Nghiên cứu biến tần micromater của hãng siemens ứng dụng biến tần trong điều khiển truyền động đồng bộ nhiều động cơ

LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần khoa học kỹ thuật công nghệ phát triển mạnh mẽ, lĩnh vực Điện - Điện tử Tin học không nằm trào lưu Chính khả phát triển mạnh mẽ làm nên trình chuyển biến sâu sắc lý thuyết lẫn thực tiễn đời sống khoa học kĩ thuật công nghệ Vì Điện - Điện tử tin học sử dụng rộng hầu hết tất lĩnh vực đời sống , nghiên cứu khoa học Đặc biệt đời ĐTCS với kích thước nhỏ gọn , tác động nhanh xác dễ ghép nối với hệ thống khác Do mà nâng cao chất lượng hệ thống Trước người ta thường điều chỉnh động cách thay đổi điện áp Đây phương pháp đơn giản chất lượng điều chỉnh tĩnh lẫn động không cao Như để điều khiển xác hiệu phải nói đến phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp Do tốc độ động không đồng xấp xỉ tốc độ đồng nên động làm việc với độ trượt nhỏ tổn hao công suất mạch roto nhỏ Tuy nhiên phương pháp đắt tiền phức tạp Thiết bị dùng để biến đổi tần số nghịch lưu ,có thể nghịch lưu trực tiếp gián tiếp Như Biến tần thiết bị tích hợp chỉnh lưu , nghịch lưu lẫn điều khiển Và luật điều khiển biến tần phụ thuộc vào nhà sản xuất Tuy nhiên việc nghiên cứu biến tần nước phát triển Với đời nhiều hãng sản xuất Toshiba , Hitachi Omron , Siemens Và với nhiều phương pháp điều khiển khác theo luật u/f không đổi , điều khiển từ thông không đổi điều khiển vector Nhưng việc tìm hiểu để chọn phương án thích hợp nghiên cứu tìm phương án điều cho tối ưu giá thành độ xác tin cậy tranh luận Vì loại biến tần có ưu nhược điểm khác Quan sát hình hiển thị biến tần ta thấy thường có khả hiển thị tốc độ quay trục , tần số nguồn cấp , thời gian tăng tốc thời gian giảm tốc , cảnh báo lỗi cố … Điều nhờ khối tính toán biến tần Chính , để giải vấn đề hiểu rõ BBT mục đích nghiên cứu đồ án Đề tài em : “Nghiên cứu biến tần MicroMater hãng siemens Ứng dụng biến tần điều khiển truyền động đồng nhiều động ” Nội dung đề tài bao gồm chương sau : Chương : Biến tần gián tiếp ứng dụng Chương : Biến tần MicroMater hãng siemens Chương : Ứng dụng BBT điều khiển truyền động đồng nhiều động Những từ viết tắt từ tên nước đồ án BBT : Bộ biến tần BBTMM : Bộ biến tần Micomaster ĐK : Điều khiển ĐKHTH : Điều khiển hệ thống hở ĐKHTK : Điều khiển hệ thống kín ĐKH : Điều khiển hở PWM : (Pulse width modulation) Điều biến độ rộng xung TĐĐ : Truyền động điện PLC : Programable logic control CHƯƠNG BIẾN TẦN GIÁN TIẾP TRONG ỨNG DỤNG HIỆN NAY Đặt vấn đề Ngày việc tự động hóa công nghiệp ổn định tốc độ động không xa lạ với người công tác nghành kỹ thuật Biến tần thiết bị điện tử hỗ trợ đắc lực việc điều chỉnh tốc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng mà hầu hết xí nghiệp sử dụng Biến tần dùng chủ yếu để điều khiển động Khi sử dụng biến tần (BBT) điều khiển đáp ứng độ xác cao giảm thời gian kích thước cho ta dải điều chỉnh rộng , tránh tổn thất điện áp cung cấp điện Sự phát triển biến tần đa dạng Với nhiều biến tần nhiều hãng khác ( Như Toshiba , Hitachi ,Omron , Siemens ) sử dụng nhiều nhà máy với đặc trưng sau : - Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt - Có nhiều cách lựa chọn truyền thông - Điều khiển cho chất lượng truyền động cao - Các đầu đầu vào linh hoạt - Có phương thức cài đặt khác nhau, qua hình điều khiển phần mềm miễn phí - Thời gian tăng tốc, giảm tốc cài đặt - Tránh cộng hưởng lên động lên máy - Khởi động bám biến tần nối động quay - Tích hợp nhiều bảo vệ Do biến tần sử dụng nhiều ứng dụng truyền động điện cung cấp điện Cấu trúc chung biến tần gián tiếp a: Khái niệm chung biến tần Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều với tần số lưới điện thành dòng xoay chiều có tần số khác với tần số lưới Và biến tần chia thành loại biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp b : Bộ biến tần gián tiếp Biến tần gián tiếp thiết bị điện từ biến đổi lượng điện xoay chiều thành xoay chiều có biên độ điện áp tần số khác với tần số biên độ điện áp lưới thông qua khâu trung gian Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ khối hình vẽ 1-1 Hình 1.1 : Sơ đồ khối biến tần gián tiếp Điện áp xoay chiều có số công nghiệp chỉnh lưu thành nguồn chiều nhờ chỉnh lưu ( CL) không điều khiển chỉnh lưu có điều khiển Sau lọc qua lọc tới nghịch lưu (NL) biến đổi thành nguồn xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động Tần số điện áp thực khâu nghịch lưu thông qua luật điều khiển u/f không đổi , điều khiển từ thông không đổi hay điều khiển vector … Bộ biến tần gián tiếp chia làm loại tuỳ thuộc vào chỉnh lưu nghịch lưu Và sau cấu trúc loại * Bộ biến tần với nghịch lưu nguồn áp điều biến độ rộng xung với chỉnh lưu dùng diode hình 1.2 : Hình 1.2 : Biến tần gián tiếp nguồn áp chỉnh lưu diode Điện áp chiều từ chỉnh lưu không điều khiển (dùng diode) có trị số không đổi lọc nhờ tụ điện có trị số lớn Điện áp tần số điều chỉnh nhờ nghịch lưu điều biến độ rộng xung (PWM) Các mạch nghịch lưu tranzito ( BJT,MOSFEST , IGBT ) điều khiển theo nguyên lý PWM đảm bảo cung cấp điện áp động có dạng gần sin * Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp dạng xung vuông chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor hình 1.3 : Hình 1.3 : Biến tần gián tiếp nguồn áp chỉnh lưu điều khiển Điện áp điều chỉnh chỉnh lưu có điều khiển ( thông thường tiristor tranzitor ) Bộ chỉnh lưu có chức điều chỉnh tần số động Dạng điện áp có dạng hình xung vuông * Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng chỉnh lưu điều khiển dùng tiristor hình 1.4 Hình 1.4 : Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng với chỉnh lưu điều khiển Nguồn chiều cung cấp cho nghịch lưu nguồn dòng với lọc cuộn kháng đủ lớn Ưu điểm nhược điểm biến tần gián tiếp a.Ưu điểm Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số thay đổi điện áp nên đảm bảo mômen khởi động đủ vượt tải tốc độ đạt thấp Trong , dòng điện đưa vào động không tăng , phối hợp điện áp tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mômen Dòng khởi động lớn hệ truyền động biến tần dòng định mức Khởi động biến tần không làm sụt áp lưới khởi động , đảm bảo ứng dụng khác không bị ảnh hưởng Do trình khởi động biến tần mền hoá tiết hệ truyền động điện bảo đảm tuổi thọ cao Hệ số công suất cos ϕ giữ 0.96 Điều đảm bảo cho lưới điện có hiệu suất sử dụng cao giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng Điều khiển động biến tần đảm bảo chế độ điều khiển liên tục Tạo khả tự động hoá , nhờ PID có sẵn biến tần dùng điều khiển vòng kín trình b Nhược điểm Nhược điểm biến tần gián tiếp có hiệu suất thấp qua lần biến đổi Công suất kích thước biến đổi lớn Hoạt động biến tần gián tiếp phụ thuộc vào loại nguồn tải Giới thiệu số phương pháp điều khiển (ĐK) tần số động không đồng dùng BBT gián tiếp Điều khiển tần số phương pháp điều khiển đại cho phép điều chỉnh tốc độ động trơn rộng hiệu 4.1 Điều khiển điện áp-tần số không đổi 4.1.1 Chế độ làm việc động điều khiển điện áp-tần số không đổi Sơ đồ thay động không đồng trình bày hình vẽ 1.5 đây: (a) (b) (c) Ic (d) Hình 1.5 Mạch điện thay động không đồng a.Mạch điện tương đương pha stato b.Mạch điện tương đương pha roto c Mạch điện tương đương pha d Mạch điện tương đương pha dạng đơn giản Chế độ làm việc động điều khiển điện áp-tần số không đổi phân tích sở giả thiết: Điện áp stato động có dạng hình sin đối xứng pha, có trị số biên độ tần số thay đổi Với giả thiết bỏ qua hiệu ứng bề mặt; điện trở stato không đổi, điện trở từ hoá bỏ qua, nhánh mạch điện từ hoá gồm điện kháng từ hoá (Xm) Sức điện động stato Es sinh từ thông khe hở nhỏ điện áp stato U s, lượng sụt áp trở kháng tản từ stato (Rs+jXsσ)Is Do bỏ qua thành phần sóng hài sức từ động, nên từ thông khe hở có dạng hình sin từ thông móc vòng vòng dây stato hàm hình sin Từ thông móc vòng vòng dây stato có dạng: Φ=Φmsinωst (4.1-1) Trong đó: ωs=2πfs -Tần số góc điện áp nguồn cung cấp Sức điện động ứng với vòng dây stato là: ex= dφ =ωsΦmcosωst dt (4.1-2) Và trị số hiệu dụng sức điện động stato là: Es=ωsΦmKw.N1/ =4,44Kw.fs.N1.Φm (4.1-3) Với N1 số vòng dây nối tiếp pha; Kw hệ số dây quấn Từ (4.1-1) thấy Φm tỉ lệ với tỉ số Es/ωs Es/fs Khi điều khiển tần số, giữ từ thông khe hở không đổi động sử dụng hiệu nhất, tức có khả sinh mômen lớn Từ thông khe hở không đổi trì tỉ số E s/fs không đổi Nếu sụt áp trở kháng tản từ bé bỏ qua sức điện động E s xấp xỉ điện áp Us Do đó, từ từ thông khe hở trì gần không đổi trì tỉ số U s/fs số Đây nội dung luật điều khiển điện áp- tần số không đổi Và phương pháp điều khiển sử dụng phổ biến hệ thống điều khiển hở (ĐKH) đơn giản Đặc tính tuyến tính điện áp- tần số thực kỹ thuật ĐK điện áp- số biến tần Tuy nhiên vùng tần số thấp , sụt áp trở kháng tản từ lớn nên từ thông khe hở giảm , khả sinh momen động (Đ) giảm Từ sơ đồ thay hình 1.5 viết phương trình cân điện áp sau : U s = ( Rs + jX sσ ) I s + ( i ' JX m ( I s − I r ) = ( R' r ' + jX ' sσ ) I r s R' r ' + jX ' rσ ) I r s (4.1-4) (4.1-5) Momen động tính theo công thức : M = p R' I 'r ωs s (4.1-6) Trong đó: R’r , X’r σ : Điện trở, điện kháng stato qui đổi roto Xm : Điện kháng từ hoá p : Số cực từ Độ trượt động tính theo công thức: s= f sl ω sl = fs ωs (4.1-7) Trong : ω s = 2πf s : Tần số góc nguồn cấp ω sl = 2πf sl : Tần số góc roto ( tốc độ trượt) fsl , fs : Tần số nguồn cấp roto stato Sử dụng tốc độ góc điện , tốc độ trượt tính theo : ω sl = ω s − ω r = sω r (4.1-8) Kết hợp phương trình ( 4.1-4) (4.1-7) , momen động biểu thị hàm điện áp stato U1 tần số góc ω s , ω sl theo biểu thức: U M = p s  ωs    ω sl  Rs − ω s Rr'   ω sl X M2 / Rr ' ( 2   ω sl Rs X r'  ' X s X r − X m  + X s +  ω sl Rr'     ) (4.1-9) Với Xs=Xs σ +Xm : Điện kháng tổng stato ứng với tần số nguồn cấp ω s Xr’=Xr’ σ +Xm : Điện kháng tổng roto ứng với tần số nguồn cấp ω s Với luật ĐK tần số điện áp - tần số không đổi (U s/ ω s= conts) , vùng có tần số cao ( Xung quanh tần số định mức ) momen tới hạn có trị số gần không phụ thuộc tần số tỉ số (Rs/fs) nhỏ Khi tần số giảm , từ thông khe hở giảm sụt áp điện trở stato ứng với dòng điện định mức không đổi 10 (b) Hình 2.6 Sơ đồ mạch điều khiển BBTMM a Giới thiệu đầu vào BBTMM b Sơ đồ nối dây củ đầu vào AIN1 AIN2 : Đặt tín hiệu cho cổng vào tương tự Đầu vào AIN1 thông thường đặt tần số thay đổi chiết áp dẫn đến thay đổi động AID2 : Thường sử dụng cho PID công nghệ dùng cho tín hiệu phản hồi Đầu vào PTC để đo nhiệt động Có Relays đầu số BBTMM có đầu vào số 47 2.3 Nguyuyên lý hoạt động đặc tính BBTMM 2.3.1 Nguyên lý hoạt động Đầu tiên ta cấp đầy đủ nguồn cấp cho BBT lúc nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều Công đoạn thực chỉmh lưu cầu diode tụ điện ( DC link) Chính hệ số cos ϕ BBT có giá trị không phụ thuộc vào tải 0,96 Sau điện áp chiều biến đổi ( nghịch lưu ) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực nhờ thông qua hệ IGBT ( Tranzitor lưỡng cực có cổng cách ly ) phương pháp điều chỉnh độ rông xung ( PWM) Nhờ tiến công nghệ vi sử lý công nghệ bán dẫn công suất , tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Hệ thống điện áp xoay chiều pha đầu thay đổi giá trị biên độ tần số vô cấp tuỳ theo điều khiển Theo lý thuyết , biến đổi tần số điện áp phải tuân theo luật định tuỳ chế độ điều khiển Hiệu suất chuyển đổi nguồn BBT cao sử dụng linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ đại Nhờ , lượng tiêu thụ xấp xỉ lượng yêu cầu hệ thống 2.3.2 Đặc tính BBTMM 48 Hình 2.7 Đặc tính V/f BBTMM biểu diễn mối lien hệ momen điện áp Vn : Điểm làm việc định mức động VMax : Điện áp lớn biến tần fdm: Tần số định mức biến tần fn : Tần số làm việc động Nhận xét : Từ hình vẽ 2.7 ta thấy momen động trì theo đặc tính V/f tuyến tính tốc độ động làm việc dải tần số điịnh mức (fdm) Khi tần số biến tần đạt định mức giá trị điện áp lúc trì đạt giá trị không đổi làm việc điểm lớn (VMax) Mà tốc độ động : n= 60 f (1 − s ) p (2.1) Mà momen sinh tỉ lệ với từ thông dòng điện M = KIφ cos ϕ (2.2) Như để trì M= const Ф= const Momen tỉ lệ với dòng điện M=f(I) 49 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BBT TRONG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỒNG BỘ NHIỀU ĐỘNG CƠ 3.1 Giới thiệu chung hệ thống biến tần - động 3.1.1 Hệ thống điều khiển vòng hở HTĐKH gọi hệ không hồi tiếp hệ thống trong kiểm soát không tuỳ thuộc vào đầu Những thành phần hệ điều khiển Vòng hở thường chia làm phận : Bộ điều khiển(C) đối tượng điều khiển(O) trình bày hình vẽ 3.1 Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống hở Trong : C: Bộ điều khiển O: Đối tượng điều khiển u : Tín hiệu tham khảo đưa vào điều khiển x : Tín hiệu từ điều khiển y : Tín hiệu hệ thống Một tín hiệu vào hay lệnh điều khiển tín hiệu tham khảo (u) đưa vào phận điều khiển Tín hiệu phận điều khiển tín hiệu(x) kiểm soát tiến trình xử lý cho biến (y) hoàn tất vào tiêu chuẩn đặt trước ngõ vào 50 Trong trường hợp đơn giản ,bộ điều khiển mạch khuyếch đại, phận nối tiếp thứ khác.Tuỳ thuộc vào loại hệ thống Như ta thấy hệ thống điều khiển hở có độ tin cậy không cao Tín hiệu tham khảo (u) đặt trước , đáp ứng ngõ thay đổi theo điều kiện xung quanh (như tác động có thêm nhiễu tác động vào ) Muốn đưa biến kiểm soát đến giá trị tham khảo (u) người ta vận hành điều khiển phải quy chuẩn lại cách thay đổi hệ số điều khiển Ở hệ thống điều khiển tốc độ vòng hở động điều chỉnh tần số nguồn cấp thích hợp với hệ thống truyền động điện không yêu cầu cao chất lượng trình độ thông thường động làm việc chế độ xác lập Hệ thống điều khiển hở đáp ứng hệ thống cần có trình gia tốc giảm tốc nhanh tần số nguồn thay đổi nhanh vượt tần số roto giới hạn 3.1.2 Hệ thống điều khiển vòng kín Còn gọi hệ điều khiển hồi tiếp (feedback control system) tín hiệu đáp ứng y(t)sẽ hồi tiếp so sánh với tín hiệu tham khảo (u) ngõ vào Một tín hiệu sai số tỷ lệ với sai biệt y u so sánh đưa đến điều khiển (C) để sửa sai Một hệ thống với nhiều hồi tiếp gọi hệ điều khiển vòng kín trình bày hình vẽ 3.2 Hình 3.2 Hệ thống điều khiển kín 51 M : Các cảm biến e : Tín hiệu sai lệnh điều khiển f : Tín hiệu hồi tiếp Tín hiệu hồi tiếp(f) nhằm để giảm thiểu sai biệt tiêu chuẩn tham khảo (u) tín hiệu (y) hệ thống Nhưng hiệu có ý nghĩa hồi tiếp hệ thống điều khiển sâu sa nhiều Sự giảm thiểu sai số cho hệ thống hiệu quan trọng mà hồi tiếp có tác động lên hệ thống Tín hiệu hồi tiếp làm tăng độ lợi hệ thống khoảng số làm giảm tần số khác Khi có tác động nhiễu bên suốt trình hoạt động Thí dụ nhiễu nhiệt mạch khuyếch đại điện tử, nhiều tia lửa điện sinh từ chổi than cổ góp động điện Hiệu hồi tiếp nhiễu tuỳ thuộc vào nơi mà nhiễu tác động vào hệ thống Tuy nhiên nhiều vị trí hồi tiếp giảm thiểu hậu nhiễu Đối với hệ điều khiển vòng kín cần thiết cho hệ thống làm việc ổn định chế độ xác lập điện áp nguồn phụ tải thay đổi có phản ứng độ nhanh 3.2 Vấn đề khởi động động phương pháp biến tần Trong trường hợp ta muốn cho động trạng thái đứng yên chuyển sang chạy tần số đặt phải thông qua trình khởi động mền tránh cho động khởi động đến tốc độ đặt, gây dòng điện khởi động lớn làm hỏng động Tần số nguồn cung cấp tăng từ giá trị 0(đứng yên) đến giá trị đặt(tương ứng với biên độ tăng từ V đến Vf=V0+K.freq) Sơ đồ khởi động động phương pháp biến tần trình bày hình vẽ 3.3 52 1 t t f t Hình 3.3 Quá trình hoạt động điều khiển Thời gian khởi động thay đổi theo công suất động Đối với động công suất lớn thời gian khởi động lâu so với động công suất nhỏ Thời gian khởi động động thông thường chọn từ đến 10 giây Sau tần số nguồn đạt đến giá trị yêu cầu lúc đầu giữ nguyên giá trị Trong trình động chạy ổn định mà có nhu cầu thay đổi tần số có trình chuyển tần số bước thay nhảy đến giá trị tần số yêu cầu Khi muốn thay đổi chiều động cần phải đưa động tần số đủ nhỏ sau thựch việc đổi chiều quay (thay đổi thứi tự pha nguồn cấp cho động cơ) tránh tượng momen xoắn làm gẫy trục động Khi muốn hãm nhanh dùng phương pháp hãm phương pháp hãm động có dùng điện trở thắng Đặc tính thời gian tăng tốc giảm tốc BBT trình bày hình vẽ 3.4 53 f f MAX t(s) (a) f f MAX t(s) (b) Hình 3.4 Đặc tính tăng tốc giảm tốc BBT khởi động động a Thời gian tăng tốc b Thời gian giảm tốc Nhìn vào đường đặc tính ta thấy muốn thay đổi tần số từ ( f=0 đến Max ) từ ( f= Max đến 0) tần số không thay đổi mà thay đổi khoảng thời gian đặt Như hình dung trình hoạt động điều khiển sau Sơ đồ khởi động minh hoạ hình vẽ 3.5 54 Hình 3.5 Sơ đồ điều chỉnh động BBT Đoạn ứng với khởi động động - tần số tăng từ đến giá trị đặt sau khoảng thời gian khởi động (ts) Đoạn ứng với trạng thái làm việc ổn định động Đoạn ứng với ngừng động chế độ làm viếc theo chiều tăng, tần số động giảm dần giá trị đặt Đoạn ứng với chế độ ngừng khởi động động Đoạn ứng với chế độ làm việc động theo chiều ngược, tần số tăng từ đến giá trị đặt sau khoảng thời gian (ts) 3.3 Điều chỉnh tốc độ động phương pháp biến tần Trong trình điều chỉnh tốc độ động tốc độ động cần thay đổi để phù hợp với tốc độ định mức Với động xoay chiều pha việc điều chỉnh tốc độ động khó khăn Trước với cấu tạo động xoay chiều pha tốc độ quay động coi không đổi với lưới điện xoay chiều có tần số công nghiệp (f=50Hz) thông qua quan hệ f= pn 60 n :Là tốc độ quay, p : Là số đôi cực 55 Với quan hệ tốc độ quay động phụ thuộc vào tần số lưới điện Như để thay đổi tốc độ quay động cách dễ dàng ta sử dụng biến tần Việc điều chỉnh tốc độ động phương pháp biến tần mang lại hiệu kinh tế cao Với điều chỉnh vô cấp tốc độ động làm tăng chất lượng trình 3.4 Hệ biến tần nhiều động 3.4.1 Hệ thống tổng thể hệ biến tần nhiều động Hình 3.6 Sơ đồ tổng thể hệ BT nhiều động Trong trường hợp nhiều động làm việc , điều chỉnh tốc độ ta cấp điện cho động BBT có điều chỉnh điện áp mạch trung gian Khi yêu cầu quay đồng động không cao dùng động đồng mà không dung động dị bộ, việc điều chỉnh không thay đổi Ở hệ truyền động nhiều động sử dụng biến tần , tần số biến đổi không lớn lắm(200Hz) thường sử dụng BBT có khâu trung gian, không điều chỉnh điện áp BBT điều chỉnh độ rộng xung Sử dụng BBT loại có ưu điểm sau: 56 - Không phải dùng van điều khiển nên rẻ tiền - Hệ số công suất cao - Phân chia lượng biến đổi thực lưới chiều, thời điểm có hệ thống làm việc chế độ máy phát hệ truyền động khác làm việc chế độ động - Dễ dừng hệ thống ( điện áp ) mạch trung gian có điện áp không điều chỉnh 3.4.2 Vấn đề điều chỉnh tốc độ đồng nhiều động hệ Hệ truyền động nhiều động hệ truyền động có sử dụng hai động trở lên Các động liên kết với học liên kết với mạch điện (Để kéo chung tải quay tốc độ với quay với tốc độ khác giữ ổn định hai tốc độ nhiều tốc độ theo tỷ số Truyền động nhiều động thường sử dụng dây chuyền sản xuất liên tục, vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động thiết bị công nghệ, truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung hệ Tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thước , vật liệu yêu cầu chất lượng đòi hỏi cấu trúc hệ truyền động đơn giản hay phức tạp Trong sản xuất công nghiệp, thường gặp máy cán liên tục, máy xe giấy ,trong công nghiệp dệt sản xuất thuỷ tinh ,vv… Yêu cầu truyền động nhiều động cho dây chuyền công nghệ sản xuất liên tục gồm yêu câu bản: Tất truyền động thành phần phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi chế độ tĩnh chế độ động, ta gọi yêu cầu đồng hoá tốc độ Đối với dây chuyền sản xuất vật liệu thay đổi, bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc, thường tỷ lệ thay đổi không lớn 57 Một số dây chuyền yêu cầu chất lượng sản phẩm cao độ đồng vật liệu cao sai số Như hệ truyền động phải đảm bảo có độ xác điều chỉnh cao Một ssố vật liệu sản xuất dây chuyền liên tục có yêu cầu chủng loại , tính chất đặt yêu cầu phải giữ sức căng không đổi Vì yêu cầu hệ truyền động phải điều chỉnh tốc độ lực kéo Đối với hệ đồng hoá tốc độ việc điều chỉnh hệ phụ thuộc vào loại liên kết động thành phần - Các động liên kết cứng qua hộp giảm tốc độ yêu cầu đặc tính động phải tuyệt đối cứng - Các động liên kết mềm với qua băng vật liệu có tiết diện lớn , lực cân truyền qua vật liệu cứng việc đồng dùng đặc tính truyền động thành phần mềm - Ở vật liệu băng không truyền lực kéo Như truyền động hệ điều chỉnh tốc độ phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất truyền động động lại , truyền động có nhiệm vụ điều chỉnh giữ momen không đổi Tốc độ truyền động chạy theo băng lực căng cấu truyền động mạch điều chỉnh xác định - Nếu không đo trực tiếp lực kéo , người ta phải tạo mạch vòng nhân tạo dây chuyền tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng hiệu chỉnh tốc độ động hệ truyền động - Ở dây chuyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt giấy, vật liệu tổng hợp vv tất truyền động thành phần phải giữ tốc độ không đổi - Ở ta phải dùng phương pháp đồng bám tức điều chỉnh tất truyền động có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động vật liệu - Đối với truyền động có cuộn cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính cuộn vật liệu, hay nói cách khác phải giữ tốc độ dài băng vật liệu không đổi 58 3.4.3 PLC với vai trò điều khiển vòng PLC (Programable logic control) loại cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số (ĐKS) thông qua ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể thuật toán mạch số Như với vai trò ĐK PLC trở thành ĐKS nhỏ gọn , dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Với PLC toàn chương trình ĐK lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình lặp theo chu trình vòng quét Nguyên lý chung cấu trúc ĐK PLC hình 1.5 Hình 3.7 Nguyên lý chung cấu trúc điều khiển PLC Để thực chu trình ĐK, tất nhiên PLC phải có tính máy tính nghĩa phải có vi sử lý (CPU) , hệ điều hành nhớ để lưu trữ chương trình ĐK , liệu có cổng vào để giao tiếp với đối tượng Bên cạnh PLC cần phải có thêm khối chức 59 đặc biệt khác đếm (couter), thời gian ( Timer)…Và khối chức chuyên dụng Module CPU PLC loại module có chứa vi sử lý , hệ điều hành , nhớ , timer , đếm cổng truyền thông ( RS485)… có vài cổng vào số Trên hình vẽ 2.1 PLC với vai trò điều khiển vòng kết hợp với BBT dùng để ĐK động xoay chiều pha phương pháp điều biến độ rộng xung sử dụng biến tần gián tiếp dùng IGBT Hình 3.8 Sơ đồ ĐK động xoay chiều ba pha điều khiển biến tần PWM PLC M : Động xoay chiều MC : Contactor bảo vệ ngắn mạch tải M PG : Cảm biến tốc độ dùng để đo tốc độ động sau đưu vào khối nhận biết khối sử lý trung tâm BBT ACR : Bộ điều chỉnh dòng PWM : Bộ điều chỉnh độ rộng xung PLC đóng vai trò ĐK trung tâm sử lý tín hiệu thu thập từ hệ thống BBT để ĐK động contactor Đông (M) điều khiển thông qua BBT tiếp điểm contactor Cảm biến tốc độ (PG) với tín hiệu đo từ động đưa ngược trở BBT 60 PLC với vai trò ĐK kết hợp với BBT để giám sát điều chỉnh tốc độ động Với thiết kế hệ thống tự động giám sát tốc độ động điện áp dòng điện hệ thống ĐK ngược lại để đảm bảo động vận hành với tốc độ đạt định mức 3.4.4 Giới thiệu hệ truyền động điện hạ thuỷ tàu thuỷ triền đà ngang nhà máy đóng tàu bạch đằng KẾT LUẬN 61 [...]... khác của sơ đồ điều khiển từ thông khe hở 23 thông qua điều khiển tần số- tần số trượt được trình bày trên hình 1.13 sau đây Hình 1.13 Hệ thống truyền động điều khiển độ trượt sử dụng biến tần gián tiếp nguồn dòng Sơ đồ gồm hai mạch vòng điều khiển kinh điển (truyền thống): Mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện Bộ điều chỉnh dòng điện có chức năng điều khiển dòng điện mạch một chiều thông qua bộ chỉnh... cần được điều khiển theo tốc độ động cơ (4.5-1) trong điều kiện các tham số động cơ là hằng số, tần số góc có thể xác định nhờ một chương trình lập sẵn- “mô hình tổn hao” theo thuật toán (4.5-1) Sơ đồ hệ thống điều khiển với bộ điều khiển tổn hao nhỏ nhất có dạng như hình 1.19 Hình 1.19 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với mô hình tổn hao Bộ điều khiển đo liên tục tốc độ của động cơ và tính ra tần số f... khuyếch đại của bộ điều khiển tối ưu hiệu suất có thể xác định bằng tính toán hoặc mô phỏng và có thể chỉnh định bù nhiệt độ Bộ điều chỉnh tốc độ đưa tín hiệu điều chỉnh bộ chỉnh lưu để điều chỉnh điện áp, từ đó điều chỉnh momen động cơ nhằm duy trì tốc độ độc lập với điều chỉnh tần số 33 CHƯƠNG 2 BIẾN TẦN MICROMASTER CỦA HÃNG SIEMENS 2.1 Giới thiệu về hãng Siemens với các sản phẩm công nghiệp Siemens. .. trở hãm của mạch 1 chiều hay trở về lưới điện nhờ bộ chỉnh lưu điều khiển ngược 20 4.2.3 Điều khiển từ thông không đổi bằng điều khiển dòng điện -tần số trượt a Quan hệ dòng điện tốc độ trượt Momen động cơ tạo bởi từ thông qua khe hở và dòng điện động cơ nên điều khiển trực tiếp dòng điện stato sẽ nhận được đặc tính động học cao hơn phương pháp điều khiển điện áp stato Mặt khác, với bộ biến tần gián... đồ khối hệ thống truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ với điều khiển điện áp - tần số hằng số được trình bày trên hình 1.8a Mạch lực gồm một bộ chỉnh lưu điều khiển (CL) một pha hoặc ba pha, bộ lọc và bộ nghịch lưu ( NL ) dạng sóng xung vuông Tín hiệu tần số đặt ω sđ khi bỏ qua tần số trượt sẽ là tín hiệu đặt tốc độ Tín hiệu điều khiển điện áp U sđ được tính từ tín hiệu tần số nhờ khâu tỉ lệ... điều khiển độ trượt: Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp Ở phương pháp điều khiển gián tiếp, độ trựơt được điều khiển thông qua điều khiển dòng điện stato và từ thông khe hở Phương pháp này yêu cầu phải có cảm biến từ thông là loại cảm biến khó chế tạo và giá thành đắt; vì vậy khả năng ứng dụng trong thực tế bị hạn chế Phương pháp điều khiển trực tiếp tỏ ra ưu việt hơn phương pháp điều khiển. .. giảm và điều kiện làm mát ở tốc độ cao cũng được cải thiện tốt hơn c Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh điện áp- tần số Hình 1.10 là sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín điện áp- tần số với điều khiển tần số độ trượt và hạn chế momen Hình 1.10 Hệ thông điều khiển điện áp- tần số với điều khiênt tần số trượt Sai số giữa tốc độ đặt ωrđ và tốc độ thực, đặt vào bộ điều chỉnh tốc độ có cấu trúc PI; đầu ra bộ điều. .. năng lượng 29 về bộ biến đổi công suất Với bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng , động năng tích luỹ trong hệ thống được hãm tái sinh trả về lưới điện Ở các bộ biến tần có bộ chỉnh lưu không điều khiển, năng lượng dư thừa sẽ tiêu tán trên điện trở hãm nối trong mạch một chiều Trị số độ trượt lớn nhất được hạn chế sao cho động cơ làm việc với độ trượt nhỏ hơn trị số tới hạn ở trạng thái động cơ và máy phát... được điều chỉnh độc lập, có thể điều khiển momen động cơ không đồng bộ Ví dụ, khi IsΦ là hằng số, momen động cơ sẽ thay đổi sẽ thay đổi tuyến tính theo I sm như minh họa bằng sơ đồ cấu trúc hình 1.14 Hình 1.14 Sơ đồ cấu trúc tính momen động cơ Trong hệ thống truyền động điện, các thành phần dòng điện i sΦ, ism được điều bám theo các tín hiệu đặt IsΦd và Ismd nhờ các bộ điều chỉnh dòng điện tương ứng. .. cảm biến dòng điện và đưa về phản hồi cho ba mạch vòng điều chỉnh dòng điện xoay chiều với bộ điều chỉnh dòng có dạng trễ Các tín hiệu đầu ra của các bộ điều chỉnh dòng điện là các tín hiệu điều biến của mạch nghịch lưu dòng điện PWM 4.4 Điều khiển độ trượt 4.4.1 Nguyên lý điều khiển Khi động cơ làm việc với độ trượt tới hạn, hệ số công suất cosφ và hiệu suất sẽ cao Ngược lại khi độ trượt động cơ lớn