THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG XOAY CHIỀU 3 PHA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN &TỰ ĐỘNG HĨA - - ĐỒ ÁN MƠN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ Giáo viên hướng dẫn: TS.Võ Quang Vinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Xoan Mã sinh viên: 1481410086 Khoa: ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA Lớp : D9-CNTĐ1 Khóa : 2014-2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Họ tên: Nguyễn Thị Xoan Lớp: D9-CNTĐ1 Nhóm: 05 Hệ đào tạo: Đại học quy TÊN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ” CHƯƠNG 1: Phân tích, lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị CHƯƠNG 3: Mô hệ thống Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 07 tháng 04 năm 2018 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 05 năm 2017 Hà Nội, ngày 07 tháng năm 2018 Người hướng dẫn TS Võ Quang Vinh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… MỤC LỤC CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.1 Các loại hình hệ điều tốc động không đồng 1.2 Hệ thống điều tốc vòng kín điều chỉnh điện áp mạch Stator 1.2.1 Đặc tính động không đồng thay đổi điện áp .9 1.2.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặc tính tĩnh hệ .11 1.3 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ .15 1.3.1 Phương trình điều khiển hệ thống truyền động biến tần biến tần – Động không đồng ba pha 15 1.3.2 Các biến tần kiểu tĩnh .17 1.3.3 Bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) .20 1.3.4 Điều chế véc tơ điện áp không gian .23 1.3.5 Đặc tính tĩnh động không đồng điều khiển phối hợp tần số điện áp .32 1.4 Mô Matlab & Simulink 39 1.4.1 Tham số động sử dụng hệ thống 39 1.4.2 Mơ hình Simulink vòng hở SPWM cho động KĐB pha 39 1.4.3 Đồ thị dạng sóng sin SPWM .40 1.4.4 Đồ thị tốc vòng hở: 41 1.4.5 Đồ thị dòng Rơto 42 1.4.6 Đồ thị điện áp đầu 42 CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ .44 2.1 Giới thiệu biến tần OMRON 3G3MV 44 2.1.1 Tổng quan biến tần: 44 2.1.2 Giới thiệu biến tần 3G3MV OMRON 44 2.1.3 Đặc tính kỹ thuật 46 2.1.3 Sơ đồ đấu dây: .47 2.1.4 Cài đặt thông số chạy thử 48 2.2 TỔNG QUAN VỀ ENCODOR 52 2.2.1 Khái niệm encodor 52 2.2.2 Cấu tạo ENCODOR quay ngang .52 2.2.3 Phân loại 53 2.3 Động không đồng pha Mitsubishi SF-JR .54 2.3.1 Motor điện Mitsubishi SF-JR – 1.5kw 2hp 2p .54 2.3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật 54 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 60 3.1 Hệ điều khiển tự động tốc độ động không đồng ba pha 60 3.2 Các lưu đồ cơng nghệ cho q trình làm việc 60 3.3 Sơ đồ simulink mơ vòng kín 61 LỜI MỞ ĐẦU Như biết, nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Vì tự động hóa đóng vai trò quan trọng , tự động hóa giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Để thực tự động hóa sản xuất, bên cạnh thiết bị máy móc khí hay điện, dây truyền sản xuất…v v, cần có điều khiển để điều khiển chúng Trong thiết bị đại đưa vào dây truyền sản xuất tự động khơng thể khơng kể đến biến tần PLC Bộ biến tần không điều khiển tốc độ động cách thay đổi tần số, khởi động mềm động mà góp phần đáng kể giảm lượng điện tiêu thụ sở sản xuất doanh nghiệp Vì biến tần có vai trò quan trọng đời sống hoạt động doanh nghiệp PLC thiết bị điều khiển đa ứng dụng rộng rãi công gnheiejp để điều khiển hệ thống theo chương trình nên PLC ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, đơn giản ta cần thay đổi chương trình điều khiển Các đối tượng mà PLC điều chỉnh đa dạng, từ máy bơm, máy cắt,máy khoan,lò nhiệt… đến hệ thống phức tạp như: bang tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS) ,thang máy,dây chuyền sản xuất…v…v Xuất phát từ đặc điểm em chọn đề tài : “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ” Nội dung đồ án gồm chương : CHƯƠNG 1: Phân tích, lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị CHƯƠNG 3: Mơ hệ thống Để hồn thành tốt đề tài, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Võ Quang Vinh thầy cô khoa Điều Khiển & Tự Động Hóa trường đại học Điện Lực giúp đỡ chúng em thời gian làm đề tài Và nữa, cảm ơn thầy dìu dắt ,trang bị kiến thức chuyên môn Đồng thời nhóm cảm ơn bạn lớp D9CNTD1 có góp ý quý báu cho nhóm Do thời gian có hạn nên khơng thể tránh sai sót q trình làm đề tài Nhóm mong có nhữn gý kiến đóng góp thầy bạn đẻ hồn thiện đề tài tốt Xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 1.1 Các loại hình hệ điều tốc động không đồng Động không đồng làm việc theo nguyên lý cảm ứng, khơng có phân ly phần cảm ( kích thích sinh từ thơng từ hóa) phần ứng Từ thông động momen hàm phi tuyến nhiều biến Chính vật mà điịnh hướng xây dựng hệ truyền động điện không đồng người ta thường có xu hướng tiếp cận với đặc tính điều chỉnh động điện chiều kích từ độc lập Để đưa phương háp chung điề khiển, xét phương trufnh cân công suất động không đồng : Trong : cơng suất điện từ truyền từ stato sang roto M : công suất : tổn hao đồng điện trở mạch roto Như với momen với tải xác định ( ) muốn điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ, chủ yếu có hai hướng điều chỉnh tốc độ đồng điều chỉnh công suất tổn hao Phương pháp thứ liên quan đến hệ thống điều chỉnh tần số, phương pháp thứ hai liên quan đến điều chỉnh điện trở mạch roto hoắc điều chỉnh công suất trượt Khái quát chung phương pháp điều chỉnh tốc độ động xoay chiều không đồng ba pha Trong bảng ta thấy có bốn phương pháp, đứng phương điện tổn thất điều chỉnh ta có hai phương pháp Điều chỉnh tổn thất điều chỉnh kinh tế Còn phân loại theo sơ đồ bố trí mạch lực ta có mạch tác động lên stato mạch tác động vào roto  Phương pháp điều chỉnh điện áp stato dùng tiristo có phạm vi điều chỉnh tốc độ momen hẹp Đường đường giới hạn góc mở , đường hạn chế đưa điện trở phụ, đường hạn chế q đòng điện Vì ngày người ta dùng ,chủ yếu dùng để khởi động động không đồng roto lồng sóc phụ tải bơm quạt gió  Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ nối vào roto động không đồng rôt dây quấn Thực chất phương pháp tổn thất, hiệu suất truyền động suy giảm chiều chỉnh sâu tốc độ Tuy phương pháp có hiệu tốt moomen khởi động lớn , thích hợp với truyền động cấu nâng hạ cấu trúc cần trục, nên sử dụng dải cơng suất nhỏ trung bình  Phương pháp điều chỉnh cơng suất trượt thực động roto quấn dây Thực chất phương pháp công suất điện cấp 100% cho động phóa sau sato, với phụ tải định trước , để điều chỉnh giảm tốc độ ( giảm trượt ) biến đổi trả lại lưới , bỏ qua tổn thất biến đổi ta có Như cơng suất điện tiêu thụ động gần tương ứng với công suất , nên phương pháp gọi phương pháp điều chỉnh kinh tế Tuy dùng dải cơng suất lớn ( > 400kw) có hiệu kinh tế  Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp sử dụng cho động không đồng phương pháp tốt nhất, điều chỉnh trực tiếp cơng suát điện đầu vào động , đặc tính có độ cứng khơng thay đổi dải biến đổi ngày hạ , tính kỹ thuật ngày nâng cao, nên hệ truyền động điều khiển tần số sử dụng phổ biến Hình 1.1 Khái quát phương pháp điều chỉnh động không đồng ba pha 1.2 Hệ thống điều tốc vòng kín điều chỉnh điện áp mạch Stator 1.2.1 Đặc tính động khơng đồng thay đổi điện áp Mơmen động tỉ lệ với bình phương điện áp stato, nên điều chỉnh mơmen tốc độ động cách thay đổi điện áp stato giữ tần số không đổi nhờ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC) vẽ: Hình 1.2: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động Ustato b) Các đặc tính điều chỉnh Ustato Nếu coi ĐAXC nguồn lí tưởng (Z b = 0), ub < uđm mơmen tới hạn Mth.u tỉ lệ với bình phương điện áp , hay M th.u *  ub*2 Nếu tốc độ quay động không đổi : M u  ub * *2 ,   const , Mu  Mu M gh Uđm - điện áp định mức động ub - điện áp đầu ĐAXC Mth - mômen tới hạn điện áp định mức Mu - mômen động ứng với điện áp điều chỉnh Mgh - mômen điện áp định mức, điện trở phụ Rf thơng số từ mơ hình 200V sang 400 V từ biến tần chế độ điều khiển V/F sang chế độ khác chế độ điều khiển vector Chú ý: - Không thể chéo giá trị cài đặt thông số tần số đầu sau đây: n176: Lựa chọn chức chép tham số n177: Lựa chọn đọc tham số n178: Lưu lỗi n179: Phiên phần mềm - Các giá trị thiết lập tham số sau chéo biến tần khác dung lượng n011 đến n017: Cài đặt chế độ V/f n036: Dòng động định mức n080: Tần số sóng mang n105: Hao tổn mô men xoắn n106:Khớp động định mức n107: Kháng dây dẫn động n108: Dòng điện rò động n109 : Giới hạn bù mơ men xoắn n110: Dòng điện khơng tải n140: Hệ số kiểm soát tiết kiệm lượng K2 n158: Mã động - Các chức cho biến tần 5.5/7.5kW khơng thể chép sang biến tần có dung lượng khác 2.2 TỔNG QUAN VỀ ENCODOR 2.2.1 Khái niệm encodor Encodor gọi thiết bị mã hóa vòng- xung, hay thiết bị chuyển đổi vòng – xung 60 Là thiết bị dùng để chuyển đổi từ số vòng quay thành tín hiệu điện Encodor dùng để đo tốc độ động cơ, tín hiệu từ encodor tạo dạng xung vng có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép, từ ta tính giá trị vận tốc động Đây phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động hay điều khiển nhanh chậm 2.2.2 Cấu tạo ENCODOR quay ngang - Cấu tạo Encodor quay là: Đĩa quay xẻ rãnh gắn vào trục Một nguồn sáng tế bào quang điện bố trí thẳng hàng Mạch khuếch đại Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý encoder đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ khơng có lỗ, đèn led khơng chiếu xun qua Chỗ có lỗ, đèn led chiếu xun qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu (photosensor).Với tín hiệu có khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng Khi trục quay,gá sứ đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vòng 2.2.3 Phân loại Gồm có loại encoder: 61 Encodor tuyệt đối(absolute encoder): sử dụng đĩa theo mã nhị phân mã Gray Encodor tương đối( incremental encoder): có tín hiệu tăng dần theo chu kỳ: + Encodor tương đối kiểu thẳng +Encodor tương đối kiểu quay Encodor tuyệt đối ( absolute encoder): Về cấu tạo encoder kiểu tuyệt đối có ba phận quan trọng cấu thành encoder tuyệt đối : phát ánh sáng (LED phát), đãi mã hóa (chứa dải bang mang tín hiệu) thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ phát ( thu thường photosensor) Số đèn LED số dải băng ( hay gọi vòng lỗ) đĩa mã hóa với số photosensor Trên encoder, đèn LED ,dải bang photosensor phải xếp nằm đường thẳng Đèn LED photosensor gắn cố định vỏ encoder Còn đĩa mã hóa quay quanh trục mang tín hiệu mã hóa nhằm xác định góc quay Khi ánh sáng chiếu tới đĩa mã hóa, đối diện với tia sáng vùng diện tích suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor làm xuất dòng chảy qua photosensor ( lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân) Nếu đối diện với tia sáng vùng diện tích bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng khơng đến photosensor ( lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân ) Chúng ta có trạng thái 00,01,10,11, chia đĩa encoder thành phần nhau,và quay xác định độ xác đến ¼ vòng ( góc đo nhỏ trường hợp 90 độ) Encodor tương đối (incremental encoder): Về encoder tương đối tương đối giống encoder tuyệt đối khác đĩa mã hóa Encodor tương đối đĩa mã hóa gồm dải băng tạo xung Trên dải bang chia làm nhiều lỗ cách Ở encoder tương đối kiểu quay đĩa quay qua lỗ cảm biến nhận tín hiệu lúc encoder tăng lên giá trị biến đếm,Cho đến cảm biến bên nhận tín hiệu lúc encoder tăng lên giá trị biến đếm.Cho đến cảm biến bên nhận tín hiệu thơng qua lỗ định vị cho ta biết góc độ mà đĩa quay Còn encoder tương đối kiểu thẳng khác chỗ đĩa mã hóa thước thẳng dùng để đo kích thước thẳng Chiều dài encodor thẳng phải tổng chuyển động thẳng tương ứng có nghĩa chiều dài cần đo phải chiều dài thước Ví dụ với đĩa mã hóa encoder tương đối kiểu quay gồm 360 lỗ, đĩa quay qua lỗ photosensor nhận 90 lần tín hiệu biến đếm tăng lên 90 Từ ta biết đãi quay góc 90 độ 2.3 Động không đồng pha Mitsubishi SF-JR 2.3.1 Motor điện Mitsubishi SF-JR – 1.5kw 2hp 2p 62 - IP 44 - Tâm lỗ chân đế dọc trục motor 125mm - Tâm lỗ chân đế ngang trục motor 140mm - Tổng chiều cao motor 187mm - Tổng chiều dài động 311.5mm - Đường kính trục 24mm - Động Mitsubishi hệ có tính sau Sự kế hợp khuân vỏ thép liền khối kết hợp với linh kiện làm từ nhôm giúp motor nhỏ gọn không cồng kềnh bền (Chân đế làm từ thép uốn, với motor nhỏ) - Motor điện Mitsubishi đặc biệt an toàn loại motor pha thông dụng, khởi động mềm mại êm Motor pha Mitsubishi thông dụng từ 1/4HP tới 125HP - Hệ số bảo vệ IP 22 với khuân vỏ từ 100 tới 132 Fr - IP 55 từ mã 63 tới 132 Fr - Nhiệt độ hoạt động lý tưởng motor Mitsubishi -20 độ tới + 40 độ C 2.3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật 63 64 65 66 2.4 Chọn động Tham số động cơ: Công suất: P = 0,75 kW Điện áp định mực: Udm = 220 V Tần số: f = 50 Hz Điện trở stator rotor : Rs = 0.485 Ohm - Rr = 0.451 Ohm Điện cảm stator điện cảm rotor: Ls = Lr = 2e-3 H Lm = 69.31e-3 H Momen qn trính động cơ: J = 0.05 Kg.m2 Số đơi cực: P = 67 68 69 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Hệ điều khiển tự động tốc độ động khơng đồng ba pha Hình 3.1: Hệ truyền động PLC – Biến tần – Động - Máy tính : chứa phần mềm WinCC TIA lập trình PLC PLC : đặt hàm logic, điều khiển tốc độ, sử dụng chức Biến tần điều khiển PLC cung cấp điện áp xoay chiều cho động không đồng pha - Encoder: dùng để đo phản hồi âm tốc độ 3.2 Sơ đồ simulink mơ vòng kín Hình 3.2: Sơ đồ khối 70 Hình 3.3: Sơ đồ khối Motor Drive Hình 3.4: Sơ đồ khối điều khiển tốc độ 71 Hình 3.5: Sơ đồ khối điều chế vectơ SVM Hình 3.6: Sơ đồ mạch lực biến tần 72 Hình 3.7: Sơ đồ khối chuyển đổi nguồn 73 Hình 3.7: Đáp ứng tốc độ vòng kín 74 ... ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHƠNG ĐỒNG BỘ” CHƯƠNG 1: Phân tích, lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị CHƯƠNG 3: Mô hệ thống... như: bang tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS) ,thang máy,dây chuyền sản xuất…v…v Xuất phát từ đặc điểm em chọn đề tài : “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG... tần số điện áp .32 1.4 Mô Matlab & Simulink 39 1.4.1 Tham số động sử dụng hệ thống 39 1.4.2 Mơ hình Simulink vòng hở SPWM cho động KĐB pha 39 1.4 .3 Đồ thị dạng sóng sin SPWM