(TIỂU LUẬN) 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 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 Mô 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 thông 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.Mô 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 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 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 thông số lấy từ mô hình MATLAB Thơng số Điện áp phần ứng Dịng điện phần ứng Moment qn tính Tốc độ Cơng suất Điện trở phần ứng Điện cảm phần ứng Điện trở kích từ Điện cảm kích từ Từ thơng Bảng giá trị thơng số ban đầu 1.3 Mơ hình mạch mơ hình tốn 1.3.1 Mơ hình mạch 1.3.2 Mơ hình toán =++ ▪ ▪( ) =( ) +( ) + ( ) Phương trình cho mạch phần ứng ▪ =++ ( )= ( )= ▪ =( )= ( ) ( ) =( )+( )+( ) = ( ) ( )= + ( ( )−( )) = ▪ - Phương trình cho mạch kích từ ▪ = ( ) ▪ ▪ ▪ ( )= ( )= ( ) +( ) + ( ) 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 - Tác động R phụ đến thông số động kích từ độc lập Giảm dịng mở máy Giảm mô men mở máy Tốc độ không tải khơng 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) + Rp= 3.6 (ohm): I mở máy: Va/(Ra+Rp)= 54.79 (A) Mô men mở máy: KΦ*Imm= 67.39 (Nm) Tốc độ khơng 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 mômen định mức giúp động làm việc an toàn, ổn định - 2.1.2 Mô Dùng matlab mô lại động workspace để lấy liệu vẽ đồ thị Kết thu gần với lý thuyết, chứng tỏ kết luận thu từ lý thuyết xác 2.2.Ảnh hưởng Va tới đặc tính 2.2.1 Lý thuyết: Các cơng thức liên quan: Phương trình đặc tính : • Độ cứng đặc tính cơ: • Tốc độ khơng tải lí tưởng: • - Khi ω = 0: Dịng khởi động: Q trình tăng góc mở α kết thúc động đạt tốc độ quay yêu cầu (động quay ngược chiều so với trạng thái ban đầu) điểm A 4.2.4 Mơ q trình - Khảo sát trình: động làm việc ổn định tốc độ 1750 rpm với tải TL = 20,35 Nm; thời điểm t = 7,5s, bắt đầu trình hãm với tốc độ đặt -1400rpm (hay 1400 rpm theo chiều ngược chiều quay ban đầu) - Đồ thị kết MATLAB: - Nhận xét: Trong sau trình hãm tái sinh, dịng điện phần ứng khơng đổi chiều (không đổi dấu) điện áp phần ứng đổi dấu Điều chứng tỏ hãm tái sinh động hoạt động góc phần tư xảy chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc + Dòng điện phần ứng giữ ổn định suốt trình hãm, tốc độ điều khiển thay đổi điện áp phần ứng Điều có tác dụng điều khiển phản hồi dòng điện + + Thời gian hãm dài (lên đến thãm ≈ 13s) 4.2.5 Nhận xét chung hãm tái sinh */ Ưu điểm Hãm tái sinh cho phép trả phần động nguồn dạng điện năng, giúp tiết kiệm lượng hạn chế nhiệt hao phí mơi trường - */ Nhược điểm - Yêu cầu sử dụng biến đổi cơng suất có khả trả lượng nguồn Hãm tái sinh buộc động chạy với tốc độ cao tốc độ không tải lý tưởng, điều gây hại tới độ bền tuổi thọ động - Thời gian tính từ bắt đầu hãm tới đạt tốc độ mong muốn lâu hẳn phương pháp hãm khác - Hãm tái sinh thường phải kết hợp với phương pháp hãm khác để dừng hoàn toàn đổi chiều động - 4.3.Hãm động 4.3.1.Khái niệm Hãm động trạng thái động làm việc máy phát mà lượng học động tích luỹ q trình làm việc trước biến thành điện tiêu tán mạch hãm dạng nhiệt 4.3.2.Phương pháp Khi động quay muốn thực hãm động kích từ độc lập ta cắt phần ứng động khỏi lưới điện chiều, đóng vào điện trở hãm, cịn mạch kích từ nối với nguồn cũ Mạch điện động hãm động trình bày Hình 2.14a - Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động có giá trị ωa nên: E h - Và dòng điện hãm ban đầu: =− I h - Tương ứng có mơmen hãm ban đầu: M Khi Φ = const độ cứng đặc tính hãm phụ thuộc R h Khi Rh nhỏ, đặc tính cứng, mômen hãm lớn, hãm nhanh - 4.3.3 Mô Simulink matlab - Kết mô với R h = 10 , t step=3s 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 • Dòng điện hãm Ih Uh ngược chiều với tốc độ ban đầu động hãm động Uu = = const độ cứng đặc tính hãm phụ thuộc R Khi R • Kh i 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 Mômen 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: = + 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 mơmen 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 − 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 4.4.3.Mô = 1,23 (-43,22) = -53,16 Hãm ngược cách đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng 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 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 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 dòng 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 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 dòng 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 Vòng 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 Vòng điều khiển phản hồi dòng điện (vòng 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 + Bây giờ, điều khiển phản hồi dòng điện nhận giá trị set point đầu 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 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 dịng 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 Đồ thị MATLAB thu sau trình, bao gồm đồ thị đại lượng điện áp phần ứng (Armature voltage), dòng 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 tốn giá trị trên: với Ra = 0.78Ω, KΦ = 1.23Wb, hệ số B = 0.01N.m.s Điện áp phần ứng Va (V) Dịng điện phần ứng Ia (A) Giữa thực nghiệm mơ 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) ... 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... 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, cịn giữ điện nguồn đặt vào động điểm c mômen động lớn