nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lượng hệ truyền động tàu điện ở các mỏ than quảng ninh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH NGUYỄN HOÀNG TRUNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số : Học viên : NGUYỄN HOÀNG TRUNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Học viên: Nguyễn Hoàng Trung Lớp: TĐH- K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Ngày hoàn thành: 30/7/2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Võ Quang Lạp Nguyễn Hoàng Trung BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 4 1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các mỏ than Quảng Ninh 4 1.2. Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh 7 1.3. Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ 13 1.4. Phương trình chuyển động và các lực tác động lên đoàn tàu điện mỏ 13 Chƣơng 2- PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 27 2.1. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 27 2.2. Động cơ điện một chiều hai cuộn dây kích từ độc lập 30 2.3. Hệ thống điều khiển vector biến tần – động cơ không đồng bộ 3 pha 31 2.4. Hệ thống truyền động xung điện áp – động cơ điện một chiều 2 cuộn dây kích từ (PWM-D) 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 3- TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN 45 3.1. Xây dựng sơ đồ khối cho hệ truyền động 45 3.2. Tổng hợp hệ thống 50 3.3. Mô phỏng hệ thống 64 Chƣơng 4- NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ TẢI NHẸ VỚI SỰ ỨNG DỤNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 70 4.1. Tính phi tuyến của bộ điều khiển mạch vòng đồng tốc 70 4.2. Ứng dụng bộ điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ truyền động 71 4.3. Mô phỏng hệ thống truyền động tàu điện chạy trên đường bằng khi có bộ điều khiển PD mờ nối tiếp PD kinh điển. 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều. DCV : Nguồn một chiều. A/D : Chuyển đổi tương tự số. D/A : Chuyển đổi số tương tự. DC : Động cơ điện một chiều. P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ. I : Bộ điều chỉnh tích phân. D : Bộ điều chỉnh vi phân. PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân. CPU : Bộ xử lý trung tâm. µC : Bộ vi điều khiển. PWM : Phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp. βI : Phản hồi âm dòng điện. γn : Phản hồi tốc độ. U cđ : Điện áp chủ đạo. U đk : Điện áp điều khiển. U rc : Điện áp răng cưa. FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo. SRC : Khối tạo xung răng cưa. SS : Khối so sánh. TXPCX : Khối tạo xung và phân chia xung. U ω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ. T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử). U phω : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ. U phi : Tín hiệu phản hồi âm dòng điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM). H(S) : Khâu lưu giữ 0. U d : Điện áp ra của bộ biến đổi PWM. U c : Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ rộng xung. M (S1) : Hệ số của khâu lấy tín hiệu dòng điện. K ω : Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ. K i , K p : Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1. Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động của đầu tàu 15 Hình 1.2. Đặc tính phụ tải của hệ truyền động kéo 25 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển véc tơ động cơ không đồng bộ bằng thiết bị biến tần 31 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ 46 Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ có mạch bù dòng điện 47 Hình 3.3. Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc 48 Hình 3.4. Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc với 3 mạch vòng mắc nối tiếp 48 Hình 3.5. Sơ đồ khối hệ truyền động tàu điện làm việc với các chế độ 49 Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện làm việc ở 2 chế độ tải 50 Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc hệ thống tàu điện khi kéo tải nhẹ 50 Hình 3.8. Mạch điện thay thế của động cơ điện một chiều 51 Hình 3.9. Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor 53 Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 56 Hình 3.13. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng đồng tốc 58 Hình 3.14. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động chạy trên đường bằng 60 Hình 3.15. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện khi kéo tải nặng (lên dốc) 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.16. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khi tàu kéo tải nặng sau khi biến đổi từ hình 3.15 61 Hình 3.17. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tàu điện kéo tải nặng sau khi đã biến đổi 63 Hình 3.18. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động tàu điện chạy trên đường bằng 64 Hình 3.19. Kết quả mô phỏng với Ud=10V, Kết quả mô phỏng với Ud=20V (không tải) 65 Hình 3.20. Kết quả mô phỏng với Ud=10V Kết quả mô phỏng với Ud=20V (có tải) 66 Hình 3.21. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động 67 Hình 3.22. Kết quả mô phỏng hệ truyền động tàu khi kéo tải nặng với hệ số bù dòng điện phần ứng K khác nhau 68 Hình 4.1. Quan hệ giữa Δφ và ω 71 Hình 4.2. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ PD 74 Hình 4.3. Định nghĩa các tập mờ cho biến ST của bộ điều khiển mờ PD 74 Hình 4.4. Định nghĩa các tập mờ cho biến DST của bộ điều khiển mờ PD 75 Hình 4.5. Định nghĩa các tập mờ cho biến Udk của bộ điều khiển mờ PD 75 Hình 4.6. Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ PD 76 Hình 4.7. Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ PD 76 Hình 4.8. Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ PD 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.9. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển truyền động tàu điện chạy trên đường bằng khi dùng bộ điều khiển PD mờ nối tiếp PD kinh điển 77 Hình 4.10. Kết quả mô phỏng với Ud=10V ( Khi không tải) 79 Hình4.11. Kết quả mô phỏng với U d =20V ( Khi không tải) 80 Hình 4.12. Kết quả mô phỏng với Ud=10V ( Khi có tải) 81 Hình 4.13. Kết quả mô phỏng với Ud=20V ( Khi có tải) 82 [...]... các hệ truyền động tàu điện ắc qui trong các mỏ than hầm lò Nghiên cứu hệ truyền động các xe điện ở mỏ than Quảng Ninh, từ đó đề xuất thiết kế cải tạo và nâng cấp hệ thống truyền động này nhằm đảm bảo chất lƣợng, nâng cao hiệu suất làm việc của hệ truyền động cho tàu điện làm việc trong các mỏ than hầm lò của Quảng Ninh 4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền động xe điện sẵn có ở các mỏ than. .. ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHƢƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN CHƢƠNG 4: NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 1.1 Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các mỏ than Quảng Ninh Trƣớc đây, ở nƣớc... đầu tàu một động cơ hoặc hai động cơ Các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh đang theo công nghệ cũ thậm chí cả những tàu vừa nhập về cũng đƣợc trang bị công nghệ cũ của những năm trƣớc 70 của thế kỷ trƣớc, đó là dùng phƣơng pháp điện trở, đấu nối tiếp nguồn, động cơ Kết luận: Vì vậy, nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lƣợng hệ truyền động tàu điện sử dụng phƣơng pháp xung điện áp trong tàu điện mỏ để nâng cao. .. chung, tình trạng kỹ thuật hệ thống đƣờng sắt vận tải tàu điện ở các mỏ than hầm lò Quảng Ninh rất phức tạp, tính năng kỹ thuật không cao, ảnh hƣởng đến tóc độ chạy tàu, tốc độ lớn nhất của đoàn tàu điện mỏ chỉ đạt khoảng 12 km/h 1.2.3 Các hệ truyền động tàu điện mỏ ở Quảng Ninh Tất cả tàu điện cần vẹt và tàu ắc quy sử dụng ở các mỏ đều điều khiển theo phƣơng pháp điều chỉnh điện trở nối tiếp mạch phần ứng... bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 2 Mục đích nghiên cứu - Đánh giá công tác vận tải tàu điện trong hệ thống vận tải mỏ - Đánh giá các hệ truyền động cho tàu điện mỏ - Nghiên cứu những hệ thống truyền động thực tế đang có tại Quảng Ninh, từ đó đề xuất cải tạo nâng cấp hệ thống nhằm đảm bảo chất lƣợng hiệu suất cao 3 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là các. .. tàu điện bị tiêu hao trên các điện trở điều khiển [5] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 1.3 Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích công tác vận tải mỏ và tình hình phát triển kỹ thuật truyền động điện mỏ ở Quảng Ninh có nhận xét, đánh giá: Ở Quảng Ninh, tàu điện chủ yếu sử dụng để vạn tải trong các. .. than hầm lò vùng Quảng Ninh, để giải quyết hiệu quả bài toán kinh tế - kỹ thuật trong khâu vận tải thì tàu điện ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ vận tải mỏ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 1.2 Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh 1.2.1 Đặc điểm tàu điện mỏ sử dụng ở Quảng Ninh Các mỏ than hầm lò ở Quảng Ninh chủ yếu dùng tàu điện của Nga... tiết kiệm điện năng, giảm giá thành sản xuất, nâng cao độ an toàn nổ trong hầm mỏ và ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào lĩnh vực điều khiển truyền động tàu điện mỏ thì việc nghiên cứu và cải tiến hệ truyền động này là việc làm hết sức cần thiết Ngoài việc thành công trong nghiên cứu còn mang tính ứng dụng thực tiễn cho sản xuất góp phần nâng cao chất lƣợng hệ truyền động tàu điện nhằm... trong các mỏ than hầm lò, do sơ đồ công nghệ khai thác của các mỏ than vùng Quảng Ninh rất phức tạp, thiết bị vận tải đa dạng để đáp ứng yêu cầu khai thác và hiệu quả kinh tế, các mỏ đều phải tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ vận tải hợp lý trong đó đều sử dụng tàu điện là thiết bị vận tải chủ yếu, vì vậy tàu điện có vị trí rất quan trọng trong hệ thống vận tải mỏ Tất cả các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh do... thành sản xuất ở các mỏ than Quảng Ninh là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.4 Phƣơng trình chuyển động và các lực tác động lên đoàn tàu điện mỏ 1.4.1 Phƣơng trình chuyển động cơ bản Từ trƣớc đến nay, để nghiên cứu tàu điện mỏ, ngƣời ta thƣờng rắn hóa đoàn tàu, coi đoàn tàu nhƣ một vật có khối lƣợng (m) tập trung tại trọng tâm của tàu Theo định luật Niutơn, phƣơng trình chuyển động cơ bản . cho tàu điện làm việc trong các mỏ than hầm lò của Quảng Ninh. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền động xe điện sẵn có ở các mỏ than Quảng Ninh. - Cải tiến nâng cao chất. cải tạo nâng cấp hệ thống nhằm đảm bảo chất lƣợng hiệu suất cao. 3. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là các hệ truyền động tàu điện ắc qui trong các mỏ than hầm lò. Nghiên cứu hệ. cứu hệ truyền động các xe điện ở mỏ than Quảng Ninh, từ đó đề xuất thiết kế cải tạo và nâng cấp hệ thống truyền động này nhằm đảm bảo chất lƣợng, nâng cao hiệu suất làm việc của hệ truyền động