nghiên cứu khái quát về công nghệ sản xuất cáp điện. thiết kế điều khiển đồng bộ hoá tốc độ và mômen cho các động cơ thực hiện

GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
LỜI NÓI ĐẦU
Sự ra đời và phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật đã đồng hành cùng
với sự bùng nổ tiến bộ của kỹ thuật ở lĩnh vực điện - điện tử tin học trong
những năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn
thực tế của lĩnh vực sản xuất và đời sống.
Ngày nay, xà hội ngày càng phát triển nên nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng
ra tăng trong mọi lĩnh vực. Do đó ngày càn có nhiều nhà máy thuỷ, nhiệt điện
đang được xây dựng mới trên khắp cả nước ta. Khi đó lại đặt ra một vấn đề
chuyển tải điện năng sao cho tổn thất công suất là ít nhất để nâng cao hiệu quả
sử dụng điện. Điều đó liên quan đến công nghệ sản xuất cáp điện đòi hỏi các
công ty sản xuất cáp điện không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm. Trong
đó có công ty LG – VNIACABLE với sự hợp tác với Hàn Quốc với dây
chuyền hiện đại dây cáp điện sản xuất ra đã đáp ứng được yêu cầu của thị
trường. Vì vậy viêc điều khiển dây chuyền sản xuất cáp lại càng quan trọng
hơn để đảm bảo được chất lượng cáp sản xuất ra.
Đặc biệt dây chuyền sản xuất cáp điện gồm có nhiều động cơ truyền
động nên việc điều khiển đồng bộ hoá tốc độ và mômen cho các động cơ là rất
quan trọng, điều này quyết định đến chất lượng của dây cáp.
Bài thiết kế môn học của em gồm có các phần sau:
Chương 1 trình bày về tổng quan dây chuyền sản xuất cáp điện.
Chương 2 trình bày về điều khiển đồng bộ hoá tốc độ và mômen cho các
động cơ truyền động.
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CÁP ĐIỆN
1.1. Vài nét về sự phát triển của dây chuyền sản xuất cáp điện
Dây chuyền sản xuất cáp điện có thể chia làm hai tủ điều khiển:

- Tủ điều khiển chính gồm : điều khiển động cơ đùn nhựa( Extruder ),
điều khiển nhiệt độ, điều khiển động cơ kéo( Caterpilar ).
- Tủ điều khiển phụ gồm: điều khiển thu dây, điều khiển chuyển cuộn thu
tự động.
Giới thiệu về các động cơ truyền động trong dây chuyền:
- Động cơ đùn nhựa DM1 ( Extruder ):
+ Là động cơ một chiều kích từ hỗn hợp với các thông số:
P = 150 KW, n = 1750 RPM, U = 380 V
+ Được làm mát bằng động cơ KĐB( 20IM1 ) có thông số:
P = 1,5 KW, 3Ø, U = 380 V
- Động cơ giàn kéo DM2( Caterpilar ):
+ Là động cơ một chiều kích từ hỗn hợp với các thông số:
P = 11 KW, n = 1750 RPM, U = 380 V
+ Được làm mát bằng động cơ KĐB( 13IM2 ) có thông số:
P = 0,75 KW, 3Ø, U = 380 V
- Động cơ Traveser 33SM1:
+ Là động cơ KĐB với các thông số:
P = 1.5 KW, n = 2000 RPM, U = 220 V, 3Ø
- Động cơ quấn dâyDM3( Take-up ):
+ Là động cơ một chiều kích từ hỗn hợp với các thông số:
P = 5.5 KW, n = 1750 RPM, U = 380 V
+ Được làm mát bằng động cơ KĐB( 20IM1 ) có thông số:
P = 0,4 KW, 3Ø, U = 380 V
- Các động cơ đùn nhựa, động cơ giàn kéo, động cơ quấn dây được đo tốc
độ bởi các các máy phát tốc lần lượt là: TG1, TG2, TG3 đều có thông số:
U = 30V, n = 1000 RPM
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
1.2. Cấu trúc của dây chuyền sản xuất cáp điện

Cấu trúc của dây chuyền sản xuất cáp điện được thể hiện như hình sau:
TAKE-UP
CATERPILAR
EXTRUDER
PAY-
OFF
NL
Hình 1.1. Cấu trúc dây chuyền sản xuất
* Bộ phận tạo sợi cáp gồm:
- NL: là khu vực cho nguyên liệu vào để tạo sợi cáp.
- Pay-off 1, 2: bộ phận này dùng để xoắn cáp lại với nhau.
* Bộ phận tạo vỏ bọc cho cáp:
- Extruder: dùng động cơ 1chiều kích từ hỗn hợp DM1 để tạo vỏ
bọc cho dây cáp.
* Bộ phận quấn dây:
- Caterpilar: là giàn kéo cáp được truyền động bởi động cơ 1 chiều
kích từ hỗn hợp DM2.
- Take-up: là phần quấn cáp được truyền động bởi động cơ 1 chiều kích từ
hỗn hợp DM3.
1.3. Nguyên lý hoạt động của dây chuyền sản xuất cáp điện
Đầu tiên nguyên liệu được đưa vào nấu nóng chảy sau đó đưa khuôn định
hình và được kéo thành sợi. Trong quá trình này có kết hợp làm lạnh bằng các
Cylinder cooling blower. Tuỳ theo cách lắp đầu hình mà ta có thể cho ra 1 hoặc
2 sợi dây cáp. Qua phần PAY-OFF 1 và PAY- OFF 2 các dây cáp được xoắn với
nhau( nếu là cáp xoắn ) hoăc đi riêng rẽ( nếu là cáp 1 sợi) Rồi sau đó cáp đi qua
phần động cơ đùn nhựa( Extruder ) để phun lớp nhựa bọc dây cáp. Tiếp tục cáp
được kéo bởi động cơ giàn kéo( Caterpilar ) qua phần Traveser đến phần trụ
quấn cáp( Take-up ). Sau khi cáp được quấn đầy trên 1 trụ thì sẽ tự động thay
trụ mới vào và tiếp tục quấn trụ cáp mới.
Trong suốt quá trình từ việc tạo ra sợi cáp đến quấn cáp tốc độ giữa các

động cơ truyền động phải được thay đổi cho phù hợp với sự thay đổi của
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
mômen( hay chính là sức căng của dây cáp ), và giữa các động cơ luôn phải có
một tỉ lệ nhất định giữa tốc độ và mômen để đảm bảo được chất lượng cáp. Đặc
biệt khi cáp được quấn vào trụ việc đồng bộ hoá tốc độ và mômen là rất quan
trọng.
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG BỘ HÓA TỐC ĐỘ VÀ MÔMEN CHO
CÁC ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
2.1. Mô hình các động cơ truyền động
2.1.1. Mô hình toán học của động cơ điện một chiều
- Phương trình cân bằng mômen :
ce
MM
dt
dw
J −=
(2.1)
Trong đó:
M
e
: mômen quay của động cơ
M
c
: mômen cản của cơ cấu thực hiện
J: mômen quán tính
- Phương trình cân bằng điện áp :
a

a
aaa
E
dt
di
LirU ++=
(2.2)
L
a
: điện cảm phần ứng
E
a
: sức điện động sinh ra ở phần ứng
r
a
: điện trở phần ứng
- Mômen quay:
aMc
iCM
τ
Φ=
(2.3)
C
M
: hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ

τ
Φ
: từ thông tổng của mạch từ động cơ( gồm từ thông kích
từ và từ thông phần phần ứng ).

i
a
: dòng điện phần ứng
- Sức điện động phần ứng:
ω

Tea
CE Φ=
(2.4)
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
C
e
: hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ
Ta có:
60
.2
dm
dm
n
π
ω
=
(2.5)

Trong chế độ xác lập có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng
điện áp phần ứng như sau:
Φ
−

=
.
.
k
IRU
u
dm
ω
(2.6)
Do đó ta có:
dmedmu
CiRU
ω
Φ+=
(2.7)
dt
dw
JMM
n
P
n
P
M
P
M
iRU
C
ce
dm
dm

dm
dm
dm
dm
dm
dm
dm
dmu
e
=−
==
=
−
=Φ
9550.
.2
60.
.
.
π
ω
ω
(2.9)
Đưa hệ phương trình của động cơ một chiều kích từ độc lập về đại lượng
tương đối:
- Điện áp :
nb
UU =
(2.10)
Trong đó:

U
b
: đại lượng so sánh cơ bản
U
n
: giá trị định mức của điện áp nguồn
- Dòng điện :
nb
ii =
(2.11)
Trong đó :
i
b
: đại lượng so sánh cơ bản
i
n
: giá trị định mức của dòng điện
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
- Tốc độ :
nb
ωω
=
(2.12)
Trong đó :
b
ω
: đại lượng so sánh cơ bản
n

ω
: giá trị định mức của tốc độ
- Điện trở :
b
b
b
i
U
r =
(2.13)
- Mômen :
iCM
bMb
Φ=
(2.14)
- Từ thông :
be
b
b
C
U
ω
.
=Φ
(2.15)
- Ký hiệu
b
X
X
X =

*
(2.16)
- Do đó ta có :
( )
( )
( )
dk
d
cl
u
u
e
M
u
e
b
bM
b
b
M
ce
b
b
cebb
U
U
K
R
L
T

C
RJ
T
w
MT
J
M
w
JT
MM
dt
d
M
wJ
MMM
dt
d
wJ
=
=
Φ
=
=
=
−=
−=
2
**
*
**

*
.
.
.
.
.
.

ω
ω
(2.17)
trong đó :
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
T
M
: hằng số thời gian cơ khí
T
a
: hằng số điện từ của động cơ
T
c
: hằng số thời gian điện cơ
U
d
: điện áp phần ứng
T
si
= T

i
+ T
vo
+ T
đk
<< T
ư
T
s
ω
= 2.T
si
+ T
ω
2.1.2. Hệ truyền động nhiều động cơ
2.1.2.1. Yêu cầu công nghệ đối với hệ truyền động nhiều động cơ
Truyền động nhiều động cơ thường được sử dụng trong dây truyền sản
xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của
nhiều thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích
hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ.
Tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thước, vật liệu cũng như yêu cầu chất
lượng đòi hỏi các cấu trúc của hệ truyền động điện đơn giản hay phức tạp.
Trong sản xuất công nghiệp, chúng ta thường gặp ở các máy cán liên tục,
máy xeo giấy, trong công nghiệp dệt và sản xuất thuỷ tinh, v.v…
Đặc tính của truyền động nhiều động cơ cho các dây truyền công nghệ sản
xuất liên tục gồm các yêu cầu cơ bản:
- Tất cả truyền động thành phần đều phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi trong
cả chế độ tĩnh và động, ta gọi là yêu cầu đồng bộ hoá tốc độ.
- Đối với dây chuyền sản xuất các vật liệu thay đổi, hoặc bề dày vật liệu
thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc thường tỷ lệ này thay đổi

không lớn, vùng điều chỉnh tốc độ O(2:1 đến 6:1).
- Một số dây truyền yêu cầu chất lượng sản phẩm cao như độ đồng đều
vật liệu cao sai số ít. Như vậy hệ truyền động phải đảm bảo độ chính xác điều
chỉnh cao.
- Một số vật liệu được sản xuất trong dây truyền liên tục có yêu cầu về
chủng loại, tính chất đặt ra yêu cầu phải giữ sức căng không đổi. Vì vậy yêu cầu
hệ truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và cả lực kéo.
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh phụ thuộc vào loại liên kết
cơ giữa các động cơ thành phần.
* Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của
từng động cơ phải tuyệt đối cứng.
* Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn,
lực cân bằng truyền qua vật liệu cứng như vậy việc đồng bộ hoá tốc độ có thể
dùng đặc tính cơ của các động cơ thành phần mềm.
* ở các vật liệu băng của nó không truyền được lực kéo. Như vậy truyền
động chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả
các truyền động cơ còn lại, các truyền động này có nhiệm vụ điều chỉnh giư
mômen không đổi. Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực
căng giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh xác định.
* Nếu không đo được mạch vòng trực tiếp lực kéo, người ta phải tạo
mạch vòng nhân tạo trong dây chuyền bằng tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch
vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng động cơ trong truyền động.
* ở dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt như giấy, vật liệu tổng hợp,
v.v… thì tất cả các truyền động thành phần phải được giữ tốc độ không đổi. Ơ
đây ta dùng phương pháp đồng bộ bám tức là điều chỉnh tất cả các truyền động
có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động của vật liệu.
* Đối với truyền động có cuộn cuốn cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động

phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính các cuộn vật liệu, hay nói cách khác là
giữ tốc độ dài băng vật liệu không thay đổi.
2.1.2.2. Hướng đề tài nghiên cứu
Vấn đề đồng bộ hoá tốc độ trong các dây truyền công nghệ nêu trong mục
2.1.2.1 chúng ta thấy là rất rộng, rất nhiều vấn đề phải nghiên cứu và có rất
nhiều hướng nghiên cứu giải quyết khác nhau ở đây em tập trung nghiên cứu và
mô phỏng việc đồng bộ hoá tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cấp
riêng từng động cơ.
Phương pháp dùng nguồn cung cấp điện áp phần ứng chung có ưu điểm
đơn giản, nhưng đối với dây truyền công nghệ có sản phẩm thay đổi như vật liệu
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
hay bề dày thay đổi, như vậy tốc độ đầu vào và đầu ra một trục có sự khác biệt,
cho nên cần có sự chỉnh định riêng và phương án dùng nguồn cấp riêng cho từng
động cơ thích hợp hơn.
Sơ đồ nguyên lý hệ dùng nguồn cấp riêng biệt:
Để đo tín hiệu sai lệch tốc độ, ta dùng triết áp P
L
, lúc đó bộ đo sai lệch tốc
có hàm truyền là khâu tích phân. Bộ điều chỉnh về tốc độ dài phải là P hoặc PD
nếu dùng bộ điều chỉnh có thành phần tích phân thì hệ không ổn định. Từ sơ đồ
cấu trúc ta có hàm truyền của hệ hở:
2.2. Trình tự tiến hành mô phỏng
2.2.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.1. Cấu trúc mạch vòng dòng điện tổng quát
Sơ đồ cấu trúc:

trong đó:
T
ư
=
u
u
R
L
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng
Sơ đồ tương ứng:
Hình 2.2. Cấu trúc mạch vòng dòng điện rút gọn
Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tượng :
S
oi
(p) =
)1)(1)(1)(1(
/.
)(
)(
uVidk
uicl
dk
i
pTpTpTpT
RKK
pU
pU
++++
=
ứng với điều kiện :

T
si
= T
i
+ T
V
+T
đk
<<T
ư

Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có
S
oi
(p) =
)1)(1(
/.
usi
uicl
pTpT
RKK
++
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Theo tiêu chuẩn Modul tối ưu ta có hàm truyền hệ kín như sau:
F
Moi
=
22

.2.21
1
pp
σσ
ττ
++
Mặt khác ta có:
F
Moi
(p) =
SoipRi
SoipRi
).(1
).(
+
=> Ri(p) =
)1(
Moi
Moi
FSoi
F
−
=> Ri(p) =
Oi
Spp ).21(2
1
σσ
ττ
+
=> Ri(p) =

)21(/2
)1)(1(
pRKpK
pTpT
uicl
usi
σσ
ττ
+
++
Chọn
σ
τ
= min(T
si
,T
u
) = T
si
Rút gọn ta được hàm truyền:
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
/ 2
1
usiicl
uu

usiicl
u
pTTKK
TR
RTKpK
pT
+=
+
Vậy R
i
(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)
2.2.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ.
Cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ :
Hình 2.3. Cấu trúc của mạch điều khiển tốc độ tổng quát
Trong đó lấy hàm truyền của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc
nhất, bỏ qua các thành phần bậc cao.
Viết gọn sơ đồ ta có:
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.4. Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ rút gọn
Trong đó:
S
o
ω
=
)1(.).(
.
ω
ω

φ
sci
u
pTpTKK
KR
+
Với
T
S
ω
= 2T
si
+ T
ω
rất nhỏ
Theo tiêu chuẩn Modul tối ưu ta có hàm truyền hệ kín như sau:
F
Mo
ω
=
22
.2.21
1
pp
σσ
ττ
++
Mặt khác ta có:
F
Mo

ω
(p) =
ωω
ωω
SopR
SopR
).(1
).(
+
=> Rω(p) =
)1(
ω
ω
ω
Mo
Mo
FSo
F
−
=> R(p) =
ωσσ
ττ
O
Spp ).21(2
1
+
=> Rω(p) =
)21(.2
)1(.).(
pKpR

pTpTKK
u
sci
σωσ
ω
ττ
φ
+
+
Chọn
σ
τ
= T
s
ω
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Rút gọn ta được hàm truyền:
Rω(p) =
ωω
φ
KRT
TKK
us
ci
.2
).(
Vậy R
ω

(p) là khâu tỉ lệ tích phân (P)
Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống
điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều như hình vẽ.
Hình 2.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
2.3. Điều khiển đồng bộ hoá tốc độ và mômen cho các động cơ truyền
động
2.3.1. Các thông số của động của động cơ truyền động
* Động cơ đùn nhựa
Các thông số cho trước:
P
đm
: công suất địng mức của động cơ 150 kw
U
đm
: Điện áp định mức phần ứng 380 V
n
đm
: Tốc độ quay định mức 1750 V/ph
dm
η
: Hiệu suất danh định của động cơ 90%
L : Điện cảm phần ứng 0,2 H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S
T
V
: Hằng số tời gian bộ chỉnh lưu 0,0025 S
T
đk

: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,0001 S
T
ω
: Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001 S
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Ta có:

55,9
1750
55,960
2
==>==
dm
nn
ω
π
ω
= 183 rad/s
M
đm
=
183
15000
=
dm
dm
P
ω

=820 Nm
I
đm
=
380
150000
=
dm
dm
U
P
= 395 A
395
820
==
dm
dm
I
M
K
φ
= 2,08
Tính R
ư
gần đúng theo công thức:
R
ư
= 0,5(1-
395
380

)9,01(5,0) −=
dm
dm
dm
I
U
η
= 0,048
Ω
T
ư
=
048,0
2,0
=
u
u
R
L
= 4,17 S
Mặt khác ta có:
U
đ
= U
đk
.K
cl
Chọn U
đk
= 10V => K

cl
=
==
10
380
dk
dm
U
U
38
Hàm truyền của bộ điều chỉnh:
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
usiicl
uu
pTTKK
TR
+
Có T
si
= T
i
+ T
v
+T
đk

= 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chọn U
iđ
= 7V
=> K
i
=
395
7
=
dm
id
I
U
= 0,018
=> R
i
=
)
17,4
1
1(18,3)
17,4
1
1(
0046,0.018,0.38.2
17,4.048,0
pp
+=+
T

c
=
22
08,2
048,0.45,2
)(
=
φ
K
JR
u
= 0,027 S
027,0.4,1
048,0
).(
=
C
u
TK
R
φ
=0,855
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
U
d
ω
=
ω

ω
K.
Chọn U
d
ω
= 10 V
=>K
ω
=
055,0
183
10
=
Với T
S
ω
= 2T
si
+ T
ω
= 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S
R
ω
(p) =
19
01,0.2.055,0.048,0
027,0.08,2.018,0
=
* Động cơ giàn kéo
Các thông số cho trước:

P
đm
: công suất địng mức của động cơ 11kw
U
đm
: Điện áp định mức phần ứng 380 V
n
đm
: Tốc độ quay định mức 1750 V/ph
dm
η
: Hiệu suất danh định của động cơ 90%
L : Điện cảm phần ứng 0,2 H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S
T
V
: Hằng số tời gian bộ chỉnh lưu 0,0025 S
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,0001 S
T
ω
: Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001 S
Ta có:

55,9
1750
55,960

2
==>==
dm
nn
ω
π
ω
= 183 rad/s
M
đm
=
183
11000
=
dm
dm
P
ω
= 60 Nm
I
đm
=
380
11000
=
dm
dm
U
P
=29 A

29
60
==
dm
dm
I
M
K
φ
= 2,07
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Tính R
ư
gần đúng theo công thức:
R
ư
= 0,5(1-
29
380
)9,01(5,0) −=
dm
dm
dm
I
U
η
= 0,655
Ω

T
ư
=
655,0
2,0
=
u
u
R
L
= 0,305 S
Mặt khác ta có:
U
đ
= U
đk
.K
cl
Chọn U
đk
= 10V => K
cl
=
==
10
380
dk
dm
U
U

38
Hàm truyền của bộ điều chỉnh:
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
usiicl
uu
pTTKK
TR
+
Có T
si
= T
i
+ T
v
+T
đk
= 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chọn U
iđ
= 7V
=> K
i
=
29
7

=
dm
id
I
U
= 0,241
=> R
i
=
)
305,0
1
1(37,2)
305,0
1
1(
0046,0.241,0.38.2
305,0.655,0
pp
+=+
T
c
=
22
07,2
655,0.45,2
)(
=
φ
K

JR
u
= 0,375 S
375,0.07,2
655,0
).(
=
C
u
TK
R
φ
= 0,844
U
d
ω
=
ω
ω
K.
Chọn U
d
ω
= 10 V
=>K
ω
=
055,0
183
10

=
Với T
S
ω
= 2T
si
+ T
ω
= 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S
R
ω
(p) =
260
01,0.2.055,0.655,0
375,0.07,2.241,0
=
* Động cơ quấn cáp
Các thông số cho trước:
P
đm
: công suất địng mức của động cơ 5,5 kw
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
U
đm
: Điện áp định mức phần ứng 380 V
n
đm
: Tốc độ quay định mức 1750 V/ph

dm
η
: Hiệu suất danh định của động cơ 90%
L : Điện cảm phần ứng 0,2 H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S
T
V
: Hằng số tời gian bộ chỉnh lưu 0,0025 S
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,0001 S
T
ω
: Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001 S
Ta có:

55,9
1750
55,960
2
==>==
dm
nn
ω
π
ω
= 183 rad/s
M

đm
=
183
5500
=
dm
dm
P
ω
= 30 Nm
I
đm
=
380
5500
=
dm
dm
U
P
= 14,5 A
5,14
30
==
dm
dm
I
M
K
φ

= 2,07
Tính R
ư
gần đúng theo công thức:
R
ư
= 0,5(1-
5,14
380
)9,01(5,0) −=
dm
dm
dm
I
U
η
= 1,31
Ω
T
ư
=
31,1
2,0
=
u
u
R
L
= 0,153 S
Mặt khác ta có:

U
đ
= U
đk
.K
cl
Chọn U
đk
= 10V => K
cl
=
==
10
38
dk
dm
U
U
38
Hàm truyền của bộ điều chỉnh:
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
usiicl
uu
pTTKK
TR

+
Có T
si
= T
i
+ T
v
+T
đk
= 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chọn U
iđ
= 7V
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
=> K
i
=
5,14
7
=
dm
id
I
U
= 0,482
=> R
i
=

)
153,0,0
1
1(189,1)
153,0
1
1(
0046,0.482,0.38.2
153.0.31,1
pp
+=+
T
c
=
22
07,2
31,1.45,2
)(
=
φ
K
JR
u
= 0,75 S
75,0.07,2
31,1
).(
=
C
u

TK
R
φ
= 0,844
U
d
ω
=
ω
ω
K.
Chọn U
d
ω
= 10 V
=>K
ω
=
055,0
183
10
=
Với T
S
ω
= 2T
si
+ T
ω
= 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S

R
ω
(p) =
519
01,0.2.055,0.31,1
75,0.07,2.482,0
=
2.3.2. Tiến hành mô phỏng bằng Matlab
* Mô hình mô phỏng
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.6. Mô hình mô phỏng các động cơ truyền động
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
* Mô hình động cơ 1( động cơ Extruder)
Hình 2.7. Mô hình mô phỏng động cơ Extruder
* Mô hình động cơ 2( động cơ Caterpilar )
Hình 2.8. Mô hình mô phỏng động cơ Caterpilar
* Mô hình động cơ 3 động cơ (Take – up)
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.9 Mô hình mô phỏng động cơ Take-up
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
* Kết quả mô phỏng:
+ Khi tốc độ của các động cơ là như nhau:

- Với tốc độ động cơ Extruder được đặt ban đầu là khối Step.
- V
DC2
= V
DC3
= V
DC1
- M
DC1
= 1; M
DC2
= 0.5; M
DC3
= Random
Hình 2.10 Tốc độ mô phỏng của các động cơ truyền động
Hình 2.11 Dòng điện mô phỏng của các động cơ truyền động
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.12 Chênh lệch tốc độ của động cơ Caterpilar và động cơ
Take-up
Đường màu tím: động cơ Extruder
Đường màu xanh lá cây: động cơ Caterpilar
Đường màu vàng: động cơ Take-up
+ Khi đặt các tốc độ động cơ truyền động như sau:
- V
DC1
= 0.75.V
DC2
; V

DC2
=V
DC3
= 1
- Còn mômen các động cơ được giữ nguyên:
M
DC1
= 1; M
DC2
= 0.5; M
DC3
= Random
Ta có kết quả như sau:
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
Hình 2.13. Tốc độ mô phỏng các động cơ khi đã thay đổi tốc độ
Hình 2.14. Dòng điện mô phỏng khi thay đổi tốc độ
* Nhận xét:
- Ta thấy giữa các động cơ truyền động có sự quá độ về tốc độ thời
điểm ban đầu là khác nhau, nhưng sau khi ổn định thì tốc độ của chúng được giữ
không đổi và như nhau. Điều đó rất phù hợp với yêu cầu của công nghệ.
1
GVHD : PGS.TS Hoàng Xuân Bình
Đồ án trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung
- Khi V
DC1
= 0.75.V
DC2
; V

DC2
=V
DC3
= 1và giữ mômen không đổi thì
khi đó ta thấy tốc độ có sự tỉ lệ với nhau, sau thới gian quá độ chúng đều ổn định
để phù hợp với công nghệ. Còn dòng điện trong cả hai trương hợp thay đổi
không đáng kể.
- Và để nâng cao chất lượng của dây cáp sản xuất ra ta có thể thay đổi
quan hệ tốc độ và mômen giữa các động cơ với nhau để phù hợp với yêu cầu.
- Từ kết quả mô phỏng ta thấy trên mô phỏng khi ta tổng hợp bộ điều
khiển theo môdun tối ưu và tổng hợp hệ đồng tốc theo nguyên tắc điều chỉnh tốc
độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cung cấp riêng từng động cơ thì đã
đáp ứng được yêu cầu của hệ truyền động nhiều động cơ: Cần đồng bộ tốc độ
hoặc điều chỉnh tốc độ sau có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn động cơ trước một
đại lượng cần thiết, khi đó khắc phục được nhược điểm của hệ dùng phương
pháp bù điện áp phần ứng.
1