BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ

TÊN ĐỀ TÀI: thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện đôngc cơ một chiều dùng bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kì hình tia có điều khiển , bài do nhóm sinh viên trường đại học công nghiệp thực hiện, mong rằng tài liệu này sẽ giúp ích nhiều cho các bạn trong quá trình học tập cũng như làm bài tập lớn

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

TÊN ĐỀ TÀI:

Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều dùng bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển

GVHD: Thầy Nguyễn Đăng Khang

Sinh viên thực hiệnPhùng Thanh DươngNguyễn Văn Sơn

Đề tài 1: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều.

Nhóm 5: Bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển

Nội dung: Cho hệ điều chỉnh tự động TĐĐ một chiều có khối như hình vẽ:

Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu

2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ

3 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu

4 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đốixứng.

4 Khảo sát đặt tính động học của hệ bằng phần mềm simulink và rút ra kết luận

5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ ( bao gồm sơ đồ nguyên lý đầy đủ cả mạch điều khiển dùng TCA785, mạch lực, mạch đo lường cảm biến) Tính chọn các thiết

bị linh kiện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc Tự động hoá cácquy trình sản suất đang được phổ biến , có thể thay sức lao động con người , đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt

Hiện nay , các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy , xí nghiệp được

sử dụng rất rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng trong các dây chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động

cơ để nâng cao năng suất

Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều chỉnh cao , cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ

và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao

Ở nước ta hiện nay một số dây chuyền nhập ngoại , với một số lý do khách quan cho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài Về việc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng với sự phát triểnchung của khoa học kỹ thuật

Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy

cô chỉ bảo để em được hiểu thêm , có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên nghành của mình sau này

Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo bộ môn đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ

1, Cấu trúc bộ biến đổi

2, Cấu trúc máy phát 1 chiều

3 , Cấu trúc máy biến dòng

4, Cấu trúc bộ điều khiển (PIĐ)

5, Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động động cơ 1 chiều

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ

1, Sơ đồ khối hệ điều chỉnh T-D động cơ 1 chiều

2, Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ

3, Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu

4, Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT

5, Tính toán dây quấn

6, Kết cấu dây dẫn sơ cấp

7, Kết cấu dây quấn thứ cấp

8, Tính toán kích thước mạch từ

9, Tính khối lượng của sắt và đồng

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BẢO VỆ VAN

1, Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn

2, Bảo vệ qía dòng cho van

3, Bảo vệ quá điện áp cho van

CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

c, Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha

CHƯƠNG 6 : GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK MATLAP

1, Mô phỏng hệ thống T-D

2, Giải thích cái khối trong sơ đồ

CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ

1 Cấu trúc bộ biến đổi

Bộ biến đổi dùng chỉnh lưu có điều khiển tia 1 pha 2 nửa chu kì

Trong truyền động điện đa số các trường hợp chỉnh lưu được điều khiển bằng tínhiệu biến thiên chậm trong trường hợp này ảnh hưởng của tính chất xung và tínhchất bán điều khiển đến quá trình quá độ là nhỏ do đó có thể coi chỉnh lưu mạchđiều khiển là mạch chỉnh lưu liên tục với sơ đồ như sau:

Với U xc : giá trị điện áp xoay chiều

K sd : Phụ thuộc vào sơ đồ mạch chỉnh lưu

Góc α phụ thuộc vào U dk : f U dk

Ta có: W  

1

CL CL

vo

K p

K p

Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Nếu các thông số của động cơ là khong đổi thì ta có thể viết được các phươngtrình mô tả sơ đồ thay thế của động cơ điện 1 chiều như sau:

tuyến bởi đường cong từ hóa của lõi sắt

Đây là phương trình mô tả toán học dây quấn phần ứng.

Phương trình chuyển động của hệ thống

k k

R pR

Có sơ đồ

2.Cấu trúc Máy phát tốc 1 chiều

Khi từ thông máy phát tốc không đổi ta có :

3 Cấu trúc máy biến dòng

qua chỉnh lưu để được dòng 1 chiều

Điện áp đầu ra của chỉnh lưu:

* Bộ PID :

Hàm truyền đạt :

FR(p) = KR + τ 1

I p + τD.pTrong đó : KR : Hệ số tỉ lệ (P)

5 – Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động động cơ 1 chiều

Sơ đố khối của hệ:

Tổng hợp cấu trúc các phần tử trong hệ, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tựđộng động cơ 1 chiều như sau :

Trong đó:

Rω và Ri là các Bộ điều chỉnh tốc độ và Bộ điều chỉnh dòng

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ

1.Ta có Sơ đồ khối hệ điều chỉnh TĐ động cơ một chiều như hình vẻ

Wn(p

)

n(p) Wi(p)

β

γ

-

Sơ đồ cấu trúc động:

Ta có các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ như sau:

⇒Độ sụt tốc độ

⇒Hệ số khuếch đại động cơ:

2.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ

Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện gồm mạch vòng điều chỉnh dòngđiện và mạch vòng điều chỉnh tốc độ

Đây là hệ thống thường gặp trong kỹ thuật hệ thống điều khiển chính tốc độ đượchình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện các hệ thống này có thể là đảo chiềuhoặc không đảo chiều Do các yêu cầu công ngệ mà hệ cần đạt vơ sai cấp 1 hoặc

vô sai cấp 2 Nhiễu chính của hệ là momen tải Mc

theo 2 tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc trong trường hợp chung hệ thốngphải có đặc tính diều chỉnh tốt cả từ phía tính hiệu điều khiển lẫn từ phía tín hiệunhiễu loạn

Kết cấu cơ bản của 1 hệ truyền động đảo chiều như hình để đảo chiều quay, trong

hệ thống sử dụng 2 bộ biến đổ BĐ1 và ổ BĐ2 nối song song ngược Các máy phátxung FX1 và FX2 phát xung điều khiển 2 bộ biến này Các bộ điều chỉnh dòngđiện Ri1 và xenso dòng Si1, Ri2 và xenxo dòng Si2

M c

U đ

Rω

(-) (-)

S o2

S o1

R I

Sơ đồ khối :

Trong đó:

xenxo Sɷ đóng vai trò là khâu phản hồi tốc độ

Si:xen sơ dòng đóng vai trò phản hồi âm dòng điện

Ri: là bộ điều chỉnh dòng điện

FX: là bộ phát xung

BD:bộ biến đổi 1 chiều

Đ:động cơ

Biến đổi tương đương sơ đồ khối hệ thống

chuẩn modul tối ưu và modul đối xứng

Xác định tham số động cơ 1 chiều kích từ độc lập

(m là số thứ tự của nhóm)

Uđm=400V, ɳđm=0,9, nđm=955 v/pMomen định mức

Iđm = M đm

ω đm =1003,8 =26,3(A)Điện trở mạch phần ứng:

R ư=U đm−k ∅ đm ω đm

I đm =

400−3,8.100 26,3 =0,76(Ω)

3 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối

SI : Sensor dòng điện có thể thực hiện bằng các biến dòng ở mạch xoay chiều hoặcbằng điện trở Sun hoặc các mạch đo cách ly trong mạch 1 chiều

Tđk : hằng số mạch điều khiển chỉnh lưu

Tvo : hằng số sự chuyển mạch chỉnh lưu

Tư : hằng số phần ứng

Ti : hằng số xenxo dòng điện

Rư : điện trở mạch phần ứng

KCL : hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu

Vì hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học rất lớn so với hằng

số thời gian điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể coi sức điện động không ảnh

Tiến hành biến đổi tương đương sơ đồ khối mạch vòng dòng điện



RI có dạng của khâu điều chỉnh PI.

Ta có sơ đồ nguyên lý cho bộ điều chỉnh dòng điện

Trong đó :R1 = R2 = 2.Ts.K i K cl

R ư .C

Tư = R3.CHàm truyền của mạch vòng



1 10.0.04.

0.9

1 0,0045 p 1 0,07 p 

I

4 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng

Ở mục 3 , ta đã tổng hợp được mạch vòng dòng điện có hàm truyền:

Khi đó ta có sơ đồ cấu trúc cho hệ điều chỉnh tốc độ :

truyền k ωvà hằng số thời gian lọc T ω

Thiết bị yêu cầu hệ thống điều chỉnh vô sai cấp cao

Sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng để tổng hợp bộ điều chỉnh

Mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền của bộ điều chỉnh có dạng:

R ω (p )=1+ p T0

k p T0

Khi đó hàm truyền mạch hệ hở :

8.0,0045 p)=844(1+ 1

0,036 p)

Vì tổng hợp theo phương pháp tối ưu đối xứng nên ta phải dùng thêm khâutạo tín hiệu đặt để tránh quá điều chỉnh khâu tạo tín hiệu này thường có hàm truyềncủa khâu lọc ,có hằng số thời gian lọc tùy thuộc vào gia tốc cho phép của hệ thống

Mạch vòng điều chỉnh tốc độ là vô sai cấp hai đối với tín hiệu điều khiển và

là vô sai cấp 1 đối với tín hiệu nhiễu => khi đã ổn định thì sai lệch tốc độ bằng 0

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT

BỊ LINH KIỆN

Để bắt tay vào làm được chương này ta cần phải lắm rõ về môn học điện tử công suất Và để thực hiện được đầy đủ các chức năng của hệ thống điều khiển này thì taphải thực hiện lần lượt các công việc như sau để hoàn thành được:

Phân tích, tính chọn mạch chỉnh lưu

Tính chọn thysitor

Tính toán máy biến áp

Tính toán bảo vệ van

Tính toán mạch điều khiển

Vẽ mạch chọn bộ

1 Phân tích, tính chọn mạch chỉnh lưu.

Dựa vào yêu cầu của đề bài ta có khi mà động cơ 1 chiều làm việc thì ta phải cần

chất lượng điện áp 1 chiều tốt, lên ta chọn bộ chỉnh lưu tia 1 pha 2 nửa chu ki vìđây là sơ đồ có chất lượng ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lưu mà chúng tathường gặp

Hình Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kìD2 được phân cực thuận sẽ mở thông tiếp giáp P-N cho dòng điện chạy qua Rt.cả 2bán ky dòng điện đều chạy theo hướng từ A tới B

Với Uin = UAB ta có điện áp trung bình lối ra: Utb=0,9U2

Ta có thể kích theo thứ tự từng SCR một, nhưng cũng có thể kích đồng thời haiSCR vì lúc đó một trong hai SCR bị phân cực ngược do đó không bị ảnh hưởngbởi xung kích

Khi 0 < q < p : u21 dương, u22 âm, D1 mở cho dòng chảy qua, D2 khoá

uD

Như vậy điện áp trung bình chỉnh lưu:

2 2

0

2 2 1

2 U

L= 

Các thông số cơ bản của mạch còn lại được tính:

udm

dm

P I

U2a;U2b; U2c - Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn

W W

Rk; Lk là điện trở và điện kháng cuộn lọc

Rdt là điện trở phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau:

Rư= 0.5.(1-η).)

U dm

I dm = 0.5.(1 - 0,9)

400 27,78 = 0,72 (Ω))

2) Tính chọn Thyristor

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải, điều kiện toả nhiệt, điện áp làmviệc, các thông số cơ bản của van được tính như sau:

+) Điện áp ngược lớn nhất mà Thysitor phải chịu:

2

400 .400

d nmax nv nv

Trong đó : KdtU là hệ số dự trữ điện áp, chọn KdtU = 1,8

+) Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng

Sụt áp lớn nhất của thysitor ở trạng thái dẫn là: ΔUU = 1,0 (V) Tốc độ biến thiên điện áp:

dU

dt = 200 V/ μss

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax = 125 oC

3) Tính toán máy biến áp

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự nhiên

Tính các thông số cơ bản

Công suất biểu kiến của máy biến áp

S=k s P d=k s.P n=1,5.10.103

Điện áp sơ cấp của máy 𝑏𝑖ế𝑛 áp : U1 = 380 (V)

Điện áp thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Ud0.cosαmin=Ud + 2.∆Uv + ∆Udn +∆Uba

Trong đó:

αmin= 100 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới

∆Uv= 1(V) : sụt áp trên thyristor

∆Udn≈ 0 : sụt áp trên dây nối

∆Uba= ∆Ur+∆Ux :là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biếnáp

Chọn sơ bộ:

∆Uba= 6%.Ud = 6% 400 = 24 (V)Suy ra :

U2f =

do u

4,Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ).

Tiết diện sơ bộ trụ

kQ: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6

m : số trụ của máy biến áp

f : tần số xoay chiều , ở đây f = 50 Hzthay số ta được :

5,Tính toán dây quấn

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp

1 11

4,44 Fe T

U W

f Q B



4,44.50 63,25 10−4=270,63 (Vòng)Lấy tròn: W1= 272 (vòng)

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp

W2

2 1

U U

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp

Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 =2,75 (A/mm2)Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp

S1 = =11,032,75 = 4,01 (mm2)Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật , cách điện cấp B

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 5,30 (mm2)

Kích thước dây dẫn có kể cả cách điện :

S1cđ = a1 × b1 = 1,08 × 5,10 (mm2)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

J 1= I 1

S 1=11,035,3 =2,08 ( A/ mm2)Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp

S2 = J 2 I 2= 22,68

2,75 =8,25 (mm2)

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật , cách điện cấp B

Chuẩn hóa theo tiêu chuẩn : S2 =8,2 (mm2)

Kích thước dây dẫn có kể cả cách điện :

S2cđ = a2× b2 = 2,10 × 3,28 (mm×mm)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

J2 = =22,688,2 = 2,766 (A/mm2)

6,Kết cấu dây dẫn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp

W11 = .kc Trong đó :



.0,95 = 33,5 (vòng)chọn W11 = 34 (vòng)

Tính sơ bộ số lớp dây của cuộn sơ cấp

n11 = =

305

34 = 8,97 (lớp)Chọn số lớp:n11 = 9 lớp Như vậy,có 305 (vòng) chia thành 9 lớp, chọn 8lớp đầu vào có :34 (vòng),lớp thứ 9 có : 305 - 8.34 = 33 (vòng)

Chiều cao thưc tế của cuộn sơ cấp

h1 = = 34.0,510,95 = 18,25(cm)

Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp chọn : cd01=1,0(cm)

Đường kính trong của ống cách điện

Dt =dFe + 2 cd01 - 2 S01 = 9 + 2 1 - 2 0,1 = 10,8(cm)

Đường kính trong của cuộn sơ cấp

Dt1 = Dt + 2.S01 = 10,8 + 2 0,1 = 11(cm)

Chọn bề dày giữa 2 lớp dây của cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1(mm)

Bề dày cuộn sơ cấp

Bd1 = (a1 + cd11 ) n11 = (0,108 + 0,01) 9 = 1,062 (cm)

Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 11 + 2 1,062 = 13,124 (cm)

Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp

Dtb1 = =

11 13,124 2



= 12,062 (cm)Chiều dài dây quấn sơ cấp

l1 = W1 π Dtb1 = 305 π 12,062 = 11557,64 (cm) = 115,6 (m)

Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd12 =1,0(cm)

7,Kết cấu dây quấn thứ cấp

Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

h1 = h2 = 18,25 (cm)Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp

15,124 16,444

Chiều dài dây quấn thứ cấp



= 13,722(cm)Suy ra : r12 = = 6,861(cm)

Tiết diện hiệu quả của trụ

Số lá thép dùng trong các bậc

15 0,5 2 = 60 (lá)

12,5 0,5 .2 = 50 (lá)

9 0,5.2 = 36 (lá)

6 ,5 0,5 2 = 26 (lá)

Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ,ta chọn gông có tiết diện hình chữnhật có các kích thước sau:

Chiều dày của gông từ bằng chiều dày của trụ:b = dt = 8,6(cm)

Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 8,6(cm)

Tiết diện gông: Qbg= a×b = 8,6×8,6 = 73,96(cm2)

Tiết diện hiệu quả của gông

Bg= BT

T g

Q

Q = 1,0948.70,262 51,262 = 0,79875 (T)

Chiều rộng cửa sổ

c =2 (cd01 + Bd1 + cd12 + Bd2 ) + cd22 =2 (1 + 1,062 + 1 + 1,1) + 2

=10,324 (cm)Tính khoảng cách giữa hai tâm trụ

c’= c + d = 10,324 + 9 = 19,324(cm)Chiều rộng mạch từ

C=2.c + 3.d=2.10,324 + 3.9 = 47,648(cm)Chiều cao mạch từ

9,Tính khối lượng của sắt và đồng

Thể tích của trụ

VT = 3 QT.h = 3.51,262.21 = 3229,51(cm3)Thể tích của gông

Vg = 2.Qg.C = 2 70,262 47,648 = 6695,69(cm3)Khối lượng của trụ

MT = VT mFe = 3,2295 7,85 = 25,35(kg)Khối lượng của gông

Mg = Vg mFe = 6,69669 7,85 = 52,56(kg)Khối lượng của sắt

MFe = MT + Mg = 25,35 + 52,56 = 77,91(kg)Thể tích đồng

VCu = 3.(S1.l1 + S2.l2 ) = 3.(5,3.10−4.113,68.10 + 6,4.10−4.111,62.10)

= 3,951 (dm3)

Khối lượng của đồng

MCu = VCu mCu = 3,951 8,9 = 35,16(kg)

10,Tính các thông số của máy biến áp

Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C