Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển hai mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ cho hệ chỉnh lưu động cơ điện một chiều kích từ độc lập Thông số của động cơ: P= 200 kW; Udm = 600 V; Ra = 0.07 ohm; La = 0.007 H; Kphi = 2.34 Vrads; ndm = 2700 vòng phút. Tải mô men ma sát có B = 0.05 Nmrads; J = 100 kg.m2. Bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng là chỉnh lưu cầu 3 pha. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi bỏ qua sức điện động của động cơ. Yêu cầu: Chương 1: Tổng quan về công nghệ Chương 2. Hệ truyền động Chỉnh lưu Động cơ một chiều Chương 3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh nối cấp Chương 4. Mô phỏng hai mạch vòng điều khiển động cơ.
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương Tổng quan công nghệ .2 1.1 Giới thiệu chung .2 1.2 Cấu tạo phân loại 1.2.1 Cấu tạo .2 1.2.2 Phân loại,ưu nhược điểm động chiều .3 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều kích từ độc lập .4 1.4 Phương trình đặc tính 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.5.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ 1.5.2 Phương pháp thay đổi từ thông .7 1.5.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng .8 1.6 Kết luận Chương Hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều .10 2.1 Phân tích cấu tạo nguyên lý hệ T-Đ 10 2.1.1 Giới thiệu chung hệ T-Đ 10 2.1.2 Giới thiệu chỉnh lưu cầu ba pha 11 2.2 Hệ T-Đ không đảo chiều 13 2.2.1 Nguyên lý hệ T-Đ không đảo chiều 13 2.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ hệ T-Đ 14 2.3 Tổng quan hệ T-Đ đảo chiều 15 2.3.1 Nguyên tắc xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều 15 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc .15 2.4 Kết luận 16 Chương 3: Tổng hợp hệ thống điều chỉnh tự động hệ truyền động T-Đ 17 3.1 Mơ hình hóa động chiều kích từ độc lập .17 3.1.1 Mơ hình tốn chế độ q độ động chiều kích từ độc lập 17 3.1.2 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thông không đổi 19 3.2 Mô hình hóa chỉnh lưu (Cầu pha) .20 3.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 21 3.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 23 3.5 Tính tốn thơng số hệ thống 24 3.5.1 Tính tốn thơng số động 24 3.5.2 Tính tốn thông số điều khiển .24 Chương : Mô 26 4.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB 26 4.1.1 Giới thiệu chung 26 4.1.2 Giao diện 27 4.1.3 Một số thao tác Matlab .28 4.2 Mô hệ thống 29 4.2.1 Mô động chiều 29 4.2.2 Mơ hệ thống điều khiển hai mạch vịng điều chỉnh dòng điện tốc độ 30 KẾT LUẬN .33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .34 DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Thiết kế mô hệ thống điều khiển hai mạch vòng điều chỉnh dòng điện tốc độ cho hệ chỉnh lưu - động điện chiều kích từ độc lập Thơng số động cơ: P= 200 kW; Udm = 600 V; Ra = 0.07 ohm; La = 0.007 H; Kphi = 2.34 V/rad/s; ndm = 2700 vịng/ phút Tải mơ men ma sát có B = 0.05 Nm/rad/s; J = 100 kg.m2 Bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng chỉnh lưu cầu pha Tổng hợp điều chỉnh dòng điện bỏ qua sức điện động động Yêu cầu: Chương 1: Tổng quan công nghệ Chương Hệ truyền động Chỉnh lưu - Động chiều Chương Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh nối cấp Chương Mơ hai mạch vịng điều khiển động LỜI NÓI ĐẦU Hiện động điện chiều đóng vai trị quan trọng ngành cơng nghiệp sống Động điện chiều ứng dụng phổ biến ngành cơng nghiệp khí, nhà máy cán thép, nhà máy xi măng, tàu điện ngầm cánh tay robot ; để thực nhiệm vụ cơng nghiệp đại với độ xác cao, lắp ráp dây chuyền sản xuất, yêu cầu có điều khiển tốc độ Đối với phương pháp điều khiển kinh điển, cấu trúc đơn giản bền vững nên điều khiển PID ( tỉ lệ, tích phân, đạo hàm ) dùng phổ biến hệ điều khiển công nghiệp Mục tiêu điều khiển nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, thực tế có nhiều đối tượng điều khiển khác nhau, với yêu cầu đặc tính phức tạp khác Do cần phải tiến hành nghiên cứu, tìm phương pháp điều khiển cho hệ truyền động điện ngày đạt chất lượng điều chỉnh cao, mức chi phí thấp hiệu đạt cao nhất, đáp ứng yêu cầu tự động hóa truyền động điện dây chuyền sản xuất Trong học kì em nhận đề tài : “Cho hệ truyền động vị trí sử dụng động – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng điều khiển cho hệ sử dụng động truyền động động chiều kích từ độc lập” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Trần Tiến Lương q trình làm đồ án mơn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thêm thầy, cô Chương Tổng quan công nghệ 1.1 Giới thiệu chung Động điện chiều loại máy điện biển điện dòng chiều thành năng.Ở động chiều từ trường từ trưởng không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cung cấp dòng điện chiều Động điện chiều phân loại theo kích từ thành loại sau: - Kích từ độc lập Kích từ song song Kích từ nối tiếp Kích từ hỗn hợp Công suất lớn máy điện chiều vào khoảng 5-10 MW Hiện tượng tia lửa cổ góp hạn chế tăng cơng suất máy điện chiều Cấp điện áp máy chiều thường 120V, 240V, 400V, 500V lớn 1000V Khơng thể tăng điện áp lên điện áp giới hạn phiến góp 35V 1.2 Cấu tạo phân loại 1.2.1 Cấu tạo Động điện chiều gồm hai phần phần tĩnh phần động Hình 1.Cấu tạo động chiều 1- Thép, 2- Cực với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5- Lõi thép, 6Cuộn phần ứng, 7- Thiết bị chổi, Cỗ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây * Phần tĩnh hay stato hay cịn gọi phần kích từ động cơ, phận sinh trường gồm có: - Mạch từ dây kích từ lồng ngồi mạch từ (nếu động kích từ nam châm điện), mạch từ làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay cịn gọi dây quấn kích từ làm dây điện từ, cuộn dây điện tử mắc nối tiếp với - Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi 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 dòng điện từ phần quay 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 - Phần sinh sức điện động gồm có: 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 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 Tỷ cổ góp cặp trổi than làm than graphit ghép sát vào thành cổ góp nhờ lị xo 1.2.2 Phân loại,ưu nhược điểm động chiều * Phân loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ta có loại động điện chiều thường sử dụng: - 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, làm cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với tốc qua phần ứng * Ưu nhược điểm động điện chiều Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động điện) xoay chiều ngày sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định công nghiệp giao thông vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp Nhưng ưu điểm mà máy điện chiều thiếu sản xuất đại - Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao - Nhược điểm chủ yếu động điện chiều có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành tin cậy khơng an tồn mơi trưởng rung chấn, dễ cháy nổ 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều kích từ độc lập Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập Lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.1 Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập Ở ta dùng động chiều nam châm kích từ độc lập nên có từ thơng đ khơng đổi nên khơng cần quan tâm đến vấn đề kích từ Nếu momen động điện sinh lớn momen cản, roto bắt đầu quay suất điện động E tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên E, dòng điện lư giảm theo, m giảm khiến n tăng chậm Tăng dần lạ cách tăng U, giảm điện trở mạch điện phần ứng máy đạt tốc độ định mức Trong trình tăng lư cần ý khơng để lớn so với làm để không xảy cháy động 1.4 Phương trình đặc tính Ta có phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uư =Eư + (Rư + Rf) Iư (1.1) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng(V) Eư:Sức điện động phần ứng(V) Rư: Điện trở mạch phần ứng(Ω) Iư:Dòng điện mạch phần ứng (A) Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cuộn dây cực từ phụ rct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: Trong P:Số đơi cực từ N:Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a:Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Ф:Từ thơng kích từ cặp từ ω:Tốc độ góc (rad/s) Hệ số cấu tạo động Từ (1.1) (1.2) ta có : Biểu thức phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mơ men điện từ Mđt động xác định bởi: 𝑀đ𝑡= K Ф.Iư Với (1.4) thay giá trị I vào (1.3) ta có: (1.5) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mô men điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa là: Mđt = Mcơ = M (1.6) Đây phương tình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Phân tích phương trình đặc tính (1.8) ta thấy để thay đổi tốc độ động cơ, dùng số biện pháp sau: - Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng động Ud - Thay đổi từ thông động ɸ - Thay đổi điện trở mạch phần ứng động Ru, ví dụ cách nối tiếp với phần ứng điện trở phụ 1.5.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ U=U đm , ɸ = ɸđm nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đường đặc tính cơ: β= ΔM Δω = ( K ɸ) Rư + Rf Ta thấy điện trở lớn B nhỏ nghĩa đặc tính dốc