Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Hiện nay, việc tăng cường thiết bị để phục vụ đào tạo và nghiên cứu của khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên để thực hiện mục tiêu đào tạo theo định hướng ứng dụng nghề nghiệp là một nhu cầu cấp bách. Căn cứ vào nhu cầu đó, nhóm tác giả có đề xuất thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha”. Qua quá trình kiểm tra và thực nghiệm đã thu được các kết quả của đề tài, có độ chính xác cao, đảm bảo được đúng yêu cầu và định hướng đã đề ra.

ISSN 2354-0575 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐIỀU CHỈNH VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Nguyễn Viết Ngư, Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Văn Thắng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Ngày tòa soạn nhận báo: 02/03/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 15/06/2020 Ngày báo duyệt đăng: 25/06/2020 Tóm tắt: Hiện nay, việc tăng cường thiết bị để phục vụ đào tạo nghiên cứu khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên để thực mục tiêu đào tạo theo định hướng ứng dụng nghề nghiệp nhu cầu cấp bách Căn vào nhu cầu đó, nhóm tác giả có đề xuất thực đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động khơng đồng ba pha” Qua q trình kiểm tra thực nghiệm thu kết đề tài, có độ xác cao, đảm bảo yêu cầu định hướng đề Từ khóa: Điều khiển giám sát, tốc độ, động khơng đồng ba pha Từ viết tắt: TT Chữ viết tắt Ý nghĩa DCS Hệ thống điều khiển phân tán HMI Thiết bị giao diện người máy PC PLC SCADA Máy tính Bộ điều khiển khả lập trình Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Mở đầu Hiện giới với tảng khoa học công nghệ giáo dục phát triển mạnh, nên có nhiều cơng ty; tập đồn Lucas- nulle Đức; Edipon Tây Ban Nha…tham gia sản xuất thiết bị giáo dục nói chung, thiết bị dạy nghề nghiên cứu ứng dụng nói riêng Trong phải kể đến lĩnh vực điều chỉnh giám sát thông số điện, không điện đặc biệt tham số tốc độ động truyền động cho máy công cụ hay cấu truyền động khác, lĩnh vực khai thác sử dụng mạnh mẽ thập niên gần Đối với quốc gia phát triển mạnh thiết bị giáo dục nghề nghiệp Đức, Anh, Hàn Quốc, Tây Ban Nha, Đài Loan thiết bị đào tạo điều khiển tự động, cụ thể lĩnh vực điều khiển giám sát tốc độ động chế tạo với nhiều loại hình khác để đáp ứng nhu cầu học tập nghiên cứu Tuy nhiên giá thành thiết bị 52 nhập cao nhiều nội dung chưa phù hợp với điều kiện đào tạo nước Trong nước, thiết bị đào tạo phát triển công nghệ Ngọc Huy; Cty TBGD Hồng Đức; Hải Hà… đầu tư phát triển thiết bị thí nghiệm thực hành điện tử cơng suất, phần đáp ứng yêu cầu chung mặt kỹ thuật kinh tế, nhiên để phù hợp với mục tiêu cụ thể đơn vị đào tạo cịn nhiều hạn chế Trước tình hình nhóm nghiên cứu đưa đề xuất “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động không đồng ba pha” nhằm phục vụ nhu cầu đào tạo trường Phân tích ý tưởng chế tạo thiết bị Căn sở, tiêu chuẩn thiết bị giáo dục, dựa thiết bị có phịng thí nghiệm thiết bị vật tư có thị trường nước, nhóm nghiên cứu phân tích lựa chọn ý tưởng chế tạo thiết bị có đặc điểm sau: + Động chọn làm thí nghiệm với cơng suất P = 0,55KW, U = 400V/230V-Y/∆ nối đồng trục với tạo mô men cản mã hóa tốc độ vịng quay loại 400 xung/ vịng + Thiết bị chế tạo đồng với dụng cụ đo đa để đo S, P, U, I, Cosϕ để kiểm sốt thơng số điện động làm thí nghiệm + Hệ thống thí nghiệm điều chỉnh giám sát Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 tốc độ động thực linh hoạt với ba phương pháp khác thường sử dụng phổ biến thực tiễn: - Điều chỉnh giám sát chỗ sử dụng biến tần kết hợp dụng cụ đo tốc độ đa RP3-5A4, với tín hiệu phản hồi theo tiêu chuẩn công nghiệp từ ÷20mA - Điều chỉnh giám sát sử dụng biến tần kết hợp với PLC HMI truyền thông sử dụng Rs422 với khoảng cách tối đa 5m - Điều chỉnh giám sát sử dụng - Điều chỉnh giám sát sử dụng biến tần kết hợp với phần mềm drive view 7, truyền thông sử dụng Rs485 với khoảng cách tối đa 1200m 2.1 Thiết kế giao diện mơ đun thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động 2.1.1 Thiết kế giao diện mô đun tạo mô men cản điều chỉnh giám sát chỗ Mô đun thiết kế dựa sở thiết bị hãng Lucas-nulle với ý tưởng mơ đun gồm có chức kết nối với động cần làm thí nghiệm, tạo mơ men cản, đo kiểm soát tham số U, I, P, Q, tốc độ cổng mở rộng kết nối truyền thông với thiết bị khác Từ ý tưởng nhóm nghiên cứu thiết kế giao diện Hình 1: vị trí cổng truyền thơng HMI với PC hay HMI với PLC HMI Từ đặc điểm yêu cầu nhóm nghiên cứu thiết kế giao diện điều khiển Hình Hình Giao diện mơ đun hình giám sát HMI 2.1.3 Thiết kế mô đun PLC – FX 3SA Mô đun PLC thiết kế với hướng mở giúp người học chủ động, linh hoạt việc thiết kế chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc độ động cần làm thí nghiệm Trên mơ đun có vị trí cổng truyền thơng PLC với PC hay PLC với HMI PLC với Từ đặc điểm yêu cầu nhóm nghiên cứu thiết kế giao diện điều khiển Hình [1] Hình Giao diện mơ đun tạo mô men cản điều khiển giám sát chỗ 2.1.2 Thiết kế giao diện mô đun HMI Mô đun HMI thiết kế với hướng mở giúp người học chủ động, linh hoạt việc thiết kế chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc độ động cần làm thí nghiệm Trên mơ đun có Khoa học & Cơng nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Hình Giao diện mơ đun PLC Journal of Science and Technology 53 ISSN 2354-0575 2.1.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối thiết bị thí nghiệm hệ thống điều chỉnh giám sát tốc độ động ba pha Để xây dựng thành hệ thống thiết bị thí nghiệm nhóm nghiên cứu thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối mô đun với để thực việc đo giám sát tốc độ động cơ, sơ đồ thiết kế Hình [2]: b) Hình Chương trình PLC b) Chương trình giám sát điều khiển HMI Màn hình HMI thiết kế với giao diện ứng với thí nghiệm mức điều chỉnh giám sát tốc độ động Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động ba pha 2.1.5 Viết chương trình thiết lập giao diện điều khiển giám sát tốc độ động phần mềm drive view-7 a) Chương trình điều khiển PLC Chương trình PLC xây dựng với mục dich thu thập liệu từ mã hóa vịng quay để điều khiển truyền thơng hiển thị HMI [2-4] Hình Giao diện điều chỉnh giám sát c) Thiết lập phần mềm giám sát PC thông qua phần mềm drive view-7 Hình Thiết lập phần mềm drive view-7 a) 54 Trên phần mềm drive view-7 nhóm thiết lập tham số truyền thông để tạo giao diện điều chỉnh tốc độ giám sát tham số tốc độ, tần số, dòng điện điện áp động Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 2.2 Khảo sát, kiểm tra thiết bị Sản phẩm sau chế tạo hồn chỉnh, nhóm thực kiểm tra khảo sát thơng số phịng thí nghiệm điện tử công suất truyền động điện 403-B5 với hình ảnh minh họa sau: 2.2.2 Khảo sát kết đo với tần số f = 12,1 Hz Hình Hình ảnh khảo sát kiểm tra thiết bị phịng thí nghiệm ĐTCS & TĐĐ Để kiểm chứng ngun lý chế độ hoạt động thiết bị, nhóm nghiên cứu thực khảo sát thiết bị với dải tốc độ khác đối chiếu với sở lý thuyết sai số kiểm tra thiết bị Đức phịng thí nghiệm Kết đo khảo sát trình bày hình ảnh minh họa, ví dụ hình số 9÷16 Hình 10 Khảo sát kết đo với tần số f = 12,1 Hz 2.2.3 Khảo sát kết đo với tần số f = 18,3 Hz 2.2.1 Khảo sát kết đo với tần số f = 5,3 Hz Hình Khảo sát kết đo với tần số f = 5,3 Hz Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Hình 11 Khảo sát kết đo với tần số f = 18,3 Hz Journal of Science and Technology 55 ISSN 2354-0575 2.2.4 Khảo sát kết đo với tần số f = 29,8 Hz 2.2.6 Khảo sát kết đo với tần số f = 41,3 Hz Hình 12 Khảo sát kết đo với tần số f = 29,8 Hz Hình 14 Khảo sát kết đo với tần số f = 41,3 Hz 2.2.5 Khảo sát kết đo với tần số f = 34,3 Hz 2.2.7 Khảo sát kết đo với tần số f = 45,3 Hz Hình 13 Khảo sát kết đo với tần số f = 34,3 Hz Hình 15 Khảo sát kết đo với tần số f = 45,3 Hz 56 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 2.2.8 Khảo sát kết đo với tần số f = 50 Hz Hình 16 Khảo sát kết đo với tần số f =50 Hz Kết luận Sau trình nghiên cứu khảo sát thiết bị điều chỉnh giám sát tốc độ động nhóm chế tạo, chúng tơi xin đưa số nhận xét sau: Bộ thí nghiệm hoạt động tốt với dải tốc độ phương pháp giám sát khác Các kết thí nghiệm thu đảm bảo theo sở lý thuyết, nhiên vài sai số chế độ làm việc thực tế lý thuyết xét điều kiện lý tưởng Thiết bị hoạt động ổn định dải tốc độ kiểm chứng với động không đồng ba pha Sản phẩm đề tài ứng dụng việc giảng dạy cho học phần thí nghiệm điện tử cơng suất truyền động điện, lý thuyết điều khiển tự động, đo lường cảm biến, máy điện vv khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Hiện sản phẩm số công ty thiết bị giáo dục đưa vào chế tạo thử nghiệm năm 2019 Tài liệu tham khảo [1] Tài liệu hướng dẫn thiết bị RP3-5A4; HMI samkoon; PLC FX hãng sản xuất [2] Đào Duy Khương, Lê Hoàng Vinh, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo trình PLC Mitshubishi, trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM, NXB Khoa học kĩ thuật, 2009 [3] Nguyễn Thu Thiên, Mai Xuân Vũ, Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC, NXB Trẻ, 2007 [4] Lê Hoàng Vinh, Đào Duy Khương, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo trình môn học PLC MITSUBISHI PROGRAMMABLE CONTROLLES, 2006 DESIGN, MANUFACTURE OF ADJUSTABLE TEST EQUIPMENT AND MONITOR THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR SPEED Abstract: Currently, the increase of equipment serving in the training and research of the Department of Electrical and Electronics Engineering, Hung Yen University of Technology and Education for implementing the training-oriented training objectives is a urgent need Based on that need, the authors propose to implement the project “Design, mannufacture of adjustable test equipment and monitor theree-phase asychronons motor speed” Through the process of testing and experimenting, experimental results show that the proposed method has a high accuracy, and ensures the requirements Keywords: Monitoring control, speed, asynchronous three-phase motor Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng - 2020 Journal of Science and Technology 57 ... chỉnh giám sát tốc độ động Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động ba pha 2.1.5 Viết chương trình thiết lập giao diện điều khiển giám sát tốc độ động phần... 2354-0575 2.1.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối thiết bị thí nghiệm hệ thống điều chỉnh giám sát tốc độ động ba pha Để xây dựng thành hệ thống thiết bị thí nghiệm nhóm nghiên cứu thiết kế sơ đồ... đa 1200m 2.1 Thiết kế giao diện mơ đun thí nghiệm điều chỉnh giám sát tốc độ động 2.1.1 Thiết kế giao diện mô đun tạo mô men cản điều chỉnh giám sát chỗ Mô đun thiết kế dựa sở thiết bị hãng Lucas-nulle