Báo cáo tự Động Điều chỉnh truyền Động Điện



Trường Đại Học Giao Thông Vận TảiKhoa Điện – Điện Tử

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn : Tự Động Điều Chỉnh Truyền Động Điện

Đề tài : Điều khiển hệ thống truyền động quạtJetPan

Giảng viên : T.S An Thị Hoài Thu AnhNhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 5

Nguyễn Gia KhánhTrần Quang Khải

Tăng Xuân HuyTrịnh Quốc Khánh

Lớp : Trang bị điện trong công nghiệp và giao thông-K60

Năm 2021

z

Lời mở đầu

Là sinh viên năm 4 của trường đại học Giao Thông Vận Tải, việc học tập nghiên cứu và áp dụng vào những vấn đề thực tế là điều rất quan trọng và góp phần vào củng cố thêm lý thuyết đã được học , đặc biệt là việc làm các bài tập lớn , ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dưng các công trình giao thông trong xã hội ngày càng tăng và nhằm di chuyển qua lại thuận lợi giữa các thành phố lớn.

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất Trong dây chuyền sản xuất tự động hiện đại , truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong công việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Ngày nay , cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất và tin học , các hệ truyềnđộng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ áp dụng những tiến bộ trên Cụ thể là các hệ truyền động hiện đạikhông những đáp ứng được độ tác động nhanh , độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều so với thế hệ cũ , đặc điểm này rất quan trọng trong việc đưa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản xuất Vấn đề thông gió khí thải đường hầm cũng yêu cầu có một hệ truyền động phù hợp với các công nghệ được đưa ra

Sau thời gian nghiên cứu và học tập môn Tự động điều

chỉnh tryền động điện chúng em được giao đề tài thiết kế

môn học với nội dung : Thiết kế hệ thống truyền động quạt

phản lực Jetpan Nhằm mục đích hiểu sâu môn học cũng như

tìm hiểu về vấn đề công nghệ còn khá mới ở nước ta.

Từ sự giảng giải tận tình của cô giáo An Thị Hoài Thu Anh ,

chúng em đã hoàn thành được đề tài được giao.

Nội dung đề tài được chia thành 5 chương , cụ thể như sau :

Chương I : Tổng quan chung

Chương II : Phương pháp chọn động cơ & tính toán

tham số

Chương III : Chọn thiết bị & phương pháp điều khiển

Chương IV: Thiết kế điều khiển truyền động

Chương V : Mô phỏng trên Matlab Simulink & nhận xét

Mặc dù đã rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức của chúng em có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định , sự chỉ bảo tận tình của cô là những kiến thức quý báu cho em ngay khi trong ghế nhà trường cũng như công việc thực tế sau này

Chúng em mong cô đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Tổng quan

Thiết kế hệ thống thông gió cho khu vực đường hầm hiện nay

là nhu cầu tất yếu đối với các công trình hầm đường bộ

Nguyên nhân chính vì sự an toàn của con người trong các khu vực đường hầm này Đường hầm là nơi kín , sự trao đổi không khí với môi trường bên ngoài không giống như những nơi khác Đặc biệt nguy hiểm xảy ra đối với con người khi đường hầm chứa chất độc hại và không khí ô nhiễm như khí NO, CO2 , SO2 ,… Do sự trao đổi không khí với môi trường bên ngoài là hạn chếnên khí độc rất khó tự bay ra ngoài Đường hầm thường xuyên có một lưu lượng xe rất lớn và thải lượng lớn khí độc ảnh hưởng đến sức khỏe của con người , chưa kể đến việc không khí khôngthoáng đãng khiến con người bị thiếu oxi dẫn đến tình trạng ngất xỉu Do đó giải pháp thiết kế hệ thống thông gió đường hầm là tối quan trọng

1.2 Yêu cầu của hệ thống thông gió

Đường hầm thường xuyên có lượng lớn xe qua lại vì vậy luôn có sự sản sinh , tích tụ nhiệt , ẩm , khói bụi và các chất độ hại Để ngăn cản sự tích tụ nhiệt , ẩm, các chất độc hại thì cần phải thay thế liên tục lượng không khí đã bị ô nhiễm bằng một lượng không khí tươi mát lấy từ môi trường bên ngoài Quá trình như vậy được gọi là thông gió

Trước hết chúng ta cảm thấy , con người là nhân tố quan trọng, việc bảo vệ sức khỏe cho mọi người đi lại đường hầm là rất cần thiết Môi trường không khí sạch sẽ , không khói bụi sẽ giúp giảm thiểu các hệ lụy ảnh hưởng tới sức khỏe cong người và giao thông

Vì vậy hệ thống thông gió đường hầm phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

 Cung cấp đầy đủ khí tươi từ môi trường bên ngoài vào mục đích giải nhiệt thừa , trung hòa các chất khí độc hạiđảm bảo sức khỏe con người

 Khói bụi trong đường hầm không hạn chế tầm nhìn di chuyển để tránh xảy ra tai nạn giao thông

 Hệ thống phải đảm bảo độ bền lâu dài và giá thành vừa phải

1.3 Giới thiệu thiết bị

a) Giới thiệu chung

Quạt Jetpan hoạt động theo ngyên tắc thông gió theo hướng dọc cũng như phương ngang Quạt tạo ra một phản lực với áp lực không khí cao , áp lực này làm di chuyển một lượng không khí lớn bằng cách cuốn lấy không khí xung quanh quạt

Lượng không khí cuốn theo bởi quạt khi không khí được quạt hút và thải ra đằng trước , tạo thành một luồng không khí mạnh kéo theo những miền không khí xung quanh

Hình ảnh minh họa quạt thông gió Jetpan

 Tính năng

+ Thúc đẩy luông không khí luân chuyển nhanh hơn chokhông gian rộng , kiểu hường trục không nối ống gió , truyền động trục tiếp với bộ cách quạt là loại có góc nghiêng các lá cánh điều chỉnh được

+ Phân phối gió – loại bỏ các chất ô nhiễm phát ra từ xeở điều kiện bình thường và trong trường hợp có hỏa hoạn là kiểm soát hơi nóng , khí sinh ra từ các đám cháynhằm bảo vệ các lỗi thoát hiểm và hỗ trợ cho việc cứu nạn

+ Đa dạng về kích cỡ , thông số kỹ thuật

+ Áp suất lớn hiệu quả cao tiết kiệm chi phí vận hành + Độ ồn thấp nhờ hệ thống giảm âm tiêu chuẩn

+ Thuận tiện lắp đặt và bảo dưỡng + Độ bền cao

- Căn cứ vào áp suất

+ Quạt thấp áp : áp suất đến 1000 N/m2 ( 100 mmH20) +Quạt trung áp : áp suất lên đến 3000 N/m2 (300

- Căn cứ vào vòng quay riêng

+Quạt quay chậm : ns = 100-200 v/p+Quạt quay vừa : ns = 200-600v/p

+Quạt quay nhanh : ns = 600 -1200 v/p

+ Quạt quay đặc biệt nhanh : ns = 1200-4000v/p

a Thông gió dọc (Longitudinal ventilation) :

- Hệ thống thông gió theo chiều dọc ở dạng đơn giản nhất bao gồm không khí trong lành được đưa vào bên trong cửa vào và không khí thải được đẩy ra khỏi cửa ra Điều này được thể

hiện trong Hình 3.3.

Hình 3.3 Hệ thống thông gió dọc

- Hình 3.4 thể hiện đặc điểm ô nhiễm dọc theo chiều dài củađường hầm Mức độ ô nhiễm gia tăng dọc theo đường hầm vì đây là hướng của luồng không khí, và các phương tiện tiếp tục tạo ra khí thải khi chúng đi từ đầu này sang đầu kia Trên thực tế, các đường hầm ở các khu vực đô thị của nước ta thường được cho xuống dốc khi bắt đầu đường hầm và sau đó lên dốc về phía lối ra, vì chúng thường đi qua địa hình tương đối bằng phẳng.

Hình 3.4 Hồ sơ ô nhiễm và giới hạn cho phép

- Tải trọng động cơ tương đối cao trên đoạn đường lên dốc có xu hướng dẫn đến lượng khí thải gần cuối đường hầm cao hơn.

- Việc thiết kế hệ thống thông gió dọc được quyết định bởi giới hạn ô nhiễm cho phép bên trong đường hầm Cách kiểm soát điều này là bằng cách đảm bảo rằng lượng không khí tronglành đi vào đường hầm tại cổng vào sẽ làm loãng các chất ô

nhiễm một cách đầy đủ Khối lượng không khí này có thể được tạo ra bởi các phương tiện và đôi khi được gọi là "hiệu ứng piston" Đối với các đường hầm dài hơn, lưu lượng không khí có thể được bổ sung bằng quạt thông gió trong trường hợp tốc độ giao thông không đủ để tạo ra đủ luồng cửa vào để giữ mức ô nhiễm dưới mức giới hạn cho phép.

+ Sẽ làm cho gió sạch bên ngòai đưa vào đồng thời đẩy lượng khí thải ra bên phần còn lại.

+ Giúp cho lượng gió trong hầm được lưu thông một cách tối ưu và mang lại hiệu quả cao trong việc đẩy lượng khí độc ra bên ngoai hầm.

+ Thường được áp dụng cho các hầm dài , ngắn ,lên dốc hay xuống dốc.

+ Thông gió dọc còn được quyết định bởi giới hạn ô nhiễm cho phép bên trong hầm.

+ Không phân bố được lượng đều của không khí trong hầm.

b.Thông gió ngang (Transverse ventilation) :

- Thông gió ngang hoạt động trên nguyên tắc pha loãng và loại bỏ giống như thông gió dọc, nhưng việc cung cấp không khí trong lành và loại bỏ không khí thải xảy ra trên khắp đường hầm (tức là theo chiều ngang) Hệ thống này yêu cầu hai ống dẫn dọc theo chiều dài của đường hầm, một ống để cung cấp không khí trong lành và một ống để thải không khí ô nhiễm (Hình 3.5) Các ống dẫn nàycó thể được đặt ở cả tầng cao hoặc tầng thấp trong đường hầm, hoặc một ở tầng thấp và một ở tầng cao.

- Thông gió ngang đã được sử dụng trước đây khi thông gió theo chiều dọc không thể quản lý đầy đủ các mức ô nhiễm trong đường hầm do mức độ ô nhiễm trong đường hầm cao hơn nhiều.

- Hệ thống thông gió ngang cũng có hiệu quả trong đường hầm hai chiều (nơi các phương tiện di chuyển theo cả hai hướng trong cùng một đường hầm) Đối với những điều kiện giao thông này, hiệu ứng piston bị loại bỏ và mứcđộ ô nhiễm được phân bổ đều hơn dọc theo chiều dài

đường hầm.

Hình 3.5 Luồng giao thông và hệ thống thông gió ngang

+ Cung cấp được toan bộ lượng không khí trong lành và loại bỏ toan bộ lượng khí thải xảy ra trên cả đường hầm.+ Có hiệu quả trong các đường hầm hai chiều.

+ Phương pháp thông gió ngang sẽ giúp cho lượng không khí sạch được phân bố đều hơn trong hầm.

+ Không thể quản lý đầy đủ các mức ô nhiễm trong đườnghầm do mức độ ô nhiễm trong đườnng ầm cao hơn mức cho phép.

c Thông gió bán ngang (Semi-Transverse ventilation) :- Thông gió bán ngang là sự kết hợp của cả thông gió dọc và ngang.

Không khí trong lành có thể được cung cấp từ các cổng và liên tục thoát ra dọc theo đường hầm thông qua một ống dẫn dọc theo chiều dài của đường hầm Ngoài ra, không khí trong lành có thể được cung cấp liên tục dọc theo đường hầm thông qua một ống dẫn dọc theo chiều dài của đường hầm và thoát ra khỏi đường hầm qua các cổng hoặc một ngăn xếp.

Hình 3.6 Hệ thống thông gió bán ngang

 Ta nên chọn phương pháp thông gió dọc vì nó dễ thực hiện và kiểm soát cũng như là phù hợp với đường hầm 2 chiều Cách tiếp cận thông gió trong đường hầm đã thay đổi đáng kể theo thời gian, chủ yếu là do lượng khí thải xe cộ giảm đáng kể Hệ thống thông gió dọc từng không thích hợp cho các đường hầm dài do nhu cầu cung cấp lượng lớn không khí trong lành để pha loãng khí thải xe cộ Do các phương tiện sạch hơn, hệ thống thông gió dọc được thiết kế tốt hiện nay có thể dễ dàng duy trì chất lượng không khí chấp nhận được trong các đường hầm dài và được coi là cách tiếp cận thông gió đường hầm hiệu quả nhất.

CHƯƠNG II : CHỌN ĐỘNG CƠ & TÍNH TOÁN THAM SỐ

2.1 Số liệu đường hầm

Số liệu đường hầm Thủ Thiêm bài cho :Tổng chiều dài:1490m, gồm có:

- Phần hầm dìm: 370.8m (Rộng 33.3m; Cao 8.9m) - Phần hầm hở chữ U:400m (Rộng 33.5m)

- Phần hầm đào lấp:719.2m (Rộng 33.7m; Cao 10.2m)- Tĩnh không thông xe 4.5m

- Chiều rộng làn xe chạy: 11.5m

- Đường thoát hiểm: rộng 2m và cao 2.5m

- Đường phục vụ công tác kiểm tra: rộng 0.75m, cao 2.5m- Độ dốc dọc tối đa:4%

- Độ dốc ngang tối đa: 2%

Trong đó:

Mco: Momen ứng với tốc độ ω =0;

Mdm: Momen ứng với tốc độ định mức ωdmMc: Momen ứng với tốc độ ω

- Tải liên tục , có biến đổi : băng tải máy phay

- Tải đập mạch : tất cả các máy sản xuất có trục khuỷu , bơm và máy nén điềukhiển piston

- Tải tác động : ví dụ phụ tải trong hệ thống búa máy

- Tải ngắn hạn lặp lại : Bao gồm cơ cấu nâng hạ và thang máy

- Tải ngắn hạn : hệ động cơ -máy phát dùng để sạc acquy , hệ tryền động kẹpchi tiết gia công

Căn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của động cơ người ta chia chế độ làmviệc của truyền động điện thành 3 loại : dài hạn , ngắn hạn , và ngắn hạn lặp lại

- Quạt gió là tải liên tục do phụ tải duy trì trong thời gian dài cho nên nhiệt độcủa động cơ đủ thời gian đạt giá trị ổn định ( thuộc vào chế độ làm việc dàihạn)

+ Phạm vị điều chỉnh tốc độ : ωmax và ωmin

+ Loại động cơ dự định chọn : Ở đây chọn động cơ không đồng bộ roto lồng sóc + Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động

Từ đó ta chọn được thông số của động cơ Khảo sát thông số động cơ cho quạt

Tên loại động cơ M2BAX 200MLB 3GBA201420

- Công suất định mức Pdm = 37 kW - Hệ số cos φ = 0.82

- Điện áp định mức Udm = 380 V- Momen định mức Mdm = 238.9 Nm- Tần số f= 50Hz

- Số đôi cực p=2

- Tốc độ định mức ndm = 1479 rpm- Dòng điện định mức Idm = 70.6 A- Hệ số dòng khởi động: Ikd/Idm = 7.4

- Hệ số momen khởi động: Mkd/Mdm = 3.1- Hệ số momen tới hạn: Mth/Mdm = 3.3 - Momen quán tính: J=0,35kgm2

Công suất định mức đầu vào động cơ:3.I cos

= 3 400 70,6 0,82 = 40.11 (kW)Tốc độ đồng bộ:

60 60.50

(V/p)Hệ số trượt định mức:

1500 1479

0, 0141500

Tổng trở của 1 pha:38033.70.4

= 3,1164 (Ω)Điện trở gần đúng của roto:

Tần số rotor (tần số trượt):

p nf

     

= 75π (rad)

Biểu đồ vector đơn giản tính X

Điện kháng chính:

0,58653.70, 4 1 0,82

 X h 6,7589 (Ω)Hệ số tản toàn phần:

 Rs = 0.0444 (Ω)Hằng số thời gian Ts :

0, 48462

2 cos7

2 1 cos5

Ls = Ts Rs = 0,0444 0,4846 = 0,0215 (H) = 21,5 (mH)Lr = Tr Rr = 0,0436 0,4853 = 0,0212 (H) = 21,2 (mH)

Ta có:

LL L

  

 Lm  1  L Ls r

 Lm ≈ 0,0204 (H) ≈ 20,4 (mH)



 (mH)

Yêu cầu tải quạt thông gió đường hầm yêu cầu cao về chất lượng điều chỉnh tốc độ sử dụng động cơ kết hợp với bộ biến đổi( bộ biến đổi bán dẫn )

 Do thông gió hầm đường bộ nhằm mục đích hút đi khí C02

và các loại khí bẩn khác, đồng thời không khí tươi bênngoài được đưa thay thế vào không khí bị lấy đi bằngchênh lệch áp suất âm từ bên trong và dương từ bênngoài.

 Với yêu cầu tự động ổn định tốc độ thì đối với hệ truyền động điện thì thường sử dụng các loại phản hồi Có thể sửdụng phản hồi âm điện áp, phản hồi dương dòng điện, phản hồi âm tốc độ, hoặc sử dụng kết hợp các loại phản hồi trên.

3.1 Chọn cảm biến

Trong đường hầm rất nhiều phương tiện lưu thông vì thế có rất

nhiều khí độc hại tích tụ ở trong đường hầm ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người ví dụ như CO2 , NO,…

a- Tác hại khí CO

Carbon monoxit là khí không mùi vị , có độc tính cao với sức khỏe của con người và cực kỳ nguy hiểm , do việc hít thở phải một lượng lớn khí CO sẽ dẫn tới

thương tổn do giảm oxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây tử vong Nồng độ chỉ khoảng 0,1% carbon monoxit trong không khí cũng có thể nguy hiểm đến tính mạng CO là chất khí không màu , không mùi và không gây kích ứng nên rất nguy hiểm vì con người không cảm nhận được sự hiện diện của CO trong không khí

Bảng cấp độ nguy hiểm của nồng độ khí CO đối với sức khỏe con người

Bảng mức báo động và tiêu chuẩn về mức độ nhiễm khí CO

Vậy ta sẽ chia làm 3 cấp báo động nồng độ khó CO trong hệ thống Với mỗi cấp báo động hệ thống sẽ làm việc với nhiều cấp tốc độ quạt gió khác nhau

b- Cảm biến MQ-7

Cảm biến nồng độ khí CO sử dụng là cảm biến MQ-7 - Đặc điểm kỹ thuật

+ Có thể phát hiện khí CO tập trung ở những nơi khác nhau trong khoảng từ 10 đến 200ppm

+ Độ nhay cao và thời gian đáp ứng nhanh + Tín hiệu ngõ ra dạng analog và digital

+ Nhiệt độ hoạt động từ -10 độ C đến 50 độ C và dòng khoảng 100mA ở 5V

- Thông số kỹ thuật

+ Điện áp cung cấp 3-5V DC

+ Sử dụng chip so sánh LM393 và MQ-7+Công suất tiêu thụ khoảng 350mW

a- Tác hại của khí NOx

Oxit nitơ có nhiều dạng , do nitơ có 5 hóa trị từ 1 đến 5 Do oxy hóa không hoàn toàn nên nhiều dạng oxit nito có hóa trị khác nhau hay cùng nhau được gọi

là NOx Có độc tính cao nhất vẫn là NO2 khi chỉ tiếp xúc vài phút với nồng độ NO2 trong không khí 5 phần triệu đã có thể gây ảnh hưởng xấu đến phổi tiếp xúc vài giờ với không khí có nồng độ NO2 khoảng 15-20 phần triệu có thể gây nguy hiểm phổi , tim ,

gan ;nồng độ NO2 trong không khí 1% có thể gây tử vong trong vài phút

NOx bị oxy hóa dưới ánh sáng mặt trời có thể tạo khí ôzon gây chảy nước mắt và mẩn ngứa da , NOx cũng góp phần gây bệnh hen , thậm chí gây ưng thư phổi làm hỏng khí quản

Vậy để đảm bảo an toàn , nồng độ khí NOx cần < 15 ppm Nếu vượt quá nồng độ cho phép này hệ thống quạt cần phải hoạt động tối đa công suất để đảm bảo cho người trong đường hầm

b- Cảm biến khí MQ-135

- Mô tả thường được dùng để kiểm tra chất lượng không khí phát hiện được khí NOx , ngoài ra còn có khó CO2, NH3 , - Thông số kỹ thuật

+ Điện áp nguồn ≤ 24VDC

+Điện áp của heater 5V ± 0.1AC/DC+Tín hiệu ngõ ra dạng analog từ 0-10V+Điện trở tải thay đổi được

+Công suât tiêu thụ của heater ít hơn 800mW+Khoảng đo rộng

+Bền , tuổi thọ cao +Phát hiện nhanh +Mạch đơn giản

3.2 Chọn biến tần

Các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều này

thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác Có hai loại biến tần chính là biến tần trực tiếp( biến tần phụ thuộc ) và biến tần gián tiếp ( biến tần độc lập )

 Biến tần trực tiếp Biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều

tần số f1 thành f2 ( bộ chỉnh lưu điều khiển pha đảo

chiều ) , không qua khâu chỉnh lưu lên có hiệu suất cao ,

tuy nhiên việc thay đổi tần số phức tạp và phụ thuộc vào tần số f1 .

Dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều ( tần số f=0)

, lọc rồi được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số f2 Biến tần gián tiếp có hai loại : là Biến tần nguồn dòng và Biến tần nguồn áp Hai loại này phân biệt dựa vào khâu trung gian một chiều

 Biến tần nguồn dòng

Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf thực hiện chức năng nguồn dòng cho bộ nghịch lưu

Ưu điểm :

- Có khả năng trả năng lượng về lưới

- Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện 1 chiều được giữ không đổi

- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100kW.

Nhược điểm :

- Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ - Cồng kềnh vì có cuộn kháng