THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ HÀNG

THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO THANG MÁY CHỞ HÀNG

Mục lục

Mục lục……….1

Đề tài………2

Lời mở đầu………3

Chương 1 Khái quát chung 1) Mục đích đề tài……… 4

2) Cấu tạo và phân loại thang máy……… 4

3) Yêu cầu về công nghệ và truền động……… 6

Chương 2 Tính chọn công suất động cơ 1) Tính hệ số đóng điện tương đối……… 8

2) Tính mômen tĩnh, mômen cản khi mở máy và mômen đẳng trị…… 9

3) Tính công suất của động cơ ……… ….12

Chương 3 Chọn phương án và chọn thiết bị mạch lực I Tính chọn phương án 1) Chọn phương án truyền động……… 15

2) Chọn loại biến tần………17

II Chọn thiết bị mạch lực 1) Chọn động cơ……… 18

2) Kiểm nghiệm động cơ……… …….…… 18

3) Chọn các thiết bị mạch lực khác……….… … 19

Chương 4 Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh I Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển 1) Mô tả động cơ trong hệ trục tọa độ dq………25

2) Nội dung phương pháp điều khiển hướng từ thông Rôto………29

II Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh 1) Tổng hợp theo các hàm chuẩn……… 32

2) Mô hình tuyến tính hóa động cơ……… 35

3) Tổng hợp các mạch vòng R , w R isq……….36

4) Tổng hợp các mạch vòng R isd,R y ……… 39

Chương 5 Mô phỏng I Tính toán các tham số của bộ điều chỉnh và tham số động cơ phục vụ mô phỏng 1) Tính toán các tham số dộng cơ ……… …… 41

2) Tính hàm truyền các bộ đo……… … 44

II Xây dựng mô hình mô phỏng sử dụng MATLAB &SIMULINK version 6.5: 1) Mô hình động cơ ……….… 45

2) Xây dựng các khối chuyển đổi 3->2 ,ab->dq,dq->ab,2->3………50

3) Xây dựng mô hình khối nghịch lưu………51

4) Bộ điều khiển PI……… …… 52

III Mô phỏng hệ truyền động động cơ KĐBXCBP 1) Khi khởi động trực tiếp động cơ……….52

2) Khởi động cơ có điều chỉnh tốc độ……….54

3) Điều chỉnh tốc độ bám theo giá trị đặt yêu cầu……… 58

Kết luận……… 61

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 2

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

(Đề số 2)

Thầy giáo hướng dẫn : bùi quốc khánh

Sinh viên thực hiện : đinh văn lam

Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở hàng

Yêu cầu nội dung :

- Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động

- Chọn phương án truyền động Tính chọn công suất chô động cơ và mạch lực

- Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ

- Thiết kế mạch điều khiển

- Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB&SIMULINK

-

Phương án thiết kế :

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số

- Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu

Tài liệu tham khảo :

- Điện tử công suất

- Truyền động diện

- Tự động điều chỉnh truyền động điện

- Trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung

- Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện

Lời mở đầu Truyền động điện là một lĩnh vực hết sức quan trọng đối với một kỹ sư tự

động hóa , điều khiển tự động Để thiết kế một hệ thống công nghiệp thì truyền

động là khâu quan trọng nhất và quyết định nhất đến thành công của dự án Một hệ thống đạt chất lượng cao hay không phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc truyền động,

điều khiển

Làm thế nào để khóng chế tốc độ động cơ như mong muốn? Làm thế nào để

đảm bảo quãng đường dịch chuyển như yêu cầu trong điều khiển thang máy? Hay làm thế nào để thực hiện một hành trình cắt dao trong gia công? … Luôn là câu hỏi

đặt ra đầu tiên cho một kỹ sư hệ thống khi nhận dự án

Đồ án của em với đề tài :”Thiết kế hệ truyền động cho thang máy trở hàng” trình bày :

+ Các dặc điểm công nghệ và truyền động của thang máy

+ Phương pháp thiết kế các bộ điều chỉnh

+ Mô phỏng hệ thống

Phương án truyền động động cơ xoay chiều ba pha được lựa chọn vì đáp ứng

được yêu cầu công nghệ và giá thành lại thấp hơn so với hệ truyền động động cơ một chiều hơn nữa với việc phát triển mạnh mẽ các bộ vi xử lý tốc dộ cao hệ truyền

động ĐCXCBP ngày càng chiếm ưu thế

Trong quá trình thiết kế đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy bùi quốc khánh và thầy trần văn địch Em xin chân thành

***************************************************************************

SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 4

Chương 1 Khái quát chung

1 Mục đích của đề tài :

Thiết kế hệ truyền động điện cho thang máy chở hàng

2 Cấu tạo và phân loại thang máy

Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở hàng và người theo phương thẳng

đứng

Cấu tạo của thang máy :

- Cabin : Bộ phận để chứa tải chuyên chở, cabin luôn được giữ theo phương

thẳng đứng nhờ có các giá treo và những thanh dẫn hướng

- Giếng than : Là khoảng không gian giới hạn bởi đáy hố giếng, vách bao

quanh và trần giếng, cabin và đối trọng di chuyển trong giếng than nhờ các

cáp và khay dẫn hướng

- Buồng máy : Chứa động cơ, bộ tời kéo, bộ hạn chế tốc độ…và các thiết bị

liên quan Buồng máy được bố trí ở tầng trên cùng của thang máy

Hình 1

Động cơ

Hộp giảm tốc

Puli chủ

động

Puli bịđộng Cabin

Thanh dẫn

- Phanh bảo hiểm : Là cơ cấu để dừng và giữ buồng thang hoặc đối trọng trên ray dẫn hướng khi vận tốc quá (20á40%) giá trị cho phép, dây treo bị đứt hoặc khi mất điện toàn hệ thống

- Hố giếng : Là khoảng không gian từ mặt bằng sàn tầng 1 cho đến đáy giếng phục vụ cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, điều chỉnh

Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang( Truyền động chính theo phương thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ ( là truyền động đóng

mở cửa buồng thang) Truyền động này có 1 động cơ lồng sóc kéo qua một

hệ thống tay đòn

Phân loại:

+ Phân loại theo công dụng : Có 3 loại thang máy sau

- Thang máy chở khách trong các nhà cao tầng

- Thang máy chở hàng có người điều khiển

- Thang máy vừa chở khách vừa chở hàng + Phân loại theo tốc độ di chuyển của buồng thang :

- Thang máy chạy chậm : v = 0,5 á 0,65 m/s

- Thang máy tốc độ trung bình: v = 0,75 á 1,5 m/s

- Thang máy cao tốc: v = 2,5 á 5 m/s

+ Phân loại theo trọng tải :

- Thang m áy loại nhỏ: Q <160 kg

- Thang máy loại trung bình: Q = 500 á 2000 kg

- Thang máy loại lớn: Q > 2000 kg

Tầm quan trọng : Thang máy giúp giải phóng sức lao động của con người,

mang lại năng suất cao, tiết liệm được thời gian

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 6

3 Các yêu cầu về công nghệ và truyền động :

ã Loại phụ tải truyền động là phụ tải thế năng

ã Động cơ thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hãm và đảo chiều nhiều lần (động cơ làm việc trong cả 4 góc phần tư)

ã Giản đồ phụ tải :

ã Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động :

+ Yêu cầu về gia tốc , giảm tốc : phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động hay không phụ thuộc vào gia tốc khi khởi động và khi hãm máy

Muốn cho thang máy không dật thì độ dật : const

dt

v d dt

da = =

khi khởi động và khi hãm (tốc độ có dạng parabol)

+ Yêu cầu về cơ cấu hãm : Để bảo đảm an toàn cho hành khách cũng như hàng hoá và thiết bị ở thang máy được sử dụng phanh hãm cơ điện, ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm (phanh dù) Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện

và khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 á 40)% tốc độ định mức

a

ham xuong toc do thap a,m/s2

Vmin

s : vi tri a: gia toc

ã Yêu cầu về độ chính xác : Về vị trí : khi dừng thang máy phải dửng chính xác so với sàn tầng và quá trình hãm sao cho các bin dừng đúng tại sàn tầng với yêu cầu độ chính xác cao nhất sau khi ấn nút dừng Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau : vì đây là

thang máy chở hàng nên sẽ gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng

ã Vùng điều chỉnh : luôn điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức

Như vậy yêu cầu đặt ra đối với một hệ truyền động thang máy là phải

đảm bảo được quãng đường di chuyển một cách chính xác Khởi động và

hãm phải đáp ứng được yêu cầu độ dật bằng hằng số Khi xảy ra sự cố như mất điện, đứt cáp thang máy không được rơi, không được vận hành trong

điều kiện bất thường như quá tải

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 8

Cho thang máy làm việc ở chế độ nặng nhất là lên xuống bốn tầng

Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức: Gđm = 1300 kg

Thời gian khởi động động cơ để thang máy có vận tốc V = 1.5m/s là:

at t

0,6 7,8 8,4

0

tlv

tkđ

t =

v

S S

h0 - kd - h

.

3

VËy thêi gian lµm viÖc cña thang m¸y gi÷a 2 tÇng kÕ nhau lµ:

M n =

(2-3)

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 10

M h

.2

+ i : tỉ số truyền của hộp số(chọn i=20)

+ h : hiệu suất của cơ cấu

b) Tính mômen cản khi mở máy và khi hãm ( mômen động) :

Khi mở máy do còn có mômen quán tính nên mômen cản khi mở máy lớn hơn mômen tĩnh

Theo định luật 2 Newton ta có công thức sau :

ã Khi nâng : Fn = (G0 + G - Gđt).g+ | G0 + G – Gđt| a (2-5)

ã Khi hạ : Fh = (Gđt – G– G0).g- | Gđt – G– G0| a (2-6)

Trong đó :

Fn : lực nâng khi thang máy chuyển động với gia tốc a

Fh : lực hạ khi thang máy chuyển động với gia tốc a

a : gia tốc của thang máy, khi mở máy a = 2,5 m/s2,

c) Tính mômen đẳng trị :

Để tính mômen đẳng trị ta lập bảng thể hiện chu trình làm việc của thang

máy trong điều kiện nặng nhọc nhất : nâng từ tầng 1 tới tầng 4, hạ từ tầng 4 xuống

2

(2-7)

Trong đó :

Mi là mômen trong thời gian ti

ồt là thời gian tông cộng trong cả chu kì ( tính cả thời gian nghỉ)

Dựa vào đồ thị phụ tải và các số liệu có trong bảng ta tính được :

b) Tính công suất khi mở máy và khi hãm ( công suất động)

Khi mở máy công suất được tính theo công thức : (2-10)

3 3

3

10)

(.)

-D

i a M

D

t v i M

i t M

t M

t

mm T

mm d

(

2 )

( = v -a t

-D

i M

t

P ham ham od (2-11)

Trong đó :

ã Pmm : Công suất khi mở máy [kW]

ã Pham : Công suất khi hãm [kW]

ã w d : tốc độ góc của động cơ [rad/s]

ã w T (t) : tốc độ góc của Puli thang máy [rad/s]

ã v T (t) : tốc độ thang máy khi mở máy hoặc hãm [m/s]

ã a : gia tốc khi mở máy(a>0) hoặc hãm(a<0) [m/s2]

ã D : đường kính Puli [m]

ã i : tỉ số truyền của hộp giảm tốc

Từ hai công thức (2-10) và (2-11) ta thấy công suất khi mở máy và khi hãm có dạng đường thẳng:

Để dơn giản trong tính toán ta sẽ tính đẳng trị công suất trong khoảng thời gian

mở máy và hãm máy

Công suất đẳng trị khi mở máy :

3 0

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 14

Để tính công suất đẳng trị ta lập bảng thể hiện chu trình làm việc của thang máy trong điều kiện nặng nhọc nhất : nâng từ tầng 1 tới tầng 4, hạ từ tầng 4 xuống tầng

T

t P

Pmm

Pham

N

1 Pôđ

Pđt = 8,56 [kW]

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và

dễ tự động hóa do các van công suất có độ khuếch đại công suất rất cao

Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có độ phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy

điện Hệ số công suất thấp

ã Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp điều chỉnh tần số: Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng biến tần phân ra làm ba loại :

v Điều khiển vô hướng

v Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC

v Điều khiển trực tiếp mômen DTC

- Điều khiển vô hướng là điều khiển từ thông stato y sthông qua các giá trị biên độ của đại lượng điện áp và dòng điện stato Có nhiều công trình nghiên cứu đề xuất phương án điều khiển tối ưu nhưng ứng dụng

trong công nghiệp có hai loại :

+ Điều khiển điện áp - tần số sao cho từ thông stato y s là hàm của

c

s = M

y (còn gọi là điều khiển năng lực quá tải không

đổi) phương pháp này dễ thực hiện, tổn thất DP nhỏ, lượng tiêu thụ công suất phản kháng luông nhỏ hơn hoặc bằng công suất phản kháng định mức, tuy nhiên ổn định tốc đọ thấp gặp khó khăn

+ Điều chỉnh điện áp (hoặc dòng điện) - tần số sao cho từ thông stato y s không đổi ở toàn dải điều chỉnh y*s = 1 Phương pháp này

dễ thực hiện tuy nhiên tổn thất công suất và công suất phản kháng tiêu thụ không phải là nhỏ nhất.ổn định tốc độ thấp gặp khó khăn Điều chỉnh vô hướng được ứng dụng trong công nghiệp khi không đòi hỏi điều chỉnh sâu tốc độ

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 16

- Điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto FOC là dùng công cụ biến đổi véctơ để tách đại lượng vectơ từ thông

r

yđ và điều chỉnh nó Còn mômen động cơ điều chỉnh qua thành phần véctơ dòng stato Is Phương pháp này coi rôto là phần cảm, stato là phần ứng và được phân ly với nhau giống như máy điện một chiều Phương pháp này tạo nên cuộc cách mạng trong điều khiển động cơ KĐB, có thể làm việc rất ổng định ở tốc

độ cận không, nó cạnh tranh có hiệu quả với sự truyền động của động cơ một chiều

- Điều khiển trực tiếp mômen DTC là phương pháp điều khiển vị trí vectơ từ thông y s để điều khiển mômen động cơ Để thực hiện phương pháp này ta cần dựa trên phép biến đổi véctơ để xác định độ lớn và vị trí véc tơ y s , thay đổi vectơ điện áp stato Us để thay đổi vị trí véctơ y s

đồng thời ước lượng giá trị mômen động cơ để điều khiển vị trí véctơ y s Phương pháp này có ưu điểm là chỉ cần quan tâm tới vị trí vectơ y s mà không cần quan tâm tới vị trí vectơ rôto nên đơn giản, điều khiển vị trí vectơ y s thông qua hàm đóng cắt Tranzitor lực nên đáp ứng mômen nhanh Nhược điểm của phương pháp này là do bộ điều chỉnh từ thông và mômen là ON/OFF hai hoặc ba vị trí dẫn đến xung mômen động cơ, nên khó ổn định ở tốc độ thấp

ỉ Nhận xét : Qua các phân tích ở trên ta thấy : hệ truyền động một chiều đáp ứng

đặc tính tốc độ tốt hơn hệ truyền động xoay chiều, bộ điều chỉnh đơn giản ( dĩ nhiên là sẽ rẻ hơn) hơn, tuy nhiên giá thành của động cơ lại đắt hơn động cơ xoay chiều nhiều, khi hỏng hóc rất khó sửa chữa do cấu tạo phức tạp Những năm gần đây xu hướng dùng động cơ xoay chiều tăng nhanh do các linh kiện bán dẫn và tốc độ các bộ vi xử lý không ngừng cải thiện khăc phục khó khăn trong việc điều chỉnh động cơ xoay chiều Dưới đây là đồ thị mô tả xu hướng đó , đồng thời cũng mô tả các đặc tính kinh tế của hai hệ truyền động nêu trên:

Giá thành truyền động một chiều

Giá thành truyền động xoay chiều

Giá thành phần điều khiển Giá thành phần điều khiển

P[Kw]

Nhìn vào sơ đồ trên ta thấy : giá thành động cơ một chiều chiếm phần lớn giá thành của cả hệ thống trong khi với hệ truyền động xoay chiều thì ngược lại giá thành bộ điều khiển chiếm nhiều hơn Các bộ điều khiển có

xu hướng rẻ dần cho nên hệ hệ xoay chiều cũng ngày càng rẻ hơn so với

hệ một chiều Công suất càng lớn thì xoay chiều lại càng chiếm ưu thế về giá cả Việc ổn định tốc độ cũng không thua kém nhiều lắn so với hệ một chiều

Như vậy ta sẽ dùng hệ truyền động xoay chiều cho thang máy Hệ

truyền động thang máy cũng yêu cầu ổn định ở tốc độ thấp ( khi khởi

b Biến tần giỏn tiếp nguồn ỏp

Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp cho nú là nguồn ỏp lấy từ bộ biến đổi cú nội trở nhỏ Cỏc bộ nghịch lưu ỏp này thụng thường hay dựng cỏc van bỏn dẫn là cỏc IGBT mà khụng sử dụng thysistor do cỏc van IGBT là cỏc van điều khiển hoàn toàn, thời gian chuyển mạch của cỏc van nhanh Hiện nay với phương phỏp PWM (điều chế độ rộng xung) đó tạo ra được điện ỏp ra gần sin hơn đồng thời làm giảm tổn hao chuyển mạch Việc tạo ra điện ỏp gần sin đó làm cho việc điều chỉnh trơn tốc độ được dễ dàng hơn Đõy chớnh là xu hướng cú nhiều triển vọng cho việc chế tạo cỏc bộ biến tần cú cụng suất trung bỡnh và nhỏ

c Biến tần giỏn tiếp nguồn dũng

Nguồn cung cấp trong trường hợp này là nguồn dũng tức là dũng một chiều vào bộ nghịch lưu khụng phụ thuộc tổng trở tải Biến tần nguồn dũng cú thể cho phộp thực hiện hóm tỏi sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn giản Bộ biến tần nguồn dũng thớch hợp với truyền động đảo chiều cụng suất lớn

Như vậy với công suất của động cơ trung bình ta chọn biến tần gián tiếp

nguồn áp mạch chỉnh lưu Diod nghịch lưu dùng van IGBT có điều chế độ rộng

xung PWM, hãm tái sinh dùng điện trở dập

*************************************************************************** SVTH : §inh V¨n Lam T§H3K48 18

M«men qu¸n tÝnh R«to

M

dm

dm dm

dm

2

60

=

=

=

p w

Theo b¶ng (2-1) ta cã Mcmax = 106,0 Nm

Như vậy động cơ lựa chọn đã đáp ứng được yêu cầu về mômen quá tải

-Kiểm nghiệm mômen khởi động :

Ta có mômen cản mở máy : Mcmm = 106 [Nm] và Mkđ đc = 2,8.Mđm do đó điều kiện khởi động Mkđ > Mcmm được thỏa mãn

a Chọn van cho bộ nghịch lưu

Sơ đồ chuyển mạch của khâu nghịch lưu áp 3 pha mỗi van dẫn 1800:

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 20

Điện áp ra đặt lên các pha tải có dạng chữ nhật, bao gồm sóng hài cơ bản và gồm nhiều sóng hài bậc cao Chỉ có sóng hài cơ bản mới tạo ra mô men, mới có ích cho động cơ, còn các sóng hài bậc cao gây tổn hao trên mạch từ động cơ

Theo sách “Điện tử công suất của Lê Văn Doanh” ta có điện áp hiệu dụng sóng hài cơ bản bằng:

U’1= Ud

p

2

Trong đó :

U1’ : điện áp hiệu dụng sóng hài cơ bản sau nghịch lưu bằng 220 [V]

Ud : điện áp hiệu dụng trước nghịch lưu [V]

=> Điện áp trước mạch nghịch lưu: Ud= U 490V

Ud2 : Điện áp ngay sau chỉnh lưu[V]

Kcl : hệ số của sơ đồ chỉnh lưu Đây là sơ đồ cầu 3 pha nên Kcl = 2,34

Như vậy điện áp sau chỉnh lưu lớn hơn một chút so với điện áp yêu cầu của mạch nghịch lưu Nếu tính đến sụt áp trên các van bán dẫn, trên dây dẫn, trên mạch lọc thì điện áp yêu cầu được thoả mãn

ã Tính dòng điện một chiều trung bình:

Trong đó :

Id : dòng trung bình một chiều trước mạch nghịch lưu [A]

Ud : điện áp hiệu dụng trước nghịch lưu [V]

dc

h : Hiệu suất của động cơ (=0,8)

nl

h : Hiệu suất nghịch lưu (=0,98)

Thay số vào ta được : Id = 28,6 [A]

Điện áp ngược max đặt lên điốt, và điện áp lớn nhất đặt lên 2 cực C-E của IGBT bằng: UCemax=UngmaxD=514V

Tính thêm hệ số dự trữ thì UCemax=UngmaxD=1,7.514=880V

Căn cứ vào dòng qua van và điện áp ngược max đặt lên van, tra sổ tay chọn

được:

IGBT là loại: MG50Q2YS9 có Icmax=50A, UCemax=1200V

Điốt đệm loại: SW08PCN020 có Itbmax=16A, Ungmax=800 V

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 22

Điện áp ngược cực đại: Ungmax=k 6.Upha=1,7 6.220 = 916V

Chọn Điốt loại: SRR70/12 có Itb=70A, Ungmax=1200V

A

Trong đó :

Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha :A= 0,095

35

36

=p

n là số đập mạch điện áp trong 1 chu kỳ : n=6

w : vận tốc góc của áp w= 2pf

kCL= 0,003

220.2

1U

003,0.)314.6(

095,

-Chọn C=100mF và L=89,2mH

c)Chọn giá trị điện trở dập và van của bộ dập Chopper:

Hãm tái sinh nặng nhất khi hạ dầy tải hoặc nâng không tải.Giá trị công suất hãm lúc đó bằng -8,6 [kW].Điện áp là U = 490V:

Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động Mạch

nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều

Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc

Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc:

t p

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 24

Trong đó k w là hệ số khuếch đại của máy phát tốc được tính như sau

l : hệ số tính đến độ quá điều chỉnh vận tốc.Do ở thang máy ta luôn điều

e, Máy đo dòng :

Hàm truyền chỉ là một khâu khuếch đại thông thường vì không có trễ

ã Tính hệ số khuếch đại của khâu đo dòng về Isd :

Trong đó k là hệ số quá tải.Với KĐB Rotor lồng sóc chọn k = 2.5

ã Tính hệ số khuếch đại của khâu đo dòng về Isq :

f) Máy đo từ thông : cũng thuần túy là một khâu khuếch đại

ã Hệ số khuếch đại bộ đo từ thông :

sddm

ch m

U

K

' ly

FFT 1 0,001

1,0

+

=

Chương 4 Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp các

mạch vòng điều khiển

I Mô hình động cơ và cấu trúc điều khiển

1) Mô tả động cơ không đồng trong hệ trục tọa độ d,q :

Để xây dựng cấu trúc điều khiển của hệ truyền động ta phải mô hình hóa động cơ không đồng bộ ba pha Từ các phương trình biểu diễn các mối quan hệ điện- từ - cơ của ĐCDB ta sẽ xây dựng được cấu trúc của động cơ Từ cấu trúc này ta tổng

s : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ ab , cố định với stato

r : đại lượng mô tả trên hệ tọa độ cố định với rôto

ã Chỉ số viết bên phải phía dưới :

Chữ cái thứ 1 : s : đại lượng mạch stato

r : đại lượng mạch rôto

Chữ cái thứ 2 : d,q : thành phần thuộc hệ tọa độ d,q

ab : thành phần thuộc hệ tọa độ ab

ã Chữ cái có gạch ngang là véctơ, ma trận

Mô hình động cơ được xây dựng từ phương trình điện áp stato và phương

trình điện áp Rôto viết trên chính cuộn dây stato và Rôto, tức là viết trên hệ tọa

độ cố định với stato và Rôto:

s s s

s s

s s

r r r

r r

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 26

ã Phương trình Mômen quay :

)(sin2

3)

(sin2

3

r r

r p s

s s p

Im2

3

s s p

d s p

J m m

p T M

Cho một hệ tọa độ mới quay với tốc độ góc w k việc chuyển đổi giữa các hệ

trục tọa độ được thực hiện như sau:

k

j k

k s

s

dt

d dt

y w y

s s

k

dt

d i

f s f

s s

f

dt

d i R

u = + y + w y (4-9)

Hệ tọa độ náy được chọn sao cho trục thực d trùng với trục của từ thông Rôto (Hình 4-1) Trong hệ tọa độ này thành phần q của véctơ từ thông bằng không

Hệ tọa đọ này được gọi là hệ tọa độ dq

ã w k = 0 nghĩa là hệ tọa dộ đứng im, hệ trục này được gọi là hệ trục ab Ta

chọn trục a trùng với trục của cuộn day pha a

dt

d i R

u

s s s

s s

k r

r

dt

d dt

d y = y n + w y n

Thay các đại lượng chuyển hệ vào (4-2) ta thu được :

k r k

r

dt

d i

R + y + w y

=

0 (4-11)

ã w k =w s -w=w r : với w r là tốc độ góc của chuyển động tương đối của trục từ

thông so với trục Rôto Tức là hệ trục tọa độ mới trùng với hệ trục dq

f r f

r

dt

d i

R + y + w y

=

ã w k = -w Rôto quay với tốc độ cơ là w Như vậy hệ trục tọa độ mới đứng yên

hay trùng với hệ trục ab

s r s

r

dt

d i

f s

f

r

m

f r s

f s

f

s

f r r

f r f

r r

f s s

f s f

s s

f

s

L i L i

L i L i

j dt

d i R

j dt

d i R

=

+ +

=

y

y

y w y

y w y

(4-14)

Trước hết ta tìm cách loại bỏ một số đại lượng không quan trọng trong hệ (4-14)

Đó là dòng (không đo được) của mạch điện rôto f

r

i ,và cả từ thông stato f

s

y Từ hai phương trình từ thông ta có :

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 28

)(

)(

f r r

m s

f s

f

s

m

f s

f r r

f

r

L i L

L L i

L i L

i

+

-=

-=

y y

) (

f r r r

f r f

s r

m

f r r

m s

f r r m

f s s

f s s s s

f

s

j T dt

d i

L

L

L

L j dt

d L

L dt

i d L i L j R

u

y w y

y w

y s

s w

+ + +

-=

+ +

+ +

R

L

T = : hằng số thời gian stato và rôto

Sau một vài biến đổi (4-15) ta thu được hệ phương trình :

'

' '

'

' '

' '

1)

(1

)(

11

11

1)11(

11

1)

11(

rq r rd s

sq r rq

rq s

rd r

sd r rd

sq s

rq r rd

sq r s

sd s sq

sd s rq

rd r sq

s sd r s

sd

T

i T dt

d

T

i T dt

d

u L T

i T T

i dt

di

u L T

i i

T T

dt

di

y y

w w y

y w w y

y

s

y s

s wy

s

s s

s s

w

s

wy s

s y

s

s w

s

s s

-

-=

+-

-=

+

+

-

+-

-=

+

+

++

+-

' '

)(

1

0

11

11

)11(

11

)11(

rd s

sq

r

rd r

sd r rd

sq s rd

sq r s

sd s sq

sd s

rd r sq

s sd r s

d

u L

i T T

i dt

di

u L T

i i

T T

dt

di

y w w

y y

s

wy s

s s

s s

w

s

y s

s w

s

s s

-

+-

-=

+

++

+-

L

L z

s

+

1

(4-19)

2) Nội dung phương pháp điều khiển vectơ định hướng từ thông Rôto

Phương pháp điều khiển véc tơ tựa từ thông Rôto là phương pháp điều khiển cả

1 p

zp pJ

L

L z

2

2 3

*************************************************************************** SVTH : Đinh Văn Lam TĐH3K48 30

phương pháp này điều chỉnh từ thông một cách hoàn hảo mà không cần sử dụng tới cảm bién từ thông

Ta chọn trục d trùng với véctơ từ thông Rôto Do các véctơ quay đồng bộ nên góc g sẽ là hằng số và hình chiếu của is lên các trục p,q biến thiên rất chậm do vậy

ta có thể điều khiển từng thành phần id và iq một cách dễ dàng

Ta biểu diễn các vectơ của động cơ trong hệ trục (d,q) và (a, b) hình vẽ (trang

rq sq rd r

m p

i L

L z i

i L

L z

2

3

2

3

y y

Như vậy nếu ta giữ véctơ từ thông Rôto không đổi thì mômen động cơ

tỉ lệ thuận với thành phần dòng điện chiếu lên trục q

Id : gọi là thành phần dòng điện sinh từ thông

Iq : gọi là thành phần dòng điện sinh mômen

Biên độ từ thông vẫn được nhận dạng tính toán bằng một mô hình từ thông (MHTT) để cung cấp tín hiệu phản hồi cho bộ điều chỉnh giữ từ

Khi động cơ muốn tăng tốc thì mômen phải tăng,thành phần isq sinh mômen động cơ phải tăng tức là góc g tăng,muốn vậy ta phải tăng tần số

đóng cắt của nghịch lưu Rôto tăng tốc độ, góc g thu nhỏ dần lại cho tới khi bằng giá trị trước lúc tăng tốc, mônmen động cơ lại cân bằng với

mômen cản ở một mức mà cả tốc độ rôto và stato đều lớn hơn trước

Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐXCBP điều khiển kiểu T4R trên hệ tọa độ dq :

Ta thấy rằng nếu bỏ qua khâu MHTT thì sơ đồ trên có cấu trúc giống hệ

truyền động một chiều, đó là vòng điều chỉnh bên ngoài với khâu điều chỉnh từ thông R y và khâu điều chỉnh tốc độ quay R w Khâu điều chỉnh cấp dưới( vòng trong cùng) bao gồm hai khâu điều chỉnh dòng độc lập theo luật PI, điều chỉnh hai thành phần dòng một chiều isd (có tác dụng tương đương dòng kích từ của

ĐCMC)và isq(có tác dụng tương đương dòng phần ứng của ĐCMC).Khối RI còn

có tác dụng tính các thành phần điện áp u và u từđại lượng đầu ra của hai

MHTT

M 3~

*

sdi

isq

isd

Đo tốc độ quay