Đồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đ

Đồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đĐồ án truyền động điện đề bài thiết kế điều khiển truyền động hệ t đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển HỌC PHẦN: Đồ Án Truyền Động Điện Đề Bài:Thiết kế điều khiển truyền động hệ T-Đ Giảng viên hướng dẫn: Mai Hoàng Cơng Mình Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 4: Nguyễn Việt Bách –MSV: 18810410066 Nguyễn Trung Đức – MSV: 18810410040 Lớp: D13CNKTDK HÀ NỘI, 6/2022 MỤC LỤC CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Phân loại động chiều .5 1.2 Phương trình đặc tính 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.3.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ 1.3.2 Phương pháp thay đổi từ thông 1.3.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 1.4 Kết luận CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ T-Đ 10 2.1 Giới thiệu chung hệ T-Đ 10 2.2 Mơ hình hóa chỉnh lưu 11 2.3 Mơ hình hóa động chiều kích từ độc lập 12 2.3.1 Mơ hình toán chế độ độ động chiều kích từ độc lập 12 2.3.2 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thơng khơng đổi 14 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ .16 3.1 Sơ đồ khối hai mạch vòng hệ truyền động T-Đ .16 3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện .17 3.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện bỏ qua sức điện động động 17 3.2.2 Tổng hợp mạch vịng dịng điện có tính đến ảnh hưởng sức điện động động .18 3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 19 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ21 4.1 Tính tốn thơng số hệ thống 21 4.2 Xây dựng mơ hình động phần mềm Simulink 23 4.2.1 Chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh 23 4.2.2 Chế độ có tải Mc, khơng có mạch vịng điều chỉnh 24 4.2.3 Chế độ không tải Mc = 0, có mạch vịng điều chỉnh 25 4.2.4 Chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh .26 4.2.5 Thay đổi phụ tải Mc 27 4.3 Kết mô 28 4.3.1 Trường hợp 1: Đáp ứng tốc độ chế độ không tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh 28 4.3.2 Trường hợp 2: Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, chưa có mạch vịng điều chỉnh 29 4.3.3 Trường hợp 3: Đáp ứng tốc độ chế độ khơng tải Mc = 0, có mạch vòng điều chỉnh 30 4.3.4 Trường hợp 4: Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh 31 4.3.5 400Nm Trường hợp 5: Tải Mc thay đổi thời điểm 20s, từ 200Nm lên 32 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều loại máy điện biến điện dòng chiều thành Ở động chiều từ trường từ trường không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cung cấp dịng điện chiều Cơng suất lớn máy điện chiều vào khoảng 5-10 MW Hiện tượng tia lửa cổ góp hạn chế tăng công suất máy điện chiều Cấp điện áp máy chiều thường 120V, 240V, 400V, 500V lớn 1000V Không thể tăng điện áp lên điện áp giới hạn phiến góp 35V 1.1.1 Cấu tạo Hình 1.1 Mặt cắt dọc trục mặt cắt ngang trục máy điện chiều Động điện chiều phân thành phần: Phần tĩnh phần động - Phần tĩnh hay stato hay gọi phần kích từ động cơ, phận sinh trường gồm có:  Mạch từ dây kích từ lồng ngồi mạch từ, mạch từ làm sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay cịn gọi dây quấn kích từ làm dây điện từ, cuộn dây điện từ mắc nối tiếp với  Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối, tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với  Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông  Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại, máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy  Các phận khác:  Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang  Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại - Phần quay hay rôto: Bao gồm phận sau  Mạch từ làm vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với Trên mạch từ có rãnh để lồng dây quấn phần ứng  Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với theo qui luật định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi phiến góp, phiến góp ghép cách điện với cách điện với trục gọi cổ góp hay vành góp  Tỳ cổ góp cặp trổi than làm than graphit ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo 1.1.2 Phân loại động chiều  Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ  Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng  Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với phần ứng  Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng 1.2 Phương trình đặc tính Phương trình cân điện áp mạch phần ứng chế độ xác lập: (1) đó: : Điện áp phần ứng : Sức điện động phần ứng : Điện trở phần ứng : Điện trở phụ phần ứng Với: (2) đó: : Điện trở dây quấn phần ứng : Điện trở cực từ phụ : Điện trở cuộn bù : Điện trở tiếp xúc chổi điện Suất điện động Eu phần ứng động xác định theo biểu thức: (3) đó: : số đơi điện cực : số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng : số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng : tốc độ góc (rad/s) : từ thơng kích từ cực từ (Wb) Đặt : hệ số kết cấu động Nếu biểu diễn suất điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) Vì vậy: Trong đó: Kc hệ số suất điện động động Từ phương trình suy ra: (4) Đây phương trình đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Phân tích phương trình đặc tính (4) ta thấy để thay đổi tốc độ động cơ, dùng số biện pháp sau: Thay đổi điện trở mạch phần ứng động cơ; Thay đổi từ thông động cơ; Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng động 1.3.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ a Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ ; nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đường đặc tính cơ: (5) Ta thấy điện trở lớn mềm nhỏ nghĩa đặc tính dốc Hình 1.2 Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi điện trở phụ Ứng với Rf = ta có độ cứng tự nhiên có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, ta thay đổi R f ta họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên b Đặc điểm phương pháp  Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn  Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ phía giảm)  Chỉ áp dụng cho động điện có cơng suất nhỏ, tổn hao lượng điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thường dùng động điện cần trục  Đánh giá tiêu: Phương pháp điều khiển liên tục mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số mômen tải, tải nhỏ dải điều chỉnh nhỏ Phương pháp điều chỉnh dải D = :  Giá thành đầu tư ban đầu rẻ không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiển đơn giản 1.3.2 Phương pháp thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh momen điện từ động M = K.Φ.I suất điện động quay động E = K.Φ.ω Mạch kích từ động mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông hệ phi tuyến: (6) đó: thích; điện trở dây quấn kích thích; : điện trở nguồn điện áp kích : số vịng dây quấn kích thích Hình 1.3 Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi từ thông Độ cứng: Khi giảm từ thông để tăng tốc độ động độ cứng giảm 1.3.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Giả thiết từ thông Φ = Φdm = const, từ phương trình đặc tính tổng quát: (7) Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên Hình 1.4 Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi áp phần ứng Ta thấy rằng, thay đổi điện áp (giảm áp) momen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch giảm tốc độ động giảm với phụ tải định độ cứng không đổi Do phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động 1.4 Kết luận Qua phân tích cụ thể phương pháp điều chỉnh tốc độ ta thấy phương pháp điều chỉnh có ưu nhược điểm riêng phù hợp với yêu cầu công nghệ Trong hệ truyền động T-Đ, biến đổi điện mạch chỉnh lưu điều khiển có điện áp tải U d phụ thuộc vào giá trị góc điều khiển Chỉnh lưu dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng dịng điện kích thích động cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể truyền động mà dùng sơ đồ chỉnh lưu thích hợp Căn cơng nghệ đề tài ta thấy phương pháp thay đổi tốc độ cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động có nhiều ưu điểm như:  Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng  Điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp  Sai lệch tĩnh nhỏ, =const toàn dải điều chỉnh  Mức độ phù hợp tải  Mc = const; Pc = var Do ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng động CHƯƠNG MÔ HÌNH HĨA HỆ T-Đ 2.1 Giới thiệu chung hệ T-Đ Hệ T-Đ hệ thống chỉnh lưu điều khiển – động chiều thực điều khiển động theo nguyên lý thay đổi điện áp phần ứng Khi ta dùng chỉnh lưu có điều khiển chỉnh lưu dùng thyristor để làm nguồn chiều cung cấp cho phần ứng động điện chiều phần trước ta giới thiệu, ta có điện áp chỉnh lưu hệ là: (8) Vậy ta có phương trình đặc tính điện đặc tính hệ chỉnh lưu T – Đ không đảo chiều là: (9) (10) (11) đó: tốc độ khơng tải lý tưởng, lúc vùng dịng điện gián đoạn, hệ có thêm lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn, tốc độ không tải lý tưởng thực ω lớn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’0 hình (2.1) Vậy thay đổi góc điều khiển α = → π E d0 thay đổi từ Ed0 đến -Ed0 ta họ đặc tính song song với nằm bên phải mặt phẳng toạ độ [ω, I] [ω, M] (12) đó: XBA điện kháng máy biến áp; f1 tần số lưới; LưΣ điện cảm tổng mạch phần ứng m số pha chỉnh lưu Trong vùng dòng điện gián đoạn (ω’0 < ω0): 10 Chọn nên suy ra: (24) Suy ra: (25) CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ 4.1 Tính tốn thơng số hệ thống Thông số động  Công suất động Pđm = kW  Điện áp định mức Uđm = 641V  Tốc độ định mức nđm = 2951 v/p  Dòng điện định mức Iđm = 10A  Điện cảm mạch phần ứng Lu = 0,0035(H)  Điện trở mạch phần ứng Ru = 0,62(Ω)  Momen quán tính: J = 0,28 (kgm2)  Hằng số thời gian chỉnh lưu: TCL = 0,00167 (s)  Hằng số thời gian máy biến dòng Ti = 0,0025(s)  Hằng số thời gian máy phát tốc Tω = 0,0015(s) Tính tốn thơng số liên quan  Tốc độ định mức:  Momen định mức:  Từ thông:  Hằng số thời gian mạch phần ứng:  Hàm truyền động cơ: 21  Hàm truyền chỉnh lưu là:  Hệ số khuếch đại cảm biến dòng: Hàm truyền điều chỉnh dòng điện: Trong đó: Thay số ta được:  Hàm truyền điều chỉnh tốc độ: Ta có Chọn Hệ số khuếch đại cảm biến tốc độ: Thay số ta có: 22 23 4.2 Xây dựng mơ hình động phần mềm Simulink 4.2.1 Chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.1 Sơ đồ mơ chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh 24 4.2.2 Chế độ có tải Mc, khơng có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.2 Sơ đồ mơ chế độ có tải Mc, khơng có mạch vịng điều chỉnh 25 4.2.3 Chế độ khơng tải Mc = 0, có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.3 Sơ đồ mơ chế độ khơng tải Mc = 0, có mạch vịng điều chỉnh 26 4.2.4 Chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.4 Sơ đồ mơ chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh 27 4.2.5 Thay đổi phụ tải Mc Hình 4.5 Trường hợp phụ tải thay đổi 28 4.3 Kết mô 4.3.1 Trường hợp 1: Đáp ứng tốc độ chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.6 Đáp ứng tốc độ chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.7 Đáp ứng dong điện chế độ khơng tải Mc = 0, khơng có mạch vòng điều chỉnh 29 4.3.2 Trường hợp 2: Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, chưa có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.8 Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, chưa có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.9 Đáp ứng dịng điện chế độ có tải Mc, khơng có mạch vòng điều chỉnh Nhận xét chung cho trường hợp chưa có mạch vịng điều chỉnh  Khi chưa có mạch vịng điều chỉnh, ta điều chỉnh tốc độ động cơ, giá trị tốc độ động xác lập nhỏ giá trị định mức, động hoạt động chế độ không tải, tốc độ động lớn ta tăng Mc = 200Nm trường hợp 2, tăng tải tốc độ 30 động giảm xuống công suất động không đổi P = T.ω, nhiên muốn động ổn định giá trị đặt, ta phải cần điều khiển  Momen bám với giá trị Tload đặt, với thời gian xác lập nhỏ (cỡ 1s) 4.3.3 Trường hợp 3: Đáp ứng tốc độ chế độ không tải Mc = 0, có mạch vịng điều chỉnh Tốc độ đặt giá trị định mức động cơ: Hình 4.10 Đáp ứng tốc độ chế độ khơng tải Mc = 0, có mạch vịng điều chỉnh 31 Hình 4.11 Dịng điện phần ứng 4.3.4 Trường hợp 4: Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.12 Đáp ứng tốc độ chế độ có tải Mc, có mạch vịng điều chỉnh Hình 4.13 Dịng điện phần ứng Nhận xét chung cho trường hợp có mạch vòng điều khiển, động hoạt động chế độ không tải tải thay đổi: 32  Kết mô tốc độ động DC cho thấy tốc độ động bám tốt theo tốc độ đặt (tại thời điểm xác lập, sai lệch tĩnh =0);  Nhận thấy dòng điện chạy cuộn dây stator tỉ lệ thuận với mô men điện từ động cơ, với lý thuyết động chiều, ta có tải, nhờ có điều khiển dòng điện, giá trị Tload bám sát giá trị đặt tải, thời gian xác lập nhỏ khoảng 0,9s 4.3.5 Trường hợp 5: Tải Mc thay đổi thời điểm 20s, từ 200Nm lên 400Nm Hình 4.14 Giá trị Tload 33 Hình 4.15 Đáp ứng tốc độ trường hợp tải Mc thay đổi Hình 4.16 Đáp ứng dong điện phần ứng Nhận xét chung: o Kết mô tốc độ động DC cho thấy tốc độ động bám tốt theo tốc độ đặt với thời gian độ 0,4s với sai lệch tĩnh 0% o Dòng điện chạy cuộn dây stator tỉ lệ thuận với mô men điện từ động Khi tải thay đổi mơ men điện từ có thay đổi theo tương ứng để giữ cho tốc độ động không thay đổi bám sát giá trị đặt tải 34 35 ... pháp thay đ? ??i t? ?? thơng Điều chỉnh t? ?? thơng kích thích đ? ??ng điện chiều điều chỉnh momen điện t? ?? đ? ??ng M = K.Φ.I su? ?t điện đ? ??ng quay đ? ??ng E = K.Φ.ω Mạch kích t? ?? đ? ??ng mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh... 32  K? ?t mô t? ??c đ? ?? đ? ??ng DC cho thấy t? ??c đ? ?? đ? ??ng bám t? ? ?t theo t? ??c đ? ?? đ? ? ?t (t? ??i thời điểm xác lập, sai lệch t? ?nh =0);  Nhận thấy dòng điện chạy cuộn dây stator t? ?? lệ thuận với mô men điện t? ?? đ? ??ng. .. kích t? ?? đ? ??c lập có t? ?? thơng khơng đ? ??i 15 CHƯƠNG T? ??NG HỢP HỆ TRUYỀN Đ? ??NG T- Đ 3.1 Sơ đ? ?? khối hai mạch vòng hệ truyền đ? ??ng T- Đ Hệ thống điều chỉnh t? ??c đ? ?? vịng kín đ? ?n dùng phản hồi âm t? ??c đ? ?? điều