tiểu luận bộ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA </b>

<b>ASSIGNMENT GIAI ĐOẠN </b>

<b>Giảng viên hướng dẫn: </b> Phan Việt Hùng

Môn: PLC Nâng cao

<b>Sinh viên thực hiện: </b>Trịnh Bình Dương

<i><b>Đà Nẵng, ngày 23 tháng 01 năm 2024</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

:

Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến q thầy(cơ) trong khoa Tự Động Hóa đã tận tình giải đáp thắc mắc, nguyện vọng trong quá trình thực hiện đề tài của nhóm. Sự hỗ trợ của q thầy(cơ) đóng góp một phần khơng nhỏ vào thành cơng ngày hơm nay.

Nhóm đề tài cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên trong khoa Tự Động Hóa đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nhóm, đặc biệt là tập thể lớp AE18301. Những đóng góp của các bạn ln được nhóm tiếp nhận và đánh giá cao.

Thành cơng của đề tài ngày hơm nay chính là một phần đóng góp to lớn của mọi người. Một lần nữa, nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô, bạn bè và quý phụ huynh đã hỗ trợ nhóm thực hiện đề tài hoàn chỉnh.

<b>Em xin chân thành cảm ơn! </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI MỞ ĐẦU: </b>

Ngày nay, động cơ không đồng bộ 3 pha được s d ng nhi u trong các nhà máy, xí ử ụ ề nghi p s n xu t có nhệ ả ấ ững ưu điểm: Hi u su t cao; k t cệ ấ ế ấu đơn giản, g n nh ; giá ọ ẹ thành ch t o và chi phí v n hành th p; làm vi c tin c y; s d ng tế ạ ậ ấ ệ ậ ử ụ ốt trong môi trường công nghi p. Bên c nh nhệ ạ ững ưu điểm thì nhược điểm của động cơ khơng đồng b ộ (ĐCKĐB) 3 pha là phức tạp trong điều khiển do đặc tính phi tuyến mạnh. Chính vì vậy, vi c thi t k vệ ế ế à điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha là một kỹ năng cần thi t và quan trế ọng của người lao động trong lĩnh vực t ng hóa. ự độ

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CAM ĐOAN: </b>

“Em xin cam đoan đề tài: báo cáo là một dự nghiên án cứu độc lập dưới

<b>sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: Phan Việt Hùng.Ngồi ra khơng có bất </b>

cứ sự sao chép của người khác. Đề tài, nội dung báo cáo là sản phẩm mà chúng em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường. Các số liệu, kết quả trình bày trong báo cáo là hồn tồn trung thực, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra nếu như có vấn đề xảy ra.”

<b>Too long to read onyour phone? Save to</b>

read later on your computer

Save to a Studylist

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b> CHƯƠNG 1: T ỔNG</b> QUAN V<b>Ề ĐỀ TÀI </b>

1.1. Tổng quan về hệ thống.

<b>1.1.1. Tìm hiểu sơ bộ về Bộ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 </b>

pha.

Hệ thống gồm có: một động cơ khơng đồng bộ 3 pha, một biến tần, PLC với một ngõ ra Analog, Encoder.

<b>+ Một động cơ không đồng bộ 3 pha: </b>

Cấu tạo:

Khái quát chung về cấu tạo, động cơ máy điện không đồng bộ 3 pha gồm có:

Phần tĩnh (STATOR): Gồm khung, sắt từ và dây quấn; Lõi thép Stator gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau

tạo thành khối. Dây quấn được đặt vào rãnh của lõi sắt và cách điện đóng vai trị quan trọng trong việc trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng và ngược lại.

Phần quay (ROTOR): Gồm Rotor, trục và bạc đạn.

Lõi sắt của Rotor bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của Stator, điểm khác biệt là giữa các lá thép không cách điện. Chúng được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá Rotor của máy. Mặt ngoài lõi thép được dập rãnh để hấp thụ từ và ở giữa có dập lỗ để lắp trục.

Trục mang Rotor quay trong lịng Stator có thể được cấu tạo từ thép cacbon từ 5 đến 45, trên trục có lõi thép, bạc đạn và quạt gió.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Vỏ máy điện không đồng bộ 3 pha là nơi cố định lõi sắt, dây quấn cũng như là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục. Vỏ máy làm bằng gang, nhôm hoặc thép tùy thuộc vào loại máy với phương pháp chế tạo từ đúc hàn hoặc rèn. Có hai kiểu vỏ máy là vỏ máy có gân tản nhiệt trên bề mặt và vỏ máy có bề mặt ngoài nhẵn. Nguyên lý hoạt động:

- Khi dòng điện 3 pha vào các dây quấn Stator thì xuất hiện từ trường quay với từ thơng biến thiên qua các khung dây kín của Rotor làm xuất hiện sức điện động và dòng điện cảm ứng. -Lực tương tác điện từ tạo ra momen quay làm Rotor quay với tốc độ n nhỏ hơn tốc độ n1 của từ trường. Tốc độ của từ trường quay được xác định bởi tần số cung cấp của lưới điện và số các cực được tạo ra từ các cuộn dây.

<b>+Biến tần </b>

Cấu tạo:

– Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số biến thiên ba pha (có thể thay đổi) để điều khiển tốc độ động cơ.

Nguyên lý hoạt động:

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

- Nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ biến tần được thể hiện qua 2 công đoạn sau:

<b> Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc </b>

3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều phẳng (DC).

<b>Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nguồn điện đầu vào có thể là – một pha hoặc ba pha, nhưng </b>

nó sẽ có điện áp và tần số cố định.

<b>Công đoạn 2: Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Ban đầu, điện áp </b>

1 chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp 1 chiều này ở mức rất cao tại DC bus. Tiếp theo, thơng qua trình tự kích hoạt đóng ngắt thích hợp,<b> bộ nghịch lưu IGBT </b>của biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

+ PLC: Cấu tạo:

Thơng thường, hệ thống PLC có các b ộ phận chính sau: -B ộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngồi ra có thể s d ng vùng ử ụ nhớ ngoài – EPROM.

-B x lý trung tâm CPU. ộ ử

-Module input/output. Thơng thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu c u m r ng I/O có th l p module I/O. ầ ở ộ ể ắ

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Ngồi ra, PLC cịn có các b ộ phận khác:

C ng k t n i PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 th c hiổ ế ố ự ện đổ chương trình và giám sát chương trình.

Cổng truyền thơng: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dịng s n ph m, PLC có thả ẩ ể được tích hợp thêm các chu n truyẩ ền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…

Nguyên lý hoạt động:

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trên RAM. Pin dự phịng được tích hợp trên PLC giúp chương trình khơng bị mất khi có sự cố về điện. CPU thực hiện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự.

+ Ngõ vào ra Analog là gì?

Trong quá trình lập trình cho plc ta thường phải thu th p dậ ữ liệu analog t ừ những giá tr ị dòng điện hay điện áp do c m bi n ho c thiả ế ặ ết

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

bị khác đưa vậy. Những giá trị này thường được g i là analog. Chính ọ vì v y mà trên plc hi n nay h u h t các nhà s n xuậ ệ ầ ế ả ất đều tích h p ngõ ợ vào ra analog cho plc.

Giá tr ị analog được hiểu trên plc thường là giá tr c a ô nh tùy theo ị ủ ớ độ phân gi i c a ngõ vào ra analog. Ví d ả ủ ụ như ngõ vào analog 0-10V có độ phân giải là 10 bit thì giá trị đầu vào 0V ứng với ô nhớ giá trị là 0, giá tr u vào 10V ng v i giá tr 2^10-2=1023. ị đầ ứ ớ ị

Hiện nay trên plc tích h p 2 d ng ngõ vào ra analog phợ ạ ổ biến như sau:

0-10V: đọc điện áp analog t 0-10V. ừ 4-20mA: đọc dịng điện 4-20 ma.

Dạng đọc tín hi u 4-ệ 20mA được s d ng trong th c t nhiử ụ ự ế ều hơn nhờ khả năng kéo dây đi xa mà tín hiệu vẫn khơng bị suy yếu, cịn dạng 0-10V n u kéo dây quá dài thì s b suy yế ẽ ị ếu do suy hao trên dây dẫn. + Encoder

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b> Cấu tạo: </b>

Một bộ mã hóa Encoder gồm có các bộ phận chính: - Thân và trục

- Nguồn phát sáng (lightsource): là 1 đèn LED

- Đĩa mã hóa (code disk): có rãnh nhỏ quay quanh trục, khi đĩa này quay và chiếu đèn LED lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt qng xảy ra. Các rãnh trên đĩa chia vịng trịn 360o thành các góc bằng nhau. Một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm trịn.

- Bộ cảm biến ánh sáng thu tín hiệu (photosensor): là một con mắt thu quang điện để nhận tín hiệu từ đĩa quay

- Bo mạch điện tử (electronic board): giúp khuếch đại tín hiệu • Ngun lý hoạt động:

Encoder hoạt động theo nguyên lý đĩa quay quanh trục. Trên đĩa mã hóa có các rãnh nhỏ để nguồn phát sáng chiếu tín hiệu quang qua đĩa. Chỗ có rãnh thì ánh sáng xun qua được, chỗ khơng có rãnh ánh sáng không xuyên qua được.

Với các tín hiệu có, hoặc khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần ánh sáng bị cắt.

Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục để tạo ra các xung vuông. Việc sử dụng các bộ mã hóa sẽ ghi nhận lại số xung và tốc độ xung. Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm (vi xử lý, PLC,…) và từ đó kỹ sư cơ khí sẽ biết được vị trí và tốc độ của động cơ.

1.2. <b>Tìm hiểu u cầu cơng nghệ. </b>

<b>1.2.1. Thiết kế hệ thống điều khiển vịng kín sử dụng PID Khái niệm: </b>

- Bộ điều khiển vịng kín được sử dụng nhiều nhất trong cơng nghiệp. - Là kết hợp của 3 bộ điều khiển: tỉ lệ, tích phân và vi phân. - Có khả năng triệt tiêu sai số xác lập, tăng tốc độ đáp ứng, giảm độ vọt lố nếu thông số của bộ điều khiển được lựa chọn thích hợp.

<b> Cấu trúc: </b>

- Bộ điều khiển PID vịng kín bao gồm: Setpoint (Điểm đặt) Bộ điều khiển PID Cơ cấu chấp hành Ngõ ra và tín hiệu trả về qua cảm biến. Để thiết kế bộ điều khiển PID vịng kín ta thực hiện các bước sau: (1) Nhận phản hồi từ hệ mở và xác định các thông số cần cải thiện (độ vọt lố, thời gian xác lập, sai số xác lập,...)

(2) Thêm khâu điều khiển tỉ lệ Kp (cải thiện thời gian đi lên) (3) Thêm khâu điều khiển tích phân Ki (giảm độ vọt lố)

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

(4) Thêm khâu điều khiển vi phân Kd (giảm sai số xác lập) (5) Điều chỉnh hệ số các khâu phù hợp

<b> Các phương pháp xác định thông số PID </b>

- p Ziegler-Nichols:

Đặt Ki = Kd = 0. Tăng Kp cho đến khi hệ giao động tuần hoàn. Đặt giá trị Kp = Kc Thông số được xác định dựa vào bảng:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>CHƯƠNG 2</b> - V<b>ẠCH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ</b>

<b>1. Đề xuất các phương án thiết kế: </b>

Nhóm em đề xuất hai phương án thiết kế

- Phương án 1: Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển

+ Nếu sử dụng PLC này thì chúng ta dễ lắp đặt và chi phí đầu tư thấp, dễ đấu nối và nhỏ gọn

- Phương án 2: Sử dụng PLC S7 1500 để điều khiển

-+ Nếu sử dụng PLC này thì chúng ta hạn chế về kĩ năng để lắp đặt và chi phí cao, cần phải có modude thì mới kết các cổng I/O vào được

Từ đó nhóm em chọn phương án 1 thiết kế hệ thống bằng PLC S7-1200 để điều khiển.

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Nhận xét đặc điểm của sơ đồ

Cơ cấu sơ đồ được tóm gọn dễ vận hành và sữa chữa và đầy đủ nhu cầu đề bài đã giao

2. Lựa chọn phương án thiết kế

- Phương án 1: Sử dụng PLC S7 1200 để điều khiển

-+ Nếu sử dụng PLC này thì chúng ta dễ lắp đặt và chi phí đầu tư thấp, dễ đấu nối và nhỏ gọn

</div>