THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Đề số 49 : Cho hệ truyền động như hình vẽ. Động cơ truyền động phải nâng vật có tải trọng P theo yêu cầu – gia tốc khi nâng không quá 1.5m/s 2 . Yêu cầu điều khiển vị trí của vật cần nâng. Động cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ hỗn hợp Yêu cầu nội dung Thông số kỹ thuật - Xây dựng mô minh mô hình động cơ một chiều - Xây dựng mô hình điều khiển truyền động cho hệ - Tính chọn các bộ điều khiển - Mô phỏng đáp ứng trên Simulink và đánh giá kết quả P đm =50(kW), Tải trọng (1000-1600 kg), v=1.5m/s, a=1.5m/s 2 , - Hiệu suất cơ cấu (η) 0,85 - Tỉ số truyền (i) : 10 - Đường kính puli (tời): 0,7(m) Giáo viên hướng dẫn: TRẦN TIẾN LƯƠNG Sinh viên thực hiện : PHẠM VĂN PHƯƠNG Mã sinh viên : 39201 Nhóm : N03 1 Đề cương sơ bộ Chương 1. Giới thiệu chung 1.Giới thiệu chung về động cơ truyền động 1.1.Sơ lược về động cơ một chiều 1.2.Giới thiệu chi tiết hơn về động cơ một chiều 1.2.1. Phần tĩnh hay stato. 1.2.2.Phần quay hay roto 1.2.3.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 1.2.4. Phương pháp kích từ của động cơ điện một chiều 2. Yêu cầu công nghệ 2.1. Cơ cấu nâng vật có tải trọng theo thời gian Chương 2. Giới thiệu về cấu trúc truyền động 2.1.Đề xuất cấu trúc chung của hệ truyền động 2.2.Các thành phần của hệ truyền động và mô hình toán của các thành phần 2.2.1.Bộ điều khiển 2.2.2.Bộ biến đổi 2.2.3.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2.2.4.Thiết bị đo lường Chương 3. Tổng hợp các bộ điều khiển và kết quả mô phỏng 3.1.Tổng hợp các bộ điều khiển 3.2. Kết quả mô phỏng 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 1.1. Sơ lược về động cơ điện một chiều a. Khái niệm Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điệntừ qua y, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một và cho dòng điệnchạy qua dây dẫn thì trường sẽ tác dụng một lựctừ vào dòng đi ện (vào dây dẫn) vàlàm dây dẫnlàm dây dẫn chuyển động.Động cơ điệnbiến đổi điện năng thành cơ năng. b. Cấu Tạo Gồm hai phần: - phần đứng yên stato (gọi là phần tĩnh ) - phần chuyển động roto (gọi là phần quay ) Hình 1.1: Mặt cắt ngang trục máy động cơ điện một chiều 1.2. Giới thiệu chi tiết hơn về động cơ điện một chiều 1.2.1- Phần tĩnh hay stato. 3 Hay còn gọi là phần kích từ động cơ,là bộ phận sinh ra từ trường.Gồm có mạch mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ(nếu động cơ đượckích từ bằ ng nam châm điện) - mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc,thép đặc ) - Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ nay được nối tiếp với nhau. a. Cực từ chính Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm Ðp lại và tán chặt.Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chínhvà dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy 4 điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còncó tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang - Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi Than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnhvị trí chổi than cho đúng chỗ.Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. 1.2.2.Phần quay hay rôto. Bao gồm những bộ phận chính sau : Là phần sinh ra suất điện động .Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có sẻ rãnh đẻ lồng dây quấn phần ứng (làm bằng daay điện từ ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi nhau theo mét qui luật nhất định.Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp . 5 Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo. a. Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi Ðp chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi Ðp lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những l ỗ thông gió để khi Ðp lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục . Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đo ạn nhỏ, giữa những đoạn đó có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được Ðp trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto c ó thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b. Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy 6 qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõithép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặcđai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c. Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V Ðp chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử 1.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng . - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ - Nguồn phần ứng đượcđưavào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng. Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái. 7 Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay .Các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E ư chiềucủa suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải ,ở động cơ chiế u sđđ E ư ngược chiều dòng điện I ư nên E ư được gọi là sứ phản điện động. Phương trình cân băng điện áp : U = E ư + R ư .I ư +I ư . 1.2.4. Phương pháp kích từ của động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều ngườ i ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :  Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ song song : Dây quấn kích từ được nối song song với mạch phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp : Dây quấn kích từ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp : Dây quấn kích từ có hai cuộn dây, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp. 8 Hình 1.2 : Các loại động cơ điện một chiều a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Với mỗi loại động cơ trên Là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điềukhiển và ứng dụng là tươn g đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố. Ở đề tài này ta chỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. 2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 2.1. Cơ cấu nâng vật có tải trọng theo thời gian 2.1.1. Khái niệm cơ cấu nâng Cơ cấu nâng là quá trình thay đổi vị trí các vật nặng dạng khối hoặc các vật phẩm rời vụn với khối lượng lớn nhỏ nhờ các thiết bị nâng chuyển như Palang, cần trục, băng tải, xích tải, con lăn, đường ống 2.1.2. Phân loại cơ cấu nâng chuyển Căn cứ vào chuyển động chính người ta phân cơ cấu nâng làm 2 nhóm. a. Máy vận chuyển theo chu kỳ( máy nâng).  Đặc điểm. - Hoạt động có tính chất chu kỳ( luôn phiên giữa thời kì làm việc và thời kỳ nghỉ của cơ cấu máy). 9 - Phần chủ yếu của máy vận chuển theo chu kỳ là máy trục. - Vận chuyển vật nạng theo hướng thẳng đứng và một số chuyển động khác trong mặt phẳng ngang, trong đó cơ cấu năng là cơ cấu chủ yếu. - Chúng có thể làm việc trong nhà hoặc ngoài trời.  Phân loại. - Theo công dụng phân làm 3 nhóm lớn.  Máy trục đơn giản: Là máy có một chuyển động chủ yếu là nâng hạ (kích, tời, palang ).  Máy trục thông dụng: Là các loại máy có từ 2 chuyển động trở lên (cần trục, cần cẩu ).  Máy trục đặc chủng: Là các laoij máy trục đậc biệt dùng riêng theo yêu cầu nào đó (thang máy, cơ cấu năng ). - Theo đặc tính di chuyển phân thành các loại như: Kích, kích trục vít, kích thanh răng, thang máy, cần trục cố định, cần trục di động, cần trục nối b. Máy vận chuyển liên tục.  Đặc điểm. - Vật phẩm dược di chuyển thành dòng liên tục và ổn định. - Có thể bốc dỡ tải ngay trong quá trình vận chuyển.  Phân loại. - Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo: Băng tải, xích - Máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo: Vít tải, hệ thống đường lăn, ống dẫn 2.1.3. Các thông số cơ bản của máy nâng. - Sức nâng kí hiệu là [Q] có đơn vị đo là tấn, kg, là trọng lượng lớn nhất máy có thể nâng được ở trạng thái làm việc nhất định nào đó của máy. - Tầm với R, m là khoảng cách theo phương nhang từ tâm thiết bị mang vật đến trục quay của máy. Tầm với chỉ có ở các cần trục có tay cầm. - Mômen tải M Q , tm, kNm là tích số giữa sức nâng và tầm với. Mômen tải có thể không đổi hoặc thay dổi theo tầm với. - Chiều cao nâng H, m là khoảng cách từ mặt bằng máy đến tâm thiết bị mang vật ở vị trí cao nhất. Với các cần trục có tay cầm thì chiều cao nâng thay đổi phụ thuộc vào tầm với. 10 [...]... phải thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện, tiếp đến coi cả mạch vòng dòng điện là một khâu trong hệ thống điều chỉnh tốc độ quay để thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quay, tiếp tục coi cả mạch vòng tốc độ là một khâu trong hệ điều chỉnh vị trí để thiết kế bộ điều chỉnh vị trí 3.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện Mạch vòng điều khiển dòng điện có nhiệm vụ tăng đáp ứng của dòng điện khi điều khiển động cơ điện. .. kbd : hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu 18 2.2.3 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp là động cơ điện có 2 nguồn kích từ gồm cuộn kích từ nối tiếp và cuộn kích từ song song Như vậy nếu coi động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp tương đương như động cơ điện 1 chiều kích từ song song hay độc lập nhưng sẽ có các thông số của cuộn kích từ sau khi đã biến đổi bằng tổng. .. biến đổi Khi đó ta sẽ được động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập tương đương Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay được sử dụng vì nó có nhiều ưu điểm Sơ đồ thay thế động cơ một chiều kích từ độc lập như sau: Hình 2.7: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập ĐC: Động cơ điện một chiều Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ Iư: Dòng điện phần ứng Ikt: Dòng điện kích từ : Từ thông kích từ... dòng của động cơ không vượt quá ngưỡng cho phép Mặt khác, nhiệm vụ của bộ điều khiển là thiết lập dòng phần ứng bằng giá trị đặt trước sự tác động của nhiễu Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng dòng điện Đối với động cơ một chiều, bộ điều khiển dòng có thể tổng hợp theo 2 cách: 26 - Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi bỏ qua suất điện động phần ứng - Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi tính đến suất điện động phần... 19 Me: Momen điện từ Mc: Momen cản : Tốc độ góc của động cơ  Mô hình toán ở chế độ xác lập của động cơ một chiều kích từ độc lập + Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: Uư = E + Iư.Rư + Phương trình sức điện động động cơ: + Phương trình momen điện từ: + Phương trình đặc tính cơ:  Mô hình toán ở chế độ quá độ của động cơ một chiều kích từ độc lập Hệ phương trình được viết cho động cơ dưới dạng toán... hiệu vị trí: Trong đó: - hằng số thời gian của cảm biến đo vị trí - hệ số phản hồi vị trí 25 CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.1.TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN Việc tổng hợp các bộ điều khiển đều được tiến hành theo phương pháp tiêu chuẩn module tối ưu hoặc tiêu chuẩn module tối ưu đối xứng Nguyên tắc chung để thiết kế hệ thống điều khiển ba mạch vòng kín là: Bắt đầu từ vòng trong ,... truyền của thiết bị đo dòng điện Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại đầu vào khống chế hệ thống người ta tạo một tín hiệu điện áp tỉ lệ với tín hiệu dòng điện 24 Có nhiều cách để lấy tín hiệu dòng điện nhưng đơn giản nhất có thể dùng là máy biến dòng Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện: Trong đó: TI – hằng số thời gian của máy biến dòng KI - hệ số phản hồi dòng điện c... động phần ứng Trong những trường hợp quán tính cơ của động cơ lớn hơn nhiều so với quán tính điện, nghĩa là tại một thời điểm có thể xem sự thay đổi về dòng điện lớn hơn nhiều lần so với sự thay đổi của tốc độ và tại những điểm đó xem như tốc độ không đổi Khi cần chính xác ta phải tính đến suất điện động của động cơ Ta tổng hợp bộ điều khiển dòng RI khi bỏ qua suất điện động phần ứng: Hình 3.2: Mô... phần ứng Trong trường hợp này mô hình toán của động cơ chỉ có hai phương trình là phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng và chuyển động cơ học:  Phương trình cân bằng mạch phần ứng: Với  Phương trình chuyển động cơ học: Với Do , đặt ta có: Từ các phương trình này ta xây dựng được mô hình của động cơ một chiều kích từ độc lập từ thông không đổi như sau: 23 Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ... Thyristor với chuyển mạch tự nhiên và có điện áp ra là một chiều là các thiết bị điện, biến nguồn điện xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều điều khiển được 17 Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu cầu ba pha Sơ đồ mạch điện gồm 6 tiristor công suất Các điện áp U 2 xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu Các tiristor T1,3,5 và T2,4,6 có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện để cung cấp nguồn điện một chiều cho tải Các tiristor . TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Đề số 49 : Cho hệ truyền động như hình vẽ. Động cơ truyền động phải nâng vật có. loại động cơ điện một chiều a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Với. gian của mạch chỉnh lưu k bd : hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu 18 2.2.3. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp là động cơ điện có 2 nguồn kích từ gồm cuộn