ĐỀ TÀI ĐIỂU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN (CẦU TRỤC)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN DỰ ÁN LIÊN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (PBL2) ĐỀ TÀI: ĐIỂU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN (CẦU TRỤC) Người hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: ĐINH PHÚ GIANG (20TDH1) TRẦN LÊ CƠNG ẨN (20TDH2) NGUYỄN HỒNG MIN (20TDH1) LÊ KHẮC CƯỜNG (20TDH2) NGUYỄN TRƯỜNG BẢO NGÂN (20TDH2) Nhóm HP / Lớp: Ngành: 20.32A KỸ THUẬT ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG MỤC LỤC CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TỐN U CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 1.1 Phân tích chọn phương án truyền động 1.1.1 Cơ cấu truyền động tải cầu trục 1.1.2 Đồ thị tốc độ dự kiến tải động .5 1.1.3 Xác định moment, moment quán tính hệ quy đổi 1.1.4 Tính cơng suất động CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT, CHỈNH LƯU .6 2.1 Tính tốn mạch động lực 2.1.1 Mơ hình mạch chỉnh lưu cầu pha kép điều khiển động 2.1.2 Tính chọn Thyristor 2.1.3 Tính tốn máy biến áp lực CHƯƠNG 3: LỚP ĐA 33C .7 3.1 Báo cáo lớp 33c CHƯƠNG 4: PBL NHÓM 36 +37 4.1 Tính mach cs .8 KẾT LUẬN CHUNG .9 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 Thêm hình chương đánh số Hình Hình nhóm 36, 37 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1 Thêm bảng chương đánh số .5 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TỐN U CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ 1.1 Phân tích chọn phương án truyền động 1.1.1 Cơ cấu tuyền động tải cầu trục Hình 1 Mơ truyền động cho tải bang chuyền 1.1.2 Đồ thị tốc độ dự kiến tải động Tốc độ dự kiến tải: V = 2,5 m/s, bánh kính trống tời tịnh tiến R = 0,15m V R Suy tốc độ quay trống tời: ω= = Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 2,5 =16,67 rad/s 0,15 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Chọn hộp số có tỉ số truyền 15 Suy tốc độ cực đại trống tời quy trục động ω 0=¿ω ×15=¿¿ 250rad/s Tốc độ dài tải Hình 1.2 Đồ thị tốc độ mong muốn tải Tốc độ quay trống tời Đồ thị tốc độ mong muốn trống tời w (rad/s) 20 16.67 15 10 -5 0 -10 -16.67 -15 -20 Hình 1.3 Đồ thị tốc độ quay mong muốn trống tời Tốc độ quay động Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A w (rad/s) Đồ thị mong muốn động 300 250 200 100 0 0 -100 -200 -250 -300 Hình 1.4 Tốc độ quay mong muốn động Dựa vào đồ thị Hình 1.4, ta xác định trình hoạt động động sau: Quá trình chuyển động theo chiều kim đồng hồ  [0s ; 1s]: tốc độ quay động tăng dần từ ω đc =0 Rad /s đến ω đc =250 Rad / s  [1s ; 3s]: tốc độ quay động ổn định ω đc =250 Rad /s  [3s ; 4s]: tốc độ quay động giảm dần từ ω đc =250 Rad / s đến ω đc =0 Rad /s Quá trình đảo chiều  [4s ; 5s]: động đảo chiều, tốc độ tăng dần từ ω đc =0 Rad /s đến ω đc =250 Rad /s  [5s ; 7s]: động quay ổn định ω đc =250 Rad / s  [7s ; 8s]: tốc độ động giảm dần từ ω đc =250 Rad /s đến ω đc =0 Rad /s 1.1.3 Xác định momen, momen quán tính hệ quy đổi  Khối lượng trống tời: mt = kg  Khối lượng tải: m = 17 kg  K hệ số truyền hộp số: k = ω0 = 15 ωt mgr  Mc: Momen tải quy trục động cơ: Mc = k = Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 17.0,15.10 =1,7 Nm 15 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A  Jqđ: Momen quán tính động quy trục động  2 17.0,15 0,15 mr mt r + Jqđ = + = = 0.00395 2.15 2k 15 k dω M +⃗ M c =J qđ Ta có: ⃗ dt dω  Giai đoạn kéo tải lên: M = J qđ dt + M c (ω0−0) mgr = 2.6875 Nm + k mgr + Từ – 3s: M = = 1.7 Nm k + Từ – 1s: M = J qđ (0−ω 0) mgr = 0.7125 Nm + k dω Giai đoạn tải xuống: M = J qđ dt −M c ω −0 + Từ – 5s: M = J qđ −M c =−0.7125 Nm + Từ – 4s: M = J qđ  + Từ – 7s: M = - Mc = - 1.7 Nm + Từ – 8s: M = J qđ 0−ω0 −M c =¿ -2.6875 Nm Đồ thị Momen động M (nm) 2.6875 1.7 0.7125 0 4-0.7125 -1 -1.7 -2 -3  Suy ra: Mđt = -2.6875 √∑ i M i ∆ ti = 1,851 Nm t  Suy ra: Mđm = 1,851x 1.2 =2.22 Nm Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A 1.1.4 Tính cơng suất động  P = Mω (W)  Từ – 1s: ω=250 t 1 0 + P = ∫ Mωd ( t )=∫ 2.6875∗250 t∗d ( t )=335.93W  Từ – 3s: ω=250 rad /s P= ω∗M =250∗1.7=425 W  Từ – 4s: ω=−250 t + 1000 4 3 + P = ∫ Mωd ( t )=∫ 0.7125∗(−250 t+1000 )∗d ( t ) =89.06 W  Từ – 5s: ω=−250 t + 1000 5 4 + P = ∫ Mωd ( t )=∫ −0.7125∗(−250 t+ 1000 )∗d ( t )=89.06 W  Từ – 7s: ω=−250 rad / s, M= -1.7Nm P= ω∗M =−250∗(−1.7 )=425 W  Từ – 8s: ω=250 t−2000 8 7 + P = ∫ Mωd ( t )=∫ −2.6875∗( 250t−2000)∗d ( t )=335.93 W Đồ thị công suất động M (Nm) 800 700 671.875 600 500 425 400 425 300 178.125 200 100 0 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 9 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A  Suy Pđt = √ i ∑ P 2∗ti 1 ∑ ti =347.14 W  Suy Pđm = Pdt*1.3=451.282 Từ tính tốn ta chọn động : IP54 Pallet Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 10 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A  Tạo xung đủ điều kiện mở thyristor độ rộng xung tx < 10μs t x= I dt di dt Idt: dịng trì thyristor di : tốc độ tăng trưởng dòng tải dt Đối tượng cần điểu khiển đặc trưng đại lượng điều khiển góc α 3.1.4 Nguyên tắc điều khiển Mạch điều khiển thyristor phân loại theo nhiều cách Song mạch điều khiển dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha theo ta có hai nguyên lý khống chế ngang khống chế đứng Khống chế ngang phương pháp tạo góc α thay đổi cách dịch chuyển điện áp sang hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp tựa Nhước điểm phương pháp góc α phụ thuộc vào dạng điện áp tần số lưới, độ xác góc điều khiển thấp Khống chế đứng phương pháp tạo góc α thay đổi cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa Phương pháp có độ xác cao khoảng điều khiển rộng (0 ÷ 180o) Có hai phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính arccos Ta chọn phương pháp điểu khiển thẳng đứng tuyến tính Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 21 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A 3.2 Nguyên lý hoạt động khâu: 3.2.1 Khâu đồng pha Hình Nguyên lý hoạt động: Tại OPAMP A1: Trong nửa chu kỳ dương: U+(A1)>U-(A1) => UB>0 Trong nửa chu kỳ âm: U+(A1)>U-(A1) => UB>0 Tại OPAMP A2: Khi UB > T1 khóa U+(A2)>U-(A2) Ta xét mạch tích phân gồm: biến trở R3, tụ t C1, OPAMP A2 lúc U đb =U c =∫ −1 ×U B dt R ×C Vì UB = const => hàm tuyến tính Khi UB < T1 mở UB < U-(A2), diode D1 khóa Lúc này, U-(A2)=UC1=0 => Có dịng qua tụ tăng => Điện áp Uc âm để cân điện áp Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 22 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Hình 3.2.2 Khâu so sánh: Hình Nguyên lý làm việc: Tại OPAMP A3 ta có: U-(A3) = URC + Uđk; U+(A3) = Khi URC + Uđk <  U-(A3) < U+(A3) => UD = Vcc Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 23 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Hình 3.2.3 Khâu tạo xung chum: Đối với sơ đồ mạch, để giảm dịng cơng suất cho tầng khuếch đại tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở cách chắn, người ta hay phát xung chùm cho thyristor Nguyên tắc phát xung chùm trước vào tầng khuếch đại, ta đưa chèn thêm cổng AND với tín hiệu nhận từ tầng so sánh từ phát xung chùm hình vẽ: Hình Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 24 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Hình Nguyên lý làm việc: Giả sử lúc đầu ngõ UE = VCC => U+(A4) = R × V cc Lúc này, tụ C nạp theo R + R7 chiều từ ngõ qua R8 GND, tụ nạp điện áp tụ tăng, điện áp tụ UC = U-(A4) > U+(A4) = bảo hòa âm UE = −¿VCC => U+(A4) = R × V cc lúc UE đổi trạng thái sang mức R + R7 −R6 ×V cc Lúc này, tụ C xả theo chiều ngược R6 + R7 lại, tụ xả điện áp tụ giảm, UC = U-(A4) I =¿ B3 Chọn C3 cho C3 x R9 ≤ tx ⇒ C3≤ tx R9 3.3.5 Tính chọn tạo xung chùm: Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật tốn, ta chọn IC loại TL084, IC có khuếch đại thuật tốn Hình Thơng số IC TL084:  Điện áp nguồn nuôi: 𝑉𝑐𝑐 = ± 18𝑉 chọn Vcc = ± 12V  Hiệu điện hai đầu vào: ± 30𝑉  Nhiệt độ làm việc: T = −25 ÷ 850C  Cơng suất tiêu thụ: P = 0.68 W  Tổng trở đầu vào: 𝑅𝑖𝑛 = 106MΩ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 30 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A  Dòng điện đầu ra: 𝐼𝑟𝑎 = 30 𝑝𝐴  Dòng điện đầu vào: 𝐼𝑣 = 𝑚𝐴 du V  Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: dt =13( μs ) Mạch tạo xung chùm có tần số f = 2× t =¿ kHz, hay chu kì xung chùm: x T = =¿ f Ta có chu kỳ dao động: T =2 × R8 ×C × ln ⁡(1+ × R6 ) R7 Chọn R6 = R7 = T = Vậy ta có: R8 x C2 = Chọn tụ C2 = μF suy R8 = Để thuận tiện cho lắp mạch ta chọn R8 biến trở 3.3.6 Tính chọn tầng so sánh: Mỗi kênh điều khiển có khuếch đại thuật tốn đóng vai trị tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 Trong nguồn ni V cc =±12 V , điện áp vào A3, Uv = 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < 1mA R4 =R5 > Uv =¿ U lv Do ta chọn R4 = R5 = , dịng điện vào A3: I lv−max =¿ 3.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp tụ hình thành nạp tụ C1, mặt khác để đảm bảo phạm vi điều khiển rộng góc điều khiển α =0 ÷ 180o số thời gian tụ nạp được: τ =R3 ×C 1=¿ Chọn C1 = điện trở R3 = Để thuận tiện việc điều chỉnh lắp ráp mạch R thường chọn biến trở R3 lớn 10 𝑘Ω để điều chỉnh Chọn Transistor T1 loại A564 có thơng số: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 31 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Tranzitor loại PNP làm Si Điện áp Emitter Bazơ lúc mạch Collector: UEBO = 7V Dịng điện lớn có Collector chịu được: IC-max = 100 mA Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: TCP = 150º Hệ số khuếch đại : β = 250 Dòng cực đại bazo: I B 1= Ic β Điện trở để hạn chế dòng điện vào Bazơ Tranzitor T1 chọn sau: Chọn R2 thõa mãn điều khiển: R2 ≥ V cc =¿ IB Chọn điện áp đồng pha:UA = Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào khuếch đại vào khuếch đại thuật toán A1 thường chọn R1 cho dịng vào khuếch đại thuật tốn: Iv < mA Do đó: R1 ≥ UA Iv 3.3.8 Tạo nguồn nuôi Ta cần tạo nguồn điện áp U = ± 12V để cấp cho máy biến áp xung ni IC, điều chỉnh dịng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ở mạch cầu pha, ta có: U= √2 U2 π Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 32 U 2= U 2√ π Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A Hình Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912 Các thông số chung vi mạch là:  Điện áp đầu vào: UV = ÷ 35V  Điện áp đầu ra: Ura = 12V với IC 7812  Điện áp đầu ra: Ura = -12V với IC 7912  Dòng điện đầu Ir = ÷ 1A Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần song hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = CHƯƠNG 4: PBL NHĨM 36 +37 4.1 Tính mach cs Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 33 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A KẾT LUẬN CHUNG Abcde Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 34 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mohamed Hassan Ali, Abdelhamid Rabhi, Ahmed El hajjaji and Giuseppe M Tina “Real Time Fault Detection in Photovoltaic Systems”, 2016, Turin, ITALY Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn B 35 Hướng dẫn: TS Nguyễn Văn A