BÀI tập lớn môn KỸ THUẬT điều KHIỂN CHẤP HÀNH (1)

Câu 1: Phương trình tốc độ của động cơ điên một chiều: ω=U_ư(k.Φ)(I_ư R_ư)(k.Φ) (1) Suy ra có 3 phương pháp thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều: + Phương pháp điều khiển điện trở phần ứng. + Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng. + Phương pháp điều khiển từ thông động cơ. Câu 2: Phương pháp điều khiển điện trở phần ứng là: Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, từ (1) suy ra Rư tăng lên, suy ra ω giảm, độ dốc của đường đặc tính giảm. Các đường 1,2 là đường đặc tính sau khi tăng Rư, đường TN là đường đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm Rp vào mạch phần ứng để tăng Rư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, giảm hiệu suất động cơ, không kinh tế. Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong cần trục.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ LỚP CƠ ĐIỆN TỬ 1

-o0o -

BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHẤP HÀNH

NHÓM 8

GV:

Nhóm sinh viên thực hiện:

1 Lê Hồng Sơn

2 Nguyễn Hữu Tấn

3 Trần Văn Thái

4 Lê Tất Thắng

5 Lý Hồng Thắng

6 Trịnh Văn Thắng

7 Nguyễn Hữu Thanh

8 Bùi Đình Thi

Trang 2

Câu 1:

Phương trình tốc độ của động cơ điên một chiều:

ω= U ư

k Φ−

I ư R ư

k Φ (1)

Suy ra có 3 phương pháp thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều:

+ Phương pháp điều khiển điện trở phần ứng

+ Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng

+ Phương pháp điều khiển từ thông động cơ

Câu 2: Phương pháp điều khiển điện trở phần ứng là:

Mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, từ (1) suy ra Rư tăng lên, suy ra ω giảm, độ dốc của đường đặc tính giảm Các đường 1,2 là đường đặc tính sau khi tăng Rư, đường TN

là đường đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm Rp vào mạch phần ứng để tăng Rư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, giảm hiệu suất động cơ, không kinh tế Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong cần trục

Câu 3: Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng là:

Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương trình sau:

Trang 3

ω= U ư

k Φ−

I ư R ư

k ΦVì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng

tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uu của hệ thống,

do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để

Đặc tính thu được khi điều khiển là 1 họ đường song song :

Phương pháp điều chỉnh tốc đọ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng không gây thêm tổn hao cho động cơ nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng, có điện áp điều chỉnh được Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc đọ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn ddiejn áp định mức của động cơ điện

Để thức hiện việc điều chỉnh tốc độ đọng cơ theo phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thì cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho mạch phần ứng động cơ Các bộ biến đổi được sử dụng phổ biến:

+ Bộ biến đổi máy điện: gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại

+ Bộ biến đổi từ: Khuếch đại từ

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉn lưu Thysistor

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều: Thysistor hoặc Tranzitor

Câu 4: Phương pháp điều khiển từ thông động cơ là:

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment

điện từ của động cơ M KΦIu và sức điện động quay của động cơ EuKΦω Khi

từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn của việc

Trang 4

thay đổi từ thông Nhưng theo công thức trên khi Φ thay đổi thì mômen, dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điêù khiển và mômen tải => phương pháp này cũng ít dùng

Câu 5: Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng theo phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto là:

Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng rộng rãi trong thực tế nhất là đối với động cơ không đồng bộ roto quấn dây

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi phụ trở mạch roto:

Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n Muốn điều chỉnh tốc độ của động cơ, ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của roto Tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi, lúc này dòng và momen giảm nên tốc độ động cơ giảm Nhưng khi tốc độ giảm thì tốc độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng mạch roto E2 tăng, do đó dòng ở mạch roto và momen tăng làm cho tốc độ động cơ tăng

Khi đưa điện trở phụ vào mạch roto thì hệ số trượt ứng với momen cực đại lúc này là:

Trang 5

Do đó, khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch roto thì hệ số trượt Sff sẽ thay đổi

và làm cho tốc độ động cơ thay đổi

Từ các đường đặc tính trên hình vẽ (2-1), ta thấy với trị số phụ tải không đổi, rf

càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp

Khi Mc bằng hằng số thì động cơ làm việc xác lập tương ứng với các điểm a, b,

c, d Tốc độ của động cơ càng thấp thì tổn hao càng lớn, độ cứng đường đặc tính cơ bị giảm Khi điện trở phụ vào càng lớn thì vi phạm điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào trị số phụ tải càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng hẹp

Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn:

Ưu điểm: dễ dàng tự động hóa

Điện trở mạch:

r2 = r2d + rf (2-2) Trong đó: r2d_ điện trở dây quấn roto

rf_ điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto

Nhận xét và ứng dụng:

 Nhận xét:

Tốc độ điều chỉnh nhở hơn tốc độ cơ bản

Có tốc độ phân cấp

Tự động hóa trong điều chỉnh được dễ dàng

Hạn chế được dòng mở máy

Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch roto

Các thao tác điều chỉnh đơn giản

Giá thành chi phí vận hành, sửa chữa thấp

 Nhược điểm:

Tốc độ ổn định kém

Tổn thất năng lượng lớn

 Ứng dụng:

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi, mặc dùng không được kinh tế cho lắm Thường được dùng đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại

Trang 6

và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ cao như cầu trục, cơ cấu nâng, cần trục, thang máy và máy xúc…

Câu 6: Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều theo phương pháp chỉnh lưu – động cơ điện một chiều:

Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này, cần phải có một nguồn cấp điện áp của nó có thể thay đổi được để cung cấp cho phần ứng của động cơ Các nguồn điện áp này thường được tạo ra bởi một bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển (Thysistor) hoặc không có điều khiển (điôt)

Điều chỉnh điện áp phần ứng bằng bộ điều chỉnh điện áp và bộ chỉnh lưu điôt Muốn thay đổi điện áp đặt lên phần ứng ta phải sử dụng bộ điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp phần ứng bằng bộ chỉnh lưu có điều khiển Điện áp phần ứng động cơ phụ thuộc góc mở của Thysistor của bộ chỉnh lưu có điều khiển

Câu 7: Thiết kế và điểu khiển động cơ AC Servo

I GIỚI THIỆU CHUNG

Drive và morto servo được sử dụng khá phổ biến với các chế độ điều khiển:

- Điều khiển vị trí: quay động cơ với một số vòng quay được xác định trước ứng dụng nhiều trong các hành trình kéo sản phẩm như máy cắt bao bì, máy đóng gói Động cơ sẽ kéo bao bì theo đúng chiều dài túi được đặt trước

- Điều khiển tốc độ: duy trì bám sát tốc độ được cài đặt ví dụ có thể ứng dụng trong việc đồng bộ tốc độ của dao cắt với tốc độ sản phẩm đưa vào trong dao chặt giấy bao bì các-tông, máy đóng gói dạng nằm,…

- Điều khiển momen (lực căng): nổi bật trong các ứng dụng kéo dây, việc duy trì ổn định lực căng, momen xoắn đầu trục hoặc căng đứt dây

Trang 7

Trong việc điều khiển vị trí, tốc độ với nhiều dòng động cơ – drive động cơ sẽ sử dụng phương pháp điều khiển bằng việc nhận xung tần cao số ở cổng vào I/O các dòng Servo Misubishi như MR-J2S-A là dùng phương pháp này để điều khiển vị trí

Nhóm 8 tiến hành thiết kế và điều khiển động cơ AC servo của hãng Misubishi bao gồm:

1 SERVO MOTOR MISUBISHI HC - MFS73

servopack 0.75 KW

 Điện áp cung cấp: 200V

 Servo amplifier tương thích: MR-J2S-70A/B/CP/CL

 Quán tính nhỏ, công suất thấp

 Torque Rated/Max:2.4/7.2 Nm

 Tốc độ: 3000 - 4500 r/min

 Ứng dụng: điều khiển tốc độ, vị trí…

 Encoder 17-bit, độ phân giải 131.072 xung/vòng

 Phương pháp điều khiển: chỉnh lưu toàn kì 3 pha/ IGBT/ PWM

Cấu tạo servo motor

2 DRIVE AMPLIFIER MELSERVO MISUBISHI MR-J2S-70A 750W

Trang 8

cấu tạo chung AMPLIFIER MELSERVO MISUBISHI:

3 PLC MITSUBISHI FX1S10MT

Trang 9

II THIẾT KẾ

1 Sơ đồ đấu nối PLC MITSUBISHI FX1S 10MT với MELSERVO MISUBISHI MR-J2S-70A 750W

2 Lập trình phát xung điều khiển động cơ servo trong PLC Misubishi bằng phần mềm GX Developer

2.1 Một số lệnh phát xung trong PLC Mitsubishi

- PLSY: lệnh phát xung vuông với tần số và số xung được đặt trong tham số

lệnh

- PLSR: phát xung vuông tương tự lệnh PLSY nhưng có thêm tham số hiệu

chỉnh việc tăng tần số phát xung và giảm tần số phát xung khi khởi động và kết thúc lệnh phát xung Việc này tạo sườn dốc khi khởi động và dừng, giúp làm mềm chuyển động hơn lệnh PLSY ở những tốc độ cao

Ta có thể sử dụng 2 lệnh trên để làm quay servo theo số bước tính bằng số xung phát ra và tốc độ tính theo tần số phát xung

2.2 Lập trình phát xung điều khiển

Chúng ta sẽ lập trình lệnh PLSY phát xung ra cổng Y000 và lệnh PLSR phát xung ra cổng Y001 Tiến hành làm:

Trang 10

- Mở phần mềm soạn thảo code PLC: GX Developer.

- Khởi tạo file project mới cho dòng PLC FXCPU loại FX1S

2.2.1 Lập trình điều khiển tốc độ động cơ AC servo

- Sử dụng lệnh PLSY để nạp giá trị tối đa 16 bit khi số xung đưa vào nhỏ hơn

Trang 11

- Lệnh DPLSR tương tự như DPLSY đều xuất xung tốc độ cao chỉ khác là DPLSR có thêm hiệu chỉnh tăng giảm tần số phát xung

Trong cửa sổ soạn thảo chương trình theo dạng Ladder, ta gõ trực tiếp câu lệnh:

DPLSY D0 D2 Y000

Cấu trúc lệnh phát xung DPLSY:

Chữ D nghĩa là double, các thanh ghi dữ liệu được sử dụng sẽ ghép đôi trở thành thanh ghi lớn hơn

- D0: là thanh ghi chứa giá trị của tần số xung sẽ phát ra, tính theo đơn vị Hz

dạng số nguyên Việc này sẽ quyết định tốc độ quay của servo

- D2: là thanh ghi chứa số xung sẽ phát ra tại ngõ ra phát xung khi lệnh PLSY

được kích hoạt

- Y000: là địa chỉ ngõ ra Y000, nơi mà xung sẽ được phát ra Tùy theo loại

PLC mà lựa chọn ngõ ra phát xung được quy định trong tài liệu

Trang 12

DPLSR D10 D12 K100 Y001

Cấu trúc lệnh phát xung DPLSR

D0: Tần số xung sẽ phát ra.

D11: số xung sẽ phát ra khi lệnh PLSR được kích hoạt.

K100: thời gian tạo quá trình tăng tần số và giảm tần số khi thực hiện lệnh Tính

theo đơn vị ms

Trong hình trên:

M8000: là bit luôn ON khi PLC RUN – dùng để tạo điều kiện đầu vào cho câu

lệnh, tránh trường hợp vô điều kiện

M0 và M1: là bit Rơ Le phụ trong chương trình và được người lập trình đặt cho

phép thực hiện lệnh phát xung

Chúng ta đang tính toán điều khiển cho Drive servo MR-J2S-70A 750W và động

cơ đi kèm là motor MFS73 – 750w:

 tốc độ động cơ đạt 3000 vòng/phút

 tỷ lệ xung mặc định theo nhà nhà sản xuất là 131072 xung/ vòng quay

Trang 13

 1 vòng quay có 131072 xung

 1 phút = 60 giây động cơ servo quay 3000 vòng => 1 giây chạy 50 vòng

 1 giây sẽ chạy được: 50x131072=6,553,600 xung

 Vậy tần số để đạt được tốc độ 3000 vòng/phút là: 6,553,600 Hz

Với cách tính như trên ta dễ dàng tính toán được tốc độ động cơ mong muốn đạt được từ đó lập trình để điều khiển tốc độ servo

Ví dụ: giả sử chúng ta phát xung để điểu khiển tốc độ motor đạt 100 vòng/phút.

Ta đi tính toán số xung đầu vào

Như ta vừa tính ở trên để đạt 3000 vòng/phút thì số xung cần là: 6,553,600

=>100 vòng/phút thì cần: 100 x 65536003000 =218453 xung

Sau khi tính toán ta biên dịch chương trình nạp xuống PLC, online chương trình để theo dõi, nạp thử tần số 10000Hz, số xung 25000 xung xuống PLC và chạy thử lệnh

Lưu ý: để đạt tốc độ 3000 vòng/phút cần 6,553,600 xung (Hz) Đây là là một tần số quá cao đối với một PLC Thông thường các ứng dụng sẽ không chạy hết khả năng của servo nên tốc độ sẽ thấp hơn Ngoài ra ta sẽ hiệu chỉnh tỷ lệ CMX/CDV để chia lại số xung/vòng quay

 Giả sử chúng ta đưa về 10000 xung/vòng

 Lúc này để đạt 3000 vòng/ phút, tần số phát xung chỉ còn 500KHz

 Với PLC Fx1S-10MT, tần số tối đa vào khoảng 100KHz => tốc độ tối đa với hệ số 10000 xung/vòng sẽ là: 600 vòng/phút

2.2.2 Lập trình điều khiển vị trí động cơ AC servo

MELSERVO MISUBISHI MR-J2S-70A, với độ phân giải và hệ số chia mặc định CMX/CDV=1 (đây là 2 tham số cài đặt trong tài liệu hướng dẫn của dòng MELSERVO MISUBISHI MR-J2S-xA), servo sẽ hiểu 1 vòng quay có 131072 xung Đây là điều kiện cần để tính toán chiều dài thực tế

Sau khi có đầy đủ phần cơ khí, chúng ta cần tính thêm và phải đo thực tế hoặc tính toán thiết kế ngay từ ban đầu như sau: số mm/vòng quay của trục động cơ servo Tức

Trang 14

là khi trục động cơ quay 1 vòng, phần dịch chuyển của máy di chuyển 1 chiều dài bao nhiêu?

 Giả sử hệ thống của chúng ta là 25cm/vòng quay Như vậy PLC phát ra 131072 xung sẽ làm servo dịch chuyển 250mm

 Vậy giờ nếu muốn servo chạy đủ chiều dài 350mm Ta có công thức tổng quát:

 Số xung cần phát = chiều dài/vòng quay chiều dài đặt x số xung/vòng quay

=> số xung cần phát=350 mm 250 mm x 131072=183501 xung

Vậy sau khi tính toán ta chỉ cần viết lệnh phát đủ 183501 xung thì động cơ sẽ quay và làm máy dịch chuyển 350mm

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	1,4 MB