thiết kế hệ thống cân bằng định lượng

thiết kế hệ thống cân bằng định lượng

Lời nói đầu Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện. Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần số công nghiệp. Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dũng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện một chiều người ta đó hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor Trong đề tài của em thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng định lượng. Bao gồm các chương: Chương I : Giới thiệu về hệ thống cân bằng định lượng Chương II: Động cơ điện một chiều Chương III: Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu Chương IV: Tính toán thiết kế mạch lực Chương V : Xây dưng cấu trúc điều khiển hệ và mô phỏng hệ thống Qua việc thiết kế đồ án đó giỳp em hiểu rừ hơn những gỡ mỡnh đó được học trong nhà trường. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Tuy nhiên do nội dung mới mẻ tầm hiểu biết hạn chế, nên không tránh khỏi sai sót. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy đó giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. 1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. Trang CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG. ξ1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của băng tải cân băng định lượng ξ2. Các thiết bị cảm biến ξ3. Những yêu cầu đối với hệ cân băng định lượng CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. ξ1. đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ξ2. ảnh hưởng của các tham số đến Đặc tính cơ ξ3. lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ của động cơ CHƯƠNG3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU. 3.1. Giới thiệu chung. 3.2. Phân tích các sơ đồ chỉnh lưu. 3.2.1. Chỉnh lưu tia ba pha. 3.2.2. Chỉnh lưu cầu ba pha. a. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. b. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. 5 7 8 12 14 17 18 26 28 50 52 2 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC 4.1. Lựa chọn sơ đồ mạch lực. 4.2.Tính toán động cơ và chọn van 4.3. Tính toán và thiết kế máy biến áp. 4.3.1. Tính các thông số cơ bản MBA. 4.3.2. Tính sơ bộ mạch từ. 4.3.3. Tính toán dây quấn MBA. a.Kết cấu dây quấn sơ cấp. b.Kết cấu dây quấn thứ cấp. 4.3.4. Tính kích thước mạch từ. 4.3.5.Tính các thông số của MBA. 4.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ. 4.4.1.Bảo vệ quá dòng điện. 4.4.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van. 4.4.3. Bảo vệ tăng tốc độ điện áp. 4.5. Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện. 4.5.1. Khái quát về dòng điện đập mạch. 4.5.2. Thiết kế cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch. a. Các thông số cần thiết kế. b. Các bước tính toán. Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển. 5.1. Yêu cầu đối với điều khiển 5.2. Thiết kế sơ đồ. 5.2.1. Cấu trúc mạch điều khiển. 5.2.2. Nguyên tắc điều khiển. 5.3. Tính toán mạch điều khiển. 3 5.3.1.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển. 5.3.2. Tính toán các khâu của mạch điều khiển. 1. Tính toán khâu đồng pha. 2. Tính toán khâu tạo điện áp răng cưa. 3. Tính toán khâu so sánh. 4. Tính toán khâuphát xung chùm. 5. Tính toán khâu lôgic. 6. Tính toán khâu khuếch đại xung và biến áp xung. a.Sơ đồ khâu. b.Nguyên lý hoạt động. c.Tính toán máy biến áp xung. d.Tính toán khâu khuếch đại xung. LỜI KẾT. PHỤ LỤC. Chương 1 4 Giới thiệu về yêu cầu công nghệ hệ thống cân băng định lượng 1.1 Khái niệm về cân băng định lượng - Tự động hoá được áp dụng ngày càng nhiều trong sản xuất công nghiệp.Trong quỏ trỡnh sản xuất cỏc nguyờn vật liệu trước khi đưa vào sản xuất cần phải biết được chính xác khối lượng của nó là bao nhiêu để đảm bảo tỉ lệ phần trăm của các chất trong một hỗn hợp nhất định. - Cân băng định lượng là một hệ thống cân băng tải tự động liên tục ,là thiết bị đầu vào của bộ phận tiếp liệu, nó đó giỳp nhà mỏy tăng năng suất, chất lượng sản phẩm để cạnh tranh với thị trường. - Cân băng tải đó và đang được ứng dụng nhiều trong ngành hoá chất ,hoá mỹ phẩm ,công nghệ chế biến thức gia súc, khai thỏc khoỏng sản v v 1.2 Cấu tạo của hệ thống cân băng định lượng 5 Hỡnh 1.1:Cấu trỳc của hệ thống cõn băng định lượng Trong đó : 1: Phễu cấp liệu 2: Cảm biến lực( LoadCell) 3: Băng truyền 4: Tang bị động 5: Tang chủ động 6: Chốt gạt liệu 7: Đầu cân điện tử 8: Động cơ không đồng bộ 9: Biến tần 10: PLC, mỏy tớnh 6 Hỡnh 1.2: Kết cấu cơ khí cân băng định lượng - Hệ thống cân băng định lượng gồm các thành phần sau: • Băng tải vận chuyển • Kột chứa liệu • Cổng tháo liệu và điều chỉnh chiều dày lớp liệu - Hệ truyền động cho băng bao gồm : • Động cơ không đồng bộ ba pha Roto lồng sóc có thể điều chỉnh được tốc độ • Bộ điều khiển tốc độ động cơ • Bộ tạo xung để xác định tốc độ của băng, đo trực tiếp trên trục động cơ • Tang chủ động, tang bị động - Cầu cân đo tải của vật liệu trên toàn bộ chiều dài của băng, bao gồm các bộ phận sau: • Cấu trúc cơ khí để truyền trọng lượng trên vùng đó tới cảm biến trọng lượng • Loadcell • Hệ thống cân thông minh để truyền các tín hiệu, chuyển đổi, đồng bộ hóa tín hiệu từ các cảm biến và máy phỏt xung. • Hộp điều khiển bằng tay được dùng để điều khiển băng tải trong trường hợp máy tính gặp sự cố 7 • Ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị bỏo lệch băng, định vị trí băng tải.Bằng cách đặt lên băng tải một dấu hiệu bằng kim loại gọi là “ belt index” giúp cho việc phân đoạn băng tải làm tăng độ chính xác của cân, đồng thời nó giúp cho việc xác định sự trựot của băng tải. • Các hộp che chắn bằng kim loại để ngăn ngừa tai nạn và tránh làm bẩn môi trường xung quanh điểm đổ liệu. 1.3.Nguyờn lý hoạt động của cân băng định lượng - Nguyên liệu từ két chứa liệu theo phễu đổ liệu được đổ xuống băng chuyền, chiều dày lớp liệu điều chỉnh nhờ chốt gạt liệu. Khối lượng liệu trên băng sẽ được xác định nhờ Loadcell đặt dưới mặt băng.Tốc độ của động cơ quay băng được xác định nhờ một máy phát tốc gắn trên trục động cơ.Tín hiệu trọng lượng và vận tốc sẽ được truyền về máy tính xử lý tớnh toỏn và xỏc định ra lưu lưọng tức thời, so sánh với lưu lựog đặt qua đó thông qua biến tần máy tính sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ để ổn định lưu lưọng tức thời bằng với lưu lưọng đặt yêu cầu. - Tốc độ của dũng nguyờn liệu (thể rắn) được xác định và điều chỉnh bằng cách đưa nguyên liệu được cấp lên trên một băng tải, xác định và điều chỉnh tốc độ của động cơ quay băng tải. Tuy nhiên, khi có sự trượt băng của băng tải trên tang quay chủ động sẽ gây nên sai lệch giữa tốc độ của băng tải và tốc độ của động cơ(đă qua hộp số). Để có thể xác định được chính xác tốc độ của băng tải, máy phát tốc được liên động trực tiếp với truyền động của băng tải. - Khối lưọng trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải được điều chỉnh bằng một thiết bị cung cấp nguyên liệu từ trên phễu xuống băng tải. Đơn giản, thiết bị này có thể là một cửa mà độ mở của nó được điều chỉnh và bằng bộ điều chỉnh Q. Khi mật độ nguyên liệu là không đổi, khối lưọng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải tỉ lệ với độ dày của dũng nguyờn liệu ,độ dày này được quy định bởi một thanh gạt gắn trên băng tải. Mật độ khối lượng của nguyên liệu phụ thuộc vào độ lớn của hạt, áp suất đè lên nó và vào cả thời gian mà đống nguyên liệu chịu tác động của rung lắc. 8 - Tín hiệu đo lường khối lượng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải là một tín hiệu không đồng bộ về mặt thời gian. Để phép đo được chính xác cảm biến trọng lượng được bố trí ở giữa băng tải (vỡ nếu nằm gần hai đầu băng tải sẽ chịu tác động nhiễu của lực căng băng tải và nhiễu thế năng). Trong khi đó ,lưu lượng của dũng nguyờn liệu do hệ thống cõn định lượng cấp cần được điều chỉnh tại đầu cuối của băng tải nơi nguyên liệu từ băng tải đi ra, và khối lượng của nguyên liệu cấp cho băng tải cần được điều chỉnh tại đầu mỗi băng tải nơi nguyên liệu đi vào băng tải. Vỡ vậy cú một sự sai lệch về thời gian của tớn hiệu đo lường ( ngoài thời gian trễ gây nên bởi thiết bị đo và truyền tin) . - Hệ thống cân băng định lượng nằm trong một dây chuyền công nghệ,nó phải đảm bảo sự liên động trong toàn bộ dây chuyền. Hệ thống cân băng định lượng chỉ cung cấp nguyên liệu khi hệ thống nhận lượng nguyên liệu này đó hoạt động,và nó chỉ được phép dừng nhận nguyên liệu của hệ thống cung cấp nguyên liệu cho nó khi hệ thống này đó ngừng cung cấp nguyờn liệu cho nú. 1.4.Nguyờn lý tớnh lưu lượng của cân băng định lượng . 1.4.1.Nguyờn lý tớnh lưu lượng. - Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng. Vật liệu được chuyên chở trên băng tải, tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được lượng bằng lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ như: liệu không xuống đều. - Cầu cân về cơ bản bao gồm :Một cảm biến trọng lượng (Loadcell) gắn trên giá mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bộ cảm biến trọng lượng (Loadcell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng. 9 - Để xác định lưu lượng liệu chuyển tới nơi đổ liệu thỡ phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ ,trọng lượng của liệu được đo bằng một cảm biến trọng lượng. - Tốc độ băng tải V(m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyền là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài P (kg/m). - Cân băng tải có bộ phận đo trọng luợng P và bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ băng tải sao cho điểm đổ liệu ,lưu lượng dũng chảy liệu bằng giỏ trị đặt trước. - Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu lượng không đổi tại điểm đổ liệu. Q=P*V (1-1) - Trọng lượng tổng trên băng là lực F c (N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và P tính theo biểu thức: P= 2 Lg Fc (1-2) Trong đó : L – chiều dài của cầu cân . g- gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s 2 ) Lực hiệu dụng F m = F c – F 0 Trong đó : F 0 – là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân. Tải trên băng truyền có thể tính là : P= S. γ (1-3) Trong đó: γ - Khối lượng riêng của vật liệu(kg/m 3 ) S- Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m 2 ) Do đó lưu lượng có thể tính là : Q= gL VFc g L VFc * *2 2 * = (1-4) 10 [...]... lưu lượng Q ổn định của cân băng - Lưu lượng Q của cân băng tải phụ thuộc vào trọng lượng của vật liệu trên băng và tốc độ của động cơ Để lưu lượng Q ổn định bằng với lưu lượng đặt thỡ cõn băng phải có bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ của động cơ Khi vỡ một lý do nào đó làm cho lưu lượng thực không bằng lưu lượng đó đặt , dẫn đến sự sai lệch giữa lượng thực và lượng đặt thỡ khi đó bộ điều khiển sẽ... xác định lượng liệu trên một đơn vị chiều dài băng cân và tốc độ dài của băng cân Vỡ chiều dài cầu cõn là khụng đổi nên trọng lượng liệu trên con lăn sẽ được quy đổi ra trọng lượng tải trên mỗi mét - Tốc độ của băng được xác định bằng một cảm biến tốc độ lắp ngay trên trục động cơ , mỗi xung đầu ra của bộ đếm xung tương ứng với mỗi dịch chuyển của băng tải 1.4.3.Tính toán lưu lượng Q ổn định của cân. ..1.4.2.Đo lưu lượng liệu trên băng tải - Để tính được trọng lượng liệu trên băng cân ta dùng một Loadcell Cảm biến trọng lượng Loadcell đuợc gán trên một con lăn gọi là cầu cân trọng lượng của liệu trên băng tải được chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ điều khiển để xử lý , tính toán , điều chỉnh tốc độ động cơ để cho lưu lượng đầu ra không đổi - Để xác đinh được lưu lượng liệu tại thời... ổn định, không yêu cầu khả năng quá tải cao - Dải điều chỉnh hẹp (5:1) - Không yêu cầu đảo chiều Từ những đặc điểm như vậy, sau khi so sánh ưu, nhược điểm các phương án ta sẽ chọn phương án truyền động là sử dụng hệ chỉnh lưu thyristor cầu một pha đối xứng – động cơ một chiều kích từ độc lập (hệ T – Đ) làm phương án truyền động cho cân băng định lượng 25 3.3.Tính chọn công suất động cơ và thiết kế. .. vi điều chỉnh rộng • Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn • Dễ tự động hoá Nhược điểm: • Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xoay chiều - một chiều • Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ • Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn 3.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Hệ truyền động cân băng định lượng cần thiết kế có các đặc điểm sau:... cải thiện hệ thành tự động vòng kín - Mômen điều chỉnh không đổi phù hợp với phụ tải hằng số 22 Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp (3) là phương pháp khả thi nhất trong việc điều khiển động cơ điện một chiều(ĐCĐMC) theo yêu cầu của hệ thống cân băng định lượng Chương III CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC 3.1 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 3.1.1 Hệ truyền... cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp • Hệ số công suất cosφ của hệ nói chung là thấp nhất khi điều chỉnh sâu 24 • Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây nóng động cơ 3.1.3 Hệ truyền động Xung áp – Động cơ điện một chiều Ưu điểm: • Hệ thống dùng ít van động lực Cấu trúc mạch lực đơn giản cũng như mạch điều khiển đơn giản • Hệ truyền động xung áp – động cơ... F U ®ku U § U ®k i K§ M kF k§ ω M ~ Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lí hệ F – Đ Ưu điểm: • Ưu điểm nổi bật của hệ (F - Đ) là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn Do vậy thường sử dụng hệ truyền đông ở các máy khai thác trong công nghiệp nhỏ • Hệ số khuyếch đại lớn 23 Nhược điểm: • Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F - Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy... tốc độ không tải lí tưởng thì tăng theo quan hệ : ω=U/kφ do đó sai số tĩnh tăng tỉ lệ nghịch với từ thông : s = ∆ω * = M c 1 M c R- 1 = β ω U kφ như vậy độ chính xác duy trì không cao Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp , công suất mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng không nhiều , có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo được những đặc tính tốt Tuy nhiên... TRUYỀN ĐỘNG 3.1.1 Hệ truyền động máy phát – Động cơ điện một chiều Hệ thống máy phát – động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ của máy phát là không đổi Sức điện động của máy phát sẽ tỷ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số K f, như vậy có thể coi gần đúng phát điện một chiều kích từ . nên bởi thiết bị đo và truyền tin) . - Hệ thống cân băng định lượng nằm trong một dây chuyền công nghệ,nó phải đảm bảo sự liên động trong toàn bộ dây chuyền. Hệ thống cân băng định lượng chỉ. 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG. ξ1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của băng tải cân băng định lượng ξ2. Các thiết bị cảm biến ξ3. Những yêu cầu đối với hệ cân băng định lượng CHƯƠNG 2: ĐIỀU. nú. 1.4.Nguyờn lý tớnh lưu lượng của cân băng định lượng . 1.4.1.Nguyờn lý tớnh lưu lượng. - Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng. Vật liệu được chuyên