Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Lời nói đầu
Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ
giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Với vai trò là mũi nhọn của kỹ
thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao.
Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử
công suất, Kỹ thuật đo lờng đã và đang đợc triển khai trên quy mô rộng lớn,
tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với năng suất
cao và chất lợng tốt. Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây chuyền
sản xuất đóng vai trò rất quan trọng. Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất,
giữa các phân xởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây
chuyền. Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng
ngày càng đa dạng và phức tạp.
Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử - tin
học, các hệ truyền động điện đợc phát triển và có thay đổi đáng kể. Đặc biệt, do
công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các
bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng đ-
ợc yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích th-
ớc và hạ giá thành của hệ truyền động.
Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong
Bộ môn Tự động hoá XNCN đặc biệt là thầy Bùi Quốc Khánh và của các bạn
sinh viên khác cộng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đợc bản đồ án
này. Tuy nhiên, do thời gian tơng đối ngắn và trình độ chuyên môn còn hạn chế
nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận đợc sự góp ý của các
thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án này đợc hoàn thiện hơn.
Ngày 21/5/2004
Sinh viên
Hồ Anh Đàm
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
chọn đá mài ta cần chú ý tới các điều sau :
- Vật liệu mài
- Chất kết dính đá mài
- Độ cứng đá mài
- Kết cấu đá
Nhữngđiều trên quy định trong công nghệ cắt.
Chọn chế độ cắt : chọn chế độ mài là chọn chế độ quay của đá tốc độ quay
cua chi tiết lợng chạy dao ngang và chiều sâu cắt . Ví dụ nh :
- Tốc độ quay của đá quá chậm sẽ tăng lực cắt chóng mòn đá.
Nếu tốc quá cao lực li tâm lớn sẽ gây gẫy trục vỡ đá
Tốc độ vật mài phụ thuộc vào yêu ccầu kĩ thuật độ bóng bề mặt gia công.
Mài tinh hay mài thô tuỳ thuộc vào lợng chạy dao có tốc độ mài hơp lý.
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
II. Đặc điểm truyền động của máy mài
1. Chế độ làm việc của máy mài.
Máy mài là loại máy thuộc giai đoạn gia công cuối cùng nhằm tạo ra các
sản phẩm có bề mặt đạt yêu cầu cao về công nghệ. Nó thờng làm việc ở chế độ
dài hạn.
2. Đặc điểm của truyền động ăn dao và khoảng điều chỉnh của nó
Trong đồ án này chỉ yêu cầu điều khiển cơ cấu ăn dao của máy mài nên ta
chỉ giới thiệu về truyền động ăn dao.
ở máy mài tròn cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng
bộ nhiều cấp tốc độ(điều chỉnh số đôi cực p) với vùng điều chỉnh tốc độ D=(2 ữ
4)/1. ở các máy cỡ lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi - động cơ điện một chiều
(BBĐ-ĐM), hệ KĐT-ĐM có vùng điều chỉnh tốc độ D =10/1 với điều chỉnh điện
áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ
BBĐ-ĐM với vùng điều chỉnh tốc độ D =(20 ữ 25)/1.
-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở tốc độ =
đm
x- Số mũ đặc trng cho phụ tải
Với cơ cấu ăn dao trong truyền động của máy mài thì hệ số tải x = 0, do
đó phơng trình đặc tính cơ đợc viết nh sau:
M
c
= M
cđm
= const
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng 2
Lựa chọn phơng án truyền động
I. Chọn phơng án truyền động
1. Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất động
học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ
KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động
cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn
hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao nh
máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng
sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong
nhiều môi trờng. Biến tần có hai loại là biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn
áp:
a. Biến tần nguồn dòng
tạo đơn giản, rẻ tiền, vận hành an toàn và chắc chắn.
+ Đáp ứng đợc nhiều chế độ mài với mômen mở máy có quán tính lớn.
+ Không cần đảo chiều, không cần hãm tái sinh khi dừng máy.
2. Luật điều khiển tần số động cơ không đồng bộ
1. Luật điều chỉnh từ thông không đổi
Thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số động cơ phải thực hiện đồng thời với
việc điều chỉnh biên độ điện áp stato đặt vào động cơ. Thông qua từ thông động
cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc có thể dùng điều
khiển gián tiếp thông qua các đại lợng khác nh tần số f
1
, điện áp U
1
, dòng điện I
1
và tần số trợt f
2
. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lờng gắn vào
stato động cơ có nhiều nhợc điểm nên thực tế ít sử dụng. Trong thực tế thờng sử
dụng các phơng pháp gián tiếp.
Trong chế độ định mức, từ thông là định mức và mạch từ có công suất tối
đa. Luật điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ đúng từ thông không đổi trên toàn
dải điều chỉnh. Tuy nhiên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất
nhiều vào độ trợt s, tức là phụ thuộc mômen tải trên trục động cơ. Vì thế trong
các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lợng cao cần tìm cách bù từ thông.
Từ kết quả thu đợc từ lý thuyết ta có quan hệ giữa dòng stato và từ thông
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
roto:
2
th
) và từ thông động cơ đều
không phụ thuộc vào tần số.
+ Từ thông của mạch từ luôn là tối đa và bằng với định mức.
Nhợc điểm của phơng pháp:
+ Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm thì làm tăng tổn
hao trong động cơ.
+ Mỗi động cơ phải cài đặt một sensor do từ thông không thích hợp chế
tạo đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh hởng vởi nhiệt độ và nhiễu.
2. Điều khiển tần số - điện áp động cơ không đồng bộ
Do ở vùng tần số cao (xung quanh giá trị định mức) mômen tới hạn có trị
số gần nh không phụ thuộc vào tần số, nếu tỉ số R
s
/f
s
nhỏ. Khi tần số giảm, từ
thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng điện định mức
không đổi ở mọi tần số, kết quả là mômen tới hạn của động cơ sẽ giảm, đặc biệt
sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp. Từ thông chỉ đợc duy trì là hằng số khi sụt áp
trên dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua đợc. Trong thực tế thì điện trở stato không
thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng định mức sẽ không thay
đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số. Do vậy,
sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỷ lệ lớn ở tần số nhỏ, điều này ảnh hởng đến từ
thông khe hở. Vì vậy Tỷ lệ U/f đợc tăng lên ở vùng tấn số thấp để bù lại sụt áp
trên điện trở stato. Điều chỉnh từ thông khe hở không đổi bằng cách điều chỉnh
dòng điện tần số trợt.
Mômen của động cơ đợc tạo ra bởi sự tác dụng giữa dòng stato và từ thông
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
60
2
s/rad,=
.
.=
.n
.i=.i=
maxc
maxcmax
15314
60
21000
3
60
2
+ Dải điều chỉnh tốc độ của động cơ
110 :==D
min
max
b. Chọn động cơ
Do truyền động yêu cầu trong dải điều chỉnh luôn giữ mômen không đổi
(M=const). Ta có công thức tính công suất cực đại của động cơ là:
Hiệu suất
= 84.5
cos
= 0.8
I
kđ
/I
đm
: 5
M
kđ
/M
đm
: 1.4
M
max
/M
đm
: 2
Số đôi cực: 2p = 6
Mômen quán tính : J
đ
= 0.2 kGm
c.Tính toán tham số của động cơ
+ Công suất đầu vào của động cơ là:
P
vđm
=
,.
=
I.
U
mđ
mđ
(
)
Mạch điện thay thế gần đúng và đồ thị vectơ của động cơ là:
+ Dòng điện sinh momen đợc tính theo công thức:
829
8450
80
110
1
,=
,
,
.,=
cos
I=I
mđ
mđsq
(A)
+ Dòng điện sinh từ thông đợc tính theo công thức:
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
mđsq
r
+ Điện kháng tản mạch stato đợc tính gần đúng là:
sq
mđ
I
sin.U
=X
1
1
Trong đó
cos.cossin.sin)]90(sin[sin
0
==
230
110
332
9720
110
829
11
,=
,
,
=
I
I
=X=>
I
U
=X+X
sd
mđ
m
sd
f
m
(
)
+ Hệ số tản từ của động cơ đợc xác định theo công thức:
1960
6878
47815
1
,=
,
,
=
X
X
=
m
+ Điện cảm tản stato đợc tính là:
349
: Điện cảm và điện trở mạch lọc
+
s
L
,R
s
: Điện cảm tản và điện trở một pha stato
+ Toàn bộ phần roto thay thế bằng một nguồn sức điện động
*) Mạch lọc và mạch stato có thể đợc mô tả bởi hàm truyền:
S
01
(p)=
Tp+
K
=
Lp+R 1
1
Với R=R
f
+ 2R
s
và K=
R
1
L=L
f
+ 2
s
L
và T=
(p). S
02
(p). S
ís
(p)
Do
b
và
i
là rất nhỏ nên ta có thể coi hàm truyền của đối tợng điều chỉnh
là: S
0i
(p)=K
s
.
)Tp+)(p+(
si
11
1
Trong đó: T=
R
L
;
si
=
b
.p+
i
; K
.K
T
2
.
Tp
Tp1+
.
)Tp+)(p+(
si
11
1
=
)p1(p
1
+
F
K
=
0
0
F1
F
+
=
22
pp1
1
+
Trong phơng pháp điều khiển giữ từ thông roto không đổi ta có:
M =
2
ssmms
2
r
2
s
2
ss
r
m
I)(F.K
T1
I
R
L
2
3
=
+
Khi đó sơ đồ mạch vòng tốc độ có dạng:
Mô hình chứa nhiều khâu phi tuyến phức tạp nên việc tổng hợp mạch vòng
điều chỉnh mômen là khó khăn, ta có thể đơn giản hoá nh sau: Hằng số thời gian
mạch vòng điều chỉnh mômen lớn, hằng số thời gian mạch vòng dòng điện nhỏ,
vì vậy khi khảo sát ta có thể thay mạch vòng điều chỉnh mômen bằng khâu quán
tính bậc nhất có tần số cắt đại diện
c
-
Jp
1
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Mô hình toán học của máy phát tốc: F
=
pT 1
K
+
Do hằng số thời gian Tc lớn do vậy tổng hợp mạch vòng dòng điện theo tiêu
chuẩn tối u đối xứng:
Ta có: S
0
=
pT 1
K
+
.
p21
1
si
+
=
pKT
pT1
0
0
+
F (p) =
)p(S).p(R 1
)p(S).p(R
+
=
+++
+
K)pT1()pT' 1.(pJKT
K)pT1(
0s
2
0
0
=
+++
+
KpKTpJKT pT'JKT
K)pT1(
0
2
, a
2
=
K
JKT
0
, a
1
= T
0
, a
0
=1
Ta có : a
12
- 2a
0
a
2
= 0, a
22
- 2a
1
a
3
= 0 suy ra: K
I
=
J
(1+.
pT 1
K
+
.
R
.
p21
1
si
+
.
Jp
1
) = -
Jp
M
C
C
M
=
)R
Jp
1
+
+
. Ta có R là khâu PI nên :
0p
lim
C
M
=
0p
lim
R
pT 1
K
Jp
1
+
+
= 0
Vậy khi Rlà khâu PI thì tín hiệu ra không phụ thuộc vào nhiễu loạn của
phụ tải Mc.
3. Tính toán tham số mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ
=
12
1
T
n
(T
n
là chu kì điện áp nguồn,
T
n
= 0.02s),
b
= 0.00083 s.
i
là thời gian lấy mẫu dòng điện:
i
=1 ms = 0.001s
si
=
b
+
i
=0.001 + 0.0008 = 0.0018 s
T
: Hằng số thời gian khâu phản hồi dòng điện, T
= 10ms = 0.01s
Tần số đóng cắt tới16kHz
Hạn chế dòng hoạt
Hoạt động theo ứng dụng có công tắc
hành trình
Nhiều dạng đặc tuyến tăng, giảm tốc:
Tuyến tính, S, U
Hai bộ đặc tuyến tăng/giảm tốc
Có thể chuyển đổi bộ đặc tuyến
b. ứng dụng công nghiệp dệt
16 cấp tốc độ đặt trớc
ngõ vào logic lỡng cực+/-10V
Điều khiển sức căng
Khâu hiệu chỉnh PI
c. ứng dụng bơm và quạt
Khâu hiệu chỉnh PI có thể thực hiện tự động hoặc bằng tay
Tự động khởi động lại
Tuỳ chọn cách dừng động cơ khi có lỗi
Hạn chế thời gian hoạt động ở tốc độ thấp
Có thể đặt các mức báo động cho các tham số:dòng, momen, nhiệt độ của
biến tần.
d. ứng dụng đặc biệt
Hạn chế dòng hoạt động
Catch on the fly
Có thể chọn cách dừng động cơ khi mất điện
Hoạt động với 50% điện áp
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
e. ứng dụng bao bì, đóng gói
Hãm trình tự
Menu Function: Thiết lập các tham số ở chế độ hãm, tăng/giảm tốc
Menu Fault: Thiết lập các hoạt động của động cơ khi có lỗi.
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Menu Communication: Thiết lập hoạt động các cổng truyền thông
Menu Monitoring: Thiết lập các chức năng hiển thị .
3.1. Setting menu SEt
: Speed reference via the remote terminal
Cho phép đặt tốc độ thông qua remote terminal. Tham số này đợc hiển thị
khi LCC = YES (menu CtL) hoặc Fr1/Fr2 = LCC(menu CtL). Trong tr-
ờng hợp này, LFr cũng có thể điều khiển thông qua keypad.
: Internal PI regulator reference
Tín hiệu đặt khâu PI, xem thêm rPI (menu Fun)
Dải điều chỉnh: 0.0 - 100%. Mặc định 0
: Acceleration ramp time
Cài đặt thời gian gia tốc gia tốc giữa tốc độ = 0 và tốc độ ở tần số định
mức FrS (menu drC).
Dải điều chỉnh: 0.1 - 999.9s. Mặc định 3s
: 2
nd
acceleration ramp time
Thời gian gia tốc ở chế độ 2, đợc kích hoạt thông qua rPS hoặc Frt
: 2
nd
deceleration ramp time
Thời gian giảm tốc ở chế độ 2, đợc kích hoạt thông qua rPS hoặc Frt
AC2, dE2 xem thêm ở menu Fun
: Đặt thời gian tA
1
: IR compensation/voltage boost
Khi UFt (menu drC) = n hoặc nLd: Compensation
Khi UFt = L hoặc P: Voltage boost
Dùng để cải thiện mômen động cơ ở tốc độ thấp(tăng UFr nếu mômen
thiếu).
Dải điều chỉnh: 0 - 200%, mặc định 20%
: Frequency loop gain
Tham số này sẽ đợc kích hoạt nếu UFt (menu drC) = n hoặc nLd. FLG
thay đổi khả năng của biến tần trong việc theo tốc độ tăng/giảm tốc dựa theo
quán tính của tải.
Dải điều chỉnh: 0 - 100%, mặc định 20%. Khi cài đặt UFt = L nên FLG
không đợc kích hoạt.
: Frequency loop stability
Tham số này sẽ đợc kích hoạt nếu UFt (menu drC) = n hoặc nLd. Dùng
thay đổi thời gian đáp ứng tốc độ về trạng thái ổn định sau khi có nhiễu loạn. Dải
điều chỉnh: 0 - 100%, mặc định 20%. Khi cài đặt UFt = L nên FLG không đợc
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
kích hoạt.
: Những tham số này sẽ hiển thị khi UFt (menu drC) = n hoặc nLd
: Slip compensation
Tham số này sẽ đợc kích hoạt nếu UFt (menu drC) = n hoặc nLd. Dùng
để thay đổi độ trợt động cơ ở tốc độ định mức. Dải điều chỉnh: 0 - 150%, mặc
định 100%. Khi cài đặt UFt = L nên SLP không đợc kích hoạt.
: Lever of DC injection braking current activted via logic input or
selected as a stop mode
Dòng điện 1 chiều bơm vào động cơ trong chế độ hãm động năng.
: Total DC injection braking time selected as a stop mode
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
xung quanh giá trị JPF 1Hz nhằm ngăn ngừa tình trạng tốc độ nguy cấp dẫn
tới cộng hởng. Nếu đặt chức năng này về 0 làm cho nó không hoạt động
Dải điều chỉnh: 0 -500Hz, giá trị mặc định : 0 Hz
: 2
nd
skip frequency
Cài đặt tần số bỏ qua thứ hai.
Dải điều chỉnh : 0 - 500Hz, giá trị mặc định : 0 Hz
: Jog operating frequency
: PI regulator proportional gain
: PI regulator integral gain
: PI feedback multiplication coefficient
: Reversal of the direction of correction of the PI regulator
: 2nd preset PI reference
: 3rd preset PI reference
: 4th preset PI reference
: 2nd preset speed
: 3rd preset speed
: 4th preset speed
: 5th preset speed
:6th preset speed
: 7th preset speed
: 8th preset speed
: 9th preset speed
: 10th preset speed
: 11th preset speed
: 12th preset speed
: 13th preset speed
Tần số ngỡng trên mà rơle có thể tác động (R1 hoặc R2 = StA) hoặc đầu
ra tơng tự AOV = 10V.
Dải điều chỉnh: 0 - 500Hz, mặc định bFr
: Motor thermal state threshold above which the relay contact
Trạng thái nhiệt độ mà rơle có thể tác động (R1 hoặc R2 = tSA) hoặc đầu
ra tơng tự AOV = 10V.
Dải điều chỉnh: 0 - 118%, mặc định 100%
: Motor current threshold
Dòng điện ngỡng trên mà rơle có thể tác động (R1 hoặc R2 = CtA) hoặc
đầu ra tơng tự AOV = 10V.
Dải điều chỉnh: (0 -1.5)I
đm
, mặc định I
đm
.
: Scale factor for display parameter
Chuyển đổi thang đo tần số sang thang đo tốc độ vòng/phút. Ví dụ với
động cơ 2 đôi cực tốc độ định mức 1500 vòng/phút ứng với tần số định mức, vậy
SdS = 30. Trong phạm vi đồ án, tốc độ định mức động cơ 1000 vòng/phút ứng
với tần số 50Hz -> SdS = 20
: Switching frequency
Tần số chuyển mạch có thể đợc tăng lên nhằm giảm tiếng ồn gây ra của
động cơ. Nếu tần số chuyển mạch tăng lên quá 4KHz có thể gây nên quá nhiệt
độ của động cơ. Khi nhiệt độ động cơ tăng quá cao biến tần sẽ tự động giảm tần
số chuyển mạch và sẽ tự động tăng lên khi nhiệt độ giảm.
Dải điều chỉnh: 2.0 - 16KHz, mặc định 4kHz
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
3.2.Motor control menu drC
500Hz
Mặc định: 50Hz
Với động cơ đã chọn thì không phải cài đặt lại tham số này.
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Copyright: Tài liệu đại học ©