NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG

TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU I.1.Khái niệm

VIỆT NAM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -o0o - THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG Học viên: Trần Thị Nam Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD khoa học: TS.Nguyễn Thanh Hà Ngày giao đề tài: 01/05/2008 Ngày hoàn thành: 20/02/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS Nguyễn Văn Hùng TS.Nguyễn Thanh Hà Trần Thị Nam Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -1- CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU I.1.Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt dây dẫn vào từ trường cho dịng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng lực từ vào dây dẫn làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành  Ưu điểm động chiều: - Động điện chiều dùng làm động hay máy phát điều kiện làm việc khác - Động điện chiều có ưu điểm lớn điều chỉnh tốc độ khả tải ứng dụng nghành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải… - Động điện chiều có cấu tạo khơng q phức tạp khó khăn cho việc chế tạo sửa chữa.Động điện chiều có dải điều chỉnh rộng cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản - Hiệu suất làm việc động điện chiều tương đối cao Với động công suất nhỏ khoảng 75% -85%, động cơng suất trung bình lớn khoảng 85% 94% I 2.Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện Năng lượng (-) R B§ M Msx §L Hình 1-1 Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -2- Trong đó: Msx: máy sản xuất M: động truyền động BĐ: biến đổi R: Các điều chỉnh ĐL: Thiết bị đo lường Động thường dùng động điện chiều, động không đồng xoay chiều, động bước Các động điện cấp nguồn điện từ biến đổi Các biến đổi thường dùng chỉnh lưu có điều khiển tiristor, biến tần tranzitor….Các điều khiển có hai chức năng: Thứ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác, thứ hai mang thông tin để điều khiển thông số đầu biến đổi *Hệ truyền động điện chiều thường phân loại: + Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh trì lượng đặt trước khơng đổi.Ví dụ: Duy trì tốc độ khơng đổi, trì mơmen khơng đổi + Hệ điều chỉnh tự động truyền động tùy động( hệ bám) hệ điều chỉnh vị trí, cần điều khiển tự động theo lượng đặt trước biến thiên tùy ý, thường gặp truyền động quay ăng ten, quay rada, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại… + Hệ điều chỉnh tự động truyền động theo chương trình, thực chất hệ điều khiển vị trí đại lượng điều khiển phải tn theo chương trình định trước, thơng thường đại lượng điều khiển quỹ đạo chuyển động không gian phức tạp nên cấu trúc thường gồm nhiều trục, chương trình điều khiển ghi lại bằ ng bìa, băng, đĩa từ… thường gặp hệ điều khiển theo chương trình trung tâm gia công cắt gọt kim loại, hoạt động robot sản xuất I.3.Một số phương pháp đánh giá độ ổn định chất lượng hệ thống I.3.1.Các thông số đánh giá độ ổn định a.Tiêu chuẩn đại số Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -3-  Tiêu chuẩn Routh : Giả sử hệ thống có phương trình đặc tính hệ kín sau: ao.pn +a1.pn-1 +a2.pn-2 +… +an-1.p +a = Tiêu chuẩn Routh phát biể u: Điều kiện cần đủ để hệ thống tự động điện ổn định theo tiêu chuẩn Routh là: - ∀ai phải dương - Các số hạng cột thứ bảng Routh phải dương  Tiêu chuẩn Huwithz: Cũng với giả thiết hệ thống có phương trình đặc tính kín sau: a0pn + a1pn-1 + a2pn-2 + …+ an-1p + an = Tiêu chuẩn Huwithz phát biểu sau: Điều kiện cần đủ để hệ thống điều khiển tự động ổn định là: - ∀ai phải dương - Các định thức Huwithz phải dương b.Tiêu chuẩn ổn định theo đặc tính tần số Một tiêu chuẩn thường dùng tiêu chuẩn ổn định Nyquit đặc tính tần Logarit Tiêu chuẩn ổn định Nyquit đặc tính tần Logarit phát biểu sau: Điều kiện cần đủ để hệ thống tự động điều khiển kín ổn định hệ hở ổn định số chuyển đổi dương số chuyển đổi âm đường đặc tính Ψ(ω) với đường thẳng (-π) khoảng L(ω) dương Theo hình vẽ (1-2) hệ thống đạt tiêu chuẩn ổn định I.3.2 Các tiêu chất lượng a Chỉ tiêu đánh giá chất lượng thơng qua đặc tính độ Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul tối ưu: ct tqđ n ε% yêu cầu < 8,4Tδ ≤3 ≤ 4,3 Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul đối xứng: ct tqđ n ε% yêu cầu < 16,5Tδ ≤3 ≤ 43,4 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -4- b Các tiêu chuẩn tích phân + Tiêu chuẩn tích phân bình phương (ISE) theo tiêu chuẩn đánh giá nặng sai lệch lớn đánh giá nhẹ sai lệch nhỏ tiêu chuẩn đánh giá tích phân sau: ∞ ∫ e (t )dt + Tiêu chuẩn ITAE: Theo tiêu chuẩn đánh giá nhẹ sai lệch ban đầu, đánh giá nặng sai lệch trình độ đánh giá theo tích phân sau: ∞ ∫ t.e(t )dt + Ngồi cịn hay dùng tiêu chuẩn kết hợp ITSE sau: ∞ ∫ t.e (t )dt Trong đó: e(t) hàm sai lệch Các tiêu chuẩn ổn định đại số tiêu chất lượng đánh giá qua đặc tính độ hay dùng dễ áp dụng có tính tường minh, trực quan , thuyết phục I.4 Mơ hình tốn học động chiều Động điện chiều có nhiều loại, động điện chiều kích từ độc lập hay sử dụng nhiều có nhiều ưu điểm, sơ đồ thay động chiều kích từ độc lập sau: U­ + I kt U kt - + Iư CF MC kt ĐC M đt U - Hình 1-2 Hệ thống truyền động động chiều kích từ độc lập Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -5- ĐC: Động chiều Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động Iư: Dịng điện phần ứng Ikt: Dịng điện kích từ φkt: Từ thơng kích từ CF: Cuộn dây cực từ phụ CB: Cuộn dây bù MĐT: Mô men điện từ MC : Mơ men cản ω : Tốc độ góc động I.4.1 Mơ hình tốn học chế độ xác lập động chiều kích từ độc lập + Phương trình cân điện áp phần ứng: Uư = E + Iư.Rư + Phương trình sức điện động động cơ: E = K.φ.ω + Phương trình mơ men điện từ: Mđt = K.φ.ω.Iư + Phương trình đặc tính cơ: ω= U u − I u Ru K φ I.4.2 Mơ hình tốn học chế độ độ động chiều kích từ độc lập Hệ phương trình viết cho động sau: + Với mạch kích từ: UKT(p) = RKT.IKT (p) + NKT.p φKT (p) + p.LKT.IKT (p) + Đối với mạch phần ứng: Uư(p) = Rư.Iư (p) + p.Lư.Iư (p)+ p.NKT.φKT (p) + E(p) Trong biểu thức dấu (-) khử từ, dấu (+) tham gia từ hóa + Phương trình cân mơ men: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -6- MĐT = NC +J dω dt MĐT : Mô men điện từ động MC : Mô men cản phụ tải J: Mơ men qn tính hệ quy đổi trục động + Phương trình sức từ động tổng: F = IKT.NKT + Fư(Iư) Fư(Iư) : Sức từ động phản ứng phần ứng + Sức điện động tính sau: E = Cφω Mơ men điện từ tính sau: MĐT = CφI C: Hằng số phụ thuộc vào cấu tạo động φ: Từ thơng máy điện chiều ω: Vận tốc góc(rad/s) Từ phương trình xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng quát động chiều kích từ độc lập: Uu(p) (-) 1/Ru Iu + Tu p - MC MĐT Jp n(p) NM NK NKTφ UKT K φ P.N KT PKT NKT (1) Hình 1-3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát động chiều kích từ độc lập Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -7- Khối (1) biểu diễn cho phản ứng phần ứng, từ thấy tính phi tuyến sơ đồ cao Như tuyến tính hóa lân cận điểm làm việc phương trình tuyến tính hóa viết sau: + Mạch phần ứng: U0 + ∆U(p) = Rư [.I0+∆I(p) ] +pL[I0 + ∆I(p)] + K[φ0 + ∆φ(p)][ωB +∆ω(p)] + Mạch kích từ: Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)] Một cách gần ta có phương trình gia số: ∆U(p)- [k ωB ∆φ(p) +k.φ0 ∆ω(p)] = Rư ∆I(p)(1+ Tư p) ∆U(k) = Rk ∆Ik(p)(1+ Tkp) k.I ∆φ(p) + k.φ0 ∆ω(p) - ∆MC = Jp.∆ω(p) Từ hệ phương trình ta xác định sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa sau: K MC U - UK 1/Rư + Tưp M Kφo π (-) Kφo KΙo 1/RkT + Tk p Kωo KT Hình 1-4 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa Khi động có từ thơng khơng đổi, phương trình viết sau: kφ = const = Cu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -8- U(p) = Rư.I(p)(1+ Tư p) + Cu.ω(p) Cu.I(p) – MC(p) = J.p.ω(p) Từ hệ phương trình xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống trường hợp từ thông không đổi sau: Co U(p) 1/Rư Co + Tưp ω(p) Tp -UC Hình 1-5 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi Khi động có điện áp khơng đổi, từ hệ phương trình tổng quát thành lập sử dụng sơ đồ tuyế n tính hóa lân cận điểm làm việc, thay ∆U(p) vào, tính tốn tương tự ta có hàm truyền động sau: W(p) = k1 (1 + T p ) − k (1 + Tk p ).(T1T2 p + T3 p + 1) k1, k2 hệ số, T1, T2, T3 số thời gian I.5.Mơ hình tốn học biến đổi Mơ hình tổng qt biến đổi ba pha mắc theo sơ đồ cầu: Mạch chỉnh lưu cầu ba pha gồm thành phần chủ yếu: a T b c T 1,3,5 2,4,6 LC §C Hình 1-6 Mạch động lực biến đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -9- Sơ đồ mạch điện gồm tiristor công suất Các điện áp U xoay chiều cung cấp cho chỉnh lưu.Các tiristor T1,2,3 T2,4,6 có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện để cung cấp nguồn điện chiều cho tải.Chiều điện áp hình vẽ Các tiristor thay dẫn dịng lệch pha góc =120 Các biểu thức tính tốn viết sau: Với id(t ) liên tục: id(t ) = U (t ) − E R Điện áp trung bình chỉnh lưu: π 6 } ∫ 6.U cos ωtdωt Ud0 = { 2π −π Ud0 = { Ungmax = π U } = 2,34 U2 cosα với tải trở 6.U = 2,45U2 Phương trình cân điện áp biến đổi: γ1.Ud0cosαmin = γ2.Eưdm+ Σ (∆Uv) + Iưmax.Rư Σ + ∆U µ max Với : Ud0 : Điện áp không tải chỉnh lưu γ1 : hệ số tính đến giảm điện áp lưới γ2 : hệ số tính đến dự trữ máy biến áp αmin: góc điều khiển cực tiểu Σ (∆Uv): Tổng sụt áp van Rư Σ : Điện trở tổng cộng phần ứng Rư Σ = Rư + Rba ≈ Rư Iưmax : Dịng điện phần ứng cực đại ∆U µ max: Sụt áp cực đại tượng trùng dẫn Eưdm: Sức điện động định mức động Eưdm = Uđm - Iưdm,Rư Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU I.1.Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt dây dẫn vào từ trường cho dòng điện. .. trường tác dụng lực từ vào dây dẫn làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành  Ưu điểm động chiều: - Động điện chiều dùng làm động hay máy phát điều kiện làm việc khác - Động điện chiều. .. đổi điện từ dạng sang dạng khác, thứ hai mang thông tin để điều khiển thông số đầu biến đổi *Hệ truyền động điện chiều thường phân loại: + Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh trì lượng