peluntimboy
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
KẾT LUẬN CHUNG
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế và tiến hành thực hiện luận
văn, được sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của ThS. Nguyễn Đồng Khang và
các thầy giáo trong bộ môn điện công nghiệp, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè
đồng nghiệp, đồ án tốt nghiệp với đề tài”Xây dựng hệ truyền động điện
xoay chiều- biến tần PLC” đã được hoàn thành và đạt được một số kết quả
như sau:
- Tìm hiểu công nghệ máy cuộn dây đồng có sử dụng động cơ đồng tốc.
- Nghiên cứu tổng hợp bộ điều bộ điều chỉnh tần số động cơ xoay chiều
không đồng bộ.
- Nghiên cứu các phương pháp xác định tham số của bộ điều khiển PID
trong hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều.
- Các phương pháp điều chỉnh theo luật PID.
- Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị điều khiển logic khả trình PLC
(Programmable Logic Control) bao gồm cấu hình phần cứng, các ngôn ngữ
lâp trình, các phương pháp lập trình và lập trình PLC thực hiện điều khiển.
-Xây dựng cấu trúc cho hệ thống điều khiển, phân tích được bài toán. Từ
đó xây dựng bộ điều khiển cho động cơ vít dẫn hướng.
Có thể nói rằng, đồ án này đã hoàn thành được mục tiêu nhiệm vụ đề ra
ban đầu. Khả năng và hiệu quả ứng dụng vào thực tế cần được kiểm
nghiệm nhiều hơn nữa, nhưng với những kết quả đã đạt được của luận văn,có
thể khẳng định hướng tiếp cận, sử dụng PLC để thiết kế hệ thống điều khiển
tự động cho khối đồng tốc độ trong máy cuộn dây đồng nói riêng và trong dây
chuyền sản xuất nói chung là một hướng đi đúng và triển vọng.
KÕt qu¶ cña luËn v¨n đã đạt được giúp cho em có cái nhìn tổng quan hơn
về một hệ thống truyền động điện trong công nghiệp, quy trình điều khiển của
hệ thống cũng như các bước tiến hành xây dựng mô hình, thiết kế, lựa chọn
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công
nghiệp hoá, hiện đại hoá. Vì thế, tự động hoá đóng vai trò quan trọng, tự động
hoá giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình
sản xuất. Để có thể thực hiện tự động hoá sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy
móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần có các bộ điều
khiển để điều khiển chúng. Trong các thiết bị hiện đại được đưa vào các dây
chuyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến biến tần và PLC.
Bộ biến tần không chỉ điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần
số, khởi động mềm động cơ mà còn góp phần đáng kể để giảm năng lượng
điện tiêu thụ trong các cơ sở sản xuất của doanh nghiệp. Vì vậy bộ biến tần có
vai trò rất quan trọng trong đời sống và hoạt động của các doanh nghiệp.
PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rông rãi trong
công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi
người sử dụng. Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được ứng
dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Nếu muốn thay đổi quy
luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn
giản ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có
thể điều chỉnh được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…
đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động
(ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v.v.
Xuất phát từ đặc điểm trên em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ truyền
động điện xoay chiều - biến tần PLC”
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
- Chương 1. Động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển tốc độ
bằng điều chỉnh tần số nguồn cấp
- Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
dùng PLC
- Chương 3. Ứng dụng hệ truyền động điện đồng tốc cho máy cuộn dây đồng
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi2
CHƢƠNG 1.
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CẤP
1.1 KHÁI NIỆM
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện quay, hoạt động trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto khác với tốc độ quay của từ trường quay.
Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền
kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất là động
cơ rôto lồng sóc (đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động
cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc
độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định
mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng
bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng
điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh được tốc độ
trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng
khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với loại rôto lồng sóc,
do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.
1.2 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2.1 Cấu tạo
Động cơ không đồng bộ gồm 2 phần cơ bản là phần quay (roto) và phần
tĩnh (stato), giữa phần quay và phần tĩnh là khe hở không khí.
a) Cấu tạo của stato
Stato gồm 2 phần cơ bản: mạch từ và mạch điện.
Mạch từ: mạch từ của stato được ghép bằng các lá thép kĩ thuật điện có chiều3
dầy khoảng 0,3 – 0,5 mm, đượ cách điện 2 mặt để chống dòng Fucô. Lá thép
stato có dạng hình van III.
Động cơ không đồng bộ về cấu tạo được chia làm hai loại: động cơ
không đồng bộ ngắn mạch hay còn gọi là rôto lồng sóc và động cơ dây quấn.
Stato có hai loại như nhau. Ở phần luận văn này chỉ nghiên cứu động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc.
1. Stato (phần tĩnh)
Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
-Vỏ máy
Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp
hay gối đỡ trục. Vỏ máy có thể làm bằng gang nhôm hay lõi thép. Để chế tạo vỏ
máy người ta có thể đúc, hàn, rèn. Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu
bảo vệ. Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm
nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt vỏ máy. Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngoài
nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy.
Hộp cực là nơi để dấu điện từ lưới vào. Đối với động cơ kiểu kín hộp
cực yêu cầu phải kín, giữa thân hộp cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có
giăng cao su. Trên vỏ máy còn có bulon vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận
chuyển và bulon tiếp mát.
-Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay, nên
để giảm tổn hao lõi sắt được làm những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép
lại. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên (hạn chế dòng điện phuco).
-Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với
lõi sắt. Dây quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi4
các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng
thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao
trong toàn bộ giá thành máy.
b) Phần quay (Rôto)
Rôto của động cơ không đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với
động cơ dây quấn còn có vành trượt).
-Lõi sắt
Lõi sắt của rôto bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của stator, điểm
khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc
trong rôto rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp.
Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hay lên một giá rôto của máy. Phía
ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto.
-Dây quấn rôto
Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng
sóc Loại rôto kiểu dây quấn Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato. Máy
điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây
đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn
đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao.
Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than
đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện chức năng
mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy.
Loại rôto kiểu lồng sóc
Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh
của lõi sắt rôto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và
được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm. Nếu
là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió.
Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao
nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy.5
Để cải thiện chức năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta
làm rãnh rôto sâu hay dùng lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto
được làm chéo góc so với tâm trục.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
-Trục
Trục máy điện mang rôto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một
chi tiết rất quan trọng. Trục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế
tạo từ thép Cacbon từ 5 đến 45.
Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt
1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và
rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha.
Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các
dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:
p
f
n
1
1
60 (1.1)
Trong đó:
-f1: tần số nguồn điện
-p: số đôi cực từ của dây quấn
Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao gồm
một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai
vành ngắn mạch.
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây
quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ
giữa các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện
từ Fđt tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề
măt rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi6
đã được biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không
đồng bộ là một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện
thành cơ năng đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ
trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đặt trên dây quấn stato.
Tốc độ của rôto n2 là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và
chỉ trong trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto.
Hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi
là hệ số trượt s:
n
n n
s
1
1 2 (1.2)
Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này
gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế
độ không tải thực, s≈0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …
Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n2=0), momen trên trục bằng
momen mở máy.
Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng
với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức
Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:
(1.3)
Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn
stato không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện
trong rôto có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này
là động cơ cảm ứng.
Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của
rôto so với từ trường:
f s
n
n n p n n n
f p 1
1
1 1 2
1 2
2 60 60
( )
(1.4)
Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta
dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi
n2 n1(1 s1)7
các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu
trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện.
Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ
một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha
cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CUNG
CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Ta đã biết động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến trong kỹ
thuật truyền động điện. Đặc biệt là ngày nay, do phát triển công nghệ chế tạo
bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ đã và
đang được hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớn với các hệ truyền động một
chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn.
Trước đây các hệ truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc
độ lại chiếm tỉ lệ rất nhỏ, đó là do nó có cấu tạo phần cảm và phần ứng không
tách biệt. Dây quấn sơ cấp của động cơ không đồng bộ nhận điện từ lưới với
tần số f, dây quấn thứ cấp được khép kín qua điện trở hay nối tắt. Dây quấn
thứ cấp sinh ra dòng điện nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, với tần số là hàm
của tốc độ góc rôto . 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 không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến
mạnh làm cho đặc tính mở máy xấu, điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình
quá độ là khó khăn. Chúng ta thường gặp một số phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ như sau:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
- Điều chỉnh điện trở rôto
- Điều chỉnh công suất trượt
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi8
Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ là phương pháp điều
chỉnh triệt để cho phép thay đổi cả tốc độ đồng bộ, và điều chỉnh tốc độ động
cơ trong vùng trên của tốc độ định mức. Trong luận văn này chỉ quan tâm đến
vấn đề điều chỉnh tần số của động cơ bởi vì phương pháp này đáp ứng được
những đòi hỏi cao của các hệ truyền động bám động cơ không đồng bộ như:
vùng tốc độ thấp, dải điều chỉnh rộng, ít có tổn thất công suất, có giá trị kinh
tế cao... Hệ thống truyền động có nhược điểm là mạch điều khiển phức tạp, có
mức độ tích hợp linh kiện lớn ví dụ như biến tần hiện nay thường được sử
dụng để biến đổi tần số
Tuỳ theo cấu trúc cơ bản của bộ biến tần - động cơ khác nhau mà người
ta phân ra các loại biến tần sau:
Biến tần trực tiếp: là loại biến tần mà tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số
lưới fs, thường nhỏ hơn 50 fs dùng cho các hệ truyền động công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp: loại này thường dùng cho hệ truyền động
nhiều động cơ. Các bộ biến tần này có thêm bộ điều chế độ rộng xung thì cho
chất lượng điện áp ra cao.
Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dòng: Thích hợp cho hệ truyền động
đảo chiều có công suất động cơ truyền động lớn.
Yêu cầu chính đối với đặc tính truyền động tần số là đảm bảo độ cứng
đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải.
Ngoài ra còn có các yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh.
Biến tần cho phép ta thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ không
đồng bộ, tốc độ quay của động cơ không đồng bộ sẽ được xác định như sau:
s
2.
(1 ) f s
p
(1.5)
Trong đó: : tốc độ quay của động cơ.
s: độ trượt.
fs
: tần số nguồn cung cấp.
p: số đôi cực của động cơ.9
Từ biểu thức (1.5) ta thấy khi thay đổi tần số nguồn cung cấp fs thì ta
thay đổi được tốc độ quay của động cơ. Động cơ không đồng bộ trong hệ điều
khiển tần số được mô tả như một đối tượng điều khiển nhiều tham số. Đại
lượng vào là tần số fs của điện áp Us (cũng có thể là dòng điện Is), đại lượng ra
là tốc độ , mômen và vị trí. Ngoài ra còn có phụ tải Mc. Trong phương pháp
điều chỉnh tần số cần tuân theo các luật điều chỉnh, bởi vì khi điều khiển
tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện... của động cơ thay đổi. Để đảm bảo
một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần điều chỉnh cả
điện áp. Đối với hệ thống truyền động biến tần nguồn áp thường có yêu cầu
giữ khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt vùng điều chỉnh tốc
độ cũng như đảm bảo tổn thất khi điều chỉnh là nhỏ nhất. Các quy luật điều
chỉnh tần số được trình bày ở dưới đây.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
KẾT LUẬN CHUNG
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thực tế và tiến hành thực hiện luận
văn, được sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của ThS. Nguyễn Đồng Khang và
các thầy giáo trong bộ môn điện công nghiệp, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè
đồng nghiệp, đồ án tốt nghiệp với đề tài”Xây dựng hệ truyền động điện
xoay chiều- biến tần PLC” đã được hoàn thành và đạt được một số kết quả
như sau:
- Tìm hiểu công nghệ máy cuộn dây đồng có sử dụng động cơ đồng tốc.
- Nghiên cứu tổng hợp bộ điều bộ điều chỉnh tần số động cơ xoay chiều
không đồng bộ.
- Nghiên cứu các phương pháp xác định tham số của bộ điều khiển PID
trong hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều.
- Các phương pháp điều chỉnh theo luật PID.
- Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị điều khiển logic khả trình PLC
(Programmable Logic Control) bao gồm cấu hình phần cứng, các ngôn ngữ
lâp trình, các phương pháp lập trình và lập trình PLC thực hiện điều khiển.
-Xây dựng cấu trúc cho hệ thống điều khiển, phân tích được bài toán. Từ
đó xây dựng bộ điều khiển cho động cơ vít dẫn hướng.
Có thể nói rằng, đồ án này đã hoàn thành được mục tiêu nhiệm vụ đề ra
ban đầu. Khả năng và hiệu quả ứng dụng vào thực tế cần được kiểm
nghiệm nhiều hơn nữa, nhưng với những kết quả đã đạt được của luận văn,có
thể khẳng định hướng tiếp cận, sử dụng PLC để thiết kế hệ thống điều khiển
tự động cho khối đồng tốc độ trong máy cuộn dây đồng nói riêng và trong dây
chuyền sản xuất nói chung là một hướng đi đúng và triển vọng.
KÕt qu¶ cña luËn v¨n đã đạt được giúp cho em có cái nhìn tổng quan hơn
về một hệ thống truyền động điện trong công nghiệp, quy trình điều khiển của
hệ thống cũng như các bước tiến hành xây dựng mô hình, thiết kế, lựa chọn
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công
nghiệp hoá, hiện đại hoá. Vì thế, tự động hoá đóng vai trò quan trọng, tự động
hoá giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình
sản xuất. Để có thể thực hiện tự động hoá sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy
móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần có các bộ điều
khiển để điều khiển chúng. Trong các thiết bị hiện đại được đưa vào các dây
chuyền sản xuất tự động đó không thể không kể đến biến tần và PLC.
Bộ biến tần không chỉ điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần
số, khởi động mềm động cơ mà còn góp phần đáng kể để giảm năng lượng
điện tiêu thụ trong các cơ sở sản xuất của doanh nghiệp. Vì vậy bộ biến tần có
vai trò rất quan trọng trong đời sống và hoạt động của các doanh nghiệp.
PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rông rãi trong
công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi
người sử dụng. Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được ứng
dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Nếu muốn thay đổi quy
luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn
giản ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có
thể điều chỉnh được rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…
đến các hệ thống phức tạp như: băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động
(ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v.v.
Xuất phát từ đặc điểm trên em đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ truyền
động điện xoay chiều - biến tần PLC”
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
- Chương 1. Động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển tốc độ
bằng điều chỉnh tần số nguồn cấp
- Chương 2. Xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ
dùng PLC
- Chương 3. Ứng dụng hệ truyền động điện đồng tốc cho máy cuộn dây đồng
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi2
CHƢƠNG 1.
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CẤP
1.1 KHÁI NIỆM
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện quay, hoạt động trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto khác với tốc độ quay của từ trường quay.
Máy điện không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền
kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất là động
cơ rôto lồng sóc (đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động
cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc
độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định
mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng
bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng
điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh được tốc độ
trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng
khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với loại rôto lồng sóc,
do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.
1.2 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2.1 Cấu tạo
Động cơ không đồng bộ gồm 2 phần cơ bản là phần quay (roto) và phần
tĩnh (stato), giữa phần quay và phần tĩnh là khe hở không khí.
a) Cấu tạo của stato
Stato gồm 2 phần cơ bản: mạch từ và mạch điện.
Mạch từ: mạch từ của stato được ghép bằng các lá thép kĩ thuật điện có chiều3
dầy khoảng 0,3 – 0,5 mm, đượ cách điện 2 mặt để chống dòng Fucô. Lá thép
stato có dạng hình van III.
Động cơ không đồng bộ về cấu tạo được chia làm hai loại: động cơ
không đồng bộ ngắn mạch hay còn gọi là rôto lồng sóc và động cơ dây quấn.
Stato có hai loại như nhau. Ở phần luận văn này chỉ nghiên cứu động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc.
1. Stato (phần tĩnh)
Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.
-Vỏ máy
Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp
hay gối đỡ trục. Vỏ máy có thể làm bằng gang nhôm hay lõi thép. Để chế tạo vỏ
máy người ta có thể đúc, hàn, rèn. Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu
bảo vệ. Vỏ máy kiểu kín yêu cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm
nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt vỏ máy. Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngoài
nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy.
Hộp cực là nơi để dấu điện từ lưới vào. Đối với động cơ kiểu kín hộp
cực yêu cầu phải kín, giữa thân hộp cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có
giăng cao su. Trên vỏ máy còn có bulon vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận
chuyển và bulon tiếp mát.
-Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay, nên
để giảm tổn hao lõi sắt được làm những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép
lại. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy gây nên (hạn chế dòng điện phuco).
-Dây quấn
Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với
lõi sắt. Dây quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi4
các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng
thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao
trong toàn bộ giá thành máy.
b) Phần quay (Rôto)
Rôto của động cơ không đồng bộ gồm lõi sắt, dây quấn và trục (đối với
động cơ dây quấn còn có vành trượt).
-Lõi sắt
Lõi sắt của rôto bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như của stator, điểm
khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc
trong rôto rất thấp, chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp.
Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hay lên một giá rôto của máy. Phía
ngoài của lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto.
-Dây quấn rôto
Phân làm hai loại chính: loại rôto kiểu dây quấn va loại rôto kiểu lồng
sóc Loại rôto kiểu dây quấn Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato. Máy
điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây
đầu nối, kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn
đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao.
Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than
đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện chức năng
mở máy ,điều chinh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy.
Loại rôto kiểu lồng sóc
Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh
của lõi sắt rôto, đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt và
được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm. Nếu
là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh khoáy gió.
Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao
nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy.5
Để cải thiện chức năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta
làm rãnh rôto sâu hay dùng lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto
được làm chéo góc so với tâm trục.
Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt.
-Trục
Trục máy điện mang rôto quay trong lòng stato, vì vậy nó cũng là một
chi tiết rất quan trọng. Trục của máy điện tùy theo kích thước có thể được chế
tạo từ thép Cacbon từ 5 đến 45.
Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt
1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và
rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha.
Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các
dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:
p
f
n
1
1
60 (1.1)
Trong đó:
-f1: tần số nguồn điện
-p: số đôi cực từ của dây quấn
Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao gồm
một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai
vành ngắn mạch.
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây
quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ
giữa các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện
từ Fđt tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề
măt rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi6
đã được biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không
đồng bộ là một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện
thành cơ năng đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ
trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đặt trên dây quấn stato.
Tốc độ của rôto n2 là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và
chỉ trong trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto.
Hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi
là hệ số trượt s:
n
n n
s
1
1 2 (1.2)
Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này
gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế
độ không tải thực, s≈0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …
Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n2=0), momen trên trục bằng
momen mở máy.
Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng
với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức
Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:
(1.3)
Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn
stato không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện
trong rôto có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này
là động cơ cảm ứng.
Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của
rôto so với từ trường:
f s
n
n n p n n n
f p 1
1
1 1 2
1 2
2 60 60
( )
(1.4)
Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta
dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi
n2 n1(1 s1)7
các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu
trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện.
Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ
một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha
cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …
1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ NGUỒN CUNG
CẤP CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Ta đã biết động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến trong kỹ
thuật truyền động điện. Đặc biệt là ngày nay, do phát triển công nghệ chế tạo
bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ đã và
đang được hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớn với các hệ truyền động một
chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn.
Trước đây các hệ truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc
độ lại chiếm tỉ lệ rất nhỏ, đó là do nó có cấu tạo phần cảm và phần ứng không
tách biệt. Dây quấn sơ cấp của động cơ không đồng bộ nhận điện từ lưới với
tần số f, dây quấn thứ cấp được khép kín qua điện trở hay nối tắt. Dây quấn
thứ cấp sinh ra dòng điện nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, với tần số là hàm
của tốc độ góc rôto . 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 không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến
mạnh làm cho đặc tính mở máy xấu, điều chỉnh tốc độ và khống chế quá trình
quá độ là khó khăn. Chúng ta thường gặp một số phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ như sau:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
- Điều chỉnh điện trở rôto
- Điều chỉnh công suất trượt
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi8
Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ là phương pháp điều
chỉnh triệt để cho phép thay đổi cả tốc độ đồng bộ, và điều chỉnh tốc độ động
cơ trong vùng trên của tốc độ định mức. Trong luận văn này chỉ quan tâm đến
vấn đề điều chỉnh tần số của động cơ bởi vì phương pháp này đáp ứng được
những đòi hỏi cao của các hệ truyền động bám động cơ không đồng bộ như:
vùng tốc độ thấp, dải điều chỉnh rộng, ít có tổn thất công suất, có giá trị kinh
tế cao... Hệ thống truyền động có nhược điểm là mạch điều khiển phức tạp, có
mức độ tích hợp linh kiện lớn ví dụ như biến tần hiện nay thường được sử
dụng để biến đổi tần số
Tuỳ theo cấu trúc cơ bản của bộ biến tần - động cơ khác nhau mà người
ta phân ra các loại biến tần sau:
Biến tần trực tiếp: là loại biến tần mà tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số
lưới fs, thường nhỏ hơn 50 fs dùng cho các hệ truyền động công suất lớn.
Biến tần gián tiếp nguồn áp: loại này thường dùng cho hệ truyền động
nhiều động cơ. Các bộ biến tần này có thêm bộ điều chế độ rộng xung thì cho
chất lượng điện áp ra cao.
Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dòng: Thích hợp cho hệ truyền động
đảo chiều có công suất động cơ truyền động lớn.
Yêu cầu chính đối với đặc tính truyền động tần số là đảm bảo độ cứng
đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải.
Ngoài ra còn có các yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh.
Biến tần cho phép ta thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ không
đồng bộ, tốc độ quay của động cơ không đồng bộ sẽ được xác định như sau:
s
2.
(1 ) f s
p
(1.5)
Trong đó: : tốc độ quay của động cơ.
s: độ trượt.
fs
: tần số nguồn cung cấp.
p: số đôi cực của động cơ.9
Từ biểu thức (1.5) ta thấy khi thay đổi tần số nguồn cung cấp fs thì ta
thay đổi được tốc độ quay của động cơ. Động cơ không đồng bộ trong hệ điều
khiển tần số được mô tả như một đối tượng điều khiển nhiều tham số. Đại
lượng vào là tần số fs của điện áp Us (cũng có thể là dòng điện Is), đại lượng ra
là tốc độ , mômen và vị trí. Ngoài ra còn có phụ tải Mc. Trong phương pháp
điều chỉnh tần số cần tuân theo các luật điều chỉnh, bởi vì khi điều khiển
tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện... của động cơ thay đổi. Để đảm bảo
một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng thì cần điều chỉnh cả
điện áp. Đối với hệ thống truyền động biến tần nguồn áp thường có yêu cầu
giữ khả năng quá tải về mômen là không đổi trong suốt vùng điều chỉnh tốc
độ cũng như đảm bảo tổn thất khi điều chỉnh là nhỏ nhất. Các quy luật điều
chỉnh tần số được trình bày ở dưới đây.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: