Thiết kế hệ thống điều khiển và khống chế động cơ điện không đồng bộ ba pha
LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đay, nghành điện công nghiệp nươc ta ngày trọng đầu tư phátt triển Sự phát triển đánh dấu việc cho đời hàng phương pháp để điều khiển động mục đich đáp ứng nhu cầu phục hồi khả làm việc ban đầu động Để làm điều đú, người thợ cần phải hoàn thiện tất khâu việc thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực,đưa phương pháp tối ưu lắp đặt ngoai cón phải đưa sai hỏng cách khắc phục Từ chúng em đươc biết qua học lớp tìm hiểu nguồn tài liệu bên ngoai,chúng em tiến hành mạch khởi động động KĐB pha.vơi mong muốn đ ưa phương pháp điều khiển khởi động động cách tối ưu Với lịng say mê tìm hiểu ham học hỏi chúngng em cố gắng tận dụng tất kiến thức học từ thầy cô, bạn bè năm tháng học tập vừa qua, mong hoàn thành tốt đề tài Những sản phẩm, kết đạt ngày chưa phải lớn lao lại cú ý nghĩa quan trọng chúng em Bởi đánh giá thành suốt thời gian dài học tập trường Cùng với sản phẩm chúng em hoàn thành quển thuyết minh với hy vọng trở thành tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên nghành kỹ thuật điện Trong q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy và bạn để đề tài chúng em ngày hồn thiện Nhóm sinh viên thực ĐỀ TÀI MƠN HỌC Giao Viên Hướng Dẫn: Thầy Đỗ cơng Thng Nhúm sinh viờn thc hin : Nguyễn Văn Khải 2.Nguyễn Văn Linh Nguyễn Quang Huy Khoỏ hc : Ngành đào tạo : Kỹ thuật Điện Tên đề tài: Thiết kế hệ thốngđiều khiển khống chế động điện khơng đồng ba pha - Có đảo chiều quay - Khởi động qua ba cấp điện trở phụ với thời gian 1s,2s 1,5s - Bảo vệ cố tải, ngắn mạch, áp Số liệu cho trước: - Các trang thiết bị, máy móc - Phần mềm PLC, vi điều khiển… - Tài liệu chuyên môn Nội dung cần hồn thành: Phân tích, lựa chọn phương án Lý thuyết vấn đề liên quan Phân tích, lựa chọn thiết bị Lập trình điều khiển mô Sản phẩm đề tài : Quyển thuyết minh vẽ , chương trình phần m ềm, Folie mơ tả đầy đủ nội dung đề tài, sẩn phẩm NHẬN XÉT CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN 1.1 Khái niệm chung Khi mở máy động có cơng suất trung bình lớn người ta phải dùng thiết bị hạn chế dòng khởi động như: Điện trở, điện kháng, máy biến áp tự ngẫu Trong trình khởi động muốn tốc độ động tăng dần đến giá trị định mức, ta phải tìm cách loại dần thiết bị hạn chế Một cách tổng quát ta có sơ đồ mạch động lực, đặc tính tĩnh, đặc tính động trình mở máy động điện chiều, xoay chiều hình vẽ n n0 n®m cc k2 K cc R1 Đ R2 R1 R I đm I2 I1 Ap n n0 K nđ m F Đ r1 r2 k1 k2 r1 r2 I®m I2 I1 I I I n(v/p) n=f(t) I1 n1 I2 I=f(t) n2 t1 t1 t Đặ c tính đ ộng - Nhỡn vo đặc tính tĩnh đặc tính động ta có nhận xét: Quá trình khởi động theo chiều mũi tên, tốc độ động tăng dần ứng với việc loại dần cấp điện trở phụ - Nếu ta sử dụng thiết bị để đo khoảng thời gian từ 0- t 1, t1-t2 - - - rơle thời gian ta phát lệnh điều khiển làm thay đổi tham số c mạch điện ( RP, XP ) điều khiển trình theo mong muốn gọi tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian Nếu ta sử dụng thiết bị đo tốc độ rơle ly tâm, máy phát tốc để đo tốc độ n1, n2 tương tự ta có tự động khống chế theo nguyên tắc tốc độ Nếu sử dụng rơ le dòng điện để đo dòng điện I 1, I2 tương tự ta có phương pháp tự động khống chế theo nguyên tắc dịng điện Trong thực tế có nhiều phận máy làm việc bị giới hạn góc quay hay quãng đường định người ta sử dụng phương pháp khống chế theo nguyên tắc hành trình 1.2 Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở 1.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian • • Nội dung nguyên tắc Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa sở thông số làm việc mạch biến đổi theo thời gian Những tín hiệu điều khiển phát theo quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái hệ thống Những phần tử thụ cảm đ ược thời gian để phát tín hiệu cần chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi đối tượng Ví dụ tốc độ, dịng điện, mơ men động tính tốn chọn ngưỡng cho thích hợp cho hệ thống truyền động điện cụ thể Những phần tử thụ cảm thời gian gọi rơ le thời gian Nó tạo nên khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc khơng) đầu vào đến phát tín hiệu đưa vào phần tử chấp hành Các cấu trì thời gian là: cấu lắc, cấu điện từ, khí nén, cấu điện tử, tương ứng rơ le loại đó,… Bằng giải tích đồ thị mà người ta xác định số cấp điện trở phụ mở máy, giá trị điện trở cấp, đặc tính động để chỉnh định thời gian tác động rơ le, khoảng thời gian tính tương đối sau: t= ω −ω M −M dg J mơ men qn tính Mđg1, Mđg2 mô men động ln dg M M dg dg Ví dụ minh hoạ Mạch mở máy động điện chiều qua hai cấp điện trở phụ mạch phần ứng: + + CKT § - - + S1 r2 K1 r1 S2 K1 K1 K1 1KT K3 K2 2KT 2KT - K1 1KT K2 K3 Hình 2.2 Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian Trong sơ đồ không giới thiệu cách cấp nguồn c ần phải l ưu ý r ằng m ọi ch ỗ có nguồn phải cấp đầy đủ trước vận hành, cần ý đến nguồn kích từ Trạng thái ban đầu sau cấp nguồn động lực ều ển r le th ời gian 1KT cấp điện mở tiếp điểm thường kín đóng chậm 1KT Để khởi động ta phải ấn nút mở máy S2 cơng tắc tơ K1 hút để đóng ti ếp ểm m ạch đ ộng l ực, ph ần ứng đ ộng c điện đấu vào lưới điện qua điện trở phụ khởi động r1, r2 Dòng điên qua ện trở phụ lớn gây sụt áp điện trở r1 Điện áp v ượt m ức ện áp hút c r le th ời gian 2KT làm cho hoạt động mở tiếp điểm thừơng đóng đóng chậm 2KT, m ạch K3 với hoạt động rơle 1KT chúng bảo đảm không cho công tắc t K1, K2 có điện giai đoạn đầu trình khởi động Ti ếp điểm ph ụ K1 dóng đ ể t ự trì cho cuộn hút công tắc tơ K1 ta không ấn nút S2 n ữa Ti ếp ểm K1 m c r le th ời gian 1KT đưa rơ le thời gian vào hoạt động để chuẩn bị phất tín hiệu chuyển tr ạng tháu hoạt động truyền động điện Mốc không thời gian t xem thời điểm K1 mở cắt điện 1KT Thời gian chỉnh định mõi cấp điện trở tính theo cơng thức : ti= Tci ln M − Mc M − Mc Trong Tci : số thời gian điên động cở đặc tính có điện trở phụ cấp thứ i Sau rơ le thời gian 1RTh nhả, cấu trì thời gian tính thời gian từ gốc không đạt trị số chỉnh định đóng tiếp điểm thường kín đóng chậm 1KT Lúc cuộn dây công tắc tơ gia tốc K1 c ấp điên ho ạt đ ộng đóng ti ếp ểm mạch động lựcvà cấp điện trở phụ khởi động thứ r1 b ị n ối ngắn m ạch động chuyển sang khởi động đường đặc tính thứ hai việc ngắn m ạch ện tr r1 làm cho rơle thời gian 2KT điện cấu trì thời gian c s ẽ tính th ời gian tương tự rơle 1KT, đạt trị số chỉnh định đóng ti ếp ểm th ường đóng đóng chậm 2KT Cơng tắc tơ gia tốc K3 có điện hút ti ếp ểm K3 ng ắn m ạch c ấp điện trở thứ hai r2 động chuyển sang tiếp tục khởi đ ộng đ ường đ ặc tính c t ự nhiên điểm làm việc ổn định Những yếu tố ảnh hưởng đến ngun tắc Khi tính tốn đường đặc tính mở máy động thường ta xét chế độ định mức Nhưng thực tế điện lưới, mơ men cản, mơ men qn tính nhiệt đ ộ thay đổi so với tính tốn, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính khởi động 1.2.2 Nguyên tắc khống chế theo tốc độ • Nội dung nguyên tắc Để khống chế theo nguyên tắc ta phải đo tốc độ động cơ, đo trực tiếp rơle kiểm tra tốc độ, hệ thống khống chế có nhiều cấp điện trở việc điều khiển gặp nhiều khó khăn thực tế sử dụng Ngồi ta cịn đo tốc độ máy phát tốc hệ thống đơn giản tiêu kinh tế thấp (máy phát tốc có giá thành cao) nên dùng loại Thông thường người ta s dụng phương pháp đo gián tiếp + Đối với động điện chiều, đo tốc độ thông qua sđđ phần ứng động EĐ= Ke.Φ.n (dùng rơ le điện áp mắc song song với phần ứng động cơ) + Đối với động KĐB, đo tốc độ gián tiếp qua sđđ rotor, tần số dòng điện rotor h s trt ã S c trng cc CKĐ K § G G1 R2 R1 G1 G2 Hình H×nh 2.4 1.3 cc Theo định luật Kirchhoff ta có: Vịng UG1= Eư + Iư Rư = Ke.φ.n2+ Iư Rư Vòng UG2= + Iư( Rư+R2) =Ke.φ.n1+ Iư( Rư+R2) Xét trường hợp 1: Khi tốc độ động tăng đến tốc độ n1 UG1= Eư + Iư Rư = Ke.φ.n2+ Iư Rư = UG1tđ Dẫn đến rơle điện áp G1 tác động đóng tiếp điểm G1 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R1 khỏi mạch phần ứng động Xét trường hợp 2: Khi tốc độ động tăng đến tốc độ n2 UG1= Eư + Iư( Rư+R2) = Ke.φ.n2+ Iư( Rư+R2) = UG1tđ Dẫn đến rơle điện áp G2 tác động đóng tiếp điểm G2 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R2 khỏi mạch phần ứng động Nhận xét: + Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền + Nhược điểm: Khi mô men cản, điện áp lưới nhiệt độ thay đổi làm thay đổi thời gian mở máy động Việc chỉnh định điện áp hút rơ le gặp nhiều khó khăn Ví dụ: Mạch điều khiển mở máy động chiều KTĐL qua cấp điện trở phụ hãm động Hình 2.5 cc k cc G2 G1 § R h H k r2 cc cc D M r1 k k Rtr Rtr H G1 G2 B HÃ m động n no nđm n2 I I A n1 r1 I®m I2 I1 r2 I n(v/p) n=f(t) I1 n1 I2 n2 I=f(t) t1 t2 Đặ c tính đ ộng HÃ m đ ộng HÃ m t đ ộng Tr s ca dũng in mở máy động dao động giới hạn xác định từ I2 tới I1, giá trị dòng điện I1= 2,2÷ 2,5 dịng Iđm xác định vào điều kiện vận hành động giá trị cho phép dòng điện phần ứng động Giá trị dịng điện I2 = (1,8÷ 2)Iđm xác định vào việc đảm bảo gia tốc tối thiểu mở máy động phụ tải I1, I2 lớn Iđm này.Muốn khống chế theo nguyên tắc dòng điện ta sử dụng số rơ le dòng điện mắc nối tiếp với phần ứng động điện chiều mắc nối tiếp với pha động xoay chiều Ví dụ minh hoạ - + + RK S1 K1 CKT § r1 RI K1 S2 K1 RI K2 K2 RK - K1 K2 Hoạt động sơ đồ: ấn nút S2 cơng tắc tơ K1 có điện, tiếp điểm K1 đóng trì, tiếp điểm K1 Ι mạch động lực đóng cấp điện cho mạch phần ứng, động hoạt động qua r1 Lúc rơle dòng RI, rơle khố RK có điện , tác động phải Ι1 đảm bảo yêu cầu sau: RI có thời gian tác động nhanh RK Lúc tiếp điểm thường đóng RI mở Ι2 trước sau tiếp điểm thường mở RK đóng Động hoạt động, dịng điện giảm dần ( từ I1 đến I2) RI đạt trị số nhả, dẫn đến công tắc tơ K2 tác t động, tiếp điểm K2 đóng lại trì ngắn mạch r1 Động hoạt động đường đặc tính tự nhiên Tiếp điểm thường mở K2 song song với tiếp điểm RI có vai trị không cho K2 điện với lý sau (như tải,….) nghĩa không đ ưa r1 vào mạch phần ứng Nhận xét: - - Có thể trì MĐ q trình khởi động mức xác định Q trình khởi động khơng phụ thuộc vào nhiệt độ dây quấn rơ le ... tĩnh chất l ượng động đặt ra.Trong trường hợp ta phải dùng hệ thống điều khiển tự đ ộng kiểu hệ kín Đối với hệ thống sử dụng động điện1 chiều làm việc hệ thống truyền động điên kiểu hệ kín thường... Đỗ cơng Thắng Nhóm sinh viên thực : Ngun Văn Khải 2.Nguyễn Văn Linh Nguyễn Quang Huy Khoỏ học : Ngành đào tạo : Kỹ thuật Điện Tên đề tài: Thiết kế hệ thống? ?iều khiển khống chế động điện khơng đồng. .. nguồn điện áp chiều cho phần ứng động hay cung cấp cho cuộn kích từ c động điều khiển tự động hệ kín người ta thường sử dụng biến tần, điều khiển xung trở mạch rotor Trong hệ thống điều khiển