Đồ án Khoa điện: Điều khiển và giám sát tốc độ động cơ điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển

Đồ án Điều khiển và giám sát tốc độ động cơ điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển có nội dung gồm 5 chương. Chương 1: Thiết kế chọn động cơ. Chương 2: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện. Chương 3: Phân tích và chọn mạch động lực. Chương 4: Phân tích và chọn mạch điều khiển. Chương 5: Mô phỏng hệ thống trên Matlab... Đề tài Hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tại Công ty TNHH Mộc Khải Tuyên được nghiên cứu nhằm giúp công ty TNHH Mộc Khải Tuyên làm rõ được thực trạng công tác quản trị nhân sự trong công ty như thế nào từ đó đề ra các giải pháp giúp công ty hoàn thiện công tác quản trị nhân sự tốt hơn trong thời gian tới.

Trang 1

package connectDB; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.SQLException; public class ConnectDB {

public static Connection con = null; private static ConnectDB instance = new ConnectDB(); public static ConnectDB getInstance() {

return instance; }

public void connect() throws SQLException {

String url = "jdbc:sqlserver://localhost:1433;database name=QLNVIEN"; String user = "sa"; String pw = "123"; con = DriverManager.getConnection(url, user, pw); if(con != null) {

System.out.println("thanh cong"); }

} public void disconnect() {

if(con != null) { try {

con.close(); } catch (Exception e) {

// TODO: handle exception e.printStackTrace(); }

} }

public static Connection getConnection() { return con; }

}

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN

DỰ ÁN LIÊN MƠN

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA 2 (PBL2)

ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU SỬ DỤNG VI

ĐIỀU KHIỂN

Giảng viên hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: HOÀNG QUỐC HUY

NGUYỄN MINH CHUYÊN ĐỖ THANH NGUYÊN PHAN ĐÌNH VƯƠNG LÊ ANH TIẾN

LÊ PHÚ NAM Nhóm HP / Lớp: 19N32A

Trang 2

return instance; }

} }

}

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 2

1 Cơ cấu truyền động tải băng chuyền 2

2 Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ .2

3 Xác định momen quán tính và momen quán tính của hệ và quy đổi 3

3.1 Momen quán tính: 3

3.2 Momen quán tính quy đổi về trục động cơ: 4

3.3 Momen tải: .4

3.4 Xác định Momen đẳng trị: 5

3.5 Xác định công suất cơ yêu cầu của hệ .5

3.6 Kết luận: 7

3.7 Chọn động cơ: 7

CHƯƠNG 2 8

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 8

1 Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động: 8

1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: .8

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: .9

1.6 Các trạng thái hoạt động: 9

2 Lựa chọn phướng pháp điều khiển dự kiến và kết luận: 12

CHƯƠNG 3 13

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 13

1 Mạch động lực 13

1.1 Khối biến áp: 14

1.2 Khối van chỉnh lưu: 14

1.3 Các phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu: 15

1.3 Khối lọc 16

Trang 3

return instance; }

} }

}

2.1 Tính chọn Thyristor: 17

2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu: 18

2.3 Thiết kế bộ lọc: .19

CHƯƠNG 4 21

PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN .21

1 Khái quát mạch điều khiển 21

1.1 Khái quát chung: .21

1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos: 21

2 Nguyên lý hoạt động từng khâu trong mạch điều khiển: 21

2.1 Khâu đồng bộ 21

2.2 Khâu so sánh 22

2.3 Khâu tạo xung chùm 22

2.4 Khâu khuếch đại và phát xung 24

CHƯƠNG 5 25

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK 25

1 Mơ hình tốn học .25

1.2 Tính các tham số hàm truyền động cơ 25

1.3 Tính tốn thơng số hàm truyền bộ chỉnh lưu 26

1.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 26

1.5 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ: 27

2 Mạch mơ phỏng hàm truyền tốn học : .27

2.1 Mơ hình hàm truyền tốn học 27

2.2 Kết quả mơ phỏng: 27

3 Mơ phỏng ngun lý (Matlab Simulink) : 28

3.1 Sơ đồ mạch điều khiển .28

3.2 Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ: 28

3.3 Kết quả mô phỏng đáp ứng dịng điện: .29

3.4 Kết quả mơ phỏng đáp ứng Moment: .29

3.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng điện áp phần ứng: 29

4 Mô phỏng mạch bằng Proteus 29

Trang 4

return instance; }

} }

}

4.1 Sơ đồ mạch điều khiển Proteus: 30

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG SỐ LIHình 1 1 Mơ phỏng truyền động cho tải băng chuyền 2

Hình 1 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền 3

Hình 1 3 Đồ thị momen điện từ của động cơ 5

Hình 1 4 Đồ thị cơng suất của động cơ .7

Hình 1 5 Hình ảnh thực tế đơng cơ 7

YHình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 8

Hình 3 1 Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển 13

Hình 3 2 Sơ đồ mạch động lực .13

Hình 3 3 Khối biến áp 14

Hình 3 6 Sơ đồ mạch lọc LC 20

Hình 4 1 Sơ đồ điều khiển Thyristor 21

Hình 4 2 Sơ dồ mạch khâu đồng bộ 22

Hình 4 3 Sơ đồ mạch khâu so sánh 22

Hình 4 5 Sơ đồ mạch tạo xung chùm và tín hiệu kích xung 23

Hình 4 6 Sơ đồ sóng dạng 23

Hình 4 7 Sơ đồ mach khâu khuếch đại và phát xung

Hình 5 1 Sơ đồ khối hàm truyền động cơ .25

Hình 5 2 Hàm truyền bộ điều khiển dịng điện .26

Hình 5 3 Mơ hình hàm truyền tốn học 27

Hình 5 4 Mơ hình tốn học động cơ bằng matlab 27

YBảng 3 1 Thời điểm mở, khóa các van thyristor 26

Trang 5

return instance; }

} }

}

Tài liệu tham khảo

1 Ned Mohan, Tore M Undeland, William P Robbins Power Electronics Converters,Applications, and Design 2003

Trang 6

return instance; }

} }

}

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới Tự động hóa q trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chúng và ở Việt Nam nói riêng Tự động hóa khơng những làm giảm nhẹ sức lao động của con người mà cịn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm.

Trong thời buổi đất nước ta đang bước vào q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của xã hội đặc biệt là ngành công nghiệp sản xuất hiện đại, và trong nhiều lĩnh vực đời sống khơng thể thiếu động cơ điện, vì vậycác động cơ điện được chế tạo rất đa dạng về chủng lại và ngày càng hiện đại hướng tới giảm tổn hao về điện năng, tăng hiệu suất và công suất làm việc Trong các ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng động cơ ba pha với ưu điểm công suất lớn, đáp ứng yêu cầu làm việc của ngành nghiệp nặng Tuy nhiên việc điểu khiển và điểu chỉnh tốc độ của động cơ ba pha rất khó đạt được độ chính xác cần thiết chính vì vậy người ra sử dụng động cơ DC với nhiều ưu điểm hơn,nhưng cũng như động cơ ba pha, động cơ DC cũng có nhược điểm đó là bộ phần cổ góp dễ hỏng.

Nhận thấy động cơ DC có nhiều ứng dụng trong thực tiễn liên quan đến bài học trên lớpcúng với những kiến thức về điện tử công suất, truyền động điện, vi điều khiển, đo lường trongcông tác kỹ thuật hiện đại, Nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Điều khiển và giám sát động cơ điện 1 chiều sử dụng vi điều khiển” Em xin cảm ơn Tiến sĩ Giáp Quang Huy đã hướng dẫn chúng em

Do việc sắp xếp thời gian để tiến hành nghiên cứu các đồ án chưa được hợp lý và kiến thức còn thiếu nhiều nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung thêm để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đồ án gồm các chương:

CHƯƠNG 1: Thiết kế chọn động cơ

CHƯƠNG 2: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điệnCHƯƠNG 3: Phân tích và chọn mạch động lực

CHƯƠNG 4: Phân tích và chọn mạch điều khiển

Trang 7

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢICHƯƠNG 1

THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI1 Cơ cấu truyền động tải băng chuyền

Hình 1 1 Mơ phỏng truyền động cho tải băng chuyền

2 Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ.

Tốc độ dự kiến của băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính của Rulo R = 0,08 (m).Suy ra: Tốc độ quay của Rulo: (rad/s) = 83,5 (vòng/phút).

Chọn tốc độ của động cơ là 3000(vòng/phút) tương đương với 314(rad/s) Nên ta có tỉ số truyền :

Tốc độ dài của băng tải :

Trang 8

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI

Tốc độ quay của Rulo

Hình 1 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền

Dựa vào đồ thị trên Hình 1.2, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau :

Quá trình động cơ chuyển động theo chiều kim đồng hồ :

Từ 0 đến 2 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ ωM = 0 rad/s đến ωM = 314 rad/s.Từ 2 đến 8 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ωM = 314 rad/s.Từ 8 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ωM = 0 rad/s

Quá trình băng chyền đảo chiều :

 Từ 10 đến 12 giây: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên ωM = 314 rad/s.

Từ 12 đến 18 giây: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ωM = 314 rad/s.Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ωM = 0 rad/s

3 Xác định momen quán tính và momen quán tính của hệ và quy đổi 3.1 Momen quán tính:

Chọn kích thước dự kến cho cấu trúc của hệ:

- Rulo của băng chuyền có kích thước R = 8 (cm), h = 2 (cm), băng chuyền có tất cả 4 rulo.

- Bánh răng có kích thước h = 2 (cm), Khối lượng vật m = 50 (kg).Momen quán tính của một Rulo

Vậy 4 rulo có quán tính là:

Momen quán tính của bánh răng có

Momen qn tính của bánh răng có

Trang 9

return instance; }

} }

}

3.2 Momen quán tính quy đổi về trục động cơ:

Vậy ta tính được:

3.3 Momen tải:

Momen tải chỉ chịu tác động của lực ma sát, nên Momen tải được tính tốn trong từng giai đoạn như sau:

Từ 0 đến 2 giây: Từ 2 đến giây 8: Từ 8s đến 10s: Từ 10 đến giây 12: Từ 12 đến giây 18: Từ 18 đến giây 20: 3.4 Xác định Momen đẳng trị:

Từ momen điện từ ta có thể tính được momen định mức như sau:

Trang 10

return instance; }

} }

}

Từ đây ta có đường đồ thị của momen điện từ của động cơ sau khi tính tốn sơ bộ:

Hình 1 3 Đồ thị momen điện từ của động cơ.

3.5 Xác định công suất cơ yêu cầu của hệ

Công suất của động cơ điện một chiều được xác định qua biểu thức: Từ 0 đến 2 giây:Từ 2 đến giây 8:Từ 8s đến 10s: Từ 10 đến giây 12:Từ 12 đến giây 18: Từ 18 đến giây 20: Công suất đẳng trị:

Từ cơng suất đẳng trị ta có thể tính ra được cơng suất định mức:

Tại t=2s

Tại t=8s

Trang 11

return instance; }

} }

}

Tại t=10s Tại t=12s Tại t=18s Tại t=20s

Từ đây ta có đường đồ thị của công suất của động cơ sau khi tính tốn sơ bộ:

Hình 1 4 Đồ thị cơng suất của động cơ.

3.6 Kết luận:

Ta đã tính được các thông số để chọn động cơ: Công suất định mức: ;

Momen định mức: ; Tốc độ định mức:

3.7 Chọn động cơ:

Từ các thơng số đã tính tốn ở trên, ta chọn động cơ DC XD 3420 12V 30WĐặc điểm chi tiết của động cơ:

- Loại sản phẩm: Động cơ DC chổi than Model: XD-3420 - Công suất định mức: 30W

- Điện áp định mức (Tùy chọn): 12V - Tốc độ định mức: 3000RPM

- Dòng điện: 0,5 A

Trang 12

return instance; }

} }

}

- Chiều dài trục đầu ra: 26mm / 1.02 inch - Mô-men xoắn: 1kgf.cm

- Khối lượng: 460g

Hình 1 5 Hình ảnh thực tế đông cơ

Trang 13

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆNCHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN1 Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động:

1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:

Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh (stato), phần ứng (roto).

Hình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Cấu tạo bao gồm:

Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.

Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.

Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.

Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dịng điện trong khi Rotor quay liên tục.

Trục động cơ: dùng để quay băng tải.

GVHD: TS.Giáp Quang Huy 8

Trang 14

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Nguyên lý làm việc: Khi đặt một điện áp vào phần úng của động cơ, trong dây quấn phần ứng có dịng điện được đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng tương hổ lên nhau tạo nên momen tác dụng lên rotor, làm rotor quay Khi rotor quay với tốc độ nhất định thì các thanh dẫn của dây quấn phần ứng sẽ cắt từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây

sinh ra sức điện độngcảm ứng.

1.6 Các trạng thái hoạt động:

Các trạng thái hoạt động (khởi động, hãm liên quan đến đồ thị vận tốc trong chương trước, tìm hiểu sự liên quan với các trạng thái hoạt động dự kiến sẽ thiết kế cho động cơ như đã trình bày trong chương 1).

Từ 0 đến 2s : Quá trình khởi động :

Trang 15

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Khỏi động bằng cách cấp nguồn trực tiếp cho động cơ với các giá trị định mức và động cơ số hoạt động trên đặc tính tự nhiên sau :

Từ 2 đến 8s : Tốc độ hoạt động ổn định

Sau quá trình khỏi động, đến thời điểm momen điện từ do động cơ sinh ra bằng với momen cản

Suy ra : Động cơ hoạt động với tốc độ ổn định

Từ 8 dến 12s : Quá trình đảo chiều động cơ

B → C :

Tại thời điểm 8s, điểm làm việc tai điểm A(lúc tốc độ ổn định không đổi)

Trang 16

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Lúc này để đảo chiều động cơ ta đảo chiều điện áp cấp vào mạch phần ứng

Khi đảo chiều điện áp , tốc độ w chưa thay đổi ngay lập tức mà điểm làm việc sẽ chuyển sang đường đặc tính mới A → B :

Tại B

Vậy tốc độ động cơ sẽ giảm dần đến khi Tại , momen do động cơ

Sinh ra lớn hon momen cản nên sẽ kéo động cơ đảo chiều quay Lúc này :

tăng , suy ra tăng nên tang theo chiều ngược lạiTừ 12- 18s : Tốc độ hoạt động ổn địnhTốc độ tăng đến thời điểm (Tức là điểm làm việc tại D)Vậy nên tốc độ ổn định.

Từ 18-20s: Quá trình hãm động cơ

Để hãm dần tốc độ của động cơ, ta tiến hành đảo chiều điện áp, cấp cho phần ứng 1 điện áp Va , từ đó ta được một đường đặc tính cơ như ban đầu:

Ngay khi đảo chiều điện áp, tốc độ chưa giảm ngay mà sẽ chuyển điểm làm việc sang đường đặc tính mới với

Tại E: sẽ giảmMà và giảm

Tốc độ giảm dần về 0.

Lúc này sẽ cắt điện áp phần ứng thì động cơ sẽ dừng lại.

Trang 17

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN2 Lựa chọn phướng pháp điều khiển dự kiến và kết luận:

Giai đoạn khởi động từ 0 đến 2s:

Ta sử dụng phương pháp Starting registors: Nối thêm các cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ và cắt dần ra trong quá trình khởi động.

Giai đoạn đảo chiều từ 8 đến 12s:

Ta sử dụng phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng Va và thêm điện trở phụ.

Giai đoạn hãm dừng động cơ: Ta sử dụng phương pháp hãm ngược do

động năng.

Trang 18

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤTCHƯƠNG 3

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển cơng suất:

Hình 3 1 Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển

1 Mạch động lực

Hình 3 2 Sơ đồ mạch động lực

1.1 Khối biến áp:

Trang 19

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Hình 3 3 Khối biến áp

Chuyển đổi điện áp của lưới điện xoay chiều � 1 sang điện áp �2 thích hợp với tải Biến đổi số pha của nguồn lưới (1,2,3,6,12,… pha )

Cách ly với điện áp lưới

1.2 Khối van chỉnh lưu:

1.2.1 Cấu tạo

Gồm 2 (hai) bộ chỉnh lưu cầu ba pha dùng Thyristor đấu song song ngược.Từng bộ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu phụ thuộc.Cả hai bộ biến đổi G1 và G2 đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm.

1.2.4 Điện áp và dòng chỉnh lưu

Số xung đập mạch

Trang 20

return instance; }

} }

}

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

Dịng trung bình qua tải: Dòng điện qua thyristor:

1.3 Các phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu: a Khái niệm chung:

Sơ đồ khâu phát ung – bộ điều khiển:

c.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều

Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcos� Điện áp so sánh uss = Uc - Udb

Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển Khi � = � thì Uc = Udb =Umcos�

⇒ Góc điều khiển � = arccos (� �/� � )

Trang 21

return instance; }

} }

}

Điện áp chỉnh lưu: � � = � �� × ��/Um

d.Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu cầu ba pha kép:

Phương pháp điều khiển chung:

Từng bộ chỉnh lưu làm việc độc lập, trong khi đó bộ chỉnh lưu cịn lại khơng làm việc Khi làm việc thì chỉ có một trong hai sơ đồ chỉnh lưu được cấp tín hiệu điều khiển và làmviệc cịn sơ đồ kia thì nghỉ hồn tồn.

Điều kiện điều khiển chung: để khơng có dịng ngắn mạch giữa 2 bộ chỉnh lưu thì phải thỏa:

1.3 Khối lọc

Giúp loại bỏ bớt thành phần sóng hài (thành phần xoay chiều) sau khi chỉnh lưu để dịng điện đầu ra bằng phẳng, có chất lượng ổn định và giảm tổn hao

2 Tính tốn mạch động lực:

2.1 Tính chọn Thyristor:

Khi lựa chọn van ta dựa vào hai thông số cơ bản và quan trọng nhất là dòng điện qua van và điện áp ngược lớn nhất mà van chịu được

Chỉnh lưu cầu 3 pha ta có:

Trang 22

return instance; }

} }

}

263cosdUU

Trong tính tốn ta phải tính sao cho Ud lớn nhất, cos� = 1.

Điện áp ngược lên van:

�� = �� Ungmax6U2 6 5.1312.57( )V Chọn hệ số an toàn là:1,5

Điện áp ngược lên van khi có hệ số an tồn :

�� = 1,5 ×12.57= 18.855 (V)

�nv = 6: Hệ số điện áp ngược.�u =

3 6

 : Hệ số điện áp mạch lực.

�� : Điện áp trung bình chỉnh lưu

�2 : Điện áp nguồn xoay chiều.Dòng điện làm việc của van:

1

0.577 0.5 0.2885( )3

hdvdm

IIA

�hdv : Dòng hiệu dụng qua van

�hdv : Hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 3 pha , �hdv =

10,5773 �dm : Dòng qua tảiHệ số bảo vệ là 2 Ihdv = 2×0.2885= 0.577(A) Ta chọn Thyristor TNY0512 T0220

2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu:

2.2.1 Điện áp chỉnh lưu trên tải:

Ud0cosminUd 2UV Uba Udn

Trong đó :min 10: góc dữ trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới Uv2( )Vsụt áp trên thyristor.

Trang 23

return instance; }

} }

}

Udn0sụt áp trên dây nối.

UbaUr Uxsụt áp trên điện trở và điện kháng MBA Chọn sơ bộ vào khoảng (5 – 10)% Uba 6% Ud 0, 06 220  13, 2 (V) 0min212 2 2, 6 6% 1216,17( )coscos10dVdnbadUUUUUV    

2.2.2 Công suất tối đa của tải:

PdmaxUd0Id16,17 0.5 8.085( )W

2.2.3 Công suất biểu kiến của MBA:

SKsPdMax1.05 8.085 8.49(VA) : Hệ số công suất theo sơ đồ cầu 3 pha �� = 1,05

��: Công suất phụ tải lúc cực đại.

2.2.4 Tính tốn sơ bộ mạch từ:

Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp: 258,563.75()3 50FeQSQkcmm f 

Trong đó: kQ: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát (kQ = 6 biến áp khô) m: số pha của máy biến áp

f: tần số.

2.2.5 Tính tốn dây quấn biến áp:

Điện áp cuộn dây sơ cấp: �1 = 220 (�)

Điện áp cuộn dây thứ cấp: 0216, 679.261( V)1.8duUUK

Số vòng dây của mỗi cuộn được tính:4104, 44FeUWf QB Trong đó: W: số vịng dây cần tính U: điện áp cuộn dây cần tính.

B: từ cảm (thường chọn trong khoảng 1T ÷ 1,8T) Chọn B = 1 (T)Số vòng dây cuộn sơ cấp:

41220 1026434, 44 50 3.75 1W  (vòng)

Trang 24

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT

Số vịng dây cuộn thứ cấp: 429.261 101114, 44 50 3.75 1W (vòng)

Dòng điện của các cuộn dây:110.013( )38.49220SIAm U228.493 9.2610.31( )SIAm U

2.2.6 Tính tiết diện dây dẫn:

2 mmCuISJ

Trong đó: I: dòng điện chạy qua cuộn dây.

J: mật độ dòng điện trong biến áp, thường chọn 2 ÷ 2,75 (2

Amm)Chọn 2,752AJmm

Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp: 12

10.0130, 0065 mm2CuISJ

Đường kính dây quấn cuộn sơ cấp:

1144 0,00650,09( mm)CuSd

Tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp: 22

20.310.155 mm2CuISJ

Đường kính dây quấn cuộn thứ cấp:

2244 0.1550.44( mm)CuSd2.3 Thiết kế bộ lọc:

Chức năng: Để hạn chế thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu để giảm độ nhấp nhô của dòng điện và điện áp tải.

Ta chọn bộ lọc LC:

Trang 25

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT

Hình 3 4 Sơ đồ mạch lọc LC

Hệ số san bằng: đánh giá hiệu quả của khâu lọc.(1) in dout in

out (1) out din

sbUUqkqUU

Giả sử độ sụt áp một chiều trên bộ lọc không đáng kể: UdinUdout

(1)[(1) out 1nLsbCUXkUX21(2)sbffkLCpfHệ số ksb càng lớn hơn 1 thì càng tốt nên ta chọn ksb =19, Ta có:5219 15,07 10(2 250)ffLC

Chọn C trước do C mặc định còn L chế tạo được:Chọn Cf100F

và Lf5,07mH

KẾT LUẬN CHUNG:

Qua kết quả tính tốn ở trên ta chọn:

Thysristor TYN0512 T0 220

Chọn máy biến áp với các thông số: U1 = 220 V; U2 = 5.13 V; W1 = 2643 vòng; W2 = 111 vòng; I1 = 0,013 A; I2 = 0.31 A; S = 8.49VA; d1 =0,09 mm; d2 = 0.44 mm.Chọn bộ lọc LC với thông số: L = 300 mH, C = 100 ��.

Trang 26

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂNCHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN1 Khái quát mạch điều khiển

1.1 Khái quát chung:

Hình 4 1 Sơ đồ điều khiển Thyristor

1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos:

Nhóm chúng em sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và điều khiển bằng phương pháp Arccos.

Nguyên lý:

Điện áp đồng dạng sin Udb vượt trước điện áp khóa ( thu được ở thứ cấp biến áp đồng bộ ) một góc pi/2

2 Nguyên lý hoạt động từng khâu trong mạch điều khiển:2.1 Khâu đồng bộ

2.1.1 Biến áp Tam giác- Sao ().

Do cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và điểu khiển bằng phương pháp Arcos nên khâu đồng bộ trước tiên phải làm trễ pha nguồn 3 pha 1 góc Để làm trễ được 1 góc thì chúng ta sử dụng biến áp nối

Do sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha nên phải sử dụng 3 khâu đông bộ cho 3 điện áp pha.

Trang 27

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Hình 4 2 Sơ dồ mạch khâu đồng bộ

 Khâu tích phân:

Nguyên lý hoạt động:Tại OPAMP A2: Khâu tích phân

Khi UB > 0 thì T1 khóa U-(A2) > U+(A2) Ta xét mạch tích phân gồm: biến trở R3, tụ C1, vàOPAMP A2 Lúc đó: Vì UB = const ⇒ hàm tuyến tính.

Khi UB < 0 thì T1 mở UB < , diode D1 khóa Lúc này, = UC1 = 0.

⇒ Có dịng qua tụ tăng ⇒ Điện áp tại UC âm để cân bằng điện áp về 0.

2.2 Khâu so sánh

Hình 4 3 Sơ đồ mạch khâu so sánh

Nguyên lý làm việc:

- Khi Udk>Udb thì Ur= +Vcc- Khi Udk<Udb thì Ur= 0 V

2.3 Khâu tạo xung chùm

Trang 28

return instance; }

} }

}

Đối với một sơ đồ mạch, để giảm dịng cơng suất cho tầng khếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thyristor Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khếch đại, ta đưa chènthêm một cổng AND với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình vẽ.

Hình 4 4 Sơ đồ mạch tạo xung chùm và tín hiệu kích xung

Hình 4 5 Sơ đồ sóng dạng

2.4 Khâu khuếch đại và phát xung

Hình 4 6 Sơ đồ mach khâu khuếch đại và phát xung

Trang 29

return instance; }

} }

}

Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor như đã nêu ở trên, tầng khuếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng transistor công suất như hình vẽ Để có xung dạng kim gửi đến thyristor, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuếch đại công suất ta dùng transistor T2, diode D2 và D3 bảo vệ T2 và cuộn dây sơ cấp BAX khi T2 khóa đột ngột.3 Sơ đồ tổng quát mạch điều khiển

Trang 30

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINKCHƯƠNG 5

MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK1 Mơ hình tốn học

1.2 Tính các tham số hàm truyền động cơ

Hình 5 1 Sơ đồ khối hàm truyền động cơ

- Hàm truyền phần trước Rotor:

1.2.1 Tính hệ số RaTrong đó:-1.2.2 Tính hệ số Kb:

Thay vào phương trình dặc tính cơ điện: 2aaeeeMVRMKK K

Ta áp dụng các thông số của động cơ làm việc định mức:Trong đó: , Va= 12V, Ra = 1,2 , Me=0,09

Từ đó giải phương trình ta có:

Trang 31

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK1.2.3 Giải thích chi tiết hàm truyền của động cơ:

Các thông số trong hàm truyền:

-B= 0,85; La= 0,028 H; Ra=1,2 (); J=; Kb= 0,09

1.3 Tính tốn thơng số hàm truyền bộ chỉnh lưu- Hàm truyền bộ chỉnh lưu:

- Do nhóm chúng em sử dụng nguyên tắc thẳng đứng Arccos, cho nên chúng em

xác định được: và

1.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:

1.4.1 Sử dụng phương pháp tối ưu Module:

Cho chu kì lấy mẫu T=0,5s nên tần số lấy mẫu:

Ta có hàm truyền bộ điều khiển dòng điện là:



1.5 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ:

GVHD: TS.Giáp Quang Huy

Hình 5 2 Hàm truyền bộ điều khiển dòng điện

Trang 32

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK



- Hàm truyền của điều khiển tốc độ:

2 Mạch mơ phỏng hàm truyền tốn học :

Hình 5 3 Mơ hình hàm truyền tốn học

2.1 Mơ hình hàm truyền tốn học

Hình 5 4 Mơ hình tốn học động cơ bằng matlab

2.2 Kết quả mô phỏng:

- Đồ thị tốc độ đáp ứng :

Trang 33

return instance; }

} }

}

- Đồ thị dịng điện mong muốn và đáp ứng

3 Mơ phỏng nguyên lý (Matlab Simulink) :3.1 Sơ đồ mạch điều khiển

3.2 Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ:

Trang 34

return instance; }

} }

}

3.3 Kết quả mơ phỏng đáp ứng dịng điện:

3.4 Kết quả mơ phỏng đáp ứng Moment:

3.5 Kết quả mô phỏng đáp ứng điện áp phần ứng:

Trang 35

return instance; }

} }

}

4 Mô phỏng mạch bằng Proteus4.1 Sơ đồ mạch điều khiển :

Trang 36

return instance; }

} }

}

Trang 37

return instance; }

} }

}

CHƯƠNG 6: CẢM BIẾN

1 Cảm biến dịng: Sử dụng IC ACS712

Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp.

Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là 5µs.

Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ.

Nguồn : 5VDC.

Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A.

Điện áp ra cực kỳ ổn định.

ACS 712 5A (x05B):

Ip: 5A đền -5A

Độ nhạy: 180 - 190 mV/A.

Nguyên lý hoạt động:

Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ và Ip- đúng chiều, khi dòng điện đi từ Ip+ đến Ip- Vout sẽ ra mức điện áp tương ứng 2.5~5VDC tương ứng dòng 0~Max, nếu mắc ngược Vout sẽ ra điện thế 2.5~0VDC tương ứng với 0~(-Max).

Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dịng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) thì Vout= 2.5VDC, khi dịng Ip( dịng của tải) bằng Max thì Vout=5DC, Vout sẽ tuyến tính với dịng Ip trong khoản 2.5~5VDC tương ứng với dịng 0~Max, để kiểm tra có thể dùng đồng hồ VOM

thang đo DC để đo Vout.

Code vi điều khiển:

/*

Code đo dòng 1 chiều DC

*/

const int analogIn = A0;

Trang 38

return instance; }

} }

}

int mVperAmp = 66;/*

Sử dụng mVerAmp = 185 cho Module 5A

= 100 cho Module 20A= 66 cho Module 30A

*/

int RawValue= 0; // Giá trị thôint ACSoffset = 2500;// Giá trị bùdouble Voltage = 0; //double Amps = 0;void setup(){ Serial.begin(9600);}void loop(){ RawValue = analogRead(analogIn);

Voltage = (RawValue / 1024.0) * 5000; // Lấy giá trị mV Amps = ((Voltage - ACSoffset) / mVperAmp);

Serial.print("Raw Value = " ); // In ra giá trị thô Serial.print(RawValue);

Serial.print("\t mV = "); // Vol đo được Serial.print(Voltage,3);

Serial.print("\t Amps = ");//Dòng đo được Serial.println(Amps,3);

delay(1000); }

Trang 39

return instance; }

} }

}

2.Cảm biến tốc độ: Sử dụng Encorder

Trang 40

return instance; }

} }

}

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	2,32 MB