ĐỒ án môn học điều KHIỂN hệ THỐNG điện CÔNG NGHIỆP đề tài THIẾT kế BĂNG tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO   ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ BĂNG TẢI Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trương Việt Anh Sinh viên thực hiện: 1.1Nguyễn Thành Đạt 2.1Trần Quốc Đạt Nhóm  TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021  TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO   ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ BĂNG TẢI Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trương Việt Anh  TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021  PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt Trần Quốc Đạt Ngành: CNKT Điện – Điện tử GV hướng dẫn đánh giá: PGS TS Trương Việt Anh NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: Nội dung & khối lượng tập: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ưu điểm: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Khuyết điểm ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Nhận xét chung: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm số: …… Điểm chữ: ……………………………………………… TP Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021 GIẢNG VIÊN ĐÁNH GIÁ PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH LỜI MỞ ĐẦU Từ kỷ XVIII, nhằm nâng cao suất sản xuất, người bắt đầu chế tạo máy sản xuất công nghiệp Theo dòng thời gian, máy sản xuất với công nghệ suất cao dần đời thay cũ Giữa kỷ XIX đầu kỷ XX, cách mạng công nghiệp lần thứ hai với đời động điện với khả chuyển điện thành đưa công nghiệp lên tầm cao Đến tận ngày nay, với công nghiệp phát triển vượt bậc, người không ngừng nghiên cứu cải tiến nhằm tăng khả năng, suất, độ tin cậy xác máy móc, hệ thống sản xuất Hiện nay, với vai trò quan trọng ngành tự động hóa cơng nghiệp, loại biến tần chiếm phần quan trọng phát triển chung ngành Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt cơng nghệ tự động hóa, biến tần đời giúp giải toán điều khiển động điện cách dễ dàng Để hiểu rõ điều khiển hệ thống điện công nghiệp với biến tần ứng dụng cụ thể vào sản xuất nhóm chúng em làm đồ án : “ Thiết kế băng tải” với hướng dẫn PGS.TS Trương Việt Anh MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 1.1 Mở đầu 1.2 Cấu tạo 1.2.1 Cấu tạo stato 1.2.1.1 Mạch từ 1.2.1.1 Mạch điện 1.2.2 Cấu tạo rotor 1.2.2.1 Mạch từ 1.2.2.1 Mạch điện 1.2.3 Nguyên lý hoạt động CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHUNG VỀ BIẾN TẦN IG5A 2.1 Đặc điểm chung 2.2 Tổng quan biến tần IG5A 2.2.1 Công suất lớn hiệu suất cải thiện 2.3 Các sản phẩm biến tần IG5A tùy thuộc vào dải công suất động 2.4 Các thông số kỹ thuật 2.5 Kích thước bên ngồi biến tần 2.6 Sơ đồ đấu dây 2.7 Ứng dụng biến tần LS IG5A hệ thống băng tải (Điều khiển chuyển: vận tải, khung xoay) CHƯƠNG 3: 3.1 3.2 CHƯƠNG 4: 4.1 4.2 4.3 4.4 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA 1.1 Mở đầu - Loại máy điện quay đơn giản loại máy điện không đồng (KĐB) Máy điện KĐB loại pha, hai pha ba pha, phần lớn máy điện KĐB ba pha, có cơng suất từ vài W tới vài MW, có điện áp từ 100V đến 6000V - Căn vào cách thực rotor, người ta phân biệt hai loại: loại có rotor ngắn mạch loại có rotor dây quấn Cuộn dây rotor dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo nguyên lý cuộn dây dòng xoay chiều - Cuộn dây rotor ngắn mạch gồm lồng nhôm đặt rãnh mạch từ rotor, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh Động rotor ngắn mạch có cấu tạo đơn giản rẻ tiền, máy điện rotor dây quấn đắt hơn, nặng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh 1.2 Cấu tạo - Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rotor) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí 1.2.1 Cấu tạo stato - Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện 1.2.1.1 Mạch từ - Mạch từ stato ghép thép điện có chiều dày khoảng 0,30,5mm, cách điện hai mặt để chống dòng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rotor không Mạch từ đặt vỏ máy.Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép chia thành phần ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy làm gang đúc hay gang thép, vỏ máy có đúc gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay nhà vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây 1.2.1.2 Mạch điện: - Mạch điện cuộn dây máy điện quấn quanh mạch từ 1.2.2 Cấu tạo rotor 1.2.2.1 Mạch từ: - Giống mạch từ stato, mạch từ rotor gồm thép điện kỹ thuật cách điện Rãnh rotor song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thông loại trừ số sóng bậc cao Các thép điện kỹ thuật gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đục lỗ để xuyên trục, rotor gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rotor cịn đục rãnh thơng gió dọc thân rotor 1.2.2.2 Mạch điện: - Mạch điện rotor chia thành hai loại: loại rotor lồng sóc loại rotor dây quấn A Loại rotor lồng sóc (ngắn mạch): - Mạch điện loại rotor làm nhôm đồng thau Nếu làm nhơm đúc trực tiếp rãnh rotor, hai đầu đúc hai vòng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rotor ngắn mạch Nếu làm đồng làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với hai vịng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng loại rotor có tên rotor lồng sóc Loại rotor ngắn mạch thực cách điện dây dẫn lõi thép B Loại rotor dây quấn: - Mạch điện loại rotor thường làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trước Cuộn dây rơto dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện ba pha, ba đầu cuối nối với máy điện, ba đầu cịn lại dẫn ngồi gắn vào ba vành trượt đặt trục rơto, tiếp điểm nối với mạch 1.2.3 Nguyên lý hoạt động: - Động làm việc dựa vào định luật luật điện từ F tác dụng lên dẫn có chiều dài l có dịng điện I nằm từ trường có từ cảm B -Chiều độ lớn lực F xác định theo tích véc tơ: F=i.l.B - Đó định luật động biến đổi điện thành - Khi động cấp điện, dòng điện dây quấn stato sinh lõi sắt stato từ trường quay với tốc độ đồng 60 f n= p (f1 tần số dòng điện lưới đưa vào, p số đôi cực máy) - Khi từ trường quét qua dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi sắt roto cảm ứng dẫn sức điện động dịng điện Từ thơng dịng điện sinh hợp với từ thông stato tạo thành từ thơng tổng khe hở Dịng điện dẫn roto tác dụng với từ thông khe hở sinh mơmen Tác dụng làm cho roto quay với vận tốc không đồng n (n < n1) Để phạm vi tốc độ động người ta dùng hệ số trượt s, theo định nghĩa hệ số trượt : S= Như bắt đầu mở máy n = nên s = 1, n n1 độ trượt s = CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHUNG VỀ BIẾN TẦN IG5A 2.1 Đặc điểm chung - Biến tần ig5A có giao diện mạnh mẽ nâng cấp, tối ưu hóa Biến tần ig5A cung cấp điều khiển vectơ vòng hở, điều khiển PID, bảo vệ chạm đất thơng qua chức tích hợp sẵn mạnh mẽ.Giao diện thân thiện người dùng dễ dàng cho việc bảo trì Cài đặt thơng số trở nên dễ dàng hết với ứng dụng phím điều hướng Hỗ trợ dễ dàng bảo trì thơng qua cấu trúc chẩn đốn thay đổi quạt làm mát.Thiết kế nhỏ gọn giúp tối ưu hóa chi phí ứng dụng cho nhiều vị trí - Biến tần IG5A đạt tiêu chuẩn toàn cầu CE, UL 2.2 Tổng quan biến tần ig5A 2.2.1 Công suất lớn Hiệu suất cải thiện - Biến tần ig5A: cung cấp phương pháp điều khiển vector từ thông , điều khiển PID, bảo vệ lỗi tiếp đất qua chức nâng cao Điều khiển vector từ thông : Cung cấp phương pháp điều khiển tốc độ cao công suất momen lớn Bảo vệ lỗi tiếp đất chạy: Chức bảo vệ lỗi tiếp đất chân đầu thực chạy Điều khiển Analog từ -10V đến 10V : Các tín hiệu đầu vào Analog từ -10V đến 10V giúp cho hoạt động dễ dàng Điều khiển PID : Kích hoạt chức điều khiển PID để điều khiển lưu lượng , áp suất , nhiệt đô … mà không cần thêm điều khiển khác Mạch hãm động bên : giảm đến mức tối thiểu thời gian giảm tốc độ qua điện trở hãm Truyền thông 485 bên : Cổng truyền thông RS-485 giúp cho việc điều khiển từ xa với hình ig5A thiết bị Dãy cơng suất : ig5A có cơng suất mặc định từ 0.4kW đến 7.5kW Chuẩn đoán đầu module : Với việc cài đặt thơng số dễ dàng , ig5A chuẩn đoán trạng thái đầu module Dễ dàng thay quạt : ig5A thiết kế để thay đổi quạt hỏng Điều khiển quạt làm mát : Để điều khiển quạt làm mát, ig5A hoạt động gần yên lặng theo trạng thái hoạt động Giao diện thân thiện, dễ sử dụng: Phím hướng giúp cho việc vận hành giám sát dễ dàng Màn hình ngồi (tùy chọn) : Màn hình hình ngồi từ panel cho phép điều khiển giám sát dễ dàng Và thông số tạo hình ngồi chép ứng dụng vào biến tần khác Giao diện thân thiện Dễ dàng sửa chữa Cài đặt thông số dễ dàng phím hướng ig5A biết trạng thái module đầu 2.3 Các sản phẩm biến tần IG5A tùy thuộc vào dải công suất động Dải công suất động Bảng 2.3.1 :Bảng thống kê sản phẩm biến tần ig5A 2.4 Các thông số kỹ thuật bản: Dùng điều khiển tốc độ động không đồng Pha, 220V/0.37…11 kW, 380V/0.37…22 kW Nguồn cấp: pha 200 – 230V, 380 – 480V, 50/60Hz Dải tần số ra: - 400 Hz Khả tải: 150% 60S Dải công suất: 0.75 – 75 Kw Dải điều khiển: – 10V, – 20 mA Tần số sóng mang lên tới 15 Khz 2.5 Kích thước bên ngồi biến tần Hình 2.1: Hình vẽ kích thước bên ngồi biến tần - Dưới bảng thơng kê kích thước bên số biến tần ig5A tùy thuộc vào dải công suất động (biến tần sử dụng đồ án này) Sản phẩm SV022ig5A-2 SV037ig5A-2 SV040ig5A-2 SV022ig5A-4 SV037ig5A-4 SV040ig5A-4 2.6 Sơ đồ đấu dây Hình 2.2: Sơ đầu đấu dây biến tần ig5A 2.7 Ứng dụng biến tần LS IG5A hệ thống băng tải - Biến tần cho băng tải : Băng tải hệ thống ứng dụng sản xuất với chức vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu,… từ điểm tới điểm mà khơng phải dùng đến sức người Ngày nay,băng tải sử dụng phổ biến dây chuyền sản xuất hầu hết ngành khai thác than, đá, xi măng, công nghiệp chế tạo, … - Băng tải phải hoạt động liên tục trình sản xuất dẫn đến bị hao mòn, gặp cố họat động, mà nhà sản xuất băng tải phải nghiên cứu tìm giải pháp giúp tăng tuổi thọ băng tải Việc sử dụng biến tần cần thiết hệ thống băng tải, giúp bảo vệ băng tải thiết bị khí cách kiểm sốt xác tốc độ momen động cơ, kéo dài thời gian hoạt động giảm thiểu hỏng hóc khác Hình 2.3: Những hình ảnh băng tải sử dụng biến tần u cầu cơng nghệ tiêu chí kỹ thuật sử dụng biến tần -Hệ truyền động băng tải thường yêu cầu momen khởi động lớn Đặc biệt băng tải dài có nhiều vật liệu băng tải hơn, q trình khởi động đòi hỏi momen khởi động dòng điện khởi động cao Băng tải khởi động mềm với momen điều khiển phù hợp làm giảm bớt cố căng trượt băng tải Ngoài ra, hệ truyền động băng tải cịn u cầu dừng cách xác vị trí -Với hệ thống băng tải dài, q trình khởi động địi hỏi momen khởi động dòng điện khởi động cao Nếu momen khởi động khơng đủ lớn băng tải khơng khởi động Biến tần tạo momen khởi động cao đảm bảo dòng điện khởi động giới hạn cho phép, dịng điện khởi động khơng bị tăng cao điện áp lưới không bị sụt trình khởi động Băng tải khởi động trơn với momen điều khiển phù hợp làm giảm bớt cố căng trượt băng tải Bên cạnh biến tần giúp việc vận hành xác tốc độ động băng tải, cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải cho phù hợp với dây chuyền sản xuất Biến tần cịn kết nối với hệ thống tự động nhà máy, để giám sát lượng tải, vận tốc từ tính tốn tổng lượng hàng tải -Cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với yêu cầu quy trình sản xuất Năng lượng tiết kiệm chạy động tốc độ phù hợp với yêu cầu tải , hệ số công suất động cao Hơn trường hợp băng tải có đoạn chạy quán tính (dốc xuống), băng tải chuyển hóa thành lượng điện để trả lưới với biến tần hãm tái sinh -Khi nhiều động sử dụng, tốc độ đồng tải chia sẻ động -Có thể bù trượt tốc độ, phát mơmen, dị tìm tốc độ cộng với chức tăng mômen động mômen tải tăng giúp tốc độ băng tải ln ln ổn định -Điều khiển q trình khởi động dừng xác hệ thống băng tải Ưu điểm sử dụng biến tần cho băng tải: -Những ưu điểm biến tần dành cho băng tải: + Momen khởi động lớn + Giúp giải yêu cầu khởi động dừng xác hệ thống Điều chỉnh tốc độ băng tải dễ dàng + Bảo vệ giúp tăng tuổi thọ hệ thống khí, động Nâng cao chất lượng điện năng, tiết kiệm điện - Ngoài ra, biến tần cho hệ thống băng tải giúp tăng tốc độ động theo yêu cầu, với ứng dụng khác đòi hỏi biến tần điều khiển động chạy tốc độ định mức nảy sinh vấn đề làm mát động sử dụng loại động tự làm mát Với ứng dụng sử dụng động làm mát cưỡng tốt CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ BIẾN TẦN 3.1 Tính tốn cơng suất động biến tần Hình 3.1 Hệ thống băng tải  Tính tốn cơng suất tải trục động số băng tải hoạt động với mức công suất 0, 25, 50, 75, 100% công suất định mức  Các thông số hệ thống băng tải: Chiều dài Chiều cao L (m) 15 H1 (m) 0,8 - Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là: F 1=L ∂ cos β k1 g=∂ L' k1 g=15∗(35∗100 %)∗0 , 9837∗0 , 05∗9 , 8=253 N β góc nghiêng băng tải L: chiều dài băng tải ∂: khối lượng vật liệu 1m băng tải k1: hệ số tính đến lực cản dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05 - Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là: P1=F1 v =253∗1=253 W - Lực cản loại ma sát sinh băng tải chuyển động không tải là: F 2=2 L ∂b cos β k2 g=2 L' ∂b k2 g=2∗14 , 755∗5∗0 , 05∗9 , 8=72, N k2: hệ số tính đến lực cản khơng tải ∂ : khối lượng băng tải 1m chiều dài băng - Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát: b P2=F2 v=72 ,3∗1=72 , W - Lực cần thiết để nâng vật: F 3=L ∂ sin β g=15∗(35∗100 %)∗0,18∗9,8=926,1N - Công suất nâng bằng: P3=F3 v=926,1∗1=926,1 W - Công suất tĩnh băng tải: P=P1 +P2 +P3=253+72,3+926,1=1251,4 W - Công suất động truyền động băng tải tính theo biểu thức sau: P 1.2∗1251,4 Pdc=k3 = η =1877,1W 0.8 k 3: hệ số dự trữ công suất (k 3=1,2÷ 1,25) η: Hiệu suất truyền động  Tính toán tương tự cho tải định mức 0, %Tải định mức 3.2 Lựa chọn động biến tần - Theo thơng số tính tốn động làm việc định mức 100% 1877 W ... Chí Minh, tháng 12 năm 2021  TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO   ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ BĂNG TẢI Giảng... Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt công nghệ tự động hóa, biến tần đời giúp giải toán điều khiển động điện cách dễ dàng Để hiểu rõ điều khiển hệ thống điện công nghiệp với biến tần ứng... điện khởi động cao Băng tải khởi động mềm với momen điều khiển phù hợp làm giảm bớt cố căng trượt băng tải Ngồi ra, hệ truyền động băng tải cịn u cầu dừng cách xác vị trí -Với hệ thống băng tải