Thiết kế hệ truyền động điện động cơ một chiều kích từ độc lập hệ BXAĐ

LỜI NÓI ĐẦUTrong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời kỳcông nghiệp hoá hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được cũng như những khókhăn thách thức đang đặt ra . Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung và những kỹ sưnghành tự động hoá nói riêng nhiệm vụ hết sức quan trọng. Đất nước đang cần một độingũ lao động có trí thức cũng như lòng nhiệt huyết để phục vụ và phát triển đất nước .Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung vàtrong lĩnh vực điện điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày.Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏinhững người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghànhmột cách sâu rộng.Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “Thiết kế hệtruyền động điện động cơ một chiều kích từ độc lập: Hệ BXAĐ”Sau một thời gian liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫnvà các thầy cô trong bộ môn, sự đoàn kết giúp đỡ của các bạn trong lớp. Đến nay bảnthiết kế của em đã hoàn thành.Qua đồ án này em gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã tận tìnhhướng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này. Đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu sắc tớithầy giáo TS.Nguyễn Ngọc Khoát, người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn em trongsuốt thời gian qua.Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy giáo hướng dẫn hết sức nỗ lực cốgắng. Song vì kiến thức còn hạn chế,điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều. Nên bảnthiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em mong tiếp tục được sự chỉ bảocủa các quý thầy cô, sự góp ý chân thành của các bạn.Em xin chân thành cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài: Thiết kế hệ truyền động điện động chiều kích từ độc lập: Hệ BXA-Đ Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: ĐỀ TÀI Thiết kế hệ truyền động động điện chiều kích từ độc lập hệ BXA-Đ với tham số sau: xy=72 T Pđm n đm U đm I đm Rư Lư J Bộ băm xung áp T (Kw ( v / p) (V) (A) (Ω) (mH (kgm2 ) chiều Đề ) 0,6 ) 3,5 0,28 Sơ đồ cầu, có đảo Tải tỉ lệ chiều nguồn E=240 thuận VCD;tần số đóng cắt với tốc f=1kHz độ 29xy 2xy = = 2382 272 10 MỤC LỤC Tải Mc LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều 1.2 Cấu tạo phân loại động điện chiều 1.3 Nguyên lí làm việc động chiều kích từ độc lập 1.4 Phương trình đặc tính 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động 1.5.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp vào mạch phần ứng 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 1.5.3 Thay đổi tốc độ cách thay đổi điện trở mạch phần ứng .8 1.6 Kết luận chương .9 CHƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ TRUYỀN ĐỘNG XUNG ÁP MỘT CHIỀU CĨ ĐẢO CHIỀU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 10 2.1 Hệ truyền động điều chỉnh xung áp động điện chiều 10 2.1.1 Băm xung áp chiều có đảo chiều 10 2.1.2 Đặc tính hệ ĐX – Đ 12 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BXA-Đ 14 3.1 Đề xuất cấu trúc hệ thống .14 3.2 Các thành phần cấu trúc 15 3.2.1 Bộ biến đổi (BBĐ) 15 3.2.2 Các điều chỉnh Ri, Rω 15 3.2.3 Phần tử hạn chế dòng HCD 15 3.2.4 Các sensor phản hồi Si, Sω 15 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BXA-Đ 19 4.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 19 4.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ 21 4.3 Tính tốn điều khiển 22 CHƯƠNG MÔ PHỎNG .26 5.1 Sơ đồ mô 26 5.2 kết mô .27 5.2.1 Mô tốc độ động Mc=0 27 5.2.2 Động khởi động khơng tải sau 2s cấp tải Mc=5000 28 5.2.3 Nhận xét kết mô .31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .33 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồi nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Hình Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Hình Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp thay đổi từ thơng kích từ Hình Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp thay đổi điện trở phần ứng Y Hình Băm xung áp cầu pha 11 Hình 2 Biểu đồ xung biến đổi đảo chiều 11 Hình Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ truyền động động chiều kích từ độc lập 14 Hình Mạch nguyên lý đo dòng điện chiều .16 Hình 3 Sơ đồ đo tốc độ dùng máy phát tốc 17 Hình Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện 19 Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 20 Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện bỏ qua E 20 Hình 4 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 21 Hình Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 21 Hình Sơ đồ mơ 26 Hình Kết mô tốc độ động Mc=0 .27 Hình Kết mô phụ tải đặt vào động Mc = 28 Hình Kết mơ dịng điện phần ứng động động khởi động không tải cấp tải Mc=0 28 Hình 5 Kết mô phụ tải đặt vào động 29 Hình Kết mô tốc độ mong muốn ωsp 29 Hình Kết mô tốc độ động khởi động không tải cấp tải Mc=5000 sau 2s 30 Hình Kết mơ dịng điện phần ứng động động khởi động không tải cấp tải Mc=5000 sau 2s 30 Bảng So sánh có điều khiển khơng có điều khiển 31 LỜI NĨI ĐẦU Trong công xây dựng phát triển đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố - đại hoá với thành tựu đạt khó khăn thách thức đặt Điều đặt cho hệ trẻ nói chung kỹ sư nghành tự động hố nói riêng nhiệm vụ quan trọng Đất nước cần đội ngũ lao động có trí thức lòng nhiệt huyết để phục vụ phát triển đất nước Sự phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho mặt xã hội thay đổi ngày Trong hồn cảnh đó, để đáp ứng điều kiện thực tiễn sản xuất đòi hỏi người kĩ sư điện tương lai phải trang bị kiến thức chuyên nghành cách sâu rộng Em giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “Thiết kế hệ truyền động điện động chiều kích từ độc lập: Hệ BXA-Đ” Sau thời gian liên tục hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn thầy mơn, đồn kết giúp đỡ bạn lớp Đến thiết kế em hoàn thành Qua đồ án em gửi lời cảm ơn tới thầy cô môn tận tình hướng dẫn để em hồn thành thiết kế Đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS.Nguyễn Ngọc Khoát, người trực tiếp đề tài hướng dẫn em suốt thời gian qua Mặc dù đạo sát thầy giáo hướng dẫn nỗ lực cố gắng Song kiến thức cịn hạn chế,điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều Nên thiết kế khơng tránh khỏi thiếu sót định Em mong tiếp tục bảo quý thầy cơ, góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng 05, năm 2023 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều DC (DC từ viết tắt từ tiếng Anh “Direct Current Motors”) tức động điều khiển dịng điện có hướng xác định Hay nói dễ hiểu loại động hoạt động nguồn điện áp DC nguồn điện áp chiều Động điện chiều loại động đồng bộ, hoạt động dòng điện chiều Tốc độ quay động điện chiều tỷ lệ thuận với nguồn điện áp đặt vào nó, ngẫu lực quay tỷ lệ thuận dịng điện Chính đặc tính mà động DC coi thành phần khơng thể thiếu hệ thống máy móc kỹ thuật địi hỏi mơ men khởi động lớn 1.2 Cấu tạo phân loại động điện chiều Động điện chiều gồm phận sau Stator: Thông thường tạo thành từ hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, có nam châm điện Rotor: Chính phần lõi có quấn cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện Chổi than (cịn gọi brushes): Có nhiệm vụ tiếp xúc tiếp điện cho phận cổ góp Cổ góp (cịn gọi commutator): Có nhiệm vụ tiếp xúc chia điện cho cuộn dây phần rotor Số lượng điểm tiếp xúc thông thường phải tương ứng với số cuộn có rotor Tùy thuộc vào phương pháp kích từ, tiến hành chia động điện chiều thành loại nhỏ đây: Động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Động điện chiều có kích từ độc lập Động điện chiều với kích từ nối tiếp Động điện chiều với kích từ song song Động điện chiều với kích từ hỗn hợp, bao gồm cuộn dây kích từ, cuộn mắc nối tiếp vào phần ứng, cịn cuộn mắc song song vào phần ứng 1.3 Nguyên lí làm việc động chiều kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mắc độc lập mạch điện phần ứng mạch kích từ vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Hình 1 Sơ đồi nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Ở ta dùng động chiều nam châm kích từ độc lập nên có từ thông Φ không đổi nên không cần quan tâm đến vấn đề kích từ Nếu momen động điện sinh lớn momen cản, roto bắt đầu quay suất điện động Eư tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên Eư, dòng điện Iư giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm Tăng dần Iư cách tăng Uư giảm điện trở mạch điện phần ứng máy đạt tốc độ định mức Trong q trình tăng Iư cần ý khơng để lớn so với Iđm để không xảy cháy động 1.4 Phương trình đặc tính Phương trình cân điện áp mạch phần ứng ( roto): U u E ( Ru  R f ) I u (1.1) Trong đó: U điện áp phần ứng động (V) Eư điện trở quận dây phần ứng Rư điện trở cuận dây phần ứng R p điện trở phụ mạch phần ứng I dòng điện phần ứng đọng Với: Ru ru  rct  rcb  rcp (1.2) Trong đó: r điện trở quận dây phần ứng r ct điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp r cb điẹn trở quận bù r cp điện trở quận phụ Sức điện động phần ứng tỉ lệ với tốc độ quay roto: Eu  p.N . K . 2 a (1.3) Trong đó: K p.N 2 a hệ số kết cấu động Φ từ thông qua lõi cực từ P số đơi cực N số than dẫn tác dungj quận ứng a số mạch nhánh song song cuận ứng Hoặc ta viết: Eu K e .n  Và : Vậy (1.4) 2 n n  60 9,55 Ke  K 0.105K 9.55 Nhờ lực từ trường tác động vào dây dẫn phần ứng có dịng điện, roto quay tác dụng mômen quay: M K .U u (1.5) Từ hệ hai phương trình (1.1) (1.3) ta rút phương trình đặc tính biểu thị mối quan hệ ω=f (I ) động điện chiều kích từ đọc lập sau:  Uu R  RP  u Iu K   K   (1.6) Từ phương trình (1.5) rút I thay phương trình (1.6) ta phương rình đặc tính biểu thị mối quan hệ ω=f ( M ) động điện chiều kích từ độc lập sau:  Uu R  RP  u M K   K   (1.7) 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động Để thay đổi tốc độ động ta có ba phương pháp sau: Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng Thay đổi từ thông động Thay đổi điện trở mạch phần ứng động 1.5.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp vào mạch phần ứng Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ đặc tính ứng với tốc độ khơng tải khác nhau, song song có độ cứng Điện áp U thay đổi phía giảm (U