Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC – BIẾN TẦN –
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Trong các hệ điều khiển, chúng ta thường gặp bộ ba: PLC – biến tần – động cơ
nhưng mối quan hệ điều khiển của bộ ba này xảy ra nhưng thế nào? Vai trò của nó ra
sao thì đó lại là câu hỏi mà không phải ai cũng có thể hiểu được?
Trước kia, khi khoa học kỹ thuật chưa thực sự phát triển thì vấn đề điều chỉnh và
ổn định tốc độ động cơ xoay chiều gặp nhiều khó khăn, phạm vi ứng dụng hệ điều
chỉnh này hẹp, hầu hết đều sử dụng động cơ một chiều do đặc tính điều chỉnh đơn
giản. Tuy nhiên, động cơ xoay chiều không đồng bộ có những ưu điểm mà các động
cơ khác không có: giá thành rẻ, dễ vận hành, có thể làm việc trong môi trường dễ cháy
nổ, liên tục và dài hạn, đấu nối trực tiếp với nguồn lưới điện ba pha…Nhờ những ưu
điểm này mà các động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha được sử dụng ngày càng
rộng rãi và đặc biệt là trong ngành xi măng của chúng ta.
Trong các hệ điều khiển, chúng ta thường gặp bộ ba: PLC – biến tần – động cơ
nhưng mối quan hệ điều khiển của bộ ba này xảy ra nhưng thế nào? Vai trò của nó ra
sao thì đó lại là câu hỏi mà không phải ai cũng có thể hiểu được?
Do đặc thù của ngành công nghiệp nặng (trong các nhà máy: sản xuất xi măng, sản
xuất giấy, sản xuất thép…) các động cơ sẽ được thiết kế để hoạt động liên tục, dài hạn
trong thời tiết rất nóng và độ ẩm cao. Vì vậy yêu cầu đặt ra cho các động cơ này phải
có hiệu suất và độ tin cậy, dễ lắp đặt và bảo dưỡng. Thông thường, các động cơ các
động cơ hạ áp thường là các động cơ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc, với công suất từ
75kW trở lên trang bị bộ khởi động mềm hay biến tần để khởi động dễ dàng, giảm
dòng khởi động và không gây biến động lớn cho điện áp nguồn cung cấp. Mặt khác,
theo báo cáo của dự án “Đánh giá tiết kiệm năng lượng” tháng 9 năm 2009, nếu chúng
ta lắp đặt bộ điều chỉnh biến tần có thể tiết kiệm ít nhất đến 30% lượng năng lượng
tiêu thụ. Trong phạm vi bài viết này, tui chỉ đề cập đến bản chất quá trình điều khiển
Biến tần – động cơ và quá trình điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ trong hệ PLC – biến
tần – động cơ..
1. Bản chất quá trình điều khiển PLC – biến tần – động cơ
Hệ thống truyền động PLC – biến tần – động cơ thực chất là vòng điều khiển kín,
điều khiển bám theo tốc độ, vị trí góc.
Trước hết chúng ta cần hiểu khái niệm về hệ thống điều khiển bám – đó là hệ
thống tự động điều chỉnh dùng để lặp lại một giá trị thay đổi theo quy luật bất kỳ nào
đó. Đặc điểm của hệ này là tín hiệu điều khiển (hay còn gọi là tín hiệu vào) ngẫu nhiên
và thay đổi theo thời gian, tín hiệu ra thay đổi theo đúng quy luật của tín hiệu vào với
độ chính xác nhất định.
Trước kia, động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều
khiển truyền động là do có thể điều khiển độc lập hai thành phần dòng tạo từ thông
(dòng điện kích từ) và dòng tạo mômen quay (dòng phần ứng), hai dòng này điều
chỉnh độc lập, điều khiển đơn giản và thời gian tính toán không lớn.
Bài toán điều khiển động cơ một chiều:
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
1
2
. .
.
M M M
M kt
m K i
K i
ψ
= ψ
=
(1)
Trong đó:
mM : Mômen phần ứng của động cơ
ψ M : Từ thông phần ứng của động cơ
iM ikt : Dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ
K1, K2: là các hệ số của động cơ
Như vậy, điều khiển từ thông
M
ψ của động cơ một chiều phụ thuộc vào dòng kích từ
ikt , dòng này được sử dụng để điều khiển động cơ theo hàm ψ M kt = f i ( ) . Thông
thường, khi động cơ làm việc, ψ M luôn được giữ ổn định ψ ψ M = đm. Trong trường
hợp ω > ωđm thì ta phải thực hiện điều chỉnh dòng kích từ để giữ cho sức điện động
không quá lớn. Khi từ thông ψ M dao động trong một khoảng nào đó → mômen M
cũng tỷ lệ thuận với dòng điện phần ứng iM . Do đó, theo hai phương trình trên, ta
thấy việc điều chỉnh từ thông và mômen quay cho động cơ trực tiếp bằng điều chỉnh
kích từ
ikt và dòng điện phần ứng iM .
Trở lại bài toán điều khiển động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ, do hệ thống
cuộn dây và nguồn cấp điện ba pha, động cơ xoay chiều ba pha có cấu trúc phức tạp
nên ta thấy rằng có rất nhiều tham số cần điều chỉnh (6 tham số) khiến cho bài toán
điều khiển khó khăn trong việc cách ly các tham số điều khiển và xây dựng mô hình
điều khiền. Đối với động cơ xoay chiều, bài toán đặt ra là làm thế nào để có thể dễ
dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của động cơ một chiều?
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ, đối với hệ PLC – biến tần – động cơ thì
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số. Cấu trúc của hệ truyền động này
là điều khiển tựa theo từ thông roto.
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ bám động cơ không đồng bộ
Trong hệ điều khiển này, ta coi biến tần – động cơ là một khối đối tượng cần điều
chỉnh và bộ điều khiển ở đây là máy tính hay PLC. Trong đó, tín hiệu vào là điện áp
và tần số, tín hiệu ra là tốc độ và vị trí của động cơ.
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều, mỗi phương án đều
có ưu nhược điểm riêng, liên quan đến bài viết này, tui sẽ chú trọng đi sâu vào phương
án điều chỉnh tần số. Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để cho phép thay đổi tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi tần số dựa trên mối quan hệ giữa tần số và động cơ theo
công thức sau:
1
0
2 f
π p
ω = (2)
Trong đó: f1 là tần số của lưới điện, p là số đôi cặp cực của động cơ.
Hình 2: Mô hình điều khiển động cơ bằng biến tần
Hình 10: Kết qủa mô phỏng bám theo vị trí và độ sai lệch của hệ truyền động bám
xoay chiều.
b. Quá trình điều khiển trong thực tế
Trong tích hợp hệ thống điều khiển trước kia, thực hiện điều khiển bằng cách điều
khiển các cổng logic cơ bản: kết hợp IC số với các bộ cảm biến. Các linh kiện nối
cứng với nhau nên khi thay đổi thuật toán điều khiển thì phải thực hiện đấu nối lại.
Trong những thập niên gần đây, sự phát triển của các thiết bị khả trình logic điều khiển
được PLC (Program Logic Controller) đã giải quyết được những hạn chế trên. Dùng
PLC điều khiển hệ biến tần – động cơ bằng các lệnh lập trình linh hoạt theo yêu cầu
của bài toán, phương pháp điều khiển mềm thay đổi thông qua PLC mà không phải
thay đổi cấu trúc phần cứng.
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:
HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC – BIẾN TẦN –
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Trong các hệ điều khiển, chúng ta thường gặp bộ ba: PLC – biến tần – động cơ
nhưng mối quan hệ điều khiển của bộ ba này xảy ra nhưng thế nào? Vai trò của nó ra
sao thì đó lại là câu hỏi mà không phải ai cũng có thể hiểu được?
Trước kia, khi khoa học kỹ thuật chưa thực sự phát triển thì vấn đề điều chỉnh và
ổn định tốc độ động cơ xoay chiều gặp nhiều khó khăn, phạm vi ứng dụng hệ điều
chỉnh này hẹp, hầu hết đều sử dụng động cơ một chiều do đặc tính điều chỉnh đơn
giản. Tuy nhiên, động cơ xoay chiều không đồng bộ có những ưu điểm mà các động
cơ khác không có: giá thành rẻ, dễ vận hành, có thể làm việc trong môi trường dễ cháy
nổ, liên tục và dài hạn, đấu nối trực tiếp với nguồn lưới điện ba pha…Nhờ những ưu
điểm này mà các động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha được sử dụng ngày càng
rộng rãi và đặc biệt là trong ngành xi măng của chúng ta.
Trong các hệ điều khiển, chúng ta thường gặp bộ ba: PLC – biến tần – động cơ
nhưng mối quan hệ điều khiển của bộ ba này xảy ra nhưng thế nào? Vai trò của nó ra
sao thì đó lại là câu hỏi mà không phải ai cũng có thể hiểu được?
Do đặc thù của ngành công nghiệp nặng (trong các nhà máy: sản xuất xi măng, sản
xuất giấy, sản xuất thép…) các động cơ sẽ được thiết kế để hoạt động liên tục, dài hạn
trong thời tiết rất nóng và độ ẩm cao. Vì vậy yêu cầu đặt ra cho các động cơ này phải
có hiệu suất và độ tin cậy, dễ lắp đặt và bảo dưỡng. Thông thường, các động cơ các
động cơ hạ áp thường là các động cơ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc, với công suất từ
75kW trở lên trang bị bộ khởi động mềm hay biến tần để khởi động dễ dàng, giảm
dòng khởi động và không gây biến động lớn cho điện áp nguồn cung cấp. Mặt khác,
theo báo cáo của dự án “Đánh giá tiết kiệm năng lượng” tháng 9 năm 2009, nếu chúng
ta lắp đặt bộ điều chỉnh biến tần có thể tiết kiệm ít nhất đến 30% lượng năng lượng
tiêu thụ. Trong phạm vi bài viết này, tui chỉ đề cập đến bản chất quá trình điều khiển
Biến tần – động cơ và quá trình điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ trong hệ PLC – biến
tần – động cơ..
1. Bản chất quá trình điều khiển PLC – biến tần – động cơ
Hệ thống truyền động PLC – biến tần – động cơ thực chất là vòng điều khiển kín,
điều khiển bám theo tốc độ, vị trí góc.
Trước hết chúng ta cần hiểu khái niệm về hệ thống điều khiển bám – đó là hệ
thống tự động điều chỉnh dùng để lặp lại một giá trị thay đổi theo quy luật bất kỳ nào
đó. Đặc điểm của hệ này là tín hiệu điều khiển (hay còn gọi là tín hiệu vào) ngẫu nhiên
và thay đổi theo thời gian, tín hiệu ra thay đổi theo đúng quy luật của tín hiệu vào với
độ chính xác nhất định.
Trước kia, động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều
khiển truyền động là do có thể điều khiển độc lập hai thành phần dòng tạo từ thông
(dòng điện kích từ) và dòng tạo mômen quay (dòng phần ứng), hai dòng này điều
chỉnh độc lập, điều khiển đơn giản và thời gian tính toán không lớn.
Bài toán điều khiển động cơ một chiều:
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
1
2
. .
.
M M M
M kt
m K i
K i
ψ
= ψ
=
(1)
Trong đó:
mM : Mômen phần ứng của động cơ
ψ M : Từ thông phần ứng của động cơ
iM ikt : Dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ
K1, K2: là các hệ số của động cơ
Như vậy, điều khiển từ thông
M
ψ của động cơ một chiều phụ thuộc vào dòng kích từ
ikt , dòng này được sử dụng để điều khiển động cơ theo hàm ψ M kt = f i ( ) . Thông
thường, khi động cơ làm việc, ψ M luôn được giữ ổn định ψ ψ M = đm. Trong trường
hợp ω > ωđm thì ta phải thực hiện điều chỉnh dòng kích từ để giữ cho sức điện động
không quá lớn. Khi từ thông ψ M dao động trong một khoảng nào đó → mômen M
cũng tỷ lệ thuận với dòng điện phần ứng iM . Do đó, theo hai phương trình trên, ta
thấy việc điều chỉnh từ thông và mômen quay cho động cơ trực tiếp bằng điều chỉnh
kích từ
ikt và dòng điện phần ứng iM .
Trở lại bài toán điều khiển động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ, do hệ thống
cuộn dây và nguồn cấp điện ba pha, động cơ xoay chiều ba pha có cấu trúc phức tạp
nên ta thấy rằng có rất nhiều tham số cần điều chỉnh (6 tham số) khiến cho bài toán
điều khiển khó khăn trong việc cách ly các tham số điều khiển và xây dựng mô hình
điều khiền. Đối với động cơ xoay chiều, bài toán đặt ra là làm thế nào để có thể dễ
dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của động cơ một chiều?
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ, đối với hệ PLC – biến tần – động cơ thì
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số. Cấu trúc của hệ truyền động này
là điều khiển tựa theo từ thông roto.
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ bám động cơ không đồng bộ
Trong hệ điều khiển này, ta coi biến tần – động cơ là một khối đối tượng cần điều
chỉnh và bộ điều khiển ở đây là máy tính hay PLC. Trong đó, tín hiệu vào là điện áp
và tần số, tín hiệu ra là tốc độ và vị trí của động cơ.
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều, mỗi phương án đều
có ưu nhược điểm riêng, liên quan đến bài viết này, tui sẽ chú trọng đi sâu vào phương
án điều chỉnh tần số. Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để cho phép thay đổi tốc độ
động cơ bằng cách thay đổi tần số dựa trên mối quan hệ giữa tần số và động cơ theo
công thức sau:
1
0
2 f
π p
ω = (2)
Trong đó: f1 là tần số của lưới điện, p là số đôi cặp cực của động cơ.
Hình 2: Mô hình điều khiển động cơ bằng biến tần
Hình 10: Kết qủa mô phỏng bám theo vị trí và độ sai lệch của hệ truyền động bám
xoay chiều.
b. Quá trình điều khiển trong thực tế
Trong tích hợp hệ thống điều khiển trước kia, thực hiện điều khiển bằng cách điều
khiển các cổng logic cơ bản: kết hợp IC số với các bộ cảm biến. Các linh kiện nối
cứng với nhau nên khi thay đổi thuật toán điều khiển thì phải thực hiện đấu nối lại.
Trong những thập niên gần đây, sự phát triển của các thiết bị khả trình logic điều khiển
được PLC (Program Logic Controller) đã giải quyết được những hạn chế trên. Dùng
PLC điều khiển hệ biến tần – động cơ bằng các lệnh lập trình linh hoạt theo yêu cầu
của bài toán, phương pháp điều khiển mềm thay đổi thông qua PLC mà không phải
thay đổi cấu trúc phần cứng.
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