Giáo trình ngành tự động hóa phần 2 ppsx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (458.5 KB, 52 trang )
CHƯƠNG 3
HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
3.1 Đặt vấn đề :
Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng,
điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biến
thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm Các băng tải đóng vai trò 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 bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho
quá trình sản xuất .
Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn
nguyên 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 . Để giải quyết vấn đề trên ta sử
dụng cân băng định lượng . Hệ thống cân băng định lượng là một trong những
khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục. Cân băng định
lượng là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng
nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình
cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi
phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ
lượng nguên liệu cần thiết. Ngược lại khi 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 .
3.2. Vai trò và tầm quan trọng:
Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọng
đối với các doanh nghiệp. Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sản phẩm
đó phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau. Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt và
kiểm soát được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn được cài đặt chính xác.
Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ thực hiện và thuận
lợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm . Đặc biệt trong công nghệ
sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi là rất
quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng . Người ta sử dụng hệ thống
cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu và nghiền xi . Để điều chỉnh được tỷ
lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng, ta sử dụng biến
tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền
động cho băng tải
3.2. Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống cân băng MULTIDOS được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu
của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke. Bề dày của vật liệu trên băng
tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi.
Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải.
Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng
Băng
tải
cân
Cảm biến
tốc độ
Cảm
biến TL
Van xả
liệu
Động
cơ
KĐ và
FVC
KĐ
CCĐK1
Biến tần
CCĐK2
Chỉ thị tốc độ
A
D
C
D
A
C
Giao
tiếp
Máy
tính/vi
điều
khiển
Đ/chỉnh
thủ công
Giá trị lưu lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải phụ thuộc hai yếu tố, thứ
nhất là độ dày lớp liệu trên băng tải hay còn gọi là mật độ liệu trên băng tải và thứ
hai là tốc độ chuyển động của băng tải : ta có
q = q
e
.V ( kg/s) (3-1)
Trong đó :
q: lưu lượng vận chuyển trên băng tải
q
e
: Mật độ liệu trên băng tải
V: Tốc độ chuyển động của băng tải
Như vậy để đo được lưu lượng vận chuyển trên băng tải phải đo được hai
thông số : Tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu . Trong quá trình sản
xuất khi mà lượng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến load
cell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của băng tải
Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và tiếp nhận một tín hiệu điều khiển để điều
khiển mở van xả cho liệu xuống hơn tăng mật độ liệu . Nếu điều khiển tăng mật độ
liệu vẫn không đạt ta có thể điều chỉnh kết hợp với tốc độ băng tải cho đến khi lưu
lượng vật liệu đạt yêu cầu .
3.4. Nguyên lý đo:
Cân băng được thiết kế để cân liên tục lượng vật liệu vận chuyển trên băng
tải. Vật liệu được dẫn trên một sàn bố trí dưới băng tải và được giới hạn bởi 2 con
lăn . Lượng vật liệu này tác dụng một lực lên load cell . Nguyên lý đo như sau :
Q V
Kg/m m/s
SCHENCK DISOCONT
CCĐK
M
Biến
tần
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng
Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở
và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ . Nó được khuếch đại và đưa đến bộ vi xử lý
thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC) . Chỉ một nữa tải trọng của vật liệu được
con lăn cân . Sàn con lăn được tính như sau:
Leff = Lg/2 (3-2)
Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m).
Lg : Tổng chiều dài sàn (m).
Tải trọng băng tải Q được tính toán như sau:
Q = QB/Leff (3-3)
Q: Tải trọng băng tải (Kg/m).
QB: Tải trọng trên sàn (Kg).
+ Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi
và chuyển đổi theo tần số xung.
+ Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính toán tốc độ cấp liệu,
được tính theo công thức sau:
I = Q.v = QB.v/Leff (3-4)
I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng).
v: Tốc độ băng tải (m/s).
3.5. Xây dựng các công thức tính toán :
- Xây dựng công thức tính tốc độ băng tải từ bộ Encode:
Thời gian tính toán 255ms, số xung đếm được là x xung.
Khi bánh xe của bộ Encode quay được một vòng, số xung đếm được là 500 xung.
Vậy với số xung là x xung thì bánh xe Encode quay được là x/500 (vòng) tương
ứng với góc
500
2 xΠ
(rad)
Sau 1ms, bánh xe Encode quay được:
( )
rad
x
500
2
.
255
1 Π
(3-5)
Tốc độ góc của bánh xe Encode:
( )
srad
x
/
500
2
255
1
.1000
Π
=
ω
(3-6)
Vận tốc bánh xe Encode:
bted
V
s
mdxd
V =
Π
==
2500
2
255
1
.1000
2
ω
(3-7)
Với: d là đường kính bánh xe Encode, d= 0,1 [m]
[ ]
hmx
xd
VV
edbt
/731.17
500.255
2.1000
.3600 =
Π
==
(3-8)
Các thông số tính toán:
L = 0,5 [m]
d = 0,1 [m]
3.5.1. Cân băng đá vôi:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1450
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
Π=Π=
ph
mD
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Π=
h
mD
k
n
60.2.
2
.
=Π=
h
m
252060.2.
2
4,0
.
43
1450
(3-9)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,4 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tôc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50
=∆
n
(vòng)
Π
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
=
Π
+
h
m
60.2
2
4,0
.
43
501450
=2607
h
m
(3-10)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
:
I = Q
max
.V
bt
Suy ra:
===
m
T
V
I
Q
bt
13889,0
2520
350
max
max
(3-11)
Với I
max
= 350
h
T
Tính tải trọng trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá vôi)
[ ]
T
L
QQB 034722,0
2
5,0
.13889,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,0347 (T) = 34,7[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá tri từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
==∆
−
m
T
q
5
10.1059,0
32767
034722,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
÷=÷=
m
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-12)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
3.5.2 Cân băng đá sét:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1380
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
Π=Π=
ph
mD
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Π=
h
mD
k
n
60.2.
2
.
=Π=
h
m
181460.2.
2
3,0
.
43
1380
(3-13)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50
=∆
n
(vòng)
Π
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
=
Π
+
h
m
60.2
2
3,0
.
43
501380
=1880
h
m
(3-14)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
:
I = Q
max
.V
bt
Suy ra:
===
m
T
V
I
Q
bt
05512,0
1814
100
max
max
(3-15)
Với I
max
= 100
h
T
Tính tải trọng trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá sét)
[ ]
T
L
QQB 01378,0
2
5,0
.05512,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,01378 (T) = 13,78[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá tri từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
==∆
−
m
T
q
5
10.1682,0
32767
05512,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
÷=÷=
m
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-16)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
3.5.3 Cân băng đá Bazan:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1310
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
Π=Π=
ph
mD
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Π=
h
mD
k
n
60.2.
2
.
=Π=
h
m
172160.2.
2
3,0
.
43
1310
(3-17)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50
=∆
n
(vòng)
Π
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
=
Π
+
h
m
60.2
2
3,0
.
43
501310
=1787
h
m
(3-18)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
:
I = Q
max
.V
bt
Suy ra:
===
m
T
V
I
Q
bt
02905,0
1721
50
max
max
(3-19)
Với I
max
= 50
h
T
Tính tải trong trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá bazan)
[ ]
T
L
QQB 00726,0
2
5,0
.02905,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,00726 (T) = 7,26[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
==∆
−
m
T
q
6
10.886,0
32767
02905,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
÷=÷=
m
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-20)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
3.2.5.4 Cân băng quặng sắt:
Tốc độ băng tải:
k
n
n =
,
n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1310
ph
v
k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43.
Vận tốc băng tải:
Π=Π=
ph
mD
k
nD
nV 2.
2
.2.
2
.
Π=
h
mD
k
n
60.2.
2
.
=Π=
h
m
172160.2.
2
3,0
.
43
1310
(3-21)
Trong đó:
D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m]
Chuẩn hóa vận tốc băng tải:
Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng
50=∆n
(vòng)
Π
∆+
=
h
mD
k
nn
V
bt
60.2.
2
.
max
=
Π
+
h
m
60.2
2
3,0
.
43
501310
=1787
h
m
(3-22)
Ta có:
[ ]
0,11,0
max
÷=
bt
bt
V
V
Tính tải trọng nền của băng tải Q
max
:
I = Q
max
.V
bt
Suy ra:
===
m
T
V
I
Q
bt
02905,0
1721
50
max
max
(3-23)
Với I
max
= 50
h
T
Tính tải trọng trên sàn QB
max
: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng sắt)
[ ]
T
L
QQB 00726,0
2
5,0
.02905,0
2
maxmax
===
Với L = 0,5 (m)
Chọn QB
max
= 0,00726 (T) = 7,26[Kg].
Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog:
Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi
qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng:
==∆
−
m
T
q
6
10.886,0
32767
02905,0
Tải trọng băng tải:
[ ] [ ]
÷=÷=
m
T
Q
Q
Q
max
max
0
32767
327670
(3-24)
Chuẩn hóa:
[ ]
[ ]
0,10,0
0
max
max
÷
÷
=
Q
Q
Q
Q
[ ][ ] [ ]
0,10.00,10,00,10,0
.
maxmaxmax
÷=÷÷==
VQ
VQ
I
I
bt
CHƯƠNG 4
TRANG BỊ ĐIỆN DÙNG TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
I. Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng :
Hệ thống cân băng định lượng thực hiện công việc định lượng liệu theo một
tỷ lệ nhất định đòi hỏi sự chính xác, công việc này thực hiện được nhờ vào nhiều
bộ phận cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lường, điều khiển và
giám sát sau:
+ Máy tính :
Máy tính được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng : cho phép kỹ
thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình,
hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang
màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo
trang nhất định .
+ PLC :
PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều
khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền
về lại cho máy tính xử lý .
+ Biến tần :
Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vectơ từ thông, thực hiện các lệnh
điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC . Biến tần cũng
nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số k của
luật điều khiển PID (k
p
, k
i
, k
d
) nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá
trị mong muốn .
+ Động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ loại này dùng truyền động chính cho băng tải .
+ Hộp số.
Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải và
các con lăn. Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục
vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành.
+ Cảm biến :
Cảm biến đóng vai trò là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng lượng liệu
được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải
+ Các bộ biến đổi ADC, DAC :
Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự/số, số/tương tự để giao tiếp giữa máy
tính với đối tượng đều khiển .
+ Đầu cân.
Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc 0 đến 10V
thành tín hiệu số.
II. Giới thiệu về trang bị điện dùng trong hệ thống cân băng định lượng:
1. Động cơ không đồng bộ ba pha:
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi, trong thực tế do kết cấu
đơn giản, làm viêc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng
bộ đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài
chục đến hàng nghìn kw. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng
bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy
công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, . . . Trong hầm mỏ dùng làm máy tời
hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông
sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ dần dần chiếm một
vị trí quan trọng: quạt gió máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, . . . . . tóm lại với
sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá sinh hoạt hằng ngày, phạm vi sử
dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là: Hệ số cos
ϕ
thấp, điều chỉnh và
khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các
chỉ tiêu khởi động xấu hơn.
Xét về mặt cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ra làm hai loại:
Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc(còn gọi là rôto ngắn mạch).
2. Biến tần.
2.1. Vectơr không gian của các đại lượng ba pha.
2.1.1.Xây dựng vectơr không gian:
Động cơ xoay chiều ba pha dù là động cơ đồng bộ hay không đồng bộ, đều
có ba cuộn dây stato với dòng điện ba pha, bố trí không gian tổng quát như hình
vẽ:
Pha U
Pha V
Pha W
Hình 4.1: Sơ đồ cuộn dây và dòng stato của động cơ xoay chiều 3 pha.
Trong hình vẽ ta không quan tâm đến việc động cơ đấu hình sao hay tam
giác, ba dòng điện i
stt
(t), i
sv
(t), i
sw
(t) là ba dòng chạy từ lưới qua đầu nối vào động
cơ. Khi chạy động cơ bằng biến tần, đó là ba dòng ở đầu ra của biến tần Ba dòng
điện đó thoả mãn phương trình:
i
su
(t) + i
st
(t) +i
sw
(t) = 0 ( 4-1)
Trong đó từng dòng điện pha thoả mãn các công thức:
i
su
(t) =
( )
ti
ss
ω
cos
i
sv
(t) =
( )
o
ss
ti 120cos
+
ω
(4-2)
( )
( )
o
sssw
titi 240cos
+=
ω
Về phương diện mặt phẳng cơ học ( mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều ba
pha có ba cuộn dây lệch nhau một góc 120
o
. Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một
hệ toạ độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây u của động cơ, ta có thể xây
dựng vector không gian sau đây.
( ) ( ) ( )
[ ]
γ
j
s
j
sw
j
svsus
eietietititi
o
=++=
240120
0
3
2
)(
(4-3)
Theo công thức (1.3) vector i
s
(t) là một vector có modul không đổi quay
trên mặt phẳng phức với tốc độ góc
ss
f
πω
2
=
và tạo với trục thực (đi qua trục
cuộn dây pha u ) một góc
t
s
ωγ
=
. Trong đó f
s
là tần số mạch stato. Việc xây dựng
vector i
s
(t) được mô tả trong hình 4.2
i
su
i
sv
i
sw
Stato
r
R
o
Hình 4.2: Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha
Qua hình 4.2 ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của vector
mới thu được trên trục của cuộn đây pha tương ứng. Đối với các đại lượng khác
của động cơ như: điện áp, dòng rotor, từ thông stator, từ thông rotor ta đều có thể
xây dựng vector không gian tương ứng như đối với dòng điện kể trên. Mặt phẳng
phức có trục thực là a và trục ảo là b. Hình chiếu của vector dòng i
s
xuống hai trục
thực và ảo là i
sa
và i
sb
(hình 4.3)
120
0
i
sw
120
0
120
0
Cuôn dây
Pha U
Cuôn dây
Pha U
Cuôn dây
Pha U
I
m
0
120j
e
V
W
V
U
W
V
( )
0
240
3
2
j
sw
eti−
Re
( )
ti
su
3
2
( )
0
120
3
2
j
sv
eti
0
240j
e
Hình 4.3: Biểu diễn dòng điện Stato dưới dạng vector không gian với các phần tử
là i
sa
và i
sb
thuộc hệ tọa độ stato cố định
Ta thấy rằng hai dòng điện kể trên là hai dòng hình sin. Như trong lý thuyết
máy điện đã đề cập, ta có thể hình dung ra một động cơ điện tương ứng với hai
cuộn dây cố định a và b thay thế cho ba cuộn u, v, w. Hệ toạ độ nói trên là hệ toạ
độ stator cố định.
Trên cơ sở công thức (4.1) và theo điều kiện điểm trung tính của ba cuộn
dây stator không nối đất ta chỉ đo 2 trong 3 dòng điện stator là đầy đủ thông tin về
vector i
s
(t) với các thành phần trong công thức (4.1). Công thức (4.1) chỉ dùng khi
trục của cuộn dây pha u được chọn làm trục quy chiếu chuẩn như trong hình 4.3.
Điều này có ý nghĩa trong toàn bộ quá trình xây dựng hệ thống điều khiển / điều
chỉnh sau này.
i
sa
= i
su
(4-4a)
( )
svsus
iii +=
3
1
β
( 4-4b)
2.1.2. Điều khiển biến tần trên cơ sở phương pháp điều chế vector không gian:
Mạch động lực của biến tần :
+ Khâu (I) là khâu chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha biến đổi nguồn
xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho nghịch lưu.
+ Khâu (II) là khâu trung gian (bộ lọc) giữ cho E= Const.
Hình 4.4: Sơ đồ động lực điều khiển động cơ không đồng
bộ ba pha rô to lồng sóc bằng biến tần:
D1 D2 D4
T1
T3
D3 D5
T5
D1
D1
T4
D1
T6
D6
T2
D2
220V
L
C
(I) (II) (III)
ÂÄÜNG CÅ
D4
T1
T3
D3 D5
T5
T4
D1
T6
D6
T2
D2
C
N
i
s
i
a
T4
i
b
0
i
c
C
BA
i
t1
i
D4
i
t4
i
t4
+ khâu (III) là khâu nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay
chiều cung cấp cho động cơ.
Hình 4.5 cho ta thấy sơ đồ nguyên lý của động cơ xoay chiều ba pha nuôi
bởi biến tần dùng van bán dẫn. Thông thường các đôi van được vi xử lý/ vi tính
điều khiển sao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ cho trước được đặt lên
ba cực của động cơ đúng theo yêu cầu. Biến tần được nuôi bởi điện áp một chiều
U
mc
. Biến tần được đề cập trong đề tài này hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số
cao, các van bán dẫn ở đây chủ yếu dùng Transistor ( IGBT, MOSFET).
Sơ đồ điều khiển biến tần:
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha nuôi bởi
biến tần nguồn áp được điều khiển theo phương pháp điều chế vector không gian
Mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong hai trạng thái: 1 (nối với cực
dương của U
mc
) hoặc 0 (nối với cực âm của U
mc
). Do có ba pha (ba cặp van bán
dẫn nên sẽ tồn tại 2
3
= 8 khả năng nối các pha của động cơ với U
mc
như trong bảng
sau :
Bảng 4.1: Các khả năng nối pha động cơ với U
mc
:
Cuộn dđy pha 0 1 2 3 4 5 6 7
Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1
Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1
Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1
Xét một trong tám khả năng đó, ví dụ khả năng thứ tự của bảng 4.1 với sơ
đồ nối trong hình 4.6a. Ta dễ dàng tính được điện áp rơi trên từng cuộn dây pha
u,v hoặc w. Bố trí hình học của ba cuộn dây pha trên mặt phẳng, ta thấy rằng tổ
hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba cụôn dây pha vactor
điện áp U
s
với modul 2U
mc
/3 như trong hình 4.6b. Để tìm điên áp thực sự rơi trên
từng pha ta chỉ việc tìm hình chiếu của vector U
s
lên trục của cuộn dây.
Error: Reference source not foundoooooooôooooooo
Hình 4.6: a) Sơ đồ nối ba cuộn dây pha theo khả năng thứ 4 của bảng 4.1
b) Vector không gian ứng với khả năng thứ 4 của bảng 4.1
Tương tự khả năng thứ tự, ta dể dàng xây dựng được vector điện áp tương
ứng cho tất cả các trường hợp còn lại ( hình 4.6). Các vector chuẩn đó được đánh
số u
0
, u
1
,u
7
hệ số thứ tự của bảng. Ở đây có hai trường hợp đặc biệt:
u
0
cả ba cuộn dây pha nối với cực âm
u
7
cả ba cuộn dây pha nối với cực dương.
Của U
mc
. Hai vector này có modul bằng 0 và giữ một ý nghĩa rất quan trọng sau này.
Hình 4.7: Tám vector chuẩn do ba cặp van bán dẩn của biến tần tạo nên
Q
1
Q
4
: các góc phần tư ; S
1
S
6
: các góc phần sáu
Hình 4.7 cho ta thấy vị trí của từng vector chuẩn trong hệ tọa độ ab, modul
của từng vector luôn có giá trị 2U
mc
/3. Ngoài quy ước thông thường về các góc
S
2
S
1
U
3
U
2
U
4
U
5
U
6
S
6
S
4
S
3
S
5
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
phần tư Q
1
Q
4
phân chia bởi hai trục của hệ tọa độ, các vector chuẩn chia toàn bộ
không gian thành các góc phần sáu S
1
S
6
. Chỉ bằng tám vector chuẩn hóa của
hình 4.7, ta phải tạo nên điện áp stator với biên độ góc pha bất kỳ mà khâu điều
chế dòng sau này yêu cầu.
2.1.3. Nguyên lý của phương pháp điều chế vector không gian:
Để thực hiện một vector điện áp ta xét ví dụ sau đây:
Giả sử ta phải thực hiện vector u
s
bất kỳ trên hình 4.6a. Vector đó có thể
nằm ở góc phần sáu bất kỳ nào đó, trong ví dụ này u
s
nằm ở S
1
. u
s
có thể được tách
thành tổng của hai vector con u
p
, u
t
tựa theo hướng của hai vector chuẩn u
1
, u
2
Các số viết thấp bên phải có ý nghĩa như sau:
p: vector bên phải
t: vector bên trái
Error: Reference source not found
Hình 4.8: Thực hiện vector u
s
bất kỳ bằng hai vector điện áp nguồn.
Điên áp phải được tính đổi thành thời gian dòng ngắt van trong phạm vi
một chu kỳ cắt xung nào đó. Giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích, được
phép dùng để thực hiện vector, khi này modul tối đa cũng không vượt quá 2U
mc
/3.
Do vậy ta có công thức sau:
mcxmaî
Uuuu
3
2
61
====
(4-5)
Nếu thời gian tối đa (ví dụ chu kỳ trích mẫu ) là T, ta rút ra nhận xét sau:
- u
s
là tổng vector của hai vector biên u
p
, u
t
: u
s
= u
p
+ u
t
- Hai vector biên có thể được thực hiện bằng cách thực hiện u
1
(cho u
p
) và
u
2
(cho u
t
) trong hai khoảng thời gian sau:
T
u
u
T
s
p
p
max
=
;
T
u
u
T
s
t
t
max
=
(4-6)
Ta đã có mẫu xung cho u
1
, u
2
(bảng 2.1), vấn đề là phải tính được khoảng
thời gian T
p
, T
t
, từ công thức (4-6) ta rút ra nhận xét sau: để tính được T
p
, T
t
ta
phải biết modul của các vector biên phải :u
p
, biên trái u
t
.
u
1
Thời gian thực hiện các vector bên phải T
p
và bên trái T
t
, vậy trong
khoảng thời gian còn lại T-(T
p
+T
t
), biến tần thực hiện một trong hai vector có
modul bằng không u
0
hoặc u
7
. bằng cách đó trên thực tế ta đã thực hiện phép cộng
vector sau:
u
s
= u
p
+ u
t
+ u
0
(u
7
)
=
( )
( )
7021
uu
T
TTT
u
T
T
u
T
T
tp
t
p
+−
++
(4-7)
Ta phải thực hiện trình tự ba vector u
1
, u
2
, u
0
(u
7
), để làm sáng tỏ hơn ta tách
riêng mẫu xung của bốn vector kể trên ra khỏi bảng 4.1 như trên: Bảng 4.2
Bảng 4.2
u
0
u
1
u
2
u
7
u 0 1 1 1
v 0 0 1 1
w 0 0 0 1
Thông qua bảng 4.2 ta có ngay nhận xét: Trình tự sẽ là có lợi nhất, nếu
trong pham vi một chu kỳ các cặp van ít phải chuyển mạch nhất. Cụ thể ở đây,
mỗi cặp sẽ chỉ chuyển mạch một lần.
Nếu như trạng thái cuối cùng là u
0
, trình tự thực hiện sẽ là :
u
1
u
2
u
7
Ngược lại nếu trạng thái cuối cùng là u
7
, trình tự thực hiện sẽ là:
u
2
u
1
u
0
Bằng phương thức thực hiện điện áp (có thể gọi là tạo xung kích thích ) như
vậy, ta sẽ gây tổn hao dòng ngắt các van của biến tần ở mức ít nhất. Nếu ta vẽ
ghép tượng trưng hai chu kỳ nối tiếp nhau thuộc góc phần sáu thứ nhất S
1
trong
hình 4.8, ta thu được hình ảnh quen thuộc của phương pháp điều chế bề rộng xung
thực hiện bằng kỹ thuật tương tự (analog).
00
0
110
100 111 110
100 000 100
u
0
0
v
0
0
w
w
0
0
U
2
T
t
U
7
T
7
U
2
T
7
U
1
T
p
U
0
T
0
V
1
T
p
T/2
T/2
Hinh 4.9 : Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần sáu thứ nhất S
1
.
Tới đây ta đã làm quen với quá trình thực hiện vector điện áp ở bất kỳ trong
phạm vi S
1
. trong tất cả các góc phần sáu còn lại S
2
S
6
, cách thực hiện là giống
hệt S
1
.
Hình vẽ sau giới thiệu khái quát biểu đồ xung của các góc phần sáu đó .
Error: Reference source not found
U
T
t
T
p
T
7
T
p
T
t
T
0
U
3
U
4
U
7
U
2
U
3
U
0
V
W
u
s
u
2
u
p
u
t
u
3
Biểu đồ xung kích thích thuộc S
2
U
T
p
T
t
T
7
T
t
T
p
T
0
U
3
U
4
U
7
U
4
U
3
U
0
V
W
u
s
u
2
u
p
u
t
u
3
Biểu đồ xung kích thích thuộc S
3
Biểu đồ xung kích thích thuộc S
4
T
t
T
p
T
7
T
p
T
t
T
0
U
5
U
4
U
7
U
4
U
5
U
0
u
s
u
p
u
t
u
4
Hình 4.10: Giản đồ xung của các góc phần sáu
T
p
T
t
T
7
T
t
T
p
T
0
U
5
U
6
U
7
U
6
U
5
U
0
U
V
W
u
P
u
6
u
t
u
S
u
5
Biểu đồ xung kích thích thuộc S
5
U
T
t
T
p
T
7
T
p
T
t
T
0
U
1
U
6
U
7
U
6
U
1
U
O
V
W
u
6
u
p
u
5
u
S
u
t
Biểu đồ xung kích thích thuộc S
6
A/D
A/D
D/A
D/A
CB
3
M
CPU
L1, L2, L3
SI
PE
PE
PE
U, V, W
DC
DC
0V
3AC 208 230V
3AC 380 500V
3AC 525 575V
+10V
0V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
RL1
RL2
N
P
+5V
RS485
A2OUT(MD only)
OUT-
AIN1
AIN1
DIN1
DIN2
DIN3
DIN4
AIN2/PIO
AIN2/PIO
A1OUT
Moto
DIN5
DIN6
<4,7K
O
V.0.10V
2.10V
V.0.20mA
2.10mA
+
-
+15V
1
2
3
4
5
PE
2.2. Cơ cấu chung của biến tần loại MICROMASTER Vector:
Sơ đồ khối như hình vẽ :
Hình 4.11: sơ đồ cài đặt phần điện trong biến tần:
2.2.1. Cách nối dây :
Cách nối dây được trình bày như hình vẽ sau:
P10 OV AIN+AIN-DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 P15 PIDIN PIDIN AIOUT+AOUT-PTCPTC DIN5 DIN6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
