Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pharoto lồng sóc sử dụng biến tần trong dây chuyền sản xuất đá ốp lát tại côngty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex

Để giải quyết vấn đề này córất nhiều phương án điều khiển, nhưng nhìn chung các phương pháp đều cónhững ưu điểm và hạn chế của nó, chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề nhưphạm vi điều chỉ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa nềncông nghiệp còn khá lạc hậu so với thế giới việc áp dụng các dây chuyền tựđộng hóa, các máy móc hiện đại như biến tần, PLC, vi điều khiển… vào sảnxuất là rất cần thiết nó góp phần quyết định sự phát triển của nền kinh tế quốcdân Bởi vậy những nghiên cứu và ứng dụng của nó là vấn đề mang tính chấtcấp thiết

Cùng với sự phát triển của công nghiệp như hiện nay thì động cơ khôngđồng bộ ba pha roto lồng sóc đã có vị trí rất quan trọng trong các dây chuyềnsản xuất Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạnên động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc là loại máy được dùng rộng rãinhất trong các loại động cơ điện công suất nhỏ và trung bình

Nhưng có một vấn đề đặt ra là làm thế nào để điều khiển được tốc độcủa động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc Để giải quyết vấn đề này córất nhiều phương án điều khiển, nhưng nhìn chung các phương pháp đều cónhững ưu điểm và hạn chế của nó, chưa giải quyết được toàn bộ vấn đề nhưphạm vi điều chỉnh, năng lượng tiêu thụ, độ bằng phẳng khi điều chỉnh, thiết

bị sử dụng…

Trong các hệ thống sản xuất tự động hóa thì một trong những phươngpháp đang được sử dụng khá phổ biến và được ứng dụng trong dây chuyềnsản xuất đá ốp lát cao cấp tại công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex làđiều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số Các thiết bị chính được sử dụngchủ yếu để điều khiển là biến tần và không sử dụng PLC (ProgrammableLogic Controller) Đây là phương pháp điều chỉnh bằng phẳng, động cơ điện

có thể quay với bất kì tốc độ nào phù hợp với từng loại tải, gọn nhẹ và dễ điềuchỉnh Tuy nhiên hiện trạng trong công ty Vinaconex là điều khiển tốc độ

động cơ băng chuyền sản xuất bằng biến tần thông qua người vận hành điềuchỉnh bằng tay để cài đặt thông số qua các phím của biến tần Vì vậy chấtlượng điều chỉnh tốc độ không cao, khi tải thay đổi thì không kịp thay đổi tốc

độ đáp ứng Do đó chất lượng sản phẩm và hệ số an toàn cho người côngnhân vận hành dây chuyền không cao

Với những ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc,

ưu điểm phương pháp thay đổi tần số điều khiển tốc độ sử dụng biến tần, PLC

và thực trạng dây chuyền của công ty Vinaconex, cùng với sự cho phép của

bộ môn và sự đồng ý của công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex tôi tiến

hành nghiên cứu đề tài “Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc sử dụng biến tần trong dây chuyền sản xuất đá ốp lát tại công

ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex”

2 Mục đích đề tài

Tìm hiểu chung về công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex

Quy trình công nghệ sản xuất đá tại công ty Vinaconex

Thực trạng và các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng

bộ ba pha roto lồng sóc trong dây chuyền sản xuất đá ốp lát tại công ty cổphần đá ốp lát cao cấp Vinaconnex

Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rotolồng sóc

Nghiên cứu vể biến tần trong băng chuyền sản xuất đá ốp lát trongcông ty Vinaconex

Nghiên cứu cách kết nối, sơ đồ điện của động cơ, biến tần và PLC.Lựa chọn và tìm hiểu bộ điều khiển PLC S7-200

Xây dựng mô hình thực nghiệm ở phòng thí nghiệm tự động hóa khoa

Cơ điện

3 Nội dung đề tài

Chương IV: Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống điều khiển tốc độđộng cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc và biến tần trong dây chuyền sảnxuất đá ốp lát tại công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN ĐÁ ỐP LÁT CAO

CẤP VINACONEX

1.1 Giới thiệu sơ lược về công ty

Ngày 19/12/2002 chủ tịch HĐQT Tổng công ty VINACONEX đã kýquyết định số 1719 QĐ/VC - TCLĐ thành lập nhà máy Đá ốp lát cao cấp

VINACONEX để thực hiện dự án "Đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất đá

nhân tạo cao cấp sử dụng chất kết dính xi măng và hữu cơ".

Tháng 09/2003: Nhà máy đá ốp lát cao cấp VINACONEX chính thứcđược khánh thành, đưa 02 dây chuyền sản xuất đá ốp lát nhân tạo cao cấp đivào hoạt động gồm:

 Dây chuyền sản xuất đá ốp lát cao cấp nhân tạo sử dụng chất kếtdính hữu cơ - Bretonstone

 Dây chuyền sản xuất đá ốp lát cao cấp nhân tạo sử dụng chất kếtdính xi măng Terastone

Ngày 01/09/2004: Lô hàng xuất khẩu đầu tiên rời nhà máy sang Úc,đánh dấu thời kỳ tăng trưởng xuất khẩu liên tục cho đến ngày hôm nay

Ngày 17/12/2004: Bộ trưởng Bộ xây dựng ký Quyết định số 2015/QĐ BXD chuyển Nhà máy Đá ốp lát cao cấp VINACONEX thành Công ty cổphần Đá ốp lát cao cấp VINACONEX

-Ngày 02/06/2005: VICOSTONE chính thức đi vào hoạt động theo hìnhthức công ty cổ phần theo Giấy chứng nhận ĐKKD số 0303000293 do Sở Kế

hoạch và Đầu tư tỉnh Hà Tây (nay là thành phố Hà Nội) cấp, vốn điều lệ đăng

ký là 30 tỷ đồng

Ngày 14/03/2007: Đại hội đồng cổ đông thường niên năm 2007 củaCông ty đã thông qua phương án tăng vốn điều lệ từ 30 tỷ đồng lên 100 tỷđồng, trong đó Tổng công ty VINACONEX chiếm 51%.

Tháng 10/2007: Liên doanh cùng WK Marble & Granite PTY thành lậpcông ty liên doanh STYLE STONE

Ngày 05/12/2007: Cổ phiếu VICOSTONE được chấp thuận niêm yếttại trung tâm giao dịch chứng khoán Hà Nội (HASTC) theo quyết định số670/QĐ - TTGDHN của giám đốc trung tâm

Ngày 17/12/2007, VICOSTONE chính thức khai trương phiên giaodịch đầu tiên đánh dấu một giai đoạn phát triển mới

Ngày 22/02/2008: Ủy ban chứng khoán nhà nước đã cấp giấy chứngnhận đăng kí chào bán số 296/UBCK - GCN đồng ý cho VICOSTONE pháthành thêm cổ phần tăng vốn điều lệ từ 100 tỷ đồng lên 150 tỷ đồng

Tháng 04/2008: Thành lập công ty cố phần Đầu tư & Khoáng sảnVICO - VICOSTONE mine do VICOSTONE giữ cổ phần chi phối

Ngày 22/05/2008: Việc tăng vốn điều lệ theo Giấy chứng nhận số 296/UBCK - GCN hoàn thành với số lượng cổ phiếu chào bán thành công là:2.950.000 CP

Ngày 31/07/2008: Hoàn tất thủ tục lưu ký, niêm yết bổ sung đối với2.950.000 CP phát hành thêm, đưa tổng số cổ phần của VICOSTONE hiệnđang lưu hành tại HASTC lên 12.950.000 CP

Sản phẩn đá ốp lát nhân tạo VICOSTONE được sản xuất trên dâychuyền công nghệ hiện đại, tự động hóa, được nhập khẩu độc quyền từ hãngBreton (Italia), sử dụng công nghệ vật liệu mới cung cấp cho người sử dụngloại sản phẩm độc đáo, có nhiều tính năng vượt trội so với đá tự nhiên Có baloại sản phẩm độc đáo mang nhãn hiệu VICOSTONE:

 Q - VICOSTONE, vật liệu có độ cứng chỉ sau kim cương:

Với kích thước khổ lớn (3.000 x 1.400 mm), thiết kế bề mặt, màu sắctheo ý muốn và các đặc tính về cơ, lý, hóa…nổi trội, sản phẩm đá nhân tạo Q

- VICOSTONE trở thành một loại nguyên vật liệu lý tưởng cho các công trìnhxây dựng công cộng, các công trình nhà ở, hay các công trình công nghiệptrang trí

 H - VICOSTONE, bước đột phá trong công nghệ đá ốp lát sử dụng chất kết dính xi măng:

Với các kích thước khuôn khác nhau, bề mặt viên đá không bị trầyxước trong quá trình sử dụng, có độ cứng của đá thạch anh, màu sắc theo ýmuốn, H - VICOSTONE trở thành một loại nguyên liệu lý tưởng cho côngnghiệp xây dựng, công nghiệp trang trí…Sản phẩm H - VICOSTONE có thểđược sử dụng lát nền, ốp tường, lát bậc thang…đặc biệt khả năng thi công dễdàng như sản phẩm ốp lát thông thường

 T - VICOSTONE, công nghệ sử dụng chất kết dính xi măng truyền thống rung ép trong môi trường chân không:

Sản phẩm T - VICOSTONE được sản xuất trên cùng một dây chuyềnnhư H - VICOSTONE nhưng sử dụng nguyên liệu đá hạt marble và granite,cho phép người dùng sau khi lát sàn có thể đánh bóng lại bằng máy cầm tay,nâng cao thẩm mỹ Bề mặt của T - VICOSTONE gần với đá tự nhiên và sảnphẩm này cũng hoàn toàn thân thiện với môi trường

ĐẠI HỘI ĐỒNG

CỔ ĐÔNG VICOSTONE

HỘI ĐỒNG QUẢN TRỊ VICOSTONE

TỔNG GIÁM ĐỐC VICOSTONE

BAN KIỂM SOÁT VICOSTONE

Các công ty con Các đơn vị hạch toán phụ thuộc Các phòng

CTCP Đầu tư & khoáng sản VICO – VICOSTONE MINE

CTCP chế tác đá Việt Nam - STONE Việt Nam

CTCP STYLE STONE

Ban quan hệ cổ đông

TT Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới R&D

1.3 Quy trình công nghệ sản xuất

Đá cốt liệu và bột mịn, nhựa nền, bột màu…được định lượng theo một

công thức xác định bằng hệ thống nạp liệu (có các cảm biến trọng lượng để

xác định khối lượng từng liệu) Xe Skip đưa nguyên liệu vào máy trộn Mixer,

Ring, sau một thời gian liệu sẽ được đưa xuống băng tải to đến lô ép liệu.Liệu được đánh tơi và đều nhờ bốn quả lô chia thành hai dàn quả lô trên và

dưới (hai quả lô trong cùng một dàn có tốc độ quay khác nhau và chiều quay

ngược nhau hướng tâm) sẽ được băng tải con đưa vào Distributor để rải đều

liệu lên khuôn, sau đó được đưa vào máy rung ép chân không để tạo hình khốicho sản phẩm, tạo ra độ dày đặc về mật độ phân bố vật liệu bên trong tấm đá

Để tấm đá có kết cấu bền vững thì cần phải tạo ra một môi trường Môitrường là nơi các phản ứng hóa học xảy ra làm cho các chất kết dính, dính kếtcác hạt cốt liệu lại với nhau nhưng cũng không làm thay đổi hình dáng củatấm đá Đó chính là lò dưỡng hộ Nhiệt độ trong lò dưỡng hộ phải đạt từ 110o

÷ 130o Sau một khoảng thời gian 30 phút tấm đá ra khỏi lò dưỡng hộ có nhiệt

độ cao nên được đưa đến hầm làm mát và được bảo quản trong khoảng 24 giờ

(đá bán thành phẩm) Dây chuyền tạo ra viên đá bán thành phẩm gọi dây chuyền tạo hình.

Để có được tấm đá chất lượng, đạt tiêu chuẩn, có tính thẩm mỹ thì các

viên đá bán thành phẩm được đưa vào dây chuyền xử lý tấm (dây chuyền

hoàn thiện) Tại đây các tấm đá được cắt bavia dọc và bavia ngang sau đó

được mài định cỡ mặt sau và mặt trước Hệ thống các đầu mài thô, mài tinh,mài bóng sẽ cho chúng ta một tấm đá thành phẩm đạt tiêu chuẩn

Ta có thể khái quát nguyên lý sản xuất tấm đá Breton bằng sơ đồ khốinhư sau:

Cân định lượng tỷ lệ cốt liệu

Trộn & Xử lý hỗn hợp (đá cốt liệu, nhựa nền, bột màu)

Chia liệu, tạo hình cho tấm đá

Rung ép chân không

Dưỡng hộ, làm mát

Đá cốt liệu, Resin, Silan, Coban, Catalyst, bột màu, bột gió…

Đá bán thành phẩm

DÂY CHUYỀN TẠO HÌNH

Cắt Bavia ngang & dọc

Xử lý mặt trước của tấm đá (Mài thô, mài tinh, mài bóng)

Đá bán thành phẩm

Đá thành phẩm

Xử lý mặt sau của tấm đá (Mài định cỡ)

DÂY CHUYỀN HOÀN THIỆN

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý sản xuất tấm đá Breton

1.4 Thực trạng và các giải pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng

bộ ba pha roto lồng sóc trong dây chuyền sản xuất đá ốp lát tại công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex

1.4.1 Thực trạng

Những ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc manglại Hiện nay trong các dây chuyền sản xuất đá nói chung và hệ thống băng tảinói riêng trong công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex đều sử dụng cácđộng cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc cồng suất từ 1,5 đến 400Kw.Các loại động cơ này đều được sản xuất bởi công ty cổ phần chế tạo máy điệnViệt nam - Hungari

Động cơ trong các hệ thống băng tải trong dây chuyền sản xuất đá củacông ty đều được điều khiển bằng biến tần ABB do các kỹ sư và công nhânđiều khiển thay đổi tần số một cách trực tiếp trên màn hình nút bấm của biếntần Do không sử dụng PLC và encoder ghép nối với biến tần nên khi thay đổisản phẩm sản xuất tức là thay đổi tải, biến tần không thể tự động thay đổiđược tần số phù hợp với tải mà phải thay đổi bằng tay Như vậy quá trình thayđổi tần số trực tiếp không qua PLC và encoder dễ xảy ra tình trạng quá tải haynon tải cho động cơ, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, sự an toàn chongười công nhân vận hành

1.4.2 Giải pháp

Sử dụng thêm encoder gắn trên trục động cơ, ghép nối biến tần vớiPLC và encoder để điều chỉnh tốc độ động cơ một cách tự động theo sự tănggiảm thay đổi của của tải Từ đó có thể điều chỉnh sự tương thích tốc độ động

cơ phù hợp với tải

1.5 Kết luận

Qua một thời gian thực tập tại công ty, tìm hiểu bộ máy tổ chức củacông ty đặc biệt là tìm hiểu quy trình sản xuất, thực trạng phương pháp điềuchỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc, em nhận thấy cầnnâng cấp thiết bị cho phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ của công tynhằm nâng cao năng suất lao động và an toàn cho người vận hành

Chương 2 CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTO LỒNG SÓC

2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Vào năm 1820, Hans christian và Oersted đã tiến hành các thí nghiệmnghiên cứu ảnh hưởng của từ trường dòng điện Một năm sau đó, MichaelFaraday đã khám phá ra trường điện từ quay và động cơ điện đầu tiên ra đời.Năm 1831 Faraday tiếp tục phát hiện ra cảm ứng điện từ Đến năm 1833 thìTesla phát minh ra động cơ không đồng bộ xoay chiều

Các động cơ được chia thành hai loại: Động cơ điện một chiều và động

cơ điện xoay chiều Trong đó động cơ xoay chiều gồm động cơ đồng bộ vàđộng cơ không đồng bộ Cho đến nay, lý thuyết xây dựng động cơ điện vẫndựa trên các lý thuyết của Oersted, Faraday và Tesla

Động cơ không đồng bộ gồm hai loại: Động cơ không đồng bộ Rotodây quấn và động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc (ngắn mạch)

Động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc là dòng động cơ với khảnăng chịu quá tải lớn, chúng được thiết kế đặc biệt với chế độ làm việc ngắnhạn, số lần khởi động và phanh hãm cao cùng với khả năng chịu rung động và

va đập Kết cấu đơn giản hơn so với loại động cơ roto dây quấn, trong quátrình vận hành sử dụng ít phải bảo dưỡng bảo trì Và với những ưu điểm nàynên động cơ không đồng bộ roto lồng sóc được sử dụng rất rộng rãi trong cácngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW

+ Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ thường được dùng làmnguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ởcác nhà máy công nghiệp nhẹ, các hệ thống băng tải…

+ Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nôngsản phẩm.

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm trên thì động cơ không đồng bộ bapha roto lồng sóc vẫn còn tồn tại những hạn chế như hệ thống điều khiểnphức tạp, thông thường phải dùng biến tần để thay đổi tốc độ động cơ

2.1.1 Cấu tạo

Cũng như các loại động cơ không đồng bộ khác, động cơ không đồng

bộ ba pha roto lồng sóc cũng gồm các bộ phận chính sau:

* Vỏ stato: Có nhiệm vụ truyền nhiệt, làm mát và lắp đặt các chi tiết phụ

vỏ phải đảm bảo về độ cứng và độ bền sau khi lắp lõi thép và gia công vỏ

Vỏ có hai loại, loại gang đúc và loại thép tấm hàn lại

Loại gang đúc được chia làm hai loại:

+ Loại có gân trong

+ Loại không có gân trong

Loại vỏ bằng thép tấm hàn gồm ít nhất là hai vòng thép tấm trở lên vànhững gân ngang làm khung

* Lõi sắt stato: Cấu tạo của lõi sắt phụ thuộc vào đường kính ngoài của nó:

Nếu đuờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn một mét thì dùng tấm nguyên đểlàm lõi sắt Khi đó lõi sắt sau khi ép vào vỏ sẽ có một chốt cố định với vỏ đểkhỏi bị quay dưới tác dụng của mômen điện từ

Nếu đường kính ngoài lớn hơn một mét thì dùng các tấm hình rẻ quạtghép lại, khi ấy để ghép chặt lõi sắt thường dùng hai tấm thép dày ép hai đầu,

để tránh lực hướng tâm và lực hút các tấm thường làm những cánh đuôi nhạnhình rẻ quạt trên các tấm để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy

(2) Phần quay (rotor)

Nếu đường kính roto không lớn (nhỏ hơn 350mm) thì lõi sắt rotothường được ép trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục Phần trong của lá thépcắt ra không dùng được vào việc gì có giá trị kinh tế lớn mà kết cấu của rotolại được đơn giản hóa Việc dùng ống lồng cũng rất hạn chế, chỉ dùng khi cầnthiết như động cơ điện trên tàu điện để thay trục được dễ dàng

Khi đường kính roto lớn hơn 350 mm đường kính trong roto cố gắnglấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc khác, do đó cần có giá

đỡ roto

Khi đường kính roto lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm tôn silíc hình

rẻ quạt ghép lại Khi đó dùng giá đỡ roto hình sao, giá đỡ roto trong các máylớn thường làm bằng thép tấm ghép lại Lõi sắt thường được ép chặt với ápsuất từ 5 kg/cm2 đối với cỡ trung, đến 10 kg/cm2 Với máy cỡ nhỏ và phải có

vòng ép để giữ chặt áp suất đó, để tránh lõi sắt ở hai đầu bị tản ra thì trong cácmáy nhỏ thường dùng những tấm thép dày 1,5 mm ép lại Trong máy lớnthường dùng những tấm ép có răng, răng phải tán hay hàn vào lá thép ép đểkhi quay không văng ra

Roto động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc thường có rãnh vàđược đúc đầy trong rãnh roto là các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, cácthanh dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắnmạch bằng nhôm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi làlồng sóc Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh roto thường được làm chéo đi một góc

Ở quạt ly tâm khi cánh quạt quay không khí ở giữa khe các cánh quạt bịđẩy ra ngoài dưới tác dụng của lực ly tâm, do đó ở vùng vòng trong của cánhquạt nơi lỗ gió vào tạo thành vùng không khí loãng còn vùng ngoài của vòngngoài cánh quạt nơi thoáng gió ra có áp suất cao, quạt ly tâm được dùng nhiềutrong máy điện vì tạo được áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thốngthông gió trong máy điện nhưng nhược điểm của nó là hiệu suát thấp

Bối dây có thể chỉ là một vòng dây (dây quấn kiểu thanh dẫn - bối dâythường chế tạo dạng phần hai, phần tư và tiết diện thường lớn), hoặc gồmnhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây quấn kiểu vòng dây) Số vòngdây của mỗi bối dây, số bối dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào côngsuất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện

từ Dây quấn có các yêu cầu sau:

+ Điện áp ba pha phải bằng nhau, trong dây quấn ba pha điện áp ba phalệch nhau 1200 góc độ điện

+ Điện trở và điện kháng của các mạch song song của ba pha bằngnhau

+ Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết

+ Dùng vật liệu dây dẫn điện ít nhất, phần đầu nối càng ngắn càng tốt

để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu

+ Dễ chế tạo và sửa chữa

+ Cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắcchắn

+ Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắnmạch đột ngột hay khi khởi động

Dây quấn động cơ có nhiều kiểu: Dây quấn một lớp, hai lớp, dây quấnđồng khuôn, dây quấn đồng tâm…

(5) Trục động cơ

Ngoài việc phải chịu toàn bộ trọng lượng của roto ra, trục còn chịumômen xoắn và mômen uốn trong quá trình truyền động tải, trục còn chịu lựchướng trục thường là lực kéo như ở các máy kiểu trục đứng Ngoài những tảitrên, trục còn phải chịu lực từ một phía do khe hở không khí không đều gây

ra Trục có các yêu cầu sau:

+ Phải có đủ độ bền ở tất cả các tiết diện của trục khi máy làm việc kể

cả khi có sự cố ngắn mạch

+ Phải có đủ độ cứng để tránh sinh ra độ võng lớn làm rôto chạm stato + Tốc độ giới hạn của trục phải khác nhiều với tốc độ khi máy làm việcbình thường

(6) Gối trục

Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trượt Máy điện nhỏ và vừahiện nay dùng ổ bi là chủ yếu, chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không cótiếng ồn mới dùng bạc Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các ưu điểm sau làkích thước nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dưỡng đơn giản, tổnhao ma sát nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thường khởi động

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Động cơ làm việc dựa vào định luật về luật điện từ F tác dụng lên thanhdẫn có chiều dài l khi nó có dòng điện I và nằm trong từ trường có từ cảm B.Chiều và độ lớn của lực F được xác định theo tích véc tơ F=i.l.B Đó chính làđịnh luật cơ bản của động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng

Khi động cơ được cấp điện, dòng điện trong dây quấn stato sinh ra

trong lõi sắt stato một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1=

60 f1

p (2-1)(f1 là tần số dòng điện lưới đưa vào, p là số đôi cực của máy)

Khi từ trường này quét qua thanh dẫn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trênlõi sắt roto và cảm ứng trong thanh dẫn đó sức điện động và dòng điện Từthông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thôngtổng ở khe hở Dòng điện trong thanh dẫn roto tác dụng với từ thông khe hởnày sinh ra mômen Tác dụng đó làm cho roto quay với vận tốc không đồng

bộ n (n < n1) Để chỉ phạm vi tốc độ của động cơ người ta dùng hệ số trượt s,theo định nghĩa hệ số trượt bằng:

s= n1-n

n1 hay s%=

n1-n

n1 ×100 (2-2) Như vậy khi bắt đầu mở máy n = 0 nên s = 1, khi n ¿ n1 thì độ trượt s =0

2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha

2.2.1 Phương trình đặc tính cơ

Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng,nghĩa là ba pha của động cơ đối xứng, các thông số dây quấn như điện trở vàđiện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát

và tổn thất trong lõi thép và điện áp lưới hoàn toàn đối xứng, thì sơ đồ thaythế một pha của động cơ như hình vẽ 2-2

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ

Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ biểu diễnmối quan hệ giữa mômen quay và tốc độ của động cơ có dạng:

' '

2

2 2

3UM

đó là đường đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha

Hình 2.3: Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha

Đường đặc tính cơ có điểm cực trị gọi là điểm tới hạn K Tại điểm đó:

dM

0

Trên đường đặc tính cơ tự nhiên, điểm B ứng với tốc độ ω = 0 ( s = 1 )

1 o

2 fp

  

(2-8)

2.2.3 Ảnh hưởng của tần số nguồn f 1 đến đặc tính cơ

Khi thay đổi f1 thì theo (2-8) tốc độ đồng bộ ωo thay đổi, đồng thời X1,

X2 cũng bị thay đổi ( vì X = 2πfL ), kéo theo sự thay đổi của cả độ trượt tớifL ), kéo theo sự thay đổi của cả độ trượt tớihạn sth và momen tới hạn Mth

Khi tần số f giảm, độ trượt tới hạn sth và momen tới hạn Mth đều tăngnhưng Mth tăng nhanh hơn

Khi giảm tần số f1 xuống dưới tần số định mức f1dm thì tổng trở của cáccuộn dây giảm nên nếu giữ nguyên điện áp cấp cho động cơ sẽ dẫn đến dòngđiện động cơ tăng mạnh Vì vậy khi giảm tần số nguồn xuống dưới giá trịđịnh mức cần phải đồng thời giảm điện áp cấp cho động cơ theo quan hệ

1 1

uconst

Như vậy Mth sẽ giữ không đổi ở vùng f1 < f1dm Ở vùng f1 > f1dm thìkhông thể tăng điện áp nguồn mà giữ U1 = U1dm nên ở vùng này Mth sẽ giảm tỉ

lệ nghịch với bình phương tần số, đồng thời phải điều chỉnh điện áp theo quy

luật U/ f const để giữ cho động cơ không bị quá tải về công suất

Hình2.4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi tần số nguồn

Hình 2.5: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số nguồn

kết hợp với thay đổi điện áp

2.3 Các yêu cầu đặt ra đối với việc điều khiển động cơ

Những động cơ trước đây thường được chế tạo để làm việc với tảikhông đổi trong suốt quá trình làm việc Điều này làm cho hiệu suất làm việccủa hệ thống thấp, một phần đáng kể công suất đầu vào không được sử dụng

hiệu quả Hầu hết thời gian momen động cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêucầu của tải.

Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động rất lớn Điềunày làm tổn thất công suất lớn trên đường truyền và trong roto, làm nóngđộng cơ, thậm chí có thể làm hỏng lớp cách điện Dòng khởi động lớn có thểlàm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn vớiđộng cơ

Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ chủ yếu là dòng từhóa, tải hầu như chỉ có tính cảm Kết quả là hệ số công suất ( PF: PowerFactor ) rất thấp, khoảng 0,1 Khi tải tăng lên dòng điện làm việc bắt đầu tăng.Dòng điện từ hóa duy trì hầu như không đổi trong suốt quá trình hoạt động từkhông tải đến đầy tải Vì vậy khi tải tăng hệ số công suất cũng lên Khi động

cơ làm việc với hệ số công suất nhở hơn 1, dòng điện trong động cơ khônghoàn toàn sin Điều này cũng làm giảm chất lượng công suất nguồn, ảnhhưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ

Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn cấp hoặc đảo chiềuđộng cơ Độ chính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác, đảo chiều tốtlàm tăng năng suất lao động cũng như chất lượng sản phẩm Trong các ứngdụng trước đây các phương pháp hãm cơ được sử dụng Lực ma sát giữa phần

cơ và má phanh có tác dụng hãm Tuy nhiên việc hãm này rất kém hiệu quả

và tổn hao nhiệt lớn

Trong nhiều ứng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc

độ như quạt, máy bơm Ở những tải loại này, momen cản tỷ lệ với bìnhphương tốc độ, công suất tỷ lệ với lập phương của tốc độ Do đó việc điềuchỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào tải, có thể tiết kiệm điện năng Tính toáncho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ có thể tiết kiệm được 50% công suất

đầu vào Mà điều này là không thể thực hiện được đối với những động cơ sửdụng trực tiếp điện áp lưới.

Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị, dòngđiện trong động cơ chứa nhiều thành phần điều hòa bậc cao Điều này làmtăng tổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ của động cơ Momen sinh

ra bởi động cơ bị gợn sóng Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏkhi hoạt động ở tần số cao bởi tính chất cảm của động cơ Nhưng ở tần sốthấp động cơ chạy sẽ bị rung, làm ảnh hưởng đến các vòng đồng của roto.Động cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu không được bảo vệ sẽ làmgiảm tuổi thọ của động cơ

Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều khiển thôngminh Sự phát triển của các van công suất, công nghệ sản xuất IC tích hợp caocho ra đời những bộ vi xử lý có tốc độ xử lý ngày càng nhanh và sự phát triểncủa kỹ thuật tính toán đã dẫn đến việc điều khiển động cơ không đồng bộ cóthể đạt được chất lượng cao

2.4 Các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như:

 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch roto Rf

 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato

 Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

 Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa

 Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng

 Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1.

Trong các phuơng pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thayđổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất,đạt đến mức độ tương đương như điều chỉnh động cơ điện một chiều bằngcách thay đổi điện áp phần ứng Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động

cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đang ngày càng phát triển Sau đây xintrình bày phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổitần số nguồn f1.

2.4.1 Điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn

Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn

và số đôi cực từ theo công thức:

1 o

2 fp

số nguồn f1 Bằng cách thay đổi tần số nguồn có thể điều chỉnh được tốc độcủa động cơ Nhưng khi tần số giảm, trở kháng của động cơ giảm theo(X=2πfL ), kéo theo sự thay đổi của cả độ trượt tớifL ) Kết quả là làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên.Nếu điện áp nguồn cấp không giảm sẽ làm cho mạch từ bị bão hòa và động cơkhông làm việc ở chế độ tối ưu, không phát huy đuợc hết công suất Vì vậyngười ta đặt ra vấn đề là khi thay đổi tần số cần có một luật điều khiển nào đósao cho từ thông của động cơ không đổi Từ thông này có thể là từ thông stato

Φ1, từ thông của roto Φ2, hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φµ Vì momenđộng cơ tỉ lệ với từ thông trong khe hở từ trường nên việc giữ cho từ thôngkhông đổi cũng làm giữ cho momen không đổi Có thể kể ra các luật điềukhiển như sau:

 Luật U/f không đổi: U/f = const

 Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const

 Luật dòng điện không tải không đổi: Io = const

 Luật điều khiển dòng stato theo hàm số của độ sụt tốc: I1 = f(Δω)

2.4.2 Phương pháp điều chỉnh U/f = const

Sức điện động của cuộn dây stato E1 tỷ lệ với từ thông Φ1 và tần số f1

theo biều thức:

E 1 K f1 1 U1 I Z1 1 (2-12)

Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stato Z1, ta có E1 ≈ U1, do đó:

1 1

1

UKf

 

(2-13)Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U1/f1 không đổi.Trong phương pháp U/f = const thì tỷ số U1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ

số này ở định mức Cần lưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làmtăng sụt áp trên điện trở stato dẫn đến E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơgiảm Do dó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi

Ta có công thức tính momen cơ của động cơ như sau:

2 1

2

' 2

'

'

3U R / s M

'

3U M

2

' 2 '

m '

3U R / s M

'

3U M

2  (R  R  (X  X ) )



(2-17)

Ta có công thức sau :

Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tươngđối lớn so với giá trị của (X1 + X’

2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khimomen tải lớn Điều này làm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thôngmomen cực đại

Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm chođộng cơ điện một điện áp Uo để từ thông của động cơ định mức khi f = 0 Từ

đó ta có quan hệ sau:

U1 =Uo + Kf1 (2-23)

Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơU=Udm tại f = fdm Khi a > 1 (f > fdm ), điện áp được giữ không đổi và bằngđịnh mức Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông Sau đây là

đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số trong phươngpháp điều khiển U/f=const:

Hình 2.6: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số

theo luật điều khiển U/f=const

Từ đồ thị ta có nhận xét sau:

+ Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn

+ Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên Thay vì chỉ làm việc ởtốc độ định mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc

độ định mức Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việcnày

+ Chúng ta có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mứcbằng cách tiếp tục tăng tần số Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trênđiện áp định mức Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến momen giảm Ở vùngtrên vận tốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến momen trở nên phức tạp

+ Việc tăng tốc giảm tốc có thể được thực hiện bằng cách điều khiển sựthay đổi của tần số theo thời gian

2.5 Tìm hiểu về biến tần

2.5.1 Khái quát biến tần và tầm quan trọng của biến tần

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biếntần, ngày càng có nhiều thiết bị điện - điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong

đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tầnđiều khiển tốc độ động cơ điện

Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quanđến tốc độ động cơ điện Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơmang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Vídụ: máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyênliệu, máy ly tâm định hình khi đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc

độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trongcông nghiệp

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổicác thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thayđổi từ thông … Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việcmới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ Có hai phương pháp để điều chỉnhtốc độ động cơ:

+ Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyềnchuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất

+ Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảmtính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linhhoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử Vì vậy, bộ biến tầnđược sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này

Khảo sát cho thấy:

+ Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment

+ Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 55% là các ứngdụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khítrung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệpnặng.

+ Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độkhông đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợinhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ.Tính hữudụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt

+ Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm và Quạt.+ Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van

+ Giảm tiếng ồn công nghiệp

+ Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ.+ Giúp tiết kiệm điện năng tối đa

+ Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năngchính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động

cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việcbiến đổi này theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trướckia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu

sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm chính của các thiết bịdạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so vớibiến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như: Giáthành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn Tổn thất trên biến ápchiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu Chiếm diện tích lắpđặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì cũng như thaymới Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện

áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp Ngoài ra, các

hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sát như: điện

áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … màchỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trườnghợp này.

2.5.2 Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của biến tần

2.5.2.1 Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần

Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần như hình

Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần

Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh lưu

có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều

Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu

Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoaychiều có tần số có thể thay đổi được Điện áp một chiều được biến thành điện

áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo mộtquy luật nhất định

Màn hình hiển thị

Và điều khiển

M

Mạch thu thập

Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điềukhiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra nó còn

có chức năng sau:

Theo dõi sự cố lúc vận hành

Xử lý thông tin từ người sử dụngXác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãmXác định đặc tính – momen tốc độ

Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệuKết nối với máy tính

…Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp cácvan công suất trong mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữamạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển

Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thốngnhư tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông sốcho hệ thống

Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp, nhiệt độ,… biến đổichúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được Ngài racòn có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp

áp đầu vào…

Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồnnày thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải

ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó

Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiệncác thuật toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điềukhiển, công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giáthành của các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần

ngày càng thông minh có khả năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh vàgiá thành rẻ

2.5.2.2 Phân loại biến tần

Biến tần thường được chia làm hai loại: Biến tần trực tiếp

Biến tần gián tiếp

(1) Biến tần trực tiếp

Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiềukhông thông qua khâu trung gian một chiều Tần số ra được điều chỉnh nhảycấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f1 < flưới ) Loại biến tần này hiện nay ít được sửdụng

(2) Biến tần gián tiếp

Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:

Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp

Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian mộtchiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp Chức năng của các khối như sau:

Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay

chiều thành điện áp một chiều Chỉnh lưu có thể là không điều chỉnh hoặc cóđiều chỉnh Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện

áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làmgiảm hiệu suất bộ biến đổi Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần sốđược thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong các bộ biếnđổi công suất lớn, người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức

năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải Tùy theo tầngnghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòngđiện hay điện áp tương đối ổn định.

Bộ lọc: Có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.

Nghịch lưu: Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều

thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tảiđộc lập Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau:

+ Nghịch lưu nguồn áp: Trong dạng này, dạng điện áp ra tải được địnhdạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộcvào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nộitrở nhỏ Trong các ứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưunguồn áp

+ Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tảiđược định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấpphải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn

là sức điện động thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiệntrên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện

+ Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khimạch hoạt động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hìnhsin Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải

2.6 Kết luận

Sau khi so sánh phân tích, giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độđộng cơ em nhận thấy phương pháp thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cảmomen và tốc độ với chất lượng cao nhất Đây cũng chính là phương án tối

ưu nhất được sử dụng rộng rãi ngày nay trong các hệ truyền động sử dụngđộng cơ không đồng bộ của các nhà sản xuất

Chương 3 LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 VÀ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTO LỒNG SÓC TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐÁ ỐP LÁT TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN

3.2 Nghiên cứu về PLC

3.2.1 Giới thiệu chung

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trìnhđược (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logicthông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thựchiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tácnhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễnhư thời gian định kỳ hay các sự kiện được đếm

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bịđiều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽliên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào

và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Như vậy, PLC thực chất là một máy tính điện tử được sử dụng trongcác quá trình tự động hóa trong công nghiệp Đây là một thiết bị điều khiển cóthể "lập trình mềm", làm việc theo chương trình lưu trong bộ nhớ (như 1 máytính điều khiển chuyên dụng)

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối vàcác logic thời gian Tuy nhiên do sự đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ vàtính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả, nên đãtạo được sự phát triển mãnh mẽ của PLC cả về phần cứng lẫn phần mềm Cáctập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, địnhthời, thanh ghi dịch Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dunglượng lớn số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quátrình điều khiển và xử lý hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện

sẽ được xác định bằng một chương trình Chương trình này sẽ được nạp sẵnvào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trìnhnày Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình côngnghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC Việc thay đổihay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cầnmột sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay

Như vậy, bộ điều khiển Logic khả trình PLC chứa đựng đầy đủ cả bathành phần khoa học của máy tính: phần cứng, phần mềm và truyền thông Vìthế, đây sẽ là xu hướng tự động hóa của nhiều lĩnh vực trong tương lai

3.2.2 Ưu điểm của PLC trong tự động hóa

Làm việc hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nốimạng, các module mở rộng nên việc quản lý trở nên thuận tiện hơn

Giá cả có thể cạnh tranh được, đặc biệt là với những hệ thống lớn cónhiều thiết bị làm việc

3.2.3.Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC

3.2.3.1 Cấu trúc của PLC

Tất cả PLC đều có thành phần chính là: một bộ nhớ chương trình RAMbên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM), một bộ vi xử

lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các module I/O

Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ, khi PLC hoạt động tứcđược cấp nguồn nuôi và CPU ở chế độ Run, bộ vi xử lý sẽ xử lý các tín hiệuvào theo chương trình đã được lập để điều khiển các tín hiệu đầu ra

Hình 3.1: Cấu trúc của một PLC

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lậptrình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều

có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung

Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thương là loại CMOS cópin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụngthì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trìnhtrên máy tính nhằm hỗ trợ cho viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vịlập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485,

3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

(1) Bộ xử lý trung tâm CPU:

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểmtra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được pháttới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đềuphụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address bus,

nó sẽ chuyển tất cả các trạng thái đầu vào của nó vào data bus Nếu một địachỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address bus Module đầu ra tương ứng sẽnhận được dữ liệu từ data bus Control bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiểnvào theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được truyềnlên các bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ vàI/O Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1,8 Mhz.Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố vềđịnh thời, đồng hồ của hệ thống

(3) Bộ nhớ:

Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng: vùng chương trình, vùng tham

số, vùng dữ liệu và vùng đối tượng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trongmột khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ S7-200 có tính năngđộng cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM(Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời chocác kênh trạng thái I/O; làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC nhưđịnh thờim gian, đếm, gọi các Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả các vịtrí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộnhớ Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ nằm bêntrong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này thêm một trước khi

xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽxuất hiện ở đầu ra, quá trình này gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong của PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vimạch này có khả năng chứa 2000-16000 dòng lệnh tùy theo loại vi mạchtrong PLC các bộ nhớ như RAM và EPROM đều được sử dụng:

+ RAM (Read Only Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hayxóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào, nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điệnnuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị pin khô cókhả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm.Trong thực tế RAM được dùng khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynhhướng hiện nay dùng CMOSRAM do khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ cao

+ EPROM (Electrically Programable Read Only Memory) là bộ nhớ

mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vàođược, nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵntrong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chữa sẵn hệ điều hành Nếu người sửdụng không muốn sử dụng bộ nhớ thì chỉ dùng EPROM gắn bên trong PLC.Trên Programer có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM

+ EEEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định Nội dungcủa nó có thể xóa và lập trình bằng điện tuy nhiên số lần là có giới hạn