thiết kế hệ điều khiển CL - Đ một chiều

Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Điều khiển lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Bất kì vị trí nào, làm công việc tiếp cận với điều khiển Nó khâu quan trọng định thành bại hoạt động Ngày nay, dòng điện xoay chiều đợc sử dụng rộng rãi nhng động điện chiều tồn Trong công nghiệp, động điện chiều đợc sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Vì động điện chiều có đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, chí từ tốc độ 0) Nhng độ tin cậy sử dụng động chiều lại thấp so với động không đồng có hệ thống tiếp xúc chổi than Hệ thống điều khiển chỉnh lu - động chiều ứng dụng kỹ thuật điều khiển Chỉnh lu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện áp phần ứng động Chỉnh lu dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động Hệ thống thờng đợc dùng cho động điện đợc cấp điện từ lới xoay chiều Đồ án thiết kế hệ điều khiển CL - Đ chiều gồm chơng: Chơng1: Khái quát điều khiển tốc độ động điện chiều Chơng 2: Khái quát nguồn chỉnh lu Chơng 3: Thiết kế nguồn chỉnh lu động lực Chơng 4: Tính toán đặc tính điều khiển động Chơng 5: Thiết kế mạch điều khiển Chơng 6: Hệ thống điều khiển với phản hồi Nội dung đồ án chắn nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện, em mong ý kiến đánh giá nhận xét thầy cô bạn sinh viên Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Chơng I Khái quát điều khiển động điện chiều 1.1 Đại cơng động điện chiều Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều chia thành phần chính: a Phần tĩnh ( stato) Gồm phận sau: - Cực từ chính: phận sinh từ trờng, gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ + Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 1)mm ép lại tán chặt + Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện Trong máy công suất nhỏ, cực từ nam châm vĩnh cửu Trong máy công suất trung bình lớn, cực từ nam châm điện - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện điều kiện làm việc máy điện đổi chiều + Lõi thép cực từ phụ khối đợc ghép thép tùy theo chế độ làm việc + Xung quanh cực từ phụ đợc đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ đợc nối với dây quấn phần ứng - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy b Phần quay ( rôto) Bao gồm phận sau: - Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thờng dùng thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây lên Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto - Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp - Dây quấn phần ứng thờng làm đồng có bọc cách điện Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện công suất vừa lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cơ cấu chổi than: dùng để đa dòng điện từ phần quay Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện, dây quấn phần ứng có dòng điện I Các dẫn có dòng điện nằm từ trờng, chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay Khi phần ứng quay đợc nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động có chiều quay không đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trờng, cảm ứng sức điện động E động điện chiều sức điện động E ngợc chiều với dòng điện I nên sức điện đông E đợc gọi sức phản diện Phơng trình điện áp là: U = E + R I Phân loại động điện chiều Cũng nh máy phát, động điện đợc phân loại theo cách kích thích từ thành động điện sau: a Động điện kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ đợc cấp điện từ nguồn điện độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng b Động kích từ nối tiếp Động kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng c Động kích từ hỗn hợp Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Động kích từ hỗn hợp gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu 2.1 Khái quát điều khiển động chiều Đặc tính động điện chiều Tùy theo cách kích thích từ, động điện chiều có tính khác biểu diễn đờng đặc tính làm việc, đặc tính khác Trong đặc tính đó, quan trọng đặc tính Đặc tính dùng để xác định điểm làm việc xác lập khảo sát điểm làm việc ổn định hệ thống truyền động điện Đặc tính động điện mặt phẳng tọa độ với momen = f(M) Trong đồ án thiết kế ta quan tâm tới loại động chiều kích từ độc lập a Phơng trình đặc tính Khi động làm việc, rôto mang cuộn + Rf ứng quay từ trờng cuộn cảm nên cuộn ứng lại xuất sức phản Iư KT RKT điện động có chiều ngợc với điện áp đặt vào IKT phần ứng động Phơng trình điện áp mạch phần ứng động + cơ: U = E + I ( R + Rf) Trong đó: + U : điện áp phần ứng ( V ) + E: sức điện động phần ứng ( V ) + R : điện trở mạch phần ứng () + Rf : điện trở phụ mạch phần ứng + I : dòng điện mạch phần ứng Sức điện động E phần ứng động tỷ lệ với tốc độ quay rôto : E = k.. pN Trong đó: + k = 2a hệ số cấu tạo động + : từ thông qua cực từ (Wb) Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp n + : tốc độ góc rôto, = 9,55 ( rad/s) + p: số đôi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + a: số đôi mạch nhánh song song + n: tốc độ quay (vòng/phút) Mặt khác, mômen điện từ động cơ: M dt Mđt = k..I I = k Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép M = Mđt = M Từ phơng trình ta có: đặc tính động điện chiều = R + Rf U M k. ( k.) Khi toàn thông số điện động định mức không mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện trở phơng trình đặc tính là: = U R M k. ( k. ) Đặc tính phơng trình gọi đặc tính tự nhiên Tốc độ o = U/k. tốc độ không tải lý tởng Khi phụ tải tăng dần từ Mc = đến Mc = Mđm tốc độ động giảm dần từ o xuống đm nên phơng trình đặc tính có dạng: = o R Với: = ( k ) _độ sụt tốc đặc tính b Đặc tính Giả thiết phần ứng đợc bù đủ, từ thông = const phơng trình đặc tính o động chiều kích từ độc lập đm tuyến tính có dạng hàm bậc y = ax + b nên đờng biểu diễn hệ tọa độ M0 đờng thẳng cắt trục 0 o với độ dốc âm Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ ĐTTN Mđm Nguyễn Thị Kim Oanh K10 M Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Điều khiển tốc độ động chiều a Chỉ tiêu điều khiển tốc độ Điều khiển tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lợng hệ thống truyền động điện thờng vào số tiêu sau: - Sai số tốc độ Sai số tĩnh tốc độ đại lợng đặc trng cho độ xác trì tốc độ đặt đợc đánh giá thông qua: s% = - Mong muốn: sai số đ = s% nhỏ tốt Tính liên tục ( độ trơn dải điều chỉnh) = - d ì 100 d i +1 i i + i: hệ thống điều khiển liên tục i + i : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn 1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: D= max Mong muốn D lớn tốt - Ngoài tiêu khác nh: tiêu kinh tế, kích thớc b Các phơng pháp điều khiển tốc độ động chiều Về việc điều chỉnh tốc độ, động chiều có nhiều u điểm so với loại động khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lợng điều chỉnh cao dải rộng Xét phơng trình đặc tính động điện chiều: = Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ U R M k. ( k. ) Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Ta thấy việc điều chỉnh động điện chiều thực đợc cách thay đổi đại lợng: R , , U Thực tế có phơng pháp điều chỉnh tốc độ động chiều: Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Phơng pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng Đây phơng pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động nhiều năm - Nguyên lý điều khiển Trong phơng pháp ngời ta giữ U = Uđm; = đm nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đờng đặc tính cơ: ( k. dm ) M = = R + Rf Ta thấy điện trở lớn nhỏ nghĩa đặc tính dốc mềm + + + + + Rfư=ư0 Rf2 Mc M2 M1 Rf1 M ứng với Rf = ta có độ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đờng đặc tính có điện trở phụ Nh vậy, ta thay đổi Rf ta đợc họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên Đặc điểm phơng pháp Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn Phơng pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng dới tốc độ định mức ( cho phép thay đổi tốc độ phía giảm) Chỉ áp dụng cho động điện có công suất nhỏ, tổn hao lợng điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thờng dùng động điện cần trục Đánh giá tiêu Tính liên tục: phơng pháp điều khiển liên tục đợc mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số mômen tải Tải nhỏ dải điều chỉnh D = max / nhỏ Phơng pháp điều chỉnh dải D = : Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp + Giá thành đầu t ban đầu rẻ nhng không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn + Chất lợng không cao dù điều khiển đơn giản - Phơng pháp 2: Thay đổi từ thông Nguyên lý điều khiển Giả thiết U= Uđm; R = const Muốn thay đổi từ thông động ta thay đổi dòng điện kích từ Thay đổi dòng điện mạch kích từ cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ Bình thờng động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) mà phơng pháp cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên điều chỉnh theo hớng giảm từ thông tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức Khi giảm tốc độ không tải lý tởng o = cứng đặc tính = ( k ) Ru giảm, ta thu đợc họ đặc tính nằm đặc o2 o1 tính tự nhiên U dm tăng, độ k o đm Khi tăng tốc độ động cách giảm từ thông dòng điện tăng M tăng vợt mức giá trị cho phép Mc1 Mc2 mômen không đổi Vì muốn giữ cho dòng điện không vợt giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông ta phải giảm Mt theo tỉ lệ - Đặc điểm phơng pháp + Phơng pháp thay đổi tốc độ phía tăng + Phơng pháp điều khiển vùng tải không lớn so với định mức + Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp + Việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông phơng pháp điều khiển với công suất không đổi - Đánh giá tiêu điều khiển + Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm dốc đặc tính tự nhiên + Dải điều khiển phụ thuộc vào phần máy Có thể điều khiển trơn dải điều chỉnh D = :1 + Tính liên tục: công suất cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta điều khiển liên tục với + Phơng pháp đợc áp dụng tơng đối phổ biến, thay đổi liên tục kinh tế ( việc điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ với dòng kích từ = (1 10)%Iđm phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp) Đây phơng pháp gần nh động điện chiều cần điều chỉnh tốc độ lớn tốc độ điều khiển - - Phơng pháp 3: Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp Nguyên lý làm việc Để điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lu điều khiển) phơng pháp này: U = var; đm = const; Rf = Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), từ thông ĐTTN động đợc giữ không đổi nên độ 01 U1 cứng đặc tính không đổi, 02 U2 tốc độ không tải lí tởng o = U /k. Mc thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp M phần ứng Do ta thu đợc họ đặc tính song song thấp đặc tính tự nhiên tức vùng điều khiển tốc độ nằm dới tốc độ định mức Đặc điểm phơng pháp Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 10 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp - Tất Diod mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: + Dòng điện định mức: Iđm = 10mA + Điện áp ngợc lớn nhất: UN = 25V + Điện áp để Diod mở thông: Um = 1V Chọn tầng so sánh Chọn khuếch đại thuật toán (KĐTT) TL084 có thông số sau: + Điện áp nguồn nuôi: Vcc = 12V + Điện áp vào A3: Uv 12V + + + + + + + Dòng điện vào đợc hạn chế để Ilv < 1mA Hiệu điện hai đầu vào: +30V Nhiệt độ làm việc: T =-25o - 850 Công suất tiêu thụ: P = 680mW = 0,68W Tổng trở đầu vào: Rin = 106M Dòng điện đầu ra: Ira = 30pA dU Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: dI = 13V / às Ta chọn R4 = R5 = 15k nên dòng vào A3: I v max = 12 = 0,8mA 15.10 3 Tính chọn khâu tạo điện áp ca đồng pha Điện áp tựa đợc hình thành nạp tụ C1, mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có nửa chu kì điện áp lới tuyến tính số thời gian nạp tụ đợc Trc = R2.C Để cho đợc ca có đỉnh nhọn cuối bán kì Trc nên chọn Trc = (0,003 0,005)s Ta chọn Trc = 0,005s Trc 0,005 Chọn tụ C1 = 0,1àF R3 = C = 0,1.10 = 50.10 = 50k Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp giáp mạch R thờng chọn biến trở lớn 50k Chọn Tranzito Tr1 loại A 564 có thông số: Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 66 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Tranzito loại pnp, làm Si + Điện áp Colecto Bazơ hở mạch Emito: U CBO = 25V + Điện áp Emito Bazơ hở mạch Colecto:U BEO = 7V + Dòng điện lớn chịu đựng đợc: Icmax = 100mA + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Tcp = 150oC + Hệ số khuếch đại: = 250 I c 100 + Dòng cực đại Bazơ: I B = = 250 = 0,4mA Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào vùng Bazơ Tranzito Tr1 U N max 12 = = 30k dợc chọn: R2 I 0,4.10 B3 Chọn tụ C2 R6 Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đa vào Bazơ U 4,5 Tranzito Tr3, chọn R6 thỏa mãn điều kiện: R6 I = 0,8.10 = 5,6k r3 300 Chọn R6.C2 = tx = 300às C = 5,6.10 = 0,053àF Tính toán máy biến áp xung, nguồn nuôi đồng pha Tạo nguồn nuôi Ta cần tạo nguồn điện áp +12V để cấp cho biến áp xung, nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912 có thông số sau: + Điện áp đầu vào: Uv = ( 7- 35)V + Điện áp đầu ra: Ur = + 12V với IC7812 Ur = -12V với IC7912 + Dòng điện đầu ra: Ira = ( -1 )A Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp xung, đồng pha tạo nguồn nuôi - Chọn Diod cho chỉnh lu nguồn nuôi Chọn Diod loại K208A có thông số: Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 67 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp + Dòng điện định mức: Iđm = 1,5A + Điện áp ngợc cực đại Diod: UN = 100V Chọn máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có cuộn dây: cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470àF, U = 35V Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 68 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp 20V A 220~ + 12V 7812 C4 C6 C5 C7 B -12V 7912 C C8 +12V (3-5)V Máy biến áp tạo nguồn nuôi Mỗi kênh phải dùng KĐTT Với kênh điều khiển ta phải dùng: 3.3 = 9KĐTT Chọn 3IC loại TL084 Mỗi IC có 4KĐTT + Công suất tiêu thụ 3IC TL084 sử dụng làm KĐTT: P3IC = 3PIC = 3.0,68 = 2,04W + Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = P3IC = 2,04W + Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: 20 U 21 = = 8,54V Lấy U21 = 9V 2,34 Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 69 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp + Dòng điện thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi I 21 = PN 3U 21 = 2,04 3ì9 = 0,13 A Máy biến áp xung Ta dùng mạch chỉnh lu cầu pha dùng Diod 12 + Điện áp thứ cấp máy biến áp xung: U 22 = 2,34 = 5,13V + Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Tiristo Pđk = 3.Uđk.Iđk = 3.1,4.0,12 = 0,504W + Dòng điện thứ cấp biến áp xung I 22 = Px 3U 22 = 0,504 ì 5,13 = 0,056 A Máy biến áp đồng pha + Điện áp thứ cấp máy biến áp đồng pha: U 23 = ( -5)V Chọn U23 = 5V + Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I 23 = 1mA + Công suất biến áp đồng pha Pđph = 3U23.I23 = 3.5.10-3 = 0,015W Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy S = 1,05(Px + Pđph + PN) = 1,05 (0,504 + 0,015 + 2,04) S = 2,7VA Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = S 2,7 = = 4,1.10 A 3U ì 220 Tiết diện trụ máy biến áp QT = k Q S 2,7 = 6ì = 0,8cm m f ì 50 kQ = 6: hệ số phụ thuộc vào phơng thức làm mát Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 70 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Chuẩn hóa tiết diện trụ: QT = 0,92cm2 a = 12mm b = 10mm H h c = 12mms h = 30msm C = 48mm c H = 42mm a a a a C Kích thớc mạch từ biến áp Kết cấu dây quấn sơ - cấp Số vòng dây cuộn thứ cấp U1 220 = = 7989 vòng 4,44 fB.QT 4,44 ì 50 ì 1,35 ì 0,92.10 W1 = - Chọn mật độ từ cảm trụ: B = 1,35T Tiết diện dây quấn sơ cấp S1 = - S 2,7 = 0,0015mm 3U J ì 220 ì 2,75 Chọn J1 = J2 = 2,75A/mm2 Đờng kính dây quấn sơ cấp d1 = S1 = ì 0,0015 = 0,043mm Chuẩn hóa đờng kính d1 = 0,1mm để đảm bảo độ bền Đờng kính kể cách điện: d1cđ = 0,12mm Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi - Số vòng dây thứ cấp biến áp nguồn nuôi W21 = W1 - U 21 = 7989 ì = 326 vòng U1 220 Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi S 21 = S 3U 21 J Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ = 2,7 = 0,036mm ì ì 2,75 71 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp - Đờng kính dây quấn thứ cấp biến áp nguồn nuôi d 21 = ì 0,036 = 0,21mm 4S 21 = Chuẩn hóa đờng kính d21 = 0,21mm Đờng kính kể cách điện: d21cđ = 0,24mm Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp xung - Số vòng dây thứ cấp biến áp xung U 5,12 W22 = W1 22 = 7989 ì = 186 vòng U 220 - Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp xung S 22 = - S = 3U 22 J 2,7 = 0,064mm ì 5,12 ì 2,75 Đờng kính dây quấn thứ cấp biến áp xung d 22 = S 22 = ì 0,064 = 0,28mm Chuẩn hóa đờng kính d22 = 0,29mm Đờng kính kể cách điện d22cđ = 0,33mm 10 Kết cấu dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha - Số vòng dây thứ cấp biến áp đồng pha U W23 = W1 23 = 7989 ì = 181 vòng U 220 - Tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha S 23 = - S 3U 23 J = 2,7 = 0,065mm ì ì 2,75 Đờng kính dây quấn thứ cấp biến áp đồng pha d 23 = S 23 = ì 0,065 = 0,29mm Chuẩn hóa đờng kính d23 = 0,29mm Đờng kính kể cách điện d23cđ = 0,33mm Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 72 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 73 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Chơng VI Hệ thống điều khiển với phản hồi âm tốc độ Đặc tính hệ chỉnh lu động với max, Đặc tính cao ứng với max - Điện áp đặt lên phần ứng động Udmax = đm.kđm + R.Iđm + Tổng điện trở R = Rba+R+Rdt = 2,9 Udmax = 150.1,37 + 2,9.12 = 240,3V - Tốc độ không tải lý tởng U d max 240,3 = = 176rad / s k 1,37 o = - Dòng điện ngắn mạch I nm = - Sai số tốc độ s% = - U d max 240,3 = = 83 A Ru 2,9 Ru I dm 2,9 ì 12 = = ì 100 = 14,4% o U d max 240,3 Đặc tính thấp với Tốc độ thấp cuối dải điều chỉnh = - - max 150 = = 10rad / s D 15 Điện áp đặt lên phần ứng động Udmin = min.k + R.Iđm Udmin = 10.1,37 + 2,9.12 = 48,5 V Tốc độ không tải lý tởng o = - U d 48,5 = = 35,4rad / s k 1,37 Dòng điện ngắn mạch I nm = U d 48,5 = = 16,7 A Ru 2,9 Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 74 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp - Sai số tốc độ s% = Ru I dm 2,9 ì 12 = = = 71,7% o U d 48,5 Ta thấy đặc tính thấp sai 167 số tốc độ lớn s% = 71,7% dòng 150 ngắn mạch I nm =16,7A 1,4Iđm nên động dễ bị tải dẫn đến cháy Mặt khác có biến đổi nên làm giảm độ cứng đặc tính tức sai số tốc độ tăng ư(rad/s) 35,4 10 12 Iư(A) 16,7 Vì để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ với độ xác cao tức với sai lệch thấp ta phải tăng độ cứng đặc tính truyền động điện Vấn đề giải đợc cách sử dụng mạch hồi tiếp để thiết lập hệ truyền động điện tự động vòng kín Hệ thống với phản hồi âm tốc độ Dùng phản hồi âm tốc độ để nâng cao đờng đặc tính Sơ đồ động A B C lực: T1 T3 T2 Uphư Ư FT Uđk Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 75 Uđ Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Kh tốc độ động thay đổi so với giá trị đặt, tín hiệu hồi tiếp thay đổi cách tỉ lệ, điện áp Uđk biến đổi Kết góc mở van thay đổ điện áp chỉnh lu biến đổi đợc điều chỉnh theo hớng cần thiết để trì giá trị đặt tốc độ Uđ = 10,5V D A4 + 10V + - Ư A5 Uđk = ( 10)V Phơng trình đặc tính có phản hồi âm tốc độ = k CLU d RCL + Ru k k k k k + CL (k ) + CL k k M - Chọn máy phát tốc TM với UđmFT = 60V, nFTđm = 2000vòng/phút - Hệ số chỉnh lu Ta có Uđk = (0 10)V Chọn Uđkmax = 10V Udmax = Udo.cos = Udo Udmax = Ud + Uba + Uv = 220 + 15,4 +1,9 = 237,3V k CL = - U d max 237,3 = = 23,73 U dk max 10 Điện áp đặt Uđ Uđ = Uđk + Uph 12V Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 76 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Ta chọn: Uđ = 10,5 V; Uph = 10V - Thiết kê hệ kín với K = 1rad/s - Điện trở chỉnh lu: RCL = U CL U u 237,3 220 = = 1,44 Iu 12 Mặt khác ta có: R CL + R u ( k ) + kCL k k k = 1,05 K = - M = 1,44 + 1,205 23,73 ì k 1,37 + 1,37 15 = 1rad / s Tốc độ không tải lý tởng o = k CL U d 23,73 ì 10,5 = = 9,5rad / s k CL k 23,73 ì 1,05 k1 + 1,371 + 1,37 k K = oK - K = 9,5 -1 = 8,5 rad/s - Sai số tốc độ s% = ì 100 = ì 100 = 10% o 9,5 U ph 10 ì 9,55 = 0,043 2000 - Hệ số k1: k = - Hệ số k1: k = k = 0,047 = 22 k = 1,05 Hệ thống với phản hồi âm dòng điện Ta thấy tăng độ cứng đặc tính để giảm sai số tốc độ đồng thời dòng điện mômen ngắn mạch tăng lên, gây nguy hiểm động thiết bị khác Vì hình thức hạn chế dòng điện cách tự động hệ không sử dụng đợc Muốn giảm dòng điện mômen ngắn mạch ta phải tăng độ cứng đặc tính Tuy nhiên để đảm bảo yêu cầu ổn định tốc độ phạm vi biến thiên dòng điện cho phép tải, ta giảm độ cứng Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 77 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp dòng điện mômen vợt ngỡng - điểm ngắt (Mng; ng) (Ing; ng) Lúc đặc tính chia làm hai đoạn: + Đoạn 1: làm việc từ điểm không tải lý tởng đến điểm ngắt + Đoạn 2: làm việc từ điểm ngắt đến điểm ngắn mạch Đặc tính ngời ta gọi đặc tính máy xúc Để thực đợc ta phải dùng khâu hồi tiếp âm dòng điện tác động ngỡng Ing Sơ đồ động lực: A B C Ap Ro Ro BD M Đ K Ro Đối với phản hồi âm dòng điện ta dùng khuếch đại nh phản hồi âm tốc độ Phơng trình đặc tính có phản hồi âm dòng điện: = k CL U d ( Ru + RCL + k CL k I ).I u ke ke Thờng ngời ta lấy Ing = (1,1 -1,3)Iđm Chọn Ing = 1,2Iđm = 1,2.12 = 14,4A Và Inm = ( 1,5 2)Iđm Chọn Inm = 2Iđm = 2.12 =24A Chọn máy biến dòng loại: BD 50/5 Dòng điện I2BD: Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 78 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp I BD = 5 I = = 10,7 A 50 50 Chọn Ro = U2BD = Ro.I2BD = 2.0,7 = 1,4V Có: Udo = KCL.U2BD = 1,17 1,4 = 1,638A.( K = 1,17 _ CL tia pha) Chọn UPHI = 1V Hệ số phản hồi dòng điện: k I1 = U PHI = = 0,04 I 12 Tốc độ không tải lý tởng: o = k CLU d 23,73 ì 10,5 = = 182rad / s k 1,37 Theo yêu cầu đề tọa độ điểm ngắt N(I ng; ng) phải thỏa mãn phơng trình: k CL U d R CL + R u I ng k CL k k CL k k + k e + k e k e 23,73 ì 10,5 1,44 + 1,205 ng = ì 14,4 = 8rad / s 23,73 ì 1,05 23,73 ì 1,05 1,37 + 1,37 + 1,37 1,37 ng = Tọa độ điểm ngắt N ( Ing = 14,4A; ng = 8rad/s) Mặt khác điểm N phải thỏa mãn: k CLU d ( R + RCL + k I k CL ).I k k ng = o K K = o ng = 182 = 174rad / s ng = Nên ta có: độ sụt tốc K RCL + R + k PHI k CL 1,44 + 1,205 + k I ì 23,73 I = ì 12 = 147 rad / s k 1,37 k I = 0,72 K = Hệ số: k I = kI 0,72 = =9 k I 0,08 Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 79 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đồ án tốt nghiệp Đặc tính dùng phản hồi (rad/s) 9,5 8,5 Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ I(A) 12 14,4 80 24 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 [...]... pháp điều chỉnh tốc đ đ ng cơ ta thấy phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt đ và có nhiều u điểm hơn cả nên ta chọn phơng pháp này đ điều khiển tốc đ đ ng cơ điện một chiều Các bộ biến đ i đ điều chỉnh điện áp phần ứng của đ ng cơ Hệ thống F - Đ ( máy phát - đ ng cơ) Hệ thống F - Đ là một trong các phơng án điều chỉnh tốc đ đ ng cơ một chiều bằng phơng pháp thay đ i điện áp phần ứng -. .. tác đ ng nhanh - Nguyên lý điều khiển Đ ng cơ điện một chiều nhận năng lợng từ lới xoay chiều thông qua bộ chỉnh lu Bộ chỉnh lu biến đ i điện lới xoay chiều thành điện một chiều cấp điện cho phần ứng của đ ng cơ điện một chiều Khi điều khiển góc mở của các Tiristo ( tức là Tirito chỉ đ c mở khi điện áp anod dơng hơn catod) ta điều khiển đ c điện áp phần ứng tức là điều khiển tốc đ đ ng cơ điện một chiều. .. sâu hệ số công suất cos thấp nhất Hệ thống băm áp đ ng cơ Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 15 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 I Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp K - Vo + Bộ băm áp một chiều dùng đ biến đ i trị số điện áp, dòng điện một chiều dựa trên nguyên lý đ ng ngắt có chu kì nguồn điện một chiều Ư - Nguyên lý điều khiển Khi khóa K đ ng dòng điện tăng làm tăng tốc đ đ ng cơ và tích lũy năng lợng điện... cùng một lúc thì T1, T2 sẽ dẫn Đ n 1/2 chu kì sau điện Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 19 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp áp đ i dấu, anod của T3 dơng, catod của T4 âm, nếu có xung điều khiển đ ng thời cho cả 2 van thì các van sẽ đ c mở thông Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 20 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp - Nhận xét Chỉnh lu cầu một pha có chất lợng điện... điện áp phần ứng - Nguyên lý điều khiển Đ Đ F 1 ĐC MF Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ MSX 11 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp Theo sơ đ thì đ ng cơ Đ 1 biến đ i điện năng xoay chiều của lới thành cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến đ i cơ năng đ thành điện năng một chiều đ cung cấp cho đ ng cơ Đ, đ ng cơ một chiều chuyển thành cơ năng... sơ đ cầu điều khiển đ i xứng Tóm lại, các sơ đ chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên đ đ p mạch quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn, điều này Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 22 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp không đ p ứng cho nhiều loại tải Muốn có chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đ có số pha lớn hơn Thiết kế hệ điều khiển CL -. ..Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp + Điện áp phần ứng càng giảm, tốc đ đ ng cơ càng thấp + Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh + Đ cứng đ c tính cơ cao và đ c giữ không đ i trong toàn dải điều chỉnh + Chỉ thay đ i tốc đ về phía giảm + Rất dễ tự đ ng hóa khi dùng chỉnh lu có điều khiển + Phơng pháp này điều khiển với mômen không đ i vì và I đ u không đ i - Đ nh giá chi tiêu điều khiển + Sai... Hệ F Đ có các đ c tính cơ điền đ y cả 4 góc phần t của mặt phẳng tọa đ - Đ c điểm của hệ F - Đ + Ưu điểm Sự chuyển đ i trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 12 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín) Điều chỉnh tốc đ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến... điện chạy từ pha có điện áp dơng hơn đ n pha có điện áp âm hơn B A C A Uf 0 1 Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 2 3 26 4 5 7 t 6 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 4 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc > 60o và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì điện áp tải sẽ bị gián đoạn Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ 27 Nguyễn Thị Kim Oanh K10 Bộ môn TBĐ - ĐT Đ án tốt nghiệp + Nhận xét Điện... nhỏ Hệ điều chỉnh đ n giản + Nhợc điểm Dùng nhiều máy điện quay trong đ ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đ t máy ít nhất gấp 3 lần công suất tải yêu cầu Vốn đ u t cao, cồng kềnh tốn diện tích Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%) Điều chỉnh sâu bị hạn chế Hiện nay ngời ta có khuynh hớng thay thế hệ F - Đ bằng hệ thống CL Đ Hệ thống CL - Đ một chiều Hệ thống CL - Đ một chiều ... cực đại: + Ta xét max = arccos D= d i điều chỉnh D: max U ddm I ddm .R = U d I ddm R U d = Trong đó: U d U = arccos d U 1,17U [U ddm + ( D 1) R I ddm ] D Rdt = 3 X ba = ì 0,75 = 0,71... đổi d u, lợng cuộn d y đợc xả qua diod D1 , D2 _ van đóng vai trò diod ngợc, mà Tiristo tự động khóa điện áp đổi d u Hình d ng đờng cong điện áp sơ đồ cầu pha không cực tính trùng với đờng cong... cuộn d y Bd = (dk + cdl ).nl Chọn khoảng cách lớp: cdl = 0,1mm Bd = (2,44 + 0,1).11 = 27,94mm Tổng bề d y cuộn d y Chọn khoảng cách cách điện d y quấn với trụ: a o1 = 3mm Bd = Bd + ao1 Bd =