Giáo Trình Điều Khiển Truyền Động Điện Trong Công Nghiệp Dành Cho Kỹ Sư Và Sinh Viên Ngành Điện

Giáo trình kỹ thuật về điều khiển truyền động điện trong công nghiệp, biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Điều Khiển Truyền Động Điện
• Đề tài: Giáo Trình Điều Khiển Truyền Động Điện Trong Công Nghiệp
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
• 1.1. Cấu trúc chung và phân loại hệ điều khiển truyền động điện
• 1.2. Điều khiển tốc độ và điều khiển mô-men trong hệ truyền động
• 1.3. Khái quát chung về các mạch vòng điều khiển truyền động điện
• 1.4. Đặc tính lượng đặt. Khái quát chung mô hình của động cơ
• 1.5. Độ chính xác và đáp ứng của hệ điều khiển truyền động điện. Các tiêu chuẩn tối ưu về sai lệch
• 1.6. Phương pháp thiết kế động điện
• 1.6.1. Khái quát về bộ điều khiển PID
• 1.6.2. Phương pháp tổng hợp tham số bộ điều khiển PID
• 2. CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
• 2.1. Khái quát về nguyên lý điều khiển truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập
• 2.2. Điện áp phần ứng. Nguyên lý điều khiển từ thông động cơ
• 2.3. Điều khiển hệ truyền động T-Đ
• 2.4. Cấu trúc chung hệ truyền động T-Đ
• 2.5. Động học bộ biến đổi chỉnh lưu trong hệ truyền động T-Đ
• 2.6. Mô tả động học của truyền động T-Đ dưới dạng hàm truyền
• 2.7. Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ hệ truyền động T-Đ ở vùng dưới tốc độ
• 2.8. Điều khiển mô-men và tốc độ truyền động T-Đ khi giảm từ thông động cơ
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ
• 3.1. Khái quát chung về truyền động động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ trong sản xuất công nghiệp
• 3.2. Nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ ba pha
• 3.3. Phương trình đặc tính cơ động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ
• 3.4. Khái quát chung về hệ truyền động động cơ KĐB điều chỉnh công suất trượt
• 3.5. Hệ truyền động động cơ KĐB điều khiển tần số theo nguyên lý véc-tơ định hướng
• 3.6. Mô tả toán học động cơ KĐB trên hệ tọa độ
• 3.7. Phương trình trạng thái động cơ KĐB định hướng theo trường rô-to
• 3.8. Phân tích và tổng hợp mạch vòng điều khiển rô-to
• 3.9. Tổng hợp tốc độ với từ thông rô-to không đổi và bằng định mức
• 3.10. Cấu trúc điều khiển mô-men truyền động động cơ KĐB theo phương pháp trực tiếp mô-men DTC
• 3.11. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ khi từ thông động cơ không đổi và bằng định mức
• 3.12. Hãm trong hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BA PHA
• 4.1. Khái quát về truyền động động cơ xoay chiều đồng bộ ba pha kích từ điện
• 4.2. Nguyên lý cấu tạo và làm việc. Mô hình toán học động cơ xoay chiều đồng bộ ba pha kích từ điện
• 4.3. Mô-men động cơ xoay chiều đồng bộ ba pha kích từ điện
• 4.4. Khởi động động cơ xoay chiều đồng bộ ba pha kích từ nam châm vĩnh cửu
• 4.5. Điều khiển động cơ SPM và IPM theo nguyên lý FOC
• 4.6. Xây dựng quỹ đạo điều khiển tối ưu với DTC cho động cơ IPM
• 4.7. Hệ truyền động động cơ xoay chiều đồng bộ từ trở
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỘNG LỰC HỌC TẢI CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP
• 5.1. Khái quát phần cơ hệ truyền động điện
• 5.2. Đặc tính tải điển hình của hệ truyền động điện
• 5.3. Phân tích động lực học khớp nối mềm và các loại tải truyền động
• 5.4. Tính chọn hệ truyền động và lựa chọn động cơ, bộ biến đổi
• 6. CHƯƠNG 6: HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
• 6.1. Vị trí tối ưu tác động nhanh cho cơ cấu chuyển dịch quãng đường cố định
• 6.2. Hệ điều khiển vị trí trong chế độ bám
• 7. CHƯƠNG 7: PHÂN TÍCH ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ
• 7.1. Khái loại hệ truyền động nhiều động cơ
• 7.2. Hệ truyền động hai động cơ liên kết
• 7.3. Phân tích điều khiển hệ truyền động nhiều động cơ
• 7.4. Hệ truyền động nhiều động cơ độc lập
• 7.5. Điều khiển truyền động cuộn theo nguyên lý hướng tâm và nguyên lý Floating
• 8. CHƯƠNG 8: ĐIỀU KHIỂN LÔ-GIC
• 8.1. Khái quát chung về điều khiển lô-gic
• 8.2. Thống kê và phân loại các tín hiệu
• 8.3. Phương pháp xây dựng điều khiển lô-gic bảo vệ hệ truyền động
• 8.4. Phân tích hệ điều khiển lô-gic bảo vệ hệ truyền động tiristor - động cơ một chiều
• 8.5. Điều khiển lô-gic bảo vệ truyền động động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ
• 8.6. Ví dụ điều khiển lô-gic bảo vệ cơ bản truyền động động cơ không đồng bộ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Giáo Trình Điều Khiển Truyền Động Điện Mới Nhất

Giáo trình 'Điều Khiển Truyền Động Điện Trong Công Nghiệp' do nhóm tác giả PGS.TS Bùi Quốc Khánh, PGS.TS Đoàn Quang Vinh, TS Phạm Quang Đăng và PGS.TS Nguyễn Quang Địch biên soạn, đóng vai trò là một tài liệu nền tảng và cập nhật cho kỹ sư, sinh viên ngành Điện và Tự động hóa. Hệ truyền động điện là xương sống của sản xuất công nghiệp, tiêu thụ trên 60% sản lượng điện quốc gia. Do đó, việc điều khiển hiệu quả các hệ thống này không chỉ đảm bảo vận hành mà còn tối ưu hóa năng lượng và nâng cao năng suất. Cuốn giáo trình Bùi Quốc Khánh ra đời nhằm đáp ứng sự chuyển biến lớn trong đầu tư công nghiệp tại Việt Nam, khi các nhà máy mới hiện đại mọc lên và các nhà máy cũ cần được nâng cấp. Nhiệm vụ của kỹ sư ngày nay không còn dừng lại ở vận hành, sửa chữa mà đã mở rộng sang thiết kế hệ thống, tích hợp thiết bị và tinh chỉnh vận hành. Nội dung giáo trình được định hướng thực tế, giới hạn các kiến thức hàn lâm sâu và tập trung vào việc "biết phân tích yêu cầu công nghệ, từ đó đặt ra các yêu cầu truyền động để thiết kế, lựa chọn các thiết bị, sau đó đi lắp đặt, chỉnh định và đưa hệ vào vận hành". Cấu trúc sách gồm ba phần chính: Lý thuyết cơ bản về điều khiển, Động lực học tải trong thực tế, và Tổng quan về hệ điều khiển lô-gic, cung cấp một cái nhìn toàn diện từ cơ sở lý thuyết đến ứng dụng của truyền động điện.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống truyền động điện hiện đại

Một hệ thống truyền động điện thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng thành cơ năng, là cơ cấu chấp hành trong hầu hết các dây chuyền sản xuất. Theo Lời nói đầu của giáo trình, các hệ thống này có mặt trong "hầu hết trong cơ cấu của dây chuyền sản xuất hoặc thiết bị máy móc công nghiệp, tiêu thụ trên 60% sản lượng điện quốc gia". Vai trò của chúng không chỉ là cung cấp chuyển động mà còn là điều khiển các quá trình biến đổi năng lượng theo yêu cầu công nghệ. Sự phát triển của tự động hóa truyền động điện đòi hỏi các hệ thống phải chính xác, linh hoạt và tiết kiệm năng lượng hơn. Do đó, việc nắm vững kiến thức từ một tài liệu truyền động điện cập nhật là yêu cầu bắt buộc đối với các kỹ sư thời hội nhập để có thể làm chủ công nghệ và tối ưu hóa sản xuất.

1.2. Mục tiêu cốt lõi của giáo trình Bùi Quốc Khánh và cộng sự

Khác với các tài liệu lý thuyết thuần túy, mục tiêu của giáo trình này là trang bị kiến thức thực tiễn để sinh viên và kỹ sư có thể "tác nghiệp trong thực tế sản xuất". Cụ thể, người học cần biết cách phân tích yêu cầu công nghệ của một máy sản xuất, từ đó đề ra các yêu cầu kỹ thuật cho hệ truyền động. Dựa trên các yêu cầu đó, họ có thể thiết kế, lựa chọn bộ biến đổi công suất, động cơ và các thiết bị phụ trợ. Cuối cùng là khả năng lắp đặt, chỉnh định tham số và đưa hệ thống vào vận hành ổn định. Giáo trình nhấn mạnh mối quan hệ mật thiết giữa hệ điều khiển truyền động điện và hệ điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ, giúp người học có cái nhìn hệ thống thay vì chỉ tập trung vào các thành phần riêng lẻ như điều khiển động cơ điện.

II. Thách Thức Khi Điều Khiển Truyền Động Điện Trong Công Nghiệp

Việc thiết kế và vận hành một hệ truyền động điện hiệu quả đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật. Một trong những khó khăn lớn nhất là việc xác định chính xác đặc tính của tải. Nếu không xác định được tải, "không thể thiết kế được hệ truyền động và không xây dựng được động lực học quá trình của tải thì không thiết kế được hệ điều khiển truyền động". Mỗi loại máy sản xuất có một đặc tính tải riêng, từ tải phản kháng, tải thế năng đến các tải có mô-men và quán tính thay đổi phức tạp theo góc quay. Thách thức thứ hai nằm ở việc tổng hợp và chỉnh định các mạch điều khiển động cơ. Các hệ thống hiện đại thường sử dụng cấu trúc điều khiển nhiều vòng lặp lồng nhau (vòng dòng điện, tốc độ, vị trí), đòi hỏi phải tính toán chính xác các tham số của bộ điều khiển PID để đảm bảo hệ thống ổn định, đáp ứng nhanh và có độ chính xác cao. Ngoài ra, việc lựa chọn đúng loại động cơ (động cơ một chiều, không đồng bộ, đồng bộ) và biến tần công nghiệp phù hợp với yêu cầu công nghệ cũng là một bài toán quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí đầu tư và hiệu quả vận hành lâu dài của toàn bộ dây chuyền sản xuất.

2.1. Vấn đề động lực học tải và lựa chọn công suất thiết bị

Phần II của giáo trình tập trung phân tích các loại tải và phương pháp xây dựng động lực học. Tải trong công nghiệp rất đa dạng, bao gồm tải có mô-men không đổi, tải thế năng (cơ cấu nâng hạ), tải có công suất không đổi (cơ cấu cuộn/tở), và tải có mô-men thay đổi theo tốc độ (bơm, quạt). Việc phân tích sai đặc tính cơ của động cơ điện và tải có thể dẫn đến lựa chọn động cơ và bộ biến đổi công suất không phù hợp, gây ra tình trạng non tải hoặc quá tải. Đặc biệt, các cơ cấu có khớp nối mềm hoặc quán tính thay đổi (như truyền động cuộn/tở) tạo ra các dao động xoắn và yêu cầu các thuật toán điều khiển phức tạp hơn để dập tắt dao động và duy trì sự ổn định.

2.2. Khó khăn trong tổng hợp các mạch vòng điều khiển phức tạp

Chương 1 của giáo trình đã trình bày các phương pháp cơ bản để tổng hợp mạch vòng điều khiển. Các hệ thống hiện đại thường áp dụng cấu trúc điều khiển nối tầng. Việc tổng hợp phải bắt đầu từ vòng trong ra vòng ngoài. Ví dụ, khi tổng hợp vòng tốc độ, phải xem vòng điều khiển mô-men (vòng trong) đã ổn định và có đáp ứng nhanh hơn. Sai số trong việc nhận dạng tham số đối tượng (quán tính, hằng số thời gian điện cơ) hoặc chỉnh định sai tham số bộ điều khiển PID có thể dẫn đến hệ thống mất ổn định, dao động hoặc đáp ứng chậm. Đây là một trong những nội dung trọng tâm mà bài giảng điều khiển truyền động điện cần giải quyết để kỹ sư có thể tự tin tinh chỉnh hệ thống tại nhà máy.

III. Phương Pháp Điều Khiển Truyền Động Động Cơ Một Chiều Hiệu Quả

Mặc dù động cơ xoay chiều ngày càng phổ biến, điều khiển động cơ một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi mô-men khởi động lớn và khả năng quá tải cao như trong ngành cán thép hay khai khoáng. Giáo trình, cụ thể trong Chương 2, đã phân tích sâu về các phương pháp điều khiển loại động cơ này, đặc biệt là hệ truyền động Tiristor - Động cơ (T-D). Nguyên lý điều khiển cơ bản dựa trên việc điều chỉnh điện áp phần ứng để thay đổi tốc độ dưới tốc độ cơ bản và điều chỉnh từ thông (giảm từ thông) để tăng tốc độ trên mức cơ bản. Cấu trúc điều khiển điển hình cho hệ T-D là cấu trúc hai mạch vòng nối tầng: mạch vòng trong điều khiển dòng điện phần ứng (tương ứng điều khiển mô-men) và mạch vòng ngoài điều khiển tốc độ. Việc tổng hợp bộ điều khiển cho các mạch vòng này thường sử dụng phương pháp tối ưu mô-đun để đảm bảo đáp ứng nhanh và ổn định. Một vấn đề quan trọng được đề cập là hiện tượng dòng điện gián đoạn khi hệ T-D hoạt động ở tốc độ thấp và tải nhỏ, đòi hỏi phải có bộ điều khiển dòng điện thích nghi để tránh mất ổn định.

3.1. Nguyên lý điều khiển điện áp phần ứng và điều khiển từ thông

Điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập chủ yếu dựa vào hai phương pháp. Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng cho phép thay đổi tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức trong khi vẫn giữ khả năng sinh mô-men không đổi. Công suất của động cơ sẽ tăng tuyến tính với tốc độ. Phương pháp điều khiển từ thông được áp dụng khi cần vận hành ở tốc độ cao hơn tốc độ định mức. Bằng cách giảm từ thông kích từ, tốc độ động cơ sẽ tăng lên, nhưng khả năng sinh mô-men sẽ suy giảm tỷ lệ nghịch với tốc độ. Trong chế độ này, công suất của động cơ được giữ không đổi. Giáo trình phân tích rõ đặc tính cơ của từng phương pháp và cách kết hợp chúng để tạo ra một dải điều chỉnh tốc độ rộng và hiệu quả.

3.2. Cấu trúc hệ T Đ và thách thức khi dòng điện gián đoạn

Hệ truyền động Tiristor - Động cơ (T-D) là ứng dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, một thách thức lớn của hệ này là chế độ dòng điện gián đoạn. Khi động cơ chạy ở tốc độ thấp hoặc tải nhẹ, dòng điện phần ứng có thể không liên tục, làm thay đổi đặc tính của hệ thống và khiến hệ số khuếch đại của bộ biến đổi không còn tuyến tính. Điều này có thể làm cho bộ điều khiển dòng điện PI thông thường hoạt động không chính xác, gây ra dao động. Giáo trình đề xuất giải pháp sử dụng bộ điều khiển thích nghi, thay đổi cấu trúc và tham số của bộ điều khiển (từ PI sang I) tùy thuộc vào chế độ dòng điện, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trên toàn dải làm việc. Đây là một trong những bài tập truyền động điện có lời giải điển hình về tính phi tuyến của hệ thống.

IV. Bí Quyết Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ Tối Ưu Hóa

Động cơ không đồng bộ (KĐB) chiếm hơn 90% số lượng động cơ trong công nghiệp nhờ cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ. Việc điều khiển tốc độ loại động cơ này chủ yếu dựa vào phương pháp điều khiển tần số thông qua biến tần công nghiệp. Chương 3 của giáo trình đi sâu vào hai phương pháp điều khiển hiện đại và hiệu quả nhất: điều khiển vector định hướng theo từ trường rôto (FOC - Flux Oriented Control) và điều khiển trực tiếp mô-men (DTC - Direct Torque Control). Bản chất của phương pháp FOC là biến đổi hệ tọa độ để tách dòng điện stato thành hai thành phần độc lập: thành phần sinh từ thông (tương tự dòng kích từ) và thành phần sinh mô-men (tương tự dòng phần ứng). Nhờ đó, việc điều khiển động cơ không đồng bộ trở nên đơn giản và chính xác như điều khiển động cơ một chiều. Trong khi đó, phương pháp DTC điều khiển trực tiếp mô-men và từ thông stato bằng cách lựa chọn các vector điện áp tối ưu từ bảng đóng cắt, cho đáp ứng mô-men cực nhanh. Ngoài ra, các chế độ hãm như hãm tái sinh và hãm động năng cũng được phân tích kỹ lưỡng, giúp tận dụng năng lượng và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

4.1. So sánh phương pháp điều khiển vector FOC và DTC

FOC và DTC là hai phương pháp điều khiển cao cấp cho động cơ KĐB. Điều khiển vector (FOC) mang lại độ chính xác cao và hoạt động mượt mà ở tốc độ thấp, phù hợp cho các ứng dụng như máy CNC hay robot. Tuy nhiên, nó đòi hỏi phải biết chính xác các tham số của động cơ và thuật toán tính toán phức tạp. Ngược lại, DTC có ưu điểm là đáp ứng mô-men rất nhanh và ít phụ thuộc vào tham số động cơ, nhưng có thể gây ra gợn sóng mô-men (torque ripple) và tiếng ồn lớn hơn. Việc lựa chọn giữa FOC và DTC phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng: ưu tiên độ chính xác và êm ái hay ưu tiên đáp ứng động học nhanh.

4.2. Các phương pháp hãm trong hệ biến tần động cơ KĐB

Hãm là một chức năng quan trọng của hệ truyền động. Giáo trình phân tích ba các phương pháp hãm động cơ chính. Hãm tái sinh cho phép chuyển đổi cơ năng (từ quán tính hoặc thế năng của tải) thành điện năng và trả về lưới, giúp tiết kiệm năng lượng. Phương pháp này đòi hỏi bộ chỉnh lưu phải có khả năng làm việc hai chiều (chỉnh lưu tích cực IGBT hoặc hai bộ Tiristor đấu song song ngược). Hãm động năng (Dynamic Braking) tiêu tán năng lượng hãm dưới dạng nhiệt trên một điện trở hãm, là giải pháp đơn giản và rẻ tiền hơn nhưng không tiết kiệm năng lượng. Hãm ngược xảy ra khi đảo thứ tự pha cấp cho động cơ, tạo ra mô-men hãm mạnh nhưng gây tổn hao nhiệt lớn trên động cơ, thường chỉ được dùng ở tốc độ thấp để dừng chính xác.

V. Hướng Dẫn Ứng Dụng Thực Tiễn Điều Khiển Truyền Động Điện

Một trong những điểm mạnh của giáo trình là sự kết nối chặt chẽ giữa lý thuyết và các ứng dụng của truyền động điện trong thực tế. Các chương 5, 6, 7 và 8 tập trung phân tích động lực học của các loại tải điển hình, các hệ truyền động điều khiển vị trí và hệ truyền động nhiều động cơ. Việc hiểu rõ động lực học tải là bước đầu tiên và quan trọng nhất, quyết định đến việc lựa chọn động cơ và thiết kế bộ điều khiển. Ví dụ, truyền động cho cơ cấu cuộn/tở vật liệu có mô-men quán tính và mô-men cản thay đổi liên tục theo đường kính cuộn, đòi hỏi một cấu trúc điều khiển phức tạp có khả năng bù các thành phần động. Bên cạnh đó, các hệ thống truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền cán thép hay xeo giấy yêu cầu phải có sự đồng bộ chính xác về tốc độ và cơ chế chia tải hợp lý giữa các động cơ. Cuối cùng, hệ thống điều khiển lô-gic đóng vai trò đảm bảo toàn bộ hệ thống vận hành an toàn, liên động đúng quy trình và được bảo vệ khỏi các sự cố.

5.1. Phân tích động lực học tải trong máy cán máy xeo giấy

Giáo trình dành riêng các chương 5 và 7 để phân tích các loại tải phức tạp. Đối với hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền cán thép, yêu cầu cốt lõi là duy trì sự đồng bộ tốc độ theo một tỷ lệ nhất định giữa các trục cán để đảm bảo thể tích vật liệu không đổi, tránh hiện tượng đứt hoặc chùng phôi. Đối với dây chuyền xeo giấy, các động cơ được liên kết với nhau qua băng vật liệu (lưới xeo, băng ép), đòi hỏi phải có cơ chế chia tải kiểu Master-Slaver. Một động cơ chính (Master) sẽ điều khiển tốc độ chung của cả dây chuyền, trong khi các động cơ phụ (Slaver) sẽ điều khiển servo mô-men để chia sẻ tải và duy trì sức căng của băng vật liệu. Việc phân tích này giúp kỹ sư xây dựng được cấu trúc điều khiển phù hợp cho từng ứng dụng.

5.2. Giải pháp điều khiển lô gic cho hệ thống an toàn ổn định

Chương 8 của giáo trình nhấn mạnh rằng, một hệ truyền động hoàn chỉnh không chỉ có điều khiển tham số (tốc độ, mô-men) mà còn phải có một hệ thống điều khiển lô-gic (thường thực hiện bằng PLC và truyền động điện) chặt chẽ. Hệ thống này có ba nhiệm vụ chính: liên động khởi động (STIS) để đảm bảo các điều kiện an toàn được thỏa mãn trước khi chạy; liên động vận hành (OPIS) để giám sát các thông số và đưa ra cảnh báo; và liên động bảo vệ (PRIS) để dừng hệ thống an toàn khi có sự cố. Việc thiết kế đúng các mạch lô-gic này giúp ngăn ngừa các sự cố nguy hiểm như quá dòng, quá tốc, mất kích từ, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị, đồng thời giảm thiểu thời gian dừng máy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

6C2 B510Q DIEU KHIEN TRUYEN DONG BIEN TRONG CONG NGHIEP (GIÁO TRÌNH DÙNG CHO KỸ SƯ, SINH VIÊN NGÀNH ĐIỆN 'VÀ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT) BÙI QUỐC KHÁNH - ĐOÀN QUANG VINH PHẠM QUANG ĐĂNG - NGUYÊN QUANG ĐỊCH DIEU KHIEN TRUYÊN ĐỘNG ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP (Giáo trình đùng cho kỹ sư, sinh viên ngành Điện và ngành Kỹ thuật điều khién và Tự động hóa các trường đại học kỹ thuật) NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Hà Nội — 2020 Chịu trách nhiệm xuất bản: Ths. VO TUAN HAI Biên tập: Nguyễn Phương Liên Thiết kể bia: Nguyên Vũ. NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 Tran Hung Bao, Hoàn Kiếm, Hà Nội ĐT: Ban Biên tập: 024 3942 1192 - 024 3942 3171 “Trung tâm Phát hành sách va văn hóa phẩm khoa học vả kỹ thuật: 024 3822 0686 Fax: [phone] - Website: http:/iwww.vn Email: [e-mail] CHI NHANH NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT 28 Đồng Khởi - Quận 1 - Thành phố Hồ Chí ih. OT: 028 3822 5062 In 500 bản, khổ 19x27 cm tại Xí nghiệp in NXB Văn hóa dân tộc Địa chỉ: 128C/22 Đại La - Hà Nội Xác nhận đăng ký xuất bản số: 3887-2020/CXBIPH/2-93/KHKT.

Quyết định xuất bản số: 124/GXB-NXBKHKT, ngày 14 tháng 10 năm 2020. In xong và nộp lưu chiểu năm 2020. ‘Ma ISBN: 978-604-67-1725-6 LỜI NÓI ĐẦU Hệ truyền động điện được tích hợp bởi các thiết như: bộ biến đổi - động cơ điện - phan khiến - ph ly 6 và thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng từ lưới điện thành cơ năng cho máy sản xuất. Hệ truyền động điện có mặt trong hẳu hết trong cơ cầu: của dây chuyền sản xuất hoặc thiết bị máy móc công nghiệp, tiêu thụ trên 60% sản lượng điện quốc gia.

Vì vậy truyền động điện đóng vai trò hết sức quan trọng trong nên kinh tế quốc dân. Điệu khiển truyền động diện có nhiệm vụ điều khiển các quá trình biển đổi năng lượng theo. yêu cầu công nghệ. Hi n động điện đóng vai trò là cơ cầu chấp hành trong hệ điều khién day chuyển sân xuất.

Vì v liều khiển truyền động là một phần không tách rời của hệ điều khiên. tự động hóa quá trình công nghệ nghiệp nước ta có sự chuyển biến rất lớn trong đầu tư về công nghiệp. trăm nhả máy mới hiện đại được đầu tư xây đựng, hàng trăm nhà máy cần cải tạo nâng cấp, trong. đó hệ truyền động hiện đại chiếm tỷ lệ lớn.

Nhiệm vụ của các kỹ sư tự động hóa thời hội nhập. cũng thay đồi, nêu trước kia chủ yêu là đảm bảo hệ truyền động vận hành ôn định. sửa chữa thay thể, bảo dưỡng,. thì ngày nay ngoài các nhiệm vụ nêu trên, kỹ sư tự động hóa còn cần phải thực.

hiện thiết kế hệ truyền động điện, tích hợp thiết bị, điều hành lắp đặt, tiền hành chỉnh định đưa hệ vào vận hành. Với nhiệm vụ trên, kiến thức của các kỹ sư tự động hóa không chỉ dừng lại ở hiểu biết về các bộ biến đổi và các động cơ điện mà còn phải hiểu biết sâu sắc về động lực họcc: trình và đặc tính của tải hệ truyền động, cũng như mối quan hệ của hệ điều khiễ điện với hệ điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ trong công nghiệp. Điều này đòi hỏi cần thiết phải cập nhật các nội dung mới trong chương trình giảng dạy môn học truyền động điện, tăng cường những kiến thức thựe tế của các hệ truyền động trong công nghiệp, cung cấp cho các sinh viên để khi ra trường có thể hoàn thành tốt các nhiệm vụ theo yêu cầu của sản xuất công. nghiệt Nội dung giảng dạy truyền động điện gồm ba phần: Phần đầu nghiên cứu đặc tính và phương.

pháp điều khiển cho từng loại các động cơ (được gọi là eơ sở truyền động điện); phần thứ hai nghiên cứu điều khiển hệ truyền động với các phụ tải trong sản xuất (được gọi li diéu khién truyền động điện); phần thứ ba là thiết kế hệ truyền động điện, Theo tỉnh thân thảo luận của diễn đàn gặp mặt thường niên các thầy cô giáo giảng dạy về Tự động hóa của bồn trường đại học năm 2016 tai Da ning: Trường đại học Bách khoa Hà nội, Trường Đại học Bách khoa Đại học Đà Nẵng, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và Trường đại học Hàng hải Việt Nam. Nhóm tác giả chúng tôi gồm: PGS.TS Bùi Quốc Khánh, POS.TS Đoàn Quang Vinh, TS Phạm Quang Đăng và PGS.TS Nguyễn Quang Địch đảm nhận biên soạn giáo trình "Điều khiên truyền động điệu trong công nghiệp” phục vụ đảo tạo kỹ sư ngành điện, kỳ sư ngành điều khiển và tự động hóa, nhằm đáp ứng được sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ tự động hóa trong sản xuất Nội dung giáo trình định hướng cho các sinh viên tự động hóa và kỹ sư các ngành có liên quan có kiến thức cơ bản đê tác nghiệp trong thực tế sản xuất, cụ thể: Biết phân tích yêu cầu công nghệ, từ đó đặt ra các yêu cầu truyền động đề thiết kế, lựa chọn các thiết bị, sau đó dĩ lắp đặt, chỉnh định và đưa hệ vào vận hành. Chính vì vậy nội dung giáo trình sẽ giới hạn nội dung liên quan đến các kiến thức của hệ điều khiên truyền động trong công nghiệp. Giáo trình *Điều khiển truyền động điện trong công nghiệp” gồm ba phần: Phin ILS thuyé cơ bản vệ điều khiên tuyền động điện, gôm 3 chương: —_ Chương |: Trinh bày các phương pháp cơ bản đề tông hợp các mạch vòng điều khiển.

li Tời nói đâu —._ Chương 2, 3, 4 trình bảy nguyên lý, cầu trúc điều khiến mô-men, tốc độ và tông hợp các. bộ điều khiển cho truyền động ba động cơ diện chính dùng trong công nghiệp là: Động cơ điện một chiêu, dong cơ điện xoay chiêu ba pha không pha đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu. Nội dung củađồngba chươn bộ và động cơ xoay chiều ba g này sẽ cung cấp cho người đọc hiều bản chất động học quá trình điện từ, điện cơ va các cầu trúc men, tốc độ của từng loại động cơ, nhằm phục vụ việc thiết kế và chỉnh địnhđi n mô- động trong công nghiệp. Trong ba loại truyền động, hệ truyền động động cơ xoaycác hệ tr uyên pha không đồng bộ hiện được sử dụng nhiễu nhất trong công nghiệp, chiều ba đặc biệt tan ngày cảng rẻ nên hệ truyền động điều khién tan số được sử dụng phổ biến, các bộ biến vì vậy nội dung về truyền động động cơ xoay chiều ba pha truyền động một chiều cũng được quan tâm vì hiệnkhôngnay đồng bộ sẽ được chú ý nhiều.

Hệ hiện diện loại truyền động này, mặt kháe các cầu trúc điều cònkhiếnnhiễu củahệ haitruyềnloại động động cũ vẫn cơ xoay chiều đều tựa theo cầu trúc điều khiển truyện động động cơ một chiều. Kế tiếp hệ truyền động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sẽ có tương lai phát triển mạnh mẽ. —_ Chương 6 trình bảy các vẫn đề cơ bản của hệ điều khiễn vị trí và điều khiển bám thưởng được ứng dụng trong các cơ cầu trong truyền động máy CNC, quay ăng-te và các n ra-đa, rô- chuyên động trong dây chuyền lắp ráp tự động. Hệ truyền động điều khiển vị trí lõi của hệ điều khién chuyển động nên nội dung của chương cung cắp cho sinh viên kiến thứ cơ ban dé tiếp cận hệ điều khiển chuyên động.

Trong phan I; Những nội dung đã có ở giáo trình: “Cơ sở truyền động điện” sẽ không đề cập lại, nhưng sẽ được khái quát dé c6 tính lô-gie kết nối giữa hai giáo trình. Phân II Tải của hệ tuyên động điện trong thực tế công nghiệp. an tai của hệ truyền động điện rất quan trong, néu không xác định được tải thì không thể thiết kế được hệ truyền động và không xây dựng được động lực học quá trình của tải tì không thiết kế được hệ diéu khiển truyền động, Từ yêu cầu đó, phần II sẽ đi phân tích các loại tải và Phương pháp xây dựng động lực học các quá trình của tải truyền động điện thường gặp trong thực tế công nghiệp, từ đó đề xuất các cầu trúc diều khiên hệ truyền động. Nội dụng phân II được trình bay trong hai chương; — _ hương Š sẽ đi khái quát các sơ đồ động học cơ bản va các đặc tính cơ đặc trưng của hệ truyền động trong công nghiệp.

Trình bày động lực học ải của các cơ cầu điển hình trong công nghiệp như: Truyền lực qua khớp mẻm; truyền lực bánh ma sát, truyền lực ma sát qua băng; động lực học của cơ cầu cuộn hướng tâm với mô-men cản và mô-men quán tỉnh thay đổi theo quá trình làm việc. : ~ Chương 6 trình bày các ván đề của hệ truyền động diều khiễn vị trí với các cầu trúc điều khiển vị trí tối ưu tác động nhanh và điều khiển vị trí trong chế độ bám. ~ Chuong 7 di phan tích động lực học hệ truyền động nhiều động cơ và cầu trúc điều khiển: truyền động cho các đây chuyên sản xuất điển hình như các dây chuyển xeo giấy, cán thép. Phan Ill Tổng quan về hệ điều khiên lô-gie cho hệ iruyen dong di Điều khiển lồ-gie là một nhiệm vụ của hệ điều khiển truyền động.

Nếu như điều truyền động điện đảm bảo chất lượng, điều khiển lô-gic truyền động khiển tham số điện đảm bảo hệ hệ hoạt động an toàn ôn định, Hiện nay các kỹ sư tự động hóa gặp nhiều khó khăn trong tác nghiệp kế điều khiên lô-gie hệ truyền động điện. Lý do hệ điều khiển lô-gíc truyền động điện có số thiết lớn lại gắn liền với điều khiển lô-gic của dây. chuyển công nghệ, vì vậy biến khiển lô-gie truyền động điện là bài toán lớn có tính hệ thông. Muôn thiết bải toán thiết kế điều gic truyén động điện kế được điều khiển lô- cần nghiên cứu đầy đủ cầu trúc và yêu câu của thiết bị hoặc của dây chuyề công nghệ.

n Tời nói dau 5 vận hành, điều khiên bảo vệ dùng và dùng khẩn cấp, điều hiên an toàn); phương pháp xây dựng cấu trúc hệ điều khiển lô-gie (phân cứng và phần mềm), Do nội dung gi các bạn đẳng nghiệp và độc giả đóng góp đề cuốn sách được hoàn thiện hơn ập thể tác giả xin chân thành cảm ơn. “Thư góp ý xin gửi về: - Bộ môn Tự động hóa công nghiệp P. 104 C9 Trường đại học Bách khoa Hà Nội, số 1 - Đại Cô Việt, Quận Hai Bà Trưng,Thành phố Hà Nội. ~ Viện Kỹ thuật điều khiên và Tự động hóa, Nhà công nghệ cao, Trường đại học Bách khoa Hà Nội, số 1 - Đại Cẻ Việt, Quận Hai Bà Trưng Thành phố Hà Nội - Bộ môn Ty động hóa, Trường đại học Bách khoa Đại học Đã Nẵng, số 54 - Nguyễn Lương.