GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT THÔNG GIÓ TRANG TRẠI CHĂN NUÔI
Đặt vấn đề
Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt, con người và động vật thường tạo ra các chất độc hại, nhiệt thừa và ẩm thừa, dẫn đến sự thay đổi trong các thông số khí hậu Điều này làm giảm nồng độ oxy cần thiết, gây ra mệt mỏi và ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe và sự phát triển Do đó, việc thải không khí ô nhiễm ra ngoài và thay thế bằng không khí đã được xử lý, không chứa chất độc hại, có nhiệt độ phù hợp và nồng độ oxy đảm bảo là rất cần thiết Quá trình này được gọi là thông gió.
Sự phát triển của thông gió ép buộc vào thế kỷ 18 và 19 được thúc đẩy bởi niềm tin rằng không khí tù đọng là nguồn lây lan bệnh tật Phương pháp đầu tiên là sử dụng ngọn lửa thông thoáng gần lỗ thông hơi để tạo ra lưu thông không khí trong tòa nhà Kỹ sư John Theophilus Desaguliers đã chứng minh ứng dụng đầu tiên của phương pháp này bằng cách đặt ngọn lửa thông gió trên mái nhà của Hạ viện Tại nhà hát Covent Garden, các đèn chùm đốt bằng khí trên trần nhà cũng được thiết kế đặc biệt để thực hiện vai trò thông gió.
Vào giữa thế kỷ 19, một hệ thống thông gió phức tạp hơn đã được phát triển, sử dụng các thiết bị cơ khí để lưu thông không khí Hệ thống cơ bản đầu tiên, gồm các ống thổi, được thiết kế bởi kỹ sư Stephen Hales để thông gió cho nhà tù Newgate và các tòa nhà xa trung tâm vào giữa thế kỷ 18 Tuy nhiên, các thiết bị ban đầu này yêu cầu nhân lực liên tục để hoạt động David Boswell Reid được triệu tập làm nhân chứng trước ủy ban nghị viện để trình bày thiết kế kiến thức cho Hạ viện, sau vụ cháy tòa nhà cũ vào năm 1834 Vào tháng 1 năm 1840, Reid được chỉ định bởi ủy ban Thượng viện để xây dựng phần thay thế cho tòa nhà Quốc hội, mở đầu cho một chuỗi tranh cãi kéo dài giữa ông và kiến trúc sư Charles Barry.
Ông ủng hộ việc lắp đặt hệ thống thông gió tiên tiến tại khu viện mới, với thiết kế cho phép không khí được hút vào một căn hầm Tại đây, không khí sẽ trải qua quá trình sưởi ấm hoặc làm mát, trước khi được đưa lên qua hàng ngàn lỗ nhỏ khoan vào sản nhà và vào một buồng Cuối cùng, không khí sẽ được xử lý qua trần nhờ một ngọn lửa thông gió đặc biệt trong ống khói lớn.
Danh tiếng của Reid nổi bật nhờ vào công trình của ông tại Westminster, nơi ông được giao nhiệm vụ thực hiện khảo sát chất lượng không khí trong các đường hầm vào năm 1837 bởi công ty đường sắt Leeds và Selby Hệ thống thông gió mà ông thiết kế cho các bồn hơi nước trong các cuộc thám hiểm Niger năm 1841 đã được cải tiến dựa trên mô hình tại Westminster, cho phép không khí được sấy khô, lọc và đi qua than củi.
1.1.2 Các vấn đề đặt ra
Quản lý khí hậu chuồng nuôi trong chăn nuôi có vai trò vô cùng quan trọng, quyết định không nhỏ tới hiệu quả chăn nuôi
Các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt độ chuồng nuôi:
• Tốc độ lưu thông không khí trong chuồng
Tốc độ gió đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì khí hậu lý tưởng cho chuồng nuôi Trong những ngày nắng nóng, cần tăng cường tốc độ quạt thông gió để giảm nhiệt độ trong chuồng Ngược lại, vào những ngày mát mẻ, việc để quạt chạy ở tốc độ cao nhất là không cần thiết, vì nhiệt độ đã đủ thoải mái.
Vì vậy cần có hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quạt thông gió để tiết kiệm điện năng và giúp quạt chạy tối ưu nhất.
Lý do chọn đề tài
Hệ thống điều khiển tốc độ quạt thông gió hoạt động dựa trên biến tần, cho phép điều chỉnh tốc độ quạt theo yêu cầu Hệ thống được thiết kế để xử lý các tình huống có thể xảy ra trong quá trình hoạt động, nhằm đảm bảo tính linh hoạt và ổn định Điều này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả cả trong môi trường thí nghiệm và thực tế.
Mục đích nghiên cứu
➢ Tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ trang trại
➢ Nghiên cứu các giải pháp điểu khiển nhiệt độ và giám sát trang trại
➢ Sử dụng các được thiết bị công nghiệp: PLC, HMI, biến tần
➢ Nắm được các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
➢ Thiết kế và xây dựng mô hình thực, tích hợp hệ thống điện tử và hệ thống thử nghiệm và đánh giá hệ thống.
Giới hạn đề tài
1.4.1 Phương pháp thực hiện a, Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Vận dụng kiến thức đã học và thông tin từ các tài liệu để tổng hợp và chọn lọc kiến thức cho nghiên cứu hệ thống điều khiển tốc độ quạt thông gió là rất quan trọng Quá trình này bao gồm việc xác định và phân tích các yếu tố cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của quạt, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống thông gió.
• Tìm hiểu tài liệu về cảm biến nhiệt độ
• Tìm hiểu tài liệu về màn hình HMI
• Tìm hiểu tài liệu về PLC Delta DVP20SX211T
• Tìm hiểu tài liệu về biến tần và động cơ không đồng bộ 3 pha b, Phương pháp thực tiễn:
Trong quá trình thực hiện đồ án, việc tìm hiểu và quan sát các hệ thống thông gió trong trang trại là rất quan trọng, giúp tối ưu hóa mô hình thi công về mặt thời gian và chi phí.
Hệ thống điều khiển tốc độ quạt thông gió đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu, mang lại nhiều lợi ích cho các nhà máy, xí nghiệp và trang trại Hiện nay, nhiều hệ thống đã được hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ, đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao.
Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp nên đề tài giới hạn giải quyết một số vấn đề sau:
Mô hình được chế tạo từ những chi tiết đơn giản, dễ làm
Các thiết bị đã được đạt chuẩn công nghiệp: PLC, HMI, Biến tần
Giám sát hệ thống và thực hiện các chế độ trên màn hình HMI
Hệ thống được điều khiển bởi PLC Delta DVP20SX211T
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT THÔNG GIÓ CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI
Tổng quan về hệ thống
2.1.1 Tầm quan trọng của quạt thông gió
Chuồng trại chăn nuôi thường phát sinh nhiệt lượng lớn, độ ẩm cao, và chứa phân cùng nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn phát triển, dẫn đến nhiều bệnh dịch nguy hiểm cho vật nuôi Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, tốc độ tăng trưởng của vật nuôi cũng bị ảnh hưởng Do đó, việc lựa chọn phương pháp hạ nhiệt và đảm bảo điều kiện sống lý tưởng cho vật nuôi là mối quan tâm hàng đầu của các chủ chuồng trại.
Để xây dựng một mô hình chuồng trại chăn nuôi công nghệ cao, cần chú trọng đến việc đảm bảo tiêu chuẩn về mật độ vật nuôi, vệ sinh chuồng trại, xử lý chất thải và lượng thức ăn Bên cạnh đó, ứng dụng quạt thông gió trong chuồng trại cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường sống cho vật nuôi.
Hình 2.2 Nguyên lý thông gió trang trại chăn nuôi
Thông gió là quá trình thay thế không khí trong không gian nhằm cung cấp không khí chất lượng cao, kiểm soát nhiệt độ, bổ sung oxy và loại bỏ độ ẩm, mùi hôi, khói, bụi và vi khuẩn Hệ thống thông gió giúp loại bỏ mùi khó chịu và hơi ẩm, đồng thời đưa không khí trong lành từ bên ngoài vào, duy trì sự lưu thông không khí trong các tòa nhà, ngăn chặn tình trạng không khí trì trệ.
Thông gió có nhiều mục đích khác nhau, tùy thuộc vào công trình và phạm vi nhất định:
• Thải nhiệt thừa và ẩm thừa ra bên ngoài
• Thải các chất độc hại trong phòng ra bên ngoài
• Cung cấp lượng oxy cần thiết cho sinh hoạt của vật nuôi
• Trong một số trường hợp còn đề phòng các sự cố như: ô nhiễm chất độc, cháy nhà…
Lượng khí lưu thông trong chuồng cần được điều chỉnh dựa trên lượng hơi nước trong không khí, nhằm duy trì độ ẩm từ 50%-70% và điều chỉnh nhiệt độ phù hợp cho vật nuôi Hệ thống thông gió có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ hơi nước, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh đường hô hấp khi độ ẩm cao, trong khi độ ẩm dưới 50% có thể dẫn đến không khí khô và gia tăng bụi, gây ra các vấn đề về hô hấp.
Khi thời tiết lạnh, không khí bên ngoài chứa ít hơi nước Khi không khí này vào trong nhà và được làm ấm, nhiệt độ tăng lên giúp tăng khả năng giữ ẩm Không khí ấm hấp thụ hơi nước trước khi được thải ra ngoài qua hệ thống thông gió.
Theo hướng chuyển động của gió người ta chia ra các loại sau: [3] [2]
Thổi không khí sạch vào phòng và không khí trong phòng thải ra bên ngoài qua các khe hở của phòng nhờ chênh lệch cột áp
Phương pháp thông gió kiểu thổi mang lại lợi ích nổi bật trong việc cung cấp không khí đến những khu vực cần thiết, đặc biệt là nơi có đông người hoặc nơi tích tụ nhiệt và độ ẩm cao Với khả năng điều chỉnh tốc độ gió luân chuyển, phương pháp này giúp cải thiện chất lượng không khí trong không gian sống và làm việc.
Phương pháp này có ưu điểm là tạo ra áp suất dương trong phòng, nhưng nhược điểm lớn là gió có thể tràn ra mọi hướng, dẫn đến việc không kiểm soát được luồng không khí vào các khu vực không mong muốn.
Hút xả không khí ô nhiễm ra khỏi phòng và cho phép không khí tươi từ bên ngoài tràn vào qua các khe hở hoặc cửa thông gió, nhờ vào sự chênh lệch áp suất.
Thông gió kiểu hút xả có ưu điểm nổi bật là khả năng hút trực tiếp không khí ô nhiễm tại nơi phát sinh, ngăn chặn sự phát tán vào không gian phòng, giúp giảm yêu cầu lưu lượng thông gió nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả cao Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại nhược điểm là mức độ tuần hoàn không khí trong phòng rất thấp, gần như không có sự trao đổi không khí đáng kể Hơn nữa, không khí có thể tràn vào phòng từ các vị trí không mong muốn, dẫn đến việc không thể kiểm soát chất lượng không khí trong phòng một cách hiệu quả.
Thông gió tự nhiên là quá trình trao đổi không khí giữa môi trường bên trong và bên ngoài, được tạo ra nhờ sự chênh lệch cột áp Chênh lệch này thường xuất phát từ sự khác biệt về nhiệt độ giữa không gian bên ngoài và bên trong, từ đó hình thành dòng gió.
Thông gió cưỡng bức là quá trình sử dụng thiết bị điều khiển không khí, như quạt gió, để hỗ trợ thông gió tự nhiên Phương pháp này tạo ra dòng đối lưu cưỡng bức trong không gian, giúp cải thiện chất lượng không khí và tăng cường sự thông thoáng cho phòng.
2.1.6 Yêu cầu đối với hệ thống thông gió
Hệ thống thông gió là một cấu trúc phức tạp bao gồm nhiều yếu tố quan trọng, như các bộ phận cách nhiệt, chuồng xây dựng chắc chắn, nguồn nhiệt bổ sung, quạt, lối vào và khả năng điều chỉnh phù hợp với nhu cầu của vật nuôi Để hệ thống hoạt động hiệu quả, cần hiểu rõ sự tương tác giữa các thành phần này.
Hệ thống thông gió cần đảm bảo [4]:
• Loại bỏ được hơi ẩm, khí, mùi, bụi và các vi sinh vật gây bệnh trong không khí
• Cung cấp không khí sạch và phân phối đồng đều mà không tạo ra gió lùa
• Kiểm soát được nhiệt độ và nhiệt bổ sung để điều chỉnh nhiệt độ vào mùa hè và mùa đông
2.1.7 Hệ thống thông gió hiện nay
Thông gió cho trang trại chăn nuôi hiện nay là bắt buộc và có thể chia ra làm
Trong môi trường điều hòa, không phải tất cả các trang trại đều có khả năng trang bị hệ thống điều hòa do chi phí đầu tư và tiêu thụ điện năng cao Tuy nhiên, đối với một số nhà xưởng có đặc thù riêng, việc đầu tư vào hệ thống lạnh trở nên cần thiết.
• Thông gió tạo sự thông thoáng cho môi trường làm việc với loại thông gió này thì nhà xưởng phải cao ráo
Sau đây là một số phương pháp thiết kế hệ thống thông gió cho trang trại [3]: a, Thông gió tự nhiên
Thông gió tự nhiên là phương pháp tạo sự thông thoáng cho môi trường làm việc thông qua việc bố trí hợp lý cửa lấy gió và thải gió, giúp không khí lưu thông hiệu quả Ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư thấp và không tiêu tốn điện năng cho động cơ Tuy nhiên, nhược điểm lớn là hiệu suất không cao và phụ thuộc nhiều vào hướng gió cũng như không gian.
Để đạt hiệu quả tối ưu trong thông gió trang trại nuôi bò, cần bố trí lam gió lấy gió và thải gió đối xứng nhau Lam gió cần được sắp xếp hợp lý với tường và phải có khả năng che mưa Ngoài ra, việc sử dụng quả cầu gắn trên mái có thể giúp tăng cường đối lưu không khí Thông gió cơ khí cũng có thể được áp dụng mà không cần sử dụng kênh dẫn gió.
Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển hệ thống gồm 5 thành phần chính:
Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển
• Cảm biến nhiệt độ: Dùng để đo nhiệt độ môi trường bên ngoài
Màn hình HMI là thiết bị thiết yếu cho việc giao tiếp giữa người điều hành và máy móc, cho phép người dùng tương tác và trao đổi thông tin với hệ thống điều khiển qua nhiều hình thức khác nhau HMI giúp người dùng theo dõi và ra lệnh điều khiển cho toàn bộ hệ thống, đồng thời cung cấp giao diện đồ họa trực quan, mang lại cái nhìn dễ hiểu về hoạt động của hệ thống.
Hệ thống điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Hiện nay, PLC đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu trong các hoạt động sản xuất, nhà máy và xí nghiệp.
Biến tần là thiết bị chuyển đổi nguồn điện, cho phép điều chỉnh điện áp và tần số từ nguồn điện cố định thành nguồn điện với các thông số linh hoạt Thông thường, biến tần sử dụng nguồn đầu vào từ lưới điện, nhưng cũng có khả năng hoạt động với bất kỳ nguồn điện xoay chiều nào.
• Động cơ: Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ Động cơ điện được dùng trong hệ thống thông gió
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp, được sử dụng để điều khiển các quy trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp Thiết bị này có khả năng thực hiện nhiều chương trình hoặc sự kiện khác nhau, tùy thuộc vào người điều khiển Các sự kiện này được kích hoạt bởi các đầu vào hoặc thông qua bộ định thời và bộ đếm.
Hình 2.13 mô tả chức năng cơ bản của PLC, cho phép kích hoạt ON, OFF hoặc phát chuỗi xung tới các thiết bị ngoại vi Việc thay đổi chương trình cài đặt trong PLC giúp thực hiện các chức năng đa dạng trong các môi trường điều khiển khác nhau.
Hình 2.14 Sơ đồ cấu tạo chung của PLC
CPU (Bộ Xử Lý Trung Tâm) là phần quan trọng trong hệ thống PLC, thực hiện các chương trình xử lý tín hiệu I/O Nó kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây nội bộ thích hợp, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.
➢ Power supply: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24
V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra
Phần đầu vào của hệ thống bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thực tế khác, được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối đầu vào Trong khi đó, phần đầu ra gồm các thiết bị như động cơ, solenoid, đèn và lò sưởi, hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các tín hiệu đầu vào.
➢ Communication Port: Các cổng truyền thông
➢ Status light: Các đèn trạng thái
Thiết bị lập trình là nền tảng nơi chương trình hoặc logic điều khiển được phát triển Nó có thể là một thiết bị cầm tay, máy tính xách tay hoặc máy tính chuyên dụng.
Bộ nhớ máy tính được chia thành hai loại chính: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình lưu trữ thông tin về các lệnh và logic điều khiển, cho phép CPU truy xuất và thực thi các lệnh từ bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình.
Trong hệ thống, tín hiệu đầu vào và đầu ra, cùng với tín hiệu bộ định thời và bộ đếm, được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh tương ứng.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của một PLC Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động cơ …) Sau khi nhận được tín hiệu ở đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua môđun xuất ra các thiết bị được điều khiển [7]
Hình 2.15 Nguyên lý hoạt động PLC
Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp, sau đó tín hiệu này được truyền đến PLC qua đường ray kết nối.
Các tín hiệu đầu vào được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài PLC tại các vị trí gọi là bit, quá trình này được thực hiện bởi CPU.
Logic điều khiển và lệnh chương trình được ghi vào thiết bị lập trình thông qua ký hiệu hoặc phép nhớ, sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng.
CPU nhận lệnh từ bộ nhớ người dùng và thực hiện các tín hiệu đầu vào bằng cách thao tác, tính toán và xử lý chúng, nhằm điều khiển các thiết bị đầu ra.
• Kết quả thực hiện sau đó được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài để điều khiển các thiết bị đầu ra
Hệ thống điện
Biến tần là thiết bị chuyển đổi điện áp đầu vào có tần số cố định thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT và mạch điều khiển Ngoài ra, biến tần còn được trang bị các bộ phận bổ sung như bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng một chiều, điện trở hãm, bàn phím, màn hình hiển thị và module truyền thông.
Biến tần hoạt động bằng cách chuyển đổi nguồn điện 1 pha hoặc 3 pha thành nguồn điện 1 chiều thông qua bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nguồn điện đầu vào có thể là 1 pha hoặc 3 pha với điện áp và tần số cố định, chẳng hạn như 380V 50Hz Sau đó, điện áp 1 chiều này sẽ được biến đổi thành điện áp xoay chiều.
Ba pha đối xứng bắt đầu với việc tạo ra điện áp một chiều được lưu trữ trong giàn tụ điện Sau đó, thông qua quá trình tự kích hoạt, bộ biến đổi IGBT (tranzito lưỡng cực có cổng cách điện) hoạt động như một công tắc bật, đảm bảo sự chuyển đổi hiệu quả.
Biến tần 34 và tắt cực nhanh nhằm tạo ra dạng sóng đầu ra sẽ tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.
Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh dòng điện 2.3.3 Động cơ không đồng bộ 3 pha a Cấu tạo
Phần Stator bao gồm cuộn dây đồng được quấn trên khung làm từ các lá thép kỹ thuật điện Khi dòng điện được truyền qua, điện năng sẽ được chuyển đổi thành hệ thống các đường sức từ có hướng, tạo thành một mạch từ khép kín.
Phần Rotor của động cơ được chia thành hai loại: rotor lồng sóc và dây quấn Trong thực tế, rotor lồng sóc phổ biến hơn nhờ vào tính dễ chế tạo, lắp đặt và chi phí thấp Rotor lồng sóc bao gồm các thanh đồng được đúc xuyên qua các rãnh và nối tắt ở hai đầu, đi kèm với cánh tản nhiệt và quạt làm mát để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện không đồng bộ ba pha dựa trên việc khi dòng điện ba pha tần số f được cấp vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p Từ trường này cắt qua các thanh dẫn của dây quấn rotor, gây ra sự cảm ứng điện động Khi dây quấn rotor được nối kín mạch, sức điện động cảm ứng sẽ tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor Lực tác dụng giữa từ trường quay và thanh dẫn mang dòng điện trong rotor sẽ kéo rotor quay với tốc độ n nhỏ hơn n1 và cùng chiều với n.
Hình 2.21 Nguyên lý hoạt động của động cơ
Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1; nếu hai tốc độ này bằng nhau, dây quấn rotor sẽ không còn sức điện động và dòng điện cảm ứng, dẫn đến lực điện từ trở thành bằng không.
Hệ số trượt của tốc độ:
𝑛 1 (2.2) Tốc độ của động cơ: n = 60f p(1−s) (2.3) Trong đó:
• 𝑛 1 : tốc độ từ trường quay
Số cặp cực của dây quấn stator ảnh hưởng đến tốc độ động cơ, và việc điều khiển tốc độ có thể thực hiện bằng cách thay đổi số cặp cực Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ có cấp, với đặc tính cơ của động cơ thay đổi theo tốc độ đồng bộ tương ứng Động cơ thay đổi số cặp cực được thiết kế đặc biệt để cuộn dây stator có khả năng thay đổi cách nối, từ đó đáp ứng được các yêu cầu về tốc độ khác nhau.
Các đầu dây để đổi nối được sinh đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ
Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây stator
Do vậy phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rotor lồng sóc
Các động cơ chế tạo sẵn cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số cực, thường đi kèm với rotor lồng sóc Tỉ lệ chuyển đổi số cặp cực của chúng là 2:1, 3:1, 4:1 hoặc 8:1 Mặc dù cho phép điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng vẫn giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ Do đó, động cơ nhiều cấp tốc độ được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như máy luyện kim và máy tàu thủy, đồng thời yêu cầu điều khiển điện áp stator hiệu quả.
Để thực hiện phương pháp này, cần giữ tần số không đổi và sử dụng điện áp cấp cho động cơ từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều.
Phương pháp này chỉ áp dụng khi động cơ đang mang tải, vì khi động cơ không mang tải mà giảm điện áp nguồn, tốc độ của động cơ sẽ gần như không thay đổi.
Hình 2.22 Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi điện áp stator
Khi giảm điện áp dưới mức nhất định, moment giới hạn sẽ giảm nhanh theo bình phương của điện áp Điều này có nghĩa là việc thay đổi điện áp chỉ nên thực hiện về phía giảm dưới giá trị nhất định để tránh ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.
Khi điện áp cấp cho động cơ giảm, moment giới hạn của đặc tính cơ cũng giảm theo, trong khi tốc độ tải lý tưởng vẫn giữ nguyên Điều này dẫn đến việc giảm tốc độ khiến độ cứng của đặc tính cơ giảm và độ ổn định tốc độ trở nên kém hơn Để điều khiển tốc độ động cơ, có thể thực hiện bằng cách thay đổi tần số nguồn điện áp.
Vận tốc đồng bộ: n s = 60f p (2.4) Vận tốc quay roto: n r = n s (1 − s) (2.5) Trong đó:
Khi tần số nguồn áp thay đổi, vận tốc đồng bộ 𝑛𝑠 cũng sẽ thay đổi, dẫn đến việc vận tốc quay của rotor thay đổi theo công thức: s = n r − n s / n s Sức điện động cảm ứng trong stator sẽ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi này.
Các loại cảm biến
2.4.1 Cảm biến nhiệt độ Pt100 a Cấu tạo
(1) Đầu dò nhiệt: thành phần quan trọng nhất, thường được làm bằng platinium hoặc nickel
(2) dây kết nối tín hiệu với đầu ra dạng 2 dây, 3 dây, 4 dây
(3) chất cách điện: được làm bằng gốm giúp cách điện các dây nối từ vỏ bọc bảo vệ
(4) chất làm đầy: chứa bột alumina được làm khô và đổ đầy vào nhằm bảo vệ cảm biến khi bị rung động
Vỏ bảo vệ là phần tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt cần đo, có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ đầu dò cảm biến và dây tín hiệu của cảm biến khỏi các tác động bên ngoài.
(6) đầu củ hành: thường làm bằng các vật liệu cách điện như: nhựa, nhôm hay gốm
2.4.2 Nguyên lí hoạt động: Đầu dò cảm biến chủ yếu là cặp nhiệt điện hoặc điện trở nhiệt Bộ chuyển đổi tín hiệu bao gồm một đơn vị đo lường, xử lý tín hiệu và đơn vị chuyển đổi Cảm biến nhiệt độ pt100 thay đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ tăng Nếu tăng, nó được gọi là điện trở dương Nếu tăng theo nhiệt độ nhưng giá trị điện trở giảm thì nó được gọi là điện trở âm Hầu hết các cảm biến nhiệt độ điện trở được làm bằng Pt Chúng là loại ổn định nhất, có khả năng kháng axit và kiềm, tuyến tính khá, được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất Đầu dò cảm biến nhiệt độ này thuộc về điện trở dương Mối quan hệ giữa điện trở và sự thay đổi của nhiệt độ được tính theo công thức:
𝑅 = 𝑅 0 (1 + 𝑎𝑇 + 𝑏𝑇 2 + 𝑐(𝑇 − 100)𝑇 3 ) (2.11) Trong đó a, b, c là các thông số mặc định với:
• c = -4.183×10 -12 (khi nhiệt độ dưới 0 0 C) và C=0 (khi nhiệt độ trên 0 0 C) Các ưu điểm của cảm biến nhiệt độ pt100
➢ Vỏ thép không gỉ, độ bền lý tưởng
➢ Vít di động cố định, dễ sử dụng
➢ Được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc tế IEC751
➢ Đầu dò có sẵn với nhiều kích thước khác nhau, đem lại nhiều lựa chọn hơn khi sử dụng
➢ Độ chính xác cao, độ ổn định cao, độ nhạy cao
➢ Kích thước nhỏ gọn, kinh tế và rất thực tế
Các thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ Pt100 như sau:
➢ Giá trị độ lệch cho phép △°C: A mức ± (0,15 + 0,002│ t │), mức B ± (0,30 + 0,005t)
➢ Thời gian đáp ứng nhiệt
