Nghiên cứu ứng dụng biến tần và điều khiển hệ thống truyền động của máy xúc họ ekg 5a

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT …… ***…… HOÀNG MẠNH SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIẾN TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY XÚC HỌ EKG – 5A LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT …… ***…… HOÀNG MẠNH SĨ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BIẾN TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY XÚC HỌ EKG – 5A Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Thái Duy Thức HÀ NỘI – 2011 LỜI CAM DOAN Tôi xin cam doan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Hoàng Mạnh Sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Điện áp công suất biến tần Altivar 71 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật máy xúc EKG – 5A Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật khuếch đại từ kép ПДД -1,5B Bảng 3.3 Đặc tính khơng tải khuếch đại từ kép Bảng 3.4 Giá trị F2 Bảng 3.5 Đặc tính khơng tải máy phát Bảng 3.6 Vector điện áp ứng với trạng thía khố S abc Bảng 3.7 Bảng chọn vector điện áp điều khiển trực tiếp mômen Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật biến ACS800 Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật động Bảng 5.1 Các tín hiều đầu vào điều khiển Bảng 5.2 Các tín hiệu đầu điều khiển DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đặc tính điện kiểu máy xúc Hình 1.2 Sơ đồ điều khiển truyền động máy xúc EKG – 4.6 Hình 1.3 Đặc tính máy xúc EKG - 4.6 Hình 1.4 Sơ đồ hồi tiếp cắt nhanh theo dịng БTO Hình 1.5 Sơ đồ truyền động điện máy xúc EKG -8И Hình 1.6 Đặc tính hệ truyền động điện máy xúc EKG - 8И Hình 1.7 Sơ đồ truyền động máy xúc ЭШ-10/60 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý máy xúc EKG -10 Hình 2.1 Các đầu vào biến tần Atilvar 71 Hình 2.2 Sơ đồ kết nối biến tần Delta Hình 2.3 Sơ đồ nối biến tần siemens Hình 2.4 Sơ đồ kết nối biến tần ABB Hình 2.5 Sơ đồ kết nối biến tần N700V Series Hình 3.1 Hệ thống truyền động điện cấu vào tay gầu Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khởi động từ kép sử dụng máy xúc EKG- 5A Hình 3.3 Đặc tính khơng tải khuếch đại từ kép Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cuộn YCM-1 Hình 3.5 Đặc tính hệ số Ke Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý cuộn YCM-6 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý cuộn kích từ độc lập Hình 3.8 Sơ đồ mạch kích thích song song Hình 3.9 Sơ đồ ngun lý động vào tay gầu Hình 3.10 Cơ đồ cấu trúc Matlab mô máy xúc EKG - 5A Hình 3.11 Kết mơ cắt nhanh theo dịng Iư Hình 3.12 Kết mơ Ef, Iư, Wđc Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển động biến tần Hình 3.14 Đặc tính động không đồng ba pha thay đổi tần số Hình 3.15 Động khơng đồng a) Rơ to lồng sóc, b) Rơto dây quấn Hình 3.16 Sơ đồ thay động khơng đồng Hình 3.17 Đặc tính động khơng đồng Hình 3.18 Điều khiển mơmen cách quay từ thơng stator Hình 3.19 Mơ tả hàm đóng cắt mạch lực Hình 3.20 Thay đổi vị trí vector từ thơng stator  s Hình 3.21 Quĩ đạo vector từ thơng stato Hình 3.22 Vị trí vector từ thơng stator  s hệ toạ độ  Hình 3.23 Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp mơmen ĐCKĐB Hình 4.1 Sơ đồ kết ni bin tn ABB Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động Encoder Hình 4.3 Inrcemental Encoder E30S4-1000 Hỡnh 4.4 Cơng tắc hành trình D4V-8104Z Hình 4.5 Sơ đồ kích thước cơng tắc hành trình D4V-8104Z Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc mô hệ biến tần - động Hình 4.7 Cấu trúc điều khiển tốc độ Hình 4.8 Cấu trúc điều khiển trực tiếp Mơmen Hình 4.9 Bộ lọc DC hãm Hình 4.10 Khối đo điện áp dịng điện Hình 4.11 Khối Demux Hình 4.12 khối Chỉnh lưu nghịch lưu Hình 4.13a Giản đồ mơ tốc độ ổn định Hình 4.13b Giản đồ mơ tải khơng đổi Hình 4.14 Sơ đồ mô với tải cố định tốc độ ổn định Hình 4.15b Giản đồ mơ tốc độ tăng dần Hình 4.15b Giản đồ mơ tải khơng đổi Hình 4.16 Sơ đồ mơ với tốc độ tăng dần mơmen cố định Hình 4.17b Giản đồ tốc độ thay đổi giảm dần Hình 4.17b Giản đồ mơ với mơmen giảm dần Hình 4.18 Sơ đồ mô với tốc độ giảm dần mômen giảm dần Hình 4.19a Giản đồ mơ tốc độ ổn định Hình 4.19b Giản đồ mơ mơmen q tải Hình 4.20 Sơ đồ mơ với mơmen q tải Hình 5.1 Sơ đồ ghép nối hệ thống điều khiển máy xúc Hình 5.2 Sơ đồ ghép nối PLC với biÕn tÇn Hình 5.3 Sơ đồ kết nối vào PLC Hình 5.4 Lưu đồ thuật tốn chương trình Hình 5.5 Chương trình điều khiển nâng hạ gầu Hình 5.6 lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển cấu vào gầu Hình 5.7 Chương trình điều khiển Cơ cấu quay di chuyển Hình 5.8 Chương trình điều khiển đóng mở đáy gầu Hình 5.9 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển khâu gầu Hình 5.10 Lưu đồ thuật tốn chương trình xử lý cố MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị LỜI NÓI ĐẦU Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG MÁY XÚC EKG Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 1.1 Tình hình sử dụng máy xúc EKG giới mỏ Việt Nam 1.2 Phân loại máy xúc điện EKG 1.3 Cấu trúc chung hệ truyền động máy xúc 1.4 Giới thiệu số loại máy xúc điện sử dụng Việt Nam giới 1.4.1 Máy xúc EKG - 4,6 1.4.2 Máy xúc EKG – 5A 1.4.3 Máy xúc EKG - 8И 11 1.4.4 Máy xúc ЭШ-10/60 13 1.4.5 Máy xúc EKG -10 15 Chương GIỚI THIỆU CÁC LOẠI BIẾN TẦN 17 2.1 Biến tần Altivar 71 17 2.1.1 Tính biến tần Altivar 71 17 2.1.2 Các đầu vào biến tần Altivar 71 18 2.2 Biến tần Delta 19 2.2.1 Tính biến tần Delta 19 2.2.2 Các đầu vào biến tần Delta 19 2.3 Biến tần Siemens 20 2.3.1 Giới thiệu chung 20 2.3.2 Thông số kỹ thuật biến tần MM410 21 2.3.3 Sơ đồ nối dây 22 2.4 Biên tần ABB 23 2.4.1 Đặc tính kỹ thuật 23 2.4.2 Sơ đồ nối dây 23 2.5 Biến Hyundai N700V Series 24 2.5.1 Thông số kỹ thuật 24 2.5.2 Sơ đồ kết nối biến tần N700V Series 25 Chương NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 CỦA MÁY XÚC EKG - 5A 26 Các thông số kỹ thuật hệ thống truyền động điện máy 26 xúc EKG 5A 3.2 Hệ thống truyền động điện của máy xúc EKG - 5A 32 3.2.1 Truyền động điện cấu vào tay gầu 32 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Khuếch đại từ 35 3.3 Thành lập mơ hình tốn mơ tả máy xúc EKG - 5A 38 3.3.1 Thành lập mơ hình tốn khuếch đại từ kép ПДД -1,5B 38 3.3.2 Thành lập mơ hình tốn khâu máy phát 40 3.3.3 Thành lập mơ hình tốn khối động 41 3.4 Xác định thông số 43 3.4.1 Xác định hệ số KIi 43 3.4.2 Xác định số thời gian cuộn dây khuếch đại 43 từ kép ПДД -1,5B 3.4.3 Xác định khâu hồi dòng, theo áp 44 3.4.4 Xác định sức từ động cuộn dây điều khiển YCM-2 45 3.4.5 Xác định sức từ động cuộn YCM-1 46 3.4.6 Xác định sức từ động cuộn YCM-6 50 3.4.7 Xác định sức từ động cuộn YCM-4 52 3.4.8 Xác định tham số Eođ máy phát vào tay gầu 52 3.4.9 Xác định sức từ động kích thích độc lập 53 3.4.10 Xác định sức từ động mạch kích thích song song 54 3.4.11 Xác định số thời gian máy phát 55 3.4.12 Xác định tham số động vào tay gầu 57 3.5 Hệ truyền động biến tần – động không đồng ba pha rụto 61 lng súc 3.5.1 Sơ đồ nguyên lý truyền động hệ biến tần - động rôto lồng 62 sãc 3.5.2 Mô tả chung động không đồng 64 3.5.3 Phương trình đặc tính động không đồng 65 3.6 Điều khiển trực tiếp mụmen 68 Chng Lựa chọn thiết bị điều khiển cảm biến 74 4.1 Chn bin tn 74 4.2 Chn ng c 76 4.3 Chọn thiết bị đo tốc ®é 77 4.4 Cơng tắc hành trình Roller Lever D4V-8104Z 79 4.5 Mô hệ biến tần – động KĐB rơto lồng sóc 81 4.5.1 Sơ mơ hệ biến tần – động KĐB tơto lồng sóc 81 4.5.2 Kết q trình mơ 82 Chng Xây dựng chương trình điều khiển 93 5.1 Thiết kế phần cứng cho hệ điều khiển 93 5.2 Lựa chọn module cho PLC 94 5.3 Sơ đồ ghÐp nèi biÕn tÇn víi PLC 95 108 Trên sở đánh giá mức độ tác động (ảnh hưởng) tham số tới chất lượng hệ thống Vì đề tài cịn nhiều vấn đề cần phải tiếp tục hồn thiện phát triển Hướng phát triển đề tài đề cập đến vấn đề: hiệu chỉnh tham số ảnh hưởng đến chế độ vận hành máy xúc họ EKG – 5A: nhiệt độ, độ ẩm, chế độ làm việc v.v… Qua đó, ta xây dựng hiệu chỉnh hệ thống làm giảm bớt loại trừ sai số ảnh hưởng tham số đưa mơ hình làm cho chất lượng hệ thống ngày ổn định 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Cơng Hồ (2004), Thiết bị cảm biến chấp hành công nghiệp, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2000), Tự động hoá với Simatic S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Http:// www.Vihem.com.vn Http:// www.ABB.com Http:// www.siemens.com Tài liệu kỹ thuật chung giới thiệu máy xúc họ EKG – 5A, Công ty Than Na Dương Thái Duy Thức (2001), Giáo trình truyền động điện tự động cơng nghiệp Mỏ Dầu khí, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 110 PHỤ LC Sơ đồ mạch lực điều khiển biến tần ACS800 Mạch lực 111 Chức đầu cực trình bày bảng sau: X1 Kí hiÖu SCR AI1 AGND +10 V AI2 AGND AO1 Mô tả Cực nối dây cho cáp hình (Nối đát) Đầu vào tương tự (lập trình) Mặc định = Đặt tần số Độ phân rảI 0,1% Độ xác 1% J1 : AI1 OFF: 10V (Rv = 312 K) J1 : AI1 ON: 20 mA (Rv = 100 ) Đầu chung tín hiệu vào tương tự Nguồn điện áp 10V/10 mA cho đầu vào tương tự Đầu vào tương tự (lập trình) Mặc định = Không dùng Độ phân rảI 0,1% Độ xác 1% J1 : AI2 OFF: 10V (Rv = 312 K) J1 : AI2 ON: 20 mA (Rv = 100 ) Đầu chung tín hiệu vào tương tự Đầu tương tự (lập trình) Mặc định = tần số 20 mA (tải