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

LỜI MỞ ĐẦU Ngày với công nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều ngành công nghiệp phục vụ trình công nghiệp phát triển đất nước Như khai thác khoáng sản, vận chuyển nguyên vật liệu bến cảng, nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu rời hay sản phẩm nhờ ưu điểm có khả vận chuyển hàng hóa xa, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng không lớn Chính nhờ ưu điểm mà băng tải ứng dụng rộng rãi lĩnh vự khai thác hầm mỏ hay nhà máy … Đồ án em sâu tìm hiểu công nghệ hệ thống truyền động cho băng tải nhà máy bia Đồ án gồm phần chính: Chương 1: Tổng quan thiết bị, phương án truyền động, tính chọn động Chương 2: Tính toán thiết kế mạch lực cho hệ truyền động Chương 3: Hệ thống điều khiển mô Do thời gian có hạn hạn chế kiến thức thực nghiệm nên đồ án không tránh khỏi nhiều thiếu sót Em kính mong nhận bảo, góp ý thầy bạn để mang đồ án hoàn thiện sát thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Văn Nam ân cần bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án EXORDIUM Nowadays 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 smoothly and 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 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 of you 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 thiết bị băng tải Băng tải ứng dụng rộng rãi từ lâu nhờ ưu điểm có cấu tạo đơn giản, bền có khả vận chuyển hàng hóa xa để vận chuyển nguyên liệu dạng hạt dạng lát dạng đơn với hướng mặt phẳng nằm ngang nằm nghiêng góc nghiêng phụ thuộc vào tính chất lý học hàng hóa địa hình góc nghiêng lên tới 300 cố định di chuyển loại có cấu tạo đơn giản dễ dàng vận hành có độ bền cao hiệu kinh tế có khoảng lớn để điều chỉnh suất, làm việc êm suất cao tiêu hao lượng không lớn Tuy nhiên trình sử dụng băng tải máng công nghiệp (vận chuyển xi măng, khai thác than đá, nhà máy bia…) người ta thường gặp vấn đề: Có hao hụt vật liệu vận chuyển rơi vãi đường vận chuyển làm dơ bẩn gây ô nhiễm môi trường Khi vận chuyển khoảng cách dài không thẳng đòi hỏi phải có thêm trạm trung chuyển tốn Không cho phép vận chuyển nơi có độ chên lệch lớn độ cao Vật liệu vận chuyển tiếp xúc chịu ảnh hưởng trực tiếp môi trường thời 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 thiết bị vận tải liên tục chế độ dài hạn với phụ tải không thay đổi Theo yêu cầu công nghệ hầu hết thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ Trong 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 toàn dây chuyền sản xuất Hệ truyền động thiết bị vận tải liên tục cần đảm bảo khởi động đầy tải Mômen khởi động động cơ: M kd = (1, : 1,8) M dm Bởi nên chọn động truyền động thiết bị vận tải liên tục loại động có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu để có hệ số mở máy lớn Nguồn cung cấp cho động truyền động thiết bị vận tải liên tục cần có dung lượng đủ lớn, đặc biệt công suất động ≥ 30kw, để mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện trình khởi động thực nhẹ nhàng dễ dàng 1.2.1 Yêu cầu điều khiển: Vì hầu hết thiết bị vận tải liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên không quan tâm đến trình điều chỉnh tốc độ động cơ, mà quan tâm đến mômen khởi động động cơ, chế độ làm việc động chế độ làm việc dài hạn ta lên chọn loại động có đặc tính phù hợp với yêu cầu Ngày hầu hết động truyền động băng tải động điện xoay chiều loại động có nhiều ưu điểm vượt trội so với động điện chiều, không cần đến biến đổi nguồn cung cấp từ xoay chiều sang chiều mà sử dụng trực tiếp điện áp từ mạng điện cung cấp cần thay đổi cấp điện áp cho phù hợp với cấp điện áp ghi động cơ, động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản so với động điện chiều giá thành thấp 1.2.2 Yêu cầu động truyền động hệ truyền động điện: Do hệ thống băng tải thiết bị hoạt động chế độ dài hạn, khởi động đầy tải cần mô men khởi động đủ lớn để đáp ứng yêu cầu tải Động không đồng đáp ứng yêu cầu Động không đồng bộ: loại động phù hợp với thiết bị có công suất nhỏ, rẻ, chắn, độ tin cậy cao So với loại động điện dùng công nghiệp động không đồng dùng nhiều chúng dần thay loại động chiều Đến có phần lớn cầu trục trang bị động không đồng bộ, nhiều cấu máy cắt gọt kim loại, truyền động phụ máy cán nhiều cấu lĩnh vực công nghiệp sử dụng động không đồng Còn với số truyền động thực tế dùng nhiều băng tải, quạt gió, bơm nước…có công suất không lớn sử dụng động không đồng 1.3 Các loại động điện: Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động song cần chọn loại động cho phù hợp để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đẩm bảo yếu tố kỹ thuật Dưới vài loại động thường gặp: - Động điện chiều: loại động có ưu điểm thay đổi trị số mômen vận tốc góc phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm đảo chiều dễ dàng chúng lại có nhược điểm giá thành đắt, khó kiếm phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, dùng thiết bị vận chuyển điện, thang máy, máy trục, thiết bị thí nghiệm - Động điện xoay chiều: bao gồm loại : pha ba pha + Động xoay chiều pha có công suất nhỏ phù hợp cho dân dụng chủ yếu + Động xoay chiều ba pha: gồm hai loại: đồng không đồng - Động ba pha đồng có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ, chúng dùng cho trường hợp cần công suất lớn (>100kW), cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi vận tốc góc - Động ba pha không đồng gồm hai kiểu: rôto dây rôto lồng sóc - Động ba pha không đồng rôto dây cho phép điều chỉnh vận tốc phạm vi nhỏ (khoảng 5%), có dòng mở máy thấp cosϕ thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp dùng hợp phạm vi hẹp để tìm vận tốc thích hợp dây chuyền công nghệ - Động ba pha không đồng rôto lồng sóc có ưu diểm kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cosϕ thấp) so với động ba pha đồng bộ, không điều chỉnh vận tốc Từ ưu, nhược điểm với điều kiện hộp giảm tốc, ta chọn Động ba pha không đồng rôto lồng sóc Hình 1.2 Động không đồng rotor lồng sóc 1.4 Tổng quan biến tần: 1.4.1 Khái niệm: Biến tần thiết bị tổ hợp linh kiện điện tử thực chức biến đổi tần số điện áp chiều hay xoay chiều định thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển nhờ khóa điện tử 1.4.2 Phân loại: a) Biến tần trực tiếp: Hình 1.3 Sơ đồ biến tần trực tiếp Còn gọi biến tần phụ thuộc Thường gồm nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song ngược cho xung hai nhóm chỉnh lưu nên ta nhận dòng điện xoay chiều tải Như điện áp xoay chiều U1 ( f1 ) cần qua van chuyển tải với U ( f ) Tuy nhiên, loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van phức tạp sử dụng cho truyền động điện với công suất cực lớn Tốc độ làm việc thấp việc thay đổi tần số f khó khăn phụ thuộc vào f1 b) Biến tần gián tiếp: Hình 1.4 Sơ đồ biến tần gián tiếp Còn gọi biến tần độc lập Trong biến tần điện áp chỉnh lưu thành dòng chiều Sau qua lọc trở lại dòng xoay chiều với tần số f2 nhờ 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 ưu điểm biến tần loại thường sử dụng Phân loại biến tần gián tiếp: Do tính chất lọc nên biến tần gián tiếp lại chia làm loại: - Biến tần gián tiếp nguồn áp: Là loại biến tần mà nguồn tạo điện áp chiều nguồn dòng, dạng dòng điện tải phụ thuộc vào dạng dòng điện nguồn Còn dạng điện áp tải phụ thuộc vào thông số tải quy định - Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Là loại biến tần mà nguồn tạo điện áp chiều nguồn áp, dạng điện áp tải phụ thuộc vào dạng điện áp nguồn Còn dạng dòng điện tải phụ thuộc vào thông số tải quy định Bộ biến tần nguồn dòng sử dụng cuộn kháng L lớn mạch chỉnh lưu tạo nguồn dòng, điều làm đáp ứng độ hệ thống chậm so với biến tần nguồn áp kiểu PWM Với biến tần nguồn áp, dễ dàng sử dụng kĩ thuật PWM để điều khiển đóng ngắt khóa bán dẫn Kĩ thuật PWM cho phép giảm tổn thất sóng hài bậc cao gây nên động cơ, không gây momen đạp làm rung động tốc độ thấp Tuy nhiên, kĩ thuật điều chế PWM khó áp dụng cho biến tần nguồn dòng, có áp dụng cho tần số hoạt động thấp Khi hoạt động với nguồn cấp DC, biến tần nguồn áp nhỏ gọn rẻ tiền so với biến tần nguồn dòng thường cồng kềnh phải sử dụng cuộn kháng L lớn tụ chuyển mạch có giá trị cao Do đó, ta chọn biến tần nguồn áp chỉnh lưu diode có điện trở hãm, điều khiển phương pháp: Điều khiển vector dựa theo vector từ thông roto (FOC) 1.5 Phương pháp điều khiển: Tổng quan FOC: Moment sinh động kết tương tác dòng cuộn ứng từ thông sinh hệ thống kích từ động Từ thông phải giữ mức tối ưu nhằm đảm bảo sinh moment tối đa giảm tối thiểu mức độ bão hòa mạch từ Với từ thông có giá trị không đổi, moment tỷ lệ với dòng phần ứng Động điện tương tự nguồn moment điều khiển Yêu cầu điều khiển xác giá trị moment tức thời động đặt hệ truyền động có đặc tính truyền động cao sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục roto Việc điều khiển moment xác lập mở rộng cho độ thực Việc điều khiển động theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác như: định hướng từ thông roto, định hướng từ thông stator, định hướng từ thông khe hở không khí Trong việc điều khiển từ thông roto (FOC) đơn giản sử dụng rộng rãi Nguyên lý điều khiển định hướng theo vector từ thông dựa phương pháp phân tách phi tuyến sử dụng điều khiển hệ thống phi tuyến Bản chất phương pháp điều khiển biến chọn cho chúng Như mô hình toán học trở nên đơn giản loại bỏ số nhánh mô hình tổng quát 1.6 Tính chọn công suất động Thông số đầu vào: Lực kéo băng tải: F=890N Vận tốc băng tải: v=1,44m/s Đường kính tang: D=380mm Thời gian phục vụ: 7500 Số ca làm việc: ca Góc nghiêng đường nối tâm truyền ngoài: 180 độ Đặc tính làm việc: va đập vừa 1.6.1 Xác định công suất yêu cầu trục động cơ: Pdc = Pct η Trong đó: Pyc công suất yêu cầu trục động Pct công suất trục công tác Pct = F v 890.1, 44 = = 1, 29kW 1000 1000 Hiệu suất truyền: η = η01 nkn ηd ηbr Trong đó: Hiệu suất cặp ổ lăn: (1) ηol = 0.99 Hiệu suất khớp nối: ηkn = Hiệu suất đai: ηd = 0.96 Hiệu suất truyền bánh răng: ηbr =0.97 Thay số vào (1), ta có: η = 0,993.1.0,96.0,97 Vậy, công suất yêu cầu trục động là: Pyc = Pct 1, 29 = = 1,3kW η 0,9 1.6.2 Xác định số vòng quay động cơ: Trên trục công tác, ta có: 60000.v 60000.1, 44 = = 72,38 π D π 380 ndc ( sb ) = nct U sb nct = Trong đó: Usb= Ud.Ut (2) Chọn tỉ số truyền sơ của: Truyền động đai: Ud = Truyền động bánh trụ: Ut = Thay số vào (2), suy ra: Usb = Ud.Ut = 4.5 = 20 Suy ra: ndc ( sb ) = nct U sb = 72,38.20 = 1450( v ) ph Chọn số vòng quay đồng động là: ndc = 1450( v ) ph 1.6.3 Xác định tỉ số truyền chung hệ thống: Theo thông số động trên, ta có: v ) phut v nct = 72,37( ) phut ndc = 1450( Suy ra, tỉ số truyền chung hệ thống là: uch = ndc 1450 = = 20, 03 nct 72, 38 1.6.4 Chọn động cơ: Từ Pyc = 1.3 kW ndc = 1450 ( v ) , tra động trang abb.com: ph Từ đó, ta chọn động M3AA 90LD 3GGA 092 135 có thông số sau: Pdm = 1.5kW - Công suất định mức: U dm = 400V - Điện áp dây định mức: - Tần số định mức: f = 50 Hz - Số đôi cực: p=2 ω = 1445 rad/phút - Tốc độ định mức: η = 84.1 % - Hiệu suất: - Hệ số công suất: cosφ= 0.82 I dm = 3.1( A) - Dòng Stator định mức: I s = 3.1*6.8 = 21.08( A) - Dòng Stator khởi động: M dm = 9.9( Nm) - Momen định mức: - Momen khởi động định mức (s=1): M s = 9.9*3.5 = 34.65( Nm) J = 0.048(kg / m ) - Momen quán tính: - Trọng lượng: m = 17kg CHƯƠNG : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN THÔNG 2.1 Cấu trúc biến tần nguồn áp: Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm tạo dạng dòng điện điện áp sin hơn, dải biến thiên tần số cao nên sử dụng rộng rãi Bộ biến tần nguồn áp có phận riêng biệt: a) Phần động lực: Bộ phận chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f1 thành dòng điện chiều Bộ lọc: cho phép thành phần chiều mạch động lực qua ngăn chặn thành phần xoay chiều Nó có tác dụng san điện áp tải chỉnh lưu Bộ nghịch lưu: Là phận quan trọng biến tần, biến đổi dòng chiều cung cấp từ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2 b) Phần điều khiển: Hình 2.2 Sơ đồ phần điều khiển Là phận thiếu định làm việc mạch động lực Để đảm bảo yêu cầu tần số, hình dáng điện áp biến tần mạch điều khiển định Bộ điều khiển thông thường gồm phần: Khâu phát xung chủ đạo: khâu tự dao dộng tạo xung điều khiển đưa đến phận phân phối xung điều khiển đến tranzitor Khâu đảm nhận điều chỉnh xung cách dễ dàng, đảm nhận chức khuyếch đại xung Khâu phân phối xung: làm nhiệm vụ phân phối xung điều khiển vào khâu phát xung chủ đạo Khâu khuyếch đại xung: có nhiệm vụ khuyếch đại xung nhận từ phận xung đưa đến đảm bảo kích thích mở van Ngày nay, với phát triển kĩ thuật vi điều khiển, cấu trúc điều khiển có thay đổi 2.2 Tính chọn biến tần: Các thông số tính toán chương I: - Điện áp dây: U D = 380VAC - Công suất: P = 1.5kW - Tần số: f = > 120 Hz - Hệ số: cosϕ = 0.82 - Tần số nguồn: f = 50 Hz - Hệ số điều khiển: m=0.907 - Điện trở: R = 5, 7(Ω ) Từ suy thông số dẫn xuất: Dòng điện: P = *U D * I D *cos ϕ ⇒I= P 1.5 &103 = = 33.5( A) *U *cos ϕ *220*0.8 10 Vì ba pha đối xứng nên : Ra =Rb =Rc = Rs , RA =RB =RC =Rr L aa =L bb =L cc =L s1 , L AA =L BB =L CC =L r1 L ab =L ba =L bc =-M s , L AC =L BC =L AB =-M r L aA =L bB =L cC =L Aa = L Bb =L Cc =Mcosθ L aB =L bC =L cA =L Ba = L Cb =L Ac =Mcos(θ+2π/3) L aC =L bA =L cB =L Ca = L Ab =L Bc =Mcos(θ -2π/3) d {Lm (ϑ )ir } dϑ Các hệ phương trình hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến M = i st thiên theo thời gian góc quay θ phụ thuộc thời gian: θ = θ + ∫ ω (t )dt Kết luận: mô tả toán học rât phức tạp nên cần phải đơn giản bớt Tới năm 1959 Kôvacs (Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ Park (Mỹ) đưa phép biến đổi d, q 3.3 Phép biến đỗi tuyến tính không gian vecto Trong máy điện ba pha thường dùng cách chuyển giá trị tức thời điện áp thành vectơ không gian Lấy mặt phẳng cắt motor theo hướng vuông góc với trục biểu diễn từ không gian thành mặt phẳng Chọn trục thực mặt phẳng phức trùng với trục pha a is Ia +1(α) isα +j(β) is isβ a2 ic a.ib Hình 3.1 Tương quan hệ toạ độ αβ toạ độ ba pha a, b, c Ba véc tơ dòng điện stator i a, ib, ic tổng hợp lại đại diện véc tơ quay tròn is Véc tơ không gian dòng điện stator: 19 is = (ia + aib + a ic ) 2π Muốn biết is cần biết a = e j hình chiếu lên trục toạ độ: isα,isβ i s = i sα + ji sβ i sα = Re{is } = (2ia − ib − ic ) i sβ = Im{is } = (ib − ic ) Theo cách thức chuyển vị từ phương trình (3 rôto, stato) thành nghiên cứu phương trình Phép biến đổi từ pha (a,b,c) thành pha (α, β) gọi phép biến đổi thuận Còn phép biến đổi từ pha thành pha gọi phép biến đổi ngược Đơn giản hơn, chiếu is lên hệ trục xy quay với tốc độ ωk: θk =θ0 + ωkt - Nếu ωk=0, θ0=0 :đó phép biến đổi với hệ trục α, β (biến đổi tĩnh) - Nếu ωk=ω1, θ0 tự chọn (để đơn giản phương trình cho x trùng ψr để ψry=0): phép biến đổi d,q - Nếu ωk= ω1 - ω =ωr : hệ toạ độ cố định α,β rôto (ít dùng) x ωk Ia θk is a2 ic a.ib β y pha B d q is toạ độ quay Hình 3.2 Chuyển isβ sang hệ isd Các hệ toạ độ mô tả sau: hướng trục rôto ψ r θS isq isα 20 pha C pha A α Hình 3.3 Các đại lượng is , ψr động hệ toạ độ Các phương trình chuyển đổi hệ toạ độ: a,b,c  αβ: i sα = i a i sβ = (i a + i b ) αβ  d,q isd = isαcosθ + isβsinθ isq = isβcosθ - isαsinθ αβ  a,b,c: ia = isα ib = ( −isα + 3.isβ ) ic = ( −isα − 3.isβ ) d,q  αβ isα = isdcosθ - isqsinθ isβ = isdsinθ + isqcosθ 3.4 Hệ phương trình động không gian vector Để dễ theo dõi ta ký hiệu : Chỉ số s: xét hệ toạ độ stato (toạ độ α,β) f: toạ độ trường (field) từ thông rôto (toạ độ dq) r: toạ độ gắn với trục rôto Chỉ số s: đại lượng mạch stato 21 r: đại lượng mạch rôto Phương trình mômen : 3 m M = p.(ψ r ∧ i s ) = p.(ψ r ∧ i r ) 2 (3-1) Phương trình chuyển động : J dω m M = mc + (3-2) p dt Phương trình điện áp cho ba cuộn dây stato : Ψsa (t ) dt Ψ (t ) u sb (t ) = Rs isb (t ) + d sb dt Ψ (t ) u sc (t ) = Rs isc (t ) + d sc dt u sa (t ) = Rs isa (t ) + d (3-3) Tương tự vectơ dòng điện ta có vectơ điện áp: us(t)= 2/3.[usa(t) + usb(t).ej120 + usc(t).ej240] Sử dụng khái niệm vectơ tổng ta nhận phương trình vectơ: Ψss (3-4) u = R i + d dt Trong uss, iss, ψss vectơ điện áp, dòng điện, từ thông stato Khi quan sát hệ toạ độ α,β: Đối với mạch rôto ta có phương trình trên, khác cấu tạo lồng sóc ngắn mạch nên ur=0 (quan sát toạ độ gắn với trục rôto) Từ thông stato rôto tính sau: s s s s s = Rr irr + d Ψrr dt ψs = isLs+irLm (3-5) ψr = isLm+irLr Trong Ls : điện cảm stato Ls = Lσs+ Lm (Lós : điện cảm tiêu tán phía stato) Lr : điện cảm rôto Lr = Lσr+ Lm (Lór : điện cảm tiêu tán phía rôto) Ls : hỗ cảm rôto stato (Phương trình từ thông không cần đến số hệ toạ độ cuộn dây stato rôto có cấu tạo đối xứng nên điện cảm không đổi hệ toạ độ) 3.4.1 Phương trình trạng thái tính hệ toạ độ cố định αβ 22 Phương trình điện áp stato giữ nguyên, phương trình điện áp rôto có thay đổi rôto quay với tốc độ ω so với stato nên nói hệ toạ độ αβ quay tương rôto tốc độ -ω Ψs u = R i + d s dt s s s s s s r Ψ = R i + d − jω Ψrs dt s r r (3-6) Ψss = iss Ls + irs Lm Ψrs = iss Lm + irs Lr Tìm cách loại bỏ ψs ir: ta rút từ phương trình thứ hệ (3-6) được: − irs = − − s −s (ψ r − is Lm ) Lr (3-7) L − − ψ = i Ls + m (ψ rs − iss Lm ) Lr s s − s s Đặt σ=1-Lm2/(LsLr)(hệ số tản từ), Ts=Ls/Rs , Tr=Lr/Rr thay lại phương trình hệ (3-6) : d iss Lm d Ψrs u = Rs i + σLs + dt Lr dt s s s s = −iss Lm dΨ + Ψrs ( − jω ) + Tr Tr dt s r (3-8) Biến đổi (2-8) sang dạng phần tử vectơ : di sα 1−σ 1−σ 1−σ = −( + )i sα + ωψ rα + ψ rβ + u sα dt σTs σTr σTr Lm σLm σL s di sβ dt = −( 1−σ 1−σ 1−σ + )isβ − ωψ rα + ψ rβ + u sβ σTs σTr σLm σTr Lm σLs dψ rα Lm = isα − ψ rα − ωψ rβ dt Tr Tr d ψ rβ dt = (3-9) Lm i sβ + ωψ rα − ψ rβ Tr Tr Thay irs từ phương trình thứ (2-5) vào phương trình mômen (3-1): 3 L m M = − p.(ψ sr ∧ i sr ) = − p.(ψ sr ∧ (ψ sr − i ss L m ) ) = p m (ψ sr ∧ i ss ) (3-10) 2 Lr Lr Thay vectơ (3-10) phần tử tương ứng ta : 23 L m M = p m (ψ rα i sβ − ψ rβ i sα ) Lr (3-11) Từ hệ phương trình (3-9) phương trình (3-11) ta có công thức mô tả động không đồng hệ toạ độ αβ, thay Tσ theo công thức: 1 1−σ = + Tσ σTs σTr (p + 1−σ 1−σ )isα = ωψ rα + ψ rβ + u sα Tσ σTr Lm σLm σLs (p + 1−σ 1−σ )isβ = − ωψ rα + ψ rβ + u sβ Tσ σLm σLmTr σLs (3-12) (1 + Tr p )ψ rα = Lm isα − Tr ωψ rβ (1 + Tr p )ψ rβ = Lm isβ + Tr ωψ rα Từ (3-12) ta lập mô hình điện động không đồng hệ toạ độ αβ sau: Hình 3.4 Mô hình động hệ toạ độ cố định αβ Đầu vào mô hình đại lượng điện áp Do mô hình với biến tần nguồn áp Còn sử dụng biến tần nguồn dòng (cho công suất truyền động lớn) phải biến đổi mô hình thành đầu vào dòng stato isα, isβ 3.4.2 Phương trình trạng thái hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: Tương tự trên, chiếu hệ toạ độ phương trình từ thông không đổi, có phương trình điện áp thay đổi sau: - Toạ độ từ thông rôto quay tốc độ ωs so với stato - Hệ toạ độ chuyển động vượt trước so với rôto tốc độ góc ωr = ωs -ω Từ ta thu hệ phương trình : 24 _ d ψ rf u =R i + + jω s ψ rf dt f s f s s f r dψ 0=R i + + jω r ψ rf dt f r r f r f s f r (3-13) ψ = i Ls + i Lm ψ rf = isf Lm + irf Lr Tìm cách loại bỏ ifr ψfs : từ (2-14) có f r f f i = (ψ r − is Lm ) Lr f s (3-14) f s L ψ = i Ls + m (ψ rf − isf Lm ) Lr Thế trở lại phương trình thứ (2-14) ta phương trình : disd 1−σ 1−σ 1−σ = −( + )isd + ω s isq + ψ rd + ωψ rq + u sd dt σTs σTr σLmTr σLm σ Ls disq dt = −ω s isd − ( 1−σ 1−σ 1−σ + )isq − ωψ rd + ψ rq + u sq σTs σTr σLm σLmTr σLs dψ rd Lm = isd − ψ rd + ω rψ rq dt Tr Tr dψ rq dt = (3-15) Lm isq − ω rψ rd − ψ rq Tr Tr Biến đổi tiếp hệ (2-16) với điều kiện chọn trục d trùng với vectơ ψr , tức ψrq = 0: ( 1−σ 1−σ + p)isd = ω s isq + ψ rd + ψ rq + u sd Tσ σLmTr σLm σ Ls ( 1−σ + p)isq = −ω s isd − ωψ rd + u sq Tσ σLm σ Ls (1 + Tr p)ψ rd = Lm isd Lm isq Tr ωr = ψ rd 1 1−σ Thay Tσ theo công thức: T = σT + σT σ s r Tương tự toạ độ αβ ta có phương trình mômen cho toạ độ dq: L mM = pc m (ψ rf ∧ isf ) Lr 25 (3-16) Thay đại lượng vectơ phần tử : i sf = isd+jisq ψsf = ψsd+jψrq ta có: L mM = pc m ψ rd isq Lr (3s-17) Từ (2-17) (2-18) ta vẽ sơ đồ toán học động hệ toạ độ từ thông rôto dq: Hình 3.5 Mô hình động hệ toạ độ quay dq 3.5 Mô hệ thống simulink 3.5.1 Mô hệ truyền động ĐCKĐB roto lồng sóc Hình 3.6: Mô hình mô Simulink 26 Hình 3.7 Khối điều khiển tốc độ Hình 3.8 Khối đo lường 27 Hình 3.9 Khối Braking chopper Hình 3.10 Khối Demux 28 Hình 3.11 Khối chỉnh lưu Hình 3.12 Khối nghịch lưu 29 Hình 3.13 Khối động Hình 3.14 Khối điều khiển FOC 3.5.2 Kết mô 30 Hình 3.15 Kết mô Simulink 3.5.3 Nhận xét Từ kết mô phỏng, ta thấy: Động đạt tốc độ đặt với thời gian độ nhỏ Tốc độ động bám sát tốc độ đặt Trong trình hãm, điện áp DC bus tăng không cao, đảm bảo an toàn cho mạch chỉnh lưu Dòng khởi động momen khởi động động nằm giới hạn cho phép Tuy vậy, thời gian khởi động lâu 3.6 Cách cài đặt biến tần: TT Nút bấm Cách cài đặt biến tần Cấp nguồn vào P00 Bằng điều khiển đến chế độ đầu Chọn ứng dụng macro (tham số 9902) Giá trị mặc định thích hợp đa số trường hợp P9902 Các thông số chung thiết lập thủ tục chế độ thông số ngắn Các thông số chung thiết lập thủ tục chế độ thông số ngắn Đi tới main menu nhấn phím nguồn hàng rEF OUTPUT Cách khác, nhấn phím nguồn liên tục bạn nhìn thấy menu PArS Nhấn phím Up/Down bạn nhìn thấy PArS 31 P9902 P9907 P500 P600 P9907 10 P9905 11 P9906 12 13 14 15 16 P9907 P1105 P1202 P1203 P1204 17 P1301 18 P2008 19 20 P2102 P2102 hiển thị hình Nhấn hình cho thấy tham số kiểu tham số ngắn Tìm thấy tham số thích hợp với phím Nhấn giữ phím nguồn khoảng 2s giá trị tham số Hiển thị với se1 giá trị Thay đổi giá trị với phím Up/Down thay đổi giá trị xảy nhanh chóng bạn giữ phím nhấn Lưu trữ giá trị tham số việc nhấn phím nguồn Điện áp danh định động theo bước định bước Dòng diện danh định động cơ, phạm vi cho phép : 0.2… 2.0 Tần số danh định động Đặt giá trị cực đại cho tham chiếu REF1 Đặt tốc độ không đổi (tần số đầu biến tần) 1,2 (tham số 1202, 1203 1204) Thiết đặt giá trị tối thiểu (%) tương ứng với mức tối thiểu tín hiệu cho AI(1) Thiết lập giới hạn tối đa cho tần số đầu biến tần Chọn chức dừng động Kiểm tra hướng quay động - Xoay biến trở (núm vặn) hoàn toàn ngược chiều kim đồng hồ - Nếu biến tần nằm điều khiển từ xa (REM phía bên trái) Chuyển tới kiểm soát cục nhấn… - Ấn phím nguồn khởi động động - Quay biến trở chiều kim đồng hồ động quay - Kiểm tra xem chiều quay thực tế động có giống chiều hiển thị hình không (FWD có nghĩa quay thuận REV quay nghịch) - Ấn phím nguồn đề dừng động Thay đổi chiều quay động cơ: - Ngắt kết nối đầu vào nguồn điện từ biến tân chờ khoảng phút cho tụ điện mạch trung gian xả hết điện, đo điện áp đầu vào thiết bị Đầu cuối (U1, V1 W1) với mát vạn kế để đảm bảo biến 32 21 22 P2202 P2203 23 P00 24 P500 25 26 P500 P500 tần xả hết điện - Tráo đổi vị trí dây nguồn động ngõ xuất biến tần hay hộp kết nối động - Xác nhận công việc bạn cách cấp nguồn vào lặp lại kiểm tra Đặt thời gian tăng tốc (tham số 2202) Đặt thời gian dừng (tham số 2203) Khởi động có tín hiệu số đầu vào DL1(on) Ký tự FWD bắt đầu nhấp nháy nhanh dừng lại sau đạt điểm đặt Thay đổi tần số đầu biến tần (tốc độ động cơ) cách điều chỉnh Điện áp dòng tín hiệu đầu vào tương tự AI(1) Quay nghịch: có tín hiệu số nhập vào DI2 (on) Quay thuận : ngắt tín hiệu số nhập vào DI2 (off) MỤC LỤC .13 33 [...]... khiển hệ truyền động động cơ không đồng bộ Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, các phương pháp trên vẫn còn tồn tại những khuyết điểm như: • Với điều khiển V/f: chỉ dùng cho hệ truyền động có đặc tính thấp • Với phương pháp điều khiển DTC: thì đáp ứng tốc độ thấp, moment điều chỉnh không trơn • Với phương pháp điều khiển FOC: thì ở tốc độ trên danh định động cơ bị mất đồng bộ 3.2 Mô tả toán học động cơ... lưu 29 Hình 3.13 Khối động cơ Hình 3.14 Khối điều khiển FOC 3.5.2 Kết quả mô phỏng 30 Hình 3.15 Kết quả mô phỏng Simulink 3.5.3 Nhận xét Từ kết quả mô phỏng, ta thấy: Động cơ đạt tốc độ đặt với thời gian quá độ nhỏ Tốc độ động cơ luôn bám sát tốc độ đặt Trong quá trình hãm, điện áp DC bus tăng không quá cao, đảm bảo an toàn cho mạch chỉnh lưu Dòng khởi động và momen khởi động của động cơ nằm trong giới... tần Chọn chức năng dừng động cơ Kiểm tra hướng quay của động cơ - Xoay biến trở (núm vặn) hoàn toàn ngược chiều kim đồng hồ - Nếu biến tần nằm trong sự điều khiển từ xa (REM phía trên bên trái) Chuyển tới sự kiểm soát cục bộ bởi nhấn… - Ấn phím nguồn khởi động động cơ - Quay biến trở hơi thuần chiều kim đồng hồ cho đến khi động cơ quay - Kiểm tra xem chiều quay thực tế của động cơ có giống như chiều... TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Tìm hiểu các phương pháp điều khiển Ngày nay, động cơ điện đồng bộ được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển, trong công nghiệp vì nó có những đặc điểm vượt trội như hiệu suất, cos ϕ cao, tốc độ ít phụ thuộc vào điện áp Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ đồng bộ còn tương đối khó khăn, do đặc tính phi tuyến mạnh Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ đồng bộ... nó : i sf = isd+jisq và ψsf = ψsd+jψrq ta có: L 3 mM = pc m ψ rd isq 2 Lr (3s-17) Từ (2-17) và (2-18) ta vẽ được sơ đồ toán học của động cơ trên hệ toạ độ từ thông rôto dq: Hình 3.5 Mô hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq 3.5 Mô phỏng hệ thống trên simulink 3.5.1 Mô phỏng hệ truyền động ĐCKĐB roto lồng sóc Hình 3.6: Mô hình mô phỏng trên Simulink 26 Hình 3.7 Khối điều khiển tốc độ Hình 3.8 Khối đo... nhanh với yêu cầu điều chỉnh Tất cả những điều này thực sự đã đặt ra những yêu cầu càng ngày càng khắt khe hơn cho các hệ thống truyền động Để giải quyết những vấn đề trên, nhiều giải thuật điều khiển của động cơ đồng bộ đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực truyền động điện như: • Phương pháp điều khiển vector trực tiếp moment - Direct Torque Control – DTC • Phương pháp điều khiển vector tựa... đồng bộ 3.2 Mô tả toán học động cơ không đồng bộ ba pha Đối với các hệ truyền động điện đã được số hoá hoàn toàn, để điều khiển biến tần người ta sử dụng phương pháp điều chế vectơ không gian Khâu điều khiển biến tần là khâu nghép nối quan trọng giữa thiết bị điều khiển/ điều chỉnh bằng số với khâu chấp hành Như vậy cần mô tả động cơ thành các phương trình toán học Quy ước: A, B, C chỉ thứ tự pha các... phím nguồn đề dừng động cơ Thay đổi chiều quay của động cơ: - Ngắt kết nối đầu vào nguồn điện từ biến tân và chờ khoảng 5 phút cho tụ điện mạch trung gian xả hết điện, đo điện áp đầu vào mỗi thiết bị Đầu cuối (U1, V1 và W1) với mát bởi một vạn năng kế để đảm bảo rằng biến 32 21 22 P2202 P2203 23 P00 24 P500 25 26 P500 P500 tần đã xả hết điện - Tráo đổi vị trí của 2 dây nguồn ra động cơ tại ngõ xuất... 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:... nguồn Điện áp danh định động cơ theo các bước nhất định ở trên bắt đầu từ bước 4 Dòng diện danh định động cơ, phạm vi cho phép : 0.2… 2.0 Tần số danh định động cơ Đặt giá trị cực đại cho tham chiếu ngoài REF1 Đặt tốc độ không đổi (tần số đầu ra của biến tần) 1,2 và 3 (tham số 1202, 1203 và 1204) Thiết đặt giá trị tối thiểu (%) tương ứng với mức tối thiểu tín hiệu cho AI(1) Thiết lập giới hạn tối đa