đồ án môn học '''' thiết kế hệ thống điện cho truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng ''''

Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG GVHD: Trần Duy Trinh SVTH: Trưowng Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Lời nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… GVHD: Trần Duy Trinh -1- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo cầu trục 1.1.3 Phân loại 1.1.4 Cấu tạo 1.2 Đặc điểm công nghệ 1.3 Yêu cầu truyền động 1.3.1 Đặc tính phụ tải 1.3.2 Chế độ làm việc động truyền động 1.3.3 Yêu cầu truyền động 10 Chương 12 TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG 12 2.1.Tính tốn phụ tải 12 2.1.1 Lựa chọn thông số 12 2.1.2 Phụ tải tĩnh nâng tải 13 2.1.3 Phụ tải tĩnh hạ tải 14 2.2 Chọn sơ công suất động 15 2.2.1 Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh 15 2.2.2 Kiểm nghiệm động 17 Chương 19 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 19 3.1 Giới thiệu chung động điện chiều 19 3.1.1 Khái quát động điện chiều 19 3.1.2 Đặc tính trạng thái hãm 22 3.1.3 Ảnh hưởng tham số tới đặc tính 25 3.2 Lựa chọn phương án truyền động 27 3.2.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) 27 3.2.2 Hệ thống máy phát động F - Đ với phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) 28 3.2.3 Đánh giá hệ thống F- Đ 30 3.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động (T-Đ) 30 3.3.1 Sơ đồ hệ thống 31 3.3.2 Đánh giá hệ thống 31 3.4 Lựa chọn phương án truyền động 32 Chương 33 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 33 4.1 Tính chọn thiết bị mạch lực 33 4.1.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực 33 4.1.2 Lựa chọn phương án đảo chiều 38 GVHD: Trần Duy Trinh -2- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 4.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ truyền động 40 4.1.4 Tính chọn thiết bị mạch động lực 42 4.2 Tính chọn thiết bị mạch điều khiển 53 4.2.1 Khái quát chung 53 4.2.2 Thiết kế mạch cụ thể 56 4.2.3 Khâu tạo xung: 64 4.2.4 Mạch tạo điện áp chủ đạo 71 4.2.5 Mạch lấy tín hiệu phản hồi dịng điện có ngắt 71 4.2.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ 72 4.2.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều 73 Chương 74 ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 74 5.1 Tính tốn thơng số 74 5.1.1 Các tham số 74 5.1.2 Hệ số khuếch đại động 74 5.1.3 Hệ số khuếch đại biến đổi kb 74 5.1.4 Hệ số khuếch đại trung gian 75 5.1.5 Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) toàn hệ thống 76 5.2 Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống 77 5.2.1 Khái niệm chung 77 5.2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chế độ tĩnh 77 5.2.3 Kiểm tra ổn định hệ thống chế độ tĩnh 78 5.3 Khảo sát chế độ động hệ thống 79 5.3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc 79 5.3.2 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi tốc độ 81 5.3.3 Kiểm tra ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Routh 83 KẾT LUẬN 85 GVHD: Trần Duy Trinh -3- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án mơn học Trang Bị Điện LỜI NĨI ĐẦU Ngày phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực điện - điện tử - tin học 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 ngành cách sâu rộng Trong q trình học mơn Trang Bị Điện em nhận đề tài: Thiết kế hệ thống điện cho truyền động cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng Do kiến thức cịn hạn chế, phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên đồ án không khỏi có sai sót Em mong nhận góp xây dựng thầy, giáo bè bạn để đồ án hoàn thiện Trong trình làm đồ án em nhận giúp đỡ, hướng dẫn, bảo nhiệt tình thầy, giáo góp ý xây dựng bạn bè Đặc biệt giúp đỡ Thầy giáo Trần Duy Trinh thầy cô giáo công tác khoa điện Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, 26 tháng 09 năm 2012 Sinh Viên Trương Văn Dân GVHD: Trần Duy Trinh -4- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Chương TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Khái niệm Cầu trục tên gọi chung máy trục chuyển động hai đường ray cố định kết cấu kim loại tường cao để vận chuyển vật phẩm khoảng không ( độ ) hai đường ray Các cấu đảm bảo chuyển động: - Nâng hạ vật Di chuyển xe Di chuyển xe cầu 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo cầu trục Dầm cầu gọi dầm chính, thường có kết cấu hộp dàn, có hai dầm Trên dầm có xe cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm Hai đầu dầm liên kết hàn đinh tán với hai dầm đầu Trên dầm đầu có hai cụm bánh xe: cụm bánh xe chủ động cụm bánh xe bị động Dẫn động cầu trục tay dẫn động điện Dẫn động tay chủ yếu dùng phân xưởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thường xuyên, không đòi hỏi suất tốc độ cao Cầu trục thường chế tạo với thông số: - Tải trọng nâng: Q = ÷ 500 - Chiều cao nâng: Hmax = 16 m - Vận tốc nâng: Vn = ÷ 40 m/phút - Vận tốc di chuyển xe con: Vxmax = 60 m/phút - Vận tốc di chuyển cầu trục: Vcmax = 60 m/phút Cầu trục có Q > 10 thường trang bị hai ba cấu nâng, gồm cấu nâng hai cấu nâng phụ, lắp xe 1.1.3 Phân loại + Theo hình dạng phận nâng hạ mục đích sử dụng: - Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn - Cầu trục dùng gầu ngoạm - Cầu trục dùng nam châm điện GVHD: Trần Duy Trinh -5- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + Theo tải trọng: - Loại nhẹ: 10 - Loại trung bình: từ 10 tới 15 Loại nặng: 15 + Theo chế độ làm việc: - Loại nhẹ: TĐ%= 10÷15%, số lần đóng cắt 60 - Loại trung bình: TĐ%= 15÷25% , số lần đóng cắt 120 Loại nặng: TĐ%= 40÷60%, số lần đóng cắt 240 + Theo chức năng: - Cầu trục vận chuyển: sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ xác khơng cao - Cầu trục lắp ráp: sử dụng phân xưởng khí, yêu cầu độ xác cao 1.1.4 Cấu tạo Hình 1.1 Cấu tạo cầu trục Cấu tạo cầu trục thể hình 1.1, gồm phận chính: + Xe cầu Là khung sắt hình chữ nhật,được thiết kế với kết cấu chịu lực, gồm dầm chế tạo thép, đặt cách khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe con, bao quanh dàn khung Hai dầm cầu liên kết khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật mặt phẳng ngang Các bánh xe cầu trục thiết kế dầm ngang khung để cầu trục chạy dọc suốt nhà xưởng cách dễ dàng GVHD: Trần Duy Trinh -6- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + Xe Là phận chuyển động đường ray xe cầu, có đặt cấu nâng hạ cấu di chuyển cho xe Tùy theo cơng dụng cầu trục mà xe có hai, ba cấu nâng hạ, gồm cấu nâng hai cấu nâng phụ Xe di chuyển xe cầu xe cầu di chuyển dọc theo phân xưởng nhà máy đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến nơi phân xưởng + Cơ cấu nâng - hạ Có hai loại chính: - Loại dùng cho cầu trục dầm palăng điện palăng tay Palăng điện hay palăng tay có khả di chuyển dọc theo dầm để nâng hạ vật Các loại palăng chế tạo theo tải trọng tốc độ nâng yêu cầu - Đối với loại dầm thông thường, cấu nâng hạ chế tạo đặt xe để di chuyển dọc theo dầm Trên xe có từ đến ba cấu nâng hạ Ngồi cịn có cấu phanh hãm (hình 1.2) Phanh dùng dùng cầu trục có ba loại: phanh guốc, phanh đĩa phanh đai Nguyên lí hoạt động loại phanh giống Cơ cấu phanh hãm gồm có: - Má phanh - Cuộn dây nam châm phanh - Đối trọng phanh Hình 1.2 Cấu tạo cấu phanh hãm GVHD: Trần Duy Trinh -7- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 1.2 Đặc điểm công nghệ Cầu trục làm việc môi trường nặng nề ngồi hải cảng, nhà máy, xí nghiệp luyện kim Làm việc chế độ đóng cắt cao Ngồi ra, tùy theo q trình cơng nghệ mà ta có số yêu cầu như: - Cầu trục vận chuyển sử dụng rộng rãi, yêu cầu độ xác khơng cao - Cầu trục lắp ráp thường sử dụng phân xưởng khí, dùng để lắp ghép chi tiết khí nên yêu cầu độ xác cao - Các khí cụ điện, thiết bị điện hệ thống phải làm việc tin cậy để nâng cao suất, an toàn vận hành khai thác Từ đặc điểm đưa yêu cầu hệ thống trang bị điện cấu: - Các phần tử cấu thành hệ thống phải đơn giản, dễ thay thế, sửa chữa, độ tin cậy cao - Trong mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, bảo vệ tải ngắn mạch - Quá trình mở máy diễn theo quy luật định sẵn - Sơ đồ điều khiển cho động rieng biệt, độc lập - Có cơng tắc hành trình hạn chế hành trình tiến lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hành trình lên cấu nâng hạ - Đảm bảo hạ hang tốc độ thấp - Tự động cắt nguồn có người làm việc xe cầu 1.3 Yêu cầu truyền động 1.3.1 Đặc tính phụ tải Khảo sát cấu nâng hạ người ta nhận thấy momen cản cấu không đổi độ lớn chiều chiều quay động thay đổi Nói cách khác, momen cản cấu nâng hạ thuộc loại momen cản năng, có đặc tính Mc = constant không phụ thuộc vào chiều quay Điều giải thích dễ dàng momen cấu trọng lực tải gây Khi nâng tải, momen có tác dụng cản trở chuyển động, tức hướng ngược chiều quay Khi hạ tải, momen lại momen gây chuyển động, tức hướng theo chiều quay động GVHD: Trần Duy Trinh -8- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Dạng đặc tính cấu nâng hạ sau: Hình 1.3 Đặc tính cấu nâng – hạ Từ đặc tính cấu nâng hạ ta có nhận xét: - Khi hạ tải ứng với trạng thái phát động Mđ momen hãm, Mc momen gây chuyển động - Khi cần trục hạ tải dụng lực: hai momen gây chuyển động Như vậy, giai đoạn nâng hay hạ động phải điều khiển để đảm bảo làm việc với trạng thái làm việc nó, phù hợp với đặc tính tải phụ tải cầu trục biến đổi từ tới giá trị lớn 1.3.2 Chế độ làm việc động truyền động + Ở góc phần tư thứ nhất: Máy điện làm việc chế độ động ( đường 1) M = Mc + Mđm Với: M - momen động sinh Mc - momen cản tải trọng gây Mđms - momen cản ma sát gây Đối với động nâng hạ làm việc chế độ nâng hàng, động di chuyển làm việc chế độ chạy tiến + Ở góc phần tư thứ II: Máy điện làm việc chế độ máy phát Đối với cấu di chuyển, đường thực hãm tái sinh có ngoại lực tác dụng chiều với chuyển động cấu Còn cấu nâng hạ thực hãm động ( đường ) GVHD: Trần Duy Trinh -9- SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện C3 Đồ án môn học Trang Bị Điện R19 D5 D D Tr R18 - U®kN IC3 WR + R21 c b a C D4 D6 D2 R20 + 15 V - 15 V - U®kT IC5 + Hình 4.28: Sơ đồ mạch lấy tín hiệu dịng điện có ngắt Chọn điều chỉnh PI với IC3 hình 4.15, IC3 khuếch đại thuật tốn Tín hiệu phản hồi dòng lấy điện trở điều chỉnh WR2 thơng qua biến dịng chỉnh lưu cầu pha Máy biến dòng TI nhằm cách ly mạch động lực mạch điều khiển Điện áp TI chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha (để đảm bảo cho dòng điện cuộn thứ cấp TI dòng điện xoay chiều) - Nguyên lý làm việc: Khi Iư  Ing, điện áp đầu IC2 có dấu dương nên diode khố, mạch phản hồi chưa có tác dụng Khi Iư  Ing, điện áp có giá trị âm, lúc mạch phản hồi dịng tham gia khống chế góc mở  làm giảm dòng phần ứng 4.2.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ C4 R23 R22 WR3 - FT IC4 + Hình 4.29: Mạch lấy tín hiệu phản hồi tốc độ + Ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao độ đặc tính Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định tốc độ hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc hệ khởi động Tốc độ động truyền đến máy phát tốc Máy phát tốc máy GVHD: Trần Duy Trinh - 72 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện phát điện chiều có điện áp tỉ lệ tốc độ động Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (n) lấy từ máy phát tốc FT nối với động Tín hiệu tỉ lệ tuyến tính với tốc độ động + Ở ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại thuật toán 4.2.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều +15 V 7815 D1 BA D3 D5 C6 D4 D6 C7 + - + - D2 -15 V 7915 Hình 4.30: Sơ đồ mạch nguồn nuôi chiều Nguồn nuôi tạo điện áp  15 (V) để cấp nguồn nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt Điện áp thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 máy biến áp : U 21  20  14,18 V , chọn 15 (V) Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 7915 có thông số chung: - Điện áp đầu vào: UVào =  35 (V) - Điện áp đầu ra: IC 7815 có Ura = 15V; IC 7915 có Ura = - 15 (V) - Dòng điện đầu ra: Ira =  (A) - Sụt áp nhỏ IC 7815 U = (V) + Ud = 15 - = 11 (V) ; U  11  13,75 (V ) 0,8 Ta chọn U2 = 15 (V) + Tụ C6, C7 dùng lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn tụ có điện dung : C = 470 F, U = 35 (V) GVHD: Trần Duy Trinh - 73 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Chương ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 5.1 Tính tốn thơng số 5.1.1 Các tham số + : Hệ số phản hồi âm tốc độ  = 0,0682 + R : Tổng điện trở mạch phần ứng R  = 0,105 () + Iư: Trị số dịng điện tải, tính theo dịng định mức động + Iưđm = 223 (A) + KĐ: Hệ số khuếch đại động 5.1.2 Hệ số khuếch đại động Ta có: k Đ  nđm 1 600     3,09 k e Ceđm U đm  R I đm 220  0,105.251,2 5.1.3 Hệ số khuếch đại biến đổi kb Để tính hệ số khuếch đại biến đổi (Kb) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ Ud = f(Uđk) sau tuyến tính hố đặc tính đặc tính hệ số góc đoạn đặc tính Hệ số đoạn đặc tính hệ số khuếch đại biến đổi k b  tg  U d U đk Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f()  = f(Uđk) * Xây dựng quan hệ Ud = f(): + Coi hệ thống làm việc chế độ dòng điện liên tục: Ud = Ud0.cos Trong đó: + Ud0 = 241,38 điện áp chỉnh lưu không tải biến đổi +  góc điều khiển Cho  biến thiên từ  = (0  /2) ta trị số Ud lập thành bảng sau: Bảng 5.1: Quan hệ góc mở  điện áp Ud  Ud (V) GVHD: Trần Duy Trinh /12 /6 /4 /3 /2 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 - 74 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện * Xây dựng quan hệ  = f(Uđk) + Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) giá trị góc điều khiển  thay đổi theo Ứng với (Uđk) khác ta nhận giá trị  Căn vào đồ thị Uđk điện áp tựa Urc, ta thấy góc  biến đổi theo Uđk với quy luật sau: = U  2 (1  dk )  U dk  U rc (1  ) Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật tốn U rc  tín hiệu Urcmax =  14 (V) nên biên độ cực đại Urc Urcmax = 14 (V) Song thực so sánh Urc dịch cho Urc =  = /2, nghĩa ta sử dụng nửa biên độ cực đại Urc  Uđk = U rc max 2 2 (1  )    f (1  ) Cho  biến thiên từ    = (0  /2) ta trị số Uđk lập thành bảng : Bảng 5.2: Quan hệ góc mở  điện áp Uđk  /12 /6 /4 /3 /2 Uđk (V) 5,83 4,7 3,5 2,33  Quan hệ Ud = f(Uđk): Bảng 5.3: Quan hệ Ud điện áp Uđk Ud 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 5,83 4,7 3,5 2,33 Uđk (V) + Ta có: kb = U d 241,38  120,69   25,84 U dk  2,33 5.1.4 Hệ số khuếch đại trung gian + Ta có thơng số có: Bảng 5.6: Các thơng số có: kb  Iư(A) R() KĐ St(max) D nđm(v/p) 25,84 0,0682 223 0,105 3,09 5% 6,67 600 GVHD: Trần Duy Trinh - 75 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + thay giá trị vào (7) ta được: k  I u R k Đ (1  S t ).D   251,2.0,105.3,09.(1  0,05).6,67    1   1  213,1    0,05.600 S t nđm  0,0682     + Vậy hệ số khuếch đại trung gian kTG là: Ta có k = kI.kn = kTG.kb.kĐ  kTG  k 213,1  1,78  kTG  25,84.3,09 k b k Đ 5.1.5 Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) toàn hệ thống Ta có: kyc = kTG.kb kĐ. = 1,78.25,84.3,052.0,0682 = 14,10 + Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại KYC = 14,10 Để thực mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán A741 mắc nối tiếp với điện trở chức Trong trình làm việc hệ thống truyền động điện tự động có ảnh hưởng nhiễu loạn bên ngồi mà hệ thống bị cân so với định mức Khảo sát hệ thống để xét xem hệ thống có ổn định hay khơng, để từ tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt tiêu mong muốn Khảo sát chế độ động hệ thống, việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái niệm Khi chuyển biến trạng thái hệ thống sảy cách đột ngột, nhanh mà tốc độ biến thiên lượng điện từ, lượng điện bỏ qua nghĩa khâu quán tính đóng vai trị quan trọng q trình làm việc hệ thống Khi khảo sát chế động hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc thời gian chuyển từ trạng thái xác lập sang trạng thái xác lập khác Một hệ thống gọi ổn định trình độ tắt dần theo thời gian Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc hệ thống sau xây dựng hàm truyền hệ thống sử dụng tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống có ổn định hay khơng Cịn hệ thống chưa ổn định phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng hệ thống GVHD: Trần Duy Trinh - 76 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 5.2 Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống 5.2.1 Khái niệm chung Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cứng đặc tính hệ thống Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay khơng qua mơ tả q trình diễn biến hệ thống chế độ làm việc nó, từ đánh giá chất lượng tĩnh hệ thống truyền động máy bào giường Việc khảo sát chễ độ tĩnh hệ thống máy bào giường thực thông qua việc xây dựng đặc tĩnh hệ thống Xây dựng đặc tĩnh hệ thống xây dựng quan hệ tốc độ với mômen [n = f(M)] quan hệ tốc độ với dòng điện [n = f (I)] Thơng thường xây dựng đặc tĩnh điện [n = f(I)], dịng điện qua động phản ánh trực tiếp chế độ tải Khi xây dựng đặc tính tĩnh, hệ thống truyền động điện có phần tử làm việc vùng phi tuyến vùng tuyến tính nên ta cần có giả thiết - Động làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà - Hệ số khuếch đại biến đổi = const - Tiristor phần tử làm việc khơng có qn tính - Điện trở mạch phần ứng khơng thay đổi suốt q trình làm việc 5.2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chế độ tĩnh Căn vào hệ thống thiết kế ta có sơ đồ cấu trúc sau U c® kI kn (-) Uđk kb Eb EĐ kĐ (-) Rb + Rư  Id  Trong đó: Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống + Ucđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo) + kn: Hệ khuếch đại tốc độ + kI: Hệ khuếch đại dòng điện + kb: Hệ số khuếch đại biến đổi Kb = 10,07 + kĐ: Hệ số khuếch đại động chiều KĐ = 3,052 + : Hệ số phản hồi tốc độ GVHD: Trần Duy Trinh - 77 - SVTH: Trương Văn Dân n Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + : Hệ số phản hồi dòng điện Ở ta sử dụng xen xơ dòng điện cò hệ số phản hồi  = 0,04 + Rb + Rư : Điện trở biến đổi điện trở mạch phần ứng( Sử dụng biến đổi cầu pha có điện trở Rb  () ) + Từ sơ đồ ta có trường hợp: - TH1: Khi hệ thống có khâu phản hồi âm tốc tham gia n u cđ k Đ k I k n k b ( R  Ru ) I u k Đ U cđ k TG k b k Đ ( Rb  Ru ) I u k Đ  b     k n k I k b k Đ   k n k I k b k Đ   k   k - TH2 : Khi hệ thống có hai khâu phản hồi âm tốc âm dòng có ngắt tham gia : (U cđ k n   I ng )k Đ k I k b ( Rb  Ru   k I k b ) I u k Đ n    k n k I k b k Đ   k n k I k b k Đ (U cđ k n   I ng )k Đ k I k b ( Rb  Ru  k I k b ) I u k Đ     k   k - TH3 : Khi hệ thống có âm dịng tham gia n  (U rbh   I ng )k I k b k Đ  ( Rb  Ru   k I k b ) I u k Đ 5.2.3 Kiểm tra ổn định hệ thống chế độ tĩnh Sai lệch tốc độ tương đối lớn xảy đường đặc tính thấp Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đường giới hạn Tốc độ động đường đặc tính thấp nhất: nđm 600   189,96(v / p ) (ở chọn D = 3) D 6,67 nmin  Tốc độ không tải động đường đặc tính thấp nhất: n0  U cđ k 7,06.206,66   93,66(v / p )   k  0,0682 206,66 Trong đó: U cđ  n (1   k )  I đm R k Đ k  89,96.(1  0,0682.206,66)  251,2.0,105.3,09  7,06(V ) 206,66 Vậy ta có: n%  n0  nmin 93,66  89,96 100%  100  13,95(%) n0 93,66 Theo yêu cầu hệ thống thấy rằng: n% = 3,95% < [n%] = 5% Hệ thống đảm bảo chất lượng tĩnh GVHD: Trần Duy Trinh - 78 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 5.3 Khảo sát chế độ động hệ thống 5.3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc + Sơ đồ cấu trúc hệ thống Ic (p) U c® (p) Wn (p) Wi (p) (-) U ®k(p) (-) U d (p) kb p + (-) 1/R d T e P + Id (p) (-) Rd T mP n(p) Ed (p) k§   Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống + Ở + số thời gian điện từ động cơ: Te  Ld 0,742 3  10  0,0071s  Rd 0,105 +Hằng số thời gian điện cơ: Tm  GD Rd  375C e đm C m đm 10 2.0,105  0,027s  60 375.0,328 .0,328 2 + Chỉnh lưu cầu pha nên thời gian trễ:  = 0,00167(s) 5.3.1.1 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi dòng điện + Ở ta bỏ qua nhiễu phụ tải (Mc(p) =  Ic(p) = 0) + Ta thấy Tm > Te nên thay đổi dòng điện nhanh thay đổi tốc độ(hay sức điện động) xét cho mạch vịng dịng điện ta bỏ qua tác dụng sức điện động EĐ sơ đồ cấu trúc hệ thống có sơ đồ sau: U v (p) Wi (p) U ®k(p) (-) kb p + U d (p) 1/R d T e P + Id (p)  Hình 5.3: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện GVHD: Trần Duy Trinh - 79 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện dạng điển hình : Wi (p) (-) k b.1/R d Id (p) (p + )( T e P + 1) Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình * Lựa chọn sơ đồ cấu trúc điều chỉnh + Hàm truyền đối tượng : Wđt ( p )   k b / Rd 0,04.25,84.1 / 0,105 9, 21   (p  1)(Te p  1) (0,00167 p  1)(0,0071 p  1) (0,00167 p  1)(0,0071 p  1) + Ta thấy khâu phản hồi âm dòng điện tham gia vào hệ thống xảy trình độ, thời gian tham gia khâu nhỏ cần phải có độ xác cao Do ta hiệu chỉnh thàn hệ thống điển hình loại I + Theo tối ưu modul ta có: (PI) Wi ( p)  k pi  i p 1 i p + Tổng hợp tham số: i = Te = 0,0071(s)  Wi ( p)  k pi 0,0071 p  0,0071 p + Hàm truyền hệ thống sau ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại dòng điện:  WI ( p )  Wi ( p ).Wđt ( p)  9,21.k pi 0,0071 p (0,00167 p  1)  1314,2.k pi p(0,00167 p  1)  kI p(0,00167 p  1) Trong đó: kI = 24kpi + Ta chọn lượng điều chỉnh dòng điện imax %  % tra bảng ta lấy max% = 4,3  ta có quan hệ kT: .kI = 0,5  0,00167.1313,2kpi = 0,5  kpi = 0,212 + Kiểm tra điều kiện xử lý gần biến đổi:  ci   cb  - 1   199,6(rad / s ) 3 3.0,00167 Tra bảng quan hệ KT ta có:  ci  GVHD: Trần Duy Trinh 0,455 0,455   27,1   cb T1 0,0168 - 80 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Cp Rp Uv ,Iv Rv - Iv Ur + Hình 5.5: Bộ điều chỉnh PI + ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 20()  R p  k p Rv  0,217.20  4,34(); C p   i 0,0071   0,352(mF ) Rv 20 + Ở Rv = R18 ; Rp = R19 ; Cp = C3 sơ đồ mạch phản hồi dòng điện 5.3.2 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi tốc độ 5.3.2.1 Đơn giản hóa sơ đồ cấu trúc + Biến đổi mạch vòng dòng điện thành khâu tương ứng U v (p)  kI (-) Id (p) P( p + 1) Hình 5.6: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình + Hàm truyền mạch vòng dòng điện: Wki ( p )  kI 1    0,0033 p  T1i p  p  k I T1i p 1 p  p 1 kI kI kI kI 299,   141(rad / s )  0,00167 - Điều kiện:  cn  - Tra bảng quan hệ KT ta có:  ci  0,455 0,455   27,1   cn T1 0,0168 Uv (p)  (-) 0,0033P + Id (p) Hình 5.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình GVHD: Trần Duy Trinh - 81 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện * Đơn giản hóa mạch vịng tốc độ: Ic (p) U c® (p) (-) Wn (p) (-) kI P +1 Rd T mP n(p) Ed (p) k§  Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ + Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ dạng điển hình : Uc® (p)   k §.Rd Wn(p) n(p) T mP ( k P + ) (-) I Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ dạng điển hình 5.3.2.2 Lựa chọn sơ đồ cấu trúc điều chỉnh + Hàm truyền đối tượng : Wđt ( p )   k Đ R d 0,0682.3,09.0,105 0,78   0,027 p(0,0033 p  1) p (0,0033 p  1) Tm p ( p  1) kI + Ở mạch vịng tốc độ có nhiều nguồn phụ tải, yêu cầu chống nhiễu tốt + Mạch vòng tốc độ khơng tham gia vào q trình q độ hệ thống + Do có nhiễu phụ tải mà sau phụ tải có khâu tích phân nên trước nhiễu phụ tải cần khâu tích phân  Do nguyên nhân mà cần hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại II * Theo tối ưu đối xứng: Wn ( p)  k pn n p 1 (PI) np + Tổng hợp tham số: n = h.Tn (Tn = 1/kI); Ở chọn h =   n  5.0,0033  0,0165(s) + Hàm truyền hệ thống sau ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại tốc độ:  WII ( p)  Wn ( p).Wđt ( p )  + Ta có: k II  0,78.k pn (0,0165 p  1) p (0,0033 p  1) (*) h 1 1 36,36  0,81k pn   36,36  k pn   44,89 0,81 2h 0,0033 2.5 0,0033 + Thay giá trị vào (*) ta được: GVHD: Trần Duy Trinh - 82 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 0,599 p  36,36 p (0,0033 p  1) WII ( p )  Wn ( p ).Wđt ( p )  Cp Rp Uv ,Iv Rv - Iv Ur + Hình 5.10: Bộ điều chỉnh PI + ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 15()  R p  k p Rv  44,89.20  897,8( ); C p   n 0,0165   1,1(mF ) Rv 15 + Ở Rv = R22 ; Rp = R23 ; Cp = C4 sơ đồ mạch phản hồi tốc độ * Sơ đồ cấu trúc hệ thống sau ta chọn khuếch đại tốc độ dòng điện PI: Uc® (P) 0,599P + 36,36 P (0,0033P + 1) n(p) Hình 5.12: Sơ đồ cấu trúc hệ thống + Hàm truyền hệ thống : Wht ( p )  0,599 p  36,36 p (0,0033 p  1)  0,599 p  36,36  Wht ( p )  0,599 p  36,36 0,0033 p  p  0,599 p  36,36 5.3.3 Kiểm tra ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Routh + Nội dung tiêu chuẩn : Điều kiện cần đủ hệ thống điều khiển tuyển tính ổn định hệ số cột bảng Routh phải lớn + Thành lập bảng Routh : - Giả sử phương trình hệ thống sau : wht ( p )  GVHD: Trần Duy Trinh k p n  k1 p n 1   k n a p n  a1 p n 1  a p n 2   a ( n 1) p  a n - 83 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện + Ta có bảng Routh sau : a0 a2 a4 a6 a1 a3 a5 a7 b0 b1 c0 b2 b3 c2 b4 b5 c4 b6 b7 c6 c1 c3 c5 c7  + Trong đó: + b0  a0 a2 a1 a3 a1  + b1  a1 b2 a1 a  a0 a3 ; b2  a1 a3 b0  b0  a 3b0  a1b2 ; b3  b0   a0 a4 a1 a5 a1 a1 b4 a1a  a a a1 a5 b0  b0  a 5b0  a1b4 b0 + Áp dụng vào hệ thống ta có bảng Routh sau: a0 a1 b0 b1 + : a2 a3 b2 b3 + a0 = 0,0033 ; a1 = 1; a2 = 0,599 ; a3 = 36,36  + b0  a0 a2 a1 a3 a1  a1a  a0 a3 1.0,599  0,0033.36,36   0, 413 a1  a3b0  a1b2  a3  34,2 b0 + b2 = 0; b3 =  + b1  a1 a3 b0 b2 b0 + Ta thấy tất hệ số cột bảng Routh lớn nên hệ thống ổn định chế độ động, không cần hiệu chỉnh hệ thống GVHD: Trần Duy Trinh - 84 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài em hồn thành có kiến thức : Thiết kế hệ thống điện cho truyền động cấu nâng hạ cầu trục phân xưởng Đồ án sở kiến thức quan trọng để sau em áp dụng kiến thức học để áp dụng thực tế công việc kỹ sư Điện Trong trình làm đồ án, điều kiện khách quan lượng kiến thức thân hạn chế nên chắn cịn thiếu sót, em mong nhận sử bảo thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm Em xin chần thành cảm ơn thầy giáo Trần Duy Trinh thầy giáo mơn nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án Sinh Viên Trương Văn Dân GVHD: Trần Duy Trinh - 85 - SVTH: Trương Văn Dân Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Điều chỉnh tự động Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – NXB khoa học kỹ thuật – 2004 [2] - Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh - ĐH Bách khoa Hà Nội – 2000 [3] - Lý Thuyết điều khiển tự động - Phạm Công Ngô - NXB khoa học kỹ thuật - 2001 [4] – Truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – NXB Khoa học kỹ thuật - 2001 GVHD: Trần Duy Trinh - 86 - SVTH: Trương Văn Dân ... Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện Chương PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 3.1 Giới thiệu chung động điện chiều 3.1.1 Khái quát động điện chiều Động điện chiều động hoạt động với dòng điện. .. 3.2 Lựa chọn phương án truyền động 3.2.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát -động cơ( F-Đ) Hệ thống máy phát - động (F - Đ) hệ truyền động điện mà BBĐ điện máy phát điện chiều kích từ độc... Vinh – Khoa Điện Đồ án môn học Trang Bị Điện 3.4 Lựa chọn phương án truyền động Qua phân tích sơ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F - Đ T - Đ.Ta thấy: Mỗi hệ thống có ưu điểm