Tổng hợp hệ thống điện cơ bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ hệ truyền động T-D

Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc .Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ

S inh viên thực hiện : Vũ Trung Dũng

Nguyễn Trung Toàn Lớp: ĐH TĐH2 – K5

Lời nói đầu 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 6

1.1.Giới thiệu Tiristor 6

1.2 Giới thiệu động cơ một chiều 7

1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều 12

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ 15

2.1 Xây dựng cấu trúc của hệ thống: 15

2.2 Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động 16

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CẤU TRÚC VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU 17

3.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh 17

3.2 Tính toán thông số bộ điều chỉnh 19

CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU ĐỐI XỨNG 21

4.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh 21

4.2 Tính toán thông số bộ điều chỉnh 23

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ 25

5.1 Mô phỏng trên Matlab Simulink 25

CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 32

6.1 Sơ đồ nguyên lý 32

6.2 Tính chọn mạch động lực 32

6.2.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor 32

6.2.2 Các thông số của động cơ 33

6.2.3 Tính chọn thyristor 34

6.2.4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 35

6.3 Mạch điều khiển 42

6.3.1 Sơ đồ nguyên lý 42

6.3.2 Nguyên tắc điều khiển 42

6.3 Các khâu cơ bản của mạch điều khiển: 45

6.3.1 Khâu đồng pha : 45

6.3.2 Khâu so sánh : 47

6.3.3 Khâu khếch đại 49

6.3.4 Khâu tạo xung chùm : 51

6.4 Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động 53

6.5 Tổng quan về TCA 785 55

6.5.1 Giới thiệu 55

6.5.2 Sơ đồ vi mạch TCA 785 55

6.5.3 Mô tả chức năng 57

6.6 Tính nguồn nuôi 61

6.7 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 63

6.8 Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi 63

6.9 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 64

6.9.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 64

6.9.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 65

6.9.3 Bảo vệ quá dòng cho van 66

6.9.4 Bảo vệ quá điện áp cho van 67

6.10 Thiết kế cuộn kháng lọc 69

7 Mạch đo lường cảm biến 73

8 Kết Luận 74

9 Tài Liệu tham khảo 75

Đề tài

Cho hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ một chiều có khối như hình vẽ:

Bộ chỉnh lưu dùng chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu

2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ

3 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu

4 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn

Lời nói đầu

Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay ,

vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ biến , có thể thay sức lao động con người , đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt

Hiện nay , các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy , xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng trong các dây chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động cơ để nâng cao năng suất ,Với hệ truyền động điện.

Ở nước ta hiện nay một số một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều chỉnh cao , cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật

vi điện tử Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ

và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao dây chuyền nhập ngoại , với một số lý do khách quan cho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài Về việc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật

Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy

cô chỉ bảo để em được hiểu thêm , có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên nghành của mình sau này

Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Nguyễn Đang Khang

và các thầy cô tự động hoá đã hướng dẫn , giúp đỡ , tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà nội , ngày …… tháng …… năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Toàn – Vũ Trung Dũng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ

1.1.Giới thiệu Tiristor

Tiristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra 3 lớptiếp giáp p-n J1 ,J2 ,J3 Tiristo có 3 cực anot A, catot K, cực điều khiển G nhưhình dưới

Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.

 Nguyên lý làm việc của Tiristor:

Tiristor chỉ cho phép dòng chạy qua một chiều, từ anot đến catot và cảntrở dòng chạy theo chiều ngược lại Tiristor dẫn dòng ngoài điều kiện phải cóđiện áp UAK> 0 còn phải thêm một số điều kiện khác nữa Do đó tiristor đượccoi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với một số phần tử bán dẫnkhác không điều khiển như Điot

Mở Tiristor:

Khi được phân cực thuận, U AK >0, tiristor có thể mở bằng hai cách:

- Thứ nhất, có thể tăng điện áp anot – catot cho đến khi đạt giá trị điện ápthuận lớn nhất Khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảmđột ngột và dòng qua tiristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định Phương phápnày không áp dụng ngoài thực tế do nguyên nhân mở không mong muốn vàkhông phải lúc nào cũng tăng được điện áp đến giá trị Uth,max Và lại sẽ xảy ratrường hợp tiristor sẽ tự mở dưới tác dụng của các xung áp tại một thời điểmngẫu nhiên không xác định được

- Thứ hai, phương pháp được áp dụng trong thực tế , là đưa một xung dòngđiện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot Xung dòng điện điềukhiển sẽ chuyển trạng thái của tiristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ởmức điện áp anot – catot nhỏ Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn giá trị

nhất định, gọi là dòng duy trì (Idt) thì tiristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở

dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung điều khiển nữa Điều này nghĩa

là có thể điều khiển các tiristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định,

do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất củamạch lực mà tiristor là một phần tử đóng cắt và khống chế dòng điện

Khóa Tiristor:

Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig khôngcòn là cần thiết nữa Để khóa Tiristor có 2 cách:

- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH

- Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)

Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK< 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phâncực ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo

cực tính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nêndòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.

Lúc đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1 rồi

J3 trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3,hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lạitính chất của mặt ghép điều khiển

Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tảiphụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor:

Ud = Ud0.cos α

Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trịđiện áp trung bình ra tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển α thì điện áp trungbình sẽ giảm, ngược lại, giảm α thì điện áp trung bình sẽ tăng Giá trị lớn nhấtcủa điện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc α =0

Dòng điện trung bình qua tải:

1.2 Giới thiệu động cơ một chiều

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loạimáy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụngnguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnhtốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vìvậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp cóyêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,cácnghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhấtđịnh của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảoquản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhưng do những ưuđiểm nổi trội của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọngnhất định trong sản suất

1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phầnđộng

1.2.1.1 Phần tĩnh

Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dâyquấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹthuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơđiện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ cácbulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộndây 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 tiếpvới nhau.

+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cảithiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thâncực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từphụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+ 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 điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùnggang làm vỏ máy

+ Các bộ phận khác:

- Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dâyquấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắpmáy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thườnglàm bằng gang

- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổithan bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổgóp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giáchổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khiđiều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

1.2.1.2 Phần quay

Bao gồm những bộ phận chính sau :

+ Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹthuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổnhao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi

ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thônggió để khi ép lạ 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 đoạnnhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máylàm 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 ép trực tiếp vào trục.Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thểtiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điệnđộng và có dòng điện chạy 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 dùngdây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữnhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đèchặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

+ Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổgóp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình

ốp hình chữ V ép 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 dây quấn

và các phiến góp được dễ dàng

+ Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiềuthường chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió.Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoàivào động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạtgió ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng đến đặctính cơ đó là:

- Từ thông động cơ ()

- Điện áp phần ứng (Uư)

- Điện trở phần ứng

Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:

1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :

Giả thiết : Uư=Uđm=const

 = đm=const Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:

0 =

U dm KΦΦ dm=Const

Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với Rf

và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phươngpháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơbản

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập

khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng 1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết :  = dm = const

Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư<Uđm ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng : ω 0 x=

U x KΦΦ dm=Var

Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập

khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ

1.2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết : Uư = Uđm = const

Rư = const Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ

Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 x=

U dm KΦΦ x=var

ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: I nm=

U dm

R U =Const

Mô men ngắn mạch: Mnm = KxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểudiễn trên hình 1.6

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơthì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.5 b)

1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều

1.3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều

Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổiđiện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải

Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy

mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự làđiện áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng

do nguồn xoay chiều rất khác nhau

Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra

là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiềuđiều khiển ngược

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà

có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnhlưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia

- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điềukhiển, chỉnh lưu bán điều khiển

1.3.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều

+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ

+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+ FX là mạch phát xung

1.3.2.1 Hoạt động của hệ thống

Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúcnày động cơ vẫn chưa làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứngvới một tốc độ nào đó của động cơ Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽsuất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếulúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở .Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơđộng cơ quay với tốc

độ ứng với Uđ ban đầu

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độđộng cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - n

khi n giảm UĐK tăng  giảm Ud tăng  n tăng về điểm làm việc yêu cầu.Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại Đây là nguyên lý

X R K

E n

dm

K dm

X R K

E n

dm

K dm

do

2

) (

cos

Đặc tính cơ có độ cứng K

dm

X R



Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.Thay đổi góc điều khiển:

+ Khi  0    sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một

họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ ,M do cácvan không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởithành phần sụt áp U kdo hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gâynên

Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:

K

d

X R

E E I

X R K

E

dm

K dm

- Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòngđiện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điệngián đoạn Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn = 2  /p và gócchuyển mạch  0

Đường biên liên tục gần là đường elip.

Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu Tuynhiên khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp

1.3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống

- Ưu điểm:

+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bándẫn có hệ số khuếch đại công suất cao

+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ

+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợptruyền động có tải nhỏ

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ

2.1 Xây dựng cấu trúc của hệ thống:

Từ sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái ổnđịnh:

-E

- Ui: Điện áp phản hồi âm dòng điện.

- Ki: Hệ số phản hồi âm dòng điện

Tư = 0.07s, Ti = 0.003s

Tω = 0.05s

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CẤU TRÚC VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU

3.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh

Trong các hệ truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòngđiều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản Chức năng cơ bản của mạch vòngdòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra

nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc

Do quán tính cơ học lớn hơn rất nhiều so với quán tín điện từ (Tc >> Tư)cho nên biến đổi tốc độ chậm hơn biến đổi tốc độ dòng điên

Trong mạch vòng dòng điện có thể coi ΔEEĐ≈0 Lúc này mạch vòng dòng điện

có dạng:

Hình 3-1 Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện

Trong đó:

R i(p) - hàm truyền của bộ điều chình dòng điện (cần tìm)

B(p) - hàm truyền của bộ biến đổi, có dạng như sau:

Với: T ư=0.07 s - hằng số thời gian phần ứng

KΦ I(p) - hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện, có dạng như sau:

KΦ I ( p)= KΦ i

1+ p T i

Với: T i=0.003 s - hằng số thời gian của sensor dòng điện

KΦ i =0.04- hệ số phản hồi mạch vòng dòng điện

Ta chuyển đổi mạch phản hồi dòng điện về mạch phản hồi đơn vị, ta có

sơ đồ tương đương như sau:

Hình 3-2 : Sơ đồ tương đương

- Ta có hàm truyền hệ kín của sơ đồ khi chưa chuyển đổi:

S 0 i(p )= I

U=

R i ( p) B ( p) A ( p) 1+ R i(p) KΦ I(p) B ( p) A ( p)

- Ta có hàm truyền hệ kín của sơ đồ khi đã chuyển đổi:

S 0 i ' (p )= U i

U =

R i ( p ) KΦ I ( p) B ( p ) A( p) 1+ R i(p) KΦ I(p) B ( p) A ( p)

-Mặt khác, các hằng số thời gian T đ k , T vo , T i rất nhỏ so với hằng số

thời gian điện từ T ư Đặt T s=T đ k+T vo+T i thì R i(p) có thể việt lại ở dạng

3.2 Tính toán thông số bộ điều chỉnh

- Hệ số biến đổi dòng điện:

Hình 3-3 Sơ đồ máy biến dòng.

- Ta sử dụng mạch biến dòng, đo dòng trực tiếp từ nguồn 3 pha đưa

qua bộ chỉnh lưu điốt có lọc để lấy phản hồi dòng điện về cho động cơ

A ( p)= 1

R ư¿ ¿

Vì động cơ còn bị ảnh hưởng bởi yếu tố thay đổi của tải trọng nên

trong trường hợp này chúng ta sẽ tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ

theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng để có thể đạt được yêu cầu vô sai cấp

cao

Sơ đố khối của mạch vòng điều chỉnh tốc độ:

Hình 4-1 : Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ

Với: KΦ ω - Hệ số phản hồi của máy phát tốc

T ω - Hằng số thời gian của máy phát tốc

C(p) - Hàm truyền cơ học của động cơ khi bỏ qua ma sát trên trục động cơ

C ( p)= 1

Jp

Với: J - Mômen quan tính của động cơ (kg m¿¿ 2) ¿

- Áp dụng hàm chuẩn tối ưu đối xứng (vì tính đến M c nên tổng hợp

theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng để sai số của hệ thống được giảm

- Áp dụng hàm chuẩn tối ưu đối xứng (sử dụng cách biến đổi sơ đồ

giống như ở phần thiết kế mạch vòng dòng điện) ta có:

và các hằng số thời gian T s và T ω rất nhỏ nên đặt T s '=2 Ts+T ω=0.059,

ta có hàm truyền gần đúng như sau:

4.2 Tính toán thông số bộ điều chỉnh

- Hệ số phản hồi của máy phát tốc:

Ta có sơ đồ của máy phát tốc như sau:

Hình 4-2 : Sơ đồ máy phát tốc

Ta có:U ω=KΦ ω ω

Kω=0.01Mặt khác T ω=0,05 ( s),Ts’=0,059 (s)

Ở đây ta sử dụng mạch điều chỉnh với khâu PI

Để tránh quá trình quá độ của U đ k được tạo ra bởi khâu điều chỉnhtốc độ của hệ thống, ta sẽ sử dụng một khâu hạn chế để có thể làm bão hòađiện áp quá độ giúp dòng điện phần ứng sẽ không còn bị độ quá điều chỉnhlớn nữa

Sơ đồ như sau:

Hình 4-3 : Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ với khâu PI.

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ

5.1 Mô phỏng trên Matlab Simulink

A.Lúc không tải.(chưa hiệu chỉnh bộ PID).

Dòng điện lúc không tải.

Tốc độ lúc không tải:

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:2,85 s

+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.15s

+sai lệch tĩnh:0%

B.Lúc có tải (chưa hiệu chỉnh bộ PID).

Dòng điện khi có Mc = Mdm

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định: lớn

+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:lớn

+tốc độ vẫn đạt trạng thái ổn định khi có tải tuy nhiên thời gian đặt ổn định lâu.

 Hiệu chỉnh lại bộ PID.

Tăng I của bộ R ω lên 10 và giảm P của bộ R ω xuống 3,4.

A.Không tải

Dòng không tải.

Tốc độ Không tải:

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:1 s

+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.156s

+sai lệch tĩnh:0%

B Trường hợp có tải

CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ

6.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 6-1 Sơ đồ nguyên lý

6.2 Tính chọn mạch động lực.

6.2.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor.

Trong phần này ta chọn bộ truyền động T- Đ

Hình 6-2 : Sơ đồ mạch động lực của bộ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor hệ T-Đ

6.2.2 Các thông số của động cơ.

- Động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số sau:

- Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng :

Idm = ki Ilv = 3,2 23,09 = 73,9 A ;

ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn ki = 3,2

Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính Vậy ta chọn thyristor cho mạch động lực loại

TF440-06X có các thông số sau :

- Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A) ;

- Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 600 (V) ;

- Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A) ;

- Độ sụt áp trên thyrisor : ∆UT = 2,0 (V) ;

- Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 200 (mA) ;

- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) ;

- Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (µs) ;

6.2.4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu.

Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thysitor

Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆/Y , làm mát tự nhiên bằng không khí

Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện , thực hiện các chức năng sau

- Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải

- Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện

- Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải

- Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia

- Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van

- Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới

U1 = 380 V ;

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA

Trong đó :

αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ;

∆UV = 21 V là sụt áp trên thyristor ;

∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối :

∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp;

Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy kQ = 6

m : Số trụ của máy biến áp , m = 3

f : Tần số của nguồn xoay chiều , f = 50 Hz

Thay vào ta có : QFe = 6 √147003.50 = 59,4 cm2

- Đường kính trụ :

d = √4 Q Fe

π = √4.59,4 π = 8,7 cm

Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm

- Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm

* Tính toán dây quấn

- Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp :

W1 =

U14,44 f Q Fe .B T=

380

4 ,44.50.59,4.10−4.1,0 = 288 vòng Lấy W1 = 290 vòng

- Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp :

- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp :