Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện, điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

MÃ SỐ: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS VÕ QUANG LẠP PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

Thái Nguyên - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Nga

Sinh ngày: 22 tháng 01 năm 1983

Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Trường Trung học Phổ thông Yên Thủy B

Tôi xin cam đoan những gì tôi viết trong luận văn này là do sự tổng hợp

và nghiên cứu theo định hướng của giáo viên hướng dẫn không sao chép của người khác

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS Võ Quang Lạp tác giả đã hoàn thành luận văn với đề tài:

“Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí

nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ”

Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS Võ Quang Lạp người đã trực tiếp giảng dạy và dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp, các thầy cô giáo trong Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn của mình

Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Thái nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2

1.1 Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp 2

1.1.1 Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế 5

1.1.1.1 Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh 5

1.1.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông 7

1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định lượng 8

1.2.1 Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng 8 1.2.2 Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 9 1.2.2.1 Nguyên lý đo theo năng suất 9

1.2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng 10

1.2.3 Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng 10 1.2.3.1 Loại phụ tải 10

1.2.3.2 Chiều quay của băng 11

1.2.3.3 Giản đồ phụ tải 11

1.2.3.4 Các yêu cầu về khởi động và hãm 12

1.2.3.5 Sơ đồ động học 13

1.2.3.6 Hệ truyền động nhiều động cơ 13

1.2.3.7 Độ chính xác 13

1.2.3.8 Dải điều chỉnh 13

1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng 13

1.3.2 Hệ điều khiển dùng cảm biến 14

1.4 Các phương án truyền động cho cân băng 15

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 25

2.1 Nội dung thực nghiệm 25

2.1.1 Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ: 25

2.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý: 26 2.1.2.2 Nguyên lý làm việc 27 2.1.2.3 Bố trí thiết bị trên Module: 32

2.2 Kết quả thực nghiệm 38

2.2.1.1 Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung 38 2.2.1.2 Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung 38 2.2.1.3 Khâu sửa xung và gửi xung 39

2.2.2.1 Thí nghiệm 1: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P 39 2.2.2.2 Thí nghiệm 2: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI …40 2.2.2.3 Thí nghiệm 3:động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P

……….41 2.2.2.4 Thí nghiệm 4: động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển PI …

……….42

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 44

3.1 Ứng dụng hệ truyền động T- Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng 44 3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng 44

3.1.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ổn định khối lượng 45

3.1.2.1 Tổng hợp hệ T- Đ 45 3.1.2.2 Tổng hợp mạch vòng ổn định khối lượng 49 3.2 Mô phỏng hệ truyền động cân băng với các bộ điều khiển PID 52

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 ĐHCN Đại học Công nghiệp

2 CBĐL Cân băng định lượng

3 ĐC Động cơ điện một chiều

4 ADC Analog Digital Convert

5 DAC Digital Analog Convert

6 PWM Bộ biến đổi xung điện áp

7 XA-Đ Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền 4 Hình 1.2 Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng 6 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng 6 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tông 7 Hình 1.5 Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần 8 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng 9 Hình 1.7 Đồ thị công suất và momen cản tĩnh 11

Hình 1.10 Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực 14 Hình 1.11 Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số 15 Hình 1.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ 16

Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái tĩnh ổn định hệ thống điều chỉnh tốc

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của chỉnh lưu hình cầu 3

Hình 2.3 Sơ đồ khối một kênh tạo xung 28 Hình 2.4 Sơ đồ tạo xung cho một kênh 30

Hình 2.5 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân bằng 31 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha 32 Bảng 2.1 Chức năng của các thiết bị trên modul 34

Bảng 2.2 Chức năng của các thiết bị tín hiệu và đóng ngắt trên mạch

Hình 2.7 Hệ tải DC1 - DC2 và máy phát tốc 36 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm truyền động điện 37 Hình 2.9 Điện áp khâu đồng bộ hóa 38 Hình 2.10 Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa 38 Hình 2.11 Điện áp khâu sửa xung và gửi xung 39 Hình 2.12 Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P 40 Hình 2.13 Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI 41 Hình 2.14 Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển P 41 Hình 2.15 Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển PI 42

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định khối lượng cân

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 45 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor 45 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 47 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 47 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 48 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng 49 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng ổn định khối lượng 50 Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng 51 Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 52

Hình 3.11 Các tín hịệu khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị của khối

lượng đặt đầu vào φ đặt = 10 (V), I = 8,7 (A) 54 Hình 3.12 Quan hệ giữa  và  56

MỞ ĐẦU

1 Mục tiêu của luận văn

Cân băng định lượng được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng này Song để đáp ứng giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở thí nghiệm của Trường Đại học

kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và

khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện

- điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng”

Kết quả đề tài vừa có ý nghĩa thực tế, vừa có tính khoa học

2 Mục tiêu của nghiên cứu

- Tìm hiểu yêu cầu về truyền động cân băng định lượng

- Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hệ truyền động ở phòng thí nghiệm để từ đó đề xuất truyền động cho cân băng định lượng

- Trên cơ sở hệ truyền động ở phòng thí nghiệm đã tính toán đánh giá

để soa sánh kết quả với nhau

- Ứng dụng hệ truyền động ở phòng thí nghiệm cho điều khiển cân băng định lượng đồng thời tính toán đánh giá chất lượng hệ chuyển động này

3 Nội dung của luận văn

Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:

Chương 1: Tổng quan về cân băng định lượng

Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng hệ T- Đ tại phòng thí nghiệm Trường ĐHKT Công nghiệp Thái nguyên cho điều khiển cân băng định lượng

Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1.1 Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp

Trong các dây chuyền sản xuất tự động của các nhà máy như :nhiệt điện, xi măng, chế biến thức ăn gia xúc hay chế biến thực phẩm… ta nhận thấy rằng để pha trộn nguyên liệu theo một tỉ lệ nhất định và cân được khối lượng các nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm thì người ta đều sử dụng hệ thống cân băng định lượng

 Chẳng hạn như cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng

thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của công nghệ sản xuất xi măng lò đứng Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ thống cân băng định lượng điều khiển bằng máy vi tính Hệ thống gồm 06 bộ cân băng được đặt dưới đáy các xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao Nhiệm vụ chính của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lưu lượng và điều khiển lượng nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra

Nguyên liệu từ đáy các xilo được trút lên mặt các băng tải cân băng qua

hệ thống cấp liệu Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau (vận chuyển các nguyên liệu khác nhau với 1 lưu lượng khác nhau) nhằm mục đích khống chế và điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lưu lượng liệu nhận được ứng với giá trị đặt trước theo yêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn hoặc bằng giá trị cho phép

Hệ thống 06 cân băng định lượng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao

su và băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã được phối) đổ vào máy ngiền bi thực hiện nghiền thành bột liệu Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn (về kích thước) sẽ được hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại

Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:

Đá1: từ (29  37%) Đá2 : từ (32  40%) Quặng sắt : 6%

Than đá : 16%

Đất sét : 4%

Thạch cao : 5%

 Cân băng định lượng ở nhà máy nhiệt điện nằm trong hệ thống

nghiền than và vận chuyển than nghiền Tức là than cấp cho lò hơi sẽ được nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồi được thổi phun vào trong buồng đốt Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình đốt bụi than nghiền tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo sự thay đổi của lưu lượng than cấp Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng mà dung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa vào buồng đốt Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều

lò đốt Thực hiện được điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lò có kích

cỡ và các hệ thống lưu thông dòng than tương ứng với từng lò

Hệ thống nghiền than bao gồm có bộ phận cơ bản:

Hệ thống cấp than

Hệ thống nghiền và phân loại than

Hệ thống luồng không khí và quạt thổi hút

Hệ thống sấy than nghiền

* Hệ thống cấp và nghiền than

Hệ thống nghiền than cho 1 lò gồm 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền gồm 2 boongke than nguyên, 2 máy thứ cấp than nguyên, máy nghiền có cấu tạo đầu ra kép, 2 bộ phận phân ly than thô, hệ thống thông gió cấp 1 và các hệ thống liên quan để sấy và cấp than được nghiền tới 32 rãnh vòi đốt than bột Các boongke than nguyên liệu liên tục được cấp đầy bằng hệ thống băng tải Ở máy nghiền, than được nghiền nhỏ với kích cỡ đạt yêu cầu (tới

độ mịn yêu cầu) Sau đó than nghiền được hệ thống gió cấp 1 (hỗn hợp gió

nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly than thô và bộ phân ly xyclone tới các rãnh và vòi đốt Than được vận chuyển theo băng tải lên đỉnh boongke than, ở đầu ra của boongke than nguyên được cấp xuống đầu vào máy cấp than nguyên qua ống rót hình nón bởi một van điều khiển Thông thường mỗi

lò hơi được trang bị 8 máy cấp than nguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt

ở đầu ra của boongke than nguyên

Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và được điều chỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền Khi yêu cầu tải tăng lên thì tốc độ máy cấp phải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu cầu Trong máy cấp than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ xa và tổng lượng than qua máy nghiền Hệ thống cấp than được thiết kế để đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác, tin cậy và không bị gián đoạn Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều khiển trên băng chính của máy cấp than nguyên

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền

Như vậy ta thấy với dây chuyền nhà máy nhiệt điện ở máy cấp than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ

xa và tổng lượng than qua máy nghiền Hệ thống cấp than được thiết kế để đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác, tin cậy và không bị gián đoạn Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều khiển trên băng chính của máy cấp than nguyên Do vậy, với thiết kế của công nghệ thì nếu hệ thống cân than bị hỏng thì hệ thống cấp than sẽ ngừng, dẫn đến ngừng máy nghiền và có thể dẫn đến ngừng lò hơi

Hệ thống cân than này luôn được kiểm tra và định kỳ hiệu chỉnh, đảm bảo sự làm việc chính xác và tin cậy.Góp phần vào sự vận hành ổn định, hiệu suất và kinh tế của nhà máy

Từ những ứng dụng thực tế trên ta nhận thấy, cân băng định lượng ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phong phú, nó có một vai trò hết sức quan trọng trong các dây chuyền sản xuất tự động , đáp ứng được các yêu cầu

mà công nghệ đặt ra

1.1.1 Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế

1.1.1.1 Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh

Hệ thống cân băng MULTIDOS được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật liệu rắn Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke Bề dày của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi

Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải

Hình 1.2: Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng

Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ Nó được khuếch đại và đưa đến

bộ vi xử lý thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC) Chỉ một nửa tải trọng của vật liệu được con lăn cân Sàn con lăn được tính như sau:

Leff = Lg/2 (1.1) Trong đó: Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m)

Lg : Tổng chiều dài sàn (m)

Tải trọng băng tải Q được tính toán như sau: Q = QB/Leff (1.2)

Q: Tải trọng băng tải (Kg/m)

1.1.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông

Hệ thống cân băng định lượng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật liệu rắn Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke hoặc silo Bề dày của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tông



Hình 1.5: Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần

Các tín hiệu m (khối lượng), V (tốc độ) băng tải được đọc vào máy tính theo các đường khối lượng (sử dụng card chuyển đổi A/D 6 kênh), đường tốc độ (cổng COM 1), từ bộ chuyển đổi RS 232/485, máy tính sẽ tính năng suất thực của các cân Qt = mV, so sánh với năng suất định mức Q đặt của chúng, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển các động cơ thông qua các bộ biến tần (dinventer) Mục đích là điều chỉnh tốc độ hợp lý cho băng tải cân, sao cho sai lệch giữa năng suất thực với năng suất định mức ≤ 1% Trong hệ thống này cứ mỗi chu kỳ 100 ms- 200 ms, máy tính lại đọc các số liệu mV một lần, sau đó tính trung bình trong 1s-2s, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển mới Như vậy cứ 1s-2s hệ thống lại điều chỉnh tốc độ của băng tải cân 1 lần Năng suất thực của các cân cũng được thông báo trên màn hình với chu kỳ 10s 1 lần để người điều khiển kịp theo dõi Số liệu này là năng suất trung bình của cân trong 10s đó

1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định lượng

1.2.1 Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng

Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt,

cục (cát, đá dăm, than, thóc gạo ) hoặc các vật liệu thể rắn (gỗ, hòm , thép thỏi) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn hơn 0

30 ).Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất

Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có:

+ Cơ cấu cân định lượng

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng

1.2.2 Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng

1.2.2.1 Nguyên lý đo theo năng suất

- Ta có công thức: Qt = m.v.t (1.5)

Trong đó: m: khối lượng (kg) ; v: tốc độ băng tải (m/s) ; t: thời gian đặt (ms)

- Với năng suất Q sau khoảng thời gian t1 (ms) ta tiến hành đo một lần

và sẽ so sánh với năng suất yêu cầu (Qyc)

+ Nếu Q > Qyc thì vận tốc băng tải giảm

+ Nếu Q < Qyc thì vận tốc băng tải tăng

1.2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng

Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:

δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m ]

v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]

Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức:

  S. .103 (1.8)

Trong đó:

γ : Khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ]

S : Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]

1.2.3 Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng

Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const như sau:

Hình 1.7: Đồ thị công suất và momen cản tĩnh

1.2.3.2 Chiều quay của băng

Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm được yêu cầu phối liệu Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác

Wmax = W’max i (rad/s) (1.12)

Wmin = W’min i (rad/s) (1.13)

Từ phương trình động học của truyền động điện

- Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động Vì băng tải làm việc ở chế

độ dài hạn, số lần đóng cắt ít Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng nề ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc

độ đó rồi mới cho guyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu

- Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi Biến thiên dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23

- Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải Ta cũng có thể cho băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm

1.2.3.4 Các yêu cầu về khởi động và hãm

Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng Để hạn chế điều này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động

Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn

Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ dừng với gia tốc lớn gây hỏng, đứt băng Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cần thiết kế bộ giảm tốc Cũng không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do

1.2.3.6 Hệ truyền động nhiều động cơ

Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng

1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng

Từ những nguyên lý đo và làm việc của cân băng thấy có 2 nguyên tắc điểu khiển cân băng cơ bản đó là:

- Điều khiển theo năng suất

- Điều khiển theo khối lượng

Từ đó ta chọn nguyên tắc điều khiển theo khối lượng (chiều dài)

để thiết kế hệ điều khiển Sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống điều khiển kín

và điều khiển hở là ở chỗ trong hệ thống điều khiển kín có mạch phản hổi Phần tử chuyển đổi của mạch phản hồi thường sử dụng hai kiểu tương tự và

số Do đó chúng ta có hệ điều khiển số và điều khiển tương tự:

1.3.1 Hệ điều khiển tương tự

Trong hệ thống cân băng thông số tốc độ chuyển động của băng tải phải được điều khiển bởi tốc độ trên các trục có thể có quy luật biến thiên giống nhau nhưng cũng có thể quy luật biến thiên trên các trục khác nhau Loadcell (cảm biến đo lực) là kiểu chuyển đổi tương tự và thường dùng để đo trọng lượng Tín hiệu ra từ cảm biến lực được cho dưới dạng tương tự

Hình 1.10: Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực

1.3.2 Hệ điều khiển dùng cảm biến

Hệ thống điều khiển số dùng cảm biến lực để đo khối lượng, mạch điều khiển khá giống với sơ đồ khối dùng hệ điều khiển dùng phản hồi tương tự nhưng chỉ khác ở điểm là thay bộ so sánh bằng bộ đếm tiến-lùi Thêm bộ chuyển đổi Converter ADC sau loadcell và đưa vào bộ đếm Thay bộ khuyếch

đại thứ nhất bằng bộ chuyển đổi Converter số tương tự DAC nhằm chuyển tín hiệu số sang tương tự

Hình 1.11: Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số

1.4 Các phương án truyền động cho cân băng

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ

và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà

ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế

Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động

cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của cân băng thì ta có các phương án truyền động sau:

1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T- Đ là độ tác động nhanh cao, không gây

ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của

hệ thống Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn

Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện

áp của nguồn và lưới xoay chiều

Ngày nay việc ứng dụng hệ truyền động một chiều T- Đ với mạch vòng phản hồi kín nhằm đảm bảo tốt các chi tiêu tĩnh và động của hệ thống ngày càng đươc sử dụng phổ biến, rộng rãi , nó có khả năng ứng dụng cho hệ truyền động có công suât nhỏ đến công suât lớn

quay thuận , quay ngược của động cơ

RI, Rω: Các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ nó có nhiệm vụ tổng hợp

và tạo ra điện áp điều khiển đưa tới các mạch phát xung Bằng cách lựa chọn các lượng phản hồi , lượng đặt các thông số của bộ điêu chỉnh tôc đô Rω và

bộ điều chỉnh dòng điên RI thích hợp sẽ đảm bảo chât lượng của hệ thống ở chế độ tĩnh và động

- U*i, Ui : điện áp ứng với dòng điện cho trước và điện áp phản hồi dòng điện

- LD1, LD2, LD3, LD4: Là các cuộn kháng cân bằng hạn chế dòng tức thời khép mạch giữa cầu chỉnh lưu

Để phân tích đường đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín ta dựa vào sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định , như hình vẽ

Hình 1.14: Đường đặc tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín

 Mô hinh toán học trạng thái động

Dựa vào sơ đồ câu trúc hệ truyền động T –Đ dùng hai mạch vòng kín là

âm tốc độ quay và âm dòng điện ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ điều khiển hai mạch vòng kín, như trên hình vẽ

p T



p T

K

S S

 Tác dụng của hai bộ điều chỉnh

Tổng hợp các phần trên, tác dụng của hai bộ điều chỉnh tốc độ quay và

bộ điều chỉnh động điện trong hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín được quy về mấy điểm sau đây:

*) Tác dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay:

- Làm cho tốc độ quay n bám sự thay đổi cho trước U*n, không có sai

số tĩnh ở trạng thái động

- Có tác dụng chống nhiễu với sự thay đổi của phụ tải

- Trị số biến ở đầu ra của nó quyết định dòng điện lớn cho phép

* ) Tác dụng của bộ điều chỉnh dòng điện:

- Chống nhiễu kịp thời khi khởi động đối với dao động điện áp mạng

- Bảo đảm nhận được dòng điện lớn nhất cho phép khi khởi động

- Trong qúa trình điều chỉnh tốc độ quay, làm cho dòng điện bám sự thay đổi điên áp cho trước U*n

Lúc động cơ bị quá tải thậm trí bị kẹt, hạn chế được dòng điện lớn nhât của phần ứng, nhờ đó làm được chúc năng bảo vệ an toàn khi khởi động nhanh Nếu sự cô được rút bỏ thì hệ thống tự động khôi phục làm việc bình thường

1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều

* Sơ đồ khối

Hình 1.16 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một chiều

Chức năng của các khối trong sơ đồ như sau:

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (M): thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, dùng để làm di chuyển cân băng

- Bộ biến đổi xung điện áp (PWM): được cung cấp nguồn điện áp từ bộ chỉnh lưu T

Cấu trúc mạch điện chính của bộ biến đổi PWM đảo chiều có các kiểu

H và T Trong thực tế thường dùng bộ biến đổi kiểu H hai cực Sơ đồ nguyên

lý bộ biến đổi PWM đảo chiều dạng H được trình bày trên hình 1.17

Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H

Hình 1.18: Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H

* Nguyên lý của mạch điều khiển động cơ điện một chiều bằng phương pháp PWM đảo chiều hoạt động dựa theo nguyên tắc cấp nguồn cho động cơ bằng chuỗi xung vuông đóng mở với tốc độ nhanh, chúng ta điều chỉnh tốc

độ của động cơ thông qua việc điều chế độ rộng của xung Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến điện áp trung bình cấp cho động cơ và do đó sẽ thay đổi tốc độ của động cơ cần điều khiển

+ Hình 1.20a: Đồ thị điện áp ra bộ phát xung chủ đạo

+ Hình 1.20b: Điện áp răng cưa ở mạch tạo xung làm điện áp tựa

+ Hình 1.20c: Đồ thị điện áp vào khâu so sánh để điều chỉnh độ rộng xung

Với Uđk khác nhau ứng với 3 trường hợp:

- Trường hợp thứ nhất ở hình c1: khi Uđk =1/2 Ucm

- Trường hợp thứ hai ở hình c2: khi Uđk< 1/2Ucm

- Trường hợp thứ ba ở hình c3: khi Uđk >1/2Ucm

+ Hình 1.20d: Đồ thị điện áp ra của khâu so sánh đồng thời là dạng điện

áp ra của bộ PWM ứng với sự thay đổi Uđk trên các hình c1,c1,c3 Lúc này điện áp ra tương ứng thể hiện trên hình d1, d2, d3

Với điện áp ra như trên ta tính được điện áp trung bình rô to của bộ biến đổi PWM và được biểu thị bằng công thức:

on

t T

   (1.18)

Ta thấy : + Khi  = 0 ( ứng với hình d1) thì động cơ ngừng quay

+ Khi  < 0 ( ứng với hình d2) thì động cơ quay ngược + Khi  > 0 ( ứng với hình d3) thì động cơ quay thuận

Do đó việc khống chế Uđk rất dễ dàng, Muốn thay đổi tần số thì thay đổi ở ngoài Từ nguyên lý khống chế giúp cho ta thiết kế mạch tạo xung điều khiển

*) Mạch tạo xung điều khiển: điều chỉnh thời điểm phát xung trên cực gốc của trazitor dẫn đến điều chỉnh được thành phần một chiều của điện

áp đầu ra Uđk và điều chỉnh thời điểm đóng mở của tranzitor từ đó điều chỉnh tốc độ động cơ

*) Các mạch vòng phản hồi: Có hai mạch vòng phản hồi

- Mạch vòng phản hồi dòng điện để ổn định dòng điện, được lấy dòng điện ở mạch phần ứng với bộ điều chỉnh dòng điện là Ri

- Mạch vòng phản hồi âm tốc độ với bộ điều chỉnh tốc độ là R,, được lấy tín hiệu tốc độ nhờ máy phát tốc FT

 Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống

*) Thiết kế mạch tạo xung điều khiển đảo chiều

Mạch điều khiển điện áp một chiều có nhiệm vụ xác định thời điểm

mở và khoá van bán dẫn trong một chu kỳ chuyển mạch Như ở trên ta đã biết chu kỳ đóng cắt van nên thiết kế cố định Điện áp tải khi điều khiển được như (1.17) và (1.18)

Mạch điều khiển cần đáp ứng yêu cầu điều khiển  bằng các lệnh theo một nguyên tắc nào đó Để điều khiển  với chu kỳ đóng cắt T không đổi cần phải điều khiển khoảng thời gian dẫn của các van bán dẫn trong chu

kỳ đóng cắt.Ta có sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển như hình 1.19

Hình 1.19: Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển

1.4.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ KĐB

Hiện nay hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc được sử dụng dưới dạng hệ điều khiển vecto – biến tần động cơ

không đồng bộ ba pha Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha được thể hiện như trên hình 1.20

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần

Trong đó:

Rω : Bộ điều chỉnh tốc độ

Ri : Bộ điều chỉnh dòng điện

ia,ib,ic: số thực

d,q : hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor

Một số hệ thống yêu cầu chất lượng điều chỉnh động cao thì các phương pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng được Hệ thống điều khiển định hướng theo từ trường roto còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trongchế độ tĩnh và động Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều Phương pháp này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng như chất lượng điều khiển tối ưu mômen Việc điều khiển vectơ dựa trên định hướng vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stator, từ đó có thể điều

khiển độc lập từ thông và mômen động cơ Kênh điều khiển mômen thường gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh mômen Kênh điều khiển từ thông thường gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông Do đó hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ có thể tạo được các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh được với động cơ một chiều

Nhận xét

So sánh 3 phương án vừa nêu thì ta thấy hệ truyền động T-Đ vừa thỏa màn yêu cầu cho cân băng định lượng vừa có thể dùng hệ truyền động T-Đ ở phòng thí nghiệm của nhà trường, để kiểm nghiệm quá trình nghiên cứu khảo sát hệ truyền động T-Đ cho cân băng định lượng

Vì vậy tôi lựa chọn phương án hệ truyền động T-Đ để tính toán điều khiển chuyển động cân băng định lượng

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

2.1 Nội dung thực nghiệm

Bài thí nghiệm được thí nghiệm tại phòng 304 trung tâm thí nghiệm Điện - Điện tử với mô hình cụ thể được trình bầy ở phần phụ lục Trong đó hệ thí nghiệm được thiết kế với hai bộ biến đổi song song ngược với tải có công suất 1.5KW

2.1.1 Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ:

- Máy biến áp nguồn động lực 3 pha có cách ly

- Bộ biến đổi (BBĐ) xoay chiều - một chiều xây dựng trên mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều dùng Thyristor

- Phần điều khiển là hệ kín với phản hồi âm tốc độ, có khâu ngắt dòng, bảo vệ mất pha, ngược thứ tự pha, quá dòng, mất kích từ động cơ

- Hệ thống đèn báo trạng thái, đồng hồ giám sát các tín hiệu dòng áp vào ra trên module

- Các mạch phụ trợ: cấp nguồn kích từ, nguồn đồng bộ, đóng ngắt …

2.1.2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc

2.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha