(TIỂU LUẬN) hệ t đ, TỔNG hợp MẠCH VÒNG DÒNG điện, MẠCH VÒNG tốc độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ kĩ thuật điều khiển HỌC PHẦN: Truyền động điện Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 8: Phạm Xuân Tuấn Nguyễn Thái Phong Nguyễn Văn Tuân Phạm Văn Tuyền Phạm Thanh Tùng Lớp: Hà Nội, tháng 12 năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG 1.1Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng 1.2 Áp dụng Fdx tổng hợp số hệ: CHƯƠNG 2: HỆ T-Đ, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN, MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ 2.1Hệ Truyền động T-Đ 2.1.1Hệ truyền động T-Đ 2.1.2Hệ truyền động T-Đ 2.1.3Đánh giá chất lượn 2.2Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện 2.2.1Tổng hợp mạch vò 2.2.2Mạch vòng dòng đ 2.3Tổng hợp mạch vòng tốc độ 2.3.1Mạch vòng tốc độ 2.3.2Mạch vòng tốc độ CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ 3.1Tính tốn thơng số hệ thống 3.2Mô kiểm chứng kết 3.2.1Mô tổng hợ 3.2.2Tổng hợp mạch vị 3.2.3Mơ kết CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỘNG CƠ KĐB PHA 4.1Xây dựng vector không gian 4.2Hệ phương trình động khơng đồng b 4.2.1Phương trình điện 4.2.2Phương trình điện 4.3Mơ hình trạng thái động không đồng trê KẾT LUẬN DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện Hình 1.2: Đường đặc tính độ Hình 2.1: Hệ thống truyền động T-Đ Hình 2: Sơ đồ khối mạch vòng Hình 2.3: Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện Hình 2.4: Mạch điều chỉnh dịng điện có tính đến suất điện động động Hình 2.5: Các Bước chuyển khối Hình 2.6: Các Bước chuyển khối (tiếp) 10 Hình 2.7: Mạch vịng điều chỉnh dịng điện sau biến đổi 11 Hình 2.8: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện(Mc=Bω) .12 Hình 2.9: Các bước chuyển đổi 12 Hình 2.10: Sơ đồ mạch vòng tốc độ 14 Hình 11: Sơ đồ mạch vòng tốc độ(Mc=0) .15 Hình 2.12: Mạch vịng tốc độ Mc=Bω 16 Hình 3.1: Mạch vịng dịng điện chưa có điều chỉnh .20 Hình 3.2: kết mơ mạch vịng khơng có điều chỉnh .20 Hình 3.3: Mạch vịng điều chỉnh dịng điện có điều chỉnh 21 Hình 3.4: kết mơ mạch vịng có điều chỉnh 21 Hình 3.5: Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh tốc độ 22 Hình 3.6: Kết mơ mạch vịng tốc độ chưa có điều chỉnh 22 Hình 3.7: Mạch vịng tốc độ có điều chỉnh 23 Hình 3.8: kết mơ mạch vịng tốc độ có điều chỉnh .23 Hình 3.9: Sơ đồ mơ hình mơ 24 Hình 3.10: Kết mô tốc độ quay n không tải, khâu điều chỉnh PI 25 Hình 3.11: Giá trị đặt tải Mc = 100N 25 Hình 3.12: Kết mơ tốc độ quay n có ảnh hưởng tải, khâu điều chỉnh PI .26 Hình 3.13: Đáp ứng dịng điện phần ứng Iư 26 Hình 4.1: Sơ đồ cuộn dây dịng stator 27 Hình 4.2: Vectơ khơng gian dịng stator thành phần 28 Hình 4.3: Biểu diễn vectơ dịng stator hệ tọa độ 28 Hình 4.4: Mơ tả hệ toạ độ αβ 29 Hình 4.5: Sơ đồ thay ĐCKĐB hệ trục toạ độ αβ 30 Hình 4.6: Sơ đồ cuộn dây dòng stator 30 Hình 4.7: Vector khơng gian điện áp stator Us điện áp dây pha 33 ĐỀ TÀI Tìm hiểu tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ứng dụng Tìm hiểu hệ T-Đ; tổng hợp mạch vòng dòng điện (bỏ qua Eư có tính đến Eư), mạch vịng tốc độ cho trường hợp tải Mc = 0; Mc = B.W Mô kiểm nghiệm lại kết (dùng MATLAB/Simulink), cho thông số cụ thể động cơ, bạn phải khác VD: Rư, Lư Phân tích cấu trúc động KĐB pha hệ tọa độ alpha-beta ứng dụng Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát LỜI MỞ ĐẦU Thế kỉ XXI – kỉ công nghệ thông tin, khoa học kĩ thuật công nghệ tự động Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển, nâng cao suất chất lượng sản phẩm Truyền động điện đời yếu tố quan trọng Với phát triển mạnh mẽ kĩ thuật bán dẫn công suất lớn kĩ thuật vi xử lý, hệ thống điều tốc sử dụng rộng rãi cơng cụ khơng thể thiếu q trình tự động hóa sản xuất Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nội dung mơn học Truyền động điện giao thực đề tài ,trong bao gồm: Chương : Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng Chương : HỆ T-Đ, Tổng hợp mạch vòng dòng điện mạch vòng tốc độ Chương : Mô kiểm nghiệm kết Chương : Phân tích cấu trúc động KĐB pha Với hướng dẫn tận tình thầy: Nguyễn Ngọc Khốt em tiến hành nghiên cứu,thiết kế đề tài hoàn thành thời hạn giao Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn chếnên khơng thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cơ, bạn đóng góp ý kiến để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG 1.1 Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường áp dụng để tổng hợp điều chỉnh mạch có u cầu cấp vơ sai cấp cao, áp dụng có hiệu để tổng hợp điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn X d Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện Hàm theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng có dạng sau: (1.1) F DX Và có đường đặc tính q độ đường hình 1.2  Dạng đặc tính q độ: 43,4% 8,1% +) Độ điều chỉnh 43,4% thời ±2% điểm khoảng 7τσ +) Đặc Tính độ qua giá trị đặt t=3,1τσ 11,4τσ +) Xác lập sau 16,5τσ với lần giao động t 7,8τ Hình 1.2: Đường đặc tính q độ  Đặc điểm: +) Các hệ số hàm truyền thoả mãn điều kiện: a  2a a 1 a o 2   2a1a3 +) Vì hệ hàm kím có C0=0 C1=0 nên đảm bảo trước tính ổn định hệ sử dụng tiêu chuẩn Nhờ mà tiêu chuẩn áp dụng để tổng hợp điều SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khốt khiển cho hệ có u cầu vơ sai cấp cao, điều khiển theo quan điểm nhiễu loạn +) Vì có mặt khâu vi phân 4TS tử số Fdx gây độ chỉnh lớn cho hệ (43%) Vì thường thêm khâu quán tính với số thời gian 4TS để đặc tính có độ q điều chỉnh giảm xuống cịn 8,1% (đường hình 1.1) x d Hình 1.3: Sơ đồ giảm độ điều chỉnh điều chỉnh Hàm truyền mạch điều chỉnh là: F ( s) (1.3)  Các bước phương pháp tổng hợp: +) Tính hàm truyền đối tượng mở rộng – hệ hở So(s) +) Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(s) +) Tính hàm truyền hệ kín So(s) gán vế phải FDX(s) +) Suy dạng hàm truyền R(s)=>Xác định luật điều khiển ĐC R ( s) (1.4) S +) Tính tham số ĐC theo thông số S0(s) 1.2 Áp dụng Fdx tổng hợp số hệ: -Xét hệ hở có dạng hàm truyền vô sai cấp (1.5) Để dẫn ý nghĩa tiêu chuẩn, xét thí dụ hệ thống S0(s) có dạng vô sai cấp lại dùng điều chỉnh kiểu PI: F0 ( s ) R ( s ).S Trong Ts tổng thời gian nhỏ SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát ( s) F (1.7) k Áp dụng điều kiện tiêu chuẩn tối ưu ta tìm phương trình đặc tính: a  2a a  o 2 (1.8) a  2a a  Giải hệ phương trình ta tìm được: K (1.9) Thay (1.9) vào cơng thức (1.7) ta có: Hàm truyền dạng tối ưu đối xứng với τσ = Ts: (1.10) F DX hai với số thời gian lớn T2: -Xét hệ hở có chứa khâu qn tính thứ Hàm truyền đối tượng có chứa khâu quán tính thứ ( S (1.11) - Hệ hữu có khâu quán tính lớn T1 >>Ts Trong trường hợp đối tượng hệ hữu có khâu qn tính lớn T1 >>Ts làm gần để đưa dạng: S ( s) Xấp xỉ: (1T s ) (1.12) (4.3) (4.4) 27 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát i sc Hình 4.2: Vectơ khơng gian dịng stator thành phần Vectơ is vectơ có mơđun khơng đổi quay mặt phẳng phức (cơ học) với tốc độ quays 2f s tạo với trục thực (đi qua cuộn dây pha A) góc pha  s t Trong fs tần số mạch stator Qua hình vẽ ta thấy dịng điện pha hình chiếu vectơ thu lên trục cuộn dây pha tương ứng Ta đặt trục thực mặt phẳng phức nói là trục ảo trục, sau chiếu vectơ dịng is xuống hai trục hai hình chiếu, đặt tên is is Ta nhận thấy hai dòng điện hai dịng hình sin tính theo cơng thức      (4.5) i s Hình 4.3: Biểu diễn vectơ dòng stator hệ tọa độ Như ta hình dung động điện tương ứng với hai cuộn dây cố định α β thay cho cuộn dây A, B, C, trục 0α chọn trùng với dây quấn pha a stator 28 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát Bằng cách làm tương tự vectơ dòng stator, vectơ điện áp stator U j β u sβ υ s Ta có: (4.6) Us Có thể lập mối quan hệ đại lượng hai không gian khác U s (4.7a) U s (4.7b) Có thể xác định ma trận chuyển đổi abc→αβ theo phương pháp đại số: s u   s u s s  Bằng cách làm tương tự vectơ dòng stator, vectơ điện áp stator s , từ thông stator i rotor r phần tử thuộc hệ toạ độ mà sau gọi hệ tọa độ cố định stator     i  jis s  u  jir  i  j r  s          jus r   r (4.8)  j  s    s 29 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện Lσs Rs isα usα ψsα Hình 4.5: Sơ đồ thay ĐCKĐB hệ trục toạ độ αβ 4.2 Hệ phương trình động không đồng Các điều kiện giả thiết lập mơ hình: + + + + Các cuộn dây stator bố trí đối xứng mặt không gian Các tổn hao sắt từ bão hồ từ bỏ qua Dịng từ hóa từ trường phân bố hình sin bề mặt khe từ Các giá trị điện trở điện cảm tạm coi không đổi Pha A isa Rotor Stator Hình 4.6: Sơ đồ cuộn dây dịng stator Hệ phương trình động  U sA (t )      U sB (t ) U sC (t )   R s isA (t) d  (t) sA dt  R s isB (t) d  s B ( t )  Rs isC (t) d sC (t) d t (4.9) dt Biểu diễn điện áp theo tọa độ cực, ta có: (4.10) U s (t ) SVTH: Phạm Xuân Tuấn 30 Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khốt Thay phương trình hệ (4.9) vào (4.10), ta có phương trình điện áp stator dạng vector: (4.11) U Tương tự cuộn dây stator, ta thu phương trình điện áp mạch rotor quan sát hệ thống rotor lơng sóc (rotor ngắn mạch) (4.12) U : vector (vector có mơđun khơng) Rr : điện trở rotor tính quy đổi stator Với tham số định nghĩa ta có tham phương trình từ thơng stator từ thơng rotor sau đây:   (4.13)   Trong đó: Lm Lσs Lσr Ls =Lm+Lσs : điện cảm stator Lr =Lm+Lσr : điện cảm rotor Ts = Ls / Rs : số thời gian stator Tr = Lr / Rr : số thời gian rotor  : hỗ cảm rotor stator : điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator : điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor (đã q σ=1 /L2m /(Ls Lr ) : hệ số tiêu tán tổng Do cuộn dây stator rotor có cấu tạo đối xứng mặt học nên tất giá trị điện cảm bất biến hệ tọa độ quan sát Bởi hai phương trình (4.13) ta khơng cần đến số hệ tọa độ, sử dụng phương trình(4.13) hệ tọa độ cụ thể ta điền chúng thêm vào sau Để hoàn thiện hệ thống phương trình mơ tả ĐCKĐB Phương trình mômen 31 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khốt Phương trình chuyển động : (4.15) m M Với M: mômen tải, mômen cảm J: mơmen qn tính ω:tốc độ góc rotor Bây ta hình dung hệ tọa độ vng góc quay trịn quanh điểm k gốc tọa độ chung với tốc độ góc ω tìm cách chuyển phương trình vừa thu sang hệ tọa độ “k” Lần lượt xét phương trình (4.11) (4.12) 4.2.1 Phương trình điện áp stator Áp dụng cơng thức chuyển hệ tọa độ ta có u (4.16a,b,c) Đạo hàm bậc 4.16c cho công thức sau (4.17) Trong công thức trên, trục α hệ TĐST, k k góc trục thực hệ tọa độ “k” thỏa mãn ωk=d k/dt.Từ phương trình(4.11) ta thu phương trình tổng quát cho điện áp stator k  R i k u ss s Phương trình tổng qt (4.9) áp dụng cho hệ tọa độ vng góc Tuy nhiên, câu hỏi đặt :cần phải chọn hệ để có lợi phương diện mơ tả vật lí, từ dẫn đến lợi cho việc thiết kế hệ thống điều khiển/ điều chỉnh Về chọn hệ tọa độ sau đây: Hệ tọa độ cố định stator: hệ tọa độ αβ quen biết Hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor: hệ tọa độ dq quen biết Hệ tọa độ tựa theo từ thông stator Hệ tọa độ cố định rotor 4.2.2 Phương trình điện áp rotor Áp dụng cơng thức tương tự phương trình điện áp stator ta có 32 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát i (4.20a,b) r Lấy đạo hàm bậc (4.10b) ta thu : d rr k d dt  e j k  j k e jk k s r (4.20c) d t Thay (4.20a) (4.20c) vào (4.12) ta thu phương trình tổng quát cho điện áp rotor hệ tọa độ “k” bất kì, quay quanh điểm gốc với tốc độ góc ω k so với rotor k 0 R i r (4.21) rr 4.3 Mơ hình trạng thái động không đồng hệ tọa độ stator Trường hợp xảy ωk=0.Trong số bốn hệ tọa độ kể trên(4.19), hệ đứng cố định Phương trình điện áp stator giữ nguyên dạng ban đầu hình 4.1 u s s  s u  u  R i s s (4.22) Hình 4.7: Vector khơng gian điện áp stator U điện áp dây pha Có thể thấy rotor quay với tốc độ ω so với stator Một cách tương đối,ta nói: quan sát từ rotor, chuyển động quay stator với tốc độ góc – ω, ngược chiều với chiều quay rotor Điều cho phép kết luận rằng, hệ tọa độ αβ – nằm cố định stator – chuyển động tương đối so với rotor tốc độ góc –ω Vậy để thu phương trình điện áp rotor hệ tọa độ αβ , ta phải thay ω k =ω vào pt.(4.21) sau 0 R i s rr 33 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát  Hệ phương trình mơ tả động khơng đồng hệ toạ độ Mô men điện từ Thay vector phần tử tương ứng, ta có: Phương trình điện áp stator hệ toạ độ M u Phương trình điện áp rotor hệ toạ độ 0 R i rr  i s s s s (4.26) (4.27) (4.24) (4.28) (4.29) (4.25) 34 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát (4.30) M Khơng phải đại lượng hệ phương trình đề sử dụng Các đại lượng khơng cần thiết triệt tiêu khỏi hệ Ta có:  s s Thay (4.31) vào (4.24), ta có:  u   (4.32) (4.31) 35 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát KẾT LUẬN Qua mơn Truyền động điện 2, em dạy, tìm hiểu biết thêm kiến thức nguyên tắc xây dựng hệ truyền động điện tự động, điều chỉnh truyền động hệ thống truyền động động chiều động không đồng ba pha… Và tập báo cáo này, em vận dụng kiến thức học vào thực tế, hiểu rõ biết cách sử dụng hai tiêu chuẩn tối ưu để tổng hợp mạch vòng kiểu nối cấp học tiêu chuẩn tối ưu mô-đun tối ưu đối xứng Hiểu biết thêm hệ toạ độ αβ động không đồng pha Nhận thấy cần thiết ứng dụng thiết yếu mơ hình hóa mơn học thực tế, chúng em phải cố gắng nỗ lực nghiên cứu, học tập để đáp ứng yêu cầu công nghệ nhu cầu sử dụng nhà máy, xí nghiệp Tuy nhiên, thời gian có hạn, báo cáo tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy châm trước bỏ qua cho em Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Khốt tận tình dạy giúp đỡ em hoàn thành báo cáo 36 SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhóm tác giả Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật Tác giả Bùi Quốc Khánh, Dương Văn Liễn, Cơ sở Truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Tác giả Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật 37 SVTH: Phạm Xuân Tuấn ... 2. 1Hệ Truyền động T- Đ 2.1. 1Hệ truyền động T- Đ 2.1. 2Hệ truyền động T- Đ 2.1.3Đánh giá ch? ?t lượn 2. 2T? ??ng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện 2.2. 1T? ??ng hợp mạch vò 2.2. 2Mạch vòng dòng đ 2. 3T? ??ng... (2.5) Nguyên t? ??c t? ??ng hợp: T? ??ng hợp t? ?? ngồi, t? ??ng hợp vịng nhỏ trước, vịng lớn t? ??ng hợp sau SVTH: Phạm Xuân Tuấn Báo cáo: Truyền Động Điện GVHD: Nguyễn Ngọc Kho? ?t 2.2.1 T? ??ng hợp mạch vòng dòng điện... mạch vịng t? ??c độ Ở trước ta t? ??ng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện có: (2.24) G (s) i TCL= Tf + T? ?k + Tvo + Ti Sensor t? ??c độ có hàm truyền: Kω :hệ số truyền T? ?:hằng số thời gian (lọ c) Do TCL