Báo cáo bài tập lớn truyền Động Điện tự Động

Mục lụcCâu 1: Thiết kế hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập : 1.. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện, tốc độ - P  Mô men quán tính:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG

………

Giảng viên hướng dẫn : TS Võ Thanh Hà

Nhóm thức hiện : Nhóm 5

Thành viên : Lê Đình Nguyên - 211604261

: Nguyễn Văn Lâm - 211600713 : Phạm Minh Quang - 211613792 Lớp : KTĐK & Tự động hóa 2 – K62

Khoa : Điện – Điện tử  

Thành phố Hà Nội, ngày tháng 04 năm 202

1

  Mục lục

Câu 1: Thiết kế hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập :

1 Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ MCKTDL

2 Phương trình toán học, phương trình trạng thái theo tựa từ thông Rotor

3 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện, tốc độ - P

  Mô men quán tính: J = 2 kg/m 2

Câu 2: Thiết kế hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc được cấp nguồn bởi nghịch lưu nguồn áp 2 mức:

1 Giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ KĐBRLS

2 Phương trình toán học, phương trình trạng thái

3 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện, tốc độ - PI

4 Mô phỏng MatLab

5 Đánh giá kết quả

Số liệu: Chọn các thông số cho động cơ KĐBRLS:

  Công suất định mưc: Pdm = 2(kW)

Câu 1: Thiết kế hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động

cơ điện một chiều kích từ độc lập

1 Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ MCKTDL:

  Cấu tạo:

 

Sơ đồ đấu nối của động cơ điện một chiềuĐộng cơ điện một chiều kích từ độc lập là động cơ điện có nguồn cấp độc lậpcho phần ứng và phần kích từ, cấu tạo của động cơ điện một chiều KTDL nói riêng

và động cơ điện một chiều nói chung thường bao gồm:

+ Phần ứng (Roto): Phần ứng của động cơ điện một chiều bao gồm lõi thép vàdây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, phủ sơncách điện ghép lại Các lá thép được dập lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phầnứng

vỏ động cơ và phần kích từ Phần kích từ có 2 loại là nam châm vĩnh cửu và namchâm điện Nam châm điện có cấu tạo gồm rãnh và dây cuốn tạo nên các cực từ

hình trụ Gắn ở đầu trục Rotor Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp

cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên lắp máy

  Nguyên lý làm việc:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứngđiện từ, cụ thể : Khi động cơ được cấp nguồn, dòng điện một chiều đi qua phầnkích từ sẽ tạo ra từ thông, tạo nên một từ trường tĩnh Đồng thời, phần ứng thông

được cấp nguồn, dòng điện đi qua cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra từ trường tươngtác với từ trường phía kích từ sinh ra lực điện từ kéo phần ứng quay Phần ứngquay làm liên tục thay đổi cuộn dây được cấp điện thông qua cổ góp và chổithan hình thành nên từ trường quay kéo phần ứng quay theo một chiều nhấtđịnh.

2 Phương trình toán học, phương trình trạng thái theo tựa từ thông Rotor

  Phương trình toán học:

  Uư  = Eư + Iư   Rư 

  Trong đó:

uư(t) = eư(t) + iư  (t).Rư + Lư.

di

dt   (1)Trong đó:

  + uư(t) : Điện áp phần ứng theo thời gian

  + eư  (t) : Sức điện động phần ứng theo thời gian

  + iư  (t): Dòng điện phần ứng theo thời gian

  + Mc : Mômen phụ tải quy đổi về trục động cơ 

  Phương trình hàm truyền đạt tổng quát:

  Laplace hóa phương trình (1), ta có:

Uu(s) =K .W(s) + Ru.Iu(s) + Lu.Iu(s).s

 Iu(s) = (Uu(s) -K .W(s))/ (Ru + Lu.s) (3)Laplace hóa phương trình (2), ta có:

   W(s) = Js1  (K  Iu(s) – Mc )

Từ (1) và (2), ta có phương trình hàm truyền đạt của động cơ mô tả như sau:

Sơ đồ mô tả hàm truyền động cơ một chiều kích từ độc lập

  Phương trình trạng thái theo tựa từ thông Rotor:

3 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện, tốc độ

  Bộ điều khiển dòng điện:

  Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện:

  Sơ đồ cấy trúc mạch vòng dòng điện

  Hằng số thời gian điện cơ:

  Tc = (J R u

 K ) 2 =( 2.0 ,9

37 , 2.0.03 ) 2 = 1.445  Hằng số thời gian điện từ:

 Ru= 0.00030.9  = 3,33.10-4

- Vì hằng số thời gian điện cơ lớn hơn rất nhiều so với thời gian điện từ (Tc >> Tu)

Do vậy, mạch vòng dòng điện không bị ảnh hưởng bởi sức điện động E Sơ đồ cấutrúc mạch vòng dòng điện có dạng như sau:

  Tổng hợp hàm truyền hở:

Tổng hợp mạch vòng dòng điện, hàm truyền mạch vòng dòng điện có dạng:

1 + 2.T s + 2 T 2.s2 Loại bỏ các thành phần bậc cao có thời gian nhỏ, ta có:

 Ki  1+2.1

T s = 1+0.001 s1Hàm truyền hệ hở của mạch vòng tốc độ:

Kết quả:

  Kết quả mô phỏng với tốc độ từ 1700 v/ph lên 2200v/ph và cho Moment cản =1000Nm tại thời điểm t=5s, ta thu được đặc tính đầu ra tốc độ của động cơ như sau:

 Mô phỏng có Momen cản khi t=5, Mc = 1000Nm

5 Đánh giá kết quả

Điều khiển được tốc độ bám sát với tốc độ đặt khi có Momen cản, thời gian ổnđịnh khi có Momen cản nhanh

Có xuất hiện quá điều chỉnh ban đầu rơi vào khoảng 23.5%

Thời gian điều khiển nhanh

Dòng và momen có cùng dạng đáp ứng tần số, điều này phù hợp với lý thuyết.Momen, dòng đáp ứng nhanh

Khi khởi động, Momen lớn rồi tiến về 0 do mô phỏng đặt lý tưởng Momen cản =

0 , động cơ quay khi Mm>=Mc

Câu 2: Thiết kế hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc được cấp nguồn bởi nghịch lưu nguồn áp 2 mức:

1 Giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ KĐBRLS

Cấu tạo:

Cấu tạo chủ yếu của động cơ không đồng bộ 3 pha nói chung và động cơ khôngđồng bộ rotor lồng sóc nói riêng chủ yêu gồm 2 phần là stator và rotor, cụ thể:

+ Stator: là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có

vỏ máy và nắp máy Lõi thép stator hình trụ, do các lá thép kỹ thuật điện đượcdập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục, lõi thépđược ép vào bên trong vỏ máy Dây quấn stator làm bằng dây dẫn bọc cách điện( dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép, dây quấn là 3 dây pha quấnquanh rãnh của stator Dòng điện xoay chiều chạy trong 3 dây pha sẽ tạo ra từtrường quay

Stator

+ Rotor: Rotor là phần quay gồm lõi thép, thanh dẫn và trục máy Lõi thép gồmcác lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại tạo thành các rãnhtheo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục Rotor ở động cơ lồng sóc được chế tạobằng cách đúc nhôm vào các rãnh thép rotor, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúcvòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát

 RotorNguyên lý làm việc

Khi ta có dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stator, sẽ tạo ra từ trườngquay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 = 60f/p Từ trường quay cắt các thanh dẫncủa dây quấn rotor, cảm ứng các sức điện động Vì dây quấn rotor nối ngắnmạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rotor Lựctác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điệnrotor, kéo rotor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n

 Nguyên lý làm việc

2 Phương trình toán học, phương trình trạng thái

- Hệ phương trình cơ bản của động cơ:

Phương trình điện áp Stator có ảnh hưởng bởi hỗ cảm:

- Biểu diễn điện áp theo tọa độ cực, ta có:

- Với các tham số được định nghĩa ta có thêm các phương trình từ thông stator vàrotor sau đây:

- Áp dụng công thức chuyển hệ tọa độ, ta có:

- Đạo hàm bậc nhất của sẽ cho công thức sau:

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

- Phương trình điện áp Stator trên hệ αβ

- Phương trình điện áp rotor trên hệ αβ

- Phương trình toán học mô tả động cơ KĐB trên hệ αβ

- Thay các vector bằng các phần tử tương ứng, ta có

- Không phải mọi đại lượng trong hệ phương trình đều được sử dụng Các đạilượng cần thiết để có thể triệt tiêu khỏi hệ Ta có:

- Thay (5.2.7a,b) vào (5.2.1b), ta có:

 

1 0

s s

d  L

- Hệ phương trình mô tả động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ dq

s m r rr

d

dt  d

- Phương trình toán học mô tả động cơ KĐB trên hệ dq

- Phương trình toán học mô tả động cơ KĐB trên hệ dq

- Thay hai đại lượng (5.3.6) vào hệ phương trình (5.3.1), ta có:

- Phương trình mômen cho hệ tọa độ dq

3

2

f f  m

 Mô hình ĐCKĐB 3pha Rotor lồng sóc trên trục tọa độ dq

3 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện, tốc độ - PI

Bộ điều khiển dòng điện:

- Nguyên lý điều khiển vector tựa từ thông rotor

sd  _ 

sd s sd s sq

s s

r rd sl rq

r r

- Chọn :

r rd r

rq

 j00d

0

   

        

sl s r '

usd 1

бLs

ωs 1

T 1+pTб

isd

1 Tr

1-б б ψ’rd б

X

X p’

1 бLs

Tб 1+pTб

isd usd

' sd

K NL

R s 1+pT NL

1 1+pT i

sdi

o ch   s

2 2 3 3 s

1 4T p

F 1 4pT 8p T 8p T R

Kết quả:

 Đáp ứng tốc độ và tốc độ đặt