THIẾT kế hệ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG điện sử DỤNG ĐỘNG cơ một CHIỀU KÍCH từ độc lập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN DỰ ÁN LIÊN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ (PBL2) ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thái Bảo Bùi Đức Lâm Lê Đức Thành Hồng Lê Nhật Trường Nhóm học phần: 20Nh34B Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hoá PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Động điện chiều ngày sử dụng rộng rãi sản xuất cơng nghiệp tính mà mang lại như: khơng cần nguồn xoay chiều, thực việc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng,… Chính lí mà chúng em chọn động chiều để thực thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động chiều kích từ độc lập 1.1.1 LÝ DO CHỌN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Vì động điện chiều có moment mở máy lớn, kéo tải nặng khởi động 1.1.2 Khả điều chỉnh tốc độ tải tốt Tiết kiệm điện Bền bỉ, tuổi thọ lớn Động điện chiều có chổi than có hiệu suất tốt Mật độ mô-men xoắn tương đối cao động Động chiều chạy êm phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng Khả tải tốt nhiễu điện từ nhỏ KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Động điện chiều máy điện quay dùng để biến đổi lượng điện chiều thành Động điện chiều bao gồm: Động điện chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp Máy điện chiều máy phát động điện có cấu tạo giống Những phần máy điện chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) phần ứng (phần quay) Ngồi cịn có phận chổi than, cổ góp PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng 1.2 DANH SÁCH KIỂM TRA PHẠM VI DỰ ÁN 1.2.1 Bảng phân chia công việc Hình 1.1 Bảng phân chia cơng việc 1.2.2 Sơ đồ Gantt dự án 10/09/2022 20/09/2022 30/09/2022 10/10/2022 20/10/2022 30/10/2022 09/11/2022 19/11/2022 29/11/2022 09/12/2022 Phân chia nhóm chọn loại động cơ, tải Tính tốn số liệu cần thiết cho yêu cầu tải Thiết kế mạch công suất Thiết kế mạch điều khiển Mô Bản vẽ chi tiết Thi cơng thực nghiệm mơ hình Tổng hợp báo cáo Hồn thiện mơ hình hiệu chỉnh báo cáo Hình 1.2 Sơ đồ Gantt PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ TẢI Giới thiệu khái quát hệ thống truyền động điện 2.1 Mô tả hệ thống: Yêu cầu đề tài: - Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: - Nguồn điện xoay chiều pha 220V/380V - Tải hệ thống truyền động điện hình vẽ Hình 2.1 Mơ hình hoạt động động Từ u cầu đề tài, ta thiết kế điều khiển tốc độ cho động cho hệ thống có khả điều chỉnh tốc độ theo giá trị mong muốn tải PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng 2.2 Sơ đồ hệ thống truyền động Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống truyền động điện 2.3 Đồ thị tốc độ dự kiến động Hình 2.3: Đồ thị đặc tính tải động 𝒓𝒎 = 𝒓𝟏 = 𝟔, 𝟓𝒎𝒎 𝒗à 𝒓𝟐 = 𝟓𝒎𝒎  ωm = 𝒓𝟏 𝒓𝟐 = 𝟏, 𝟑 u 40 = ≈ 6,15 (rad/s) ≈ 58,76 (vòng/phút) rm 6,5 PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng 2.4 Tốc độ dự kiến đầu động Hình 2.4 Đồ thị tốc độ dự kiến đầu động Dựa vào đồ thị tốc độ dự kiến đầu động cơ, ta xác định trình diễn giai đoạn: - Giai đoạn (từ giây đến giây 0,5): Tốc độ quay động tăng từ 𝜔𝑚 = 0(𝑟𝑎𝑑/𝑠) đế𝑛 𝜔𝑚 = 6,15(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây 0,5 đến giây 4): Tốc độ quay động ổn định với 𝜔𝑚 = 6,15(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây đến giây 4,5): Tốc độ quay động giảm dần 𝜔𝑚 = 0(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây 4,5 đến giây 5): Tốc độ quay động ổn định với 𝜔𝑚 = 0(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây đến giây 5,5): Động đảo chiều, tốc độ quay động tăng từ 𝜔𝑚 = 0(𝑟𝑎𝑑/𝑠) đế𝑛 𝜔𝑚 = − 6,15(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây đến giây 10): Tốc độ quay động ổn định với 𝜔𝑚 = − 6,15(𝑟𝑎𝑑/𝑠) - Giai đoạn (từ giây 10 đến giây 11): Tốc độ quay động giảm dần 𝜔𝑚 = 0(𝑟𝑎𝑑/𝑠) PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện 2.5 PGS.TS Lê Tiến Dũng Tính chọn cơng suất Momen điện từ động cung cấp: 𝑇𝑒𝑚 = 𝑟 𝑚 Với 𝐽𝑚 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝑡 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟 𝑓𝑙 + 𝐽𝑚 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝑡 momen yêu cầu để quay động cơ, đồng thời nhỏ nên tạm thời ta tính momen điện từ theo công thức: 𝑇 = 𝑟 𝑚 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 Bỏ qua ma sát ổ trục fl= P = 10m =10.0,1=1(N) - Giai đoạn 1: 𝑇1 = 𝑟 𝑚 - 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 6,15−6,15 4−0,5 + 6,5 10−3 = 6,55 (𝑚𝑁 𝑚) 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 0−6,15 4,5−4 + 6,5 10−3 = 6,44 (𝑚𝑁 𝑚) 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 0−0 5−4,5 + 6,5 10−3 = (𝑚𝑁 𝑚) 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 −6,15−0 5,5−5 + 6,5 10−3 = 6,55 (𝑚𝑁 𝑚) Giai đoạn 6: 𝑇6 = 𝑟 𝑚 - + 6,5 10−3 = 6,55 (𝑚𝑁 𝑚) Giai đoạn 5: 𝑇5 = 𝑟 𝑚 - 0,5−0 Giai đoạn 4: 𝑇4 = 𝑟 𝑚 - 6,15−0 Giai đoạn 3: 𝑇3 = 𝑟 𝑚 - 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 Giai đoạn 2: 𝑇2 = 𝑟 𝑚 - 𝑑 𝜔𝑚 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 −6,15−6,15 7,5−5,5 + 6,5 10−3 = 6,55 (𝑚𝑁 𝑚) Giai đoạn 7: 𝑇7 = 𝑟 𝑚 𝑑 𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟𝑓𝑙 = (6,5 10−3 )2 0,1 0−(−6,15) 8−7,5 + 6,5 10−3 = 6,55 (𝑚𝑁 𝑚) PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng Đồ thị momen điện từ động sau tính tốn: Hình 2.5: Đồ thị momen điện từ động Công suất động điện chiều xác định qua biểu thức: 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 - Tại t=0(s): 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,55.10−3 = 0(𝑊 ) - Tại t=0,5(s): 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,55.10−3 6,15 = 0,0403(𝑊 ) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,5.10−3 6,15 = 0,04(𝑊 ) - Tại t=4(s): 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,5.10−3 6,15 = 0,04(𝑊 ) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,44.10−3 6,15 = 0,0396(𝑊 ) - Tại t=4,5(s): 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = 6,44.10−3 = 0(𝑊 ) - Tại t=5(s): 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,44.10−3 = 0(𝑊 ) - Tại t=5,5(s) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,44.10−3 −6,15 = 0,039606 (𝑊 ) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,52.10−3 −6,15 = 0,040098 (𝑊 ) - Tại t=7,5(s) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,52.10−3 −6,15 = 0,040098 (𝑊 ) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,44.10−3 −6,15 = 0,39606(𝑊 ) - Tại t=8(s) 𝑃 = 𝑇𝜔𝑚 = −6,44.10−3 = 0(𝑊 ) PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng  Phương trình đường thẳng P qua giai đoạn có dạng P = at + b: - Từ  0,5(s): P = 0,0403.t (W) - Từ 0,5  4(s): P = 0,04 (W) - Từ  4,5(s): P = -0,0396.t + 0,198 (W) - Từ 4,5  5(s): P = (W) - Từ  5,5(s): P = 0,079212.t – 0,39606 (W) - Từ 5,5  7,5(s): P = 2,40.10-4.t + 0,038253 (W) - Từ 7,5  8(s): P = -0,0802.t + 0,641568 (W)  Momen đẳng trị công suất đẳng trị: 𝑇𝑑𝑡 = √ =√ ∑𝑛1 𝑇𝑛2 ∆𝑡𝑛 ∑𝑛1 ∆𝑡𝑛 (6,55 10−3 )2 , 0,5 + (6,5 10−3 )2 3,5 + (6,44 10−3 )2 1,5+02 0,5 + (6,25 10−3 )2 = 6,222 10−3(𝑁 𝑚) 𝑃𝑑𝑡 = √ ∑𝑛1 𝑃2𝑛 ∆𝑡𝑛 ∑𝑛1 ∆𝑡𝑛 = √ 0,5 𝐴 4,5 )2 𝐴 = ∫ (0,0403 𝑡 𝑑𝑡 + ∫ 0,04 𝑑𝑡 + ∫ (−0,0396 t + 0,198)2 𝑑𝑡 0,5 5,5 7,5 )2 + ∫ (0,079212 𝑡– 0,39606 𝑑𝑡 + ∫ (2,40.10 − 𝑡 + 0,038253)2𝑑𝑡 5,5 + ∫7,5(−0,0802 𝑡 + 0,641568) 𝑑𝑡= 9,8996.10−3 (W)  𝑃𝑑𝑡 = 0,035 (W) Với giá trị momen đặc trị công suất đặc trị vừa tính nên ta lựa chọn động cơ: 𝑃𝑑𝑚 = (1 ÷ 1,3)𝑃𝑑𝑡 𝑇𝑑𝑚 = (1 ÷ 1,3)𝑇𝑑𝑡 Chọn hệ số dự trữ k = 1,3  Công suất định mức momen định mức: 𝑃𝑑𝑚 = 1,3 𝑃𝑑𝑡 = 1,3.0,035 = 0,0455(𝑊) 𝑇𝑑𝑚 = 1,3 𝑇𝑑𝑡 = 1,3 6,222 10−3 = 8,0886 10−3(𝑁 𝑚) PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng 2.6 Kiểm nghiệm lại động Tốc độ quay cực đại mong muốn động cơ: 𝜔𝑚 = 𝑢 40 = ≈ 6,15 (rad/s) ≈ 58,76 (vòng/phút) 𝑟 6,5 Từ đồ thị tốc độ momen điện từ ta thấy tốc độ động cần đáp ứng lớn 60 vòng/phút tốc độ định mức 10000 vòng/phút momen điện từ cần đáp ứng lớn so với momen định mức → Sử dụng thêm hộp số để tăng momen giảm tốc độ cho động Hệ số tỉ lệ hộp số: 𝑛 = 2.7 10000 60 = 166,7 Chọn công suất động Dựa vào công suất định mức momen định mức trên, chọn động DC Servo VZ43FC1B5640007L  Tốc độ khơng tải: 10000RPM(10000 vịng/phút)  Voltage: 3VDC ... chiều, thực việc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng,… Chính lí mà chúng em chọn động chiều để thực thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động chiều kích từ độc lập 1.1.1 LÝ DO CHỌN ĐỘNG CƠ... khiển truyền động điện sử dụng động chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: - Nguồn điện xoay chiều pha 220V/380V - Tải hệ thống truyền động điện hình vẽ Hình 2.1 Mơ hình hoạt động động Từ u... PBL2: Thiết kế hệ thống truyền động điện PGS.TS Lê Tiến Dũng CHƯƠNG 1: TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ TẢI Giới thiệu khái quát hệ thống truyền động điện 2.1 Mô tả hệ thống: Yêu cầu đề tài: - Thiết kế hệ thống