Cân băng sử dụng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.
Chương I: KHẢO SÁT Q TRÌNH CƠNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU VỚI HỆ
TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
1.1. Mơ tả q trình cơng nghệ của hệ thống cân băng định lượng................................
1.2. Nguyên lí hoạt động của cân băng định lượng..................................................
1.3. Nguyên tắc trừ bì..............................................................................................
1.4. Phát hiện sự trượt băng.....................................................................................
1.5. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển bằng máy tính .............................................................
1.5.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân...............................................................................
1.5.2. Cấu trúc điều khiển cân....................................................................................
1.5.3. Luật PID điều khiển trong máy tính.................................................................
CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG TẢI
2.1.
2.1.1. Khái niệm về cân băng định lượng trong công nghiệp…………………….
2.1.2. Cấu tạo hệ thống cân băng định lượng……………………………………..
2.1.3. Kết cấu động học của cân băng định lượng…………………....................
2.1.4. Nguyên lý hoạt động của cân báng định lượng……………………………
2.2. Ngun lý tính tốn lưu lượng của cân băng định lượng.
2.2.1. Nguyên lý tính lưu lượng…………………………………………………
2.2.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải…………………………………………
2.2.3. Phát hiện sự trượt băng…………………………………………………..
2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển bằng máy tính.
2.3.1. Sơ đố cấu trúc hệ thống cân………………………………………………
2.3.2. Cấu trúc điều khiển cân………………………………………………….
2.3.3. Luật điều khiển PID thực hiện trong máy tính………………………..
CHƯƠNG III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
TRONG HỆ THỐNG.
3.1. Tính tốn mơmen phụ tải.
3.1.1. Phân tích các momen tác động lên hệ thống………………………..

3.1.2. Giản đồ phụ tải………………………………………………………

1


3.2. Chọn phương án truyền động.
3.2.1. Giới thiệu về động cơ không đồng bộ…………………………………….
3.2.2. Khảo sát hệ truyền động xoay chiều……………………………………..
3.2.3. So sánh các phương án khả thi…………………………………………..
3.3. Tính chọn công suất động cơ.
3.3.1. Sơ đồ cấu trúc truyền động………………………………………………..
3.3.2. Tính chọn cơng suất động cơ………………………………………………..
3.3.3. Dải điều chỉnh tốc độ……………………………………………………….
3.4. Tính chọn biến tần.
3.5. Tính chọn Loadcell.
CHƯƠNG IV. TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
4.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển.

2


LỜI NĨI ĐẦU

Trong q trình sản xuất tạo ra sản phẩm, khâu định lượng đóng vai trị hết sức quan
trọng, nhằm xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, bán thành phẩm và sản
phẩm. Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết tại các cơng đoạn của q trình sản xuất:
cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp vật liệu cho từng giai đoạn công nghệ, định lượng
và đóng gói sản phẩm. Ngồi ra trong q trình sản xuất địi hỏi tính liên tục, pha trộn
ngun liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được
vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm.Chính vì thế vai trị của băng tải trong các nhà

máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục.
Các hệ cân băng định lượng trước đây thường sử dụng hệ thống rung, ngày nay hầu
hết sử dụng hệ thống điều khiển lưu lượng bằng cách điều khiển tốc độ động cơ theo lưu
lượng vật liệu trên băng tải, nhờ đó độ chính xác được cải thiện đáng kể nâng cao được
chất lượng sản phẩm.
Trên thực tế sử dụng nhiều loại cân băng định lượng, ở đây em chỉ nêu ra loại cân
băng điển hình sử dụng phổ biến hiện nay, đó là “Cân băng sử dụng điều khiển tốc độ
động cơ không đồng bộ bằng biến tần” được sử dụng trong Nhà máy chế biến nông sản
Bắc Ninh. Với đề tài này nội dung đồ án của em được chia thành 4 phần:
Chương I: Giới thiệu công nghệ và yêu cầu với hệ thống truyền động cân băng
định lượng
Chương II: Tính chọn cơng suất động cơ và các phương án truyền động của hệ
thống cân băng định lượng.
Chương III: Cấu trúc hệ truyền động và cách cài đặt biến tần ACS550
Chương IV: Điều khiển cân băng định lượng dùng PLC và biến tần.
Trong quá trình làm đồ án,với sự hướng dẫn tận tình của cơ Nguyễn Phạm Thục
Anh đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, do thời gian có hạn và khả năng cịn
hạ chế nên chắc chắn khơng thiếu khỏi sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của
các thầy cơ giáo cùng bạn đọc.
Hà Nội ngày tháng
năm 2009
Sinh viên thực hiện

Đào Thị Thu

3


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU VỚI HỆ THỐNG

TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
1.1. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
1.1.1. Khái niệm về cân băng định lượng
Cân băng định lượng là một khâu trong giây truyền cơng nghệ nhằm cung cấp chính
xác luợng ngun liệu cần thiết cho các nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được lập
trình cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với
lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc
độ chậm lại phù hợp với yêu cầu. Điều này được thể hiện trong các nhà máy xi măng, các
nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy chế biến thực phẩm, nơng sản…. Các băng tải
đóng vai trị vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương
tiện vận chuyển cơ động khác. Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng để vận chuyển
vật liệu từ nơi khai thác, bến nãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho
quá trình sản xuất.

4


Hình1.1. Mơ hình thực tế cân băng định luợng trong nhà máy

1.1.2. Vai trò của hệ thống cân băng định lượng
Việc đảm bảo chất lượng cho sản phẩm đầu ra của đây chuyển sản xuất. Yêu cầu đặt
ra là các sản phẩm phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau. Vì vậy, nhà sản xuất phải
nắm bắt và kiểm sốt được thơng số kỹ thuật, tỷ lệ pha trộn các phối liệu chính xác. Việc
điều chỉnh các thơng số đầu vào cũng như đầu ra yêu cầu phải đẽ thực hiện và thuận lợi
cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm.
Trong công nghệ chế biến nông sản cơng đoạn định lượng các phối liệu đóng vai trị
rất quan trọng, nó quyết định chất lượng của sản phẩm. Người ta sử dụng hệ thống cân
băng định lượng cho công đoạn phối liệu và định lượng sản phẩm . Để điều chỉnh được tỷ
lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng.

1.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH
LƯỢNG

Băng tải là một thiết bị vận chuyển liên tục dung để vận chuyển hàng dạng cục, hạt có
kích thước nhỏ theo một lưu lượng nào đó ở phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng
nghiêng (góc nghiêng khơng lớn hơn 30 độ). Bộ phận phát tín hiệu của cân băng định
lượng là cảm biến nhạy với trọng lượng của tải. Tín hiệu từ cảm biến được đưa trở về
điều khiển hệ thống hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ kéo băng tải.
Kết cấu của một băng tải được mô tả như sau:

Hình 1.2. Cấu tạo băng tải
Kết cấu của băng tải bao gồm những bộ phận chính sau :
+ Động cơ.
+ Hộp số.
+ Puly chủ động.
+ cảm biến trọng lượng LoadCell

5


+ Băng tải.
+ Phễu.
+ Cơ cấu cân định lượng.
Vật liệu rắn được tháo từ Silo. Bề dày của vật liệu trên băng thường được trải đều để
đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi.
Để xác định lưu lượng liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời vận tốc
của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên một đơn vị chiều dài. Trong đó tốc độ của
băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động cơ, trọng lượng của
liệu được đo bằng một cảm biến trọng lượng (loadcell) được gắn trên giá mang nhiều con
lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được các loadcell chuyển thành các tín hiệu điện

đưa về bộ xử lý để tính tốn lưu lượng.
Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải. Giá trị
lưu lượng vật liệu trên băng tải phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Thứ nhất là: độ dày lớp liệu trên băng tải hay còn gọi là mật độ liệu trên băng tải.
- Thứ hai là : Tốc độ chuyển động của băng tải.
Ta có:
Q = khc.mvl.v
(1-5)
Trong đó:
Q – Lưu lượng vật liệu trên băng tải.
khc - Hệ số tỷ lệ.
v - Vận tốc của băng tải (đuợc đo thông qua tốc độ động cơ),[m/s].
mvl - Khối lượng vật liệu tính trên một đơn vị chiều dài. [kg/m] và được tính như sau:
mvl = msan / Leff
(1-6)
Trong đó:
Leff - Khoảng cân.
[m]
msan - Tải trọng trên sàn
Như vậy, để đo được lưu lượng vật liệu trên băng tải phải đo được hai
thông số: tốc độ băng tải và mật độ liệu.
1.2.1. Cấu tạo của cân băng định lượng:

6


Hình 1.3. Cấu tạo của cân băng định lợng
Kt cu của một băng tải cố định được biểu diễn trên hình1.3. Băng tải chở hàng di
chuyển trên các con lăn đỡ trên (con lăn tải) và con lăn đỡ dưới (con lăn hồi trả). Ngồi
ra, cịn có các con lăn được chế tạo với độ bền cơ khí cao, chịu va đập tốt, nằm ngay dưới

phễu xả liệu, được gọi là con lăn chịu va đập. Các con lăn, kẻ cả con lăn chịu va đập
được lắp trên một khung làm giá đỡ. Truyền động khi đo băng tải nhờ hai tang (pulley):
tang chủ động và tang bị động hay puli đầu và puli đuôi. Puli đầu được gá chặt trên giá
đỡ và nối với trục động cơ truyền động qua hp gim tc.

Hình 1.4. Kết cấu bên trong của cân băng định lợng
C cu cm bin trng lng l một khung treo có đối trọng được đặt phía trong
băng tải và được treo vào khung bàn cân nhờ cơ cấu nhíp. Khoảng vật liệu có tác dụng
lên đầu cân (khoảng cân) nằm giữa hai con lăn đỡ và trọng lượng của vật liệu sẽ tác dụng
trực tiếp lên con băng giữa.

7


1.2.2. Các nguyên lý của cân băng định lượng:
1. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên liệu từ két chứa liệu theo phễu đổ liệu được đổ xuống băng chuyền, chiều
dày lớp liệu điều chỉnh nhờ chốt gạt liệu. Trọng lượng liệu trên băng sẽ được xác định
nhờ Loadcell đặt dưới mặt băng. Tốc độ của động cơ quay băng được xác định nhờ một
máy phát tốc gắn trên trục động cơ. Tín hiệu trọng luợng và vận tốc sẽ được truyền về
máy tính xử lý tính tốn và xác định ra lưu lượng tức thời, so sánh với lưu lượng đặt qua
đó thơng qua biến tần máy tính sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ để ổn định lưu lượng tức
thời bằng với lưu lượng đặt yêu cầu.

Hình 1.5. Nguyên lý cân băng tải.
Tốc độ của dòng nguyên liệu (thể rắn) được xác định và điều chỉnh bằng cách đưa
nguyên liệu được cấp lên trên một băng tải, xác định và điều chỉnh tốc độ của động cơ
quay băng tải. Tuy nhiên, khi có sự trượt băng của băng tải trên tang quay chủ động sẽ
gây nên sai lệch giữa tốc độ của băng tải và tốc độ của động cơ (đã qua hộp số). Để có
thể xác định được chính xác tốc độ của băng tải, máy phát tốc được liên động trực tiếp

với truyền động của băng tải.
Khối lưọng trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải được điều chỉnh bằng một thiết bị
cung cấp nguyên liệu từ trên phễu xuống băng tải. Đơn giản, thiết bị này có thể là một
cửa mà độ mở của nó được điều chỉnh và bằng bộ điều chỉnh Q. Khi mật độ nguyên liệu
là không đổi, khối lưọng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải tỉ lệ với độ dày
của dòng nguyên liệu, độ dày này được quy định bởi một thanh gạt gắn trên băng tải. Mật
độ khối lượng của nguyên liệu phụ thuộc vào độ lớn của hạt, áp suất đè lên nó và vào cả
thời gian mà đống nguyên liệu chịu tác động của rung lắc.

8


Tín hiệu đo lường khối lượng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải là
một tín hiệu khơng đồng bộ về mặt thơi gian. Để phép đo được chính xác cảm biến trong
lượng được bố trí ở giữa băng tải (vì nếu nằm gần hai đầu băng tải sẽ chịu tác động nhiễu
của lực căng băng tải va nhiễu thế năng). Trong khi đó lưu lượng của dịng nguyên liệu
do hệ thống cân băng định lương cấp cần được điều chỉnh tại đầu cuối của mỗi băng tải
nơi ngun liệu đi vào băng tải. Vì vậy có một sự sai lệch về thời gian của tín hiệu đo
lường ( ngoài gian trễ gây nên bởi thiết bị đo và truyền tin).
Hệ thống cân băng định lượng nằm trong một dây chuyền cơng nghệ, nó phải đảm
bảo sư liên động trong toàn bộ dây chuyền, Hệ thống cân băng định lượng chỉ cung cấp
nguyên liệu khi hệ thống nhận lượng nguyên liệu này đã hoạt động, và nó chỉ được phép
dừng nhận nguyên liệu của hệ thống cung cấp nguyên liệu cho nó khi hệ thống này đã
ngừng cung cấp nguyên liệu cho nó.
1. Nguyên lý các thành phần của cân băng định lượng:
Trọng lượng đo được trên cầu cân bao gồm trọng lượng của băng tải và trọng lượng của
vật liệu trên băng để có được trọng lượng thực của liệu thì ta phải trừ đi trọng lượng của
băng. Trọng lượng của băng được xác định trong khi chỉnh không băng tải. Cụ thể là:
Ở dưới mặt băng tải người ta gắn vào đó một tấm kim loại và có một đầu dị kiểu
cảm ứng phát tín hiệu khi nó cảm nhận được tấm kim loại kia Bộ điều khiển sẽ đồng bộ

tín hiệu giữa tín hiệu phát hiện tấm kim loại với tín hiệu phát xung ra từ bộ giám sát tốc
độ gắn trên trục động cơ ,bắt đầu từ vị trí chuẩn của tấm lim loại trên băng để xác định vị
trí chính xác của băng tải sau hai lần gặp tấm kim loại kia tức là băng tải phải đi một
vòng và số xung từ bộ giám sát tốc độ phát ra được đồng bộ hố và tính ra được các phân
đoạn băng tương ứng .Các phân đoạn này thông thường dài 4cm.
Khi thao tác chỉnh khơng tức là khi băng tải rỗng thì trọng lượng ,vị trí của mỗi
phân đoạn băng tải được ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển. Khi chạy có tải thì trọng
lượng trên phân đoạn được đưa vào bộ điều khiển và nó sẽ tự trừ đi trọng lượng bì đã
được ghi trong bộ nhớ. Điều này đảm bảo được cả độ chính xác về trọng lượng cũng như
khi đang sử dụng băng tải mà toàn bộ chiều dài băng tải có độ dày mỏng khơng đều và
ngay cả khi băng dừng thì vị trí của nó cũng được ghi nhớ trong bộ nhớ do đó lần khởi
động sau nó sẽ khởi tạo trừ bì ngay lập tức. Trong qúa trình vận hành vì một lí do nào đó
mà độ dài lí thuyết của băng lớn hơn thực tế khi đó đã xảy ra hiện tượng trượt băng và
băng sẽ dừng tính tổng và phải hiệu chỉnh lại.

9


Mặt khác, khi băng làm việc ở chế độ không tải thì số phân đoạn cũng như vị trí
của mỗi phân đoạn sẽ được nhớ vào bộ nhớ và khi vận hành có tải thì số phân đoạn thực
tế của băng giữa hai lần trở về của tấm sắt gắn trên băng tải được đưa về bộ điều khiển và
so sánh với số phân đoạn đã được nhớ trong khi chạy khơng tải. Nếu kết qủa này có sự
sai khác thì khi đó đã xuất hiện hiện tượng lệch băng và bộ tính tổng sẽ dừng lại. Điều
này tránh được lỗi về tính tổng trọng lượng.
1.3. CÁC U CẦU CƠNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LUỢNG

Mục đích của hệ thống cân băng định lượng là điều khiển lưu lượng vật liệu trên bănng
tải theo một giá trị đặt cho trước thông qua điều khiển tốc độ động cơ. Như vậy, ngồi
mạch vịng điều chỉnh dịng điện, tốc độ cịn có thêm mạch vịng điều chỉnh lưu lượng.
1.3.1. u cầu về điều khiển:

- Điều khiển tốc độ động cơ sao cho lưu lượng vật liệu trên băng tải bám theo lưu
lượng đặt. Động cơ hoạt động dưới tốc độ cơ bản.
- Vùng điều chỉnh tốc độ không lớn
- Độ chính xác điều khiển càng cao càng tốt
- Hệ thống phải đáp ứng càng nhanh cành tốt
1.3.2. Yêu cầu về phụ tải:
Đặc tính cơ của máy sản xuất biểu diễn dưới dạng tổng quát:

M c M co   M dm

  
 M co  

 dm 

Trong đó:
Mc0 – Mômen ứng với tốc độ  = 0
Mđm – Mômen ứng với tốc độ định mức dm
Mc – Mômen ứng với tốc độ 



(1-1)
[Nm]
[Nm]
[Nm]

Với băng tải  0 do đó M c M dm const . Ta thấy phụ tải của hệ truyền
động băng tải ít thay đổi trong q trình làm việc. Biểu đồ cơng suất và mơmen cản tĩnh
được cho trên hình 1.6 như sau:

10


Hình 1.6. Biểu đồ cơng suất và mơmen cản tĩnh

- Biểu đồ mơmen phụ tải
Từ phương trình động học :
M M c  J

d
dt

(1-2)

Ta có biểu đồ phụ tải được cho ở hình 1.7 như sau:

Hình 1.7. Biểu đồ mơmen phụ tải và tốc độ
Trong đó:
- Đoạn 01: Đoạn băng tải khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế độ dài hạn, sơ lần đóng
cắt ít, các u cầuu khởi động động cơ là khơng nặng nề. Ta có thể khởi động động cơ tới
tốc độ làm việc vè ổn định tốc độ đó rồi cho vật liệu rơi xuống băng từ silo.
- Đoạn 12: Là đoạn băng tải làm việc với M c const , Giai đoạn này mômen phụ tải thay
đổi trong phạm vi nhỏ.

11


- Đoạn 23: Giai đoạn giảm tốc và đừng băng tải. Ta có thể dừng tự do hoặc dừng tự do có
thêm phanh hãm.

1.3.3. Yêu cầu về khởi động và hãm
- Yêu cầu khởi động:
+ Hệ truyền động băng tải khi khởi động với gia tốc lớn có thể làm đứt băng. Để hạn chế
điều này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
+ Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc thì chọn
động cơ có mơmen khởi động đủ lớn.
- u cầu hãm:
+ Khi dừng thì khơng u cầu dừng chính xác. Nhưng tránh cho hệ dừng với gia tốc lơn
trành gây đứt băng.

CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
2.1 CÁC THÔNG SỐ TRONG HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

Chiều dài băng
Chiều rộng băng
Lưu lượng
Tốc độ của băng
Bề dày lớp liệu
Tải trên băng danh định
Chiều dài cầu cân
Trọng lượng bì
Đường kính tang chủ động
Đường kính tang bị động
Tỷ số truyền của hộp số

: 3.16m
: 0.82m
: 36 tấn /h

: 0,1 m/s
: 155 mm
: 100 kg/m
: 0.6 m
: 40 kg/m
: 0,4m
: 0.4m
: 250

12


2.2. TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ
2.2.1. Sơ đồ cấu trúc truyền động
Tang chủ động

Tang bị động

i 2 , n2

Động cơ KĐB

Bộ giảm tốc

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyn ng

2.2.2. Tớnh toỏn tc ng c:
Hộp giảm tốc
M
1

i

V2
Băng t¶i
ω2

Hình 2.2 Mơ hình truyền động động cơ – băng tải.
Tỷ số truyền giưă bánh răng 1 và 2 :
i=

40
= 1,5
26

Tỷ số truyền của hộp số: n=250
Tốc độ của băng chuyền :Vmax =0,15m/s, Vmin= 0,1m/s

13


Tốc độ lớn nhất của bánh răng 2(tốc độ của tang chủ động) 2
2max=

0,15
V max
= 3,14.0,3 =0,16Rad/s
 .D

Trong đó D là đường kính tang chủ động :D=0,3m

Tốc độ lớn nhất của bánh răng 1: w1max
1max =i. 2max = 1,5.0,16=0,24 Rad/s
Do đó tốc độ động cơ lớn nhất là:
đcmax =1max.n =0,24.250 =60 Rad/s
 Vmax=

60
60
.dcmax = 2.3,14 .60= 573 vòng/phút
2.

Tốc độ nhỏ nhất của bánh răng 2(tốc độ của tang chủ động) 2min
2min =

0,1
V min
= 3,14.0,3 =0,106 Rad/s
 .D

Tốc độ nhỏ nhất của bánh răng 1 : 1min
1min= i. 2min =1,5.0,106= 0,159 Rad/s
Do đó tốc độ động cơ nhỏ nhất là:
đcmin =1min.n= 0,159.250 =39,75 Rad/s
 Vmin=

39,75
60
đcmin = 2.3,14 .60 = 380 vòng/phút
2.

2.2.3. Tính chọn cơng suất động cơ:
Để tính chọn cơng suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ.
Dựa vào đặc điểm của hệ truyền động của băng tải là giữ cho M= const trong phạm vi
điều chỉnh tốc độ. Do đó, cơng suất động cơ được tính theo các thành phần:
Cơng suất P1 để dịch chuyển vật liệu
Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải
và các con lăn khi băng tải chạy khơng
Ta có lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là;
F1=L.g..k1
L là chiều dài của băng L= 3,16m
 là trọng lượng liệu trên băng trên một đơn vị chiều dài
k1 là hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu k1 =0,15
Với

=

100
Q max
= 3600.0,15 .103 = 185,2(kg/m)
V

14


g : gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s
F1= 3,16. 9,8. 185,2. 0,15 = 860,3 (N)
P1= F1.v =860,3. 0,15 = 129 (W)
Cơng thức tính P2
Lực cản do các loại ma sat sinh ra khi băng tải truyền động không tải là:
F2= 2.L.b.k2.g

k2 : hệ số tính đến lực cản khi không tải. (k=0,08)
b : khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng(b =9,2kg/m)
Công suất cần thiết để khắc phục các lực cản masat
P2 = F2.v =2.L. b.k2.g.v
P2= 2. 3,16. 9,2. 0,08. 9,8. 0,15. = 6,7(W)
Công suất tĩnh của băng tải: P=P1+P2=129+6,7= 136,7(W)
Công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo cơng thức :
P

Pđc=  .k3
Trong đó : k3 :hệ số dự trữ công suất (k3=1,2  1,25)
 : hiệu suất truyền động
P

136,7

Pđc =  .k3 = 1,25 . 0,8 = 213,6 (W)
Dựa vào tính tốn ở trên ta có thể chọn động cơ có cơng suất 0,5kW với vận tốc lớn
nhất là 1400 vịng/phút
Ta có thể chọn động cơ rơ to lồng sóc mã hiệu VIET HUNG với các thông số sau :
Mã hiệu động cơ : 4K71B4
Công suất dịnh mức : Pđm = 0,55 KW
Tốc độ quay định mức : ndm = 1390 ( v/p)
Hiệu suất động cơ

: ndm = 0.7

Hệ số công suất

: cos  = 0.71

Dịng điện stato

: Is

= 3 (A)

Mơmen định mức
Mđm = 27 ( Nm)
Mơmen q tính của Rotor : J = 0,0008 Kg.m2

15


Khối lượng của động cơ : Q = 14 Kg
Cấp độ bảo vệ : IP 44
Các thông số khác :
Mth/Mđm = 2,2
Istđm = 3 (A)
Rst = 1,5 
I’rđm đã tính đổi = 0,65 (A)

Mkđ/Mđm = 2,0
Xst = 1 
X’rmđ đã tính đổi = 0,95 

R’rđm đã tính đổi = 2,1 

2.3. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
Động cơ khơng đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm nổi bật của loại

động cơ này là: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ roto lồng sóc; so với động cơ một
chiều thì động cơ khơng đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy chắc chắn.Ngồi ra
động cơ khơng đồng bộ dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nen không cần trang
bị thêm các thiết bọi biến đổi kèm theo. Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều
chỉnh tốc độ và khống chế các q trình q độ khó khăn; riêng với động cơ roto lồng sóc
có các chỉ tiêu xấu hơn. Ngày nay do sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công
suất và kỹ thuật tin học, nên động cơ không đồng bộ phát triển và dần có xu hướng thay
thế động cơ một chiều trong các hệ truyền động.
Trong hệ thống cân băng định lượng, động cơ khơng đồng bộ ba pha Rơto lồng sóc
được nối trực tiếp với biến tần để điều chỉnh tốc độ của băng tải.
2.3.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ:
Động cơ khơng đồng bộ gồm hai phân chính là stato(phần tĩnh) và roto(phần quay)
a. Cấu tạo phần tĩnh(stato):
Gồm: vỏ máy , lõi sắt, dây quấn.
- Vỏ máy: thường làm bằng gang. Đối với máy công suất lớn(>1000Kw) thường
dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ.
- Lõi sắt: được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,35mm-0,5mm ghép lại.Lõi
sắt là phần dẫn từ, vì từ trường qua lõi thép là từ trường xoay chiều nhằm giảm tổn hao
do dịng xốy gây ra nên mỗi lá thép lĩ thuật điện đều có sơn cách điện. Mặt trong lõi
thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

16


Hình 2.3. Lá thép kĩ thuật điện
- Dây quấn: được đặt vào các rãnh lõi sắt và cách điện vơi lõi sắt. Dây quấn stato
gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 120o.
b. Cấu tạo phần quay (roto):
- Trục: làm bằng lõi thép để đỡ lõi sắt roto.
- Lõi sắt: gồm các lá thép kĩ thuật điện giống như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp

lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh.
- Dây quấn: gồm 2 loại roto dây quấn và roto lồng sóc
Roto dây quấn: Dây quấn giống dây quấn stato. Dây quấn 3 pha roto thường đáu
hình sao, 3 đầu kia đấu vào 3 vành trượt làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và qua
chổi than có thể đưa điện ra ngồi. Có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất
điện động phụ vào mạch roto để cải thiện mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số cơng suất.
Bình thương làm việc dây quấn roto nối ngắn mạch.
Roto lồng sóc: Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng
nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vịng ngắn mạch đồng hoặc nhơm thành một cái
lồng người ta gọi đó là lồng sóc. Dây quấn roto lồng sóc khơng cần cách điện với lõi st.

Hình 2.5. Dây quấn rôto kiểu lồng sóc

17


Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ(0,2mm_1mm).
2.3.2. Ngun lí làm việc của động cơ khơng đồng bộ
Động cơ không đồng bộ làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi đặt điện
áp 3 pha vào ba dây quấn 3 pha đặt đối xứng khi đó trong khe hở khơng khí xuất hiện từ
trường quay mà thành phần bậc 1 của từ trường quay này quay với tốc độ góc là:
n1=

60. f
p

trong đó:f là tần số dịng điện cấp cho stato
p là số đơi cực của dây quấn stato.
Từ trường này quét qua các thanh dẫn của dây quán roto và cảm ứng trong chúng 1
suất điện động và chính sức điện động này sinh ra dịng điện chay trong roto. Từ thơng

do dịng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thơng tổng khe hở. Dịng
điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông tổng khe hở tạo thành momen. Tá dụng
đó có quan hệ chặt chẽ với tốc độ quay củ stato
2.3.3. Phương trình đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ.
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ ta sử dụng sơ đồ
thay thế một pha của động cơ . Tuy nhiên có các điều kiện sau thoả mãn để xây dựng
phương trình đặc tính cơ.
- 3 pha của động cơ là đối xứng .
- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt độ, điện
trở khơng phụ thuộc vào tần số dịng điện rơto , mạch từ khơng bão hồ điện kháng X1 ,
X2 không đổi.
- Bỏ qua các tổn thất trong lõi thép các tổn thất của ma sát.
- Điện áp hoàn toàn sin và đối sứng ba pha.
Với những giả tưởng trên ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ.

18


Hình 2.6. Sơ đồ thay thế một pha động cơ khơng đồng bộ
Trong đó U1 : trị số hiệu dụng của điện áp ba pha stato
Trong đó : Rth , R1 , R2’ là điện trở tác dụng từ hoá , điện trở stato và điện trở rôto
đã quy đổi về phía stato .
Xth, X1 , X2’ là điện kháng mạch từ hố điện kháng tản stato và điện kháng
rơto đã quy đổi về phía stato.
Ith ,I1 , I2’ là các dịng điện từ hố , dịng điện stato, dịng điện rôto đã quy
đổi về stato
Với hệ số quy đổi như sau :
X 2' k u2 .X 2

I 2' k i I 2

;

R2' k u2 R2

;

Trong đó :
ku 

w1 .k dq1
U1

E w w2 .k dq 2

kdq1, kdq2 :hệ số dây quấn stato và rôto
U1 điện áp định mức đặt vào dây quấn stato
Ew sức điện động định mức của rôto
ki 

Độ trượt động cơ

I 2'
I1
s

:

1  
1

Ta tính được dịng điện qua rô to :
I 2' 

U1
2


R' 
 R1  2   X 1  X 2'
s 






2

s = 0  I 2' = 0 (  = 1)
s = 1

'
 I2 

U1

 R1  R2 

2

X

2
nm

= dòng điện max ( I 2' max )

,  = 0 .với :

X nm  X 1  X 2' : điện kháng ngắn mạch

Dịng khởi động phía rơto của động cơ .
s

ω

19


ω1

I2’
0

I’Max
Hình 2.7. Đặc tính dịng điện rơto
Thơng thường ta có I2’ max = (4  7)Iđm . Vì thế khi khởi động động cơ cần chú ý
giảm dòng mở máy phía rơto bằng cách mắc thêm điện trở phụ phía rơto .
Ta có dịng điện phía stato là :

I1 I 2'  I th

Khi









1

Rth  X th

1

R'
 R1  2
s


s=0



I1 = Ith

s=1




I 1 



2


2
  X nm





 .U 1




(dịng phía stato bằng dịng từ hố )
1

Rth  X th

1

 R1  R2  2  X nm


 U1



I1 I 2'  I th

Hình 2.8. Đặc tính dịng điện stato của động cơ không đồng bộ .
- Để xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ ta dựa vào
điều kiện cân bằng công suất trong động cơ
Ta có cơng suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là :
Pđt = M.1 (1) M : Là mômen điện từ của động cơ
Giả sử bỏ qua tổn thất phụ thì : M = M cơ

20