Tóm tắt luận văn 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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NGA NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR ĐỘNG CƠ Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Ngun 2014 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Phản biện 1: TS Trần Xuân Minh Phản biện 2: TS Nguyễn Văn Vỵ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại: Trường Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Vào hồi 15 15 phút, ngày 20 tháng năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên - Thư viện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên MỞ ĐẦU a Lý chọn đề tài Cân băng định lượng dùng nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng Song để đáp ứng lý thuyết thực nghiệm dựa sở thí nghiệm Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên nên chọn tên đề tài“Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động phịng thí nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng” Kết đề tài vừa có ý nghĩa thực tế vừa có tính khoa học b Mục tiêu nghiên cứu luận văn - Tìm hiểu yêu cầu truyền động cân băng định lượng - Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hệ truyền động phịng thí nghiệm để từ đề xuất truyền động cho cân băng định lượng - Trên sở hệ truyền động phịng thí nghiệm tính tốn đánh giá để so sánh kết với - Ứng dụng hệ truyền động phịng thí nghiệm cho điều khiển cân băng định lượng đồng thời tính tốn đánh giá chất lượng hệ chuyển động c Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu lý thuyết liên quan đến đề tài  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Khảo sát, tính tốn kiểm nghiệm phịng thí nghiệm hệ thống truyền động T -Đ - Dùng máy tính để mơ d Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Ứng dụng CBĐL sản xuất công nghiệp Trong dây chuyền sản xuất tự động nhà máy :nhiệt điện, xi măng, chế biến thức ăn gia xúc hay chế biến thực phẩm… ta nhận thấy để pha trộn nguyên liệu theo tỉ lệ định cân khối lượng nguyên vật liệu vận chuyển theo yêu cầu thành phẩm người ta sử dụng hệ thống cân băng định lượng 1.1.1 Giới thiệu số cân băng định lượng thực tế 1.1.1.1 Hệ thống CB cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh 1.1.1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống CB cho trạm trộn bê tông 1.2 Nguyên lý làm việc yêu cầu chuyển động cân băng định lượng 1.2.1 Cấu trúc hệ thống cân băng định lượng 1.2.2 Nguyên lý làm việc cân băng định lượng 1.2.2.1 Nguyên lý đo theo suất - Ta có cơng thức: Qt = m.v.t (1.5) Trong đó: m: khối lượng (kg) ; v: tốc độ băng tải (m/s) ; t: thời gian đặt (ms) - Với suất Q sau khoảng thời gian t1 (ms) ta tiến hành đo lần so sánh với suất yêu cầu (Qyc) + Nếu Q > Qyc vận tốc băng tải giảm + Nếu Q < Qyc vận tốc băng tải tăng 1.2.2.2 Nguyên lý đo theo khối lượng Khối lượng vật liệu cấu cân định lượng cân xác theo lượng đặt ban đầu Năng suất băng tải tính theo biểu thức: Q = δ.v [ kg/s (1.6) hay Q  3600. v 1000 (1.7) Trong đó: δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m ] v : tốc độ di chuyển băng [m/s] Khối lượng băng tải theo chiều dài tính theo công thức:   S. 10 (1.8) Trong đó: γ : Khối lượng riêng vật liệu [ tấn/m3 ] S : Tiết diện cắt ngang vật liệu băng [ m2 ] 1.2.3 Các yêu cầu hệ chuyển động cân băng định lượng 1.2.3.1 Loại phụ tải 1.2.3.2 Chiều quay băng 1.2.3.3 Giản đồ phụ tải 1.2.3.4 Các yêu cầu khởi động hãm 1.2.3.5 Sơ đồ động học 1.2.3.6 Hệ truyền động nhiều động 1.2.3.7 Độ xác 1.2.3.8 Dải điều chỉnh 1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng 1.3.1 Hệ điều khiển tương tự Hình 1.10: Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực 1.3.2 Hệ điều khiển dùng cảm biến Hình 1.11: Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số 1.4 Các phương án truyền động cho cân băng 1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động chiều U n* R U i* U n U i * RI U ci Hình 1.12: Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều T-Đ Trong đó: CL1, CL2: Hai chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược Bằng cách điều khiển nhóm van chỉnh lưu tạo chế độ dừng, quay thuận , quay ngược động RI, Rω: Các điều chỉnh dòng điện tốc độ có nhiệm vụ tổng hợp tạo điện áp điều khiển đưa tới mạch phát xung Bằng cách lựa chọn lượng phản hồi , lượng đặt thông số điêu chỉnh tôc Rω điều chỉnh dịng điên RI thích hợp đảm bảo chât lượng hệ thống chế độ tĩnh động Trong đó: - TXP, TXT: Thiết bị phát xung cho hai bô chỉnh lưu có điều khiển CL1 CL2 - U*n, Un : Điên áp ứng với tốc đô quay cho trước điện áp phản hồi tốc độ quay - U*i, Ui : điện áp ứng với dòng điện cho trước điện áp phản hồi dòng điện - LD1, LD2, LD3, LD4: Là cuộn kháng cân hạn chế dòng tức thời khép mạch cầu chỉnh lưu 1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động chiều * Sơ đồ khối Hình 1.16 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung chiều Chức khối sơ đồ sau: - Động điện chiều kích từ độc lập (M): thay đổi tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng, dùng để làm di chuyển CB - Bộ biến đổi xung điện áp (PWM): cung cấp nguồn điện áp từ chỉnh lưu T 1.4.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động KĐB Hình 1.20: Sơ đồ nguyên lý điều khiển động KĐB thiết bị biến tần Trong đó: Rω : Bộ điều chỉnh tốc độ Ri : Bộ điều chỉnh dòng điện ia,ib,ic: số thực d,q : hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor Nhận xét So sánh phương án vừa nêu ta thấy hệ truyền động T-Đ vừa thỏa yêu cầu cho cân băng định lượng vừa dùng hệ truyền động T-Đ phịng thí nghiệm nhà trường, để kiểm nghiệm trình nghiên cứu khảo sát hệ truyền động T-Đ cho cân băng định lượng Vì lựa chọn phương án hệ truyền động T-Đ để tính tốn điều khiển chuyển động cân băng định lượng Chương 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CƠNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 2.1 Nội dung thực nghiệm Bài thí nghiệm thí nghiệm phịng 304 trung tâm thí nghiệm Điện - Điện tử với mơ hình cụ thể trình bầy phần phụ lục Trong hệ thí nghiệm thiết kế với hai biến đổi song song ngược với tải có cơng suất 1.5KW 2.1.1 Giới thiệu trang thiết bị bố trí sơ đồ: - Máy biến áp nguồn động lực pha có cách ly - Bộ biến đổi (BBĐ) xoay chiều - chiều xây dựng mạch chỉnh lưu cầu pha có đảo chiều dùng Thyristor - Phần điều khiển hệ kín với phản hồi âm tốc độ, có khâu ngắt dịng, bảo vệ pha, ngược thứ tự pha, dòng, kích từ động - Hệ thống đèn báo trạng thái, đồng hồ giám sát tín hiệu dịng áp vào module - Các mạch phụ trợ: cấp nguồn kích từ, nguồn đồng bộ, đóng ngắt … 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý làm việc 2.1.2.2 Nguyên lý làm việc Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý giản đồ điện áp chỉnh lưu hình cầu ba pha Hệ thống truyền động gồm hai chỉnh lưu cầu ba pha Thyrito mắc song song ngược, khống chế hai theo phương pháp tuyến tính phụ thuộc quy luật khống chế hai chỉnh lưu 1 + 2 = 180o Trong chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu /2 > 1 lúc /2 < 2, điện áp trung bình hai chỉnh lưu đặt lên phụ tải Uđ1 = Uocos1 Uđ2 = Uocos2 10 Với giả thiết Uđ1 >  chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu Uđ2 < chỉnh lưu làm việc chế độ chờ nghịch lưu Nếu muốn đảo chiều động ta đảo chiều Uđặt , 2 < /2 1 > /2 Do lúc chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu chỉnh lưu làm việc chế độ chờ nghịch lưu Quá trình đảo chiều, từ tốc độ ban đầu sơ đồ xẩy tượng hãm tái sinh, với nguyên lý khống chế chỉnh lưu theo nguyên tắc tuyến tính phụ thuộc nên Utrung bình hai chỉnh lưu đặt nên động ngược dấu nên Icbtb = điện áp tức thời hai chỉnh lưu khác xuất dòng điện cân tức thời icb  chạy từ nguồn qua chỉnh lưu tới chinh lưu nguồn không qua tải nên sinh ngắn mạch để hạn chế dòng điện cân mạch động lực người ta mắc cuộn kháng cân LD11 , LD12, LD21, LD22 Điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào góc điều khiển , giản đồ Ud I hình vẽ với góc  1 < /2 11 2.1.2.3 Bố trí thiết bị Module: Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thiết bị modul chỉnh lưu cầu pha 12 2.1.3 Hệ tải + Hệ phụ tải động: hai động DC1 DC2 + Máy phát tốc độ + Đồng hồ đo tốc độ hiển thị số + Điện trở phụ: Rf Thông số: + Bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu sử dụng sơ đồ hình cầu ba pha mắc song song ngược điều khiển phối hợp tuyến tinh có thơng số: Uđm = 200V, Iđm = 10A + Động thí nghiệm DC: động điện chiều kích từ độc lập có thông số: P đm = 1,5 kW , Uđm = 220 V, Iđm = 10A, nđm = 100 v/p, Ikt = 0,6A + Tải: Hệ phụ tải động: hai động DC1 DC2 + Máy phát tốc độ + Máy sóng + Các thơng số PID: Kp = 4.93; KI = 42; KD = - Sơ đồ phụ tải động hình: 13 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm truyền động điện 2.2 Kết thực nghiệm 2.2.1 Đo điện áp đồng hóa điện áp cưa 2.2.1.1 Đo điện áp đồng hóa mạch tạo xung Hình 2.9: Điện áp khâu đồng hóa 14 2.2.1.2 Đo điện áp cưa kênh tạo xung Hình 2.10: Điện áp đầu khâu phát sóng cưa 2.2.1.3 Khâu sửa xung gửi xung 2.2.2 Thí nghiệm 2.2.2.1 Thí nghiệm 1: động quay theo chiều thuận với điều khiển P Hình 2.12: Động quay theo chiều thuận với điều khiển P 15 2.2.2.2 Thí nghiệm 2: động quay theo chiều thuận với PI Hình 2.13: Động quay theo chiều thuận với điều khiển PI 2.2.2.3 Thí nghiệm 3: động quay theo chiều ngược với điều khiển P Hình 2.14: Đảo chiều động với điều khiển P 16 2.2.2.4 Thí nghiệm 4: động quay theo chiều ngược với PI Hình 2.15: Đảo chiều động với điều khiển PI Nhận xét + Qua thí nghiệm với điều khiển P va PI chế độ làm việc thuận đảo chiều, chất lượng đầu hệ truyền động xác định thông số sau + Thời gian qua độ điều khiển P: 3s - Sai lệch tĩnh điều khiển P: 3% - Độ điều chỉnh: 1% + Thời gian qua độ điều khiển PI: 3s - Sai lệch tĩnh điều khiển PI: 0.05% - Độ điều chỉnh: 1% + Với kết thí nghiệm cho thấy hệ truyền động T - Đ phịng thí nghiệm trường ĐHKTCN đảm bảo chất lượng để ứng dụng vào truyền động cân băng định lượng + Qua thí nghiệm ta thấy đảm bảo chất lượng để ứng dụng vào truyền động ổn định cân định lượng 17 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 3.1 Ứng dụng hệ truyền động T – Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân băng định lượng  U n* R U R U n U i* U i* RI U ik Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ổn định khối lượng CB 3.1.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ổn định khối lượng 3.1.2.1 Tổng hợp hệ T-Đ Hàm số truyền khâu - Hàm truyền máy phát tốc: K WFT ( p )   T p ( 3.4) Trong đó: T  - số thời gian máy phát tốc K  - hệ số phản hồi máy phát tốc 18 - Hàm truyền khâu lấy tín hiệu dịng điện: WFT ( p )  KI  TI p (3.5) Trong đó: TI - số thời gian máy phát K I - hệ số phản hồi dòng điện Tổng hợp điều khiển dòng RI Ks  Ts p Ru  pTu Jp Ki  pTi Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện Vậy ta có hàm truyền điều chỉnh dịng điện: Ri ( p )   pTu T p.K CL K i si  R R.Tu (1  ) 2.K CL K i Tsi p.Tu Tổng hợp điều khiển tốc độ R Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 3.1.2.2 Tổng hợp mạch vòng ổn định khối lượng 19 ( 3.9) Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng ổn định khối lượng Chọn    T Ta có hàm truyền điều chỉnh ổn định khối lượng theo tiêu chuẩn tối ưu modul : R ( p)  K (1 2Ts p) Kr K 2T (3.15) Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng 3.2 Mô hệ truyền động cân băng với điều khiển PID 3.2.1 Tính tốn thơng số hệ điểu khiển ổn định khối lượng động chiều kích từ độc lập 20 3.2.2 Sơ đồ mơ hệ điều khiển cân băng MATLAB SIMULINK Hình 3.10 Sơ đồ mô hệ điều khiển điều khiển PID Sau mô phần mềm Simulink ta thu kết sau: 21 Hình 3.11 Các tín hịệu đặt khối lượng đầu tương ứng với giá trị củaKhối lượng đặt đầu vào φ đặt = 10 (V), I = 8,7 (A) 22 Nhận xét Từ kết mô ta thấy chất lượng hệ truyền động có thơng số sau + Kết tính tốn lý thuyết: - Thời gian độ cân băng định lượng: 10,5s - Độ điều chỉnh cân băng định lượng : 5% - Sai lệch tĩnh: 1% - Thời gian độ tốc độ động cơ: 2.5s - Độ điều chỉnh tốc độ động : 3% - Sai lệch tĩnh: 1% + Kết thí nghiệm - Thời gian độ điều khiển P: 3s - Sai lệch tĩnh điều khiển P : 3% - Độ điều chỉnh : - Thời gian độ điều khiển PI: 3s - Sai lệch tĩnh điều khiển PI: 0,05% - Độ điều chỉnh : e Kết luận Trong đề tài việc Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động phịng thí nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng giải vấn đề:  Tìm hiểu khảo sát yêu cầu hệ điều khiển cân băng định lượng ứng dụng cơng nghiệp  Tiến hành thí nghiệm với chế độ làm việc khác từ xác định hệ thống truyền động T - Đ phịng thí nghiệm có khả ứng dụng để điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng 23  Dựa sở thí nghiệm ứng dụng để xây dựng hệ điều khiển chuyển động cho cân băng định lượng từ tiến hành tính tốn, khảo sát mơ đánh giá chất lượng Kết thí nghiệm hệ truyền động phịng thí nghiệm áp dụng để tính toán cho hệ điều khiển chuyển động cân băng định lượng cho biết kết chất lượng tốt + Kết mô phỏng: - Thời gian độ: 10,5s - Độ điều chỉnh: 5% - Sai lệch tĩnh: 1% Với kết đáp ứng yêu cầu cân băng định lượng Kết luận văn thể biết kết hợp hệ thống thí nghiệm thực tế ứng dụng cho đối tượng cụ thể cân băng định lượng Thông qua việc khảo sát tính tốn ta thấy thong số đồng với chứng tỏ phương pháp nghiên cứu hựp lý đắn ta thấy tính ứng dụng tính thực tiễn luận văn la tốt + Tuy luận văn số vấn đề chưa giải như: - Khâu điều khiển vị trí khâu phi tuyến - Hệ điều khiển chuyển động chưa kiểm nghiệm - Mặc dù số vấn đề tồn xong luận văn giải đầy đủ yêu cầu mà đề tài đặt đáp ứng yêu cầu luận văn thạc sỹ kỹ thuật 24