BÁO cáo tìm HIỂU ĐỘNG cơ điện một CHIỀU NGUỒN áp một PHA CHỈNH lưu KHÔNG đảo CHIỀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP ********** BÁO CÁO TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NGUỒN ÁP MỘT PHA CHỈNH LƯU KHÔNG ĐẢO CHIỀU Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Hoàng Phương Sinh viên thực Nguyễn Quốc Cường Chu Tuấn Anh Hà Tuấn Anh Nguyễn Đức Anh Nguyễn Huy Bằng Chu Quang Biện Vũ Tuấn Chiến Vũ Trí Cơng Nguyễn Đăng Cương TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG NGUỒN MỘT PHA CHỈNH LƯU KHÔNG ĐẢO CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Thông số động 1.3 Mơ hình mạch mơ hình tốn 1.3.1 Mơ hình mạch 1.3.2 Mơ hình tốn 1.3.3 Sơ đồ khối CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA RA,VA, Φ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Ảnh hưởng R tới đặc tính 2.1.1.Tính tốn lý thuyết 2.1.2 Mô .8 2.2.Ảnh hưởng Va tới đặc tính 2.2.1 Lý thuyết: .9 2.2.2 Mô Matlab simulink: 10 2.3.Ảnh hưởng từ thơng ϕ tới đặc tính 11 CHƯƠNG III KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ 13 3.1 Các vấn đề khởi động động trực tiếp .13 3.2.Quá trình khởi động trực tiếp 13 3.3 Khởi động sử dụng cấp điện trở phụ 14 3.3.1.Mơ hình .14 3.3.2.Tính tốn điện trở phụ 14 3.3.3.Mơ q trình khởi động với cấp điện trở 15 CHƯƠNG IV CÁC QUÁ TRÌNH HÃM CỦA ĐỘNG CƠ 16 4.1 Khái niệm trạng thái hãm động 16 4.2 Hãm tái sinh 16 4.2.1 Khái niệm hãm tái sinh 16 4.2.2 Điều kiện xảy hãm tái sinh 16 4.2.3 Phương pháp hãm tái sinh 17 4.2.4 Mơ q trình 19 4.2.5 Nhận xét chung hãm tái sinh 19 4.3.Hãm động 20 4.3.1.Khái niệm 20 4.3.2.Phương pháp 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.3.3 Mô Simulink matlab 21 4.3.4 Nhận xét, đánh giá 22 4.4.Hãm ngược 22 4.4.1.Định nghĩa .22 4.4.2.Các phương pháp hãm ngược 22 4.4.3.Mô 24 4.2.4.Nhận xét, đánh giá 25 CHƯƠNG V.CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 26 5.1 Các khối điều khiển 26 5.1.1 Chỉnh lưu Thyristor 26 5.1.2 Khối điều khiển phản hồi dòng điện (PI current controller) 27 5.1.3 Khối phát xung (Bridge Firing Unit) 27 5.1.4 Các khối khác .27 5.2 Các vòng điều khiển 27 5.2.1 Vòng điều khiển phản hồi dòng điện 27 5.2.2 Vòng điều khiển tốc độ 28 5.3 Thực nghiệm trình 30 5.3.1 Mục đích thực nghiệm 30 5.3.2 Mơ tả q trình .30 5.3.3 Kết trình 30 5.3.4 Nhận xét .31 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG NGUỒN MỘT PHA CHỈNH LƯU KHÔNG ĐẢO CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung - Khối động DC pha chỉnh lưu hai góc phần tư (DC1) đại diện cho truyền động hai góc phần tư, pha sử dụng hệ thyristor đối xứng Bộ có tính kiểm sốt tốc độ vịng kín với hoạt động hai góc phần tư I IV Mơ hình MATLAB 1.2 Thơng số động Các thơng số lấy từ mơ hình MATLAB TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thông số Điện áp phần ứng Dịng điện phần ứng Moment qn tính Tốc độ Công suất Điện trở phần ứng Điện cảm phần ứng Điện trở kích từ Điện cảm kích từ Từ thơng Bảng giá trị thông số ban đầu 1.3 Mô hình mạch mơ hình tốn 1.3.1 Mơ hình mạch 1.3.2 Mơ hình tốn ( ) =( ) +( ) + ( ) ▪ ▪ Phương trình cho mạch phần ứng =++ ( )= ▪ ( ) =( = =++ )+( )+( ) ( )= + ( ( )−( )) ( ) ( )= ▪ =( )= ( ) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Phương trình cho mạch kích từ ▪ ▪ ▪ ( )= ▪ ▪ ( )= = ( ) +( ) + = ( ) ( ) 1.3.3 Sơ đồ khối - + + TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA RA,VA, Φ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Ảnh hưởng R tới đặc tính 2.1.1.Tính tốn lý thuyết Tác động R phụ đến thơng số động kích từ độc lập Giảm dịng mở máy Giảm mơ men mở máy Tốc độ không tải không đổi Độ cứng đường đặc tính mềm Ảnh hưởng tốc độ định mức động + Ra= 0.78 (ohm) I mở máy: Va/ Ra= 307.7 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 378.47 (Nm) Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s) Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/Ra= -1.939 Tốc độ định mức: (Va – Ia*Ra)/ KΦ= 183.7 (rad/s) + Rp= 1.2 (ohm): I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 121.21 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 149.09 (Nm) Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s) Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.764 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 166.14 (rad/s) + Rp= 2.4 (ohm): I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 75.47 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 92.83 (Nm) Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s) Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.476 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 148.58 (rad/s) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com + Rp= 3.6 (ohm): I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 54.79 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 67.39 (Nm) Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s) Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.345 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 131.02 (rad/s) + Rp= 4.8 (ohm): I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 43.01 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 52.9 (Nm) Tốc độ không tải: Va/ KΦ= 195.12 (rad/s) Độ cứng đặc tính cơ: -( KΦ)*( KΦ)/(Ra+Rp)= -0.271 Tốc độ làm việc: (Va – Ia*(Ra+Rp))/ KΦ= 113.46 (rad/s) - Nhận xét: Từ tính tốn lý thuyết, ta thấy tác động Rp với thông số động nêu Từ ta thu nhận xét: Rp lớn đặc tính mềm tức nhỏ Đặc tính mềm mơ men khởi động I khởi động nhỏ Mômen mở máy Rp= 4,8 ohm 53, xấp xỉ 2,3 lần mơmen định mức giúp động làm việc an tồn, ổn định 2.1.2 Mô Dùng matlab mô lại động workspace để lấy liệu vẽ đồ thị - Khi Φ = const độ cứng đặc tính hãm phụ thuộc R h Khi Rh nhỏ, đặc tính cứng, mơmen hãm lớn, hãm nhanh 4.3.3 Mô Simulink matlab - Kết mô R h với = , t step=3s 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4.3.4 Nhận xét, đánh giá • Đồ thi mơ khớp với lý thuyết, kết mơ có sai lệch nhỏ so với kết tính theo lý thuyết • Dịng điện hãm Ih Uh ngược chiều với tốc độ ban đầu động hãm động Uu = • K = const độ cứng đặc tính hãm phụ thuộc R Khi R hi nhỏ, đặc tính cứng, mơmen hãm lớn, hãm nhanh • Ưu điểm hãm động năng: Đơn giản, dễ thực • Nhược điểm hãm động năng: + Tốn điện (không tận dụng điện trả về) +Tốn điện trở + Chỉ thích hợp với thiết bị hoạt động liên tục, hãm, đảo chiều 4.4.Hãm ngược 4.4.1.Định nghĩa Trạng thái hãm ngược động xảy phần ứng tác dụng động tích luỹ phận chuyển động mômen quay ngược chiều với mômen điện từ động Mơmen sinh động chống lại chuyển động cấu sản xuất 4.4.2.Các phương pháp hãm ngược Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng Giả sử động làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a ta đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng, động chuyển sang làm việc điểm b đặc tính biến trở Tại điểm b mơmen động sinh nhỏ mômen cản nên động giảm tốc độ tải theo chiều nâng lên Đến điểm c, tốc độ mômen động nhỏ mômen tải nên tác động tải trọng, động quay theo chiều ngược lại Tải trọng hạ xuống với tốc độ tăng dần Đến điểm d mômen động với mômen cản nên hệ ổn định với tốc độ hạ không đổi, cd đoạn đặc tính hãm ngược Khi hãm nguợc tốc độ đổi chiều, sức điện động đổi dấu nên: = + TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Phương trình đặc tính cơ: = =K - − = 1,23 15.14= 18.62 Đảo chiều điện áp mạch phần ứng Giả sử động làm việc điểm a đặc tính tự nhiên với tải Mc, ta biến đổi chiều điện áp phần ứng đưa thêm vào điện trở phụ Rf mạch Động chuyển sang làm việc điểm b đặc tính biến trở, b mômen đổi chiều chống lại chiều quay động nên tốc độ giảm theo đoạn bc Tại c tốc độ không, ta cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn động dừng lại, giữ điện nguồn đặt vào động điểm c mômen động lớn mơmen cản Mc động quay ngược lại làm việc ổn định điểm d TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đoạn bd hình đặc tính hãm ngược Dịng điện hãm tính: Đưa thêm điên trở phụ để hạn chế Phương trình đặc tính cơ: =− = 10Ω =K = 1,23 (-43,22) = -53,16 4.4.3.Mô Hãm ngược cách đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hãm ngược cách đảo điện áp phần ứng 4.2.4.Nhận xét, đánh giá - Đồ thi mô khớp với lý thuyết, kết mơ có sai lệch nhỏ so với kết tính theo lý thuyết - Ưu điểm hãm ngược : Đơn giản, dễ thực - Nhược điểm hãm ngược : + Mômen sinh động hãm chống lại chuyển động cấu sản xuất + Dòng hãm lớn nên phù hợp với động công suất nhỏ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com CHƯƠNG V.CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 5.1 Các khối điều khiển 5.1.1 Chỉnh lưu Thyristor Sử dụng chỉnh lưu cầu pha, đầu vào điện áp (A+, A-) xung điều khiển thyristor (đầu vào g) Khối thyristor MATLAB Sơ đồ thyristor thực tế TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5.1.2 Khối điều khiển phản hồi dòng điện (PI current controller) Bộ điều khiển nhận giá trị set point (dưới dạng moment T) tín hiệu phản hồi dịng điện phần ứng từ cảm biến, so sánh đưa tín hiệu điều khiển dạng góc mở (firing angle α) 5.1.3 Khối phát xung (Bridge Firing Unit) Tín hiệu điện áp tiến hành đồng khối này, sau góc dẫn α nhận từ khối điều khiển phản hồi dòng điện chuyển thành xung mở thyristor (firing pulse), từ thay đổi điện áp phần ứng V a 5.1.4 Các khối khác Khối Regulation switch đóng vai trị khâu tỉ lệ giai đoạn hoạt động động cơ, tác dụng chủ yếu thay đổi tín hiệu đầu vào điều khiển dòng điện Khối điều khiển phản hồi tốc độ phân tích phần sau 5.2 Các vòng điều khiển 5.2.1 Vòng điều khiển phản hồi dịng điện - Mục đích: đặc tính làm việc (hoặc đặc tính tự nhiên) thường có dịng điện khởi động lớn, ta thường sử dụng biến đổi công suất để điều TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com chỉnh điện áp phần ứng Va (giảm điện áp phần ứng), tăng dần điện áp trình khởi động, điều khiển phản hồi dịng điện sử dụng để kiểm sốt dịng phần ứng Ia khoảng cho phép, thường khởi động động (Ia = 2÷2,5 Ia_rated) - Hoạt động: + Bộ điều khiển dòng điện PI nhận giá trị set point (dưới dạng moment T) tín hiệu phản hồi dịng điện phần ứng từ cảm biến, so sánh đưa tín hiệu điều khiển dạng góc mở (firing angle) + Góc dẫn α qua phát xung (Bridge Firing Unit) chuyển thành xung mở thyristor, từ thay đổi điện áp phần ứng V a 5.2.2 Vịng điều khiển tốc độ Mục đích: giữ tốc độ quay động khoảng cho phép xung quanh vận tốc đặt; sử dụng động hoàn thành khởi động, bắt đầu quay ổn định có thay đổi tải - Cấu trúc: gồm vòng điều khiển thành phần TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com + Vòng điều khiển phản hồi dòng điện (vịng bên trong) có tốc độ phản hồi điều khiển cao nhiều so với vòng điều khiển phản hồi tốc độ (vịng ngồi) + Vịng điều khiển phản hồi tốc độ (vịng ngồi): sử dụng khối điều khiển phản hồi tốc độ (PI speed controller), dầu vào giá trị tốc độ đặt, tốc độ phản hồi từ động cơ, đầu giá trị dòng điện đặt cho PI current controller; điều khiển phản hồi túy tốn nhiều thời gian việc đưa điều chỉnh (chỉ tốc độ ω thay đổi so với set point phát tín hiệu điều chỉnh), tác động sau điều chỉnh phải thời gian phát huy tác dụng (thay đổi điện áp phần ứng Va thời gian để ω thay đổi) Tất nhược điểm vòng điều khiển tốc độ đơn quán tính lớn động (so với quán tính điện) + Hoạt động: Để khắc phục tận dụng nhược điểm vòng điều khiển phản hồi tốc độ (PI speed controller), vòng điều khiển dòng điện (PI current controller) thêm vào bên + đầu Bây giờ, điều khiển phản hồi dòng điện nhận giá trị set point điều khiển phản hồi tốc độ tín hiệu phản hồi dịng điện phần ứng từ cảm biến (I2) , so sánh đưa tín hiệu điều khiển (các bước sau tương tự điều khiển phản hồi dòng điện bản) + Đầu điều khiển phản hồi tốc độ, hay set point điều khiển dòng điện, coi khơng thay đổi so với giá trị dòng điện I2 thu từ cảm biến - quán tính lớn động cơ; nên set point mang TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com thông tin đặc trưng cho tốc độ quay ứng với set point điều khiển phản hồi tốc độ (chính tốc độ ta mong muốn) 5.3 Thực nghiệm q trình 5.3.1 Mục đích thực nghiệm Làm sáng rõ tác dụng cấu trúc điều khiển động chiều với hai vòng điều khiển dòng điện tốc độ 5.3.2 Mơ tả q trình Cho động cho mang tải tập trung (α = 0) tốc độ đặt n = 1750 rpm Bắt đầu trình, tải mức TL = 20N.m (tải định mức); thời điểm t = 8.5s, tải tăng lên TL = 25N.m cuối trình 5.3.3 Kết trình TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Đồ thị MATLAB thu sau trình, bao gồm đồ thị đại lượng điện áp phần ứng (Armature voltage), dịng điện dịng điện trung bình phần ứng (Armature current Mean current), tốc độ quay động tốc độ đặt (Actual speed Set speed) 5.3.4 Nhận xét Quá trình khởi động: từ t = tới t = 7s Đồ thị cho thấy tốc độ tăng dần từ tới mức đặt (1750 rpm), dòng điện phàn ứng khống chế Istart = 22÷24A (với dịng điện hoạt động I a = 18÷22A) Trong điện trở phần ứng nhỏ (Ra = 0.78Ω) điện áp phần ứng vùng hoạt động ổn định mức cao (V a = 240V), điều khiển phản hồi dòng điện phát huy tác dụng: giảm điện áp phần ứng bắt đầu khởi động, sau tăng dần điện áp kết thúc khởi động mức 240V Giai đoạn hoạt động ổn định: Khi động chạy tốc độ định mức (1750 rpm) mang tải định mức (20N.m), từ đồ thị ta nhận thấy điện áp phần ứng V a dòng điện phần ứng Ia giá trị định mức 240V 18A Xét cơng thức lý thuyết tính toán giá trị trên: với Ra = 0.78Ω, KΦ = 1.23Wb, hệ số B = 0.01N.m.s Điện áp phần ứng Va (V) Dòng điện phần ứng Ia (A) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giữa thực nghiệm mô lý thuyết có sai số, nguyên nhân chủ yếu sai số giá trị đại lượng Khi có thay đổi tải: moment tải tăng từ 20N.m lên 25N.m Đồ thị cho thấy có thay đổi điện áp phần ứng V a moment tải tăng, đồng thời tốc độ động giữ mức ổn định quanh điểm đặt (1750rpm) Điều chứng minh tác dụng điều khiển phản hồi vận tốc Ở đây, ta có so sánh giá trị lý thuyết thực nghiệm mô phỏng: Điện áp phần ứng Va (V) Dòng điện phần ứng Ia (A) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG NGUỒN MỘT PHA CHỈNH LƯU KHÔNG ĐẢO CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung - Khối động DC pha chỉnh lưu hai góc phần tư (DC1) đại diện cho truyền động hai góc phần tư, pha sử...MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG NGUỒN MỘT PHA CHỈNH LƯU KHÔNG ĐẢO CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Thông số động 1.3 Mơ hình mạch mơ... trình đặc tính cơ: = =K - − = 1,23 15.14= 18.62 Đảo chiều điện áp mạch phần ứng Giả sử động làm việc điểm a đặc tính tự nhiên với tải Mc, ta biến đổi chiều điện áp phần ứng đưa thêm vào điện trở phụ