Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp (Luận văn thạc sĩ)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LÊ PHÚC THẢO NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Võ Quang Lạp Thái Nguyên, 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Sinh ngày: 15 tháng 11 năm 1985 Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun – Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn “ ”, đƣợc thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp hƣớng dẫn Các tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chƣa đƣợc công bố cơng trình Tơi xin cam đoan có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm./ Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tác giả nhận đƣợc quan tâm lớn nhà trƣờng, khoa, phòng chức năng, thầy cô giáo đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, giảng viên Trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp tận tình hƣớng dẫn trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo phòng thí nghiệm giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm điều kiện tốt Mặc dù cố gắng, song thời gian nghiên cứu có hạn, nên luận thiếu sót Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hồn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .VI VII LỜI MỞ ĐẦU CH 1.2.1 Động điện xoay chiều không đồng pha rotor lồng sóc 420 7-300 10 20 (encoder) 20 1.3.2 21 CHƢƠNG KHẢO SÁT TÍNH TỐN HỆ TRUYỀN ĐỘNG 22 2.1 Xây dựng hệ điều khiền vecter 22 22 … stator (  ,  ) 24 2.1.2 2.1.3 Quy đổi đại lƣợng động 27 29 33 35 ển vecter 37 2.2 Xây dựng hệ điều khiển số biến tần động điện xoay chiều ba pha 42 45 45 49 2.4 Quá trình khảo sát cụ thể 51 2.4.1 Khảo sát ổn định mạch vòng dòng điện 51 2.4.2 Quá trình khảo sát ổn định mạch vòng tốc độ 57 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.5 Khảo sát chất lƣợng hệ truyền động 60 a Sử dụng phần mềm Matlap simulink 60 Khảo sát chất lƣợng mạch vòng dòng điện 60 Khảo sát chất lƣợng mạch vòng tốc độ 62 65 Khảo sát chất lƣợng mạch vòng dòng điện 65 Khảo sát chất lƣợng mạch vòng tốc độ 69 73 3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 73 3.2 Nguyên lý làm việc 75 3.3 Thí nghiệm 75 3.3.1 Bài thí nghiệm (khâu P) 76 3.3.2 Bài thí nghiệm (khâu PI) 76 3.4 So sánh đánh giá kết thí nghiệm với tính tốn 77 CHƢƠNG IV: ỨNG DỤNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BỞI PLC S7-300 CHO THANG MÁY 79 4.1 Công dụng thang máy 79 4.1.1 Tình hình sử dụng thang máy Việt Nam 79 4.1.2 Phân loại kí hiệu thang máy 80 4.1.3 Cấu tạo thang máy 83 4.2 Chế độ làm việc tải yêu cầu hệ truyền động điện dùng thang máy 85 4.2.2 Các yêu cầu truyền động điện 87 4.2.3 Các yêu cầu suất, dừng xác, tiết kiệm lƣợng AT 88 4.2.4 Sơ đồ mạch điện nguyên lý làm việc 93 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ĐCKĐB : Động điện không đồng Ec : Encoder P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ PID : Bộ điều chỉnh dùng S7-300 WL(p) : Hàm truyền khâu lấy tín hiệu dòng điện Uđb : Điện áp đồng Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ T, T1 : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lƣợng tử) H(p) : Khâu lƣu giữ T(p) : Hệ số truyền biến tần Uc : Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung Kω : Hệ số khâu lấy tín hiệu tốc độ đƣợc lấy từ Encoder Ki , Kp : Hệ số biến đổi điều khiển số dòng điện Ku : Hệ số khuếch đại biến tần : Hệ số thời gian biến tần; Tu CT, C0T : Hàm số truyền kín mạch vòng dòng điện : Ma trận quy đổi W1(P) : Hàm số truyền khâu điện từ động xoay chiều WKI Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii Trang 1-1 1-2 Đường đặc tính động KĐB 1-3 1-4 Đường đặc tính động KĐB 420 1-5 sơ đ 1-6 Giản đồ nguyên lý biến tần 1-7 Vectơ không gian vectơ biên chuẩn 1-8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID Vòng qt chương trình 10 1-9 pha 13 1-10 20 1-11 21 Hình 2-1 22 2-2 24 2-3 stator (,) Hệ tọa độ cố định stator (  ,  ) hệ tọa độ cố định 26 rotor (x, y) Biểu diễn vector dòng điện rotor hệ tọa độ cố định 2-4 stator (  ,  ) hệ tọa độ cố định rotor (x, y) 27 Biểu diễn vector dòng điện stator hệ tọa độ cố định 2-5 stator (  ,  ) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 29 Hình 2-6 35 2-7 36 h 2-8 (d,q) 2-9 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 36 39 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii 2-10 Hình 2-11 2-12 Hình 2-13 40 Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động KĐB Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ truyền động điện sử dụng biến tần động KĐB Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ điện sử dụng biến tần động KĐB Hình 2-25 42 43 43 44 Hình 2-15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 45 Hình 2-25 Sơ đồ mơ mạch vòng dòng điện theo Matlab Sumulink 61 Hình 2-26a Đáp ứng dòng điện với kp = 0,25; ki = 50; T= 0,5Tu = 0,002 62 Hình 2-26b Đáp ứng dòng điện với kp = 0,25; ki = 42; T= 0,5 Tu = 0,00165 43 Hình 2-27 Sơ đồ mơ mạch vòng tốc độ theo Matlab Sumulink 64 Đáp ứng tốc độ với kp= 0,25; ki = 42; kω= 0,0006 Hình 2-28a Hình 2-28b 64 T=0,5Tu=0,00165 Đáp ứng tốc độ với kp= 0,25; ki = 50; kω= 0,00058; T=0,5Tu= 0,002 64 Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ truyền động 74 Hình 3-2 Các thiết bị mơ hình thực nghiệm 74 3-3 Kết thí nghiệm khâu P 76 3-4 Kết thí nghiệm khâu PI 77 Hình 4-1 Cấu tạo thang máy trở khách 84 Hình 4-2 Chế độ làm việc tải 86 Hình 4-3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc quãng đường s, tốc độ v, gia tốc a độ giật  theo thời gian Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 87 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix Hình 4-4 Đồ thị xác định số lần dừng Hình 4-5 a) Sơ đồ xác định độ xác dừng buồng thang; b) 81 Sự phụ thuộc độ dừng xác ∆S buồng thang 91 vào trị số tốc độ gia tốc Hình 4-6 Sơ đồ mạch điện truyền động cho thang máy Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 93 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Hệ truyền động biến tần động điện xoay chiều ba pha đƣợc sử dụng phổ biến, song hệ biến tần đƣợc điều khiển máy tính PLC hệ thống truyền động thông minh đại Ở phòng thí nghiệm Nhà trƣờng có biến tần động điện xoay chiều này, đƣợc điều khiển PLC S7 -300 Để nắm đƣợc nguyên lý hoạt động hệ truyền động, đồng thời nghiên cứu ứng dụng vào truyền động máy sản xuất nên chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát tính tốn hệ truyền động biến tần động điện xoay ” Kết đề tài làm tài liệu quý giúp cho nghiên cứu học tập đồng thời áp dụng kết nghiên cứu để vận hành, sửa chữa thiết bị thực tế Mục tiêu nghiên cứu - Tính tốn khảo sát hệ truyền động biến tần động điện xoay chiều đƣợc điều khiển PID S7-300 hệ thống điều khiển số Việc tính tốn khảo sát dựa kết mô giúp kiểm nghiệm so sánh với kết thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm chế độ làm việc hệ truyền động biến tần động xoay chiều đƣợc điều khiển PID S7-300 cụ thể là: Xác định đƣợc chất lƣợng hệ thống với điều khiển đƣợc ứng dụng khâu P khâu PI mạch vòng tốc độ để so sánh với lý thuyết tính tốn, đồng thời thơng qua thí nghiệm giúp cho việc nắm sâu sắc nguyên lý làm việc hệ thống hiểu đƣợc trình vận hành điều khiển hệ thống - Từ kết lý thuyết thực nghiệm khẳng định ứng dụng hệ truyền động khả thi, từ đề xuất ứng dụng cho số máy công nghiệp Nội dung luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... đƣợc điều khiển PLC S7 -300 Để nắm đƣợc nguyên lý hoạt động hệ truyền động, đồng thời nghiên cứu ứng dụng vào truyền động máy sản xuất nên chọn đề tài: Nghiên cứu khảo sát tính tốn hệ truyền động. .. động điện xoay chiều ba pha đƣợc sử dụng phổ biến, song hệ biến tần đƣợc điều khiển máy tính PLC hệ thống truyền động thơng minh đại Ở phòng thí nghiệm Nhà trƣờng có biến tần động điện xoay chiều. .. đơn giản hóa hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động KĐB Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ truyền động điện sử dụng biến tần động KĐB Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ điện sử dụng biến tần động KĐB Hình