Thiết kế hệ thống truyền động điện cho băng tải sử dụng động cơ một chiều, dùng để vận chuyển bình giữ nhiệt Inox 304

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

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

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

<b><small>TRƯỜNG SƯ PHẠM KỸ THUẬT – ĐHĐNKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</small></b>

<b><small> CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM</small></b>

<b>II. Yêu cầu công nghệ:</b>

- Độ dài băng tải: 500cm.- Chiều rộng: 50cm- Độ dày: 1.5mm

- Tải trọng tối đa của băng tải: 13,186kg- Khối lượng bình giữ nhiệt: 386g.- Dung tích: 900ml.

- Kích thước: 100x203mm.

- Khoảng cách giữa các bình: 10cm- Lưu lượng sản phầm: 28363,6sp/h- Tốc độ băng tải: 150cm/s

- Loại động cơ: động cơ một chiều kích từ độc lập.

<b>III. Nội dung: </b>

Chương 1: Tổng quan về băng tải

Chương 2: Tính chọn động cơ cho băng tảiChương 3: Lựa chọn phương pháp truyền độngChương 4: Tính tốn mạch điện tử công suấtChương 5: Mô phỏng hệ thống

Chương 6: Đánh giá và kết luận

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

<b>IV. Sản phẩm: </b>

- Báo cáo (Thiết kế và thuyết minh, bản vẽ ngun lý và bản vẽ lắp ráp, chươngtrình mơ phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng, Tài liệu tham khảo, Phụ lục). Trong đó:

Chương trình mơ phỏng hệ truyền động điện hoặc mơ hình mạch thật với thơngsố quy đổi.

<b>Bản vẽ nguyên lý (Bản vẽ mạch lực, Bản vẽ mạch điều khiển, Danh mục thiết </b>

<b>Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên)</b>

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

<b>LỜI MỞ ĐẦU</b>

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào cơng cuộc cơng nghiệp hố hiệnđại hố đất nước, sự giáo dục đóng vai trị quan trọng trong công cuộc này đặc biệt làđào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực tiễn vào laođộng sản xuất.

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin,ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Tựđộng hố q trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống côngnghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hố khơng nhữnglàm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà cịn góp phần rất lớn trong việc nângcao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm.

Với mục tiêu cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước, ngày càng có thêm nhiều xínghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiếnthức về điện tử công suất, về truyền động điện,, về vi mạch và xử lý trong công tác kỹthuật hiện tại.

<b>Đề tài đồ án nhóm em chọn là “Thiết kế hệ thống truyền động điện cho băng tải sửdụng động cơ một chiều, dùng để vận chuyển bình giữ nhiệt Inox 304”</b>

Tuy nhiên do yêu cầu về thời gian hạn hẹp, kiến thức cịn nhiều hạn chế nên là rất khókhăn nên việc nghiêm cứu đề tài chắc chắn cịn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong sự đóng góp ý kiến của cơ cùng các bạn để đề tài được hồn thiện hơn.

Qua đề tài này em xin chân thành cảm ơn cơ Đỗ Hồng Ngân Mi đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn chúng em trong thời gian vừa qua để chúng em hồn thành tốt đề tài của mình.

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

<b>Mục lục</b>

Chương 1: Tổng quan về băng tải – băng chuyền...9

I. Tổng quan về băng tải...9

1. Cấu tạo chính của băng tải...9

2. Ứng dụng của băng tải...10

3. Vai trò của băng tải...10

II. Nguyên lý hoạt động và phân loại băng tải...11

1. Nguyên lý làm việc cơ bản của băng tải...11

2. Các loại băng tải thông dụng nhất...12

Chương 2: Tính chọn động cơ cho băng tải...15

I. Tổng quan về hệ thống...15

1. Lý do chọn động cơ một chiều...15

2. Khái quát về động cơ một chiều...15

3. Nguyên lý làm việc...16

4. Mơ hình tốn học động cơ điện một chiều kích từ độc lập...16

5. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động...16

II. Tính tốn và lựa chọn động cơ...18

1. Tải trọng tối đa...18

2. Tốc độ góc mong muốn...19

3. Momen điện từ của động cơ...21

4. Cơng suất động cơ...22

5. Tính chọn động cơ...23

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

7. Kiểm nghiệm quá tải của động cơ:...25

Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động...26

1. Các trạng thái hoạt động của động cơ...27

2. Chọn phương án khởi động động cơ...27

3. Chọn phương án đảo chiều động cơ...29

4. Chọn phương án hãm dừng động cơ...29

Chương 4: Tính tốn mạch điện tử cơng suất...30

I. Phân tích bộ biển đổi cơng suất...30

1. Phân tích chọn bộ biến đổi công suất...30

2. Tổng quan về bộ chỉnh lưu kép 3 pha...30

3. Tính chọn linh kiện cho bộ biến đổi:...34

II. Mô phỏng bộ biến đổi công suất...36

1. Mô phỏng bộ biến đổi công suất...36

2. Kết luận...38

III. Bộ lọc một chiều LC...40

IV. Mơ phỏng cách kích xung mở Alpha:...41

Chương 5: Mơ phỏng hệ thống...42

I. Mô phỏng hệ thống trên Matlab – Simulink...42

II. Kết quả và đánh giá...43

1. Tốc độ động cơ...43

2. Dòng điện phần ứng...45

3. Momen của động cơ...45

Chương 6: Đánh giá, kết luận...47

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

<b>Danh mục hình ả</b>

Hình 1. 2 Băng tải chuyển động tịnh tiến...

Hình 1. 3 Cấu tạo tổng quát của băng tải...

Hình 1. 4 Ứng dụng của băng tải trong cơng nghiệp...

Hình 1. 5 Băng tải cao su...

Hình 1. 6 Băng tải xích...

Hình 1. 7 Băng tải con lăn...

Hình 1. 8 Băng tải đứng...

Hình 1. 9 Băng tải PVC...14

Hình 2. 1 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động động cơ điện một chiều...

Hình 2. 2 Sơ đồ tổng quát khối động lực...

Hình 2. 3 Sơ đồ tổng quát khối điều khiển...

Hình 2. 4 Đồ thị tốc độ mong muốn...

Hình 2. 5 Đồ thị tốc độ góc mong muốn của tải...

Hình 2. 6 Đồ thị Momen xoắn yêu cầu của tải...

Hình 2. 7 Đồ thị cơng suất u cầu của tải 2Hình 3. 1 Đồ thị trạng thái hoạt động của động cơ...

Hình 3. 3 Đồ thị mơ tả khởi động mềm...

Hình 3. 4 Đồ thị mơ tả khởi động biến tần...

Hình 3. 5 Sơ đồ mạch điện và đồ thị đặc tính cơ – điện của hãm động năng...

Hình 3. 6 Sơ đồ mạch điện và đồ thị đặc tính cơ – điện của hãm động năng 3Hình 4. 1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu kép 3 pha...

Hình 4. 2 Sơ đồ mơ tả chỉnh lưu kép...

Hình 4. 3 Các trạng thái hoạt động của bộ chỉnh lưu kép...

Hình 4. 4 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu ba pha...

Hình 4. 5 Thyristor T22-10-07...

Hình 4. 6 Sơ đồ chi tiết mạch động lực...

Hình 4. 7 Sơ đồ mơ phỏng bộ biến đổi cơng suất...

Hình 4. 9 Đồ thị dịng điện lần 2 trong mơ phỏng q trình đổi chiều dịng điện...

Hình 4. 10 Thành phần cảm kháng cân bằng...

Hình 4. 11 Đồ thị dòng điện lần 1 khi bỏ đi thành phần cảm kháng cân bằng...

Hình 4. 12 Đồ thị điện áp lần 1 trong mơ phỏng q trình thay đổi điện áp đầu ra...

Hình 4. 13 Đồ thị điện áp lần 2 trong mơ phỏng q trình thay đổi điện áp đầu ra...

Hình 4. 14 Bộ lọc một chiều LC...

Hình 4. 15 Đồ thị dòng điện và điện áp sau một bộ lọc một chiều LC...

Hình 4. 16 Sơ đồ xuất xung góc mở Alpha 4Hình 5. 1 Sơ đồ tổng quan tồn hệ thống...45

Hình 5. 2 Thơng số động cơ...46

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

Hình 5. 4 Đồ thị tốc độ động cơ...47

Hình 5. 5 Đồ thị so sánh giữa tốc độ mong muốn và tốc độ thực của động cơ...47

Hình 5. 6 Đồ thị dịng điện phần ứng...48

Hình 5. 7 Đồ thị momen mong muốn...48

Hình 5. 8 Đồ thị momen thực của động cơ...49

Hình 5. 9 Đồ thị so sánh momen thực của động cơ và momen mong muốn...49

<b>Chương 1: Tổng quan về băng tải – băng chuyền</b>

<b>I.Tổng quan về băng tải.</b>

- Hiểu đơn giản là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sangđiểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng cơng nhân vừatốn thời gian, chi phí nhân cơng lại tạo ra mơi trường làm việc lộn xộn thì băngchuyền tải có thể giải quyết điều đó.

- Nó giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năngsuất an tồn lao động

- Vì vậy băng chuyền, băng tải là một trong những bộ phận quan trọng trong dâychuyềnsản xuất, lắp ráp của các nhà máy, xí nghiệp. Góp phần tạo nên một mơi trườngsản xuất hiện đại, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế caocho cơng ty.

Trong đó:

M: khối lượng của tải(M =10,036kg)

r : bán kính pulley ( r =125 mm )

<i>J_M</i>: moment quán tính trên

<i>ω</i> : tốc độ quay động cơ u : tốc độ mong muốn củatải

<b><small>Hình 1. 1 Băng tải chuyển động tịnh tiến</small></b>

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

<b>1. Cấu tạo chính của băng tải.</b>

- Khung băng tải: Thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặcInox.

- Mặt băng tải bằng belt hoặc con lăn: Thường là dây băng PVC dầy 2mm và 3mmhoặc dây băng PU dày 1.5mm

- Bộ điều khiển băng tải: PLC, Biến tần, Speed controller, Cảm biến, Rơ-le,Contactor…

- Con lăn kéo/con lăn chủ động bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm có Ø50, Ø60, Ø76,Ø89, Ø102 …

- Con lăn đỡ/con lăn bị động bằng thép mạ kẽm hoặc inox có Ø25, Ø32, Ø38.- Băng tải truyền động xích hoặc đai.

- Động cơ điện giảm tốc và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ

<b><small>Hình 1. 2 Cấu tạo tổng quát của băng tải</small></b>

<b>2. Ứng dụng của băng tải.</b>

- Trong ngành sản xuất, lắp ráp linh kiện, thiết bị điện tử, lắp ráp ô tô, xe máy, xe đạpđiện…

- Trong ngành sản xuất thực phẩm, y tế, dược phẩm, may mặc, dầy dép,…- Dùng để vận chuyển hàng hố, đóng gói sản phẩm,…

<b><small>Hình 1. 3 Ứng dụng của băng tải trong công nghiệp</small></b>

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

<b>3. Vai trò của băng tải.</b>

- Băng tải đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong cơng nghiệp, đặc biệt là trong cácngành sản xuất và chế biến. Nó là một thiết bị vận chuyển tự động, liên tục được sửdụng để di chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm, hàng hóa từ nơi này sang nơi khác mộtcách hiệu quả và tiết kiệm. Dưới đây là một số vai trị cụ thể của băng tải trong cơngnghiệp:

a) Vận chuyển nguyên vật liệu:

- Băng tải được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu từ nơi khai thác, thu gom đếnnhà máy sản xuất. Ví dụ, trong ngành khai thác than, băng tải được sử dụng để vậnchuyển than từ hầm mỏ lên nhà máy chế biến.

b) Di chuyển sản phẩm trong quá trình sản xuất:

- Băng tải được sử dụng để di chuyển sản phẩm từ khâu này sang khâu khác trong dâychuyền sản xuất. Ví dụ, trong ngành công nghiệp ô tô, băng tải được sử dụng để dichuyển các bộ phận xe từ khâu hàn, sơn đến khâu lắp ráp.

c) Chuyển hàng hóa trong kho bãi:

- Băng tải được sử dụng để chuyển hàng hóa trong kho bãi một cách nhanh chóng vàhiệu quả. Ví dụ, trong các kho hàng lớn, băng tải được sử dụng để chuyển hàng hóa từkhu vực nhận hàng đến khu vực xuất hàng.

d) Tăng năng suất lao động:

- Băng tải giúp tự động hóa q trình vận chuyển, giảm bớt sức lao động của conngười, từ đó nâng cao năng suất lao động.

e) Tiết kiệm chi phí:

- Băng tải giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, giảm bớt nhân cơng, từ đó giúp doanhnghiệp tiết kiệm chi phí sản xuất.

f) Nâng cao an toàn lao động:

- Băng tải giúp giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động trong q trình vận chuyển ngunvật liệu, sản phẩm.

* Ngồi những vai trị trên, băng tải cịn có một số ưu điểm khác như:- Dễ dàng lắp đặt và vận hành.

- Hoạt động bền bỉ, ít hư hỏng.

- Có thể sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau.

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

<b>II.Nguyên lý hoạt động và phân loại băng tải1. Nguyên lý làm việc cơ bản của băng tải.</b>

- Băng tải hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa con lăn và dây băng tải. Dưới đâylà các bước cơ bản:

a) Truyền động:

- Động cơ điện truyền động cho trục chủ động.- Trục chủ động quay, làm quay con lăn chủ động.

b) Chuyển động của dây băng tải:

- Lực ma sát giữa con lăn chủ động và dây băng tải làm cho dây băng tải chuyển động.- Dây băng tải chuyển động theo chiều từ con lăn chủ động đến con lăn bị động.

c) Vận chuyển vật liệu:

- Vật liệu được đặt lên trên dây băng tải đang chuyển động. Lực ma sát giữa dây băngtải và vật liệu làm cho vật liệu di chuyển cùng với dây băng tải.

- Vật liệu được vận chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối của băng tải.

<b>2. Các loại băng tải thông dụng nhất.</b>

- Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn, hệ thống băng chuyền bằng băng tải caosu là một hệ thống vận chuyển nguyên liệu mang lại hiệu quả kinh tế rất cao so vớicác hệ thống cùng chức năng. Hệ thống vận chuyển nguyên liệu bằng Băng tải cao sucó thể được lắp đặt ở mọi địa hình, mọi khoảng cách.

<b><small>Hình 1. 4 Băng tải cao su</small></b>

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

nâng hàng, hộp lưới điện, và các đồ chứa cơng nghiệp. Những băng tải có thể đượcmột hoặc hai sợi dây chuyền trong cấu hình. Tải được đặt trên các dây chuyền, ma sátkéo tải phía trước. Nhiều ngành cơng nghiệp sử dụng cơng nghệ băng tải xích trongdây chuyền sản xuất của họ. Ngành công nghiệp ô tơ thường sử dụng các hệ thốngbăng tải xích để truyền tải phụ tùng xe hơi thông qua các nhà máy sơn.

<b><small>Hình 1. 5 Băng tải xích</small></b>

- Băng tải con lăn: Băng tải con lăn là giải pháp phù hợp để vận chuyển sản phẩm vớitrọng lượng từ nhẹ, trung bình đến rất nặng, trong các mơi trường thơng thường đếncác mơi trường có hóa chất ăn mịn, bụi bặm…

<b><small>Hình 1. 6 Băng tải con lăn</small></b>

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

- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng. Băng tảiđứng cũng thường được gọi là thang máy và thang máy vận chuyển hàng hóa. Nódùng để vận chuyện các sản phẩm hàng hóa dạng hộp từ vị trí thấp lên vị trí cao hơntheo phương thẳng đứng.

<b><small>Hình 1. 7 Băng tải đứng</small></b>

- Băng tải PVC: Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế là loại băng tải cực kỳ thông dụng.Đặc biệt trong các ngành cơng nghiệp điện tử. Nó được các cơng ty, tập đoàn lớn củaHàn Quốc, Nhật Bản sử dụng nhiều cho các dây chuyền sản xuất của mình. Băng tảiPVC có ưu điểm là độ bền cao đi cùng giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi.

<b><small> Hình 1. 8 Băng tải PVC</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>Chương 2: Tính chọn động cơ cho băng tải</b>

<b>I.Tổng quan về hệ thống1. Lý do chọn động cơ một chiều.</b>

- Vì động cơ điện 1 chiều là có momen mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khikhởi động:

- Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.- Tiết kiệm điện năng

- Bền bỉ, tuổi thọ lớn

- Động cơ điện một chiều có chổi than có hiệu suất tốt.

- Mật độ mô-men xoắn tương đối cao đối với các động cơ này.- Động cơ một chiều chạy êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.- Khả năng quá tải tốt và nhiễu điện từ nhỏ.

- Độ chính xác cao.- Tốc độ dấp ứng nhanh.

- Khởi động tốt , hiệu suất cao.

<b>3. Khái quát về động cơ một chiều.</b>

- Động cơ điện một chiều là máy điện quay được dùng để biến đổi năng lượng điệnmột chiều thành cơ năng. Động cơ điện một chiều bao gồm: Động cơ điện một chiềukích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp.

- Máy điện một chiều có thể là máy phát hoặc động cơ điện và có cấu tạo giống nhau.Những phần chính của máy điện một chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng(phần quay). Ngoài ra cịn có bộ phận chổi than, cổ góp.

<b><small>Hình 2. 1 Cấu tạo chính của động cơ điện một chiều</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>4. Nguyên lý làm việc</b>

- Khi đặt một điện áp vào phần ứng của động cơ, trong dây quấn phần ứng có dịngđiện được đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng tương hổ lên nhau tạo nên momen tácdụng lên rotor, làm rotor quay. Khi rotor quay với tốc độ nhất định thì các thanh dẫncủa dây quấn phần ứng sẽ cắt từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ,trong khung dây sinh ra sức điện động cảm ứng.

<b>5. Mơ hình tốn học động cơ điện một chiều kích từ độc lập</b>

- Phương trình điện áp mạch phần ứng: <i>V_a</i> = <i>e_a</i>(t) + <i>R_ai_a</i>(t) + <i>L_a^di<small>a</small></i>(<i>t)</i>

- Suất điện động cảm ứng trong rotor: <i>e_a</i>(<i>t)</i> = <i>K_eϕω</i>(t) (1.2)

- Phương trình mơ tả hệ điện cơ: <i>M_dt</i>(t) -<i>M_c</i>(t) = <i>J_M^dω(t)</i>

- Mô men điện từ: <i>M_dt</i>(<i>t )</i> = <i>K_Mϕi_a</i>(t) (1.4)

<b>6. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống truyền động.</b>

Từ yêu cầu chuyển động của tải ta đưa ra được mối quan hệ giữa các bộ phận của hệtruyền động:

- Tải chuyển động tịnh tiến được truyền động từ trục Rotor của động cơ.

<b><small>Hình 2. 2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

- Để động cơ hoạt động cần một nguồn điện phù hợp với các thông số định mức độngcơ cần có bộ biến đổi cơng suất.

<b><small>động cơ điện một chiều</small></b>

- Từ sơ đồ tổng quát của hệ, ta sẽ đi phân tích chức nắng của từng khối để rõ hơnnguyên lý hoạt động của hệ thống

a) Khối động lực

<b><small>Hình 2. 4 Sơ đồ tổng quát khối động lực</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

- Gồm có các phần chính: Bộ biến đổi công suất, động cơ điện một chiều, hộp số vàbăng tải

- Bộ biến đổi công suất: Các bộ biến đổi thường dùng trong các hệ truyền động điệnhiện đại là các bộ biến đổi điện tử công suất như bộ chỉnh lưu, bộ băm điện áp, bộđiều áp xoay chiều, bộ biến tần. Cụ thể ở đề tài này bộ cơng suất có nhiệm vụ biển đổitừ nguồn diện xoáy chiều 3 pha cố định đã cho sang nguồn điện phù hợp cấp cho độngcơ

- Động cơ: Sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập để truyền động cho tải. TrụcRotor của động cơ có chức năng truyền động trực tiếp cho puey băng chuyền ( trườnghợp động cơ không đủ tải, ta sử dụng hộp số để tăng momen cho động cơ)

- Băng tải: Pulley chuyển động quay và truyền động cho tải M chuyển động tịnh tiếnthơng qua băng tải

b) Khối điều khiển

<b><small>Hình 2. 5 Sơ đồ tổng quát khối điều khiển</small></b>

- Khối điều khiển có chức năng giám sát, tính tốn và đưa ra các giá trị điều khiển chophần động lực để kết quả đầu ra bám sát yêu cầu mong muốn.

- Bộ cảm biến có chức năng đo và phản hồi các giá trị tốc độ góc và dịng diện củađộng cơ về bộ điều khiển

- Bộ điều khiển được lập trình các thuật toán điều khiển truyền động và điều chỉnh qtrình cơng nghệ. Thuật tốn điều khiển thực hiện tính toán và đưa ra các giá trị điềukhiển cần thiết để điều khiển tốc độ thực của động cơ bám theo giá trị đặt mong muốn

<b>II.Tính tốn và lựa chọn động cơ.1. Tải trọng tối đa</b>

- Tải trọng tối đa của băng tải:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

đường kính con lăn: d<small>con lăn</small>= 250mm.

- Từ đồ thị tốc độ mong muốn, tính tốc độ góc tương ứng theo từng mốc thời gian thông qua biểu thức:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

- Từ các thơng số trên, ta có đồ thị tốc độ như sau

 Dựa vào hình ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ

- Quá trình chạy tới:

+ Từ 0 đến 1s: Tốc độ quay của động cơ tăng từ 0 rad/s đến 12 rad/s+ Từ 1 đến 3s: Động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay 12 rad/s+ Từ 3 đến 3,5s: Tốc độ quay của động cơ giảm về 0 rad/s

- Quá trình tải chạy lùi:

+ Từ 3,5s đến 4s: Động cơ đảo chiều, tốc độ quay của động cơ tăng lên -12 rad/s

+ Từ 4 đến 6s: Động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay -12 rad/s+ Từ 6 đến 7s: Tốc độ quay của động cơ giảm về 0 rad/s và dừng

<b>8. Momen điện từ của động cơ </b>

 Ta có cơng thức tính momen điện từ: <i>M_em</i> = <i>r</i>²<i>M^d^ωm</i>

<i>dt</i> (N.m) (2.4)- Từ 0 – 1s: <i>M_em</i> = <i>r</i>²<i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

- Từ 1 – 3s: <i>M_em</i> = <i>r</i><small>2</small><i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

<small>2</small>−<i>t</i>₁ = 0,125<small>2</small><i>.13,536</i> ¹²⁻¹²₃₋₁ = 0 (N.m)- Từ 3 – 3,5s: <i>M_em</i> = <i>r</i><small>2</small><i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

<small>2</small>−<i>t</i>₁ = 0,125<small>2</small><i>.13,536</i> ⁰⁻¹²

- Từ 3,5 – 4s: <i>M_em</i> = <i>r</i>²<i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

<small>2</small>−<i>t</i><small>1</small> = 0,125²<i>.13,536</i> ⁻¹²⁻⁰_4,5−4 = -5,11 (N.m)- Từ 4 – 6s: <i>M_em</i> = <i>r</i><small>2</small><i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

<small>2</small>−<i>t</i>₁ = 0,125²<i>.13,536</i>⁻¹²⁺¹²

6−4 = 0 (N.m)- Từ 6 – 7s: <i>M_em</i> = <i>r</i>²<i>M^ω^m2_t</i> ⁻<i>^ω^m1</i>

<small>2</small>−<i>t</i>₁ = 0,125²<i>.13,536</i> ⁰⁺¹²₇₋₆ = 2,54 (N.m)

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

- Từ các thông số trên, ta có đồ thị momen điện từ như sau:

<b>9. Cơng suất động cơ</b>

 Từ các kết quả tính được ở trên, ta có được cơng suất tức thời cần đáp ứng của tải thông qua biểu thức: <i>P_tt</i> = <i>M_em</i> x <i>ω_m</i> (2.5)- Từ 0 – 1s: + t = 0s: <i>P</i>₀ = 0 * 0 = 0 (W)

+ t = 1s: <i>P</i>₁ = 2,54 * 12 = 30,8 (W)- Từ 1 – 3s: + t = 1s: <i>P</i>₂ = 0 * 12 = 0 (W)

+ t = 3s: <i>P</i>₃ = 0 * 12 = 0 (W)

- Từ 3 – 3,5s: + t = 3s: <i>P</i>₄ = -5,11 * 12 = -61,32 (W)+ t = 3,5s: <i>P</i>₅ = 0 * (-12) = 0 (W)\- Từ 3,5 – 4s: + t = 3,5s: <i>P</i>₆ = 0 * 12 = 0 (W)

+ t = 4s: <i>P</i>₇ = -5,11 * (-12) = 61,32 (W)- Từ 4 – 6s: + t = 4s: <i>P</i>₈ = 0 * (-12) = 0 (W)

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

+ t = 7s: <i>P</i>₁₁ = 0 * 0 = 0 (W)

- Từ các thông số trên, ta có đồ thị cơng suất tức thời như sau:

 Tiếp theo ta tính cơng suất đẳng trị <i>P_đt</i> và momen đăng trị <i>M_đt</i>

<small>-30.480</small>

P (W)

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

=

√

<i>P</i>₁²<i>Δt</i>₁+<i>P</i>₄²<i>Δt</i>₂+<i>P</i>₇²<i>Δt</i>₃+<i>P</i>₁₀²<i>Δt</i>₄

=

√

30,48².1+(−61,32)².0,5+61,32².0,5+¿ ¿ ¿ = 28,33 W

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

<b>11. Kiểm nghiệm phát nóng của động cơ:</b>

<i>M_{quá tải}</i> = <i>K_qt</i> x <i>M_đm</i> = 2 x 3,068 = 6,136 (N.m)

<i>M_max</i> ≤ <i>M_{quá tải}</i>  2,54 < 6,136  Động cơ phù hợp

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<b><small>Hình 2. 12 Mơ phỏng động cơ điện một chiều trong Matlab</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>Chương 3: Lựa chọn phương án truyền động</b>

- Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu cơng nghệ và kết quả của tính chọn cơng suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thõa mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ huật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế.

- Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền độngmột chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều (có chổi than) là:

+ Điều chỉnh điện áp phần ứng + Điều chỉnh từ thơng kích từ

+ Kết hợp điều chỉnh từ thơng kích tử và điện áp phản ứng

- Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng hầu như không được sửdụng trong các hệ có yêu cầu chất lượng cao do tổn hao công suất.

- Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có đáp ứng được đặc trưng bằng hằng sốthời gian có giá trị nhỏ.

- Ngược lại, hằng số thời gian đặc trưng cho đáp ứng của phương pháp điều chỉnh từthơng kích từ có giá trị lớn hơn gấp 10-100 lần so với phương pháp điều chỉnh điện ápphần ứng.

- Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phù hợp cho việc điều chỉnh tốc độ độngcơ dưới tốc độ định mức. Còn phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ phủ hợp đểđiều chỉnh trên tốc độ định mức.

- Các phương pháp điều chỉnh truyền động hiện đại: bộ điều khiển được tự động điềuchỉnh trong quá trình hoạt động dựa trên các tham số (đã được nhận dạng) của độngcơ và của các thành phần khác trong hệ

- Phương pháp điều chỉnh nổi tầng thường được sử dụng phổ biến với đặc điểm: + Mạch vòng dòng điện/momen đáp ứng nhanh.

+ Mạch vòng tốc độ đáp ứng chậm hơn.

+ Mạch vòng vị trị đáp ứng chậm nhất, hoặc không cần thiết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>1. Các trạng thái hoạt động của động cơ</b>

- Từ đồ thị hình 2.5, hình 2.6 và 2.7 ta xác định được các trạng thái hoạt động củađộng cơ ở từng giai đoạn cụ thể:

- Từ 0 đến 3s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ I (chế độ động cơ)- Từ 3 đến 3.5s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ II (chế độ máy phát)- Từ 3.5 đến 4s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ III (chế độ động cơ)- Từ 4 đến 7s: Động cơ hoạt động ở góc phần tư thứ IV (chế độ máy phát)- Ta suy ra được các trạng thái hoạt động của động cơ:

+ Khởi động+ Hãm+ Đảo chiều

<b>13. Chọn phương án khởi động động cơ</b>

a) Phương pháp mở máy động cơ điện 1 chiều bằng khởi động mềm

- Điều khiển điện áp 1 chiều cấp cho động cơ thường sử dụng thiết bị khởi động mềmthyristors. Do vậy, cần giảm dòng khởi động và làm cho gia tốc của động cơ không bịtăng lên một cách đột ngột, hạn chế được sự sụt áp của biến áp trong khi động cơ đangkhởi động

<b><small>Hình 3. 1 Sơ đồ trạng thái hoạt động của động cơ</small></b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

- Hầu hết các khởi động mềm của động cơ 1 chiều hiện nay đều đã có được thiết kế tích hợp sẵn các chức năng để bảo vệ động cơ để người dùng yên tâm sử dụng.

b) Phương pháp sử dụng biến tần để khởi động

- Phương pháp sử dụng biến tần được giới chuyên môn đánh giá là tồn diện nhất. Bởinó hạn chế được dịng khởi động và tích hợp nhiều tính năng an tồn, cụ thể như chếđộ bảo vệ động cơ, tránh tình trạng, quá nhiệt, quá tải, quá áp, thấp áp, mất pha, lệchpha,…Chế độ khởi động sử dụng biến tần êm ái, giúp bảo vệ cho các chi tiết máyquan trọng như hộp số, ổ bi, tang trống,… được tích hợp cùng rất nhiều công nghệhiện đại khác như bộ điều khiển PID, chế độ làm sạch đường ống, giám sát mô mentải, khởi động bám, và từ đó, giúp bảo vệ tồn diện cho động cơ điện.

<b><small>Hình 3. 2 Đồ thị mơ tả khởi động mềm</small></b>

<b><small>Hình 3. 3 Đồ thị mơ tả khởi động biến tần</small></b>

</div>