ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HOÀNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN -
ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Ở
PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG TRONG NHÀ
MÁY SẢN XUẤT XI MĂNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái nguyên - 2014


1

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu luận văn
Trong nhà máy sản xuất xi măng, cân băng định lượng có một vị
trí rất quan trọng, nó giúp cho việc cân các nguyên liệu để đảm bảo
cho mác xi măng được chính xác. Vì vậy bản luận văn đã tìm hiểu
nghiên cứu các yêu cầu về hệ điều khiển chuyển động cho cân băng
định lượng. Dựa trên các phương án xây dựng hệ điều khiển chuyển
động cho cân băng định lượng có trong nhà máy, phương án này phù
hợp với hệ truyền động biến tần-động cơ điện xoay chiều ba pha điều
khiển bằng PLC S7-300 có ở phòng thí nghiệm trong nhà trường. Vì
vậy đề tài được chọn “Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến
tần-động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở phòng thí
nghiệm khoa Điện-Điện tử để điều khiển truyền động cho cân
băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng”. Kết quả của
bản luận văn này giúp cho nghiên cứu hệ truyền động mới, có ý
nghĩa ứng dụng trong thực tế sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu tổng quan về dây chuyền sản xuất xi măng trong đó
nghiên cứu kỹ các yêu cầu điều khiển chuyển động của cân băng
định lượng và các phương án truyền động cho cân băng định lượng
có trong nhà máy để từ đó giúp cho việc chọn phương án thích hợp.
- Dựa trên phương án đã chọn kết hợp với sơ đồ hệ thống truyền
động biến tần-động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha ở
phòng thí nghiệm tiến hành tính toán, khảo sát, mô phỏng để đánh
giá chất lượng hệ truyền động này làm cơ sở so sánh với phần thực
nghiệm.


Hình 1.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xi măng lò quay
Đá vôi

Máy đ
ập

Kho ch
ứa



Két nghi
ền

Cân

Nghiền và sấy
nguyên liệu thô
Si lô chứa và cấp
nguyên liệu thô
Than

D
ầu

Nghi
ền, sấy

S
ấyLò nung
Làm mát Clinker

Đ
ập Clinker

Si lô chứa
Clinker
4

1.2 Các công đoạn chính trong nhà máy sản xuất xi măng.
1.2.1 Đập đá vôi và kho chứa nguyên liệu thô
+ Đập đá vôi (hình 1.2)
+ Kho chứa đá vôi (hình 1.3)
+ Kho chứa đá sét (hình 1.4)
+ Kho chứa nguyên liệu tổng hợp (hình 1.5)
1.2.2. Cân phối liệu và nghiền nguyên liệu
+ Cân phối liệu (hình 1.6)
+ Nghiền nguyên liệu thô (hình 1.7)
1.2.3. Lò và lọc bụi
+ Chứa liệu và cấp liệu thô cho lò (hình 1.8)
+ Tháp tiền nung và lò nung (hình 1.8)
1.2.4. Làm mát Clinker (hình 1.9)
1.2.5. Nghiền than (hình 1.10)
1.2.6. Nghiền xi măng
- Cân phối liệu cho xi măng (hình 1.11)
- Nghiền xi măng (hình 1.12)
- Silô chứa xi măng (hình 1.13)
1.2.7. Đóng bao và xuất xi măng
- Xuất xi măng rời (hình 1.14)
- Cấp liệu cho các máy đóng bao (hình 1.15)
- Máy đóng bao (hình 1.16)
- Xuất xi măng (hình 1.17)
- Philo sophy of the system (hình 1.18)
1.3 Hệ thống cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng.
1.3.1 Nhiệm vụ của cân băng định lượng

4: Tang bị động. 9: Động cơ không đồng bộ
5: Bulông cơ khí. 10: Cảm biến vị trí
1.3.3.2. Nguyên lý hoạt động
+ Đo theo năng suất: Q = m.v.t (kg/s)
5

1
4

7

8

9

1

3

2

6

6

Trong đó: m là khối lượng liệu (kg), v là vận tốc băng tải (m/s), t là
thời gian đặt (ms).

Hình 1.20. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bằng PC
7

1.3.4.3. Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động của hệ thống điều khiển
tự động

* Khối 1: Đầu đo khối lượng
* Khối 2: Khối khuếch đại.
* Nhận xét:
Với nguyên lý và những yêu cầu về truyền động cho cân băng
định lượng trong dây chuyền sản xuất xi măng ở nhà máy xi măng
Hoàng Mai chúng ta thấy việc ứng dụng cho hệ truyền động biến tần
- động cơ điện có dùng máy tính để điều khiển và giám sát hệ thống
là hệ truyền động tối ưu nhất. vì vậy trong chương tiếp theo sẽ
nghiên cứu khảo sát, tính toán hệ thống Biến tần – Động cơ điện
không đồng bộ xoay chiều 3 pha với việc ứng dụng PLC – S7 300 sẽ
đáp ứng được yêu cầu truyền động này.


ồ khối hệ thống điều khiển tự động

cân băng định lượng
8

Chương 2. KHẢO SÁT TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG
CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
2.1 Sơ đồ khối hệ thống Biến tần – Động cơ điện xoay chiều ba
pha.
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống PLC – Biến tần – Động cơ
2.2 Quy đổi đại lượng điện của động cơ không đồng bộ (KĐB) từ
hệ tọa độ vectơ không gian (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên stato
(,).
Việc quy đổi các vectơ dòng điện và điện áp về hai trục (,) ta
được công thức:




i
i
i

3/22/1 0
6/16/13/2
i
i

Ma trận biến đổi ngược:
C
1
T
=












2/16/1
2/16/1
03/2



2.3 Quy đổi đại lượng điện của động cơ từ hệ tọa độ cố định trên
stato (,) về hệ tọa độ tựa theo từ thông rôto (d,q)
Các vectơ điện áp được quy đổi theo các biến i
1d
, i
1q
, 
2d
, 
2q
.












0
0
u
u
q1
d1

r
n1nn
pT1LL0
TpT10L
T
k
kpLRL
k
T
k
LpLR
















q2
d2
q1

)
Biểu thức trên cho phép ta tính toán mômen theo từ thông
rôto và dòng điện stato.
2.5 Cơ sở định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông
rôto (d,q)
Mômen điện từ khi đó là:
M = k
r

2d
i
1q
= k
r
.T
2
.
s
.L
m
.i
1d
.i
1q
(vì 
2d
= L
m
.i
1d


Vectơ dòng điện stato được xác định như sau:
i
1d
=
2
3
.I
0m
=
3
.I
0
và

i
1q
=
3
.T
2
.I
0
. 
s

10

không đồng bộ bằng thiết bị biến tần


*



-

-

-

R


R
1

R
1

k
s


1






,



,


a,b,c

,


d,q

,


d,q
a,b,c

,


-

+

=
i
1q

I
s

k
s
R
1
R
1

R

t
0
C

W
1
(p)



*
q1
i

-

-

M
c
M

U
s
s


-

1


p
1

d1
i


i

)
p(W
L

d1
i

K
r
Jp
1

M

c
M

q1
*
i

-



-

-

Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển số
biến tần và động cơ điện xoay chiều
Trong đó :
S
p
: Tín hiệu chủ đạo số đặt tốc độ.
T
1
, T
2
: Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử)
H(p) : Khâu lưu giữ 0.
2.7.1 Tổng hợp hệ thống
Tổng hợp mạch vòng dòng điện
S
p

T
2
U
*
i

U

T
1
*
q1
i

K
r
W
L
(p)
T(p)
R
1
(p)

R

(p)
Jp
1

C
M

M
*

-Hàm truyền hệ kín của mạch vòng tốc độ
W
Kω
(Z) =
K
0
D
3
Z
4
+ K
0
D
2
Z
3
+ K
0
D
1
Z
2
+ K
0
D
0
Z

B
(Z)
n(z)
-
K
e
14

W
Ki
(Z)=
D
3
Z
3
+ D
2
Z
2
+ D
1
Z + D
0
E
3
.Z
3

3

+ G
1
V
2
+ G
2
V+ G
3
=0 (2.17)
Thay số và tính toán (phụ lục 1) ta được các hệ số:
G
0
= 0.0421 ; G
1
= 0.6383 ; N
0
= 5.2073 ; N
1
= 34,2122 >0
b) Xác định ổn định của mạch vòng tốc độ
Từ hàm truyền đạt kín của mạch vòng tốc độ (2.15)
W
Kω
(Z) =
K
0
D
3

2
+ F
1
Z + F
0

Ta có phương trình đặc tính:
F
4
Z
4
+ F
3
Z
3
+ F
2
Z
2
+ F
1
Z + F
0
= 0 (2.21)
Đổi biến
V +1
Z
V 1




2.8 Khảo sát chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab
Simulink
2.8.1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện
a) Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng dòng điện sang hàm số
truyền theo Z
15

Hình 2.9. Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện
số
trên
Matlab simulink
b) Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô phỏng hệ
thống

Hình 2.10a : Đáp ứng dòng điện với k
p
= 0.25; k
i
= 42 ;
T = 0,5Tu=
0,002
W
Hi
(Z)
R
i

17

b). Sử dụng phần mềm Matlab simulink mô phỏng hệ thống
Sau khi thay các thông số đã tính toán tiến hành, sử dụng
phần mềm Matlab simulink mô phỏng hệ thống ta được kết quả mô
phỏng hình 2.12
Hình 2.12a: Đáp ứng tốc độ với; kp=0.25; ki = 42; k

=0.0006; T =
0,5 Tu = 0,00165
Hình 2.12b: Đáp ứng tốc độ với T= 0.002;kp= 0.25; ki = 50;
k

= 0.00058
Kết quả mô phỏng đạt các yêu cầu của hệ thống :
18

+ Độ quá điều chỉnh d % < 26 %
+ tqđ = 0.6 s
+ Sai lệch tĩnh = 0 %
19

Chương 3.
NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH

3.2. Kết quả thí nghiệm
3.2.1 Thí nghiệm với bộ điều khiển P trong S7-300
Sai lệch tĩnh 0,5% ; Thời gian quá độ 0,5s
3.2.2. Thí nghiệm với bộ điều khiển PI trong S7-300
Sai lệch tĩnh: 0.1% ; Thời gian quá độ: 5s
21

* Nhận xét:
Với kết quả của thí nghiệm cũng như tính toán về lý thuyết
cho thấy có thể ứng dụng hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện
không đồng bộ xoay chiều 3 pha của phòng thí nghiệm để điều khiển
chuyển động cho cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi
măng. Thực tế trong nhà máy xi măng Hoàng Mai người ta sử dụng
hệ thống truyền động tương tự như ở phòng thí nghiệm là Biến tần–
Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha dùng máy tính để
điều khiển và giám sát hệ thống này.

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:
1. Kết luận:
Nội dung cơ bản trong luận văn tập trung vào nghiên cứu và
khảo sát hệ truyền động Biến tần – Động cơ điện không đồng bộ
xoay chiều ba pha tại phòng thí nghiệm Khoa Điện - Điện Tử trường