Khảo sát thiết kế hệ thống cân băng định lượng nhà máy gạch COTTO Đáy Giếng VIGLACERA Hạ Long

Mục lục

ĐỀ TÀI
Khảo sát hệ thống cân băng định lượng
nhà máy gạch COTTO GIẾNG ĐÁY-
VIGLACERA Hạ Long
1
Giáo viên hướng dẫn : T.s Nguyễn Mạnh Tiến
Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Hướng

Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VIGLACERA HẠ LONG 2
1.1.Lịch sử hình thành và phát của triển công ty 2
1.2. Tìm hiểu công nghệ đất sét nung 4
1.2.1 Mô tả quá trình sản xuất 6
1.2.1 Mô tả quá trình sản xuất 6
1.2.3. Tìm hiểu công nghệ dây truyền tự động 7
1.3. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động 11
1.3.1. Loại phụ tải 11
1.3.2.Yêu cầu về khởi động và hãm 12
Chương 2 13
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ 13
2.1. Đặc tính động cơ không đồng bộ 13
2.1.1.Phương trình và dạng đặc tính cơ 13
2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp xung điện trở 14
2.1.3. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ 17
2.1.4.Phương pháp điều chỉnh bằng tần số 18

2.2.Nguyên lý điều khiển tần số 19
2.2.1.Nguyên lý 19
2.2.2.Luật điều khiển tần số 20
2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) 21
2.3.Bộ biến tần 24
2.3.1.Bộ biến tần và tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp 24
2.3.2.Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần 25
Chương 3 27
XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 27
3.1.Hệ thống điều khiển lưu lượng 27
3.1.1. Sơ đồ 27
Mục lục
3.1.2. Mô tả sơ đồ 28
3.2. Xây dựng đặc tính cơ của động cơ rung 29
3.3.Biến tần 3G3MV 32
3.3.1.Đầu vào ra của biến tần 32
3.3.2.Vận hành biến tần 34
3.3.3.Tham số biến tần 37
3.3.4. Cài đặt biến tần cho cân băng 39
Chương 4 40
TỔNG HỢP THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN 40
4.1.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 40
4.2.Sơ đồ cấu trúc từng khâu 40
4.2.1.Sơ đồ cấu trúc của động cơ 40
4.2.3.Điều chỉnh lưu lượng 43
4.3.Sơ đồ cấu trúc toàn bộ hệ thống 44
4.4.1. Mô tả sơ đồ cấu trúc hệ thống 45
4.4.2. Tổng hợp tham số bộ điều khiển: 45
4.4.3.Mô phỏng hệ thống: 48
KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Đối với một Quốc gia nói chung và nước ta nói riêng thì những ngành đóng vai trò
then chốt của nền kinh tế là: Điện, than, dầu khí Công nghiệp tự động hóa góp phần
thúc đẩy quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, xây dựng cơ sở hạ tầng phục
vụ dân sinh.
Để nâng cao chất lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm cũng như hỗ trợ cho con
người những công việc phức tạp, ngành tự động hoá đã ra đời và mang lại hiệu quả rất
cao đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu đó của con người.
Tự động hoá là một lĩnh vực đã được hình thành và phát triển rộng lớn trên phạm
vi toàn thế giới, nó đem lại một phần không nhỏ cho việc tạo ra các sản phẩm có chất
lượng và độ phức tạp cao phục vụ nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống. Ở nước ta, lĩnh vực
tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan tâm và đấu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực
công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất
nước.
Với thời gian và kiến thức có hạn chắc hẳn trong đồ án của em không tránh được
những sai sót, em rất mong các thầy giáo và các cô giúp đỡ và chỉ dẫn thêm để đồ án của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô trong trường cũng như viện điện nói
chung và các thầy, các cô trong bộ môn tự động hoá nói riêng đã giúp đỡ em nhiều kiến
thức trong những năm qua và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo T.s Nguyễn
Mạnh Tiến trong thời gian em làm tốt nghiệp đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Hà nội ngày 04 tháng 11 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Phạm Văn Hướng
1
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY VIGLACERA HẠ LONG

1.1.Lịch sử hình thành và phát của triển công ty
Công ty Viglacera Hạ Long là đơn vị thành viên của Tổng công ty thuỷ tinh và gốm
xây dựng - Bộ xây dựng; được thành lập từ tháng 9 năm 1978 tiền thân là Nhà máy gạch
Hạ Long, với công nghệ “lò vòng” do nước Ba Lan giúp xây dựng - chuyển giao công
nghệ. Vị trí đặt tại nhà máy gạch Cotto Giếng Đáy hiện nay. Với gần 30 năm xây dựng
và trưởng thành, được sự quan tâm của lãnh đạo bộ xây dựng, các cơ quan ban ngành
tỉnh Quảng Ninh, sự lãnh đạo trực tiếp của công ty Thuỷ tinh và gốm xây dựng, công ty
cổ phần Viglacera Hạ Long đã liên tiếp vượt qua mọi khó khăn thử thách, liên tục đi đầu
trong công tác đổi mới công nghệ, đầu tư chiều sâu, mở rộng sản xuất, năng động sáng
tạo và chăm lo đời sống cán bộ công nhân viên.
Sau 30 năm phấn đấu bền bỉ, vượt lên mọi khó khăn thách thức để không ngừng đổi
mới và phát triển, trên 3000 CBNV Công ty Gốm xây dựng Hạ Long trước kia- nay là
Công ty Cổ phần Viglacera Hạ Long, đã đưa Công ty từ một đơn vị sản xuất vật liệu xây
dựng với công nghệ lạc hậu, vươn lên vị thế Nhà sản xuất sản phẩm gạch, ngói đất sét
nung hàng đầu Việt Nam với trên 30 chủng loại sản phẩm có mặt tại thị trường 64 tỉnh
thành trong cả nước và xuất khẩu sang 26 quốc gia trên thế giới.
Cuối thập niên 70: Hoạt động với 01 nhà máy duy nhất – Nhà máy Gạch Tiêu
Giao tại Phường Hà Khẩu - Thành phố Hạ Long. Đây là nhà máy do nước bạn Bungari
giúp đỡ xây dựng.
Năm 1992: Nâng cấp và cải tạo Nhà máy Gạch Tiêu Giao với 02 lò dài 94m công
nghệ nung đốt bằng than cám công suất 80 triệu viên QTC /năm.
Năm 2001: Đầu tư xây dựng Nhà máy Gạch Giếng Đáy.
Năm 2002: Nhà máy Gạch Giếng Đáy đi vào hoạt động với một dây chuyền công
suất 1 triệu m2 QTC/năm; Thành lập Nhà máy gạch Hoành Bồ với diện tích 10 ha có địa
điểm tại xã Lê Lợi - Huyện Hoành Bồ.
Năm 2003: Đầu tư dây chuyền số 2 – một dây chuyền công nghệ hàng đầu trên thế
giới nâng công suất của Nhà máy Gạch Giếng Đáy lên 2 triệu m2 QTC/năm
2
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
Năm 2004: Đầu tư lắp đặt trang thiết bị với hai lò nung tuynel có công suất 80

triệu viên QTC /năm tại Nhà máy Gạch Hoành Bồ. Cuối tháng 12 năm 2004, Nhà máy
khánh thành và chính thức đi vào hoạt động.
Doanh thu năm 2007 đạt gần 500 tỷ đồng, trong đó xuất khẩu đạt trên 2 triệu USD,
lợi nhuận 31 tỷ đồng và nộp ngân sách nhà nước gần 30 tỷ đồng, tăng trưởng hơn 10 lần
so với năm 2001.
Với những thành tựu đã đạt được, Công ty đã được Nhà nước tặng thưởng nhiều
Huân chương, Cờ thi đua xuất sắc dẫn đầu phong trào của ngành và của Tỉnh Quảng
Ninh, nhiều năm liên tục là Doanh nghiệp sản xuất giỏi, nhiều cán bộ, công nhân kỹ thuật
được nhận danh hiệu Nghệ nhân có bàn tay Vàng.
Ngày 24/3/2008 đã trở thành mốc khó quên đối với trên 3000 CBCNV Công ty Cổ
phần Viglacera Hạ Long bởi sự kiện có ý nghĩa hết sức đặt biệt: Chủ tịch nước Cộng hòa
Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam đã ký Quyết định phong tặng Danh hiệu cao quý Anh hùng
lao động thời kỳ đổi mới cho Công ty. Ông Nguyễn Quang Mâu, Tổng Giám đốc Công ty
đã trịnh trọng đọc nguyên văn Quyết định của Chủ tịch nước.
Nhân dịp đón nhận phần thưởng cao quý này, Công ty tiếp tục phát động nhiều
phong trào thi đua mới trong lao động, sản xuất để giành nhiều thành tích xuất sắc hơn
nữa, xứng đáng với phần thưởng cao quý mà Đảng và Nhà nước trao tặng.
Chức năng, nhiệm vụ
Với bề dày hoạt động trên 30 năm công ty cổ phần Viglacera Hạ Long có chức năng
và nhiệm vụ chính là sản xuất và cung cấp các loại sản phẩm gạch sản phẩm đất sét nung
và gốm xây dựng. Công ty cổ phần Viglacera Hạ Long là đơn vị duy nhất trong cả nước
có sản phẩm là các loại gạch ốp lát cotto độc đáo với màu sắc tự nhiên, chống trơn trượt,
không bị rêu mốc, trong đó có các sản phẩm được thị trường trong và ngoài nước đặc biệt
quan tâm: gạch sản phẩm xây dựng, gạch gốm trang trí và bộ chống sét.
Cùng những bước phát triển hùng hậu, Vigalacera Hạ Long là một trong những
công ty sản xuất, cung cấp vật liệu xây dựng đầu tiên tại Việt Nam áp dụng các công
nghệ và lắp đặt dây truyền sản xuất hiện đại có quy mô lớn từ Italia, Đức… đạt những chỉ
tiêu chất lượng hoàn hảo. Công ty cổ phần Viglacera Hạ Long vẫn không ngừng nâng
cao chất lượng và tính thẩm mỹ của sản phẩm, an toàn với môi trường.
3

Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
1.2. Tìm hiểu công nghệ đất sét nung
4
Máy cắt
Máy xếp tải lò sấy
Đất sét phong hóa Thu gom Samot
Phơi sấy về W < 9% Bãi chứa Samot
Kho chứa
Sơ chế Samot cỡ hạt <5cm
Sơ chế ủ đảo cỡ hạt <5cm Bãi chứa Samot trong
nhà
Buke nạp liệu Buke nạp liệu
Băng tải định lượng Băng tải định lượng
Máy nghiền búa
Sàng rung
Xilô chứa liệu
Máy trộn hành tinh
Máy nhào hai trục
Máy nhào đùn liên hợpMáy hút chân không
Nước
Thiết bị tạo áp
Dàn con lăn vận chuyển
Băng tải
Băng tai sắp hàng
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền nhà máy gạch Cotto.
5
Giá dàn bù đầu sấy
Dàn con lăn vận chuyển
Máy nạp tải hầm sấy

Hầm sấy 4 tầng
Máy dỡ tải hầm sấy
Dây chuyền tráng men
Băng tải sắp hàng
Thiết bị nạp tải lò nung
Dàn bù đầu lò nung
Lò nung thanh lăn
Thiết bị dỡ tải lò nung
Phân loại sơ bộ và bốc xếp
sản phẩm
Palét
Bãi chứa sản phẩm
Phânloại chính thức
Đóng gói
Nhập kho
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
1.2.1 Mô tả quá trình sản xuất
1.2.1 Mô tả quá trình sản xuất
a) Nguyên liệu thô
Nguyên liệu chính làm nên sản phẩm của công ty VIGLACERA là đất sét và, cát và
một số nguyên liệu phụ gia pha màu. Đất sét được khai thác từ các mỏ tự nhiên và
chuyển về kho chứa trong công ty sau đó được phơi và sấy để giảm độ ẩm trong nguyên
liệu xuống dưới 9, đất sét được cán cho vỡ với kích thước lớn hơn 5cm phục phụ cho quá
trình sản xuất.
Xe xúc lật sẽ lấy từng loại dựa vào khối lượng được ghi trên đơn phối liệu và cấp
vào các phễu nạp liệu riêng biệt sau đó từng loại được cân định lượng chính xác theo đơn
phối liệu bằng hệ thống cân băng, nhờ hệ thống van trích liệu các nguyên liệu đã cân
được rải đều trên băng tải sau đó đi qua thiết bị nam châm tự làm sạch để loại bỏ sắt
trước khi cấp vào máy nghiền búa. Tại máy nghiền búa sơ cấp phối liệu sẽ được nghiền
vỡ cấu trúc ban đầu và tạo sự đồng đều cho phối liệu. Nguyên liệu qua sàng rung các hạt

nguyên liệu có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng0.6mm lọt qua sàng rung xuống gầu nâng
chuyển qua băng tải đưa vào si lô chứa liệu, các hạt có kích thước lớn hơn 0.6mm được
đưa lại máy nghiền búa thứ cấp nghiền lại đến khi kích thước hạt đạt lọt sàng. Nguyên
liệu chứa trong các silô được cấp liệu qua hệ thống cấp liệu mái chèo xuống băng tải
chuyển qua gầu nâng, qua hệ thống băng tải và cân băng định lượng trước khi cấp vào
máy trộn hành tinh.
b) Quá trình trộn và ép nguyên liệu
Nguyên liệu đượ trộn đồng đều và được làm ẩm nhờ thiết bị trộn ẩm tự động đưa
độ ẩm nguyên liệu để tạo hình sản phẩm là 18-18,5%, sau đó nguyên liệu được cấp vào
máy nhào đùn liên hợp chân không. Nhờ hệ thống bơm chân không không khí ẩm được
hút ra làm cho nguyên tăng độ cứng tăng độ chắc của phôi mộc.
Sau khi qua máy đùn hút chân không, nhờ máy cắt, các phôi mộc sẽ được hệ thống
băng tải chuyển đi.
c) Quá trình sấy, tráng men sản phẩm
Sau khi đã thành phẩm sản phẩm mộc được đưa vào hầm sấy nhiệt độ cao của lò
nhiệt khí hóa than và điện làm cho sản phẩm được khô chuẩn bị cho quá trình nung thành
phẩm.
6
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
Sản phẩm mộc sau khi ra khỏi hầm sấy được thiết bị dỡ đưa lên hệ thống băng tải
đưa qua dây chuyền tráng men để tráng men với màu sắc theo yêu cầu của khách hàng.
Đối với sản phẩm không cần tráng men sẽ dừng các thiết bị tráng men và dòng sản phẩm
vẫn vận hành bình thường đến đầu lò nung.
d) Nung, phân loại sản phẩm
Tại đầu vào lò nung có hệ thống kho chứa sản phẩm dự trữ khoảng 120m
2
sản phẩm
đáp ứng cho việc bù thiếu sản phẩm khi cần thiết.Lò nung sử nhiên liệu khí hoá than. Sau
khi ra khỏi lò nung, sản phẩm được thiết bị đặt lên hệ thống băng tải để phân loại sơ bộ
âm thanh và hình dáng sau đó được bốc xếp xuống Palet chứa sản phẩm bằng phương

pháp thủ công, xe nâng vận chuyển sản phẩm ra ngoài khu vực phân loại sản phẩm chính
thức trước khi xuất hàng. Do đặc điểm yêu cầu phân loại sản phẩm có độ đồng đều về
chất lượng rất cao vì vậy Nhà máy sẽ sử dụng phương pháp phân loại thủ công.
1.2.3. Tìm hiểu công nghệ dây truyền tự động
a) Tìm hiểu hệ gia công
Dựa và yêu cầu công nghệ của sản phẩm, đất sét và samot được đưa vào các phễu
và được điều chỉnh tỷ lệ giữa các loại đất sét và samot qua các bài phối liệu. Bằng cách
điều chỉnh tốc độ rung, tốc độ của tay gạt động cơ M3, M5 và M1, xuống các băng tải
định lượng M2, M4, M6. Đưa ra băng tải M7, M8, trên băng tải M9 có nam châm để làm
sạch loại bỏ sắt rồi đưa vào máy nghiền búa M11.
Nguyên liệu sau khi qua máy nghiền M11 được đưa qua gầu nâng M13 và đưa vào
hệ thống sàng rung qua M18 và M14. Nguyên liệu được lọc qua các tầng EB15, EB17,
EB19, EB21 cho các hạt nhỏ nhỏ hơn 0,6mm qua, các hạt không đủ điều kiện sẽ quay trở
về máy nghiền M23 qua băng tải M22. Các hạt nhỏ hơn 0,6mm được M25, M26 đưa đến
gầu nâng M27 và chuyển vào các silô và đếm định lượng, khi đủ lượng sẽ được các tay
gạt YV và băng tải đảo chiều M28 chuyển vào silô khác chuẩn bị đưa vào khâu tiếp theo.
b) Tìm hiểu hệ thống cân băng định lượng
Trong quy trình sản xuất, để đáp ứng được công nghệ theo đúng yêu cầu thì hệ
thống cân băng định lượng là rất quan trọng. Quyết định đến chất lượng, độ bền, mẫu mã
sản phẩm. Do yêu cầu công nghệ nên hệ thống cân băng gồm 3 cân băng sẽ ổn định dòng
liệu theo tỷ lệ của bài phối liệu, ví dụ như sau:
Để tạo mầu đỏ lợt:
7
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
- Samot 26%
- Đất sét Giếng đáy 37%
- Đất sét Đông triều 37%
Tổng là 16tấn/giờ.
Như vậy tốc độ liệu của Samot là 4,6tấn/giờ, của 2 loại đất sét là 5,92tấn/giờ mỗi
loại và phải ổn định tốc độ liệu.

Hình 1.2. Hệ thống cân băng định lượng
Để ổn định dòng liệu thì tín hiệu từ loadcell(30kg) và encoder (1000xung/vòng)
được đưa về màn hình Cobra 165 để tính toán và theo dõi, tín hiệu được xử lý và đưa về
PLC OMRON CQM1H. PLC sẽ đưa tín hiệu ra Biến tần 3G3MV điều chỉnh tốc độ động
cơ rung. Nếu dòng liệu ít hơn định mức thì động cơ rung nhanh hơn,đưa liệu ra nhanh
hơn, và nếu dòng liệu nhiều hơn định mức thì động cơ rung chậm lại giảm dòng liệu
xuống đến định mức. Tốc độ băng tải định lượng được biến tần cho chạy ở tốc độ ổn định
là 40, 60, 80Hz tùy theo lượng liệu của bài phối liệu, nếu dòng liệu ít thì tốc độ băng tải
sẽ chỉnh là 40 giảm sai số cho loadcell, còn nếu dòng liệu nhiều thì tốc độ băng tải sẽ là
80Hz tránh quá tải cho loadcell. Kết hợp ba cân băng cho mỗi loại liệu thì được hệ thống
trộn liệu. Sau đó, ba dòng liệu sẽ đổ vào chung một băng tải đưa đến khâu tiếp theo.
Dựa và yêu cầu công nghệ của sản phẩm, đất sột và samot được đưa vào các phễu
và được điều chỉnh tỷ lệ giữa các loại đất sột và samot qua các bài phối liệu. Bằng cách
8
LOADCEL
L
PLC
BIẾN TẦN
Đ
C
COBRA
165
ENCODER
4-20mA
Bộ cộng tín hiệu
Chng 1: Tng quan v cụng ty Viglacera H Long
iu chnh tc rung, tc ca tay gt ng c M3, M5 v M1, xung cỏc bng ti
nh lng M2, M4, M6. a ra bng ti M7, vt liu trờn M7 l vt liu ú c phi
theo ỳng t l ca bi toỏn ú t ra

M2
M5
M3
M1
M6
M4
M7
Hỡnh 1.3. S h thng phi liu
Trong ni dung ca ti ny chỳng em nghiờn cu h thng cõn bng nh lng
M3,M4 trong khõu phi liu
băng tải
máng gạt
con lăn
loadcell
encoder
động cơ băng tải
Nạp liệu
động cơ tay rung

Hỡnh 1.4 B trớ thit b trờn bng ti cõn bng nh lng
H truyn ng cõn bng nh lng gm cú:
+ ng c - ng c to rung mỏng gt liu
9
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
+ Động cơ kéo băng tải
+ Cơ cấu tạo rung
+ Khâu đo tốc độ (encoder)
+ Hộp số
+ Puli chủ động

+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định lượng xuất ,(loadcell)
- Phễu: dùng để chứa nguyên liệu
- Máng rung gạt liệu: dùng để gạt nguyên liệu từ phễu đổ xuống băng tải
- Puly chủ động : để kéo băng tải vận chuyển vật liệu
- Hộp số :thay đổi tốc độ của động cơ với băng tải
- Động cơ tạo rung máng gạt liệu
- Động cơ kéo băng tải
- Cơ cấu cân định lượng :xác định khối lượng trên băng tải (kg/m)
- Khâu đo tốc độ của băng tải : Lấy tốc độ của băng tải để tính toán và ổn định tốc
độ băng tải
Động cơ kéo băng tải quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động ,
nhờ ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với băng . Để
khắc phục độ võng của băng người ta đặt các con lăn và chúng cũng tự do quay do ma
sát với băng . Vật liệu từ phễu rơi tự do xuống máng gạt,máng gạt xuống băng tải được
chuyển đến đổ băng tải M7 phối liệu. Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định
lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu.
Động cơ rung: được đặt trên máng rung làm cho máng rung chuyển động qua lại
để gạt liệu đổ vào băng tải ,lượng liệu đổ vào băng tải tỉ lệ thuận với tốc độ của máng gạt
hay tốc độ của động cơ rung, hay khi tốc độ của động cơ rung tăng lên thì liệu sẻ được đổ
xuống băng tải nhiều hơn và ngược lại.
Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:
10
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long

vmQ .
=
[kg/s] (1-1)
hay:

vm
vm
Q 6,3
1000
3600
==
[ tấn/h ] (1-2)
trong đó:
m : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức:
m = Sγ.10
3
(1-3)
trong đó:
γ : khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]
Khi chúng ta muốn băng tải chạy với lượng Q đăt nào đó thì vận tốc của băng tải V
bằng hằng số và khi Q thực tế không bằng Q đặt thì m sẻ thay đổi cho đến Q thực tế
bằng Q đặt ,muốn thay đổi m thì ta điều chỉnh tốc độ của động cơ rung
1.3. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động
1.3.1. Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng
( )
α









−+=
dm
codmcoc
w
w
MMMM
Trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ ϖ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm
Mc - Mômen ứng với tốc độ ϖ
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.
11
Chương 1: Tổng quan về công ty Viglacera Hạ Long
1.3.2.Yêu cầu về khởi động và hãm
Đối với hệ truyền động băng tải khi khởi động nếu để gia tốc lớn sẽ làm tăng lực
đàn hồi cho băng tải có thể gấy giãn băng tải và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta sử
dụng khâu giảm tốc độ khi khởi động hệ thống. Để động cơ có thể khởi động được hệ
thống băng tải khi khởi động hệ thống thì ta phải chọn động cơ có momen khởi động đủ
lớn để thắng lực momen cản.
Hệ truyền động băng tải hoạt động liên tục ít khi dừng làm việc, khi hệ thống dừng
không yêu cầu dừng chính xác nhưng cũng tránh cho hệ thống dừng với gia tốc lớn có thể
gây hư hỏng đứt băng nên khi dừng hệ thống thì để hệ thống dừng tự do giảm dần gia tốc.
Hình 1.5.Sơ đồ động học của hệ thống
12
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số

Chương 2
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ
2.1. Đặc tính động cơ không đồng bộ
2.1.1.Phương trình và dạng đặc tính cơ
Phương trình dạng đặc tính cơ có dạng:








++








+
=
)(**
*3
'
21
2

1
2
11
'
2
2
1
XX
S
R
RS
RU
M
ω
(2-1)
Trong đó: U
1
: trị số hiệu dụng điện áp pha stato
R
1
, R
’
2
: điện trở stato và roto quy đổi về stato
X
1
, X
’

2

: điện kháng tản stato và roto quy đổi về stato

pf /2
11
πω
=
: tốc độ từ trường quay hoặc tốc độ đồng bộ
1
1
s
ω ω
ω
−
=
: độ trượt (2-2)
Đường đặc tính cơ có điểm cực trị với độ trượt tới hạn:
22
1
2
'
n
th
XR
R
s
+
±=
với X
n
= X

1
+ X
2
(2-3)
Và momen cực đại:
(
)
[ ]
22
111
2
1
2
3
n
th
XRR
U
M
+±
=
ω
(2-4)
Dấu (+) ứng với trạng thái động cơ
Dấu (-) ứng với trạng thái máy phát
Dạng khác của phương trình đặc tính cơ:

th
th
th

thth
sa
s
s
s
s
saM
M
.2
).1(2
++
+
=
(2-5)
Trong đó: a=R
1
/R
’

2
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
Dạng đặc tính cơ đầy đủ của động cơ không đồng bộ

Hình 2.1. Dạng đặc tính cơ đầy đủ của động cơ không đồng bộ
Với động cơ công suất lớn có thể coi R
1
=0, phương trình đặc tính cơ có dạng đơn
giản hơn:
s
s

s
s
M
M
th
th
th
+
=
2
(2-7)
Trong đó: s
th
= R
’
2
/X
n
và M
th
=
n
X
U
ω
2
3
2
1
(2-8)

Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ
KĐB :
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo ;
- Điều chỉnh điện trở rotor bằng bộ biến đổi xung Tiristo;
- Điều chỉnh công suât trượt P
s
;
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số Tiristo
hay Tranzito;
2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp xung điện trở
Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch
rôto, trong mục này chúng khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto
ω=0
M
thĐ
s
thF
M
thF
s
thĐ
s=1
ω
1
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh .
Điện trở trong mạch rôto động cơ KĐB R
r
= R
rd

+R
f

Trong đó R
rd
điện trở dây quấn rôto
R
f
điện trở ngoài mắc thêm vào rôto



Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ KĐB
không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở . Nếu coi đoạn đặc tính
làm việc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 tới s = sth là thẳng thì khi điều
chỉnh điện trở ta có thể viết :
R
r
s s
i
R
rd
=
(2-9)
Trong đó s là độ trượt khi điện trở mạch rôto là R
r
s
i
là độ trượt khi điện trở mạch roto là R
rd

(2-10)
Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và phụ thuộc vào
tốc độ động cơ .
i
s
rd
R
I
r
M
×
×
=⇒
ω
2
3
Hình 2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp xung điện trở
t
L
d
R
0
Đ
T
R
td
t
đ
t
n

M
th
ω
M
CL
ρ
1
ρ
2
R
td
0,75R
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền
động có mômen tải không đổi
Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá bán dẫn T1. Khóa T1 sẽ
được đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở trung bình của toàn mạch.
Khi T1 đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện rôto tăng lên . Khi T1 ngắt điện
trở Ro lại được đưa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống . Với tần số đóng cắt nhất
định , nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và có một giá trị điện trở
tương đương Re trong mạch .
Thời gian ngắt tn = T-tđ
(2-11)
Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời gian ngắt ta điều chỉnh trơn giá
trị điện trở trong mạch rôto
Điện trở tương đương trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ở rôto theo
qui tắc bảo toàn công suất tổn hao trong mạch rôto.
Cơ sở để tính tổn hao công suất là như nhau.
Hình 2.3.Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch Rotor
Khi dùng chỉnh lưu cầu ba pha thì điện trở tính đổi là:

R
0
T
td
R
0
tntd
td
R
0
ρ
==
+
=
R
e
t
t
t
0,5R
0,25R
0,75R
R
0
t
đ
t
n
Re
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số

1
0
2 2
R
R R
f e
ρ
= × = ×
(2-12)
Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dược đặc tính cơ theo phương pháp thông
thường, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và
đặc tính cơ có điện trở phụ Rf = 0,75Ro
Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen có thể nối tiếp điện trở Ro với
một tụ điện có điện dung đủ lớn.
2.1.3. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ
Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mômen và điện áp đặt vào Stato động
cơ như sau:
s.X
s
'R
R
'R.U.3
M
2
m.n
2
2
11
2
2

1f








+






+ω
=
(2-13)
Như vậy, ở một tần số nhất định, mômen của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương
điện áp đặt vào stato. Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách điều
chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta
dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).

Hình 2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều áp xoay chiều
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự
nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi
giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương điện áp. Vì lý do này mà
phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với

việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều
chỉnh.
* Đánh giá về phạm vi ứng dụng:
+ Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay
đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ
trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động cơ:
sPMP
dtcs
.)(
1
=−=∆
ωω
(2-14)
+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đưa
vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc
giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s
càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trượt
càng lớn.
Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc
độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng làm bộ khởi động
mềm (softstart) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ
cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này
nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh
hưởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào
điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng
theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm).
2.1.4.Phương pháp điều chỉnh bằng tần số
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn áp, cho
phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho
phép mở rộng dải điều chỉnh 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. Trước hết chúng ta ứng
dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền
động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn phương pháp này còn được ứng dụng cho
cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm ,
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
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 KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành
hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến
tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau .
Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB
bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động
cơ KĐB
2.2.Nguyên lý điều khiển tần số
2.2.1.Nguyên lý
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số f
i
của điện áp
stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
ω
s
= 2.π.fs/p (2-16)
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ thông
E
s
= K.φ.fs (2-17)
2 2
0Us Is Us Es C fs
R X

s s
ϕ
∆ = + ≈ ⇒ ≈ =
(2-18)
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn cung
cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn U
s
không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên
- Khi ƒs giảm từ thông φ của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòng
điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát
năng lượng quá mức cho phép.
- Khi ƒs tăng từ thông φ của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không đổi
thì theo biểu thức M = k.φ.I.n.cosφ ta thấy dòng điện rôto I
r
phải tăng lên.Vậy trong
trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải. Ngoài ra cũng
vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động cơ giảm xuống.
f
đm
H 2.5: Đặc tính cơ của động cơ KĐB
khi điều chỉnh tần số.
M
ω
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độ
bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện
theo hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của
tần số có đặc máy sản xuất có thể được thực

hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi
tiếp điện áp ứng với một tần cho trước nào đó
sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của
truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ
cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong
toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài
ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối
ưu trong chế độ tĩnh .
2.2.2.Luật điều khiển tần số
Momen tới hạn động cơ không đồng bộ được tính theo:
(
)
22
111
2
1
2
3
n
th
XRR
U
M
+±
±
=
ω
(2-19)
Nếu bỏ qua điện trở stato (R

1
=0) ta nhận được :
2
1
1
1
2
1
2
3






==
ωω
U
K
X
U
M
n
th
(2-20)
Điều kiện giữ cho hệ quả không đổi là
đm
f
đm

thđh
f
th
M
M
M
M
M
==
λ
(2-21)
Từ đó rút ra quan hệ:
1
1
1 1
đm
đm thđm
U
U M
M
ω ω
=
(2-22)
Với q=0: M
c
=M
c đm
; thang máy, cơ cấu nâng cần trục, cơ cấu ăn dao MCGKL
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
Ta có :

const
f
U
f
U
đm
dm
==
1
1
1
1
(2-23)
Với q=-1: M
c
≡1/ω ; cơ cấu chuyển động chính MCGKL

const
Mf
U
f
U
đmđm
dm
==
1
1
1
1
1

(2-24)
Với q=2: M
c
≡ω
2

; máy bơm ly tâm, quạt gió:

const
Mf
U
f
U
đmđm
dm
==
1
1
2
1
1
(2-25)
Trong thực tế luật điều chỉnh (U
1
/f
1
) = hằng số được sử dụng rộng rãi , do đơn giản
, dễ thực hiện. Ta sẽ phân tích đặc tính momen động cơ khi điều chỉnh tần số theo luật
(U
1

/f
1
)= hằng số
Momen tới hạn độngcơ ĐK được viết lại ở dạng










+








+









=
22
2
1
1
1
1
2
1
1
4
4
3
n
th
L
f
R
f
R
p
f
U
M
π
π
(2-26)
Tỉ số









1
1
f
U
2
là hằng số , do đó ở vùng tần số lớn , khi đó R
1
<<f
1
, đặc biệt đối với
động cơ công suất lớn , nên ta có thể coi M
th
= hằng số, ở vùng tần số thấp nhất là ở hệ
thống điều chỉnh rộng, không thể bỏ qua R
1
( hoặc sụt áp trên R
1
có trị số tương đối lớn so
với sụt áp trên điện kháng tản stato). Nên M
th
sẽ giảm khi f
1

giảm. vì vậy trong các sơ đồ
thực tế , luật điều khiển tần số (U
1
/f
1
) hằng số được điều chỉnh với việc tăng điện áp ở
vùng tần số thấp
2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)
Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu
xung tam giác .Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một pha, thì ở ngõ ra
sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng tần số tín
Chương 2. Động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển tần số
hiệu điều khiển v
c
và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu
và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang. Tần số sóng mang lớn hơn rất
nhiều tần số tín hiệu điều khiển
Phương pháp điều chế độ rộng xung 3 pha:
Hình 2.6. Sơ đồ nghịch lưu áp ba pha
Nguyên lý điều chế và dạng sóng như sau: