tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp

Dộng cơ điện một chiều là một trong rất nhiều phát minh đó.ngày nay, động cơ điện một chiều đã rất quen thuộc với chúng ta.Em xin trình bày Đề tài bài tập lớn”Tổng hợp mạch vòngdòng phần

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ

Đồ án môn học: Tổng hợp hệ điện cơ

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.2 Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều

1.3 Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều

Chương 2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp

2.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module đốixứng

Chương 3 Mô phỏng đáp ứng trên Simulink

3.1 Chương trình mô phỏng

3.2 kết quả mô phỏng

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Hải Phòng, ngày 25 tháng 3 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thưc hiện

Nguyễn Trí Tuệ

MỤC LỤC

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về động cơ điện một chiều 4

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều 4

1.2 Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều 8

1.3 Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều 10

Chương 2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương Pháp 14

2.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu 15

2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module đối xứng 16

Chương 3 Mô phỏng đáp ứng trên Simulink 17

3.1 Chương trình mô phỏng 17

3.2 kết quả mô phỏng 20

Kết luận 22

Tài liệu tham khảo 23

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển nhất là trong lĩnh vực điện – điện

tử - tin học Ngày càng có nhiều phát minh khoa học ứng dụng vào thực tế

để thay thế sức lao động cho con người Dộng cơ điện một chiều là một trong rất nhiều phát minh đó.ngày nay, động cơ điện một chiều đã rất quen thuộc với chúng ta.Em xin trình bày Đề tài bài tập lớn”Tổng hợp mạch vòngdòng phần ứng hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập theo phương pháp module tối ưu và phương pháp modul đối xứng Đánh giá quá trình quá độ và đặc tính động học của hệ kín”

Khi làm bài thiết kế môn học này có điều gì sai sót mong thầy giáo chỉ dạy cho em để em được sửa chữa

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo – Ks Phạm Tâm Thành và các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành bài tập lớn này

Chương 1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiện đại Rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều vói các công suất khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động củanó.Động cơ điện một chiều dung để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơnăng thành điện năng(khi hãm)

Động cơ điện một chiều có những loại:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ song song

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích

1.1.2 Nguyên lý và cấu tạo của động cơ điện một chiều

Khi đặt vào từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫnthì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dây dẫn và làm dây dẫn chuyển động.Chiều tác dụng của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái

Cấu tạo:gồm 2 phần chính:phần tĩnh (stator) và phần động (Rôtor)Phần tĩnh gồm có :

- Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt là cuộn dây.Một cặp cực từ gồm 2 cực nam bắc đặt đối xứng nhau qua trục động cơ

- Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính để cả thịên tình trạng đổi chiều

- Gông từ là phần nối tiếp các cực từ Đồng thời làm vỏ máy.

- Nắp máy dung để bảo vệ các chi tiết máy không cho các vật bên ngoài rơi vào

- Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ bên ngoài vào nếu máy là động cơ vàđưa dòng điện ra nếu là máy phát

Phần động gồm có:

- Lói sắt phần ứng dung để dẫn từ

- Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua

- cổ góp dung để đổi chiều dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều

- trục máy làm băng lõi thép để đặt phần ứng và cổ góp

1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn như trên hình 1.2 Từ thông động cơ được giữ không đổi Điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến đổi

Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U<Uđm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ

H ình 1.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biệnpháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm sau:

Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen lànhư nhau Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất củadải điều chỉnh Do vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơthấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh

Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1

Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với

Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay đổi trơn điện áp ra

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từcủa động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ Rõ ràngphương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ, nghĩa làchỉ có thể giảm dòng điện kích từ do đó chỉ có thể thay đổi vềphía giảm từ thông Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độkhông tải lớn hơn Họ đặc tính giảm từ thông như hình 3.5

H ình 1.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có các đặc điểm sau:

Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ~ 3:1

Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía tăng

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng

Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình 3.6 Khi tăng điện trở phần ứng, đặctính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng Họ đặctính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình 3.6

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng:

- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

- Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thê điện trở)

- Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở càng lớn

H ình 1.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng

1.2 Xây dựng mơ hình động cơ điện một chiều

1.2.1 Phương trình cân bằng điện áp:

E dt

di L I

R

U = + +

U :Điện áp phần ứng

E:Suất điện động phần ứng

R:Điện trở mạch phần ứng

L:Điện cảm phần ứng

I :Dòng điện mạch phần ứng

Chuyển sang toán tử Laplace ta được:

a

pN K

N:Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

φ:Từ thông kích từ dưới một cực từ

ω:Tốc độ góc

K=2pNπ.a:Hệ số cấu tạo của động cơ

1.2.2 Phương trinh mômen điện từ của động cơ:

φω

K

M = ( 3 )

M :Mômen điện từ của động cơ

1.2.3 Phương trình cơ học của động cơ:

dt

d J M

M = C + ω

C

M :Mômen cản của động cơ

J: Mômen quán tính của động cơ

Chuyển sang Laplace ta được:

Hình 1.4 :Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều.

1.3 Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điêu chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần một bộ biến đổi.Các bộ biến đổi náy cấp cho mạch plhần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ.Cho đến nay trong cơng

nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đỏi chính:

- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều máy diện khuếch đại (MDKD)

- Bộ biến đổi điện từ : khuếch đại từ(K DT)

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu thyristor (CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều : thyristor và tranzitor (BBDXA)

1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)

Hệ thống máy phát - động cơ (F-Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp khơng đồng bộ 3 pha quay và coi tốc độ quay của máy phát là khơng đổi

hỡnh 1.5 - Hệ truyền động F-Đ đơn giản.

Trong sơ đồ:

Đ : Là động cơ điện một chiều kộo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ

F : Là mỏy phỏt điện một chiều, đúng vai trũ là BBĐ cấp điện cho động cơ Đ

Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đúng hoặc N đúng, dũng điện kớch từ mỏy phỏt ICKF đảo chiều, do đú đảo chiều từ thụng , do đú UF đảo dấu, dẫn đến

+ Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.

1.3.2 Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)

Khuếch đại từ là khí cụ điện mà tín hiệu đầu ra được khuếch đại nhờ

sự thay đổi điện kháng bằng cách thay đổi dòng điều khiển Sơ đồ nguyên

lý của một khuếch đại từ đơn giản được trình bày ở hình 1.6

Hình 3.10 - Khuếch đại từ.

H ình 1.6 Khuếch đại từ

1.3.3 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ

Các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều thực chất là các

bộ chỉnh lưu (hay các bộ nắn điện) dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Có rất nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau được phân loại như sau:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

- Chỉnh lưu hình tia,chỉnh lưu cầu

Hình 1.7 - sơ đồ hệ truyền động T-Đ không đảo chiều.

Trong thực tế không thể lọc hết hoàn toàn các thành phần sóng hài bậc cao,

do đó còn tồn tạithành phần dòng điện xoay chiều chạy qua động cơ làm động cơ nóng hơn so với trường hợp làm việc trong hệ F-Đ

Chương 2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp

)(

1 )(

1 )(

1 (

/ )

(

) (

u V

i dk

u i cl dk

i

pT pT

p T pT

R K K p

U

p U

+ +

+ +

)(

1

(

/

u si

u i cl

pT p

T

R K K

+ +

2.1 Tổng hợp mạch vũng điều chỉnh dũng theo phương phỏp module tối ưu

Theo tiêu chuẩn Modul tối u ta có hàm truyền hệ kín nh sau:

2 2

Soi p Ri

).

( 1

( Moi

Moi

F Soi

Vậy Ri(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)

2.2 Phơng pháp tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn module tối u đối xứng :

.8

84

1

41)

(

p p

p

P p

τ τ

τ

τ

++

Soi p Ri

).

( 1

( Moi

Moi

F Soi

VËy Ri(p) lµ kh©u tØ lÖ tÝch ph©n (PI)

Chương 3 Mô phỏng đáp ứng trên Simulink

1500 55

.

u si

i cl

u u

pT T

K K

T R

Mô phỏng trên matlab

Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh phương pháp modul toi ưu đối xứng:

p p

+

Mô phỏng trên matlab

3.2 kết quả mô phỏng

3.2.1 kết quả mô phỏng theo phương pháp modul toi ưu

3.2.2 kết quả mô phỏng theo phương pháp modul toi ưu đối xứng

3.2.3 Đánh giá kết quả

Ph ương pháp modul toi ưu cho đồ thị ổn định hơn Ph ương pháp modul toi

ưu đối xứng

Tiêu chuẩn modul toi ưu thường áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnhtrong mạch có yêu cầu vô sai cấp cao,nó cũng áp dụng có hiệu quả để tổng hợp các bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn

Tổng quan về động cơ điện một chiều

Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp

Mô phỏng đáp ứng trên Simulink

Mặc dự đó rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian cú hạn nờn cúnhững phần em chưa làm được Em cũng khụng trỏnh khỏi những điều thiếusút, nhầm lẫn khỏc, em rất mong được sự chỉ bảo của thầy

Tài liệu tham khảo

điều chỉnh tự động truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn VănLiễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi

MATLAB và SIMULINK- Nguyễn Phựng Quang