đồ án thiết kế băng tải vận chuyển hàng (đồ án truyền động điện)

Giới thiệu tổng quan về thiết bị băng tải Băng tải được ứng dụng rộng rãi từ rất lâu nhờ những ưu điểm là có cấutạo đơn giản, bền và có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa để vận chuyển

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhiều ngànhcông nghiệp phục vụ quá trình công nghiệp phát triển của đất nước Như khai tháckhoáng sản, vận chuyển nguyên vật liệu trong các bến cảng, trong các nhà máy.Băng tải dùng để vận chuyển các vật liệu rời hay sản phẩm nhờ những ưu điểm là

có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa, làm việc êm năng suất cao và tiêu hao nănglượng không lớn lắm Chính nhờ những ưu điểm đó mà băng tải được ứng dụngrộng rãi trong các lĩnh vự khai thác hầm mỏ hay trong các nhà máy … Đồ án này

em sẽ đi sâu tìm hiểu công nghệ hệ thống truyền động cho băng tải trong nhà máybia Đồ án gồm 3 phần chính:

Chương 1: Tổng quan thiết bị, phương án truyền động, tính chọn động cơ Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch lực cho hệ truyền động.

Chương 3: Hệ thống điều khiển và mô phỏng.

Do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức cũng như thực nghiệm nên đồ ánkhông tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ýcủa thầy và các bạn để mang đồ án hoàn thiện và sát thực tế hơn Em xin chân thànhcảm ơn thầy Đinh Văn Nam đã ân cần chỉ bảo và hướng dẫn em hoàn thành đồ án

EXORDIUMNowadays with modern industrialization of the country, many service

industries industrial development process of the country As mining, transport of materials in the harbor, in the factory Conveyor used to transport bulk materials or products because of the advantages to be capable of freight away, working smoothlyand productive energy consumption is not very big Thanks to the advantages that the conveyor is widely used in the mining outsource part or in factories In this project, I will study drivetrain technology for the conveyor in a brewery

specifically

The project consists of 3 main parts:

Chapter 1: Overview of equipment, transmission schemes, calculation engine

selected

Chapter 2: Calculation and design for power transmission circuit

Chapter 3: The control system and simulation

Due to time constraints and limitations as well as empirical knowledge so schemes inevitably flawed I would like to receive the instructions, the comments ofyou and friend to help me improve the projects I sincerely thank Mr Dinh Van Nam and Mr Dang Thai Son graciously directing and guiding them to complete the project

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ, PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG,

TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ

1.1 Giới thiệu tổng quan về thiết bị băng tải

Băng tải được ứng dụng rộng rãi từ rất lâu nhờ những ưu điểm là có cấutạo đơn giản, bền và có khả năng vận chuyển hàng hóa đi xa để vận chuyển nguyênliệu dạng hạt dạng lát và dạng đơn chiếc với hướng mặt phẳng nằm ngang hoặc nằmnghiêng góc nghiêng phụ thuộc vào tính chất lý học của hàng hóa và địa hình gócnghiêng có thể lên tới 300 có thể cố định hoặc di chuyển loại này có cấu tạo đơngiản dễ dàng vận hành có độ bền cao hiệu quả kinh tế và có khoảng lớn để điềuchỉnh năng suất, làm việc êm năng suất cao và tiêu hao năng lượng không lớn lắm.Tuy nhiên trong quá trình sử dụng băng tải máng trong công nghiệp (vận chuyển ximăng, khai thác than đá, trong các nhà máy bia…) người ta thường gặp những vấnđề:

1 Có hao hụt vật liệu vận chuyển do rơi vãi trên đường vận chuyển làm dơbẩn và gây ô nhiễm môi trường

2 Khi vận chuyển ở những khoảng cách dài và không thẳng đòi hỏi phải cóthêm những trạm trung chuyển tốn kém

3 Không cho phép vận chuyển ở những nơi có độ chên lệch lớn về độ cao

4 Vật liệu vận chuyển tiếp xúc chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường vàthời tiết (như ẩm ướt, bụi, …)

Hình 1.1 Băng tải nhà máy bia cố định

1.2 Các yêu cầu chung:

Chế độ làm việc của các thiết bị vận tải liên tục là chế độ dài hạn với phụ tảihầu như không thay đổi Theo yêu cầu công nghệ hầu hết các thiết bị vận tải liên tụckhông yêu cầu điều chỉnh tốc độ Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền

có nơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D=2:1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộdây chuyền khi sản xuất

Hệ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầytải Mômen khởi động của động cơ: M kd (1, 6 1,8) M dm.Bởi vậy nên chọnđộng cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục là loại động cơ có hệ số trượt lớn, rãnhstato sâu để có hệ số mở máy lớn

Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động các thiết bị vận tải liên tục cần

có dung lượng đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ ≥ 30kw, để khi

mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thựchiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn

1.2.1 Yêu cầu về điều khiển:

Vì hầu hết các thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độnên không quan tâm đến quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà chỉ quantâm đến mômen khởi động của động cơ, cũng như chế độ làm việc của động

cơ là chế độ làm việc dài hạn vì vậy ta lên chọn loại động cơ có những đặctính phù hợp với các yêu cầu trên Ngày nay hầu hết các động cơ truyền độngcủa băng tải là động cơ điện xoay chiều vì loại động cơ này có rất nhiều ưuđiểm vượt trội so với động cơ điện một chiều, nhưng không cần đến bộ biếnđổi nguồn cung cấp từ xoay chiều sang một chiều mà có thể sử dụng trực tiếpđiện áp từ mạng điện cung cấp chỉ cần thay đổi cấp điện áp sao cho phù hợpvới cấp điện áp ghi trên động cơ, động cơ điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản hơn

so với động cơ điện một chiều vì vậy giá thành thấp hơn

1.2.2 Yêu cầu về động cơ truyền động và hệ truyền động điện:

Do hệ thống băng tải là thiết bị hoạt động ở chế độ dài hạn, khởi độngđầy tải do vậy cần mô men khởi động đủ lớn để đáp ứng yêu cầu tải Động cơkhông đồng bộ có thể đáp ứng được những yêu cầu trên Động cơ không đồngbộ: là loại động cơ phù hợp với thiết bị có công suất nhỏ, rẻ, chắc chắn, độtin cậy cao So với các loại động cơ điện dùng trong công nghiệp thì động cơkhông đồng bộ được dùng nhiều hơn cả và chúng đang dần thay thế các loạiđộng cơ một chiều Đến nay đã có phần lớn các cầu trục được trang bị bằngđộng cơ không đồng bộ, nhiều cơ cấu của máy cắt gọt kim loại, truyền độngphụ của máy cán và nhiều cơ cấu trong lĩnh vực công nghiệp cũng sử dụngđộng cơ không đồng bộ Còn với một số truyền động trong thực tế dùngnhiều như băng tải, quạt gió, bơm nước…có công suất không lớn thì hầu nhưchỉ sử dụng động cơ không đồng bộ

1.3 Các loại động cơ điện:

Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động cơ song chúng ta cầnchọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đẩm bảoyếu tố kỹ thuật Dưới đây là 1 vài loại động cơ thường gặp:

- Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị sốcủa mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảochiều dễ dàng nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành đắt, khó kiếm và phảităng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đó được dùng trong các thiết bịvận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm

- Động cơ điện xoay chiều: bao gồm 2 loại : một pha và ba pha

+ Động cơ xoay chiều một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp cho dân

dụng là chủ yếu

+ Động cơ xoay chiều ba pha: gồm hai loại: đồng bộ và không đồng bộ

- Động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn nhưng cónhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị phụ đểkhởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn(>100kW), và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc

- Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: rôto dây cuốn và rôto lồng sóc

- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốctrong một phạm vi nhỏ (khoảng 5), có dòng mở máy thấp nhưng cos thấp, giáthành đắt, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ravận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ

- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu diểm là kết cấu đơngiản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cos thấp) so với động cơ bapha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc

Từ những ưu, nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc, ta chọn Động

cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc

Hình 1.2 Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

1.4 Tổng quan về biến tần:

1.4.1 Khái niệm:

Biến tần là thiết bị tổ hợp các linh kiện điện tử thực hiện chức năng biến đổitần số và điện áp một chiều hay xoay chiều nhất định thành dòng điện xoay chiều cótần số điều khiển được nhờ khóa điện tử.

1.4.2 Phân loại:

a) Biến tần trực tiếp:

Hình 1.3 Sơ đồ bộ biến tần trực tiếpCòn gọi là biến tần phụ thuộc Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiểnmắc song song ngược cho xung lần lượt hai nhóm chỉnh lưu nên ta có thể nhậnđược dòng điện xoay chiều trên tải Như vậy điện áp xoay chiều U f1( )1 chỉ cần quamột van là chuyển ngay ra tải vớiU f2( )2

Tuy nhiên, đây là loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van rất phức tạp chỉ sử dụng chotruyền động điện với công suất cực lớn Tốc độ làm việc thấp vì việc thay đổi tần số2

f khó khăn và phụ thuộc vào f1

b) Biến tần gián tiếp:

Hình 1.4 Sơ đồ bộ biến tần gián tiếpCòn gọi là biến tần độc lập Trong biến tần này đầu tiên điện áp được chỉnhlưu thành dòng một chiều Sau đó qua bộ lọc rồi trở lại dòng xoay chiều với tần sốf2 nhờ bộ nghịch lưu độc lập (quá trình thay đổi f2 không phụ thuộc vào f1)

Việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kĩ thuật vi xử lí nên ta phát huy tối đa các ưuđiểm của biến tần loại này và thường sử dụng nó hơn

Phân loại biến tần gián tiếp:

Do tính chất của bộ lọc nên biến tần gián tiếp lại được chia làm 2 loại:

- Biến tần gián tiếp nguồn áp:

Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn dòng, dạng củadòng điện trên tải phụ thuộc vào dạng của dòng điện nguồn Còn dạng điện áp trêntải phụ thuộc vào các thông số của tải quy định.

- Biến tần gián tiếp nguồn dòng:

Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp, dạng của điện

áp trên tải phụ thuộc vào dạng của điện áp nguồn Còn dạng dòng điện trên tải phụthuộc vào các thông số của tải quy định

Bộ biến tần nguồn dòng được sử dụng cuộn kháng L khá lớn trong mạch chỉnhlưu tạo ra nguồn dòng, điều này làm đáp ứng quá độ của hệ thống chậm hơn so với

bộ biến tần nguồn áp kiểu PWM

Với bộ biến tần nguồn áp, dễ dàng sử dụng kĩ thuật PWM để điều khiển đóngngắt các khóa bán dẫn Kĩ thuật PWM cho phép giảm tổn thất do sóng hài bậc caogây nên trên động cơ, không gây ra momen đạp làm rung động cơ ở tốc độ thấp.Tuy nhiên, kĩ thuật điều chế PWM khó áp dụng cho biến tần nguồn dòng, nếu cócũng chỉ áp dụng cho tần số hoạt động thấp

Khi hoạt động với nguồn cấp là DC, bộ biến tần nguồn áp nhỏ gọn và rẻ tiền hơn

so với biến tần nguồn dòng thường cồng kềnh do phải sử dụng cuộn kháng L lớn vàcác tụ chuyển mạch có giá trị cao

Do đó, ta chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode có điện trở hãm, điều khiểnbằng phương pháp: Điều khiển vector dựa theo vector từ thông roto (FOC)

1.5 Phương pháp điều khiển:

Tổng quan về FOC:

Moment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng trong cuộn ứng và

từ thông sinh ra trong hệ thống kích từ động cơ Từ thông phải được giữ ở mức tối

ưu nhằm đảm bảo sinh ra moment tối đa và giảm tối thiểu mức độ bão hòa củamạch từ Với từ thông có giá trị không đổi, moment sẽ tỷ lệ với dòng phần ứng Động cơ điện tương tự như 1 nguồn moment điều khiển được Yêu cầu điềukhiển chính xác giá trị moment tức thời của động cơ đặt ra trong các hệ truyền động

có đặc tính truyền động cao và sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục roto.Việc điều khiển moment ở xác lập có thể mở rộng cho quá độ được thực hiện trong Việc điều khiển động cơ theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phươngpháp khác nhau như: định hướng từ thông roto, định hướng từ thông stator, địnhhướng từ thông khe hở không khí Trong đó việc điều khiển từ thông roto(FOC) đơn giản và được sử dụng rộng rãi

Nguyên lý điều khiển định hướng theo vector từ thông dựa trên phương phápphân tách phi tuyến được sử dụng trong điều khiển các hệ thống phi tuyến Bản chấtcủa phương pháp này là điều khiển các biến đã chọn sao cho chúng luôn bằng 0.Như vậy mô hình toán học sẽ trở nên đơn giản hơn vì có thể loại bỏ 1 số nhánhtrong mô hình tổng quát

1.6 Tính chọn công suất và động cơ.

Thông số đầu vào:

1 Lực kéo băng tải: F=890N

P P



Trong đó: Pyc là công suất yêu cầu trên trục động cơ

Pct là công suất trên trục công tác

Hiệu suất của một cặp ổ lăn: ol = 0.99Hiệu suất của khớp nối: kn = 1

Hiệu suất của bộ đai: d = 0.96Hiệu suất của bộ truyền bánh răng: br =0.97Thay số vào (1), ta có:

30,99 1.0,96.0,97

 Vậy, công suất yêu cầu trên trục động cơ là:

1, 291,30,9

ct yc



1.6.3 Xác định tỉ số truyền chung của hệ thống:

Theo thông số động cơ ở trên, ta có:

phut v n

dc ch

ph , tra động cơ trên trang abb.com:

Từ đó, ta chọn được động cơ M3AA 90LD 3GGA 092 135 có các thông sốnhư sau:

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC

CHO HỆ TRUYỀN THÔNG 2.1 Cấu trúc của bộ biến tần nguồn áp:

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần

Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn,dải biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn

Bộ biến tần nguồn áp có 2 bộ phận riêng biệt:

Hình 2.2 Sơ đồ phần điều khiển

Là bộ phận không thể thiếu quyết định sự làm việc của mạch động lực Để đảmbảo yêu cầu về tần số, hình dáng điện áp ra của bộ biến tần đều do mạch điều khiểnquyết định

Bộ điều khiển thông thường gồm 3 phần:

Khâu phát xung chủ đạo: là khâu tự dao dộng tạo ra xung điều khiển đưa đến bộphận phân phối xung điều khiển đến từng tranzitor Khâu này đảm nhận điều chỉnhxung một cách dễ dàng, ngoài ra có thể đảm nhận chức năng khuyếch đại xung.Khâu phân phối xung: làm nhiệm vụ phân phối các xung điều khiển vào khâuphát xung chủ đạo

Khâu khuyếch đại xung: có nhiệm vụ khuyếch đại xung nhận được từ bộ phậnxung đưa đến đảm bảo kích thích mở van

Ngày nay, với sự phát triển của kĩ thuật vi điều khiển, cấu trúc bộ điều khiển đã

3

3*

466,7( )2*0,907

f z

f z

U

m

U U

Cuối cùng, ta có dòng điện cực đại đi qua IGBT:

- Mạch lọc loại L: điều kiện lọc tốt là X L R

- Mạch lọc loại C: điều kiện lọc tốt là X C R, tức là tụ C phải rất lớn

- Mạch lọc loại LC: thực chất đây là sự kết hợp của hai loại lọc trên Vì vậy điềukiện để lọc tốt là X L R X, C R

- Mạch lọc hình  (lọc CLC) Đây là bộ lọc gồm hai mắt lọc, lọc C và LC, mắc nốitiếp nhau Hệ số san bằng của bộ lọc bằng tích hệ số san bằng của từng mắt lọc Tathấy rằng việc chọn tụ điện C có điện dung lớn khó khăn hơn rất nhiều việc chọnmột cuộn cảm L có giá trị lớn Lọc hình  được ứng dụng khi cần có k  sb 50

*

sb dm

4( )380

Vậy, ta phải chọn Diode:

Chịu được điện áp: 650(V)

Chịu được dòng điện: 3(A)

2.3 Chọn biến tần:

Từ các thông số tính toán trên, em chọn được biến tần:

Hình 2.4 Biến tần ABB 3P 380-440VAC ACS355-03E-07A3-4

- 5 đầu vào số ( DI ) , 2 đầu vào analog ( AI ) , 1 đầu vào xung ( 0…16 kHz ), 1 đầu

ra relay ( NO + NC ) , 1 đầu ra transistor ( 10 ….16 kHz ), 1 đầu ra analog ( AO )

- Tương thích với các công cụ lập trình Flash Drop, lập trình khối tuần tự

- Đặc biệt biến tần nhỏ gọn và thiết kế đồng đều

- Dễ dàng cài đặt với các ứng dụng Macro và bảng điều khiển hỗ trợ

- Chức năng ngắt mô men an toàn ( SIL3 ) tiêu chuẩn

- Điều khiển Sensorless Vector, bộ điều khiển thắng tích hợp

- Có những phương thức bảo vệ nâng cao trong các môi trường khắc nghiệt

Hình 2.5 Biểu đồ kết nối các đầu vào, ra của ABB ACS355

- Các đầu vào Analog:

+ AI1: tần số ra tham chiếu 0 – 10V

+ AI2: mặc định 0 – 10V

- Các đầu ra Analog:

+ A0: giá trị tần số ngõ ra 0 - 20mA

- Các đầu vào số:

+ DCOM: đầu vào số chung

+ DI1: dừng(DI1=0), khởi động khi (DI1=1)

+ DI2: đảo chiều quay động cơ quay thuận(DI2=0), quay ngược (DI2=1)+ DI3, DI4: chọn tốc độ không đổi

+ DI5: chọn thời gian tăng tốc, giảm tốc

- ROCOM, RONC, RONO: là ngõ ra rơ le

- DOSCR, DOOUT, DOGND: ngõ ra số max

- OUT1, OUT2, IN1, IN2: kết nối STO

2.4 Tủ điện:

Hình 2.6 Sơ đồ tủ điện

Hình 2.7 Tủ điện

Hình 2.8 Mặt trước tủ điện

Hình 2.9 Mặt sau tủ điện

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG