Nghiên cứu khái quát về truyền động điện cho máy mài tròn thiết kế giám sát giữ tốc độ,sức căng không đổi cho các động cơ truyền động sử dụng động cơ xoay chiều

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

Chơng 1
Yêu cầu công nghệ máy mài tròn
I. Tổng quan về máy mài
Trong sản xuất cơ khí cũng nh trong các lĩnh vực sản xuất khác sản phẩm
đợc tạo ra ở giai đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tuy nhiên để tạo ra
sản phẩm cuối cùng cần phải tiến hành qua rất nhiều khâu, từ chổ là nguyên vật
liệu cho đến sản phẩm thờng đợc tiến hành liên tục theo một quy trình công nghệ
nào đó hình thành một hệ thống gọi là dây chuyền sản xuất, tuỳ theo mức độ
phức tạp của sản phẩm mà dây chuyền sản xuất cũng có độ phức tạp tơng
ứng.Trong sản xuất cơ khí thì mài thuộc giai đoạn gia công chi tiết để tạo ra một
sản phẩm có bề mặt đạt các yêu cầu về kỹ thuật. Máy mài để gia công tinh với l-
ợng d bé, bề mặt trớc khi mài đã đợc gia công thô hoặc tinh trên các máy
khác(nh máy tiện, phay, bào ) cũng nh các loại máy chuyên để mài thô dùng
trong phân xởng chuẩn bị phôi với lợng d hàng mm ( mài các phôi thép đúc, vỏ
hộp gang đúc ).
Trên máy mài ta có thể mài đợc các mặt trụ ngoài, trong, mặt côn, mặt
định hình, mài răng, ren, mài sắc và mài cắt. Mài đóng vai trò quan trọng trong
gia công lần cuối nên đợc dùng rộng rãi trong các nhà máy và phân xởng cơ khí.
Hiện nay máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng
ngoài ra còn có các loại máy mài khác nhau nh: máy mài vô tâm, máy mài rãnh,
máy mài cắt, máy mài răng v.v Thơng trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên
đó kẹp chi tiết và ụ đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên một bệ máy. Trong đồ án này ta
chỉ nghiên cứu về máy mài tròn
Trong đó máy mài tròn có hai loại:máy mài tròn ngoài (hình 1-1a), và
máy mài tròn trong (Hình 1-1b).
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Ngoài ra ta cũng cần chú ý tới các yếu tố ảnh hởng tới chất lợng mài :
Chọn đá mài : Để đảm bảo chất lợng sản phẩm và nâng cao năng suất khi

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.

Truyền động ăn dao ngang sử dụng máy thuỷ lực.
3. Độ chính xác của máy mài
Do máy mài tròn thờng đợc dùng cho các chế độ mài tinh để đánh bóng sản
phẩm nên yêu cầu về độ chính xác của nó thờng đòi hỏi khá cao .Trong các
truyền động máy mài thờng chọn

=1%.
4. Độ chính xác của máy mài
Trong truyền động, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất đợc khái quát bằng
biểu thức kinh nghiệm sau:
))(MM(+M=M
x
mđ
comđccoc


-
Trong đó: M
c
-Mômen cản của cơ cấu sản xuất
ở một tốc độ nào đó.
M
co
-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
tốc độ =0
M
cđm

-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

Ưu điểm:
+ Độ tin cậy cao hơn biến tần nguồn áp
+ Dễ dàng làm việc ở chế độ hãm tái sinh
Nhợc điểm:
+ Nếu mất nguồn lới trong khi đang hoạt động thì biến tần nguồn dòng
không thể thực hiện hãm động năng.
Sử dụng cuộn kháng L
d
khá lớn, tốn kém hơn về mặt kinh tế
b. Biến tần nguồn áp
Ưu điểm:
+ Có thể hãm động năng khi đột ngột mất điện nguồn.
+ Đáp ứng quá độ nhanh hơn
+ Sử dụng kỹ thuật PWM cho phép giảm tổn hao và sóng hài, không gây
mômen đập mạch
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
+ Rẻ hơn
Nhợc điểm:
+ Không hãm tái sinh đợc, nếu muốn phải mắc thêm một bộ cầu chỉnh lu
hoàn toàn.
+Độ tin cậy không cao bằng biến tần nguồn dòng.
Kết luận
Theo yêu cầu của đề bài là khảo sát truyền động tự động quay chi tiết mài
(truyền động ăn dao) thuộc loại nhỏ đồng thời qua phân tích ta chọn phơng án sử
dụng hệ biến tần - động cơ không đồng bộ vì:
+ Dễ dàng điều chỉnh đợc tốc độ và điện áp ra của động cơ bằng cách thay
đổi tần số của đầu ra.
+ Sử dụng động cơ không đồng bộ ro to lồng sóc là loại động cơ có cấu

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

1 ).T(+
L
=I
sr
m
mđr
s



Trong đó:
r
r
r
R
L
=T


Từ biểu thức trên ta thấy, để giữ từ thông không đổi thì dòng điện phải
điều chỉnh theo tốc độ trợt
Ưu điểm của phơng pháp:
+ Đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo cho dòng điện stato(I
1
), dòng điện
roto(I
2
), mômen tới hạn (M
th
), hệ số trợt tới hạn (s

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

roto nên điều chỉnh dòng điện stato sẽ có tặc tính động học tốt hơn phơng pháp
điều khiển điện áp stato. Mặt khác, với bộ biên tần nguồn dòng có điều khiển dễ
dàng hạn chế đợc dòng điện và thực hiện bảo vệ ngắn mạch
II. Tính chọn động cơ
Các thông số kỹ thuật của hệ truyền động
M
max
= 25 N/m

=100 1000 vòng/phút.
i =3

= 0,8
J
c
= 0,008 kGm
= 1%
a. Tính toán phạm vi điều chỉnh
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ
s/rad,=
.
.=
.n
.i=.i=
minc
mincmin
431
60
2100
3

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:

273
8060
2100025
,=
,.

=
.M
=P
maxmax
max



(KW)
Dựa vào kết quả tính toán ta chọn động cơ loại
A
-52-6 của Nga có các
thông số kỹ thuật sau:
Công suất: P = 4.5 kW
Tốc độ định mức: n = 945 vòng/phút
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Điện áp định mức: U
1
= 380 V
Dòng điện định mức: I
1
= 10.1 A

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
=

3255
8450
54
3
11
,=
,
,
=
P
=cos.I.U.
mđ
mđ
mđmđ


(KW)
+ Gọi tổng trở một pha của stato là Z
V
ta có:
Z
V
=
7221
1103
380
3
1
1
,=

,.
=
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

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
332
8450
80
11102
1
,=
,
,
.,=
cos
I=I
mđ
mđsd


(A)
+ Hằng số thời gian mạch roto đợc xác định theo công thức
01340
33215314
829
2
,=
,.,
,
=
I.
I
=T
mđsdmđ

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

=cos,=
,
,
=
I
I
=sin
mđ
sd
mđ
sq

=>
4023080972060 ,=,.,,.,=sin
=>
=X
1
15,478 (

)
+ ở chế độ không tải có:
6878
3
1
1
1
1
,=X
I.
U

=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

501432
47815
2
1
1
,=
.,.
,
=
f
X
=L



(mH)

GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng 3
Tổng hợp hệ thống
1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện R
I
Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện stato là:
Trong đó:
+ L
f
, R
f

: 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=

R
L
*) Bộ biến đổi là biến tần có hàm truyền gần đúng là:
S
02
(p)=
p.b1
K
b
+
*) Hàm truyền của bộ chuyển đổi S
is
là:
S
ís
(p)=
p+
K
i
i
1
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Khi đó sơ đồ đợc biến đổi thành
*) Hàm truyền của đối tợng điều chỉnh là
S
i
(p)= S
01

(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

s
=
R
K.K
ib
Khi đó sơ đồ khối là:
áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u ta xác định đợc:
R
si
(p)=
Tp
Tp1
K
r
+
Trong đó: K
r
=
sis
.K2
T


R

= T. Khi đó ta đợc hàm truyền hở của mạch
vòng tốc độ là: F
0
=
sis

.K
T
2
.
Tp
Tp1+
.
)Tp+)(p+(
si
11
1

=
)p1(p
1

+
F
K
=
0
0
F1
F
+
=
22
pp1
1

++
với


=
si


2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ R
Nếu ta coi đã bù hết qúa trình điện tử và điện từ của động cơ trong mạch
vòng dòng điện thì khi đó trong mạch vòng tốc độ sẽ chỉ còn phần cơ của động
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
cơ khi đó ta có:
Toàn bộ mạch vòng dòng điện cũng nh stato động cơ đợc thay bằng khâu
có hàm truyền theo tiêu chuẩn môđun tối u là:
W(p)=
2
2
sisi
p2p21
1
++
Do hằng số thời gian của mạch vòng dòng điện là bé nên khi đó ta có thể
bỏ đi khâu bậc 2. Hàm truyền có dạng:
W(p)=
p21
1
si

+
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

= 2.
si

. Vậy ta có mạch vòng tốc độ:
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
K

+
1
p
T

2
1
U

U

đ
-
R

+
1
p

si
M

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
+

.
Jp
1
Do T
si
và T

là những khâu có hằng số thời gian nhỏ, đặt T'
s
=2.T
si
+T

ta
có:
S
0
(p) =
pT' 1
K
s
+

.
Jp
1
Chọn bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PI : F

=
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

0
3
s0
0

=
1pTp
K
JKT
p
K
T'JKT
)pT1(
0
2
0
3
s0
0
+++
+


Trong đó: a
3
=

K
T'JKT
s0

, 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

T'K.2
s
,T
I
= 4T's
Xét sự ổn định của hệ đối với nhiễu loạn phụ tải M
C
:

= (.
pT 1
K


+
.
p21
1
si
+
.

R
- M
C
).
Jp
1

(1+.
pT 1
K


+
.

R
.
p21
1
si
+
.
Jp
1
) = -
Jp
M
C




C
M

=
)R

Jp
1
p21
1
pT 1
K
1(Jp
1
si



++
+
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ



C
M

= -



R
pT 1
K

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

Do mạch vòng dòng điện nằm biến trong biến tần nên ta không phải tính
toán tham số, ta chỉ phải tính toán tham số của khâu R. Theo trên ta có khâu
điều chỉnh tốc độ là khâu PI với các tham số đợc tính toán dới đây:
J = J
đ
+ J
c
= 0.2 + 0.008 = 0.208 kGm
K

=
dm

10
=
104,72
10
= 0,095
Hằng số thời gian
si
đợc tính là:
si
=
b
+
i
Trong đó:
b
là h/s thời gian bộ biến đổi, 2.
b

=
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

T'
s
=2.T
si
+T

= 0.0136 s
K
I
=
J
T'K.2
s
= 0.013
T
I

= 4T's = 0.054 s
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng 4
Cài đặt tham số cho biến tần ALTIVar 31
1. Giới thiệu về biến tần ALTIVAR 31
ALTIVAR 31 là biến tần của hãng Schneider Electric với những tính năng
cơ bản sau:
a. ứng dụng vận chuyển
+/- Speed
Hãm trình tự
Điều khiển nhiều động cơ

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

Điều khiển contactor ngõ ra _down stream contactor.
Kết nối DC bus
Và nhiều ứng dụng khác:
Chức năng khoá tham số
Cài đặt nhiều chức năng cho một ngõ vào logic
Lu trữ các tham số cài đạt thành từng bộ
Giám sát lỗi,mức lôgic của các ngõ vào logic
Hiển thị các tham số: Dòng điện, công suất, mômen, tốc độ, tần số,
2. Phần cứng ALTIVAR 31
Phần cứng ALTIVAR 31 chủ yếu nh sau:
- Có 3 đầu vào Analog AI1 (0 -10 V), AI2(

10V), AI3 (4-20mA)
- Có 6 đầu vào logic từ LI1 - LI6
- 2 rơle R1 và R2: Đóng cắt tuỳ thuộc vào lỗi mà ta cài đặt.
- Có 2 cổng truyền thông dùng cho giao thức ModBus và CANopen
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
- Đầu ra Analog AOC (0-20 mA)
3. Phần mềm ALTIVAR 31
ALTIVAR 31 gồm có 8 menu với nhiệm vụ nh sau:
Menu Setting: Thiết lập những tham số chủ yếu (tốc độ, dòng điện, thời
gian tăng/giảm tốc ) khi động cơ đang chạy.
Menu Motor Control: Thiết lập những tham số chuẩn của động cơ (dòng
điện, điện áp, tần số ) Những tham số này sễ không thay đổi đ ợc khi động cơ
đang chạy.
Menu I/O: Thiết lập địa chỉ vật lý cho các cỗng vào/ ra logic và analog.
Menu Control: Thiết lập địa chỉ vật lý các tín hiệu đặt tốc độ, thiết lập các
kênh điều khiển cho các chế độ động cơ.

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

(%) so với tổng thời gian gia tốc.
: Đặt thời gian tA
2
(%) so với tổng thời gian gia tốc.
: Đặt thời gian tA
3
(%) so với tổng thời gian giảm tốc.
: Đặt thời gian tA
4
(%) so với tổng thời gian giảm tốc.
Xem thêm ở menu Fun
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
: Low speed
Cài đặt tần số động cơ ứng với tốc độ min.
Dải điều chỉnh 0 - HSP, mặc định 0Hz, cài đặt LSP = 5.3 Hz
: Những tham số này sẽ hiển thị khi những tham số tơng ứng trong menu
Fun đợc chọn.
: High speed
Cài đặt tần số động cơ ứng với tốc độ max.
Dải điều chỉnh LSP - tFr, mặc định 0 Hz
Cài đặt HSP = 52.9 Hz
: Motor thermal protection - max. thermal current
Dòng bảo vệ quá nhiệt.
Dải điều chỉnh 0.2 - 1.5I
đm
, cài đặt ItH = I
đm
= 10A

: 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

Thời gian hãm động năng. Xem thêm ở menu Fun
: Automatic standstill DC injection time
Cài đặt thời gian hãm chế độ 1
Dải điều chỉnh: 0.1 - 30s, mặc định 0.5s.
: Level of Automatic standstill DC injection current
Cài đặt dòng điện hãm chế độ 1
Dải điều chỉnh: 0 - 1.2I
đm
, mặc định 0.7I
đm
.
: 2
nd
Automatic standstill DC injection time
Cài đặt thời gian hãm chế độ 2
Dải điều chỉnh: 0.1 - 30s, mặc định 0s
: 2
nd
Level of Automatic standstill DC injection current
Cài đặt dòng điện hãm chế độ 2
Dải điều chỉnh: 0 - 1.2I
đm
, mặc định 0.5I
đm
Các tham số IdC, tdC, tdC1, SdC1, tdC2, SdC2 Xem thêm ở menu Fun
: Những tham số này sẽ hiển thị khi những tham số tơng ứng trong menu
Fun đợc chọn
: Skip frequency
Cài đặt tần số bỏ qua, chức năng này ngăn chặn hoạt động tại dải tần số
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm

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

: 14th preset speed
: 15th preset speed
: 16th preset speed
Xem thêm menu Fun
: Current limit
Dùng để giới hạn momen và nhiệt độ tăng cao trên động cơ.
Dải điều chỉnh: (0.25 - 1.5) I
đm
, mặc định 1.5 I
đm
.
Cài đặt CLI = 10.1A
: 2nd current limit
: Low speed operating time
GVHD: Bùi Quốc Khánh SV: Hồ Anh Đàm
Lớp TĐH3 - K45
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Dùng để giới hạn thời gian hoạt động của động cơ ở tốc độ thấp nhỏ hơn
tốc độ đặt. Động cơ sẽ tự động khởi động lại khi tín hiệu tốc độ đặt lớn hơn tốc
độ đặt min.
Dải điều chỉnh 0 - 999.9s, mặc định 0s
Cài đặt 0s
: Restart error threshold ("wake-up" threshold)
: IR compensation, motor 2
: Frequency loop gain, motor 2
: Stability, motor 2
: Slip compensation, motor 2
: Những tham số này sẽ hiển thị khi những tham số tơng ứng trong menu
Fun đợc chọn.
: Motor frequency threshold above which the relay contact

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

: Standard motor frequency
Cho phép cài đặt tần số chuẩn động cơ. Giá trị mặc định của tham số này
là 50Hz. Do đó không phải cài đặt lại. Tham số này có thể làm thay đổi giá trị
đặt của HSP (Menu Setting), Ftd(menu Setting ), Frs (menu drC ), tFr(menu
drC)
: Nominal motor voltage given on the rating plate
Cho phép cài đặt điện áp định mức của động cơ. Tuỳ thuộc vào loại
ATV31 mà ta có dải điều chỉnh điện áp .
ATV31 M2:100
ữ
240
ATV31 M3X:100
ữ
240
ATV31 N4:100
ữ
500
ATV31 S6X:100
ữ
600
Cài đặt UnS =380V
: Nominal motor frequency given on the rating plate
Cho phép cài đặt tần số định mức động cơ. Tỉ số Uns/FrS max tuỳ thuộc
vào từng seri của ATV31:
ATV31 M2:7max
ATV31 M3X:7max
ATV31 N4:14 max
ATV31 S6X:17max
Dải điều chỉnh FrS:10
ữ

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