Đ
ẠI HỌC THÁI NGUY
ÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR
ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 60520216
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. VÕ QUANG LẠP

PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iLỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Nga
Sinh ngày: 22 tháng 01 năm 1983

Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn tới
PGS.TS. Võ Quang Lạp người đã trực tiếp giảng dạy và dành nhiều thời gian
tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo
trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp, các thầy cô giáo trong
Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất
nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành
luận văn của mình
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và
tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô
giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.

Thái nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn Nguyễn Thị Nga
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iii

MỤC LỤC
NỘI DUNG Trang
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CÁM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi


1.3.2. Hệ điều khiển dùng cảm biến
14
1.4 Các phương án truyền động cho cân băng 15
1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều
16
1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-
Đ)
19
1.4.3 Hệ thống truyền động véc tơ biến tần – động cơ KĐB
22
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ
NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU
KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 25
2.1 Nội dung thực nghiệm 25
2.1.1. Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ:
25
2.1.2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc
25
2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý: 26
2.1.2.2. Nguyên lý làm việc 27
2.1.2.3. Bố trí thiết bị trên Module: 32
2.1.3 Hệ tải
36
2.2 Kết quả thực nghiệm 38
2.2.1. Đo điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa
38
2.2.1.1. Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung 38
2.2.1.2. Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung 38
2.2.1.3. Khâu sửa xung và gửi xung 39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
PHỤ LỤC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
1 ĐHCN Đại học Công nghiệp
2 CBĐL Cân băng định lượng
3 ĐC Động cơ điện một chiều
4 ADC Analog Digital Convert
5 DAC Digital Analog Convert
6 PWM Bộ biến đổi xung điện áp
7 XA-Đ Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều
8 T-Đ Thyristor - động cơ
9 CL-Đ Chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều
10 F-Đ Hệ máy phát động cơ
11 BBĐ Bộ biến đổi
12 PID Proportional Intergal Derivative
13 PI Proportional Intergal
14 FXCĐ Phát xung chủ đạo
15 SRC Sóng răng cưa
16 TXPCX Tạo xung phân chia xung
17 SS So sánh
18 ĐK Động cơ không đồng bộ

vòng
kín.

17
Hình 1.14
Đường đặc tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch
vòng kín
18
Hình 1.15
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
ha
i mạch vòng
kín.

18
Hình 1.16
Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung
một chiều
19
Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H 20
Hình 1.18 Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H 20
Hình 1.19 Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển 22
Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý điều khiển ĐC KĐB bằng thiết bị biến tần 23
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha 26
Hình 2.2
Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của chỉnh lưu hình cầu 3
pha
28
Hình 2.3 Sơ đồ khối một kênh tạo xung 28
Hình 2.4 Sơ đồ tạo xung cho một kênh 30

Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng 51
Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 52
Hình 3.11
Các tín hịệu khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị của khối
lượng đặt đầu vào
φ
đặt
= 10 (V), I = 8,7 (A)
54
Hình 3.12
Quan hệ giữa


và


56

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn
Cân băng định lượng được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất công
nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng này. Song để đáp ứng
giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở thí nghiệm của Trường Đại học
kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và
khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện
- điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng”

lượng các nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm
thì người ta đều sử dụng hệ thống cân băng định lượng.
 Chẳng hạn như cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng
thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra.
Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của công nghệ
sản xuất xi măng lò đứng. Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ
thống cân băng định lượng điều khiển bằng máy vi tính. Hệ thống gồm 06 bộ
cân băng được đặt dưới đáy các xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến
miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao. Nhiệm vụ chính
của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lưu lượng và điều khiển lượng
nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra.
Nguyên liệu từ đáy các xilo được trút lên mặt các băng tải cân băng qua
hệ thống cấp liệu. Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau
(vận chuyển các nguyên liệu khác nhau với 1 lưu lượng khác nhau) nhằm mục
đích khống chế và điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lưu lượng liệu nhận được
ứng với giá trị đặt trước theo yêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn
hoặc bằng giá trị cho phép.
Hệ thống 06 cân băng định lượng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao
su và băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã được phối) đổ vào
máy ngiền bi thực hiện nghiền thành bột liệu. Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn
(về kích thước) sẽ được hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt
chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm
2
) sẽ được máy phân ly đưa
trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.
Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3



4

nóng và gió lạnh) vận chuyển qua bộ phân ly than thô và bộ phân ly xyclone
tới các rãnh và vòi đốt. Than được vận chuyển theo băng tải lên đỉnh boongke
than, ở đầu ra của boongke than nguyên được cấp xuống đầu vào máy cấp
than nguyên qua ống rót hình nón bởi một van điều khiển. Thông thường mỗi
lò hơi được trang bị 8 máy cấp than nguyên (2 máy cấp cho 1 máy nghiền) đặt
ở đầu ra của boongke than nguyên.
Động cơ dẫn động máy cấp than nguyên có thể thay đổi tốc độ và
được điều chỉnh tải theo sự thay đổi của máy nghiền. Khi yêu cầu tải tăng lên
thì tốc độ máy cấp phải được điều chỉnh tăng lên để đáp ứng lượng than yêu
cầu. Trong máy cấp than nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số
lưu lượng than tại chỗ, từ xa và tổng lượng than qua máy nghiền. Hệ thống
cấp than được thiết kế để đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy
nghiền một cách chính xác, tin cậy và không bị gián đoạn. Than từ
boongke được cấp ở một tốc độ xác định được điều khiển trên băng chính của
máy cấp than nguyên.

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5

Như vậy ta thấy với dây chuyền nhà máy nhiệt điện ở máy cấp than
nguyên có một hệ thống cân điện tử cung cấp chỉ số lưu lượng than tại chỗ, từ
xa và tổng lượng than qua máy nghiền. Hệ thống cấp than được thiết kế để
đảm bảo việc cung cấp than từ boongke vào máy nghiền một cách chính xác,
tin cậy và không bị gián đoạn. Than từ boongke được cấp ở một tốc độ xác
định được điều khiển trên băng chính của máy cấp than nguyên. Do vậy, với

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu
điện trở và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ . Nó được khuếch đại và đưa đến
bộ vi xử lý thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC). Chỉ một nửa tải trọng
của vật liệu được con lăn cân Sàn con lăn được tính như sau:
Leff = Lg/2
(1.1)

Trong đó: Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m).
Lg : Tổng chiều dài sàn (m).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

7

Tải trọng băng tải Q được tính toán như sau: Q = QB/Leff (1.2)
Q: Tải trọng băng tải (Kg/m).
QB: Tải trọng trên sàn (Kg)
+ Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi và
chuyển đổi theo tần số xung.
+ Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính toán tốc độ cấp liệu, được
tính theo công thức sau: I = Q.v = QB.v/Leff (1.3)
I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng).
v: Tốc độ băng tải (m/s).
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông
Hệ thống cân băng định lượng được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp
liệu của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke hoặc silo. Bề dày của
vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng
tải là không thay đổi. Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều
chỉnh tốc độ băng tải.



9

cục (cát, đá dăm, than, thóc gạo ) hoặc các vật liệu thể rắn (gỗ, hòm ,
thép thỏi) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (góc
nghiêng không lớn hơn
0
30
).Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản
xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các
phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền
sản xuất.
Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có:
+ Động cơ điện
+ Hộp số
+ Trục chính (hoặc truyền động xích, dây cơroa…)
+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định lượng

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng
1.2.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng
1.2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất
- Ta có công thức: Qt = m.v.t (1.5)
Trong đó: m: khối lượng (kg) ; v: tốc độ băng tải (m/s) ; t: thời gian đặt (ms)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

10

- Với năng suất Q sau khoảng thời gian t

.10
3
(1.8)
Trong đó:
γ : Khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ]
S : Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]
1.2.3. Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng
1.2.3.1. Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng:
w
( )
w
C CO dm co
dm
M M M M

 
  
 
 
(1.9)
Trong đó:
Mco - Mômen ứng với tốc độ ω = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm
Mc - Mômen ứng với tốc độ ω
Với băng tải α = 0. Do đó ta có Mc = Mđm = const . Ta thấy rằng tải
của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm
việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/


( rad/s) (1.10)

,
max
max
W
v
R

( rad/s) (1.11)
Vận tốc của trục quay quy đổi với hộp số i
W
max
= W’
max
. i (rad/s) (1.12)
W
min
= W’
min
. i (rad/s) (1.13)
Từ phương trình động học của truyền động điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

12w
c
d

1.2.3.5. Sơ đồ động học
Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng gồm có :
+ Động cơ điện
+ Hộp số
+ Trục chính để lắp vào máy quay băng tải

Hình 1.9: Sơ đồ động học
1.2.3.6. Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
1.2.3.7. Độ chính xác
Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng, được đánh giá bởi sai
lệch tĩnh:
%
w w
w
.100% .100%
w w
d t
dm d



 
(1.15)
1.2.3.8. Dải điều chỉnh
D = w
max

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

15

đại thứ nhất bằng bộ chuyển đổi Converter số tương tự DAC nhằm chuyển tín
hiệu số sang tương tự

Hình 1.11: Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số
1.4 Các phương án truyền động cho cân băng
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ
và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền
động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ
tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà
ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để
thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động
cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động
của cân băng thì ta có các phương án truyền động sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/