đa về sẽ lớn hơn do đó làm giảm điện áp điều khiển và tăng góc mở ở các chu kỳ sau

3.Đo điện áp phần ứng

Trong sơ đồ chức năng còn bố trí thêm một phần tử khác là công tắc chuyển đổi cho phép đo điện áp phần ứng hoặc điện áp ra của máy phát tốc.Để tăng độ tin cậy làm việc cho hệ thống đề phòng tr ờng hợp máy phát tốc có thể lấy tín hiệu phản hồi điện áp phần ứng và công tắc chuyển mạch không đổi và sức điện động tỉ lệ với tốc độ quay Đó là phơng pháp đo điện áp phần ứng UA

Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển này nh sau: Bộ phận tráng nhựa

đ-ợc truyền động bởi động cơ điện một chiều, đ đ-ợc cấp nguồn từ bộ biến

đổi tiristo Đó là bộ chỉnh lu không đảo chiều có điều khiển gồm 12 tiristo mắc song song và ngợc nhau

Phần ứng của động cơ đợc cấp nguồn từ bộ biến đổi BĐ1, bộ biến đổi này làm việc ở chế độ chỉnh lu khi góc α =90 o Bộ biến đổi BĐ2 làm việc ở chế độ chỉnh lu thực hiện hãm động cơ khi gócα <90 o Mỗi bộ biến đổi này gồm có 3 tiristo mắc anôt chung và 3 tiristo mắc katot chung Cuộn kích từ của động cơ đ ợc cấp nguồn từ bộ chỉnh lu bán

điều khiển và cho phép điều khiển giảm từ thông khi có tốc độ v ợt quá giới hạn (n>1800v/p) Hệ thống truyền động tiristo- động cơ đ ợc thực hiện theo hệ thống kín Mạch động lực của động cơ đ ợc cấp nguồn 380

từ biến áp động lực, đa đến bộ biến đổi để chỉnh lu thành dòng 1 chiều cấp cho phần ứng động cơ Điện áp điều khiển sẽ đ ợc cấp tới phần tử

điều khiển, bộ đảo logic sẽ khống chế cho phép biến đổi MR1 và MR2 hoạt động Động cơ quay vòng, dòng điện có nhiệm vụ giảm dòng phần ứng khi tải tăng để bảo vệ cho các tiristo và cho toàn hệ thống

- Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong quá trình khởi động làm việc và hãm theo yêu cầu của phụ tải, ta điều chỉnh theo hai vùng

Trong vùng tốc độ thấp n<nG b = 1800v/p thì tiến hành điều chỉnh điện

áp phần ứng với mômen trên trục động cơ là không đổi Do đó lực kéo cũng thay đổi( M=const,P=var)

Từ phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

n= M

K K

R k

Ua

m E

Nếu coi mômen quay của động cơ và dòng điện kích từ là không

đổi( M= const), thì việc thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ sẽ dẫn đến thay đổi tốc độ quay của nó Ua=f(n) M=KM φIA=const do

IA= Iđ m =const

Công suất động cơ P=

9650

.n M

Do đó P cũng thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ P =f(n) Vậy khi thay đổi tốc độ trong vùng tốc độ thấp, thì điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng khi mômen thay đổi Trong vùng tốc độ thấp cho ta thấy

điện áp phần ứng Ua tăng tuyến tính từ 0 đến Uđm còn IA và IF hầu

.

Do đó đờng đặc tính mômen trong vùng tốc độ này có dạng hình

hypepol

1.Mạch vòng tốc độ

Tốc độ đặt lấy từ chiết áp trên bàn điều khiển, đ a qua khâu khuyếch

đại và so sánh với tốc độ thực của động cơ do máy phát tốc đ a về Nếu nD=nT T thì∆n=nD-nT T =0 không có tín hiệu điều khiển qua các khâu tiếp theo và động cơ làm việc ổn định ở tốc độ này

Nếu nD>nT T thì∆n=nD-nT T >0 khi đó có tín hiệu điều chỉnh qua khâu

điều khiển tốc độ Tín hiệu điều khiển này sẽ điều khiển các triger phát xung mở các tiristo sớm hơn t ơng ứng với góc α ↓ Do đó điện áp phần ứng của động cơ tăng lên, dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên khi

đạt tốc độ đặt Máy phát tốc sẽ đo tốc độ này và phản hồi trở lại.Tín

hiệu phản hồi sẽ tăng trong khi tín hiệu đặt lại không thay đổi nên tín hiệu điều khiển phải giảm dần

∆n1=nD-nT T <∆n Do đó tín hiệu điều khiển phát xung mở tiristo giảm dần và tốc độ động cơ tăng với l ợng nhỏ hơn ban đầu để dần với tốc

độ đặt

Khi nT 1 =nD thì tín hiệu điều khiển =0 khi đó động cơ công tác ở tốc

độ đặt Nhng do quán tính nT T có thể sai lệch nhỏ so với tốc độ đặt và qua trình điều khiển trong thực tế có thể dao động nhỏ

Khi nD<nT T thì tín hiệu điều khiển sẽ điều khiển các triger phát xung

mở các tiristo muộn hơn ứng với góc α ↑ Do đó điện áp phần ứng

động cơ giảm, kéo theo sự giảm của tốc độ đến khi bằng tốc độ đặt thì

hệ thống điều khiển dừng lại

2 Mạch vòng dòng điện

Mạch vòng tốc độ đợc thực hiện nhờ máy phát tốc, cho phép điều

khiển tốc độ của hệ thống một cách chính xác cao Nh ng nhợc điểm của nó là sai lệch một cách liên tục Do sự thay đổi tốc độ một cách

đột biến, nhảy vọt sẽ dẫn đến sự tăng giảm quá mức của dòng điện phần ứng gây ảnh hởng xấu đến các tiristo Vì vậy phải hạn chế dòng

điện phần ứng bằng mạch vòng dòng điện

Dòng điện phần ứng đợc đo bằng các phần tử cảm biến dòng, đ ợc đa trở lại so sánh với tín hiệu ra sau khâu giới hạn dòng Do đó tín hiệu dòng đợc hạn chế ở giá trị lớn nhất nhờ bộ giới hạn dòng này Đó cũng là giá trị điểm ngắt

Nếu dòng tải tăng và có xu hớng vợt khỏi giá trị lớn nhất, thì tín hiệu sai lệch có xu hớng giảm ∆I=IG H-IT I=const- IT I Do đó tín hiệu điều khiển(tín hiệu sai lệch) đặt vào bộ điều khiển dòng cũng giảm Dẫn

đến tín hiệu điều khiển phát xung mở các tiristo giảm, t ơng ứng với các tiristo mở trễ hơn(góc mởα ↑) tức là đầu ra của bộ chỉnh lu giảm

và dòng tải của động cơ giảm đi

Nh vậy trong bộ hạn chế dòng điện, khi dòng tải lớn thì phản hồi dòng

điện lớn Do đó giảm điện áp điều khiển và tăng góc mở các tiristo ở các chu kỳ sau Khi hệ thống điều chỉnh tốc độ có mạch vòng dòng

điện, thì độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm đi, nh ng trong đoạn làm việc lại yêu cầu độ cứng đặc tính cơ để ổn định tốc độ.Do đó trong đoạn công tác phải tìm đợc điểm thích hợp(điểm ngắt)để hệ thống công tác đến

điểm đó phải tự động giảm độ cứng đặc tính cơ Khi bộ phận hạn chế dòng làm việc thì mômen trên trục động cơ sẽ giảm đi cho đến khi mômen cản giảm, thì động cơ lại phải tăng tốc độ đến tốc độ định mức

và công suất động cơ giảm xuống

2.Nguyên lý hoạt động

Trong vùng tốc độ thấp thì động cơ làm việc với giá trị dòng kích từ không đổi IF đ m , đó là giá trị lớn nhất Khi tốc độ động cơ v ợt quá giá trị nđ m thì hệ thống bắt đầu giảm từ tr ờng kích từ Giá trị của điện áp phần ứng UA m a x đợc quyết định bởi điện trở R3 1 Giá trị lớn nhất của dòng điện đợc quyết định bởi điện trở R2 8 và giá trị nhỏ nhất của dòng

điện đợc quyết định bởi điện trở R3 9

Nguồn điện áp 380V cấp cho biến áp T1 để cấp tín hiệu đồng bộ đến

bộ tạo xung, kết hợp với bộ biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều để cấp nguồn 24V hoặc 15V đến mạch kiểm tra và mạch

điều khiển Đồng thời nguồn điện áp này còn cấp cho cầu chỉnh l u 1 pha không đối xứng, để cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ độc lập

F1F2 của động cơ Cầu chỉnh lu không đối xứng này gồm có 2 điod và tirito và chỉ có thể làm việc ở chế chỉnh l u mà không thể hoạt động đ-

ợc ở chế nghịch lu

Điện áp phần ứng UA của động cơ đợc đa tới chân 1,2 của bộ khuếch

đại V1 Sau đó đợc khuếch đại và đổi dấu, do đó tín hiệu điện áp phầ ứng bây giờ là [-UA] Tín hiệu này sẽ đợc đa đến mạch cộng đảo V1

(Bộ điều chỉnh điện áp phần ứng) cùng với các tín hiệu khác nh tín hiệu cho phép giảm từ trờng kích từ tới Ifmin và tín hiệu Uamax từ

điện trở R3 4 đa về

Giả sử động cơ cha quay (UA=0) Rơ le khởi động 3K1 cha có điện, tiếp điểm 3K1(4.5)=1 Nguồn điện áp mang giá trị âm đ a đến trớc đầu vào chân 8 của V1 Vì UA m a x > [-U] nên tín hiệu vào mang dấu + do đó tín hiệu ra của chân 10 của V1 mang giá trị âm

Khâu phản âm dòng kích từ có nhiệm vụ ổn định dòng kích từ trong vùng làm việc không đổi với giá trị dòng kích từ không đổi Im a x (Iđ m),

đợc điều chỉnh bởi chiết áp R2 8 Giá trị này đợc so sánh với giá trị kích từ thực tế đợc đa về qua V4 0 đóng vai trò là khâu phản hồi âm dòng

Nếu IF = Im a x thì toàn bộ tín hiệu điều khiển sẽ đ ợc đặt lên chân 1 và

V2 Giá trị điện áp điều khiển và giá trị dòng kích từ là không đổi Nếu IF < Im a x thì tín hiệu điều khiển đặt vào chân 1 của V2 tăng Do đó

Us t cũng tăng về giá trị (âm hơn) và V3 phát xung sớm hơn Tức là điện

áp sau chỉnh lu sẽ tăng và dòng kích từ tăng cho đến khi bằng Im a x thì

hệ thống làm việc ổn định tại giá trị dòng kích từ này

Rơle K1 khống chế sự hoạt động của mạch phần ứng Khi ch a có dòng kích từ thì động cơ cha đợc phép hoạt động và cha điều khiển điện áp

đặt vào phần ứng động cơ.Tiếp điểm của K1 chỉ đóng khi giá trị dòng kích từ đã thỏa mãn điều kiện IF > IF m i n Khi K1 cha đóng tiếp điểm thì A3:3 và X3:4 sẽ hở mạch, do đó rơle 3K4 mất điện Rơle 3K1 mất

điện và động cơ không hoạt động đ ợc

Nếu tốc độ động cơ vợt quá giới hạn cho phép n > nG h, lúc này động cơ sẽ làm việc với công suất không đổi Khi đó điện áp phần ứng tăng tới giá trị UA = Um a x Nên tín hiệu tại chân 8 của V1 có giá trị bằng 0, tín hiệu tại chân 10 của V1 có giá trị bằng không Do đó tín hiệu vào chân 1 và V2 giảm đi(bớt âm hơn), giá trị điện áp điều khiển Us t bớt

âm Nh vậy xung điều khiển phát ra sẽ muộn hơn và điện áp đặt vào cầu chỉnh lu không đối xứng sẽ giảm đi, dẫn đến dòng kích từ sẽ giảm

Trong vùng tốc độ n > nG h tín hiệu đã đợc giảm này đóng vai trò là

điện áp một chiều US D điều khiển cho bộ phát xung V3 Tín hiệu điện

áp đồng bộ qua biến áp T1 (tín hiệu này đồng bộ với điện áp đặt trên Anôt- Katôt của Tiristo G1, G2 cũng đợc đa tới V3 Tại đây tín hiệu

điện áp đồng bộ đợc so sánh với tín hiệu điều khiển Xung điều khiển này sẽ đợc đặt lên cực bazơ của Tranzito V4, V5 một điện áp Tranzito này dẫn Tức là đặt lên cực điều khiển của tiristo một xung điều khiển

và tiristo dẫn Lúc này giá trị của tín hiệu điện áp cấp cho cuộn kích

từ độc lập là UK T < UK T đ m của động cơ Do vậy giá trị dòng kích từ này

có giá trị nhỏ hơn dòng kích từ định mức IF< IF đ m Giả sử tại thời điểm

t góc điều khiển là α , là thời điểm phát xung mở tiristo G1 và G2 sẽ

dẫn dòng khép mạch qua +E→G1 →F1F2→D2→E.

Khi điện áp bắt đầu đổi dấu(ở chu kỳ âm) và trong phạm vi 0-α thì D1

dẫn ngay và G1 khoá lại Dòng sẽ khép kín qua G1→F1F2 →D2→G1,

nên coi nh là ngắn mạch nguồn và điện áp chỉnh l u Ud=0 Đến thời

điểmθ = α + π phát xung điều khiển mở tiritos G2, dòng tải

-E→D1→F1F2→G2→+E và diod D2 bị khoá lại Nh vậy góc dẫn của

mỗi tiristo làπ − α.

Bằng cách thay đổi giá trị điện áp điều khiển, có thể thay đổi thời

điểm phát xung điều khiển Từ đó thay đổi điện áp đặt vào cầu chỉnh

lu, nghĩa là kích từ trong động cơ trong vùng tốc độ cao mà vẫn đảm bảo công suất động cơ không đổi

Mô hình toán học của động cơ điện một chiều

Phần ứng động cơ đợc biểu diễn bởi vòng tròn có sức điện động E, CKD: Cuộn dây kích từ độc lập

CF: Dây quấn cực từ phụ

CB: Cuộn bù

1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều

Khi đặt lên cuộn dây kích từ một điện áp Uk thì trong dây kích từ sẽ

có dòng điện Ik và do đó trong mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ Tiếp đó đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng, thì trong cuộn dây phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua Tơng tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo lên mômen điện từ (mô men quay) đ -

ợc quay nh sau:

ME = kΦI (1)

Trong đó:

k: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cấu trúc của máy

Mô men điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các cuộn dây phần ứng quét qua từ thông và trong các dây dẫn cảm ứng sức điện động: