Giáo trình ngành tự động hóa phần 2

Chia sẻ: Hà Minh đức | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:52

Thêm vào BST

Báo xấu

343
lượt xem 161
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm .....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình ngành tự động hóa phần 2

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 3.1 Đặt vấn đề : Vai trò của băng tải trong các nhà máy công nghiệp là vô cùng quan trọng, điều này được thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, các nhà máy chế biến thức ăn gia xúc, các nhà máy chế biến thực phẩm .....Các băng tải đóng vai trò vận chuyển nguyên vật liệu, thành phẩm thay cho sức người và các phương tiện vận chuyển cơ động khác . Trong khuôn viên nhà máy, phân xưởng, để vận chuyển vật liệu từ nơi khai thác, bến bãi tập kết hoặc kho chứa nguyên vật liệu để phục vụ cho quá trình sản xuất . Vấn đề đặt ra là trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm . Để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng cân băng định lượng . Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục. Cân băng định lượng là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu . 3.2. Vai trò và tầm quan trọng: Hiện nay việc đảm bảo chất lượng cho mỗi sản phẩm là việc rất quan trọng đối với các doanh nghiệp. Do đó yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho các sản phẩm đó phải có chất lượng và mẫu mã giống nhau. Vì vậy nhà sản xuất phải nắm bắt và kiểm soát được các thông số kỹ thuật, các tỷ lệ pha trộn được cài đặt chính xác. Việc hiệu chỉnh các thông số đầu vào cũng như đầu ra phải dễ
thực hiện và thuận lợi cho người sản xuất và người điều khiển trung tâm . Đặc biệt trong công nghệ sản xuất xi măng công đoạn phối liệu để nghiền liệu và định lượng nghiền xi là rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của xi măng . Người ta sử dụng hệ thống cân băng định lượng cho công đoạn phối liệu và nghiền xi . Để điều chỉnh được tỷ lệ pha trộn nguyên liệu chính xác và thay đổi năng suất dễ dàng, ta sử dụng biến tần nguồn áp để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc truyền động cho băng tải 3.2. Nguyên lý hoạt động: Hệ thống cân băng MULTIDOS được thiết kế để điều chỉnh tốc độ cấp liệu của vật liệu rắn. Vật liệu rắn được tháo ra từ Bunke. Bề dày của vật liệu trên băng tải thường được trải đều để đảm bảo mức chịu tải của băng tải là không thay đổi. Lưu lượng vật liệu có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh tốc độ băng tải. Chỉ thị tốc độ Cảm biến KĐ và A tốc độ FVC D Cảm KĐ C Máy biến TL Giao tính/vi Băng Van xả tiếp điều tải CCĐK1 liệu khiển cân D A Biến Động C tần cơ CCĐK2 Đ/chỉnh thủ công Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của cân băng định lượng
Giá trị lưu lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải phụ thuộc hai yếu tố, thứ nhất là độ dày lớp liệu trên băng tải hay còn gọi là mật độ liệu trên băng tải và thứ hai là tốc độ chuyển động của băng tải : ta có q = qe.V ( kg/s) (3-1) Trong đó : q: lưu lượng vận chuyển trên băng tải qe : Mật độ liệu trên băng tải V: Tốc độ chuyển động của băng tải Như vậy để đo được lưu lượng vận chuyển trên băng tải phải đo được hai thông số : Tốc độ chuyển động của băng tải và mật độ liệu . Trong quá trình sản xuất khi mà lượng liệu trên băng tải ít, để nhận biết điều này nhờ cảm biến load cell tác động, cùng với tín hiệu từ cảm biến tốc độ chuyển động của băng tải Encoder đưa về bộ xử lý trung tâm và tiếp nhận một tín hiệu điều khiển để điều khiển mở van xả cho liệu xuống hơn tăng mật độ liệu . Nếu điều khiển tăng mật độ liệu vẫn không đạt ta có thể điều chỉnh kết hợp với tốc độ băng tải cho đến khi lưu lượng vật liệu đạt yêu cầu . 3.4. Nguyên lý đo: Cân băng được thiết kế để cân liên tục lượng vật liệu vận chuyển trên băng tải. Vật liệu được dẫn trên một sàn bố trí dưới băng tải và được giới hạn bởi 2 con lăn . Lượng vật liệu này tác dụng một lực lên load cell . Nguyên lý đo như sau : Q V M Kg/m m/s Biế SCHENCK DISOCONT n CCĐK tần
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đo lường của hệ thống cân băng định lượng Giá trị lực tác dụng tỷ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và do đó trả về tín hiệu điện áp tỷ lệ . Nó được khuếch đại và đưa đến bộ vi xử lý thông bộ chuyển đổi tượng tự/số (ADC) . Chỉ một nữa tải trọng của vật liệu được con lăn cân . Sàn con lăn được tính như sau: Leff = Lg/2 (3-2) Leff: Chiều dài hiệu dụng sàn (m). Lg : Tổng chiều dài sàn (m). Tải trọng băng tải Q được tính toán như sau: Q = QB/Leff (3-3) Q: Tải trọng băng tải (Kg/m). QB: Tải trọng trên sàn (Kg). + Giá trị đo quan trọng khác là tốc độ băng tải yêu cầu bởi bộ chuyển đổi và chuyển đổi theo tần số xung. + Việc sử dụng tải trọng và tốc độ băng tải để tính toán tốc độ cấp liệu, được tính theo công thức sau: I = Q.v = QB.v/Leff (3-4) I: Tốc độ cấp liệu (lưu lựơng). v: Tốc độ băng tải (m/s). 3.5. Xây dựng các công thức tính toán : - Xây dựng công thức tính tốc độ băng tải từ bộ Encode: Thời gian tính toán 255ms, số xung đếm được là x xung. Khi bánh xe của bộ Encode quay được một vòng, số xung đếm được là 500 xung. Vậy với số xung là x xung thì bánh xe Encode quay được là x/500 (vòng) tương 2Π x ứng với góc (rad) 500
1 2Π x ( rad ) Sau 1ms, bánh xe Encode quay được: . (3-5) 255 500 1 2Π x ( rad / s ) Tốc độ góc của bánh xe Encode: ω = 1000. (3-6) 255 500 1 2Π x d  m  d Vận tốc bánh xe Encode: Ved = ω = 1000.   = Vbt (3-7) 255 500 2  s  2 Với: d là đường kính bánh xe Encode, d= 0,1 [m] 1000.2Πxd = 17.731x[ m / h] Vbt = Ved = 3600. (3-8) 255.500 Các thông số tính toán: L = 0,5 [m] d = 0,1 [m] 3.5.1. Cân băng đá vôi: n Tốc độ băng tải: n = , k v n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1450    ph  k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43. Vận tốc băng tải: m D nD V = n. .2Π = . .2Π   2 k2  ph  m nD = . .2Π.60   h k2 m 1450 0,4 = .2Π.60 = 2520   . (3-9) h 43 2 Trong đó: D: Đường kình con lăn, D = 0,4 [m] Chuẩn hóa vận tốc băng tải: Tốc độ băng tải khi tôc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng ∆n = 50 (vòng)
 n + ∆n  D m Vbt max =  . .2Π.60    k 2 h  1450 + 50  0,4 m 2Π.60   = .  2 h 43 m =2607   (3-10) h Vbt = [ 0,1 ÷ 1,0] Ta có: Vbt max Tính tải trọng nền của băng tải Qmax: I = Qmax.Vbt T  I max 350 Suy ra: Qmax = = = 0,13889  (3-11) m Vbt 2520 T  Với Imax= 350   h Tính tải trọng trên sàn QBmax: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá vôi) L 0,5 = 0,034722[T ] QBmax = Qmax = 0,13889. 2 2 Với L = 0,5 (m) Chọn QBmax= 0,0347 (T) = 34,7[Kg]. Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog: Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá tri từ 0-32767. Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng: T  0,034722 = 0,1059.10 −5   ∆q = m 32767 Tải trọng băng tải: T  Qmax Q = [ 0 ÷ 32767] = [ 0 ÷ Qmax ]   (3-12) m 32767 Chuẩn hóa:
[ 0 ÷ Qmax ] [ 0,0 ÷ 1,0] Q = Qmax Q Q.Vbt I = [ 0,0 ÷ 1,0][ 0,0 ÷ 1,0] = [ 0.0 ÷ 1,0] = I max QmaxVmax 3.5.2 Cân băng đá sét: n Tốc độ băng tải: n = , k v n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1380    ph  k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43. Vận tốc băng tải: m D nD V = n. .2Π = . .2Π   2 k2  ph  m nD = . .2Π.60   h k2 m 1380 0,3 = . .2Π.60 = 1814   (3-13) h 43 2 Trong đó: D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m] Chuẩn hóa vận tốc băng tải: Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng ∆n = 50 (vòng)  n + ∆n  D m Vbt max =  . .2Π.60    k 2 h  1380 + 50  0,3 m 2Π.60   = .  2 h 43 m =1880   (3-14) h Vbt = [ 0,1 ÷ 1,0] Ta có: Vbt max
Tính tải trọng nền của băng tải Qmax: I = Qmax.Vbt T  I max 100 Suy ra: Qmax = = = 0,05512   (3-15) m Vbt 1814 T  Với Imax= 100   h Tính tải trọng trên sàn QBmax: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá sét) L 0,5 = 0,01378[T ] QBmax = Qmax = 0,05512. 2 2 Với L = 0,5 (m) Chọn QBmax= 0,01378 (T) = 13,78[Kg]. Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog: Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá tri từ 0-32767. Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng: T  0,05512 = 0,1682.10 −5   ∆q = m 32767 Tải trọng băng tải: T  Qmax Q = [ 0 ÷ 32767] = [ 0 ÷ Qmax ]   (3-16) m  32767 Chuẩn hóa: [ 0 ÷ Qmax ] [ 0,0 ÷ 1,0] Q = Qmax Q Q.Vbt I = [ 0,0 ÷1,0][ 0,0 ÷1,0] = [ 0.0 ÷1,0] = I max QmaxVmax 3.5.3 Cân băng đá Bazan: n Tốc độ băng tải: n = , k
v n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1310    ph  k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43. Vận tốc băng tải: m D nD V = n. .2Π = . .2Π   2 k2  ph  m nD = . .2Π.60   h k2 m 1310 0,3 = . .2Π.60 = 1721  (3-17) h 43 2 Trong đó: D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m] Chuẩn hóa vận tốc băng tải: Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng ∆n = 50 (vòng)  n + ∆n  D m Vbt max =  . .2Π.60    k 2 h  1310 + 50  0,3 m 2Π.60   = .  2 h 43 m =1787   (3-18) h Vbt = [ 0,1 ÷ 1,0] Ta có: Vbt max Tính tải trọng nền của băng tải Qmax: I = Qmax.Vbt T  I max 50 Suy ra: Qmax = = = 0,02905  (3-19) m Vbt 1721 T  Với Imax= 50   h Tính tải trong trên sàn QBmax: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng Đá bazan)
L 0,5 = 0,00726[T ] QBmax = Qmax = 0,02905. 2 2 Với L = 0,5 (m) Chọn QBmax= 0,00726 (T) = 7,26[Kg]. Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog: Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767. Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng: T  0,02905 = 0,886.10 −6   ∆q = m 32767 Tải trọng băng tải: T  Qmax Q = [ 0 ÷ 32767] = [ 0 ÷ Qmax ]   (3-20) m  32767 Chuẩn hóa: [ 0 ÷ Qmax ] [ 0,0 ÷ 1,0] Q = Qmax Q Q.Vbt I = [ 0,0 ÷ 1,0][ 0,0 ÷ 1,0] = [ 0.0 ÷ 1,0] = I max QmaxVmax 3.2.5.4 Cân băng quặng sắt: n Tốc độ băng tải: n = , k v n: Tốc độ định mức của động cơ, n = 1310    ph  k: Tỷ số truyền của hộp số, k = 43. Vận tốc băng tải: m D nD V = n. .2Π = . .2Π   2 k2  ph  m nD = . .2Π.60   h k2
m 1310 0,3 = . .2Π.60 = 1721  (3-21) h 43 2 Trong đó: D: Đường kình con lăn, D = 0,3 [m] Chuẩn hóa vận tốc băng tải: Tốc độ băng tải khi tốc độ động cơ vượt quá giá trị định mức một lượng ∆n = 50 (vòng)  n + ∆n  D m Vbt max =  . .2Π.60    k 2 h  1310 + 50  0,3 m 2Π.60   = .  2 h 43 m =1787   (3-22) h Vbt = [ 0,1 ÷ 1,0] Ta có: Vbt max Tính tải trọng nền của băng tải Qmax: I = Qmax.Vbt T  I max 50 Suy ra: Qmax = = = 0,02905  (3-23) m Vbt 1721 T  Với Imax= 50   h Tính tải trọng trên sàn QBmax: (chọn giá trị cài đặt cho WZ cân băng sắt) L 0,5 = 0,00726[T ] QBmax = Qmax = 0,02905. 2 2 Với L = 0,5 (m) Chọn QBmax= 0,00726 (T) = 7,26[Kg]. Chuẩn hóa tải trọng băng tải cho đầu vào analog: Đầu vào analog với dải giá trị dòng điện được chuẩn hóa tứ 0-20mA khi qua bộ chuyển đổi AD tương ứng với dải giá trị từ 0-32767.
Khi đầu vào thay đổi một đơn vị, tải trọng băng tải sẽ thay đổi một lượng: T  0,02905 = 0,886.10 −6   ∆q = m 32767 Tải trọng băng tải: T  Qmax Q = [ 0 ÷ 32767] = [ 0 ÷ Qmax ]   (3-24) m  32767 Chuẩn hóa: [ 0 ÷ Qmax ] [ 0,0 ÷ 1,0] Q = Qmax Q Q.Vbt I = [ 0,0 ÷ 1,0][ 0,0 ÷ 1,0] = [ 0.0 ÷ 1,0] = I max QmaxVmax
CHƯƠNG 4 TRANG BỊ ĐIỆN DÙNG TRONG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG I. Các phần tử chính dùng trong hệ thống cân băng định lượng : Hệ thống cân băng định lượng thực hiện công việc định lượng liệu theo một tỷ lệ nhất định đòi hỏi sự chính xác, công việc này thực hiện được nhờ vào nhiều bộ phận cấu thành, mà trong đó bao gồm một số phần tử đo lường, điều khiển và giám sát sau: + Máy tính : Máy tính được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, có chức năng : cho phép kỹ thuật viên giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình, hiển thị báo cáo về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, thu thập dữ liệu và đưa vào lưu trữ theo trang nhất định . + PLC : PLC có chức năng nhận lệnh từ máy tính truyền xuống cho biến tần để điều khiển tốc độ động cơ băng tải, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi từ biến tần truyền về lại cho máy tính xử lý . + Biến tần : Biến tần sử dụng phương pháp điều khiển vectơ từ thông, thực hiện các lệnh điều khiển của máy tính thông qua PLC hoặc trực tiếp từ PLC . Biến tần cũng nhận tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ để thực hiện tính toán các thông số k của luật điều khiển PID (kp, ki, kd) nhằm điều khiển tốc độ động cơ tiến nhanh đến giá trị mong muốn . + Động cơ không đồng bộ ba pha: Động cơ loại này dùng truyền động chính cho băng tải . + Hộp số.
Đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động giữa động cơ với băng tải và các con lăn. Nó là một tổ hợp biệt lập gồm các bộ phận truyền bánh răng hay trục vít để giảm số vòng quay và truyền công suất đến các cơ cấu chấp hành. + Cảm biến : Cảm biến đóng vai trò là đầu vào của PLC, mục đích là cân trọng lượng liệu được vận chuyển và đo tốc độ của băng tải + Các bộ biến đổi ADC, DAC : Là các thiết bị biến đổi tín hiệu tương tự/số, số/tương tự để giao tiếp giữa máy tính với đối tượng đều khiển . + Đầu cân. Là thiết bị dùng để chuyển tín hiệu điện từ 4 đến 20mA hoặc 0 đến 10V thành tín hiệu số. II. Giới thiệu về trang bị điện dùng trong hệ thống cân băng định lượng: 1. Động cơ không đồng bộ ba pha: Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi, trong thực tế do kết cấu đơn giản, làm viêc chắc chắn hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ đựơc sử dụng rộng rãi nhất trong ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kw. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, . . . Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, động cơ không đồng bộ dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, . . . . . tóm lại với sự phát triển của nền điện khí hoá và tự động hoá sinh hoạt hằng ngày, phạm vi sử dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là: Hệ số cos ϕ thấp, điều chỉnh và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Xét về mặt cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ ra làm hai loại:
Động cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc(còn gọi là rôto ngắn mạch). 2. Biến tần. 2.1. Vectơr không gian của các đại lượng ba pha. 2.1.1.Xây dựng vectơr không gian: Động cơ xoay chiều ba pha dù là động cơ đồng bộ hay không đồng bộ, đều có ba cuộn dây stato với dòng điện ba pha, bố trí không gian tổng quát như hình vẽ: Pha W Pha V Pha U isv isw isu R o Stato r Hình 4.1: Sơ đồ cuộn dây và dòng stato của động cơ xoay chiều 3 pha. Trong hình vẽ ta không quan tâm đến việc động cơ đấu hình sao hay tam giác, ba dòng điện istt(t), isv(t), isw(t) là ba dòng chạy từ lưới qua đầu nối vào động cơ. Khi chạy động cơ bằng biến tần, đó là ba dòng ở đầu ra của biến tần Ba dòng điện đó thoả mãn phương trình: isu(t) + ist(t) +isw(t) = 0 ( 4-1) Trong đó từng dòng điện pha thoả mãn các công thức: isu(t) = is cos( ω s t ) ( ) isv(t) = is cos ω s t + 120 o (4-2) ( ) i sw ( t ) = i s cos ω s t + 240 o Về phương diện mặt phẳng cơ học ( mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều ba pha có ba cuộn dây lệch nhau một góc 120o . Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một hệ toạ độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây u của động cơ, ta có thể xây dựng vector không gian sau đây.
[ ] 2 isu ( t ) + i sv ( t ) e j120 + i sw ( t ) e j 240 = i s e jγ 0 o i s (t ) = (4-3) 3 Theo công thức (1.3) vector is(t) là một vector có modul không đổi quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs = 2πf s và tạo với trục thực (đi qua trục cuộn dây pha u ) một góc γ = ωs t . Trong đó fs là tần số mạch stato. Việc xây dựng vector is(t) được mô tả trong hình 4.2 Im 0 e j120 2 − i sw ( t ) e j 240 0 V 3 Re 2 U i su ( t ) W 3 2 i sv ( t ) e j120 0 3 j 240 0 e Hình 4.2: Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha Qua hình 4.2 ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của vector mới thu được trên trục của cuộn đây pha tương ứng. Đối với các đại lượng khác của động cơ như: điện áp, dòng rotor, từ thông stator, từ thông rotor ta đều có thể xây dựng vector không gian tương ứng như đối với dòng điện kể trên. Mặt isw phẳng phức có trục thực là a và trục ảo là b. Hình chiếu của vector dòng i s xuống hai trục thực và ảo là isa và isb (hình 4.3) Cuôn dây Pha U 1200 Cuôn dây Pha U 1200 1200 Cuôn dây Pha U
Hình 4.3: Biểu diễn dòng điện Stato dưới dạng vector không gian với các phần tử là isa và isb thuộc hệ tọa độ stato cố định Ta thấy rằng hai dòng điện kể trên là hai dòng hình sin. Như trong lý thuyết máy điện đã đề cập, ta có thể hình dung ra một động cơ điện tương ứng với hai cuộn dây cố định a và b thay thế cho ba cuộn u, v, w. Hệ toạ độ nói trên là hệ toạ độ stator cố định. Trên cơ sở công thức (4.1) và theo điều kiện điểm trung tính của ba cuộn dây stator không nối đất ta chỉ đo 2 trong 3 dòng điện stator là đầy đủ thông tin về vector is(t) với các thành phần trong công thức (4.1). Công thức (4.1) chỉ dùng khi trục của cuộn dây pha u được chọn làm trục quy chiếu chuẩn như trong hình 4.3. Điều này có ý nghĩa trong toàn bộ quá trình xây dựng hệ thống điều khiển / điều chỉnh sau này. isa = isu (4-4a) 1 ( i su + i sv ) i sβ = ( 4-4b) 3 2.1.2. Điều khiển biến tần trên cơ sở phương pháp điều chế vector không gian: Mạch động lực của biến tần : L D1 D2 D4 D3 D5 T3 T1 T5 C 220V ÂÄÜNG CÅ D1 D1 D6 D2 D1 T2 T4 T6 (I) (II) (III)
Hình 4.4: Sơ đồ động lực điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc bằng biến tần: + Khâu (I) là khâu chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho nghịch lưu. + Khâu (II) là khâu trung gian (bộ lọc) giữ cho E= Const. + khâu (III) là khâu nghịch lưu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều cung cấp cho động cơ. Hình 4.5 cho ta thấy sơ đồ nguyên lý của động cơ xoay chiều ba pha nuôi bởi biến tần dùng van bán dẫn. Thông thường các đôi van được vi xử lý/ vi tính điều khiển sao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ cho trước được đặt lên ba cực của động cơ đúng theo yêu cầu. Biến tần được nuôi bởi điện áp một chiều Umc. Biến tần được đề cập trong đề tài này hoạt động theo kiểu cắt xung với tần số cao, các van bán dẫn ở đây chủ yếu dùng Transistor ( IGBT, MOSFET). Sơ đồ điều khiển biến tần: i4 i D t1 D4 D3 D5 T3 T1 T5 A B C C i i t4 t4 D1 D6 D2 T2 T4 T6 i N i i i s a c b T4 0 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha nuôi bởi biến tần nguồn áp được điều khiển theo phương pháp điều chế vector không gian Mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong hai trạng thái: 1 (nối với cực dương của Umc) hoặc 0 (nối với cực âm của Umc ). Do có ba pha (ba cặp van bán dẫn nên sẽ tồn tại 23 = 8 khả năng nối các pha của động cơ với Umc như trong bảng sau :
Bảng 4.1: Các khả năng nối pha động cơ với Umc : Cuộn dđy pha 0 1 2 3 4 5 6 7 Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1 Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1 Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1 Xét một trong tám khả năng đó, ví dụ khả năng thứ tự của bảng 4.1 với sơ đồ nối trong hình 4.6a. Ta dễ dàng tính được điện áp rơi trên từng cuộn dây pha u,v hoặc w. Bố trí hình học của ba cuộn dây pha trên mặt phẳng, ta thấy rằng tổ hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba cụôn dây pha vactor điện áp Us với modul 2Umc/3 như trong hình 4.6b. Để tìm điên áp thực sự rơi trên từng pha ta chỉ việc tìm hình chiếu của vector Us lên trục của cuộn dây. Error: Reference source not foundoooooooôooooooo Hình 4.6: a) Sơ đồ nối ba cuộn dây pha theo khả năng thứ 4 của bảng 4.1 b) Vector không gian ứng với khả năng thứ 4 của bảng 4.1 Tương tự khả năng thứ tự, ta dể dàng xây dựng được vector điện áp tương ứng cho tất cả các trường hợp còn lại ( hình 4.6). Các vector chuẩn đó được đánh số u0, u1.....,u7 hệ số thứ tự của bảng. Ở đây có hai trường hợp đặc biệt: u0 cả ba cuộn dây pha nối với cực âm u7 cả ba cuộn dây pha nối với cực dương. Của Umc. Hai vector này có modul bằng 0 và giữ một ý nghĩa rất quan trọng sau này. S2 U2 U3 S3 Q2 S1 Q1 U4 Q3 S6 S4 Q4 U5 U6 S5
Hình 4.7: Tám vector chuẩn do ba cặp van bán dẩn của biến tần tạo nên Q1....Q4: các góc phần tư ; S1...S6: các góc phần sáu Hình 4.7 cho ta thấy vị trí của từng vector chuẩn trong hệ tọa độ ab, modul của từng vector luôn có giá trị 2Umc/3. Ngoài quy ước thông thường về các góc phần tư Q1...Q4 phân chia bởi hai trục của hệ tọa độ, các vector chuẩn chia toàn bộ không gian thành các góc phần sáu S1....S6. Chỉ bằng tám vector chuẩn hóa của hình 4.7, ta phải tạo nên điện áp stator với biên độ góc pha bất kỳ mà khâu điều chế dòng sau này yêu cầu. 2.1.3. Nguyên lý của phương pháp điều chế vector không gian: Để thực hiện một vector điện áp ta xét ví dụ sau đây: Giả sử ta phải thực hiện vector us bất kỳ trên hình 4.6a. Vector đó có thể nằm ở góc phần sáu bất kỳ nào đó, trong ví dụ này u s nằm ở S1. us có thể được tách thành tổng của hai vector con up, ut tựa theo hướng của hai vector chuẩn u1, u2 Các số viết thấp bên phải có ý nghĩa như sau: p: vector bên phải t: vector bên trái Error: Reference source not found Hình 4.8: Thực hiện vector us bất kỳ bằng hai vector điện áp nguồn. Điên áp phải được tính đổi thành thời gian dòng ngắt van trong phạm vi một chu kỳ cắt xung nào đó. Giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích, được phép dùng để thực hiện vector, khi này modul tối đa cũng không vượt quá 2Umc/3. Do vậy ta có công thức sau: 2 u xmaî = u1 = ... = u 6 = U mc (4-5) 3 u1 Nếu thời gian tối đa (ví dụ chu kỳ trích mẫu ) là T, ta rút ra nhận xét sau: - uslà tổng vector của hai vector biên up, ut: us= up+ ut