Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha dùng biến tần dựa theo nguyên tắc tựu từ thông roto

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Lời nói đầu Đ ộng không đồng có nhiều u điểm so với động chiều : hệ số công suất, trọng lợng cao vận hành tin cậy, giá thành chế tạo chi phí vận hành thấp Tuy nhiên cấu trúc phi tuyến với đa thông thông số,nên điều khiển động không đồng khó khăn Những năm gần dây, với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật bán dẫn công suất lớn.Vi mạch điện tử lý thuyết điều khiển, nhiều phơng pháp điều khiển hiệu đà đợc đề suất cho điều khiển động không đồng Chính động không đồng ®· ®−ỵc sư dơng réng r·i hƯ thèng trun động điều chỉnh tốc độ máy sản xuất, thay dần động chiều, ví dụ nh thiết bị dây chuyền sản xuất xi măng Điều khiển điện áp nguồn cumg cấp cho động môt phơng pháp đơn giản kinh tế, nhng chất lợng điều chỉnh tĩnh động không cao Phơng pháp thích hợp cho cac phụ tải quạt gió, máy bơm Phơng pháp điều khiển hiệu thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp cho động Do tốc độ động xấp xỉ tốc độ đồng bộ, nên động làm việc với độ trơt tổn hao công suất trợt mạch rotor nhỏ Tuy nhiên phơng pháp phức tạp đắt tiền Trong hệ thống chuyền động điện điều khiển tần số phơng pháp điều khiển theo từ thông tạo cho động đặc tính tĩnh động tốt Với phơng pháp điều khiển gián tiếp , hệ thống điều khiển điện áp/ tần số dòng điện / tần số trợt đà đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp hệ thống điều khiển điện áp tần số, sức điện động khe hở động đợc điều chỉnh tỷ lệ với tần số Động có khả sinh mômen nh tần số dới định mức Có khả điều khiển hai vùng, vùng dới tốc độ điều chỉnh từ thông không đổi, điều khiển giữ tỉ số sức điện động khe hở tần số số, vùng tốc độ điện áp đợc trì không đổi, từ thông động đợc dảm theo tốc độ đảm bảo công suất động không đổi Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Phơng pháp tạo đặc tính tĩnh tốt nhng không đáp ứng đợc chất lợng điều chỉnh thời gian trình độ Hệ thống điều chỉnh định hớng theo từ trờng gọi điều khiển vector đáp ứng đợc yêu cầu điều chỉnh chế độ tĩnh động Nó cho phép điều chỉmh chế độ mômen từ thông động điều chỉnh độc hai thành phần dòng điện stato tơng ứng Hệ thống ®iỊu chØnh gåm hai kªnh ®iỊu khiĨn ®éc lËp: ®iỊu khiển mômen điều khiển từ thông rotor, kênh điều khiển mômen gồm mạch vòng điều chỉnh tốc độ mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh từ thông Nh hệ thống truyền động điện động không đồng tạo đợc đặc tính tĩnh động cao so sánh đợc với động chiều Sau trình học tập em đà đợc nhận đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu khảo sát hệ thống cân định lợng nhà máy xi măng Lu Xá Trên sở thiết kế hệ thống truyền động cho băng tải hệ thống cân định lợng Qua thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đợc giúp đỡ thầy giáo hớng dẫn thạc sĩ: Lê Xuân Quý với thầy cô giáo môn, bạn bè đồng nghiệp, đến đồ án em đà hoàn thành Với khả kiến thức có hạn, đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Bởi em mong đợc góp ý, giúp đỡ thầy cô bạn đồng nghiệp Ngày tháng năm 2000 Nguyễn Đức Quyền Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Phần I Tổng quan động không đồng phơng pháp điều chỉnh tốc độ I.tổng quan động không đồng 1- Đặc điểm chung: Động điện không đồng động điện xoay chiều hai dây quấn mà có dây (sơ cấp) nhận điện từ lới với tần số f1 không đổi dây thứ hai (thứ cấp) đợc nối tắt hay ngắn mạch điện trở Dòng điện dây thứ cấp đợc sinh nhờ hiệu ứng cảm ứng điện từ với tần số f2, tần số f2 hàm tốc độ góc rotor mà tốc độ phụ thuộc vào mômen quay trục Phổ biến ngời ta sử dụng máy điện không đồng dây quấn stator ba pha đối xứng cã cùc tÝnh xen chÏ lÊy ®iƯn tõ mét l−íi điện xoay chiều dây quấn rotor ba pha dây quấn nhiều pha có cực từ xen chẽ Những loại máy điện nh gọi động điện không đồng Các máy điện không đồnh kiểu khác đợc gọi Máy điện không đồng đặc biệt máy không đồng làm động máy phát điện nhng chủ yếu dùng làm động cơ, dùng làm máy phát hÃn hữu, động không đồng xoay chiều thông dụng Trong phạm vi đồ án ta không sâu vào máy phát mà chủ yếu sâu động không đồng (ĐCKĐB) Tóm tắt trình phát triển ĐCKĐB Nguyên lý làm việc dụng động không đồng đà dựa tợngtừ tính quay mà F.Đ.Aragô phát năm 1824 sau đợc M.Farađây giải thích vào năm 1931 Nhng thí nghiệm Aragô đĩa đồng đà đợc chuyển động nhờ nam châm quay từ trờng quay tạo nên thiết bị đứng yên stator nh máy điện Một thời gian dài tợng Aragô không đợc ứng dụng vào thực tế Chỉ đến năm 1979 U.Bêli ( ngời Anh ) phát dụng cụ việc dịch chuyển không gian từ trờng nhờ thiết bị đứng yên gồm nam châm điện đợc đặt khoảng cách nh so với trụ quay đĩa bằnh đồng Để tạo nên từ trờng quay ngời ta sử dụng thiết bị chuyển mạch đặc biệt cung cấp cho nam châm điện xung điện chiều có biên độ chiều tơng ứng Nhà bác học ngời ý Gfecrarix, nhà bác học ngời Nam t Ntecla sống làm việc chủ yếu Mỹ đà phát tợng từ Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn ®o l−êng vμ ®iỊu khiĨn tr−êng quay nh− nhËn thøc vào năm 1888 cách độc lập Họ đà chứng minh thành công hai cuộn dây đặt vuông góc với đợc cung cấp dòng điện hình sin lệch 900 tạo đợc từ trờng quay, vector cảm ứng từ trờng đặt điểm giao trục cuộn dây quay không thay đổi biên độ Nhng động hai pha Fecrarix có mạch từ hở rotor hình trụ đồng sinh công suất tất chừng 3w gần giống với động không đồng Mặt khác xuất phát từ giả thiết không việc cần thiết phải vận hành Động với công suất cực đại Fecrarix kết luận sai lầm hiệu suất động không đồng không vợt 50% điều làm giảm cách rõ rệt việc quan tâm công trình fecrarix thời gian phát triển ý đồ mang tính kỹ thuật ông đà bị kìm hÃm Các động không đồng Ntesla thiết kế đà đợc hÃng westing haox nhận chế tạo Nhợc điểm động fteslamaf sau phải chịu thua động ba pha việc dùng dây quấn tập trung stator rôto máy Điều làm cho việc mở máy xấu mômen phụ thuộc rõ rệt vào vị trí ban đầu rotor Việc phát minh động không đồng pha đặc điểm kết cấu có tính nguyên lý đợc giữ đến ngày gắn liền với tên tuổi M.D.Đalivô Đabrovôlxki sau tìm hiểu nhữngkết luận fecrarix tính không triển vọng động không đồng bộ, ông không đồng ý với quan điểm bắt tay vào nghiên cứu động không đồng đợc cung cấp từ hệ pha ông đề nghị Trong thời gian ngắn nghiên cứu theo hớng đà hoàn thành phát minh quan trọng động không đồng ba pha có : rotor kiểu lồng sóc (năm 1889), stator có kiểu dây quấn dải kiểu hình trống, loại rotor có dây quấn ba pha đợc lấy từ vành trợt, biến trở mở máy đợc đa vào rotor mở máy động (năm 1890) Vậy nguyên lý đợc phát năm 1824 năm 1890 Động không đồng ngày đợc xây dựng phát triển kết cấu, công suất, công nghệ ngày phát huy đợc tác dụng, hoàn thiện ngày Động không đồng đà đợc sử dụng rÊt réng r·i thùc tÕ bëi −u ®iĨm nỉi bật : cấu tạo đơn giản so với động điện chiều giá thành hạ, vận hành tin cậy chắn Ngoài nhà máy điện thờng sản suất lới điện xoay chiều không cần trang bị biến đổi kèm theo Tuy nhiên với sù ph¸t triĨn nh− vị b·o cđa kü tht vi tính đặc biệt kỹ thuật vi sử lý tín hiệu (Digital Signal processer ) Đà cho phép giải thuật toán phức tạp điều khiển động xoay chiỊu ba pha, thêi gian thùc víi chÊt l−ỵng ®iỊu khiĨn cao §iỊu ®ã dÉn ®Õn xu h−íng thay thÕ triƯt ®Ĩ trun ®éng ®iƯn mét chiỊu bëi trun ®éng ®iƯn ba pha cã mäi −u ®iĨm cđa trun động điện chiều phải bảo dỡng dễ chế tạo u điểm khác Trang Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền # " Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo lờng v điều khiển II phơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng Bên cạnh truyền động thuỷ lực, dùng khí nén, truyền động điện ngày đợc sử dụng rộng rÃi trở thành khâu thiếu đợc dây truyền sản suất, đặc biệt dây sản suất truyền tự động đại đâu có chuyển động học (các dây truyền, tay máy, ngời máy ) đâu có động điện làm thiết bị trung gian để chuyển hoá điện thành với đặc tính cần thiết Việc điều chỉnh xác dòng tạo nên chuyển động phức tạp dây truyền công nghệ nâng cao chất lợng giảm giá thành sản phẩm nhiệm vụ hệ thống truyền động Bởi truyền động điện môn khoa học ứng dụng kiểu thức nhất, lý thuyết điều khiển công nghệ vi điện tử vi tính, nhằm gán cho động tính cao đáp ứng đợc đòi hỏi ngày cao tự động hoá đặt cho hệ truyền động Khác với động điện chiều động không đồng đợc cấu tạo phần cảm ứng không tách biệt từ thông động nh mômen động sinh phụ thuộc vào nhiều tham số Do hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động không đồng hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Để đánh giá chất lợng điều chỉnh tốc độ, độ trơn điều chỉnh tốc độ, hoà hợp đặc tính điều chỉnh với đặc tính tải Để sử dụng tốt động có điều chỉnh tốc độ ta cần quan tâm đến tiêu so với thông số định mức Để điều chỉnh đợc tốc độ động không đồng ta xét Đến đờng đặc tính động không đồng thông số ảnh hởng Đờng đặc tính động không đồng quan hệ tốc độ quay mômen động : ω = f(M) ω S ω1 Sdm Sth Mdm Mth M Hình đặc tính động không đồng Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Phơng trình đặc tÝnh c¬ : 3.U f1R s M= R ω1S[(R + ) + X 2nm ] S Ta thấy thông số ảnh hởng đến đặc tính ĐCKĐB : - ảnh hởng điện trở điện kháng stator ( nối thêm điện trở phụ R1 điện kháng X1 vào mạch stator) - ảnh hởng mạch rotor ( nối thêm điện trở R2 điện kháng X2 vào rotor với động rotor dây quấn) - ảnh hởng suy giảm điện áp lới cấp cho động - ảnh hởng độ trợt S - ảnh hởng tần số lới điện cấp cho động - Ngoài việc thay ®æi sè ®èi cùc sÏ thay ®æi tèc ®é ®éng ảnh hởng đến đặc tính cơ(xẩy với động nhiều tốc độ) Hiện công nghiệp th−êng sư dơng hƯ trun ®éng ®iỊu chØnh tèc độ : + Điều chỉnh điện áp cấp cho động + Điều chỉnh điện trở rotor + Điều chỉnh công suất trợt + Điều chỉnh tần số nguồn Trong phạm vi đồ án chủ yếu ta sâu nghiên phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi tần số nguồn biến tần, phơng pháp khác nêu qua Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp U1 Mômen quay động tỷ lệ với bình phơng ®iƯn ¸p stator (M = U2 ) ®ã cã thể điều chỉnh đợc mômen tốc độ động không đồng cách điều chỉnh giá trị điện áp stotor giữ nguyên tần số Khi thay đổi U1 giữ nguyên đặc tính tải MN = f(S) đặc tính biến đổi dần đến lầm thay đổi hệ số trợt Khi tẩi không đổi nghĩa M = const hệ số trợt biến đổi coi nh tỷ lệ nghịch với bình phơng điện áp S = 1/ U2 cáchệ số trợt khác ứng với cácUđm khác Để điều chỉnh điện áp không đồng ta phải dùng biến đổi điện áp Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang # " Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo lờng v điều khiển Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh nh sau: Rf Biến đổi điện áp xoay chiều Ulới Ub Rf ĐC Rf Nếu coi điện áp xoay chiều nguồn áp lý tởng theo biểu thức mômen tíi h¹n ta cã quan hƯ sau: M thu ⎡ U b ⎤ =⎢ ⎥ M th ⎣U dmm ⎦ (1) Nếu tốc độ động không ®ỉi : ω = const th× MN = MU /Mgh công thức (1) với giá trị điện áp mômen : - Uđm điện áp định mức động - Ub đầu điện áp xoay chiều - Mth mômen tới hạn điện áp định mức - Mu mômen tới hạn điện áp điện áp điều chỉnh - Mgh mômen ứng Uđm điện trở phụ Rf Vì giá trị độ trợt tới hạn Sth đặc tính tự nhiên nhỏ nên không áp dụng cho động không đồng rotor lồng sóc Khi thực cho động rotor dây quấn ta cần nối thêm Rf để mở rộng giới hạn điều chỉnh tốc độ mômen Lúc độ cứng đặc tính giảm tốc độ không tải lý tởng đặc tính nh tốc độ từ trờng quay Ta có đờng đặc tính nh sau: Uđm ,Rf = Sth U®m ,Rf ≠ ω Ub2 Sthgh Ub1 Mc(ω) Sinh viªn thiÕt kÕ: Ngun M Mth2 Đức Quyền Mth1 Mth Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Nhng phơng pháp có nhợc điểm giảm khả tải động dải điều chỉnh tốc độ hẹp (từ S = ữ Sđm), tăng tổn hao ë rotor (P®2 = P®tõ S = S M ω1 , ω1 b»ng tèc ®é tõ tr−êng quay) nên phơng pháp chủ yếu đợc áp dụng cho động công suất vừa nhỏ có hệ số trợt tới hạn Sth lớn 2- Phơng pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch dây quấn rotor Khi đa thêm điện trở phụ Rf vào mạch dây quấn rotor : Mth = const ; ω1 = const vµ Sth = Rr + Rf R 12 + X 2nm Trong ®ã: - Sth hệ số trợt tới hạn - Rv điện trở rotor - Rt điện trở đa vào thêm - Xnm điện kháng mạch stator Từ biểu thức ta thấy: Rf lớn S th lớn mà mômen tới hạn không đổi đờng đặc tính mềm có dạng nh hình vẽ: Mth Uđm ,Rf = Sth Uđm ,Rf ≠ Stth S Khi ®iỊu chØnh tèc ®é b»ng phơng pháp tổn hao mạch dây quấn rotor (S Pđt) đợc phân phối giứa thân động biến trở điều chỉnh tỷ lệ với hệ số trợt lớn đố R2 = Rf chủ yéu đợc phát biến trở Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Nếu giữ cho dòng rotor không đổi mômen không đổi không phụ thuộc vào tốc độ động Vì ta áp dụng phơng pháp náy cho truyền động có mômen tải không đổi Điều chỉnh công suất trợt làm thay đổi tốc độ động Trong trờng hợp điều chỉnh tốc độ động không đồng cách làm mềm đặc tính giữ nguyên tốc độ không tải lý tởng công suất trợt Ps = S.Pdt đợc tiêu tán mạch rotor Các hệ truyền động công suất lớn tổn hao đáng kể để vừa điều chỉnh đợc tốc độ truyền động vừa tận dụng đợc công suất trợt ngời ta sử dụng sơ đồ công suất trợt gọi sơ đồ nối tầng Có nhiều phơng pháp xây dựng hệ nối tÇng HiƯn ng−êi ta th−êng dïng hƯ nèi tÇng thyristor Với sơ đồ nối tầng dùng thyristor sức điện động rotor đợc qua chỉnh lu thành chiều qua cuộn kháng cấp cho nghịch lu phụ thuộc Điện áp tần số xoay chiều nghịch lu không đổi đợc xác định tần số điện áp lới điện Góc điều chỉnh nghịch lu thay đổi khoảng 900 ữ1400 Độ lớn dòng rotor hoàn toàn phụ thuộc vào mômen tải mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lu chế độ không tải lý tởng dòng rotor tốc độ không tải ý tởng đợc tính : S0 = Ur0 / Um Trong : Ur0 suất điện Động chỉnh lu không tải phía rotor Um biên độ điện áp pha stator Nên ta điều chỉnh đợc sức điện động chỉnh lu mạch phía rotor điều chỉnh đợc độ trợt không tải lý tởng tức điều chỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng mà giá trị sức điện động chỉnh lu đợc điều chỉnh góc mở nghịch lu phụ thuộc Đặc tính hệ nối tầng dùng thiristor ứng với góc mở khác nh hình vẽ : đặc tính tự nhiên =900 =1000 n =1400 Mtht Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Mth M Trang Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Do điện cảm cuộn lọc mạch chiều có giá trị hữu hạn nên dòng chiều bị gián nên đặc tính đoạn có độ dốc lớn Mặt khác sụt áp gây nên điện trở stator Điện trở mạch chiều, điện trở điện kháng máy biến áp cung cấp cho mạch nghịch lu, sụt áp chuyển mạch nghịch lu chỉnh lu đặc tính điều chỉnh có độ cứng mômen tới hạn nhỏ đặc tính tự nhiên Nguyên lý điều công suất trợt thờng áp dụng cho truyền động công suất lớn tiết kiệm lợng có ý nghĩa lớn Phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn mômen động bị giảm tốc độ thấp Mặt khác hệ thống lớn khởi ®éng ®éng c¬ th−êng dïng ®iƯn trë phơ kiĨu chÊt lỏng sau đố chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt nên áp dụng cho hệ thống có số lần khởi động đảo chiều 4- điều chỉnh tốc độ động không đòng phơng pháp thay đổi tần số Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều có yêu cầu cao dải điều chỉnh tính chất động học, thực đợc với biến tần Các hệ thống sử dụng động không đồng rotor lồng sóc, kết cấu đơn giản, vững giá thành rẻ, hoạt động môi trờng, kể trờng có hoạt tính cao nh nớc 100% Giá thành truyền động chiều 100% Giá thành truyền động tần só Giá thành phần điều khiển Giá thành phần điều khiển 50% Giá thành động 30% Giá thành động 0 P(kw) t(năm) Biểu đồ so sánh kinh tế với phát triển tiến khoa học kỹ thuật, ngày cho ta thấy truyền động tần số dần thay triệt để truyền động điện chiều Yêu cầu đặc tính truyền động tần số : đảm bảo độ Trang 10 Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển đổi đợc phụ thuộc vào linh kiện mắc mạch Để thực điều đó, khuếch đại thuật toán phải có hệ số khuếch đại lớn, trở kháng vào lớn trở kháng nhỏ Bộ khuếch đại thuật toán đợc biĨu diƠn nh− h×nh I-3: RN R1 a UV Ud UR N + RN URmax Ur R1 b UV Uv -vài mv + +vài mv URmin Hình I.4.Đặc tính khuếch đại thuật Hình I.3 a) sơ đồ khuếch đại đảo, b) thuận toán Trong hệ thống có sử dụng số sơ đồ khuếch đại, ví dụ nh sơ đồ khuếch đại đảo, sơ đồ biến đổi điện áp - điện áp, sơ đồ khuếch đại thuận *Khối 3,5,8: chuyển đổi A/D Các đại lợng điều khiển thờng tín hiệu tơng tự, hệ điều khiển số cần phải biến đổi đại lợng thành tín hiệu số Nh cần phải biến đổi tơng tự-số ( A/D) có ba phơng pháp thực khác nguyên tắc: phơng pháp song song: điện áp vào đồng thời so sánh với điện áp chuẩn xác định xác xem nằm hai mức nào, kết ta có bậc tín hiệu xấp xỉ, phơng pháp có giá thành cao số ta cần phải có so sánh, phơng pháp có u điểm nhanh Phơng pháp trọng số : Việc so sánh diễn cho bít số nhị phân, cách so sánh nh sau: ta xác định xem điện áp vào có vợt điện áp chuẩn bít hay không Nếu vợt kết có giá trị lấy điện áp vào trừ điện áp chuẩn, phần d đem so với bít trẻ lân cận Rõ ràng có bít số nhị phân cần lấy bớc so sánh lấy điện áp chuẩn Phơng pháp số :Phơng pháp đơn giản phơng pháp số, trờng hợp ta kể đến số lợng tổng số điện áp chuẩn bít trẻ dùng để diễn đạt điện áp vào Nếu số lợng cực đại mô tả n cần tối đa n bớc dể nhận đợc kết Phơng pháp đơn giản, rẻ tiền nh−ng chËm HiƯn cã rÊt nhiỊu bé biÕn ®ỉi A/D nhng có vài nguyên tắc Sinh viên thiết kÕ: Ngun Ur §øc Qun Trang 92 # " Thut minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo lờng v điều khiển để xây dựng mạch: Mạch biến đổi A/D theo nguyên tắc bù, theo nguyên tắc servo, biến đổi A/D song song so sánh,bộ biến đổi A/D với hai lần tích phân, biến đổi A/ theo biến tần số Ví dụ biến đổi A/D theo nguyên tắc bù: UR T1 S Q T1 R2 2j R1 Aj R Q T2 + U0 H×nh I-5 Bộ biến đổi A/D theo nguyên tắc bù Mạch biến đổi A/D mạch đếm nhị phân, mạch so sánh biến đổi A/D Tại thời điểm đầu dếm đặt trang thái xung chỉnh lu, nh đầu có tín hiệu Mạch so sánh thiết lập giá trị tín hiệu nhịp H qua cổng AND đợc đa vào mạch đếm Mạch dÕm lµm viƯc cho tÝn hiƯu sã tõ Q0 Qm-1 , ®ång thêi qua bé biÕn ®ỉi D/A sÏ có điện áp U0 điện áp U0/UV so sánh lật giá trị đầu có giá trị cổng AND khoá đếm dừng Trên đầu đếm Q0 Qm-1 dạng số tỷ lệ với điện áp vào UV số đợc viết vào ghi Tiếp theo đếm đợc xoá không chuẩn bị cho chu kỳ biến đổi Sau chu kỳ nội dung bé ghi sÏ ghi sè liƯu míi cđa bé ®Õm Bé biÕn ®ỉi A/D song song víi m¹ch so sánh hìng I-6: Bộ biến đổi A/D với tốc độ nhanh điện áp vào UV đợc so sánh với giá trị URi tơng ứng với bít số đầu Nh thời gian biến đổi thời gian tác động mạch so sánh Tuy cần số lợng lớn so sánh mạch điện trở xác Ux + điều khiển Ghi N So sánh A/D Hình I-6 biến đổi A/D song song với mạch so sánh Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 93 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Khối 4,9: Màn hình hiển thị số Khối hiển thị sè kg/m Khèi 9: HiĨn thÞ sè m/ph Khèi 6: máy tính Card chuyển đổi A/D kênh bít , hệ thống sử dụng kênh Phần mềm ứng dụng : - tốc độ băng tải m/ph - Tính toán khối lợng vật liệu kg/ m ( băng tải ) - Bộ nhân tính đợc khối lợng vật liệu kg/ph Phần mềm đọc thông số cđa Dinverter (do h·ng biÕn tÇn cung cÊp) PhÇn mỊm ứng dụng máy tính ngời lập chơng trình thực chức thu thập thông tin da đến xử lý thông tin đo đếm hƯ thèng cã sù cè, ®−a tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn Khèi 7: Bé chun ®ỉi RS232/485 §o lờng ghép nối với máy tính qua cổng RS- 232 Card ghép nối COM Đầu đo H1 Sơ đồ khối đơn giản hệ đo lờng ghép nối với máy tính qua cổng RS-232 Sơ đồ khối đơn giản hệ đo lờng ghép nối với máy tính qua cổng RS- 232 nh hình Số liệu từ đầu đo analog đợc đa tíi card ghÐp nèi ë card ghÐp nèi nµy sÏ có biến đổi A/D sau đợc biến đổi thành tín hiệu chuẩn RS-232 Tức mức +3V đến +12V tơng ứng với mức -3V đến -12V tơng ứng với mức Để đa liệu vào PC qua cổng COM ta phải có phần mềm để quán card ghép nối cổng COM tốc độ, format thông tin SDU Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 94 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Vài nét vỊ cỉng nèi tiÕp RS- 232 Cỉng nèi tiÕp RS- 232 loại giao diện phổ biến, rộng rÃi Ngời dùng máy PC gọi cổng COM1 COM2 Với COM2 để tự cho ứng dụng khác Giống nh cổng máy in cổng thông qua card ghép nối qua Slot mở rộng cổng nối tiếp RS- 232 đợc sử dụng cách thuận tiện cho mục đích đo lờng điều khiển nh có đờng dây liên lạc hay kênh thông tin có nhiều ứng dụng nh truyền văn qua modem hay fax Việc truyền liệu qua cổng RS- 232 đợc tiến hành theo cách nối tiếp, nghĩa bít liệu đợc gửi nối tiếp đờng dẫn Trớc hết, loại truyền có khả dùng cho khoảng cách lớn hơn, khả gây nhiễu nhỏ dùng cổng song song Hệ thông tin trao đổi nối tiếp đợc thực theo phơng thức : ã Đa công: số liệu đợc gửi theo hớng ã Bán song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng nhng thời điểm gửi theo hớng ã Song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng thông tin nối tiếp đợc phân làm hai loại: + Thông tin đồng + Thông tin không đồng Trong thông tin không đồng (di bộ), từ (hay cụm từ đợc truyền hay thu theo khung vμ khung ®ã gäi lμ SDU (serial data unit) Mét khung bao gåm: • Mét bÝt start • 5,6,7,8 bÝt liệu ã bít phát lỗi ã Bít stop (1,1.5 2) Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 95 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Ơ bít phát lỗi dùng bít chẵn-lẻ Chuẩn ghép nối RS- 232 Cổng nối tiếp RS-232 hệ thống bus, cho phép dễ dàng tạo liên kết điểm-điểm hai máy cần trao đổi thông tin với Một thành viên thứ tham gia vào trao đổi thông tin H Sắp xếp chân cổng nối tiếp máy tính PC Chân(loại Chân(loại Chức chân) 25 chân) DCD(Data carrier delect) Lối vào RxD(Receiver data) Lèi vµo TxD(Transmit data) Lèi 20 DTR(Data terminal ready) Lèi GND(Ground) nối đất 6 DSR(Data set ready) Lối vào RTS(Request to send) Lèi CTS(clear to send) Lèi vµo 22 RI(Ring Indicator) Lèi vµo Từ hình ta thấy ổ cắm RS-232 có tổng cộng đờng dẫn đờng đất Trên thực tế có hai loại phích cắm 25 chân, hai loại Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 96 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển chung đặc điểm làm việc Việc truyền liệu xẩy đờng dẫn RxD TxD Qua chân TxD, máy tính gửi liệu đến máy Trong máy tính nhận liệu chân nối RxD Các tín hiệu khác đóng vai trò nh tín hiệu hỗ trợ trao đổi thông tin ứng dụng dùng đợc Việc truyền liệu : Mức tín hiệu chân RxD tuỳ thuộc vào đờng dẫn RxD thông thờng nằm khoảng -12V đến +12V Các bít liệu đợc gửi đảo ngợc lại Mức điện áp mức high nằm -3V ữ -12V mức Low nằm +3V ữ +12V Trên hình mô tả dòng liệu điển hình byte liệu cổng nối tiếp RS- 232 Khi trạng thái tĩnh ®−êng dÉn cã ®iƯn ¸p -12V Mét bÝt khëi ®éng (bít start ) mở đầu việc truyền liệu Tiếp bít liệu riêng lẻ đến, bít giá trị thấp đợc gửi trớc tiên Con số bít liệu thay đổi 5và bít cuối dòng liệu bít dừng (stop bít), để đặt trở lại trạng thái lối (-12V) Bằng tốc độ baud ta thiết lập tốc độ truyền liệu giá trị thông thờng 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 và19200 baud Và kí hiệu baud tơng ứng với số bít đợc truyền giây Từ ta thấy có bít start bít stop đợc gửi bít liệu Nhờ ta biết đợc tốc độ cực đại liệu đợc truyền nh với byte đà có 10 bít đợc gửi Với tốc độ 9600 baud cho phép truyền nhiều 960 byte giây Qua cách tính ta thấy nhợc điểm không nhỏ cổng truyền nối tiếp tốc độ truyền liệu bị hạn chế Còn với vấn đề khuôn mẫu (Format) truyền liệu cần phải đợc thiết lập nh hai bên (bên gửi bên nhận) Các thông số truyền đợc thiết lập máy PC câu lệnh DOS Ngay Window có chơng trìng riêng để sử dụng Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 97 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Khi thông số truyền liệu nh: tốc độ baud, số bít liệu, số bít dừng, bít chẵn lẻ (parity) đợc thiết lập cách đơn giản Sự trao đổi đờng dẫn tín hiệu đờng dẫn tín hiệu riêng biệt Start bÝt StopbÝt 12V LOW D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 -12V HIGH 104 μ s 1,04 ms H.3 dòng liệu cổng RS- 232 với tốc độ 9600 baud Vµi nÐt vỊ giao diƯn 485 Giao diện 485 kết việc mở rộng tiêu chuẩn RS-232 Với độ dài đờng truyền tốc ®é trun cho phÐp giao diƯn nµy cho phÐp nhiỊu hai thành viên tham gia ( đến 32 thành viên) Có thể xem giao diện RS -485 nh bus, số lợng thành viên tham gia truyền thông giao diện RS -485 không bị hạn chế số 2(nh giao diện RS-323) đặc tính ba trạng thái (tristate) thành viên riêng lẻ Mức logic đợc ấn định tơng tự nh giao diện 422 -nghĩa nằm vùng điện áp -1,5v đến -6v, mức logic vùng điện áp từ +1,5 đến +6v Bộ đệm đờng dẫn giao diện RS-485 tạo điện áp vi sai 5v hai dây dẫn truyền liệu, giống nh trờng hợp RS-422 Giao diện 485 đợc dùng nhiều hệ thống đo lờng, nhiều đầu đo cần đợc thu thập xử lý số liệu đồng thời Một Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 98 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển thí dụ hệ thống cân băng định lợng nhà máy xi măng lu xá, hệ thống theo dõi lợng hàng đợc xuất nhập kho xăng dầu số liệu đo lờng đợc truyền với mà số tơng ứng qua cổng RS-485 mét bus Bé xư lý trung t©m thu thËp tÊt số liệu qua cổng nối tiếp xử lý máy vi tính Khối 10: Biến tần Hệ thống sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ động - không đồng xoay chiỊu pha BiÕn tÇn cđa anh thc h·ng Control Technic ký hiệu Din 12201508 với tần số vào 50 ữ 60Hz ,tần số đầu ữ 960Hz Điện áp đầu vào 220v ữ 240v ,dồng dầu vào 28,5A,dòng đầu 7A.Biến tần sử dụng điện áp đầu vào xoay chiều 220v ,diện áp đầu pha Trong niến tần có xử lý Đầu bé biÕn tÇn cã tÇn sè cã thĨ thay ®ỉi tõ 0,1,2 ,960Hz thay ®ỉi víi mét l−¬ng rÊt nhỏ gần nh thay đổi trơn Trong hệ thống ng−êi ta chØ sư dơng víi sù thay ®ỉi tõ 0ữ50Hz Khối 11: Trong hệ thống sử dụng động không đồng xoay chiều pha loại động có cấu tạo đơn giản, kích thớc trọng lợng nhỏ, giá thành hạ với nguyên lý làm vệc đơn giản, độ tin cậy cao nhiên Ikđ lớn Mkđ nhỏ, việc điều chỉnh tốc độ động khó khăn Đặc tính động không đồng có dạng nh sau: Hình I-7 đặc tính động không đồng Phơng trình đặc tính : 3.Uf2R2/ M= 0S [( r1+ R2 // S ) + Xnm 2] Trong : r1 , r2 : Là điện trở dây quấn pha mạch stato, rôto đà quy đổi x1 , x2 :Là điện kháng pha dây quấn mạch stato, mạch rôto đà quy đổi mạch stato Ur : Là điện áp pha đặt len pha dây quấn mạch stato động Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 99 # " Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo lờng v điều khiển Rr/ :Điện trở phụ đa vào mạch rôto động S : Độ trợt tốc độ S= - ω0 : tèc ®é tõ tr−êng quay ω : tèc độ trục động R2/ = r2/ + Rf/ Xnm/ = x1 + x2/ Do yêu cầu kỹ thuật, yêu cầu công nghệ nhà máy nên hệ thống truyền động cân băng định lợng sử dụng động không đồng xoay chiều pha Roto dây quấn để truyền động cho băng tải Động Trung Quốc Y802-4-4 với công suất 0,75kw, n = 1450 v/phót, f = 50 Hz, U = 380 v Để điều khiển động không dùng phơng pháp tần số, động không đồng không nhận điện từ lới chung mà từ biến tần Bộ biến tần đợc nối với lới có tần số f = 50 Hz , điện áp xoay chiều 220v Đầu có tần số f1 biến thiên mà U1 biến thiên Bằng cách biến đổi tần số nguồn cung cấp, tốc độ động đợc điều chỉnh cao thấp trị số bản, tần số nguồn cung cấp không vợt 1,5 ữ lần tần số định mức Giới hạn trớc hết độ bền vững bối dây rôto định Hơn tần số tăng, tổn thất công suất trông lõi thép stato tăng lên rõ dệt Phậm vi điều chỉnh tốc độ vùng thấp trị số thờng nhỏ 10 ữ 15 lần Giới hạn dới tần số bị hạn chế độ phức tạp nguồn có tần số thấp, khả quay không số yếu tố khác điều chỉnh tốc độ đọng không đồng phơng pháp tần số thực đợc phạm vi dới (20-30) :1 Nếu sử dụng động có cấu trúc dặc biệt phạm vi điều chỉnh đợc mở rộnh rộng thêm giới hạn tốc Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 100 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển độ lớn lên , giới hạn dới tốc độ có giảm nhỏ đợc cách đa mạch hồi tiếp vào sơ đồ điều khiển Trong trình điều khiển tần số, ta biên đổi điện áp cho = const , mô men cho phép trục động không đòng dợc giữ không đổi Động M động không đồng bé xoay chiỊu pha thùc hiƯn nhiƯm vơ trun chuyển động cho băng tải II Nguyên lý hệ thống : Trong sơ đồ khối băng tải cân đợc lắp đặt đầu cân điện tử để đo tải trọng chiều dài băng, tín hiệu đo đợc đo qua khuếch đa vào máy tính Các tín hiệu m, V đợc đọc vào máy tính theo đờng khối lợng( Sử dụng Card chuyển đổi A/D kênh ), đờng tốc độ ( cổng COM từ chuyển đổi RS-232/RS-485) Máy tính tính đợc suất thực cân Q=mV, so sánh với suất định mức Qđ chúng đợc nhập vào từ bàn phím sau đợc hiệu chỉnh đa tín hiệu điều khiển Uđk để điều khiển động thông qua biến tần Mục đích để điều chỉnh tốc độ động hợp lý cho băng tải cân cho sai số thực cân với suất định mức chúng đạt đợc 1% Khi hệ thống có cố nh cân ngừng hoạt động lợng nguyên liệu xuống tốc độ băng tải nhanh ( động điều chỉnh tốc độ băng tải có tốc độ quay lớn định mức ) lợng nguyên liệu xuống nhiều làm cho băng tải dừng đầu đo khối lợng đa tín hiệu vào máy tính Lúc máy tính có chơng trình đà đợc lập sẵn xử lý cố xảy làm cho tất hệ thống dừng làm việc Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 101 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển kết luận Đề tài nghiên cứu điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc theo phờng pháp tựa theo từ thông rotor đề tài phong phú phức tạp Trong đồ án em đà trình bầy đợc số vấn đề đề tài - Xây dựng đợc mô hình toán học biến tần theo nguyên lý điều chế độ rộng xung - Xây dựng mô hình toán học động không đồng rotor lồng sóc hai dạng liên tục gián đoạn - Ví dụ thực tiễn lập trình tính thời gian đóng ngắt van Tuy kết nhận đợc dựa sở giả thiết đơn giản hoá + Coi mạch từ động đối xứng không bÃo hoµ + Bá qua sãng hµi bËc cao ë bé biến tần + Coi điện áp nguồn chiều biến tần không đổi + Coi mô men quán tính không đổi Nội dung đề tài nhiều khía cạnh cha xét đến Vì mà đề tài nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện Hớng phát triển đế tài đế cập đến vấn đế sau: + Xét ảnh hởng yếu tố mà ta đà đơn giản hoá + Thiết kế thống điều khiển tối u điều khiển thích nghi + Lập trình điều khiển cho hệ thống Để hoàn thiện đề tài cần phải đầu t nhiều thời gian công sức Vì em mong đợc giúp đỡ tiếp tục thầy cô cộng tác đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 102 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển Tài liệu tham khảo Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha tác giả Nguyễn Phùng Quang Nhà xuất giáo dục Điều khỉên tự động truyền động điện tác giả: Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi Nhà xuất khoa học kỹ thuật Các phơng pháp điều chỉnh dòng truyền động điện xoay chiều ba pha Nguyên lý hạn chế chúng-Tuyển tập hội nghị chuyên ngành Đ iều khiển hệ thống học Truyền động điện-Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền Nhà xuất khoa học kỹ thuật Máy điện - A.V.IVANOV SMOLENSKI Biên dịch ,Phan tử Thụ ,Vũ Gia Hanh Nhà xuất khkt Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 103 # " Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bộ môn đo lờng v điều khiển Phụ lục Phần I: Tổng quan động không đồng phơng pháp điều chỉnh tốc độ I.Tổng quan động không đồng 1.Đặc điểm trung 2.Tóm tắt trình phát triển ĐCKĐB II.Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB 1.Điều chỉnh tóc độ ĐCKĐB cách thay đổi điện áp u1 2.Phơng pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch day quấn rotor 3.Điều chỉnh công suất trợt làm tốc độ động 4.Điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB phơng pháp thay đổi tần số 4.1.Xét số luật biến đổi tần số 4.1.1.Bộ bién dổi tần số 4.1.2.Biến đổi tần số Dòng điện 4.2 Các biến đổi tần số 4.2.1.Bộ biến đổi tàn số trực tiếp 4.2.2bộ biến đổi tần số gián tiếp III.Kết luận Phần II.Mô tả đại lợng ba pha ĐCKĐB rotor lồng sóc I.Xây dựng vector không gian II.Chuyển hệ toạ độ cho vector không gian III.Khái quát u viẹc mô tả ĐCXCBP hệ toạ độ từ thông rotor Phần III.Mô hình liên tục ĐCKĐBBP rotor lồng sóc I.Hệ phơng trình động I.1.Phơng trình điện áp stator I.2.Phơng trình điện áp rotor Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 104 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển II.Mô hình trạng thái động hệ toạ độ stator III Mô hình trạng thái động hệ trục toạ độ dq IV.Cấu trúc hệ truyền động dùng ĐCKĐB khiển từ thông rotor Phần IV.Mô hình gián đoạn động xoay chiều ba pha I.Mô hình gián đoạn động không đồng hệ toạ độ từ stator II.Mô hình gián đoạn động không đồng hệ toạ độ từ rotor III.Mô hình tổng quát cho hai loại độn đồng không đồng Phần V.Điều chế bién tần phơng pháp điều chế vector không gian I.Sơ đồ nguyên lý động xoay chiều ba pha nuôi biến tần II.Nguyên lý phơng pháp đièu chế vector không gian III.Cách tính thực thời gian đóng ngắt van bán dẫn biến tần Phần VI.Các vấn đề tựa theo từ thông rotor, đo đạc giá trị thực xác định giá trị cần I.Các vấn đè tựa theo từ thông II.tính dòng kích từ từ thông rotor III.Cách tính góc pha từ thông rotor III.1.Tính góc pha hệ trục toạ độ III.2.Hiệu chỉnh góc pha s đợc dùng vào viẹc chuyển hệ toạ độ cho dòng áp Phần VII.Thiết kế điều chỉnh dòng stator có đáp ứng tức thời VII.1.Các vấn đề VII.2.Khái quát phng pháp ĐCD đà đợc sử dụng VII.2.1.Điều chỉnh dòng tuyến tính VII.2.2.Điều chỉnh dòng phi tuyến Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 105 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp # " Bộ môn đo lờng v điều khiển VII.3.Thiết kế điều chỉnh dòng có đáp ứng với tốc độ tức thời VVII.4.Kết luận Phần VIII.Các điều chỉnh vòng VIII.1.Mở đầu VIII.2.Bộ điều chỉnh từ thông rotor VIII.3.Các điều chỉnh tốc độ quay, điều chỉnh vị trí Phần IX.Ví dụ thực tiễn-lập trình tính thời gian đóng ngắt van *Ví dụ sử dụng vi xử lý tín hiệu TMS 320C25 vi điều chỉnh SAB 167 *VÝ dơ sư dơng vi xư lý kÐp dùng vi điều chỉnh Sab C167 vi xử lý tín hiệu TMS 320 C25 *Tính toán gần thông số từ nhÃn động *Lập trình tính tời gian đóng ngắt van Từ biểu đồ tính tổng quát thuật toán ĐCVTKG.(lập trình ngôn ngữ Turbo c ) Phần X.Giới thiệu công nghệ hệ thống cân định lợng nhà máy xi măng Lu Xá X.1.Giới thiệu khối sơ đồ X.2.Nguyên lý hệ thống Sinh viên thiết kế: Nguyễn Đức Quyền Trang 106