nghiên cứu hệ thống cân bằng định lượng

Lời cam đoan!

Lời cam đoan!

Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống cân
bằng định lợng là do em tự tính toán thiết kế dới sự hớng dẫn của
PGS.TS Bùi Quốc Khánh. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với
thực tế tại công ty xi măng Bút Sơn.
Để hoàn thành bản đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu tham
khảo đã đợc ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng tài
liệu nào khác mà không đợc liệt kê ở phần tài liệu tham khảo.
Sinh viên

Nguyễn Huy Hùng

1


Mục lục
Lời mở đầu................................................................................................................... 4
Lời mở đầu................................................................................................................... 5
Chơng 1......................................................................................................................... 5
tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng...........................................5
1.1.Giới thiệu về công nghệ sản xuất xi măng lò quay...............................................5
1.1.1.Công nghệ sản xuất xi măng của Nhà máy xi măng Bút Sơn: ..........................5
Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng........................8
1.1.2.Yêu cầu về độ chính xác của tỷ lệ phối liệu......................................................7
1.1.3.Một số tính năng nổi bật của dây chuyền sản xuất xi măng hiện đại................7
1.1.4. Vai trò, chức năng của HT-TĐH trong công nghệ sản xuất xi măng.Chức
năng của hệ thống tự động hoá..................................................................................8
1.2 Thực trạng của hệ thống tự động hoá (HT-TĐH) công nghệ sản xuất xi măng ở

nớc ta hiện nay..........................................................................................................8
Chơng 2....................................................................................................................... 11
H THNG CN BNG NH LNG.................................................................11
2.1. Khỏi nim:..........................................................................................................11
2.2. Cu to ca cõn bng nh lng :................................................................11
Hỡnh 2.1. Cu to cõn bng nh lng .................................11
2.3. T bo cõn o trng lng:
..........................................................12
Chơng 2. Hệ thống cân băng định lợng..................................................12
2.3.1. Nguyờn lý t bo cõn s SFT:......................................................................12
..............................................................................................13
2.3.2. Nguyờn lý t bo cõn Tenzomet:..................................................................13
2.3.3. Chun bì:......................................................................................................14
2.4. Nguyờn lý tớnh lu lng ca cõn bng nh lng:...................................14
2.4.1. Nguyờn lý tớnh lu lng:............................................................................14
2.4.2. o trng lng liu trờn bng ti:..............................................................15
2.5. Khỏi quỏt v iu chnh cp liu cho cõn bng:..........................................16
Chơng 3....................................................................................................................... 18
THIT K NG LC CHO CN BNG NH LNG ..................................18
Cể CễNG SUT 40 ữ60 T/h.......................................................................................18
3.1. Hot ng ca cõn bng:.................................................................................18
3.1.1. Cu trỳc iu khin cõn :............................................................................19
Chơng 3 . Thiết kế động lực cho cân băng định lợng có công
suất 40 60 T/h..........................................................................................................19
3.1.2. Thụng s k thut ca cõn:.................................................................19
3.2. Tớnh chn cụng sut ng c cho bng cõn:................................................19
3.2.1. S cu trỳc h truyn ng:..................................................................19
Hỡnh 3.2. S cu trỳc h truyn ng...........................................................19
3.2.2. Tớnh trn cụng sut ng c:
............................................20

3.2.3. Tớnh chn bin tn:.....................................................................................21


Mục lục
Chơng 4....................................................................................................................... 22
Nghiên cứu cấu trúc hệ điều chỉnh..........................................................22
4.1. Cu trỳc h iu chnh:...................................................................................22
4.2. H iu chnh tc ng c khụng ng b dựng bin tn:...............22
4.2.1. Khỏi quỏt v ng c khụng ng b:........................................................22
Chơng 4 . Nghiên cứu cấu trúc hệ điều chỉnh.....................................23
4.2.2. Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần:.....................................................24
Bàn phím và màn hình hiển thị................................................................................26
4.3.1. Mạch lực của biến tần...................................................................................26
4.3.2. Chức năng các cực của mạch điều khiển.......................................................27
4.3.3. Bàn phím và màn hình hiển thị......................................................................30
4.3.4. Tiêu chuẩn kết nối.........................................................................................32
4.3.5. Phần mềm thuyết minh..................................................................................34
4.4. Cấu trúc của LOADCELL và bộ khuếch đại....................................................59
4.4.1. Cấu trúc của Loadcell...................................................................................59
4.4.2. Bộ khuếch đại đo...........................................................................................60
4.5. Bộ vi điều khiển..............................................................................................61
4.5.1.Bo mạch chủ...................................................................................................62
4.5.2. ENCODER (Đa xung từ Puli bị động về để đo tốc độ, tính thời gian trong một
cửa sổ xung)............................................................................................................63
4.5.3.Mạch lấy tín hiệu ANALOG từ loadcell về.....................................................64
4.5.4.Mạch hiển thị LED và Bàn phím....................................................................65
4.5.5.Mạch đa tín hiệu điều khiển biến tần.(Có qua Optocouple và biến đổi D/A). 66
4.5.6.MạchNguồn....................................................................................................67
4.6. Lập trình cho hệ vi điều khiển bằng Keil Cx51 Lu đồ chơng trình.............67
4.6.1.Giới thiệu về Keil C........................................................................................67

4.6.2. Biên dịch với trình dịch KeilC.......................................................................67
4.6.3.Mở rộng ngôn ngữ......................................................................................70
4.7.1. Lu đồ đọc bàn phím.......................................................................................73
4.7.2. Lu đồ chơng trình đọc ADC..................................................................74
4.7.3.Lu đồ chơng trình hiển thị LED......................................................................75
Chơng 5....................................................................................................................... 78
Tổng hợp hệ điều khiển.....................................................................................78
5.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc điều chỉnh của hệ thống ...........................................78
5.1.1 Tính toán lựa chọn cấu trúc cho máy phát tốc ...............................................78
5.1.2.Cấu trúc máy biến dòng điện...............................................................78
Chơng 5. Tổng hợp hệ điều khiển.................................................................85
5.1.3. Xác định các thông số trong sơ đồ :...............................................................81
5.1.4. Tính toán các hệ số A và B............................................................................82
5.2. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh .................................................................82
5.2.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện ...................................................82
5.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ...........................................................................84

3


Môc lôc

4


Lêi më ®Çu
Trong công cuộc phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng và xây dựng dân dụng tăng lên
nhanh chóng trên thế giới nói chung. Đặc biệt là sự bùng nổ về đầu tư phát triển công
nghiệp xi măng ở các nước đang phát triển, trong đó phải kể đến là Việt Nam. Để đáp
ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về chất lượng giá cả sự cạnh tranh trên

thị trường, cho nên việc đầu tư cải tiến công nghệ ở các công ty xí nghiệp đang là một
giải pháp tốt cho việc cạnh tranh về giá cả và chất lượng. Ở nước ta nền kinh tế và khoa
học kỹ thuật đang trên đà phát triển, phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực, với
chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước ta. Ở nước ta đang thu hút vốn đầu tư của
nước ngoài ngày càng nhiều, trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sản xuất xi
măng trong những năm gần đây.
Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với những nhà máy có mức độ tự
động hoá cao thì việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển các thành phần phối
liệu là vô cùng quan trọng, nó là một trong những yếu tố quyết định đến năng suất của cả
dây truyền và tỷ lệ các thành phần phối liệu nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xi
măng sản xuất ra.
Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều công đoạn và hầu hết là cần
đến hệ thống cân băng định lượng từ khâu nghiền liệu đến khâu nghiền xi măng.
Với nhiệm vụ đặt ra cho cân băng định lượng là thoả mãn những nhu cầu từ thực
tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn tiếp theo về khối lượng
tỷ lệ các thành phần phối liệu và tốc độ cấp liệu cho từng thời điểm.
Tuỳ theo vị trí, tính chất, chức năng của các khâu trong dây truyền sản xuất mà
cân băng định lượng ở khâu đó có những đặc điểm riêng, như chế độ làm việc, sai số cho
phép, dải điều chỉnh tốc độ, độ ổn định… Tuy nhiên các cân băng định lượng trong dây
truyền đều có đặc điểm chung.
Các đối tượng cân là cân băng tải cấp liệu kích thước vật liệu cần cân thay đổi
trong phạm vi rộng từ các nguyên liệu thô cho đến các nguyên liệu mịn dạng bột.


Lời mở đầu
Vi ti Nghiờn cu h thng cõn bng nh lng trong nh mỏy sn xut
xi mng lũ ng.
Bn ỏn ny c trỡnh by bao gm 5 chng :
Chơng 1 : Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Chơng 2 : Hệ thống cân băng định lợng

Chơng 3 : Thiết kế động lực cho cân băng định lợng có công suất 40 60 t/h
Chơng 4 : Nghiên cứu cấu trúc hệ điều chỉnh
Chơng 5 : Tổng hợp hệ điều khiển
Phm vi cp ca bn ỏn ny l thit k h thng cõn bng nh lng trong
nh mỏy sn xut xi mng. Bn ỏn ny c thc hin vi s giỳp , ch bo tn tỡnh
ca thy giỏo : pgs.ts Bùi Quốc Khánh cựng cỏc k s ti Trung tõm cụng ngh cao t
ng hoỏ trng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Ni dung ca bn ỏn ny chc chn cũn
nhiu thiu sút, em rt mong c tip thu nhng ý kin úng gúp b xung ca cỏc thy
cụ giỏo bn ỏn ca em c hon chnh hn.

5


Chơng 1
tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Trong các nghành công nghiệp của nớc ta hiện nay ngành sản xuất xi măng đóng
một vai trò hết sức quan trọng với sản lợng hàng năm không những đã đáp ứng đủ nhu
cầu xây dựng trong nớc mà còn xuất khẩu sang một số nớc trong khu vực nh Lào,
Campuchia... Với một mạng lới các nhà máy xi măng thuộc Tổng công ty xi măng Việt
Nam đợc phân bố khắp mọi miền trên đất nớc bao gồm các nhà máy thuộc các doanh
nghiệp nhà nớc nh xi măng Hoàng Thạch, xi măng Bỉm Sơn, xi măng Hà Tiên, xi măng
Bút Sơn, xi măng Hải Phòng và các doanh nghiệp liên doanh với nớc ngoài nh xi măng
Nghi Sơn, xi măng Chinfong...và rất nhiều các nhà máy xi măng của các địa phơng. Nói
chung dây chuyền sản xuất và các thiết bị điều khiển tại các nhà máy là tơng đối hiện đại
so với khu vực. Trong phạm vi báo cáo này em chỉ tìm hiểu công nghệ sản xuất xi măng
và dây chuyền, thiết bị điều khiển của các nhà máy xi măng nói chung.
1.1.Giới thiệu về công nghệ sản xuất xi măng lò quay
Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng chiếm một vị trí rất
quan trọng. Từ một vài nhà máy xi măng với công nghệ và thiết bị cũ kỹ và lạc hậu đến
nay nớc ta đã có một nền công nghệ xi măng tơng đối đồng bộ và hiện đại đáp ứng đợc

nhu cầu trong nớc và xuất khẩu một phần sang các nớc trong khu vực nh Lào, Campuchia

Để có thể xây dựng các nhà máy xi măng hiện đại công suất vào khoảng vài triệu
tấn trên một năm cần phải có nguồn vốn đầu t rất lớn.
1.1.1.Công nghệ sản xuất xi măng của Nhà máy xi măng Bút Sơn:
Nhà máy xi măng Bút Sơn đợc xây dựng ở nơi có nguồn nguyên liệu dồi dào và
thuận tiện cho việc vận chuyển cả đờng sắt và đờng bộ. Nguyên liệu chủ yếu sản xuất xi
măng là đá vôi, sắt quặng. Đá vôi đợc khai thác bằng phơng pháp nổ mìn, cắt tầng sau đó
dùng máy xúc cho vào xe tải đa về trạm đập.
Sét ở mỏ đợc khai thác bằng phơng pháp khoan bắn nổ mìn kích thớc không quá
500mm đợc đa vào máy đập búa kích thớc không quá 0-60mm chuyển vào kho sét.
Đất sét và đá vôi tù trạm đập đợc vận chuyển về kho đồng nhất bằng hai tuyến
băng tải cao su. Tại kho đồng nhất đá vôi và sét đợc dải thành luống còn pi rít Lâm Thao
có cỡ hạt <8mm đợc chất đống trong kho chứa.


Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Đất sét và đá vôi sau khi đợc đồng nhất sơ bộ chúng đợc xúc lên băng tải cao su
chuyển đến két chứa mỗi loại.
Tại két chứa đá vôi, đất sét, xỉ đợc bố trí cân băng định lợng các nguyên liệu đợc
cân theo đơn phối liệu và đợc đổ vào băng tải chung. Băng tải chuyển đến máy nghiền
liệu. Chúng theo dòng khí rồi chuyển đến gàu nâng.Cuối cùng đợcđổ đến si lô đồng nhất.
Sau đó đợc đồng nhất phối liệu theo cửa tháo chảy xuống gàu nâng và đợc nâng lên đổ
vào két phối liệu dới két đợc bố trí một cân băng định lợng sau đó đợc vận chuyển đến si
lô sấy 5 tầng. Quá trình lý hoá xảy ra trên đờng đi của khí và bụi. Trong các si lô này bụi
nhận nhiệt từ dòng khí nóng đợc dẫn lên từ cuối lò để làm bay hơi bụi ẩm. Quá trình cylo
sấy lắng xuống can xi nơ. Tại đây phối liệu đợc cacbonat hoá. Nhiệt độ trong can xi nơ
đạt 1100-1200 C nhờ tận dụng luồng gió làm mát clinke. Phối liệu sau khi đợc nung
trong lò tạo thành clinker. Sau đó đợc làm mát theo hai bớc làm mát nhanh và làm mát
chậm.

Clinker sau khi ra khỏi lò nung đợc đập nhỏ nhờ máy đập búa đặt ở cuối dàn làm
mát sau đó đợc chuyển tới gầu nâng đa lên đỉnh cylo chứa Clinker tại đây nó đợc ủ và tiếp
tục đợc làm nguội. Clinker sau khi đợc ủ có tác dụng hyđrat hoá Can xi ô xít tự do, ổn
định thể tích của xi măng.
Thạch cao, phụ gia, bazan chứa trong kho đợc đập sơ bộ rồi theo băng tải vào
Bunke chứa. Thạch cao, bazan, phụ gia đợc cân định lợng theo tỷ lệ đã đợc xác định rồi đợc rót xuống băng tải tiếp liệu cho hệ nghiền. Tại đây xảy ra quá trình nghiền xi măng.
Các hạt mịn đạt yêu cầu đợc cuốn theo dòng khí và tổ hợp si lô lắng và lọc bụi điện. Tại
đây si lô đợc lắng xuống vít tải và sau đó đợc chuyển tới máng khí động tới gầu nâng để
vào chứa xi măng. Sau đó đợc đóng bao hoặc xuất xi măng rời. (Xem hình 1.1 trang 5)
Toàn bộ dây chuyền đợc chia ra làm nhiều công đoạn có mối liên hệ hữu cơ với
nhau, bao gồm các công đoạn chủ yếu sau:
Khâu khai thác nguyên liệu và chuẩn bị bột liệu: Gồm các công đoạn từ khâu khai
thác vận chuyển, gia công nguyên liệu thô (bao gồm các nguyên liệu chính nh đá vôi, đất
sét, than, phụ gia điều chỉnh - xỉ pyrit sắt, phụ gia khoáng hoá). Hỗn hợp phối liệu đợc
cấp đến máy nghiền thô. Tại đây các nguyên liệu đợc nghiền và trộn đều thành bột mịn.
Bột phối liệu đợc chuyển đến đến máy vê viên và tại đây bột phối liệu sẽ đợc phun
sơng để tạo độ ẩm 10 đến 12%. Vật liệu dạng viên từ máy vê viên ra sẽ có kích thớc từ 8
đến 10 mm đợc đa vào lò nung và sẽ cho sản phẩm là clinker.
6


Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Nung và làm nguội Clinker: gồm các công đoạn từ khâu đồng nhất bột liệu, nung clinker
đến làm nguội clinker và chứa clinker.
Nghiền xi măng và đóng bao: gồm các công đoạn từ khâu nghiền clinker và một số
phụ gia khác rồi đem ủ một thời gian đợc xi măng, sau đó xi măng sẽ đợc đóng bao và
đem đi tiêu thụ
1.1.2.Yêu cầu về độ chính xác của tỷ lệ phối liệu.
Nh vậy về nguyên lý cơ bản, sản xuất xi măng không quá khó nhng để đảm bảo
chất lợng giữa các lò xi măng khác nhau lại là một vấn đề hết sức phức tạp. Điều này phụ

thuộc vào nhiều yếu tố nh chất lợng của nguyên liệu, độ đồng nhất và quan trọng nhất là
độ chính xác của tỷ lệ phối liệu tại các thời điểm khác nhau trong một hay nhiều ca sản
xuất.
Tỷ lệ phối liệu đóng vai trò quyết định đến chất lợng xi măng. Mỗi loại xi măng có
một tỷ lệ phối liệu nhất định. Việc sai lệch về tỷ lệ phối liệu sẽ dẫn đến chất l ợng xi măng
bị giảm sút, gây ảnh hởng nghiêm trọng đến các công trình xây dựng.
Vì lý do này mà từ nhiều năm nay hệ thống phối liệu cho dây chuyền sản xuất xi
măng đã đợc nghiên cứu và tự động hoá nhằm nâng cao chất lợng sản xuất xi măng. Một
trong các giải pháp là sử dụng hệ thống cân băng định lợng điều khiển bằng máy tính.
Trong hệ thống này các cân băng định lợng đợc ghép nối với máy tính tạo thành hệ điều
chỉnh vòng kín. Chi tiết về nguyên lý làm việc, chức năng hoạt động và cách điều chỉnh
hệ thống này sẽ đợc đề cập đến ở các phần sau.
1.1.3.Một số tính năng nổi bật của dây chuyền sản xuất xi măng hiện đại.
Gồm nhiều thiết bị công nghệ chính và thiết bị vận chuyển có công suất và kích thớc lớn, đợc vận hành liên tục cả ngày và đêm.
Xử lý nhiều loại nguyên vật liệu và bán sản phẩm có tính chất lý hoá khác nhau và
biến động liên tục, qua nhiều công đoạn, khó xác định chính xác các chỉ tiêu kỹ thuật tức
thời và liên tục trong quá trình sản xuất - xử lý.
Công đoạn cơ bản là lò nung và làm nguội clinker đây là một quá trình biến đổi lý
- hoá trong một chu trình trao đổi nhiệt liên tục, phức tạp với nhiệt độ cao tới 1500C và
công suất rất lớn.
Năng lợng tiêu thụ lớn.

7


Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Các thiết bị công nghệ chính đợc che kín hoàn toàn không thể quan sát trực tiếp
bằng mắt thờng khi dây chuyền vận hành.
1.1.4. Vai trò, chức năng của HT-TĐH trong công nghệ sản xuất xi măng.Chức năng của
hệ thống tự động hoá

Để đảm bảo yêu cầu cao về năng suất, chất lợng xi măng, về tính chất điều khiển
và điều chỉnh thiết bị công nghệ, hệ thống tự động hoá (HT-TĐH) thực hiện các chức
năng chính:
Vận hành - điều khiển - giám sát dây chuyền sản xuất tập trung tại phòng điều
khiển trung tâm.
Cung cấp thông tin đầy đủ tức thời cho ngời vận hành điều khiển và ngời quản lý.
Tự động điều khiển tối u các quá trình công nghệ theo chức năng.
Chỉ báo trạng thái nguy hiểm, sự cố, hỗ trợ khắc phục sự cố.
Bảo vệ ngời vận hành - thiết bị - môi trờng.
1.2 Thực trạng của hệ thống tự động hoá (HT-TĐH) công nghệ sản xuất xi măng ở
nớc ta hiện nay.
ở nớc ta, trong các nhà máy xi măng hiện có HT - TĐH đã đợc trang bị đến mức 5
(dây chuyền 2 Hoàng Thạch, Bút Sơn, Tràng Kênh, Hòn Chông), với một số hệ thống
chuyên dùng điều khiển tối u, sử dụng kỹ thuật điều khiển logic theo chơng trình PLC thế
hệ mới tiên tiến.
Trong điều kiện hiện nay, khi xét đến hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong suốt quá
trình vận hành và khai thác nhà máy, cũng nh vốn đầu t ban đầu, HT-TĐH đợc thiết kế và
trang bị đến mức 5 với đầy đủ các hệ thống con chuyên dùng trong toàn nhà máy và có
tính đến việc mở rộng hệ thống lên mức 6 trong tơng lai rất gần.
Phần cơ bản HT-TĐH là hệ thống điều khiển quá trình sản xuất bao trùm toàn bộ
dây chuyền công nghệ chính và phụ, hệ thống đợc phân theo các công đoạn sản xuất phụ
thuộc vào mức độ phức tạp của thiết bị công nghệ và yêu cầu điều khiển tự động của nó.
Trên mức hệ thống điều khiển quá trình sản xuất, có các hệ thống điều khiển
chuyên dùng nh sau:
Tối u lò nung.
Điều khiển phối liệu và máy nghiền liệu.
8


Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng

Quét nhiệt độ vỏ lò nung.
Điều khiển máy nghiền xi măng.
Phòng thí nghiệm.
Kỹ thuật công nghệ.
Phần cứng đợc chế tạo hợp bộ theo tiêu chuẩn công nghiệp, nh các CPU chuyên
dùng, các loại PLC, thiết bị vào ra I/O, thiết bị biến đổi tín hiệu, mạng truyền tín hiệu nội
bộ LAN kết cấu kiểu mạng Internet sử dụng cáp đồng bộ hoặc cáp quang. Phần mềm đợc
thiết kế theo các module: bao gồm các block: Điều hành, Chơng trình, Chức năng
và Dữ liệu; thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển hệ thống.
Hiện nay Nhà nớc ta cùng các ngành đang quan tâm u tiên phát triển. Các nhà đầu
t quốc tế chú ý khảo sát và đầu t vào lĩnh vực xi măng. Nhiều dự án xi măng lò quay đã và
đang đợc nghiên cứu đầu t xây dựng. Tuy nhiên, để thực hiện chơng trình đầu t phát triển
xi măng và đầu t có hiệu quả, nhiều bài toán đợc đặt ra và cần giải quyết đồng thời. Trớc
hết là nhu cầu về vốn đầu t rất lớn, không những cần chủ động thu hút vốn đầu t nớc
ngoài, mà còn cần huy động vốn đầu t trong nớc với phơng thức phù hợp.
Việc đẩy nhanh phát triển công nghiệp xi măng sẽ là một yếu tố tích cực thúc đẩy
một số ngành công nghiệp và dịch vụ kèm theo phát triển. Ví dụ nh: giao thông vận tải,
điện, than, cơ khí... trong đó có ngành Tự động hoá quá trình sản xuất.
Riêng công tác bảo đảm kỹ thuật cho các dự án xi măng mới đa vào chạy thử và
khai thác ổn định sau này đã đặt ra cho ngành Tự động hoá trong nớc yêu cầu phát triển
về nhiều bộ môn nh: thiết kế hệ thống sử dụng kỹ thuật PLC, thiết kế phần mềm điều
khiển chuyên dùng, chế tạo khí cụ đo lờng, sản xuất linh kiện phụ tùng thay thế... và đặc
biệt là đào tạo và đào tạo lại kỹ s và công nhân lành nghề ngành Tự động hoá quá trình
sản xuất tiếp cận nhanh chóng với kỹ thuật điều khiển hiện đại.
Trong khuôn khổ của bản đồ án này đi sâu vào việc nghiên cứu hệ thống cân băng
định lợng.

9

Chơng 1. Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng

Đá vôi

Q sắt

Xỉ pirit

Đất sét

Đập

Đập

Đập

Đập

Bunke

Kho đồng nhất

Kho chứa than

bunke

bunke

bunke

bunke

Trạm trộn

Cân ĐL

Cân ĐL

Cân ĐL

Cân ĐL

bunke

Cân ĐL

Máy
Nghiền

Nghiền than

Silo
chứa
liệu

Silo
lắng

Lọc Bụi
bunke

Định lượng

Cân ĐL

Làm lạnh

Lò Nung Clinker
Silo
Clinker

Định lượng

Cân ĐL

bunke

Phụ gia

Cân ĐL

bunke

Thạch cao

Silo chứa
Xi măng

Máy
Nghiền

Xi

Hệ thống xuất xi rời
Hệ thống đóng bao

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng

10


Ch¬ng 2
HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
2.1. Khái niệm:
Cân băng định lượng là bao gồm các thiết bị ghép nối với nhau mà thành, cân
băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng là cân định lượng băng tải, được dùng
cho hệ thống cân liên tục (liên tục theo chế độ dài hạn lặp lại). Thực hiện việc phối liệu
một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra.
Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp, các dây truyền sản xuất xi măng, hệ
thống cân băng định lượng còn đáp ứng sự ổn định về lưu lượng liệu và điều khiển lượng
liệu cho phù hợp với yêu cÇu, chính vì nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc điều
phối và hoạch định sản xuất, do đó nó quyết định vào chất lượng sản phẩm, góp phần vào
sự thành công của công ty.
Cân băng định lượng trong nhà máy sản xuất xi măng là cân băng tải, nó là thiết bị
cung cấp kiểu trọng lượng vật liệu được chuyên trở trên băng tải mà tốc độ của nó được
điều chỉnh để nhận được lưu lượng vật liệu ứng với giá trị do người vận hành đặt trước.
2.2. Cấu tạo của cân băng định lượng :

1
3

6

7

8

4
10

2

5
Hình 2.1. Cấu tạo cân băng định lượng
1: Phễu cấp liệu
2: Cảm biến trọng lượng (Load Cell).
3: Băng truyền.
4: Tang bị động.
5: Bulông cơ khí.
6: Tang chủ động.
7: Hộp số.
8: SenSor đo tốc độ.
9: Động cơ không đống bộ (được nối với biến tần)
10: Cảm biến vị trí

9


Ch¬ng 2. HÖ thèng c©n b¨ng ®Þnh lîng
2.3. Tế bào cân đo trọng lượng:
Là thiết bị đo trọng lượng trong hệ thống cân định lượng bao gồm 2 loại tế bào là

loại SFT (Smat Foree Tran Sduer) và tế bào cân Tenzomet.
2.3.1. Nguyên lý tế bào cân số SFT:
Tải trọng cần đo
Ngưỡng hạn
chế

Cảm biến
nhiệt độ

Dây rung

Bộ chuyển đổi

N

N

S

S

Bộ vi xử lý

Giao thức truyền tin nối tiếp

Hình 2.2. Sơ đồ tế bào cân số SFT
Đầu đo trọng lượng là nơi đặt tải cần đo, nó truyền lực tác động trực tiếp của tải
lên một đây dẫn đặt trong từ trường không đổi. Nó làm thay đổi sức căng của dây dẫn
nên dây dẫn bị dao động (bị rung). Sự dao động của dây dẫn trong từ trường sinh ra sức
điện động cảm ứng. Sức điện động này có tác động chặt chẽ lên tải trọng đặt trên đầu đo.

Đầu cảm biến nhiệt độ xác định nhiệt độ của môi trường để thực hiện việc chỉnh
định vì các phần tử SFT phụ thuộc vào rất nhiều vòng nhiệt độ.
Bộ chuyển đổi : Chuyển đổi các tín hiệu đo lường từ đầu đo thành dạng tín hiệu
số.
Bộ xử lý : Xử lý tất cả các tín hiệu thu được và các tín hiệu ra bên ngoài theo
phương thức truyền tin nối tiếp.

12


Ch¬ng 2. HÖ thèng c©n b¨ng ®Þnh lîng
Bảng 2.1 .Thống kª một số loại tế bào
Tải định mức

20kg

30kg

100kg

120kg

200kg

300kg

Tải cực đại

30kg

45kg

150kg

180kg

300kg

450kg

Phạm vi nhiệt độ -10÷ 60oc -10÷60oc -10÷40oc -10÷60oc -10÷40oc -10÷60oc
cho phép
Giao thức truyền RS 422
RS 422 RS 422 RS 422 RS 422 RS 422
tin nối tiếp với RS 485
RS 485 RS 485 RS 485 RS 485
RS485
bên ngoài
Năng lượng tiêu
1w
1w
1w
1w
1w
1w
thụ
Khoảng ghép nối
500m
500m
500m

500m
500m
500m
Độ phân giải

3,4g

5g

0,0001% 0,0001% 0,0001% 0,0001%

2.3.2. Nguyên lý tế bào cân Tenzomet:

R- R

R+ R

UN
R+ R

R- R

Ur

Hình 2.3. Sơ đồ cầu cân Tezomet
Nguyên lý tế bào cân Tenzomet dựa theo nguyên lý cầu điện trở, trong đó giá trị
điện trở của các nhánh cầu thay đổi bởi ngoại lực tác động lên cầu. Do đó nếu có một
nguồn cung cấp không đổi (UN=const) thì hai đường chéo kia của cầu ta thu được tín hiệu
thay đổi theo tải trọng đặt lên cầu. Khi cầu cân bằng thì điện áp ra U r=0. Khi cầu điện trở
thay đổi với giá trị ΔR thì điện áp ra sẽ thay đổi, lúc này điện áp ra được tính theo công

thức.

13


Ch¬ng 2. HÖ thèng c©n b¨ng ®Þnh lîng
Ur = UN ×

∆R
R

(2 – 1)

Trong đó: UN - điện áp nguồn cấp cho đầu đo
Ur - điện áp ra của đầu đo
ΔR - lượng điện trở thay đổi bởi lực kéo trên đầu đo
R - giá trị điện trở ban đầu của mỗi nhánh cầu.
Với R tỷ lệ với khối lượng vật liệu trên băng cân thì thấy tín hiệu U ra là khuyếch
đại nên sau đó gửi tín hiệu này qua biến đổi A/D vào bộ điều khiển để xử lý.
Giả sử cấp cho đầu vào cầu cân một điện áp là U N=10v thì cứ 100kg vật liệu trên
băng LoadCell sẽ chuyển thành 2mv/v tương ứng. Lúc này, điện áp ra của cầu cân sẽ là
Ura=20mv
Bảng2.2.Thống kê một số tế bào cân Tenzomet
Tải định mức
Tải cực đại
Sai số
Phạm vi điều chỉnh
Nguồn cung cấp

20 30

50 70 100 150 250 300
150% tải định mức
< 0.015%
-10÷400c
-10÷150c

2.3.3. Chuẩn b×:
Sau khi đã chỉnh định cảm biến trọng lượng thì tiến hành chuẩn bì cho cân bằng
cách thực hiện chức năng (chuẩn bì tự động ). Xác định sự trượt của băng trong lúc trừ bì
băng tải rỗng, bộ điều khiển ghi vào bộ nhớ số phân đoạn thực của băng tải giữa 2 lần
quay lại của thiết bị định vị (Belt in dex) và so sánh với phân đoạn đã ghi trong bộ nhớ.
Nếu có sự sai khác tức là đã có sự trượt của băng trên puly truyền động và bộ điều khiển
sẽ báo động.
2.4. Nguyên lý tính lưu lượng của cân băng định lượng:
2.4.1. Nguyên lý tính lưu lượng:
Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.Vật
liệu được chuyên trở trên băng tải, mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được
lưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ như: liệu không xuống đều.
Cầu cân về cơ bản bao gồm : Một cảm biến trọng lượng (LoadCell) gắn trên giá mang
nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bôn cảm biến trọng lượng
(LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng.
Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồng thời
vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đố tốc độ
của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ dộng học với động cơ.
14


Ch¬ng 2. HÖ thèng c©n b¨ng ®Þnh lîng
Tốc dộ băng tải V (m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng truyền là

trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài ∂ (kg/m).
Cân băng tải có bộ phận đo trọng lượng để đo ∂ và bộ điều khiển để điều chỉnh tốc
độ băng tải sao cho điểm đổ liệu, lưu lượng dòng chảy liệu bằng giá trị đặt do người vận
hành đặt trước.
Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu
lượng không đổi ở điểm đổ liệu.
Q=ƍ*V
(2 – 2)
Trọng lượng tổng trên băng là lực F c(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và
∂ tính theo biểu thức:
ƍ

=

FC
L
g
2

(2 – 3)

Trong đó : L- chiều dài của cầu cân
g - gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s2)
Lực hiệu dụng Fm(N) do trọng lượng của vật liệu trên băng tải gây nên:
Fm =Fc – F0
(2 – 4)
Trong đó : F0 – là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân
Tải trên băng truyền có thể tính là:
ƍ=S*γ

(2 – 5)

Trong đó : γ - khối lượng riêng của vật lỉệu (kg/m3)
S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m 2)
Do đó lưu lượng có thể tính là:
Fc * V 2 Fc * V
=
Q= L
L* g
g
2

(2 – 6)

2.4.2. Đo trọng lượng liệu trên băng tải:
Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải và
trọng lượng vật liệu trên băng. Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phải tiến
hành trừ bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải ).
Bộ điều khiển xác định trọng lượng của liệu nhờ trừ bì tự đông các phân đoạn
băng tải.
* Nguyên lý của quá trình trừ bì như sau :
Băng tải phải được chia thành các phân đoạn xác định. Trong lúc trừ bì băng tải
rỗng (không có liệu trên băng) trọng lượng của mỗi đoạn băng được ghi vào bộ nhớ. Khi
vận hành bình thường cân băng tải trọng lượng của mỗi vật liệu trên mỗi phân đoạn được
xác định bằng cách lấy trọng lượng đo được trên đoạn đó trừ đi trọng lượng băng tải
tương ứng đã ghi trong bộ nhớ. Điều này đảm bảo cân chính xác trọng lượng liệu ngay
cả khi dùng băng tải có độ dày không đều trên chiều dài của nó. Việc điều chỉnh trọng
lượng cần phải thực hiện đồng bộ với vị trí của băng (belt index được gắn trên băng) mới
bắt đầu thực hiện trừ bì. Khi ngừng cân vị trí của băng tải được giữ lại trong bộ nhớ do
đó ở lần khởi động tiếp theo việc trừ bì được thực hiện ngay.

15


Ch¬ng 2. HÖ thèng c©n b¨ng ®Þnh lîng
2.5. Khái quát về điều chỉnh cấp liệu cho cân băng:
Việc điều chỉnh cấp liệu cho băng cân định lượng chính là điều chỉnh lưu lượng
liệu cấp cho băng cân.
* Thực hiện bằng 3 phương pháp:
- Phương pháp 1: Điều chỉnh cấp liệu kiểu trôi
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu bằng tín hiệu của sensơr cấp liệu kiểu trôi để điều
khiển 5 thiết bị cấp liệu.
Vị trí của sensơr cấp liệu theo kiểu trôi được đặt ở phía cuối của ống liệu.
- Phương pháp 2: Điều chỉnh cấp liệu liên tục.
Phương pháp này điều chỉnh cấp liệu liên tục cho băng cân định lượng sử dụng bộ
điều chỉnh PID để điều chỉnh cấp liệu (có thể là van cấp liệu hoặc van quay) để đảm bảo
cho lượng tải trên một đơn vị chiều dài băng tải là không đổi. Bộ PID có tác dụng điều
chỉnh nếu lưu lượng thể tích của liệu trên băng thay đổi theo phạm vi ±15% và bộ PID
chỉ hoạt động sau khi băng đã hoạt động.
* Nhận xét 2 phương pháp trên:
Hai phương pháp trên điều chỉnh cấp liệu khác hẳn nhau về bản chất. Xét về độ
chính xác điều chỉnh thì phương pháp 2 hơn hẳn phương pháp 1, thời gian điều chỉnh
nhỏ, thiết bị cấp liệu làm việc ổn định không bị ngắt quãng, nhưng phạm vi điều chỉnh
không rộng. Phương pháp 1 đơn giản hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn và có thể dược
đặt bởi người sử dụng, nhưng trong phạm vi điều chỉnh thiết bị phải làm việc gián đoạn
thì ảnh hưởng không tốt đến tuổi thọ của thiết bị.
- Phương pháp 3: Điều chỉnh mức vật liệu trong ngăn xếp:
Phương pháp điều chỉnh mức liệu trong ngăn xếp có thể coi là sự kết hợp của 2
phương pháp trên : phương pháp điều chỉnh gián đoạn và điều chỉnh liên tục. Phương
pháp này tận dụng những ưu điểm và khắc phục nhưng nhược điểm của 2 phương pháp
trên và được thiết kế đặc biệt cho các băng cân định lượng.

16


Ch¬ng 3
THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
CÓ CÔNG SUẤT 40 ÷60 T/h
3.1. Hoạt động của cân băng:

LoadCell

Hộp giảm tốc Máy phát tốc Đcơ KĐB

Nt

MÁY
FÁT
XUNG

FT

BỘ
KHUYẾCH
ĐẠI

M

AC

P

P
V

BỘ ĐIỀU
KHIỂN

BIẾN
TẦN

Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống cân băng định lượng
Động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, tốc độ của động cơ
đo được nhờ sensơr đo tốc độ (máy fát xung).
Số xung phát ra từ máy phát xung tỷ lệ với tốc độ động cơ và được đưa về bộ điều
khiển.
Bộ điều khiển (dùng vi xử lý) điều chỉnh tốc độ của băng tải và lưu lượng liệu ở điểm
đổ liệu sao cho tương ứng với giá trị đặt.
Bộ cảm biến trọng lượng (LoadCell) biến đổi trọng lượng nhận được trên băng thành
tín hiệu điện đưa về bộ khuyếch đại.


Chơng 3 . Thiết kế động lực cho cân băng định lợng có công suất 40 60 T/h
3.1.1. Cu trỳc iu khin cõn :
B khuych i s khuych i cỏc tớn hiu nhn c t t bo cõn v a v b
iu khin. Tớn hiu thu c l ti trng tc thi m t bo cõn o c kt hp vi tớn
hiu nhn c t mỏy phỏt xung xỏc nh khong thi gian (khong thi gian tr) m
on bng ú i t t bo cõn n im x.
Sau khong thi gian tr lu lng ti im x ca cõn nh lng l kt qu ca tớch
s gia lng ti trờn mt n v chiu di ca bng (o c lỳc i qua t bo cõn) vi
tc hin thi ca on bng ú.
Vic tớnh toỏn v iu chnh sai lch gia lu lng t v lu lng thc do b iu

chnh P trong b iu khin thc hin, b ny s khuych i v trit tiờu sai lch ch
tnh. Tớn hiu u ra ca b t l P c a n iu khin bin tn ng c lm cho
tc ca ng c truyn ng bng ti thay i sao cho lu lng ti im x liu
tng ng vi lu lng t.
3.1.2. Thụng s k thut ca cõn:
Di

3910

[mm]

Rng

1250

[mm]

Mt bng:

650

[mm]

Cao

1150

[mm]

Lu lng

40-60

[T/h]

Tc ca bng:
0,5-1
3.2. Tớnh chn cụng sut ng c cho bng cõn:

[ms]

3.2.1. S cu trỳc h truyn ng:

Hộp giảm tốc Động cơ

Bánh răng 2

i1 n2
Bánh răng 1
Hỡnh 3.2. S cu trỳc h truyn ng
Cho bit cỏc thụng s:
Tc ng c
:
nd : 970 v/p
Hiu sut hp s :
2 : 0,8
T s truyn gia bánh rng 1 v 2
i=

40

= 1,5
26
19

nd


Ch¬ng 3 . ThiÕt kÕ ®éng lùc cho c©n b¨ng ®Þnh lîng cã c«ng suÊt 40 – 60 T/h

Tìm tốc độ góc của động cơ:
970
nd
2 * 3,14 = 102,5 Rad/s
2π =
60
60
Tốc độ của bánh răng 2(tốc độ của puly chủ động) ω 2
1
V
ω2=
= 0,99Rad/s
=
3,14 * 0,32
π *D
Tốc độ của bánh răng 1 : ω 1
ω 1 = i* ω 2 = 1,5*0,99 =1,49 Rad/s

ωd=

3.2.2. Tính trọn công suất động cơ:

F1 * V

(3 – 1)

P1 = η *η
1
2
Trong đó η1 là hiệu suất băng tải η1=0,8
F1 là lực của trọng lượng tổng trên băng
F1= L*g* ƍ

(3 – 2)

L chiều dài của băng L=2,8m
ƍ =

Q
60
=
= 16,6kg / m
V 3600 * 1

(3 – 3)

g- gia tốc trọng trường g=9,8m/S
F1= 2,8*9,8*16,6=455,6 N
P1 =

455,6 * 1
= 711,8 w

0,8 * 0,8

Vậy ta chọn công suất cho động cơ là 0,75k w

3.3. Tính chọn LoadCell:
Khi có tải chạy trên băng thì mô men lực của tải trọng sẽ được cân bằng với
mômen lực của đối trọng và LoadCell.

F2

F0

l2

F1
L0

l1

LoadCell

Hình 3.3. Cấu trúc cầu cân bằng mô men lực
20


Ch¬ng 3 . ThiÕt kÕ ®éng lùc cho c©n b¨ng ®Þnh lîng cã c«ng suÊt 40 – 60 T/h
Dựa vào công thức tính tổng hợp m« men lực:
F0L0 = F1L1 + F2L2
(3 – 4)
Trong đó : F0 là lực của tải trọng tác động lên cầu cân

F1 là lực của LoadCell
F2 là lực của đối trọng
L0 là khoảng cách (cánh tay đòn ) từ tải đến puly L0 =0,16m
l1 là khoảng cách (cánh tay đòn) từ puly đến LoadfCell l1=0,12m
l2 là khoảng cách (cánh tay đòn ) từ đối trọng đến puly, l2=0,20m
Suy ra ta có :
F0 =

F1 L1 + F2 L2 m1 .a1 .l1 + m2 .a 2 .l 2
=
L0
L0

(3 – 5)

Ở đây LoadCell và đỗ trọng được nối cứng với nhau nên coi a 1=a2=1
F0 =

F ..L − m2 .l 2
m1 .l1 + m2 l 2
↔ m1 = 0 0
L0
l1

(3 – 6)

Trong đó: m1: Là khối lượng của LoadCell
m2: Là khối lượng của đối trọng chọn loại 8kg
Năng suất của băng là: 60T/h
Tốc độ truyền là:

V=1m/p
Khi đó vật liệu được truyền tải trên 1 đơn vị chiều dài là
ƍ=

Q
60000
=
= 16,7 kg / m
V 3600 * 1

Trọng lượng tổng trên băng là lực F0(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng và
ƍ được tính theo biểu thức:
ƍ

=

F0

(3 – 7)

L1
*g
2

Trong đó L1 - chiều dài của cân
g - là gia tốc trọng trường
Suy ra :
F 0= ƍ *

M1=

σ*

L1
* g thay vào phương trình (3 - 6)
2

L1
0.8
* g * Lo − m2 * l 2 16,7
* 9,8 * 0,16 − 8 * 0,20
2
2
=
= 74kg
l1
0,12

3.2.3. Tính chọn biến tần:
Từ công suất động cơ ta có được công suất động cơ như sau:
theo công thức:
Pbt = 1,5* Pdc = 1.5*0,75 = 1,12kw
Do đó ta chọn biến tần SF9 1,5kw do Toshiba sản xuất.

21


Ch¬ng 4
Nghiªn cøu cÊu tróc hÖ ®iÒu chØnh
4.1. Cấu trúc hệ điều chỉnh:

LoadCell
Hộp giảm tốc

nt

FT

§ộng cơ

M

nd
MÁY
FÁT
XUNG

BỘ KHUYẾCH
ĐẠI

BỘ
ĐIỀU
KHIỂN

Nguồn 3 pha

BIẾN
TẦN

Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển
Tín hiệu nhận được từ LoadCell được bộ khuyếch đại khuyếch đại và đưa về bộ vi

xử lý để xử lý.
Tốc độ của động cơ được máy phát xung chuyển thành xung đưa về bộ biến đổi
xung rồi đưa qua bộ điều khiển.
Bộ điều khiển sẽ so sánh tốc độ và trọng lượng với lượng đặt và điều chỉnh biến tần
để quay động cơ.
4.2. Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ dùng biến tần:
4.2.1. Khái quát về động cơ không đồng bộ:
Động cơ không đồng bộ (KĐB) có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo vận hành đơn giản
an toàn, sử dụng trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha nên động cơ KĐB được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp, từ công suất nhỏ đến công suất trung bình nó chiếm tỷ lệ lớn
so với động cơ khác. Trước đây do các hệ thống truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh
tốc độ lại chiếm tỷ lệ nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB khó khăn hơn nhiều so
với động cơ 1 chiều. Ngày nay do việc phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công
suất và kỹ thuật tin học. Nên động cơ KĐB phát triển và dần có xu hướng thay thế động
cơ 1 chiều trong các hệ truyền động.


Ch¬ng 4 . Nghiªn cøu cÊu tróc hÖ ®iÒu chØnh
Khác với động cơ 1 chiều, động cơ KĐB được cấu tạo bởi phần cảm và phần ứng
không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều
tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh
nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh.
Phương trình đặc tímh:
M=

3U 1 * R2
ω*s*

( 4 – 1)

Trong đó :ω1- là tốc độ góc của từ trường quay ω1 =

2n * f 1
p

( 4 – 2)

với

f1 - là tần số điện áp của Stator
p - là số đôi cực
U1- trị số hiệu dụng điện áp pha của stator
R1- điện trở cuộn dây của stator
R2- điện trở rotor đã quy đổi về stator
Xnm - điện kháng ngắn mạch
ω1 − ω
S - hệ số trượt của động cơ
S=
(4 – 3)
ω1
với ω - hệ số góc của động cơ
Phương trình trên cho ta thấy M = f(s) phụ thuộc vào các đại lượng U1,ω1,R2. Tương
ứng với các đại lượng ta có 4 phương pháp để điều chỉnh điện áp như sau:
- Phương pháp điều chỉnh mạch rotor.
- Điều chỉnh điện áp Stator cấp cho động cơ.
- Điều chỉnh công suất trượt
- Điều chỉnh công suất nguồn cấp cho động cơ.
Phương pháp điều chỉnh điện áp stator và điều chỉnh Rotor áp dụng chủ yếu cho
việc điều khiển động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc trước đây rất khó thực hiện. Ngày nay
do sự phát triển mạnh mẽ của điện tử công suất và kỹ thuật vi sử lý đã mở ra có hiệu quả

phương pháp điều khiển động cơ KĐB lồng sóc bằng điều khiển biến tần, phương pháp
này cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng với độ chính xác cao.
Tốc độ động cơ được tính theo công thức:
n 1=

60 * f 1
p

(4 – 4)

Từ công thức trên cho ta thấy việc điều chỉnh động cơ KĐB phụ thuộc vào sự biến
đổi tần số lưới điện. khi điều chỉnh tần số thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo.
Khi thay đổi tần số lưới điện cùng với việc bỏ qua điện trở dây quấn stator, tức là
coi R1=0 thì mômen tới hạn đạt cực đại :
3U 12
3U 12
M th =
=
2n1
2ω1 * X n
* Xn
9.55

Trong đó:

Xn = ω1* Ln
3U 12 * P 2
 M th =
2(2π ) 2 * f 12 * Ln

Đặt

3P 2
a=
= const
2(2π ) 2 * Ln
23

(4 – 5)


Chơng 4 . Nghiên cứu cấu trúc hệ điều chỉnh
M th = a

3U 12
f 12

(4 6)

Biu thc trờn cho thy khi tng tn s ngun (f 1> f1dm) m gi nguyờn U1 thỡ
momen ti hn cc i M th ~

1
s gim rt nhiu. Do ú, khi thay i tn s f 1 thỡ nờn
f 12

thay i ng thi c in ỏp U1 theo mt quy lut nht nh m bo s lm vic
tng ng gia momen ng c v momen ph ti (hay trỏnh tỡnh trng ng c b quỏ
dũng). Tc l t s gia momen cc i ca ng c v momen ph ti tnh i vi cỏc
c tớnh c l hng s:

=

M th
=const
M

Trng hp tn s gim (f1< f1dm) nu gi nguyờn in ỏp U1 thỡ momen v dũng
in ng c s tng rt ln. Nờn khi gim tn s thỡ phi gim in ỏp theo mt quy lut
nht nh sao cho ng c sinh ra c momen nh trong ch nh mc.
Đặc tính cơ khi f1< f1dm với điều kiện từ thông = const (hoặc gần đúng giữa
U1
= const) thì Mth đợc giữ không đổi ở vùng f1< f1dm
f1


11
12
1
m
13

14
0

f1 > f1 đm

f11

f12

f1đm
F13

f1 < f1đm

F14

M

Hình 4.2. Đặc tính cơ khi thay đổi tần số động cơ không đồng bộ
K biến tần:
4.2.2. Điều chỉnh tần số động cơ bằng
D3 tốc
D5độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ
MuốnDđiều
chỉnh
1
T
D7 đồng
T3 thờiD9thôngTqua
D
5
nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp1 một cách
một11 biến
tần.Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi đợc ngời ta đã thiết kế ra nhiều loại biến
tần nhng trong đồ án này ta chỉ xét Cđến bộ biếnAtần nguồn ápB làm việc theo
C nguyên lý
điều biến độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation). Bộ biến tần này đáp ứng đợc
yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra đợc điện áp và dòng điện gần giống hình sin.

D4

D6

D2

T4

24
L,R

D10

ia

T6

D12

ib

T2

D8

ic