Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện, điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng

Đ ẠI HỌC THÁI NGUY ÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đ ẠI HỌC THÁI NGUY ÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. VÕ QUANG LẠP PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thị Nga Sinh ngày: 22 tháng 01 năm 1983 Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Trường Trung học Phổ thông Yên Thủy B. Tôi xin cam đoan những gì tôi viết trong luận văn này là do sự tổng hợp và nghiên cứu theo định hướng của giáo viên hướng dẫn không sao chép của người khác. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn. Thái Nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Nga Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Võ Quang Lạp tác giả đã hoàn thành luận văn với đề tài: “Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ” Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS. Võ Quang Lạp người đã trực tiếp giảng dạy và dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp, các thầy cô giáo trong Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn của mình Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Thái nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Nga Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC NỘI DUNG Trang LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2 1.1. Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp 2 1.1.1. Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế 5 1.1.1.1. Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh 5 1.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông 7 1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định lượng 8 1.2.1. Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng 8 1.2.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 9 1.2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất 9 1.2.2.2. Nguyên lý đo theo khối lượng 10 1.2.3. Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng 10 1.2.3.1. Loại phụ tải 10 1.2.3.2. Chiều quay của băng 11 1.2.3.3. Giản đồ phụ tải 11 1.2.3.4. Các yêu cầu về khởi động và hãm 12 1.2.3.5. Sơ đồ động học 13 1.2.3.6. Hệ truyền động nhiều động cơ 13 1.2.3.7. Độ chính xác 13 1.2.3.8. Dải điều chỉnh 13 1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng 13 1.3.1 Hệ điều khiển tương tự 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 1.3.2. Hệ điều khiển dùng cảm biến 14 1.4 Các phương án truyền động cho cân băng 15 1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều 16 1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA- Đ) 19 1.4.3 Hệ thống truyền động véc tơ biến tần – động cơ KĐB 22 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 25 2.1 Nội dung thực nghiệm 25 2.1.1. Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ: 25 2.1.2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc 25 2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý: 26 2.1.2.2. Nguyên lý làm việc 27 2.1.2.3. Bố trí thiết bị trên Module: 32 2.1.3 Hệ tải 36 2.2 Kết quả thực nghiệm 38 2.2.1. Đo điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa 38 2.2.1.1. Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung 38 2.2.1.2. Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung 38 2.2.1.3. Khâu sửa xung và gửi xung 39 2.2.2. Thí nghiệm 39 2.2.2.1. Thí nghiệm 1: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P 39 2.2.2.2. Thí nghiệm 2: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI…40 2.2.2.3. Thí nghiệm 3:động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P ………………………………………………………………………………….41 2.2.2.4. Thí nghiệm 4: động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển PI … ………………………………………………………………………………….42 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 3.1. Ứng dụng hệ truyền động T- Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng 44 3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng 44 3.1.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ổn định khối lượng 45 3.1.2.1. Tổng hợp hệ T- Đ 45 3.1.2.2. Tổng hợp mạch vòng ổn định khối lượng 49 3.2 Mô phỏng hệ truyền động cân băng với các bộ điều khiển PID 52 3.2.1 Tính toán các thông số hệ điểu khiển ổn định khối lượng đối với động cơ một chiều kích từ độc lập 52 3.2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển cân băng bằng MATLAB SIMULINK … ………………………………………………………………………………….52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 ĐHCN Đại học Công nghiệp 2 CBĐL Cân băng định lượng 3 ĐC Động cơ điện một chiều 4 ADC Analog Digital Convert 5 DAC Digital Analog Convert 6 PWM Bộ biến đổi xung điện áp 7 XA-Đ Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều 8 T-Đ Thyristor - động cơ 9 CL-Đ Chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều 10 F-Đ Hệ máy phát động cơ 11 BBĐ Bộ biến đổi 12 PID Proportional Intergal Derivative 13 PI Proportional Intergal 14 FXCĐ Phát xung chủ đạo 15 SRC Sóng răng cưa 16 TXPCX Tạo xung phân chia xung 17 SS So sánh 18 ĐK Động cơ không đồng bộ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền 4 Hình 1.2 Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng 6 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng 6 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tông 7 Hình 1.5 Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần 8 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng 9 Hình 1.7 Đồ thị công suất và momen cản tĩnh 11 Hình 1.8 Giản đồ phụ tải 12 Hình 1.9 Sơ đồ động học 13 Hình 1.10 Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực 14 Hình 1.11 Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số 15 Hình 1.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ 16 Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái tĩnh ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. 17 Hình 1.14 Đường đặc tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín 18 Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ ha i mạch vòng kín. 18 Hình 1.16 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một chiều 19 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H 20 Hình 1.18 Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H 20 Hình 1.19 Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển 22 Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý điều khiển ĐC KĐB bằng thiết bị biến tần 23 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha 26 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của chỉnh lưu hình cầu 3 pha 28 Hình 2.3 Sơ đồ khối một kênh tạo xung 28 Hình 2.4 Sơ đồ tạo xung cho một kênh 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Hình 2.5 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân bằng 31 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha 32 Bảng 2.1 Chức năng của các thiết bị trên modul 34 Bảng 2.2 Chức năng của các thiết bị tín hiệu và đóng ngắt trên mạch điều khiển 35 Hình 2.7 Hệ tải DC1 - DC2 và máy phát tốc 36 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm truyền động điện 37 Hình 2.9 Điện áp khâu đồng bộ hóa 38 Hình 2.10 Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa 38 Hình 2.11 Điện áp khâu sửa xung và gửi xung 39 Hình 2.12 Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P 40 Hình 2.13 Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI 41 Hình 2.14 Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển P 41 Hình 2.15 Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển PI 42 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định khối lượng cân băng 44 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi. 45 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor 45 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 47 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 47 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 48 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng 49 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng ổn định khối lượng 50 Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng 51 Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 52 Hình 3.11 Các tín hịệu khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị của khối lượng đặt đầu vào φ đặt = 10 (V), I = 8,7 (A) 54 Hình 3.12 Quan hệ giữa   và  56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng Kết quả đề tài vừa có ý nghĩa thực tế, vừa có tính khoa học 2 Mục tiêu của nghiên cứu - Tìm hiểu yêu cầu về truyền động cân băng định lượng - Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hệ truyền động ở phòng thí nghiệm để từ đó đề xuất truyền động cho cân băng định lượng - Trên cơ sở hệ truyền động ở phòng thí nghiệm đã tính toán đánh giá để soa sánh kết... được với động cơ một chiều Nhận xét So sánh 3 phương án vừa nêu thì ta thấy hệ truyền động T-Đ vừa thỏa màn yêu cầu cho cân băng định lượng vừa có thể dùng hệ truyền động T-Đ ở phòng thí nghiệm của nhà trường, để kiểm nghiệm quá trình nghiên cứu khảo sát hệ truyền động T-Đ cho cân băng định lượng Vì vậy tôi lựa chọn phương án hệ truyền động T-Đ để tính toán điều khiển chuyển động cân băng định lượng Số... MỞ ĐẦU 1 Mục tiêu của luận văn Cân băng định lượng được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất công nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng này Song để đáp ứng giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở thí nghiệm của Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện - điện tử để. .. Ứng dụng hệ truyền động ở phòng thí nghiệm cho điều khiển cân băng định lượng đồng thời tính toán đánh giá chất lượng hệ chuyển động này 3 Nội dung của luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về cân băng định lượng Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng hệ T- Đ tại phòng thí nghiệm Trường ĐHKT Công nghiệp Thái nguyên cho điều khiển cân băng định lượng Chương... cân băng định lượng Từ những nguyên lý đo và làm việc của cân băng thấy có 2 nguyên tắc điểu khiển cân băng cơ bản đó là: - Điều khiển theo năng suất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 14 - Điều khiển theo khối lượng Từ đó ta chọn nguyên tắc điều khiển theo khối lượng (chiều dài) để thiết kế hệ điều khiển Sự khác nhau cơ bản giữa hệ thống điều khiển kín và điều khiển hở là ở chỗ... băng định lượng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 25 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Nội dung thực nghiệm Bài thí nghiệm được thí nghiệm tại phòng 304 trung tâm thí nghiệm Điện - Điện tử với mô hình cụ thể được trình bầy ở phần phụ lục Trong đó hệ thí nghiệm được thiết kế với... sẽ để cho băng dừng tự do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 1.2.3.5 Sơ đồ động học Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng gồm có : + Động cơ điện + Hộp số + Trục chính để lắp vào máy quay băng tải Hình 1.9: Sơ đồ động học 1.2.3.6 Hệ truyền động nhiều động cơ Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động. .. chu kỳ 10s 1 lần để người điều khiển kịp theo dõi Số liệu này là năng suất trung bình của cân trong 10s đó 1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định lượng 1.2.1 Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, Số hóa bởi Trung tâm Học... và động Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều Phương pháp này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng như chất lượng điều khiển tối ưu mômen Việc điều khiển vectơ dựa trên định hướng vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stator, từ đó có thể điều. .. hệ thống điều khiển kín và điều khiển hở là ở chỗ trong hệ thống điều khiển kín có mạch phản hổi Phần tử chuyển đổi của mạch phản hồi thường sử dụng hai kiểu tương tự và số Do đó chúng ta có hệ điều khiển số và điều khiển tương tự: 1.3.1 Hệ điều khiển tương tự Trong hệ thống cân băng thông số tốc độ chuyển động của băng tải phải được điều khiển bởi tốc độ trên các trục có thể có quy luật biến thiên giống . văn với đề tài: Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ” Với tình cảm và lòng biết ơn. NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG LUẬN VĂN. nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng Kết quả đề tài vừa