Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động thyritor – động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ( Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR
ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGA

NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRITOR
ĐỘNG CƠ Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

CHUYÊN NGHÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS. VÕ QUANG LẠP
PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Nga
Sinh ngày: 22 tháng 01 năm 1983
Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trường Trung học Phổ thông Yên Thủy B.
Tôi xin cam đoan những gì tôi viết trong luận văn này là do sự tổng hợp
và nghiên cứu theo định hướng của giáo viên hướng dẫn không sao chép của
người khác.
Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong
luận văn.

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian tìm hiểu và làm việc khẩn trương cùng với sự giúp đỡ
tận tình của PGS.TS. Võ Quang Lạp tác giả đã hoàn thành luận văn với đề tài:
“Nghiên cứu và khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí
nghiệm khoa điện - điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng ”
Với tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin chân thành cảm ơn tới
PGS.TS. Võ Quang Lạp người đã trực tiếp giảng dạy và dành nhiều thời gian
tâm huyết hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo
trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp, các thầy cô giáo trong
Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất
nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành
luận văn của mình
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và
tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô
giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.

Thái nguyên, ngày 28 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Nga

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii

MỤC LỤC
NỘI DUNG

Trang

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
LỜI CÁM ƠN................................................................................................... ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA ..................... vii
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG...................... 2
1.1. Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp .................. 2
1.1.1. Giới thiệu một số cân băng định lượng trong thực tế ............................. 5
1.1.1.1. Hệ thống cân băng cho nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh ....... 5
1.1.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống cân băng cho trạm trộn bê tông.... 7
1.2 Nguyên lý làm việc và các yêu cầu về chuyển động của cân băng định
lượng.................................................................................................................. 8
1.2.1. Cấu trúc của một hệ thống cân băng định lượng
8

1.2.2. Nguyên lý làm việc của cân băng định lượng 9
1.2.2.1. Nguyên lý đo theo năng suất ............................................................ 9
1.2.2.2. Nguyên lý đo theo khối lượng ....................................................... 10
1.2.3. Các yêu cầu về hệ chuyển động cân băng định lượng 10
1.2.3.1. Loại phụ tải.................................................................................... 10
1.2.3.2. Chiều quay của băng...................................................................... 11
1.2.3.3. Giản đồ phụ tải .............................................................................. 11
1.2.3.4. Các yêu cầu về khởi động và hãm.................................................. 12
1.2.3.5. Sơ đồ động học .............................................................................. 13
1.2.3.6. Hệ truyền động nhiều động cơ ....................................................... 13
1.2.3.7. Độ chính xác.................................................................................. 13
1.2.3.8. Dải điều chỉnh................................................................................ 13
1.3 Các phương án thiết kế hệ điều khiển cân băng định lượng........................ 13
1.3.1 Hệ điều khiển tương tự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14

/>

iv
14
1.3.2. Hệ điều khiển dùng cảm biến
1.4 Các phương án truyền động cho cân băng .................................................. 15

1.4.1 Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều 16
1.4.2 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XAĐ)
19
1.4.3 Hệ thống truyền động véc tơ biến tần – động cơ KĐB 22
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ T – Đ TẠI PHÒNG THÍ

NGHIỆM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN CHO ĐIỀU
KHIỂN CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG............................................................ 25
2.1 Nội dung thực nghiệm ................................................................................ 25
2.1.1. Giới thiệu các trang thiết bị bố trí trên sơ đồ: 25
2.1.2. Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc 25
2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý:............................................................................ 26
2.1.2.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................ 27
2.1.2.3. Bố trí thiết bị trên Module: ............................................................ 32
2.1.3 Hệ tải
36
2.2 Kết quả thực nghiệm .................................................................................. 38
2.2.1. Đo điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa 38
2.2.1.1. Đo điện áp đồng bộ hóa ở một mạch tạo xung ............................... 38
2.2.1.2. Đo điện áp răng cưa ở một kênh tạo xung ...................................... 38
2.2.1.3. Khâu sửa xung và gửi xung ........................................................... 39
2.2.2. Thí nghiệm
39
2.2.2.1. Thí nghiệm 1: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P.....
......................................................................................................................... 39
2.2.2.2. Thí nghiệm 2: động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI …40
2.2.2.3. Thí nghiệm 3:động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P.....
………………………………………………………………………………….41
2.2.2.4. Thí nghiệm 4: động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển PI …..
………………………………………………………………………………….42
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH KHỐI LƯỢNG
CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.......................................................................... 44

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

v

3.1. Ứng dụng hệ truyền động T- Đ cho điều khiển ổn định khối lượng cân băng
định lượng. ....................................................................................................... 44
3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền động điều khiển ổn định khối lượng cân
băng định lượng...........................................................................................44
3.1.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động ổn định khối lượng 45
3.1.2.1. Tổng hợp hệ T- Đ .......................................................................... 45
3.1.2.2. Tổng hợp mạch vòng ổn định khối lượng ...................................... 49
3.2 Mô phỏng hệ truyền động cân băng với các bộ điều khiển PID .................. 52
3.2.1 Tính toán các thông số hệ điểu khiển ổn định khối lượng đối với
động cơ một chiều kích từ độc lập 52
3.2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển cân băng bằng MATLAB
SIMULINK
…
………………………………………………………………………………….52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................ 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 59
PHỤ LỤC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký hiệu

Diễn giải nội dung đầy đủ

1

ĐHCN

Đại học Công nghiệp

2

CBĐL

Cân băng định lượng

3

ĐC

Động cơ điện một chiều

4

ADC

Analog Digital Convert

5

DAC

Digital Analog Convert

6

PWM

Bộ biến đổi xung điện áp

7

XA-Đ

Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều

8

T-Đ

9

CL-Đ

10

F-Đ

Hệ máy phát động cơ

11

BBĐ

Bộ biến đổi

12

PID

Proportional Intergal Derivative

13

PI

14

FXCĐ

15

SRC

16

TXPCX

17

SS

So sánh

18

ĐK

Động cơ không đồng bộ

Thyristor - động cơ
Chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều

Proportional Intergal
Phát xung chủ đạo
Sóng răng cưa
Tạo xung phân chia xung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA
Hình 1.1

Sơ đồ hệ thống nghiền than và vận chuyển than nghiền

4

Hình 1.2

Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng

6

Hình 1.3

Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng

6

Hình 1.4

Sơ đồ nguyên lý hệ thống cân băng của trạm trộn bê tông

7

Hình 1.5

Sơ đồ đo hệ thống cân băng phối liệu nhiều thành phần

8

Hình 1.6

Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động cân băng

9

Hình 1.7

Đồ thị công suất và momen cản tĩnh

11

Hình 1.8

Giản đồ phụ tải

12

Hình 1.9

Sơ đồ động học

13

Hình 1.10

Hệ thống điều khiển kín dùng cảm biến lực

14

Hình 1.11

Hệ thống điêu khiển kín dùng phản hồi số

15

Hình 1.12

Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ

16

Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 1.15
Hình 1.16

Sơ đồ cấu trúc trạng thái tĩnh ổn định hệ thống điều chỉnh tốc
độ hai mạch vòng kín.
Đường đặc tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch
vòng kín
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ
hai mạch vòng kín.
Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung
một chiều

17
18
18
19

Hình 1.17

Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H

20

Hình 1.18

Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H

20

Hình 1.19

Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển

22

Hình 1.20

Sơ đồ nguyên lý điều khiển ĐC KĐB bằng thiết bị biến tần

23

Hình 2.1

Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha

26

Hình 2.2

Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp của chỉnh lưu hình cầu 3

pha

28

Hình 2.3

Sơ đồ khối một kênh tạo xung

28

Hình 2.4

Sơ đồ tạo xung cho một kênh

30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

viii

Hình 2.5

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển cân bằng

31

Hình 2.6

Sơ đồ bố trí thiết bị trên modul chỉnh lưu cầu 3 pha

32

Bảng 2.1

Chức năng của các thiết bị trên modul

34

Bảng 2.2

Chức năng của các thiết bị tín hiệu và đóng ngắt trên mạch
điều khiển

35

Hình 2.7

Hệ tải DC1 - DC2 và máy phát tốc

36

Hình 2.8

Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm truyền động điện

37

Hình 2.9

Điện áp khâu đồng bộ hóa

38

Hình 2.10

Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa

38

Hình 2.11

Điện áp khâu sửa xung và gửi xung

39

Hình 2.12

Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P

40

Hình 2.13

Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI

41

Hình 2.14

Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển P

41

Hình 2.15

Đảo chiều động cơ với bộ điều khiển PI

42

Hình 3.1

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định khối lượng cân
băng

44

Hình 3.2

Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi.

45

Hình 3.3

Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor

45

Hình 3.4

Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện

47

Hình 3.5

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện

47

Hình 3.6

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ

48

Hình 3.7

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng

49

Hình 3.8

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng ổn định khối lượng

50

Hình 3.9

Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng

51

Hình 3.10

Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID

52

Hình 3.11
Hình 3.12

Các tín hịệu khối lượng đầu ra tương ứng với giá trị của khối
lượng đặt đầu vào φ đặt = 10 (V), I = 8,7 (A)
Quan hệ giữa  và 

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

54
56

/>

1

MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn

Cân băng định lượng được dùng nhiều trong dây chuyền sản xuất công
nghiệp, có nhiều phương án truyền động cho cân băng này. Song để đáp ứng
giữa lý thuyết và thực nghiệm dựa trên cơ sở thí nghiệm của Trường Đại học
kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên nên tôi chọn tên đề tài“ Nghiên cứu và
khảo sát hệ truyền động Thyritor – Động cơ ở phòng thí nghiệm khoa điện
- điện tử để điều khiển chuyển động cân băng định lượng”
Kết quả đề tài vừa có ý nghĩa thực tế, vừa có tính khoa học.
2. Mục tiêu của nghiên cứu
- Tìm hiểu yêu cầu về truyền động cân băng định lượng
- Tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hệ truyền động ở phòng thí
nghiệm để từ đó đề xuất truyền động cho cân băng định lượng
- Trên cơ sở hệ truyền động ở phòng thí nghiệm đã tính toán đánh giá
để soa sánh kết quả với nhau
- Ứng dụng hệ truyền động ở phòng thí nghiệm cho điều khiển cân
băng định lượng đồng thời tính toán đánh giá chất lượng hệ chuyển động này
3. Nội dung của luận văn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về cân băng định lượng
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng hệ T- Đ tại phòng thí nghiệm Trường
ĐHKT Công nghiệp Thái nguyên cho điều khiển cân băng định lượng
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định cân băng định lượng
Kết luận và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1.1. Ứng dụng của cân băng định lượng trong sản xuất công nghiệp
Trong các dây chuyền sản xuất tự động của các nhà máy như :nhiệt
điện, xi măng, chế biến thức ăn gia xúc hay chế biến thực phẩm…. ta nhận
thấy rằng để pha trộn nguyên liệu theo một tỉ lệ nhất định và cân được khối
lượng các nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm
thì người ta đều sử dụng hệ thống cân băng định lượng.


Chẳng hạn như cân băng định lượng của nhà máy sản xuất xi măng

thực hiện việc phối liệu một cách liên tục theo tỷ lệ yêu cầu công nghệ đặt ra.
Đây là công đoạn quan trọng, quyết định chất lượng sản phẩm của công nghệ
sản xuất xi măng lò đứng. Đảm nhận công đoạn quan trọng này chính là hệ
thống cân băng định lượng điều khiển bằng máy vi tính. Hệ thống gồm 06 bộ
cân băng được đặt dưới đáy các xilo theo thứ tự từ cuối băng tải chính đến
miệng máy nghiền là : Đá 1, đá 2, than, quặng sắt, thạch cao. Nhiệm vụ chính
của các cân băng đáp ứng sự ổn định về lưu lượng và điều khiển lượng
nguyên liệu cấp này sao cho phù hợp với yêu cầu công nghệ đặt ra.
Nguyên liệu từ đáy các xilo được trút lên mặt các băng tải cân băng qua
hệ thống cấp liệu. Mỗi cân băng trong hệ thống nhận 1 nhiệm vụ khác nhau
(vận chuyển các nguyên liệu khác nhau với 1 lưu lượng khác nhau) nhằm mục
đích khống chế và điều chỉnh (tốc độ băng) sao cho lưu lượng liệu nhận được
ứng với giá trị đặt trước theo yêu cầu công nghệ sản xuất với sai số bé hơn
hoặc bằng giá trị cho phép.
Hệ thống 06 cân băng định lượng này đổ nguyên liệu lên 1 băng tải cao
su và băng tải này có nhiệm vụ vận chuyển nguyên liệu (đã được phối) đổ vào
máy ngiền bi thực hiện nghiền thành bột liệu. Các hạt bột liệu đạt tiêu chuẩn
(về kích thước) sẽ được hệ thống gàu tải xúc lên đổ vào cá xilo chứa, các hạt
chưa đạt (có độ mịn > 10% trên sàng 4900 lỗ/cm2 ) sẽ được máy phân ly đưa
trở lại vào đầu máy nghiền để nghiền lại.

Tỷ lệ phối liệu theo định mức sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3

Đá1:

từ (29  37%)

Đá2 :

từ (32  40%)

Quặng sắt :

6%

Than đá :

16%

Đất sét :

4%

Thạch cao :

5%

 Cân băng định lượng ở nhà máy nhiệt điện nằm trong hệ thống
nghiền than và vận chuyển than nghiền. Tức là than cấp cho lò hơi sẽ được
nghiền nhỏ bởi máy nghiền thành các dạng bột rồi được thổi phun vào trong
buồng đốt. Đứng trên quan điểm điều khiển thì quá trình đốt bụi than nghiền
tương tự như đốt nhiên liệu khí, nhiệt lượng tăng rất nhanh theo sự thay đổi
của lưu lượng than cấp. Tùy thuộc vào loại máy nghiền được sử dụng mà
dung lượng than chứa trong máy nghiền là nhiều hay ít trước khi được đưa
vào buồng đốt. Mỗi hệ thống nghiền than có thể phục vụ cho một hay nhiều
lò đốt. Thực hiện được điều đó thì các ống dẫn than chính vào mỗi lò có kích
cỡ và các hệ thống lưu thông dòng than tương ứng với từng lò.
Hệ thống nghiền than bao gồm có bộ phận cơ bản:
Hệ thống cấp than.
Hệ thống nghiền và phân loại than.
Hệ thống luồng không khí và quạt thổi hút.
Hệ thống sấy than nghiền.
* Hệ thống cấp và nghiền than
Hệ thống nghiền than cho 1 lò gồm 4 máy nghiền, mỗi máy nghiền
gồm 2 boongke than nguyên, 2 máy thứ cấp than nguyên, máy nghiền có
cấu tạo đầu ra kép, 2 bộ phận phân ly than thô, hệ thống thông gió cấp 1 và
các hệ thống liên quan để sấy và cấp than được nghiền tới 32 rãnh vòi đốt
than bột. Các boongke than nguyên liệu liên tục được cấp đầy bằng hệ thống
băng tải. Ở máy nghiền, than được nghiền nhỏ với kích cỡ đạt yêu cầu (tới
độ mịn yêu cầu). Sau đó than nghiền được hệ thống gió cấp 1 (hỗn hợp gió
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full