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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN 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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN 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 ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên 2014

Công trình được hoàn thành tại:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp

Phản biện 1: TS Trần Xuân Minh

Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vỵ

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại: Trường Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

Vào hồi 15 giờ 15 phút, ngày 20 tháng 4 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên

- Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

MỞ ĐẦU

a Lý do chọn đề tài

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 của đề tài vừa

có ý nghĩa thực tế vừa có tính khoa học

b Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

- 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 so 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

c Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến đề tài

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Khảo sát, tính toán và kiểm nghiệm được ở phòng thí nghiệm hệ thống truyền động T -Đ

- Dùng máy tính để mô phỏng

d Tóm tắt cô đọng nội dung chính và đóng góp mới của tác giả

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Ứng dụng của CBĐL 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

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

1.1.1.1 Hệ thống CB cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh 1.1.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống CB cho trạm trộn bê tông

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

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

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

1.3.1 Hệ điều khiển tương tự

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

1.3.2 Hệ điều khiển dùng cảm biến

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

1.4 Các phương án truyền động cho cân băng

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

*

i U

ra các chế độ dừng, 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

Trong đó:

- TXP, TXT: Thiết bị phát xung cho hai bô chỉnh lưu có điều khiển CL1 và CL2

- U*n, Un : Điên áp ứng với tốc đô quay cho trước và điện áp phản hồi tốc độ quay

- 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

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 CB

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

bộ chỉnh lưu T

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

Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ KĐB

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

Trong đó nếu bộ chỉnh lưu 1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì /2

> 1 và lúc này /2 < 2, điện áp trung bình của hai bộ chỉnh lưu này đặt lên phụ tải là Uđ1 = Uocos1 và Uđ2 = Uocos2

Với giả thiết ở trên thì Uđ1 > 0  bộ chỉnh lưu một làm việc

ở chế độ chỉnh lưu Uđ2 < 0 bộ chỉnh lưu 2 làm việc ở chế độ chờ nghịch lưu

Nếu muốn đảo chiều động cơ thì ta đảo chiều Uđặt , khi đó 2

< /2 và 1 > /2 Do đó lúc này bộ chỉnh lưu 2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu và bộ chỉnh lưu một làm việc ở chế độ chờ nghịch lưu Quá trình đảo chiều, từ tốc độ ban đầu về 0 thì trong sơ đồ này xẩy ra hiện tượng hãm tái sinh, với nguyên lý khống chế 2 bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc tuyến tính phụ thuộc nên Utrung bình của hai bộ chỉnh lưu đặt nên động cơ bằng nhau và ngược dấu nhau nên Icbtb = 0 nhưng điện áp tức thời của hai bộ chỉnh lưu sẽ khác nhau vì vậy nó xuất hiện dòng điện cân bằng tức thời icb  0 và chạy từ nguồn qua

bộ chỉnh lưu này tới bộ chinh lưu kia và về nguồn không qua tải nên sinh ra ngắn mạch để hạn chế dòng điện cân bằng này trong mạch động lực người ta mắc các cuộn kháng cân bằng LD11 , LD12, LD21,

LD22

Điện áp ra của một bộ chỉnh lưu phụ thuộc vào góc điều khiển

, giản đồ Ud và I như hình vẽ.với góc 0  1 < /2

2.1.2.3 Bố trí thiết bị trên Module:

Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha

+ Động cơ thí nghiệm DC: là động cơ điện một chiều kích từ độc lập có thông số:

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm truyền động điện

2.2 Kết quả thực nghiệm

2.2.1 Đo điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa

2.2.1.1 Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung

Hình 2.9: Điện áp khâu đồng bộ hóa

2.2.1.2 Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung

Hình 2.10: Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa

2.2.1.3 Khâu sửa xung và gửi xung

2.2.2.2 Thí nghiệm 2: động cơ quay theo chiều thuận với bộ PI

Hình 2.13: Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI

2.2.2.3 Thí nghiệm 3: động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P

2.2.2.4 Thí nghiệm 4: động cơ quay theo chiều ngược với PI

Hình 2.15: Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển PI

Nhận xét

+ Qua các thí nghiệm với các bộ điều khiển P va PI cả trong chế độ làm việc thuận và đảo chiều, chất lượng đầu ra của hệ truyền động được xác định bởi các thông số sau

+ Thời gian qua độ khi bộ điều khiển là P: 3s

- Sai lệch tĩnh khi bộ điều khiển là P: 3%

- Độ quá điều chỉnh: 1%

+ Thời gian qua độ khi bộ điều khiển là PI: 3s

- Sai lệch tĩnh khi bộ điều khiển là PI: 0.05%

- Độ quá điều chỉnh: 1%

+ Với kết quả thí nghiệm này cho thấy hệ truyền động T - Đ ở phòng thí nghiệm của trường ĐHKTCN đảm bảo chất lượng để ứng dụng vào truyền động cân băng định lượng

+ Qua thí nghiệm này ta thấy đảm bảo được chất lượng để ứng dụng vào truyền động ổn định cân bằng định lượng

i U

*

U

n U

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG

CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

3.1 Ứng dụng hệ truyền động T – Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng

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

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

3.1.2.1 Tổng hợp hệ T-Đ

1 Hàm số truyền của các khâu

- Hàm truyền của máy phát tốc:

( )1

1

p J

1

i

i

K pT



1

s s

Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện

Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:

Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng ổn định khối lượng

Chọn   TTa có hàm truyền của bộ điều chỉnh ổn định khối lượng theo tiêu chuẩn tối ưu modul :

Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng

3.2 Mô phỏng hệ truyền động cân băng với các bộ điều khiển PID

3.2.1 Tính toán các thông số hệ điểu khiển ổn định khối lượng

3.2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển cân băng bằng MATLAB SIMULINK

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID

Sau khi mô phỏng trên phần mềm Simulink ta thu được kết

quả như sau:

Hình 3.11 Các tín hịệu đặt khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị củaKhối lượng đặt đầu vào φ = 10 (V), I = 8,7 (A)

Nhận xét

Từ kết quả mô phỏng trên ta thấy chất lượng của hệ truyền động có các thông số sau

+ Kết quả tính toán lý thuyết:

- Thời gian quá độ của cân băng định lượng: 10,5s

- Độ quá điều chỉnh của cân băng định lượng : 5%

- Sai lệch tĩnh: 1%

- Thời gian quá độ của tốc độ động cơ: 2.5s

- Độ quá điều chỉnh của tốc độ động cơ : 3%

- Sai lệch tĩnh: 1%

+ Kết quả thí nghiệm

- Thời gian quá độ khi bộ điều khiển là P: 3s

- Sai lệch tĩnh khi bộ điều khiển là P : 3%

- Độ quá điều chỉnh : 0

- Thời gian quá độ khi bộ điều khiển là PI: 3s

- Sai lệch tĩnh khi bộ điều khiển là PI: 0,05%

- Độ quá điều chỉnh : 0

e Kết luận

Trong đề tài này việc 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 đã giải quyết được 3 vấn đề:

 Tìm hiểu và khảo sát những yêu cầu về hệ điều khiển cân băng định lượng và ứng dụng của nó trong công nghiệp

 Tiến hành thí nghiệm với những chế độ làm việc khác nhau

từ đó xác định được hệ thống truyền động T - Đ ở phòng thí nghiệm

có khả năng ứng dụng để điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng

 Dựa trên cơ sở thí nghiệm đã ứng dụng để xây dựng hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng từ đó đã tiến hành tính toán, khảo sát và mô phỏng đánh giá chất lượng này Kết quả thí nghiệm hệ truyền động ở phòng thí nghiệm được áp dụng để tính toán cho hệ điều khiển chuyển động cân băng định lượng cho biết kết quả và chất lượng khá tốt

lý và đúng đắn như vậy ta thấy tính ứng dụng và tính thực tiễn của luận văn la khá tốt

+ Tuy vậy luận văn còn một số vấn đề chưa giải quyết như:

- Khâu điều khiển vị trí là khâu phi tuyến

- Hệ điều khiển chuyển động chưa được kiểm nghiệm

- Mặc dù còn một số vấn đề tồn tại xong bản luận văn đã giải quyết đầy đủ các yêu cầu mà đề tài đặt ra và đáp ứng được yêu cầu luận văn thạc sỹ kỹ thuật