Luận văn Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRẦN MINH NHỰT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA TRONG CẦU TRỤC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A VƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU ÁP STATOR VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN MINH NHỰT

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA TRONG CẦU TRỤC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A VƯƠNG

BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU ÁP STATOR

VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR

Chuyên ngành : Tự động hóa

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2012

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN BÊ

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN HỒNG ANH

Phản biện 2: TS TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2012.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

-Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay hầu hết trong cầu trục đều sử dụng biến tần để điều khiểnđộng cơ nâng hạ Với một số ưu thế tuyệt đối là khởi động mềm vàđiều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp, đường đặc tính cơ mềm hơn rấtnhiều so với các hệ còn lại, nhưng khi sử dụng bộ biến tần thì giáthành đắt, khó sửa chửa khi sự cố xảy ra, hầu hết là phụ thuộc vào

nhà sản xuất Với đề tài “Điều khiển động cơ không động bộ 3 pha

trong cầu trục nhà máy thủy điện A Vương bằng phương pháp điều áp stator và xung điện trở rotor”, luận văn góp phần xây dựng

hệ điều khiển có thể thay thế phương pháp trên nhưng vẫn đạt yêucầu về khởi động và điều chỉnh tốc độ vô cấp, giá thành hạ, dể sửachửa khi có sự cố

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động cơ không đồng bộ ba pha(động cơ nâng hạ) trong cầu trục nhà máy thủy điện

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống tự động điều chỉnh dòngkhởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha vớimomen không đổi

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha và cácđặc tính khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ

Nghiên cứu phương pháp điều khiển PID trong động cơ khôngđồng bô ba pha

Xây dựng mô hình trên matlab simulik để đánh giá trên quả thuđược

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI

Tối ưu hóa quá trình điều khiển, giảm dòng khởi động động cơkhông đồng bộ ba pha trong cầu trục, hạ giá thành, làm chủ đượccông nghệ và dể bào trì sửa chửa khi có sự cố xảy ra

5 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN

Toàn bộ luận văn được chia làm 4 chương:

- Chương 1: Tổng Quan về cầu trục

- Chương 2: Tính chọn công suất động cơ truyền động

- Chương 3: Chọn phương án truyền động

- Chương 4: Thiết kế và tổng hợp hệ thống

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC

Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khácnhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, côngtrường xây dựng, cầu cảng Chúng được sử dụng trong các ngànhsản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng,phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máynâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đếnnăng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các ngành nói trên Vì vậy,thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủchặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tínhkinh tế Trước khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạcầu trục, trong chương này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệcùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền độngcầu trục

1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CƠ CẤU NÂNG-HẠ CẦU TRỤC

1.1.1 Cấu tạo

Hình 1.1: Cấu tạo cầu trụcVới: G=150 tấn, G0 = 500Kg, Rt = 0,4m, u = 12, vn = 0,2m/phút,

i = 340

Hình 1.2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ

1.3 XÂY DỰNG CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT CHO TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ

1.3.1 Phụ tải tĩnh khi nâng tải

1.3.2 Phụ tải tĩnh khi hạ tải

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Ở chương này ta đi tìm hiểu về một số đặc điểm chính của cầu trục

và xây dựng được công thức cần thiết cho cơ cấu nâng hạ là cơ sở để

ta đi chọn công suất động cơ ở chương 2

CHƯƠNG 2:

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG

Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là mộtkhâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống Việcchọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ

2.1 CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ

2.2 XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI TĨNH

Khi nâng tải: vn = 0,2m/phút

Mn = (G + G 0 ) R t = 17,35 (Kg.m) = 170,3(N.m)

u i η c

Pn = ( G + G 0 ) v n = 35,41 (Kw)

1000 .η cKhi hạ tải: vh = 0,25 m/phút

η c

: 380 V: 50 Hz: 94 A: r1 = 0 , 0 4 2 Ω: x 1 = 0 , 1 6 Ω

- Điện trở roto qui đổi về stator

- Điện kháng của dây quấn rotor

- Độ trượt định mức

- Hệ số công suất định mức

- Sức điện động của một pha rotor

: r ,2 = 0 , 0 7 7 4 Ω: x ,2 = 0 , 2 3 7 Ω: s dm = 0 , 0 3 5

CHƯƠNG 3:

CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ vàkết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khảthi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với côngnghệ đặt ra Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác địnhđược loại động cơ truyền động, phương pháp điều chỉnh tốc độ phùhợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyềnđộng

3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHI KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

3.1.1 Các yêu cầu mở máy cơ bản

<R otor s peed (wm)>

-K-Gai n1

B C

b c

Hình 3.1: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương

pháp đóng cắt

3.2.2 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha

Hình 3.8: Đặc tính cơ tự nhiện của động cơ không đồng bộ

rô to dấy quấn P = 55Kw

3.2.3 Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp stator

v v

3.2.4 Xây dựng mô hình khởi động động cơ trong matlab băng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha sử dựng 6 thyristor mắc song song ngược

k

g step Tm

VA D ongphaA T A+ Thy ristor1

g m

B C b +

a Đặc tính điều chỉnh xung điện trở rotor

b Nguyên lý làm việc hệ điều chỉnh tốc độ xung điện trở rotor

3.4 ĐIỀU ÁP STATOR VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR CÓ ĐỔI CHIỀU QUAY

3.4.1 Sơ đồ mạch lực

Hình 3.15: Sơ đồ điều áp stato và xung điện trở roto

Hình 4.3: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện và tốc độ

b Nguyên lý hoạt động của mạch

4.2 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT CỦA HỆ THỐNG

4.2.1 Khâu phản hồi dòng điện

Vậy ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng:

4.2.3 Hàm truyền của bộ biến đổi

Bộ biến đổi xoay chiều (BBĐ) được coi là một khâu trễ có hàmtruyền gần đúng :

Wbbđ = K BBD

1 + 0, 0033 p

4.2.4 Hàm truyền của động cơ

a Hàm truyền của động cơ khi có phản dòng điện

1 + 0, 012 p

Ta có sơ đồ khối của vòng phản hồi dòng điện :

Hình 4.6: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện

b Hàm truyền của động cơ khi có phản hồi tốc độ

Vậy hàm truyền của động cơ trong mạch vòng phản hồi tốc độ:

1 + 0, 0 1 9 p

0,05.K

ca ω

Hình 4.7: Sơ đồ khối của mạch phản hồi tốc độ

c Hàm truyền của toàn hệ thống

a Xác định miền giá trị của K ca để hệ thống kín ổn định

b Đánh giá các chỉ tiêu động học của hệ thống kín

+ Xét đối với mạch vòng phản hồi dòng điện

Hình 4.8: Đáp ứng bước của hệ thống khi có

Các chỉ tiêu chất lượng: ản hồi dòng điện với Kca1 = 0,5

- Sai lệch tĩnh: e = 1,39%

- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : σ = 64,44 %

- Thời gian điều chỉnh(setting time) : 0,225 s

+ Khi Kcai = 0,3 :

Hình 4.9: Đáp ứng bước của hệ thống khi có

phản hồi dòng điện với Kca1 = 0,3Các chỉ tiêu chất lượng:

- Sai lệch tĩnh: e = 1,7 %

- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : σ = 48,2 %

- Thời gian điều chỉnh(setting time): 0,179 s

+ Xét đối với mạch vòng phản hồi tốc độ

Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi

dòng điện với Kcaw = 0,5Các chỉ tiêu chất lượng:

- Sai lệch tĩnh: e = 1,8 %

- Độ quá điều chỉnh( overshoot) :σ = 0%

- Thời gian điều chỉnh: 0,0436s

- Khi K caω = 0,3 :

0 0 7

Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi

dòng điện với Kcaw = 0,3Các chỉ tiêu chất lượng:

- Sai lệch tĩnh: e = 1,85 %

- Độ quá điều chỉnh( overshoot): σ = 0

- Thời gian điều chỉnh: 0,0538 s

4.3 XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR

b Hàm truyền khâu phản hồi dòng điện

Ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện là:

là nhỏ có thể bỏ quaHàm truyền:

PH dong 1

-K- <R otor speed (w m)> Gain2

0.00663 0.001s+1

Hình 4.25: Kết quả mô phỏng điều chỉnh tốc độ ứng với U dk = 4V

Dap ung toc do k hi thay doi Udk tu 4V den 10 V 1600

Với kết quả mô phỏng trên ta nhận thấy rằng với hệ thống điều

khiển “điều áp stator và xung điện trở rotor” như đã thiết kế thì chất

lượng hệ thống luôn luôn được đảm bảo đáp ứng được tốc độ vàmomen khi ta thay đổi vị trí đặt tại tín hiều đầu vào

Kết quả mô phỏng thu được hoàn toàn phù hợp với các kết quảnghiên cứu lý thuyết, điều này chứng tỏ thuật toán và cách thức xâydựng bộ điều chỉnh là đúng và chính xác

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Với các kết quả nghiên cứu bước đầu, hệ thống mong muốn gópphần cung cấp một giải pháp về điều khiển và đánh giá kết quả, để từ

đó có thể áp dụng trong các mạch thực tế và công việc thi công, chếtạo

Việc ứng dụng phương pháp điều khiển này có ý nghĩa rất quantrọng trong việc điều khiển đồng cơ nâng hạ trong cầu trục vì giảmđược dòng khởi động khi khởi động đồng cơ không đồng bộ so với

hệ củ (sử dụng phương pháp đóng mở trực tiếp), dể dàng tự động hóatrong quá trình điều khiển Khởi động mềm giúp quá trình nâng vậthay hạ vật không bị giật mạnh gây ra hiện tượng đứt cáp, an toàn chongười sử dụng

Luận văn này, tác giả đã giải quyết được vấn đề đã đặt ra là khởiđộng mềm và điều chỉnh tốc tộ với momen không đổi tuy nhiên luậnvăn chỉ dừng lại với việc nghiên cứu lý thuyết và mô hình trên phầnmêm matlab Với thuật toán ban đầu là cơ sở để ta có thể xây dựngđược mạch thực tế và đó cũng là hướng phát triển của đề tài