Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động t đ

ui uv * u i LỚN ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TĐĐ BÀI TẬP un Khảo sát tính toán tham số cho hệ truyền động T-Đ ( STT : A = 1) n a/ Số liệu cho trước: Cho hệ truyền động điện T-Đ (Thyristor-động điện chiều) có sơ đồ nguyên lý hình vẽ A Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay dòng điện: Rω - Bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI - Bộ điều chỉnh dòng điện; FT - Máy phát tốc; FX - Mạch phát xung điều khiển tiristor BĐ; CBD - Cảm biến dòng điện, ucđ - điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ); un (un=γn) - điện áp phản hồi tốc độ, u*i - điện áp đặt dòng điện; ui (ui=βI) - điện áp phản hồi âm dòng điện Bộ chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu pha, Hệ số khuếch đại chỉnh lưu: Kcl = 30-0,5.A=30-0,5.1=29,5 (A số thự tự sinh viên) Động điện chiều: P=29(kw), Uđm=400(V), Iđm = 89(A), nđm=819 (vòng/phut),, hệ số tải cho phép λ =2 Tổng trở mạch rôto: Rd = 0,705(Ω) (A số thứ tự sinh viên), Ƞ= 77,8%, J=0,5kgm2;Lư=0,00905(Ω) Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 n Hằng số thời gian: Tdk= 0,07(s), Tvo = 0,22(s) Hệ số phản hồi dòng điện β =0,04 V/A Hệ số phản hồi tốc độ γ =0,01 V phút/vòng B/ Yêu cầu hệ thống: Chỉ tiêu trạng thái ổn định: sai số tĩnh; Chỉ tiêu trạng thái động: lượng điều chỉnh dòng điện σimax % ≤ % , lượng điều chỉnh tốc độ khởi động không tải đến tốc độ quay định mức σnmax% ≤ 10 % B/ Nội dung cần thực hiện: 1/ Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ 2/ Xác định tham số sơ đồ cấu trúc hệ truyền động 3/ Xác định tham số điều chỉnh ổn định dòng điện 4/ Xác định tham số điều chỉnh tốc độ hệ truyền động; 5/ Khảo sát đặc tính động học hệ phần mềm Matlab rút kết luận 6/ Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ Tài liệu tham khảo: 1/ Bùi Quốc Khánh tác giả Cơ sở truyền động điện; NXBKHKT 2005 2/ Bùi quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn,… Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXBKHKT2003 3/ Nguyễn Doãn Phước Lý thuyết điều khiển hệ tuyến tính; NXBKHKT2002 Giảng viên hướng dẫn PGS-TS LƯU KIM THÀNH Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 Lời nói đầu Trong công xây dựng đổi đất nước việc phát triển khoa học kỹ thuật ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp nước ta nhập nhiều loại máy móc, thiết bị đại đòi hỏi trình giảng dạy cho học sinh, sinh viên phải trang bị kiến thức nguyên lý hoạt động nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế xã hội năm tới Trong trình học tập trường em học môn học Điều Chỉnh tự động truyền động Điện, để củng cố kiến thức môn học em giao đề tài tập lớn môn học HS-SV Em nhận đề tài: Khảo sát tính toán tham số cho hệ truyền động T-Đ.Tính toán truyền động việc làm tương đối khó, thời gian làm học tập vừa qua, với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ bảo tận tình thầy, cô giáo khoa điện đặc biệt giúp đỡ bảo tận tình thầy PGS-TS Lưu Kim Thành , em hoàn thành xong môn học tập lớn Trong trình thiết kế tập lớn, với kiến thức hạn chế nên khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận xét góp ý thầy giáo bạn để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 12 tháng năm 2013 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 Đối với mạch vòng phản hồi dòng điện tín hiệu dòng thường chứa thành phần xoay chiều, để giảm bớt nhiễu thành phần xoay chiều gây ta sứ dụng lọc tần thấp có số thời gian T oi Tuy nhiên khâu lọc làm cho tín hiệu phản hồi bị trễ, để cân chậm trễ đường vào tín hiệu đặt ta đưa vào khâu lọc có số thời gian Toi Mặt khác, mạch vòng phồi tốc độ, điện áp phản hồi nhận từ máy phát tốc thường bị nhấp nhô đổi chiều máy điện chiều gây ra, ta phải đưa vào khâu lọc có hệ số thời gian T on đường vào tín hiệu phản hồi tín hiệu đặt Do ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống sau: * Tính toán tham số sơ đồ Ta có: Rư=0.5.(1-ƞ) ce ϕ dm Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 U dm I dm 9,55 = =0.5.(1-0.778) U dm − I dm Ru ndm 400 89 9,55 = =0.499(Ω) 400 − 89 0,499 819 = 4,15 KĐ => Tc= Tư= = 0,499.0,5 4,15 Lu Ru = c e φ dm = 4,15 = 0,24 =0,014 0,00905 0,499 =0,018 => độ sụt tốc độ hệ thống đặc tính Tự nhiên với tải định mức ∆n = 9,55 I đm Rd 89 0,705 = 9,55 = 144,39(vòng ) k φđm 4,15 => Sai lệch tĩnh đường đặc tính cao nhất: S% = ∆n 144,39 100 = = 14,99(%) nđm + ∆n t 819 + 144,39 Nhận xét: Với hệ thống hở, sai lệch tĩnh lớn Do phải thực hiệu chỉnh thành hệ thống kín với phản hồi âm tốc độ yêu cầu sai lệch tĩnh (St% = 0) Vậy ta sử dụng hệ thống điều tốc với phản hồi âm tốc độ sử dụng điều chỉnh tỉ lệ có hệ số khuyếch đại KCL= 29.5 (bộ chỉnh lưu cầu pha) Hệ số khuyếch đại: KĐ = c e φ dm = 0,24 Thiết kế điều chỉnh ổn định dòng điện Ta có sơ đồ cấu trúc: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc Do Tm >> Te nên biến thiên tốc độ n hay E Đ chậm Id Xét thời gian Δt ta xem ΔEĐ = 0, nên bỏ qua nhiễu EĐ tham gia vào mạch vòng dòng điện Do ta sơ đồ cấu trúc sau bỏ qua nhiễu đơn giản hoá là: với Toi thường chọn (1 ÷ 2)Toi = 2τ, chọn Toi = 2τ = 2.0,00167 = 0,00334 (vì chỉnh lưu cầu 3pha nên τ = 0,00167) Ta thấy Te = 0,07s >> Toi.τ = 0,00334.0,00167 = 5,58.10-6 => xử lí gần đúng: ( Toi p + 1) ( Toi p + 1) ( Toi p + 1) ≈ ( Toi + τ ) p + = T∑ i p + = 5.10−3 p + với điều kiện: 1 ωc ≤ Toi τ (1) Khi ta có sơ đồ sau xử lí gần là: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 Đặt : K2 = β K cl R b ,ta có: Wđt(p) = K2 (T∑ i p + 1).( Te p + 1) Khi ta có sơ đồ sau: U 1* β K2 (T∑ i p + 1).( Te p + 1) Wi ( p) I d ( p) b Lựa chọn cấu trúc điều chỉnh Từ sơ đồ cấu trúc ta có hàm truyền đối tượng là: Wđt(p) = K2 (T∑ i p + 1).( Te p + 1) với K2== = 1,18 T∑ i = Toi + τ = 0,00344 + 0,00167 = 0,00501( s ) * Phân tích: - Mạch vòng dòng điện điều chỉnh trình độ hệ thống, Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 nên đòi hỏi độ xác cao - Hàm truyền đối tượng dạng đặc thù Tối ưu modul => Kết luận: Hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện thành hệ thống điển hình loại I Vì theo Tối ưu modul ta có hàm truyền Bộ điều chỉnh là: τ p +1 WI (p) = WPI (p) = K pi τ1p với τ1 = Tdk = 0,07(s) (do Tdk > TΣi) c Xác định tham số điều chỉnh Ta có hàm truyền hệ hở hệ thống sau hiệu chỉnh là: K pi K Wh ( I ) ( p) = W bdc (p) Wđt ( p ) = τ p.(T∑ i p + 1) K pi K Với: K= τ1 từ yêu cầu hệ thống = K p.(T∑ i p + 1) = K pi β K b Te Rd σmax % ≤ 5% ; ( * ) => tra bảng ta KITΣi = 0,5 KI = 0,5 0,5 0,5 = = = 99,8 T∑ i Toi + τ 0,00501 => Thay giá trị K vào (*) ta có: =>Kpi == = 4,17 hàm truyền Bộ điều chỉnh viết lại là: Wi(p)=WPI(p)=Kpi = 4,17* Hàm truyền hệ thống sau hiệu chỉnh: W(htshc)(p) = Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 99,8 p (0,00501 p + 1) d Kiểm nghiệm điều kiện gần Từ tài liệu ứng với giá trị ωci = σ max % cho ta tìm : 0,455 0,455 = = 90,8 T∑ i 0,00501 Hàm truyền đối tượng: ωci > - Theo (1) ta có: Tdk Tvo 0,07.0,22 = = 24,175 (thoã mãn với điều kiện) Theo điều kiện (2) ta có: 1 1 ωci ≤ = = 139,073 τToi 0,00167.0,00334 => điều kiện (1) thoả mãn Ngoài theo điều kiện tần số cắt ta có: 1 ωci ≤ = = 199,6 3τ 3.0,00167 với ωci = 73,253 thoã mãn Vậy Bộ điều chỉnh ta thiết kế thoả mãn yêu cầu Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 e Thực Bộ điều chỉnh Ta có sơ đồ nguyên lý: Ta có: U i* ( p ) β I d ( p ) U đk ( p) − = R τ p +1 R Roi ( oi Coi p + 1) Roi  oi Coi p + 1 K pi τ1 p   Chọn Ro = 1( KΩ) Ta có: R pi Ta có: Kpi = Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 Roi ⇒ Rpi = Roi.Kpi = 1.4,17 =4,17(k) 10 Cpi === 16.7(µF) Coi === 13,36(µF) Thiết kế điều chỉnh ổn định tốc độ hệ truyền động a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc * Biến đổi mạch vòng dòng điện thành khâu tương ứng U i* ( p ) β với K p.(T∑ i p + 1) KI Id β WKI ( p ) = * = Ui T∑ i p + p + K I WKI ( p ) = Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 => chia tử mẫu cho KI ta được: β T∑ i KI p2 + KI I d ( p) p +1 11 T∑ i xử lí gần đúng: ωcn ≤ ta được: KI KI T∑ i p2 + KI p +1 ≈ KI p +1 với điều kiện là: ( 2) 1 25 β 0,04 WKI ( p ) = = = p +1 p + 0,01p + KI 99,8 * Sơ đồ cấu trúc trạng thái độngcủa hệ thống mạch vòng tốc độ: * Biến đổi sơ đồ đưa sơ đồ cấu trúc ta được: với Mc(p) = 0, xử lý gần đúng: Tm p ( Ton p + 1) ( 0,01p + 1) ≈ Tm p ( Ton + 0,01) p + 1 = Tm p ( T∑ n p + 1) Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 12 với điều kiện là: 1 ωcn ≤ T∑ n Ton ( 3) => Sơ đồ cấu trúc sau xử lý gần là: b Lựa chọn cấu trúc điều chỉnh Ta thấy mạch vòng tốc độ chịu ảnh hưởng nhiễu bên ngoài,đó tín hiệu nhiễu Ucđ dòng phụ tải Ic Do nhiễu tham gia nhiễu nguồn tải mà yêu cầu hệ thống phải chống nhiễu tốt Ở trước phụ tải có khâu tích phân ta cần thêm khâu vi phân trước để triệt tiêu.Trong trình khởi động mạch vòng làm việc chế độ bảo hoà Từ phân tích ta thấy cần phải hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại II.Hàm truyền hệ thống sau hiệu chỉnh: Whtshc(p) = Wđt(p).WRn(p) = K pnγ Rd K Đ (τ p + 1) K (τ p + 1) β = 2n 2 Tmτ p (T∑ n p + 1) p (T∑ n p + 1) Với tham số τ2 = hTΣn c Xác định tham số điều chỉnh δ max % = ( ∆C max % ∆n T ).2(λ − Z ) đm ∑ n Cb nđm Tm Chọn h = => tra bảng ta có: (*) ∆Cmax % = 84,0 Cb Giả thiết khởi động không tải(Z = ) Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 13 ∆n = Ta có: I đm Rd 669.0,0908 = = 55,223(vòng ) Ce φđm 1,1 Thay vào (*) ta được: (2-0) 55,223 0,015 331 0,22 δ max % σ n max % = = ∆C maxđm ∆n %.2 ( λ − z ) C bđm n m T∑ n = T 84.2 = 3,82 % < 10 % Trong đó: z hệ số tải cho phép, giả thiết khởi động không tải z = TΣn = Ton + 0,01 =0,005 + 0,01 = 0,015 với Ton = (1÷ 10) ms, chọn Ton = 5ms => σnmax% = 7,687% ≤ 10% yêu cầu Vậy điều chỉnh ta chọn hợp lý d Kiểm nghiệm điều kiện gần ω2 = 1,71 ωcn ωcn = ω2 12,5 = = 7,31 1,71 1,71 Từ h = 6, tra bảng (4) ta => 1 ω2 = = = 12,5 T∑ n 0,08 với Kiểm tra với điều kiện (2) (3) ta có: ωcn ≤ =7,31 1 = = 47 3( 2.) T∑ i 3.( ).0,00501 ωcn = 7,31 < 1 1 = = 16,67 T∑ n Ton 0,08.0,005 Vậy hai điều kiện thoả mãn Nên BĐC ta chọn thoả mãn yêu cầu hệ thống e Thực Bộ điều chỉnh Ta có sơ đồ nguyên lý: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 14 Ta có: K pn = R pn R pn = R on K pn = 1.14,632 = 14,632 ( kΩ ) R on Cpn = τ2 0,08 = = 5,467 ( µF ) R pn 14,632.103 Con = 4Ton 4.0,005 = = 20 ( µF ) R on 1.103 τ2 = Te = R pn Cpn => cho R on = 1kΩ => Ton = R on Con Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 15 Mô tả hệ thống Matlab Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 16 Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 17 Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 18 [...]... ( 3) => Sơ đ cấu trúc sau xử lý gần đ ng là: b Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh Ta thấy mạch vòng t c đ chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài ,đ là t n hiệu nhiễu của Ucđ và dòng phụ t i Ic Do nhiễu tham gia là nhiễu của nguồn và t i mà yêu cầu của hệ thống phải chống nhiễu t t Ở trước phụ t i có m t khâu t ch phân thì ta cần thêm m t khâu vi phân trước đ tri t tiêu.Trong quá trình khởi đ ng mạch vòng... ở chế đ bảo hoà T những phân t ch trên ta thấy cần phải hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại II.Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh: Whtshc(p) = W t( p).WRn(p) = K pnγ 1 Rd K Đ (τ 2 p + 1) K (τ p + 1) β = 2n 2 2 Tmτ 2 p (T n p + 1) p (T n p + 1) Với tham số τ2 = hTΣn c Xác đ nh các tham số bộ điều chỉnh δ max % = ( ∆C max % ∆n T ).2(λ − Z ) đm ∑ n Cb nđm Tm Chọn h = 6 => tra bảng... 13,36(µF) 3 Thi t kế bộ điều chỉnh ổn đ nh t c đ hệ truyền đ ng a Đ n giản hoá sơ đ cấu trúc * Biến đ i mạch vòng dòng điện thành m t khâu t ơng ứng U i* ( p ) β với K p. (T i p + 1) KI Id β WKI ( p ) = * = Ui T i p 2 + p + K I WKI ( p ) = Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 => chia cả t và mẫu cho KI ta đ ợc: 1 β T i KI p2 + 1 KI I d ( p) p +1 11 T i xử lí gần đ ng: ωcn ≤ ta đ ợc: KI 1 KI 3 T i p2... 7 ta có: (*) ∆Cmax % = 84,0 Cb Giả thi t khởi đ ng không t i(Z = 0 ) Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 13 ∆n = Ta có: I đm Rd 669.0,0908 = = 55,223(vòng ) Ce φđm 1,1 Thay vào (*) ta đ ợc: (2-0) 55,223 0,015 331 0,22 δ max % σ n max % = = ∆C maxđm ∆n %.2 ( λ − z ) C bđm n m T n = T 84.2 = 3,82 % < 10 % Trong đ : z là hệ số quá t i cho phép, giả thi t khi khởi đ ng không t i thì z = 0 T n = Ton... +1 với điều kiện là: ( 2) 1 1 25 β 0,04 WKI ( p ) = = = 1 p +1 1 p + 1 0,01p + 1 KI 99,8 * Sơ đ cấu trúc trạng thái đ ngcủa hệ thống mạch vòng t c đ : * Biến đ i sơ đ đ a về sơ đ cấu trúc cơ bản ta đ ợc: với Mc(p) = 0, xử lý gần đ ng: Tm p ( Ton p + 1) ( 0,01p + 1) ≈ Tm p ( Ton + 0,01) p + 1 = Tm p ( T n p + 1) Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 12 với điều kiện là: 1 1 ωcn ≤ 3 T n Ton ( 3)... cả hai điều kiện đ u thoả mãn Nên BĐC ta chọn thoả mãn các yêu cầu của hệ thống e Thực hiện Bộ điều chỉnh Ta có sơ đ nguyên lý: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 14 Ta có: K pn = R pn R pn = R on K pn = 1.14,632 = 14,632 ( kΩ ) R on Cpn = τ2 0,08 = = 5,467 ( µF ) R pn 14,632.103 Con = 4Ton 4.0,005 = = 20 ( µF ) R on 1.103 τ2 = Te = R pn Cpn => cho R on = 1kΩ => Ton = R on Con 4 5 Xây dựng sơ đ nguyên... 0,015 với Ton = (1÷ 10) ms, chọn Ton = 5ms => σnmax% = 7,687% ≤ 10% yêu cầu Vậy bộ điều chỉnh ta chọn là hợp lý d Kiểm nghiệm các điều kiện gần đ ng ω2 = 1,71 ωcn ωcn = ω2 12,5 = = 7,31 1,71 1,71 T h = 6, tra bảng (4) ta đ ợc => 1 1 ω2 = = = 12,5 T n 0,08 với Kiểm tra với điều kiện (2) và (3) ta có: ωcn ≤ =7,31 1 1 = = 47 3( 2.) T i 3.( 2 ).0,00501 ωcn = 7,31 < 1 1 1 1 = = 16,67 3 T n Ton 3 0,08.0,005... = = 20 ( µF ) R on 1.103 τ2 = Te = R pn Cpn => cho R on = 1kΩ => Ton = R on Con 4 5 Xây dựng sơ đ nguyên lý của hệ: Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 15 6 Mô t hệ thống trên Matlab Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 16 Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 17 Sinhvien:phạm văn anh Lớp:dtt53dh2 18 ... trúc hệ 2/ Xác đ nh tham số sơ đ cấu trúc hệ truyền đ ng 3/ Xác đ nh tham số điều chỉnh ổn đ nh dòng điện 4/ Xác đ nh tham số điều chỉnh t c đ hệ truyền đ ng; 5/ Khảo s t đ c t nh đ ng học hệ. .. đ ng Điện, đ củng cố kiến thức môn học em giao đ t i t p lớn môn học HS-SV Em nhận đ t i: Khảo s t t nh toán tham số cho hệ truyền đ ng T- Đ .T nh toán truyền đ ng việc làm t ơng đ i khó, thời... thức nguyên lý ho t đ ng nguyên t c vận hành hệ thống điều chỉnh t đ ng nhằm nắm b t kịp thời với thực t xã hội năm t i Trong trình học t p trường em học môn học Điều Chỉnh t đ ng truyền đ ng