Đồ án truyền động điện đề tài thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ

TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐÀ NẴNG – NĂM 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Gi ới thiệu, mơ tả tốn 1.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động điện 1.3 Ph ân tích yêu cầu tốc độ động 1.4 Ch ọn phương án truyền động 1.5 Tín h chọn cơng suất động 1.6 Tính chọn thành phần hệ điều khiển truyền động điện 11 1.6.1.Chọn động 11 1.6.2.Chọn cảm biến tốc độ 13 1.6.3.Chọn IGBT cho mạch nghịch lưu 13 1.6.4.Chọn lọc chiều 14 1.6.5.Chọn diode cho mạch chỉnh lưu 14 1.7 Xác định tham số hệ thống 15 1.7.1.Tham số động 15 1.7.2.Tham số hộp số 15 1.7.3.Tham số encoder 15 1.7.4.Tham số diode mạch chỉnh lưu 15 Trang 1.7.5.Tham số IGBT mạch nghịch lưu 16 1.8 Sơ đồ mạch phần cứng .16 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 18 2.1 Mơ hình tốn học động 19 2.2 X ây dựng mơ hình tốn học khâu hệ thống .22 2.2.1.Mơ hình tốn học cảm biến 22 2.2.2.Mơ hình tốn học điều khiển 23 2.2.3.Mơ hình tốn học biến đổi uvw/αβ 23 2.2.4.Mơ hình tốn học biến đổi dq/αβ .23 2.2.5.Mơ hình tốn học mơ hình từ thơng .23 2.3 X ây dựng mơ hình tốn học hệ thống 24 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 25 3.1 S đồ cấu trúc phần điều khiển 25 3.2 X ác định luật điều khiển 26 3.3 P hân tích mạch vòng điều khiển .27 3.3.1.Mạch vòng điều khiển dòng điện isd 27 3.3.2.Mạch vòng điều khiển dòng điện isq 28 3.3.3.Mạch vịng điều khiển từ thơng phird 30 3.3.4.Mạch vòng điều khiển tốc độ w 31 3.4 C ác tham số thuật toán điều khiển 33 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 34 Trang 4.1 M ô hệ thống phần mềm Matlab – Simulink 34 4.2 P hân tích kết mơ 35 4.2.1.Đồ thị tốc độ momen điện từ 35 4.2.2.Đồ thị momen điện từ dòng isq 36 4.2.3.Đồ thị từ thơng phird dịng isd 37 4.3 Đ ánh giá chất lượng hệ truyền động 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 Trang DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Tải hệ thống truyền động điện Hình Đồ thị tốc độ mong muốn tải Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động điện Hình Đồ thị tốc độ mong muốn động Hình Đồ thị momen mong muốn động Hình Đồ thị cơng suất mong muốn động 10 Hình Đồ thị momen mong muốn khả đáp ứng động 13 Hình Sơ đồ chi tiết mạch động lực 16 Hình 10 Sơ đồ chi tiết mạch động lực 18 Hình 11 Mơ tả tốn học động 22 Hình 12 Mơ hình tốn học hệ thống 24 Hình 13 Sơ đồ cấu trúc phần điều khiển 25 Hình 14 Mạch vòng điều khiển dòng điện isd 27 Hình 15 Đồ thị đáp ứng dịng isd isd_ref 28 Hình 16 Mạch vịng điều khiển dịng điện isq 28 Hình 17 Đồ thị đáp ứng dòng isq isq_ref 29 Hình 18 Mạch vịng điều khiển từ thông phird 30 Hình 19 Đồ thị đáp ứng từ thơng phird phird_ref 31 Hình 20 Mạch vòng điều khiển tốc độ w 31 Hình 21 Đồ thị đáp ứng tốc độ w w_ref 32 Hình 22 Sơ đồ mạch động lực 34 Hình 23 Sơ đồ mạch điều khiển 34 Hình 24 Đồ thị tốc độ momen điện từ 35 Hình 25 Đồ thị momen điện từ dòng isq 36 Hình 26 Đồ thị từ thơng phird dịng isd 37 Trang Chương 1: Giới thiệu công nghệ, xây dựng phương án truyền động CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN 1.1 TRUYỀN ĐỘNG Giới thiệu, mơ tả tốn Đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động xoay chiều pha không đồng (IM)” Hình Tải hệ thống truyền động điện Bài toán đặt ra: Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động xoay chiều pha khơng đồng để kéo tải băng chuyền hình vẽ, với số liệu ban đầu sau:  Nguồn điện xoay chiều pha 220/380 V  Tải hệ thống: = 0.2 , =4 Quá trình hoạt động động để kéo tải băng chuyền cần đảm bảo tốc độ tải đáp ứng theo đồ thị đây: u(m/s ) 2 -2 -4 -6 Hình Đồ thị tốc độ mong muốn tải Trang Chương 1: Giới thiệu công nghệ, xây dựng phương án truyền động Từ phân tích yêu cầu toán trên, ta tiến hành xây dựng sơ đồ tổng thể hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện xoay chiều pha khơng đồng sau: Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống Trung tâm hệ thống truyền động điện động xoay chiều pha không đồng Để cấp nguồn cho động cơ, ta cần sử dụng nguồn điện xoay chiều pha Vì động cần kéo tải cho tốc độ bám theo tốc độ tải mong muốn nên cần sử dụng biến tần Bộ biến tần có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều pha không đổi thành nguồn điện xoay chiều pha biến đổi (biên độ, tần số, góc pha) để đặt lên cực động mà điều khiển yêu cầu Các thơng số động hoạt động dịng điện pha stator, tốc độ quay trục rotor đo cảm biến phản hồi điều khiển Dựa giá trị thực đầu vào tốc độ đặt động cơ, điều khiển có nhiệm vụ tính tốn đưa tín hiệu để phát xung điều khiển đóng/mở van bán dẫn công suất mạch nghịch lưu biến tần để điều khiển điện áp cấp cho động  Nhiệm vụ đồ án môn học: Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện: Thực tính chọn động cơ, cảm biến thành phần khác có sử dụng hệ thống  Mơ hình hóa tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng  Điều khiển tốc độ động cho tốc độ tải bám theo tốc độ mong muốn đặt  Kiểm nghiệm thông số khác (như momen điện từ, dòng điện pha,…) hệ hống hoạt động Trang Chương 1: Giới thiệu công nghệ, xây dựng phương án truyền động 1.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động điện Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống truyền động điện Về tổng thể, hệ thống cấu tạo thành phần:  Phần cứng: gồm biến tần có chức biến đổi nguồn điện khơng đổi thành nguồn điện biến đổi (về tần số) để điều khiển động hoạt động đảm bảo yêu cầu tải Ngồi ra, cịn có cảm biến tốc độ encoder để phản hồi tốc độ thực động chương trình điều khiển  Phần mềm: sử dụng Controller điều khiển việc đóng mở van bán dẫn công suất để biến đổi nguồn điện cấp cho động 1.3 Phân tích yêu cầu tốc độ động Vì động chuyển động quay, tải chuyển động thẳng nên: Ta có đồ thị tốc độ mong muốn động cơ: Trang Chương 1: Giới thiệu công nghệ, xây dựng phương án truyền động ω(rad/s) 30 20 10 0 10 20 Hình Đồ thị tốc độ mong muốn động Vậy trình truyền động biểu diễn thành giai đoạn:  Giai đoạn 1: động tăng tốc từ = → 25 (rad/s) vòng 1s   Giai đoạn 2: động giữ nguyên tốc độ vòng 2s  Giai đoạn 3: động giảm tốc dần  Giai đoạn 4: động đảo chiều  Giai đoạn 5: động giữ nguyên tốc độ vòng 2s Giai đoạn 6: động giảm tốc dần = (rad/s) vòng 1s 1.4 Ở = (rad/s) vòng 0.5s = → −25 (rad/s) vòng 0.5s Chọn phương án truyền động đây, ta chọn phương án truyền động điều khiển cho động pha khơng đồng bộ, có đảo chiều phương pháp điều khiển tựa theo từ thơng, đó:  Bộ biến đổi biến tần: biến đổi từ nguồn xoay chiều khơng đổi thành nguồn xoay chiều có tần số thay đổi được, đồng thời để đảo chiều động  Bộ Controller: so sánh giá trị đặt giá trị cảm biến đo được, thơng qua hàm tính tốn giá trị để điều khiển  Động cơ: biến đổi điện thành để quay tải theo yêu cầu  Encoder: đo tốc độ quay động để phản hồi controller  Nguồn điện xoay chiều pha: nguồn cấp cho hệ thống hoạt động 1.5 Tính chọn cơng suất động Trang Chương 1: Giới thiệu công nghệ, xây dựng phương án truyền động Vì chưa chọn động nên bỏ qua giá trị , sau chọn động ta kiểmnghiệm lại sau Trang