Bài tập lớn điện cơ thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều

Đề tài: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều.Nội dung: Cho hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ một chiều có khối như hình vẽ: Hệ số khuếch đại bộ chỉnh l

Đề tài: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều.

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

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 modul đốixứng

4 Khảo sát đặt tính động học của hệ bằng phần mềm simulink và rút ra kết luận

5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ ( bao gồm sơ đồ nguyên lý đầy đủ cả mạch điều khiển dùng TCA785, mạch lực, mạch đo lường cảm biến) Dùng Bộ biến đổi chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng Tính chọn các thiết bị linh kiện

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 lớp tiếpgiáp p-n J1 ,J2 ,J3 Tiristo có 3 cực anot A, catot K, cực điều khiển G như hình 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 cản trởdòng chạy theo chiều ngược lại Tiristor dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện ápUAK> 0 còn phải thêm một số điều kiện khác nữa Do đó tiristor được coi là phần tửbán dẫn có điều khiển để phân biệt với một số phần tử bán dẫn khác không điềukhiển 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 áp thuậnlớn nhất Khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột vàdòng qua tiristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định Phương pháp này không ápdụng ngoài thực tế do nguyên nhân mở không mong muốn và không phải lúc nàocũng tăng được điện áp đến giá trị Uth,max Và lại sẽ xảy ra trường hợp tiristor sẽ tự

mở dưới tác dụng của các xung áp tại một thời điểm ngẫu nhiên không xác địnhđược

- Thứ hai, phương pháp được áp dụng trong thực tế , là đưa một xung dòng điện

có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot Xung dòng điện điều khiển sẽchuyển trạng thái của tiristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện ápanot – catot nhỏ Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn giá trị nhất định, gọi là

dòng duy trì (I dt) thì tiristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dòng mà khôngcần đến sự tồn tại của xung điều khiển nữa Điều này nghĩa là có thể điều khiển cáctiristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạchđiều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch 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 không còn

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 phân cựcngược, J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cựctính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điệnngược 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 J3trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiệntượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chấtcủa 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.cosα

Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áptrung bình ra tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển αthì điện áp trung bình sẽ giảm,ngược lại, giảm α thì điện áp trung bình sẽ tăng Giá trị lớn nhất của điện áp trungbình 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 chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy màđộng cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao

về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành côngnghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất địnhcủa nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản

cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhưng do những ưu điểm nổitrội của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trongsản 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 phần động

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 cơ điệnnhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dâyquấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đượcbọc 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 tiếp với 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 vỏmáy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trongmáy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang 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 thường làmbằng 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 Giá chổithan có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điềuchỉnh 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 éplại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió

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 đoạn nhỏ,giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việcgió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ 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 cóbọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây cótiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dâyquấn 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 đè chặthoặc 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 Cổ gópgồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốphình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôivành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và cácphiến 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 Cánhquạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vàođộng cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió rangoài 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

R KT

U KT

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:

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=

độ và hạn chế dòng điện khởi động

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=

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nênkhi từ thông giảm thì ω0xtăng, còn β sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với 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 biểu diễntrên hình 1.6

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thìkhi 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 là điện

áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng do nguồnxoay 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 chiều điềukhiển ngược

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

+ Uđ tín hiệu điện áp đặt

+ 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 sẽ suấthiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc nàynhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở  Đầu racủa BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơđộng cơ quay với tốc độ ứngvới 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 ổn địnhtốc độ

* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:

Chế độ dòng điện liên tục:

Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng

Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính

I K

X

R K

E n

dm

K dm

cos



M K

X

R K

E n

dm

K dm

do

2

) (

K





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 họđặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ  ,M do các vankhông 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 gây nên

+ Khi 2    max

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lướiđiện Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng

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 điện giánđoạn Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn = 2 /p và góc chuyểnmạch  0

Đường biên liên tục gần là đường elip

Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiênkhi 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

+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos thấp

+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việckhó khăn với các hệ thống đảo chiều

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

BBĐ I

-

E

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:

- Trong đó :

- Rω:Bộ đièu chỉnh tốc độ quay

- Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện

- Uđ : Điện áp chủ đạo.

- Uω: Điện áp phản hồi tốc độ

- Ui: Điện áp phản hồi âm dòng điện

- Ki: Hệ số phản hồi âm dòng điện

- Kω: Hệ số phản hồi âm tốc độ

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

P =14Kw U=400V

n = 0.9 nđm= 955(vòng/phút)

+ Iđm = n.Uđm P =0.9× 40014000 = 38.88(A)

+Rư=0,5×(1-n).Uđm Iđm =0,5×(1-0,9).38.88400 = 0,514(Ω)

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 vòng dòngđiện 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) chonên biến đổi tốc độ chậm hơn biến đổi tốc độ dòng điên

Trong mạch vòng dòng điện có thể coi ΔEĐ≈0.Lúc này mạch vòng dòng điện códạng:

Hình 3-1 Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện

Trong đó:

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

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

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

K I(p) = K i

1+ p T i

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

K 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:

- Vậy áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun cho hàm truyền sơ đồ đã chuyển đổi:

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

CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC

VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU ĐỐI XỨNG

4.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh

Vì động cơ còn bị ảnh hưởng bởi yếu tố thay đổi của tải trọng nên trongtrường 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: K 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) = 1Jp

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 thiểu):

- Hàm truyền hệ kín của sơ đồ trên

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 =K ω ω

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

Để tránh quá trình quá độ của U đ k được tạo ra bởi khâu điều chỉnh tốc

độ của hệ thống, ta sẽ sử dụng một khâu hạn chế để có thể làm bão hòa điện

áp quá độ giúp dòng điện phần ứng sẽ không còn bị độ quá điều chỉnh lớn nữa

Sơ đồ như sau:

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

C(p) = 1Jp= 16,18 p

K Φ đ m=3,8(Wb)

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ

5.1 Mô phỏng trên Matlab Simulink

A.Lúc không tải

1.Mạch vòng điều chỉnh dòng điện +M c =M t =0

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:4.2s +sai lệch tĩnh:1%

Nhận xét:

Hệ thống đạt trạng thái ổn định khá nhah 2.Mạch vòng tốc độ.

+M c =M t =0

+Độ quá điều chỉnh 85%

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:3.5s +thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s +sai lệch tĩnh:1%

B.Lúc có tải

1.Mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

+M c =M t =147.4

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:3.2s

+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s

+sai lệch tĩnh:1%

+tốc độ vẫn đạt trạng thái ổn định khi có tải.

Giảm I của bộ R ω xuống 1.05 và tăng P của bộ R ω lên 60.5 A.Không tải

1.Mạch vòng dòng điện.

+I ư =0;

+Thời gian tín hiệu đạt trạng thái ổn định:1.25s

Nhận xét:thời gian đạt tới trạng thái ổn định khá nhanh 2.Mạch vòng tốc độ.

+M c =M t =0

+Độ quá điều chỉnh 8.5%

+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:1.25s

+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s

+sai lệch tĩnh:1%

B Trường hợp có tải

1.Mạch vòng dòng điện.

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 dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung , bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều êm hơn Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được mà còn có thể hãm tái sinh

β

T6

T5 T2

F G

u2a u2b

u2c

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:

Pdm = 14 Kw Udm = 400 V

- Điện áp ngược của van cần chọn :

Unv = Kdtu Unmax = 1,8 1088,28 = 1958,9 V ;Trong đó : Kdtu : Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn Kdtu = 1,8 ;

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

Ilv = Ihd = khd Id =

Idm = ki Ilv = 3,2 28,28 = 90,496 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 151RB100 có các thông số sau :

- Dòng điện định mức của van: Idm = 150 (A) ;

- Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 1000 (V) ;

- Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 3300 (A) ;

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

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

- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 2,5 (V) ;

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 1250C ;

- Dòng điện duy trì : Ih = 500 mA ;

- Tốc độ biến thiên điện áp : du dt = 200 (V/µs) ;

- Thời gian chuyển mạch : tcm = 40 (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

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBATrong 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;

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 √14700

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

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T

- Chọn tỷ số m =

h

d = 2,3 Suy ra h = 2,3d = 2,3 11 = 25,3 cm ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 )

Chọn chiều cao trụ h = 25 cm

* Tính toán dây quấn

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

W1 =

U1

4 ,44.f Q Fe .B T=3804,44.50.59,4.10−4 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 :

S1 =

I1

J1 =

29,15 2,75 = 10,6mm2 Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật , cách điện cấp B

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm

- Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp :

J1 =

I1

S1 =

17,93 14,2 = 1,26 A/mm2

- Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

S2 =

I2

J2 =

32,6 2,75 = 11,85 mm2 Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B

Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 50,1 mm2

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S2cd = a2 × b2 = 5,1 × 10 mm

- Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp :

J2 =

I2

S2 =

32,6 50,1 = 0,65 A/mm2

* Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

W11 =

h−2h g

b1 .k c=25−2.1,5

0 ,86 .0,95 = 24 vòng Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95

Như vậy có 290 vòng chia thành 12 lớp , vậy 11 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 12 có 26 vòng

- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :