Mối tương quan điều khiển giữa các biến trạng thái...852.1 Mối tương quan giữa Moment điện từ và dòng điện isq...852.2 Mối tương quan giữa Moment điện từ và tốc độ của động cơ...86... Dự
Yêu cầu đề tài
Dự án thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ yêu cầu sinh viên cùng làm việc để tạo ra một hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ 1 cách tự động theo yêu cầu, để tải hoạt động như mong muốn đề ra.
Vậy thì, để hệ thống truyền động hoạt động một cách tự động, ta cần phải thiết kế 1 bộ điều khiển để điều khiển động cơ thông qua 1 bộ biến đổi công suất ( thay đổi điện áp, tần số, ) để tạo ra một điện áp hay tần số phù hợp cho động cơ Đồng thời, đề tài yêu cầu sinh viên phải vận dụng các kiến thức liên môn về điện tử công suất, kĩ thuật đo lường, KT vi điều khiển và truyền động điện để tính toán ra được các thông số của động cơ, thông số của bộ biến đổi công suất, cách viết chương trình cho bộ điều khiển,…
Tiến hành mô phỏng hệ truyền động điện, kiểm tra và hiệu chỉnh, làm cơ sở cho việc lắp ráp hệ thống, thực nghiệm và viết báo cáo.
Cấu trúc của hệ thống
1 Động cơ xoay chiều ba pha đồng bộ.
1 Bộ truyền động bánh răng.
Chức năng của các khối hệ thống
Nguồn AC: có chức năng cung cấp 1 nguồn xoay chiều 3 pha cho hệ thống hoạt động
Bộ điều khiển: có chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến, thông qua các phép toán để đưa ra tín hiệu điều khiển, điều khiển động cơ hoạt đồng theo tốc độ mong muốn.
Bộ biến tần: có chức năng thay đổi tần số đặt vào động cơ khi nhận được tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển.
Động cơ: có chức năng là hoạt động tạo moment làm cho tải chuyển động.
Cảm biến: có chức năng đọc các giá trị về tốc độ và dòng điện từ động cơ sau đó truyền về bộ điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ hoạt động theo nguyên lí sau:
Khi ta cấp nguồn hệ thống, và đưa tín hiệu vào bộ biến tần thì động cơ sẽ hoạt động và truyền động cho máy cắt.
Lúc này, cảm biến sẽ đọc tốc độ quay và dòng điện phần ứng từ động cơ để phản hồi về bộ điều khiển Sau đó bộ điều khiển tiến hành so sánh với tốc độ đặt ban đầu để tiến hành hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển đưa đến bộ biến tần (điện áp, tần số) nhằm điều khiển động cơ đạt được tốc độ đặt như mong muốn.
Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Tính toán yêu cầu tải và tính chọn công suất động cơ
Chọn tải
Chọn tải là lưỡi cắt có:
Tốc độ quay: 1750 vòng /phút.
Chức năng: Cắt gọt gỗ ép, nhựa alu, mica…
Hình 1.2 Hình ảnh lưỡi cắt
Hình 1.3 Đồ thị tốc độ mong muốn của tải (lưỡi cắt)
Dựa vào đồ thị, tải sẽ hoạt động như sau:
Từ 0s đến 2s: Tải bắt đầu khởi động và tốc độ tăng từ 0 rad/s đến 180 rad/s.
Từ 2s đến 5s: Tải ổn định có tốc độ là 180 rad/s.
Từ 5s đến 6s: Tải giảm tốc từ 180 rad/s về 0 rad/s.
Từ 6s đến 8s: Tải nghỉ ở 0 rad/s.
Từ 8s đến 10s: Tải bắt đầu khởi động và đảo chiều quay, tốc độ tăng từ 0 rad/s đến 160 rad/s.
Từ 10s đến 13s: Tải ổn định có tốc độ là 160 rad/s.
Từ 13s đến 14s: Tải giảm tốc từ 160 rad/s về 0 rad/s.
Nhận xét : Tải phải hoạt động ổn định ,bắt buộc phải bám sát tốc độ mong muốn của tải, sai số phải nhỏ, đảo chiều quay và hãm tốc độ nhanh
Tính chọn công suất động cơ
Momen quán tính của tải:
Theo như hệ thống truyền động :
Hình 1.4 Sơ đồ tải chuyển động quay
Tem là momen động cơ (Nm)
Jm là momen quán tính của động cơ (kg.m 2 )
r1,r2 là bán kính bánh răng (m)
T1,T2 lần lượt là momen trên các bánh răng r1,r2
ω M là tốc độ của trục động cơ (rad/s)
ω L là tốc độ của tải (rad/s)
TL là momen của tải (Nm)
JL là momen quán tính của tải
Vì chưa chọn động cơ nên ta sẽ bỏ qua J M d ω M dt ,sau khi chọn động cơ thì chúng ta sẽ kiểm nghiệm lại, nên:
Vì động cơ và tải quay ngược chiều với nhau, và có tốc độ dài bằng nhau nên ta có tốc độ động cơ được tính bằng công thức:
Dựa vào tốc độ mong muốn của tải ta có được tốc độ mong muốn của động cơ:
Từ tốc độ mong muốn của động cơ, ta tính momen động cơ như sau:
Hình 1.5 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ
Từ momen của động cơ ta tính được công suất của động cơ
Hình 1 6 Đồ thị momen của động cơ
Dựa vào đồ thị momen của động cơ ta tính được momen đẳng trị:
Dựa vào đồ thị của công suất động cơ ta tính được công suất đẳng trị:
Hệ số dữ trự của động cơ
Hình 1 7 Đồ thị công suất của động cơ
Chọn hệ số dự trữ là k=1.4
Ta sẽ chọn động cơ theo các tham số như sau:
P đm =P đt k dt G30.455∗1,4f22.637(Nm)(1.14) Động cơ được chọn là HSC160M10-7.5 có thông số kĩ thuật sau:
Công suất định mức: 7.5kW
Tốc độ định mức: 1000(vòng/phút)
Moment quán tính: 0.008 N.m b) Chọn hộp số
Momen đẳng trị của động cơ mà bài toán yêu cầu là:
Teq8,018Nm Momen định mức của động cơ là:
Do đó ta nên sử dụng bộ Gearbox giảm tốc với:
Hệ số ratio = 168,018 : 71,6 = 2.346 Chọn ratio =3 Thời gian t(s)=(0;2]
Sau khi qua hộp số:
Vậy ta chọn hộp số XJ51-3, có các thông số cơ bản sau:
Ratio: 3 Ratio: 3 Đường kính trục đầu ra: 6mm Ratio: 3
Tốc độ và Moment định mức: 3000RPM và 0,16Nm Ratio: 3
Tốc độ cực đại: 4000RPM Ratio: 3 c) Kiểm nghiệm lại động cơ khi đã qua hộp số:
Ta thấy tốc độ qua đỉnh của động cơ là ω đỉnh E(rad/s)C0(vòng/phút) Công thức tính momen của động cơ:
Gọi Jeq là momen quán tính tương đương quy về động cơ, ta có:
J eq d ω M dt =J M d ω M dt +J L d ω L dt ω L ω M (1.16) Theo phương trình động năng của hệ, ta có:
Vì động cơ PMSM có JM=0,008 kg.m 2
1 −30.4=−117,195(Nm)Thời gian t(s)=(0;2] Thời gian t(s)=(6;8]
Hình 1.10 Đồ thị momen của động cơ sau khi hiệu chỉnh
Nhận xét: Qua đồ thị đặc tính cơ ta thấy động cơ làm việc trong góc phần tư thứ 2 và 3.
Tại góc phần tư thứ 2 thì ω M >0và T em