Thiết kế hệ truyền động cân băng định lượng

Cân băng định lượng là một hệ thống băng tải có thể định lượng khối lượng sản phẩm, nguyên liệu ngay trong khi nó đang hoạt động, nó giúp cho quá trình hoạt sản xuất của doanh nghiệp được diễn ra liên tục, đảm bảo được thành phần nguyên liệu cho sản phẩm là đạt chuẩn. Từ đó giúp cho chất lượng sản phẩm đầu ra tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao và mang lại nhiều giá trị hơn

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài: Thiết kế hệ truyền động cân băng định lượng Hà Nội, 3/2023 Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình PGS TS Nguyễn Quang Địch suốt trình thực tập lớn Thầy hỗ trợ nhóm đưa kế hoạch, định hướng phương án thực hiện, nhận xét thiếu sót, nhờ mà chúng em hoàn thành đề tài cách thuận lợi Thời gian làm tập lớn Thầy giúp cho chúng em học hỏi thêm nhiều kiến thức không kiến thức chuyên ngành mà cịn kết hợp với mơn chun ngành khác, đồng thời nâng cao khả làm việc nhóm, khả phân tích xử lý tốn thực tế Chúng em xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG YÊU CẦU ĐỀ TÀI 1.1 Thiết kế hệ truyền động cân băng định lượng với thông số sau 1.2 Yêu cầu CHƯƠNG MÔ TẢ NGUYÊN LÝ CÔNG NGHỆ 2.1 Khái niệm .2 2.2 Cấu trúc cân băng định lượng 2.2.1 Hệ thống khung khí 2.2.2 Hệ thống cảm biến, điều khiển .3 2.2.3 Hệ thống điều khiển tự động hóa CHƯƠNG YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG VÀ CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 3.1 Yêu cầu công nghệ hệ truyền động cân băng định lượng .4 3.2 Cấu trúc hệ truyền động cân băng định lượng .5 3.3 Lựa chọn loại động 3.4 Chọn loại biến tần 3.5 Chọn phương án điều khiển biến tần .8 CHƯƠNG TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 10 4.1 Lưu lượng cân băng 10 4.2 Tính tốc độ động .10 4.3 Tính cơng suất tải quy trục động 10 4.4 Tính momen quy đầu trục động 10 CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ 12 5.1 Động .12 5.2 Biến tần 12 5.3 Thiết bị đóng cắt 13 CHƯƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 15 6.1 6.2 Mơ hình động khơng đồng pha khơng gian vector: .15 6.1.1 Mơ hình động không đồng hệ tọa độ αβ 16 6.1.2 Mơ hình động không đồng hệ tọa độ quay dq .16 Thiết kế điều khiển 17 6.2.1 Mạch vòng điều khiển dòng điện 17 6.2.2 Mạch vòng điều khiển từ thông 19 6.2.3 Mạch vòng điều khiển tốc độ .20 6.2.4 Mạch vòng điều khiển lưu lượng 21 CHƯƠNG MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG 23 7.1 7.2 Mô Matlab – Simulink .23 7.1.1 Khối mạch lực biến tần – động 23 7.1.2 Khối điều chế SVM 23 7.1.3 Khối mơ hình ước lượng từ thơng 24 7.1.4 Mạch vòng điều khiển dòng điện 24 Kết mô 25 7.2.1 Lưu lượng cân băng .25 7.2.2 Tốc độ động .26 7.2.3 Momen động .26 7.2.4 Dòng điện stator động .26 CHƯƠNG KẾT LUẬN .27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Cấu trúc cân băng định lượng .2 Hình 3.1 Đồ thị cơng suất momen Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng .5 Hình 5.1 Một số loại động 1TL0021 hãng Siemens 12 Hình 5.2 Biến tần SV022IG5A-4 13 Hình 5.3 Sơ đồ đấu nối biến tần SV022IG5A-4 13 Hình 5.4 Aptomat Mitsubishi 14 Hình 6.1 Biểu diễn điện áp pha dạng vector phức .15 Hình 6.2 Mơ hình ĐCKĐB pha rotor lồng sóc hệ trục tọa độ dq 17 Hình 6.3 Mơ hình đối tượng 18 Hình 6.4 Mơ hình mạch vịng dịng điện isq 19 Hình 6.5 Mơ hình mạch vịng từ thơng 19 Hình 6.6 Mơ hình mạch vịng tốc độ .20 Hình 6.7 Mơ hình mạch vịng lưu lượng 21 Hình 7.1 Mơ hình hệ truyền động băng tải 23 Hình 7.2 Khối mạch lực biến tần – động 23 Hình 7.3 Khối điều chế SVM 23 Hình 7.4 Khối mơ hình ước lượng từ thơng 24 Hình 7.5 Mạch vòng điều khiển dòng điện 24 Hình 7.6 Tín hiệu đặt lưu lượng cân băng 25 Hình 7.7 Đồ thị đáp ứng lưu lượng cân băng 25 Hình 7.8 Đồ thị đáp ứng lưu lượng cân băng phóng to .25 Hình 7.9 Đồ thị đáp ứng tốc độ động 26 Hình 7.10 Đồ thị đáp ứng momen động .26 Hình 7.11 Đồ thị đáp ứng dịng điện stator động 26 CHƯƠNG YÊU CẦU ĐỀ TÀI 1.1 Thiết kế hệ truyền động cân băng định lượng với thông số sau - Khối lượng vật liệu băng tính đo Loadcell: P0=¿ 29 kg/m - Khối lượng riêng băng mét dài: δ = 2,9 kg/m - Tốc độ tối đa: v max = 1,9 m/s - Góc ơm lớn (khi băng chưa chạy): φ = 130° - Lục căng ban đầu: T0 =250 N - Hệ số ma sát trượt băng tải PVC puli: f = 0,3 - Chiều dài cân băng : L = 1,9 m - Đường kính puli: d = 0,89 m - Tỷ số truyền: i = 30 - Hiệu suất tổng truyền (gồm hiệu suất hộp số truyền đai): η = 0,75 - Momen quán tính quy đổi trục động cơ: J qđ =¿ 0,06 kgm2 - Dải điều chỉnh: 4:1 1.2 Yêu cầu - Mô tả nguyên lý công nghệ - Xây dựng yêu cầu truyền động, cấu trúc hệ truyền động - Tính chọn động cơ, biến tần thiết bị đóng cắt - Thiết kế điều khiển mạch vịng từ thơng, dịng điện, tốc độ, lưu lượng - Mơ phỏng, kiểm chứng hệ truyền động CHƯƠNG MÔ TẢ NGUYÊN LÝ CÔNG NGHỆ 2.1 Khái niệm Cân băng định lượng hệ thống băng tải định lượng khối lượng sản phẩm, nguyên liệu hoạt động, giúp cho q trình hoạt sản xuất doanh nghiệp diễn liên tục, đảm bảo thành phần nguyên liệu cho sản phẩm đạt chuẩn Từ giúp cho chất lượng sản phẩm đầu tốt nhất, đạt tiêu chuẩn cao mang lại nhiều giá trị 2.2 Cấu trúc cân băng định lượng Cân định lượng gồm có thành phần cấu tạo sau đây: V To Loadcell R   T1 i Kg/m ~V M TT lưu lượng Q Q*  RQ * ~ ~ CB1 Hình 2.1 Cấu trúc cân băng định lượng 2.2.1 Hệ thống khung khí Khung khí phần giá đỡ tồn hệ thống: - Phễu chứa cấp liệu - Hệ thống lăn băng tải - Băng tải vân chuyển nguyên liệu - Một số linh kiện, phụ kiện hỗ trợ khác Nơi cấp liệu đầu vào, bao gồm phễu chứa cấp liệu Tại đây, liệu đổ vào phễu chứa bắt đầu quy trình cân băng Liệu qua cửa cấp liệu (Vít tải cửa xả) chảy xuống băng tải Toàn băng tải chảy liệu gá khung cân băng, lăn lăn lớn làm nhiểm vụ tải băng, lăn nhỏ dùng gá đỡ cho băng tải chạy Trong số băng tải nhỏ có bận cảm biện trọng lượng (loadcell) để kiểm tra, đong đếm khối lượng chảy băng 2.2.2 Hệ thống cảm biến, điều khiển - Thiết bị cảm biến lực (loadcell cân băng định lượng) - Thiết bị cảm biến tốc độ - Bộ thị điều khiển - Biến tần - Động truyền động Được gá lăn nhỏ, nơi xuất trọng lực tác dụng trực tiếp lên lăn thông số gửi phận điều khiển Encoder cảm biến tốc độ có nhiệm vụ, kiểm tra tốc tộ chạy băng tải, từ đưa thông số tốc độ băng tải Kết hợp thơng số lại có thông số khối lượng để điều chỉnh xác 2.2.3 Hệ thống điều khiển tự động hóa - Hệ thống tủ điện điều khiển trung tâm - Phần mềm điều khiển cân băng định lượng Từ thông số kỹ thuật truyền từ cảm biến tốc độ cảm biến lực, qua đầu cân điểu khiển xử lý thơng tin sau gửi phần mềm điều khiển máy tính Từ thông số thô xử lý phản hồi ngược lại tủ điện Tại tủ điện điều khiển trung tâm có định, thơng số thời gian chạy băng từ kiểm sốt định mức khối lượng/thời gian cần thiết CHƯƠNG YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG VÀ CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG Chọn phương án truyền động dựa u cầu cơng nghệ kết tính chọn cơng suất động cơ, từ tìm hệ truyền động thỏa mãn yêu cầu đặt Bằng việc phân tích, so sánh tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ truyền động kết hợp tính khả thi để lựa chọn phương án tối ưu 3.1 Yêu cầu công nghệ hệ truyền động cân băng định lượng Đặc tính máy sản xuất thường có dạng: ( ) M c =M c 0+(M đm−M c ) ω ωđm α Trong đó: - M c 0: Momen ứng với tốc độ ω = - M đm: Momen ứng với tốc độ định mức ω đm - M c : Momen ứng với tốc độ ω Với băng tải α =0 Do đó, ta có Mc = Mđm = const Ta thấy tải hệ truyền động băng tải phối liệu thay đổi trình làm việc Hệ truyền động hệ làm việc chế độ dài hạn Ta có đồ thị công suất momen cản tĩnh truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const sau: Hình 3.2 Đồ thị công suất momen Yêu cầu khởi động dừng hãm: - Hệ truyền động băng tải phối liệu khởi động với gia tốc lớn làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng làm đứt băng Để hạn chế điều ta phải sử dụng khâu giảm tốc khởi động - Để động khởi động làm việc sau điện trình làm việc chọn động có momen khởi động đủ lớn - Khi dừng khơng u cầu dừng xác, tránh cho hệ dùng với gia tốc lớn gây hư hỏng, đứt băng Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên tục phải dừng nên không cần thiết kế giảm tốc Cũng không yêu cầu thiết kế phanh hãm kết thúc cơng việc ta băng dừng tự Đối với hệ truyền động nhiều động cơ: Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp dây chuyền địi hỏi phải đồng hóa tốc độ động truyền động đặt khóa liên động cần thiết để đảm bảo thứ tự tác động Khi tốc độ động phải trường hợp để ổn định để tránh lực đàn hồi băng tĩnh: Độ xác tốc độ yêu cầu quan trọng ,được đánh giá sai lệch s %= ωđ −ω 100 % ωđ Trong đó: - ω đ : tốc độ đặt - ω : tốc độ làm việc thực Dải điều chỉnh: D = ω max : ω = 4:1 3.2 Cấu trúc hệ truyền động cân băng định lượng Hình 5.7 Aptomat Mitsubishi - Model: NF30-CS 3P 5A - Aptomat Mitsubishi MCCB - Số cực: 3P - Frame size: 30AF - Dòng định mức: 5A - Dòng cắt ngắn mạch : 1.5kA - Điện áp cách điện: 690V - Chức nănng : kiểm soát, bảo vệ tải ngắn mạch 15