§å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật nhanh vũ bão tự động hoá lónh vực cần thiết sống công nghiệp Sự đời phát triển dụng cụ bán dẫn công suất như: Triăc, Tranzistor công suất, Thyrisror với hoàn thiện mạch điều khiển chúng tạo nên thay đổi sâu sắc phát triển vượt bậc lónh vực tự động Chính mà sâu vào nghiên cứu lónh vực quan trọng cần thiết sinh viên ngành điện Với nội dung đề tài giao: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ”, đề tài em trình bày bảy chương: Chương I,II: Giới thiệu chung lý thuyết sở Chương III,IV,V: Tiến hành tính toán thiết kế Chương VI: Đánh giá chất lượng hệ thống Trong tháng thực đồ án, gặp nhiều khó khăn đề tài, tài liệu tham khảo, thời gian hạn chế, trình độ có hạn, hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo: Thạc Sỹ Nguyễn Thái Bảo nổ lực thân, đề tài hoàn thành thời hạn SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu MỤC LỤC Lời nói đầu Trang CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 4 I.1 Tổng quát động điện chiều I.2 Tổng quát phương pháp để điều chỉnh 14 tốc độ động điện chiều 28 I.3 Các chỉnh lưu có điều khiển Thyristor CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP NHIỀU MẠCH VÒNG 38 II.1 Mô hình hệ thống chỉnh lưu động đơn giản 38 II.2.Hàm truyền động điện chiều kích từ độc lập 39 II.3 Hàm truyền chỉnh lưu Thyristor 40 II.4.Nguyên lý điều khiển tối ưu môdul 41 II.5 Hệ thống điều khiển động điện chiều hai mạch vòng CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI VAN THYRISTOR 45 46 III.1.Tính chọn mạch động lực 46 CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 67 IV.1 Lý thuyết mạchđiều khiển 67 IV.2 Cấu trúc mạch điều khiển 70 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ, MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN 89 V.1 Tính toán thiết kế mạch vòng dòng điện 89 VI.2 Tính toán thiết kế mạch vòng tốc độ 97 CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG HỆ THỐNG 105 VI.1.Xét tính ổn đònh hệ thống 105 VI.2 Xét trình độ hệ thống 107 VI.3.Chất lượng hệ thống 109 SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG I: SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I.1 TỔNG QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: I.1.1 TÇm quan träng cđa ®éng c¬ ®iƯn chiỊu Trong nỊn s¶n xt hiƯn ®¹i, ®éng c¬ ®iƯn chiỊu vÉn ®ỵc coi lµ lo¹i m¸y quan träng MỈc dï ®éng c¬ xoay chiỊu cã tÝnh u viƯt h¬n nh cÊu t¹o ®¬n gi¶n h¬n , c«ng st lín Nhng ®éng c¬ ®iƯn xoay chiỊu kh«ng thĨ thay thÕ hoµn toµn ®éng c¬ ®iƯn chiỊu §Ỉc biƯt lµ c¸c ngµnh c«ng nghiƯp, giao th«ng vËn t¶i, c¸c thiÕt bÞ cÇn ®iỊu chØnh tèc ®é quay liªn tơc ph¹m vi réng nh m¸y c¸n thÐp, m¸y c«ng lín ®Çu m¸y ®iƯn V× ®éng c¬ ®iiƯn chiỊu cã nh÷ng u ®iĨm nh kh¶ n¨ng ®iỊu chØnh tèc ®é rÊt tèt, kh¶ n¨ng më m¸y lín vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i Bªn c¹nh ®ã ®éng c¬ ®iƯn chiỊu còng cã nh÷ng nhỵc ®iĨm nhÊt ®Þnh nh gi¸ thµnh ®¾t, chÕ t¹o vµ b¶o qu¶n phøc t¹p Nhng nh÷ng u ®iĨm cđa nã nªn nã vÉn cã tÇm quan träng nhÊt ®Þnh s¶n xt Ngµy hiƯu st cđa ®éng c¬ ®iƯn chiỊu c«ng st nhá vµo kho¶ng 75% 85%, ë ®éng c¬ ®iƯn c«ng st trung b×nh vµ lín vµo kho¶ng 85% - 94% C«ng st lín nhÊt cđa ®éng c¬ ®iƯn chiỊu hiƯn vµo kho¶ng 10000KW §iƯn ¸p vµo kho¶ng vµi tr¨m ®Õn 1000V Híng ph¸t triĨn hiƯn lµ c¶i tiÕn tÝnh n¨ng vËt liƯu, n©ng cao chØ tiªu kinh tÕ cđa ®éng c¬ vµ chÕ t¹o nh÷ng m¸y c«ng st lín I.1.2 CÊu t¹o cđa ®éng c¬ ®iƯn chiỊu SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu I.1.2.1 PhÇn tÜnh ( PhÇn c¶m hay stator) Lµ phÇn ®øng yªn, bao gåm c¸c bé phËn chÝnh a) Cùc tõ chÝnh : §ỵc lµm b»ng thÐp kÜ tht d¹ng thÐp khèi hc tÊm, xung quanh cã d©y qn cùc tõ chÝnh gäi lµ kÝch tõ Nã thêng ®ỵc nèi víi ngn chiỊu NhiƯm vơ lµ t¹o tõ th«ng m¸y b) Cùc tõ phơ : §ỵc ®Ỉt xen gi÷a c¸c cùc tõ chÝnh, xung quanh cùc tõ phơ cã d©y qn cùc tõ phơ D©y qn cùc tõ phơ ®Êu nèi tiÕp víi d©y qn roto, NhiƯm vơ cđa cùc tõ phơ lµ triƯt tiªu tõ trêng phÇn øng ( Tõ trêng dßng ®iƯn roto sinh ) Trªn vïng trung tÝnh h×nh häc ®Ĩ h¹n chÕ xt hiƯn tia lưa ®iƯn trªn chỉi than vµ cỉ gãp c) Vá m¸y ( G«ng tõ ) Ngoµi nhiƯm vơ th«ng thêng nh c¸c vá m¸y kh¸c, vá m¸y ®iƯn chiỊu cßn tham gia dÉn tõ, v× vËy nã ph¶i ®ỵc lµm b»ng thÐp dÉn tõ I.1.2.2 PhÇn quay ( PhÇn øng hay roto ) a) Lâi thÐp roto Dïng ®Ĩ dÉn tõ, thêng dïng nh÷ng tÊm thÐp kÜ tht ®iƯn dÇy 0.5mm phđ c¸ch ®iƯn máng ë mỈt råi Ðp chỈt l¹i ®Ĩ gi¶m tỉn hao dßng ®iƯn xo¸y g©y nªn Trªn l¸ thÐp cã dËp r·nh ®Ĩ qn d©y b) D©y qn phÇn øng Lµ phÇn ph¸t sinh st ®iƯn ®éng vµ cã dßng ®iƯn ch¹y qua D©y qn phÇn øng thêng lµm b»ng d©y ®ång cã s¬n c¸ch ®iƯn c) Cỉ gãp Dïng ®Ĩ ®ỉi chiỊu dßng ®iƯn xoay chiỊu thµnh chiỊu Gåm nhiỊu phiÕn ®ång ghÐp c¸ch ®iƯn víi nhau, bỊ mỈt cỉ gãp dỵc gia c«ng víi ®é bãng thÝch hỵp ®Ĩ ®¶m b¶om¹ch tiÕp xóc quay rototèt gi÷a chỉi than vµ cỉ gãp khiTrơc Cỉ gãp SVTK : Ngun TÊn §ỵc Chổi than Trang Lõi thép §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu I.1.3 Ngun lý làm việc Khi đóng động , Rơto quay đến tốc độ n , đặt điện áp U kt lên dây quấn kích từ dây qn kích từ có dòng điện i k mạch kích từ máy có từ thơng φ , tiếp mạch phần ứng , dây quấn phần ứng có dòng điện i chạy qua tương tác với dòng điện phần ứng Tăng từ từ dòng kích từ ( cách thay đổi R kt ) điện áp hai đầu động thay đổi theo qui luật : Edư = (1% ÷ 42% )Uđm Khi dòng ikt nhỏ Eư U tăng tỉ lệ thuận với i kt Ukt bắt đầu lớn từ thơng φ lõi thép bắt đầu bão hồ Cuối ikt = iktbh U = Eư bão hồ hồn tồn U I Ikt Iktbh SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu I.1.4 Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Sơ đồ ngun lý động điện chiều kích từ độc lập: Ikt I KT Ukt Rf Để thành lập phương trình đặc tính ta xuất phát từ phương trình cân điện áp động : Uư = Eư + (Rư +Rf ) Iư = Eư + R Iư (1) Trong : Uư : điện áp phần ứng ( V ) Eư : Sức điện động phần ứng (V) Rư : Điện trở mạch phần ứng Rf : Điện trở phụ mạch phần ứng Iư : Dòng điện mạch phần ứng Với Rư = rư + rcf + rb + rct rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rcf : Điện trở cuộn cực từ phụ rb : Điện trở cuộn bù rct : Điện trở tiếp xúc chổi than SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức Eư = pN φ.ω = k.φ ω 2πa ⇒ω = k.φ Trong : p : Số đơi cực từ N : Số dẫn tác dụng dây quấn phần ứng a : Số đơi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ : Từ thơng kích từ cực từ ω : Vận tốc góc rad/s k= pN : Hệ số cấu tạo động 2πa Từ phương trình (1) Eư = Uư - (Rư +Rf ) Iư Chia vế cho k.φ R + R f = I kφ kφ kφ R + R f ω= I (2) kφ kφ ω = f (I) : Đặc tính điện Mặt khác mơ men điện từ của điện xác định : Mđt = k φ Iư => Iư = Thế vào (2) => ω = M đt K.φ R + R f M đt kφ (kφ)2 ω = f (M) : Đặc tính theo mơmen Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơ men trục điện mơ men điện từ , ta kí hiệu M nghĩa Mđt = Mcơ = M SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang §å ¸n tèt nghiƯp ω= ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu R + R f M kφ (kφ)2 (3) Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ , từ thơng φ = const phương trình đặc tính điện (2) phương trình đặc tính tuyến tính, đỈc tÝnh c¬ ®iƯn sau : ω ω ω0 ω0 ωđm ωđm Iđm ω= In I Mđm Mn =ω0 kφ ω0 : Gọi tốc độ khơng tải lý tưởng động Iư = = Inm Rư + Rf Inm , Mnm Gọi dòng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch ∆ω = Rư + Rf M k.φ Độ sụt tốc độ I.1.5 nh hưởng tham số đến đặc tính cơ: - Từ phương trình đặc tính động cơ, ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc vào thông số : R, φ, U I.1.5.1 nh hưởng điện trở mạch phần ứng Giả thiết U = m ; φ = φđm = const Muốn thay đổi giá trò điện trở mạch phần ứng, cách mắc thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng thay đổi SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang M §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu giá trò điện trở Rf tốc độ động thay đổi theo Vậy phương trình đặc tính lúc : ω= U K.φđm − Rư + Rf (K.φđm ) M Ta thấy thay đổi giá trò điện trở Rf tốc độ thay đổi theo - Xét đặc tính động điện chiều mắc R f vào mạch điện phần ứng sau : ωo ω1= ωđm ω2 ω3 (1) Rư = RTN (2) Rf1 > M MC = Mđm Ta có : ω= U K.φ − Rư (K.φ) (3) Rf2 > Rf1 M = ω o − ∆ω Trong : ωo – tốc độ không tải, ωo = const; ∆ω - độ sụt tốc độ - Theo đường đặc tính ta có : ∆ω1 = ∆ω2 = ∆ω3 = Rư (K.φ đm ) R + R f1 (K.φđm ) Rư + Rf (K.φ đm ) SVTK : Ngun TÊn §ỵc M M M Trang 10 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Chọn : R31 =10 KΩ ⇒ R30 = 0,35.10 = 3,5 KΩ V.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ V.2.1.Mô tả mạch vòng tốc độ: chương trước ta có hàm truyền mạch vòng điều chỉnh dòng điện: Ki WAB ( p ) = 2τ p + Do mạch vòng điều chỉnh tốc độ có dạng: UV Rω(p) A (-) B Ki 2τ p +1 R Kφ ưΣ đm T P CΣ ω Kω Sơ đồ tương đương với sơ đồ đây: UV Rω(p) A (-) SVTK : Ngun TÊn §ỵc B Ki 2τ p +1 Rư Σ Kφ đm T P CΣ Kω Kω Trang 97 ω §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Hàm truyền đối tượng điều chỉnh tốc độ: Rư Σ Kω Ki WĐTω = 2τ p + Kφ T p đm CΣ đối tượng ta cần bù số thời gian học hệ thống TCΣ số 2τ bé không cần bù, hàm truyền khâu hiêu chỉnh: Ki Kφđm TCΣ p Ki Kφđm TCΣ Ki K φđm TCΣ = = = Kt Rω(p) = T Kω Rư Σ T Kω Rư Σ 4τ Rư Σ 02 02 Trong đó: T02 = at.2τ = 4τ - Hằng số thời gian tích phân mạch vòng tốc độ Đây khâu khuyếch đại, thực tế để tránh nhiễu loạn ảnh hưởngnhiều đến hệ thống để hệ truyền động làm việc trạng thái ổn đònh hoá tốc độ yêu cầu sai số tónh zero ta sử dụng khâu hiệu chỉnh có hàm truyền: 1+ T p 03 Rω(p) = Kt T p 03 Trong : T03= ac.bc.T0 – Hằng số thời gian tích phân mạch vòng tốc độ Các hệ số ac,bc giống aT mạch vòng dòng điện xác dònh mức độ dao động mạch vòng điều chỉnh tốc độ Theo điều kiện tối ưu thì: ac = bc =2 Do vậy: T03 =4T0 = 8τ Hàm truyền khâu hiệu chỉnh viết lại: Ki K φ T đm CΣ + 8τ p Rω(p) = 4τ Rư Σ 8τ p Và sơ đồ hệ thống sau: UV 1+ T p 03 (-) TÊn §ỵc SVTK : Ngun K Ki 2.t p + Rư Σ K Kφ T đm CΣ Kω Kω Trang 98 ω §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Để hạn chế trình điều chỉnh ta thêm vào khâu lọc thông bậc có hàm truyền + T p , khâu đặt bên vòng điều chỉnh tốc độ 03 Hàm truyền hệ hở vòng tốc độ: Whở (p) =WĐTω.Rω(p) = + 8τ p 32τ p (1 + 2τ p) Hàm truyền hệ kín mạch vòng tốc độ: W ( p) 8τ p + hởω = Wkinω (p) = + W ( p) 64τ p3 + 32τ p + 8τ p + hởω Hàm truyền hệ thống( tính khâu lọc thông bậc nhất): Kω Wht(p) = 64τ p3 + 32τ p + 8τ p + V.2.2 Tính toán thiết kế mạch: V.2.2.1 Thiết kế mạch: Từ phương trình hàm truyền điều chỉnh tốc độ( gồm Regulator khâu lọc thông từ bậc ) trình bày sơ đồ hệ thống ta có: 1+ T p 03 Rω(p) = Kt T p khâu tích phân tỉ lệ 03 Hàm truyền khâu lọc bậc nhất: W(p) = + T p 03 SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 99 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu K K φ T đm CΣ Kt = i 4τ RưΣ Kω Với: Sơ đồ khâu chỉnh tốc độ sau: D0 24 V R22 R20 R19 R21 C7 C5 + R17 R18 FT Trong đó: Ki = 0,02 Kφđm = 1,91057 TCΣ =7,8039 RuΣ = 2,03475 Chọn máy phát tốc; 100V-4000 vòng /phút SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 100 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu tốc độ đònh mức ωđm = 750 vòng / phút điện áp máy phát tốc tương ứng: 100.750 = 18,75 V 4000 RFT bao gồm điện trở R18 = 33KΩ , R17 = 200 KΩ cho ứng với tốc độ 750 vòng/phút điện áp lấy 6V Hệ số truyền máy phát tốc: KFT = = 0,038 157 Chọn điện đặt đầu vào hiệu chỉnh ứng với tốc độ đònh mức: Uvmax = 24V U vmax 24 = = 0,1528 Hệ số phản hồi tốc độ: Kω = ω max 157 Và ta có: K K φ T 0,02.1,91057.7,8039 đm CΣ Kt = i = 35,948 = 4τ RưΣ 4.0,00667.0,1528.2,03475 V.2.2.2 Tính chọn thông số linh kiện: Trên sơ đồ ta có: R19 = R20 = R3C Thường : R3C = 50÷100 KΩ, ta chọn R3C = 66KΩ ⇒ R19 = R20 = = 33KΩ Từ phương trình hàm truyền sơ đồ mạch ta có: R 22 = K ⇒ R22 = R3C.Kt = 66.35,948 = 2372,568 KΩ t R 3C Mặt khác: Suy : R22.C5 = T03 = 8τ 8τ 8.0,00667 = 22,5 nF C5 = R = 2,372568.10 22 R U 24 3C = V max = =4 R K ωmax 0,038.157 FT 21 SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 101 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu R 66 R21 = 3C = = 16,5K Ω 4 R Từ công thức : 3C C = T 03 Suy ra: Suy ra: 4T 03 = 4.0,00667 = 3,234.10−6 F = 3,234µ F C7 = R 66.103 3C + Tính chọn diod ổn áp: Trong hệ dùng hiệu chỉnh nối tiếp, việc hạn chế dòng điện thực cách hạn chế tín hiệu đầu vào điều chỉnh dòng Muốn người ta hạn chế tín hiệu đầu bôï hiệu chỉnh tốc độ Để thực vai trò khâu phi tuyến mắc song song với hiệu chỉnh tốc độ Lúc đặc tính đầu hiệu chỉnh tốc độ là: UVi UVi max k k ngương Ở tốc độ nhỏ thì: k = UV - Kω, ω có giá trò lớn k ngương (điện áp ngưỡng diod ổn áp) điện áp khâu hiệu chỉnh tốc độcó giá trò cực đại không đổi UVi = const Do mạch vòng tốc độ tự động bò cắt khỏi hệ thống, UVi max = const đưa vào khâu hiệu chỉnh dòng điện(chính tín SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 102 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu hiệu đặt hiệu chỉnh dòng) để tạo điện áp cần thiết cho trình tăng tốc UVi trì cực đại khoảng tốc độ nhỏ nên hệ thống cưỡng tối đa đặc tính sau: ω ω0 Đoạn làm việc I,M Iđm 2Iđm Khi dòng điện : I = Iđm = 2.360 = 720 A điện áp tương ứng Regulator tốc độ: UVi = Ki Imax = 0,02.720 = 14,4 V Ta chọn diod loại: SH04C800 SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 103 KL T R23 R30 + 500K SVTK : Ngun TÊn §ỵc FT R18 R19 -24 V C7 R17 R20 R21 - R22 C5 + R24 - + - R25 C R31 10K R Ta có sơ đồ mach sau: Lưới pha BD BA ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu ĐC §å ¸n tèt nghiƯp Trang 104 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG HỆ THỐNG VI.1 XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG: Ổn đònh tiêu kinh tế hệ thống điều chỉnh tự động Hệ thống muốn sử dụng trước tiên phải ổn đònh Hệ thống điều chỉnh tự động gọi ổn đònh sau bò phá vỡ trạng thái can tác động nhiễu tự động điều chỉnh trở lại trạng thái cân Để xét hệ thống có ổn đònh hay không ta dựa tiêu chuẩn ổn đònh đại số Hurwitz VI.1.1 Tiêu chuẩn ổn đònh Hurwitz phát triển sau: Hệ thống điều chỉnh tự động có phương trình đặc tính với hệ số dương ổn đònh giá trò tất đònh mức Hurwitz dương Cách thành lập đònh mức Hurwitz: Từ phương trình: Wht(p) = Kω 64τ p3 + 32τ p + 8τ p + 1 Kω = a p3 + a p + a p + a Giả sử phương trình đặc tính hệ thống có dạng bậc sau: SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 105 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu a3.p3 + a2.p2 + a1.p + a0 = ( > , i=1,2,3) Ta có đònh thức Harwitz: a2 a0 a1 a1 0 a2 a0 Điều ổn đònh hệ thống: a1 > ∆1 > ⇔ ∆2 > ∆3 > a3 > a2 > a1 > a0 > a1.a2 > a3.a0 VI.1.2 Xét tính ổn đònh hệ thống thiết kế: Như chương trước dã trình bày hệ thống điều chỉnh tự động hai mạch vòngcó hàm truyền: WHT (p) = Kω 64τ p3 + 32τ p + 8τ p + Có phương trình đặc tính: 64τ3p3 + 32τ2p2 + 8τp + = Với: a3 = 64τ3 > a2 = 32τ2 > a1 = 8τ > SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 106 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu a0 = > Ta can xét : a1 a2 – a3 a0 = 256τ3 - 64τ3 = 192τ3 > Như theo tiêu chuẩn Hurwitz hệ thống ổn đònh VI.2 XÉT QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG VI.2.1 Xét mạch vòng dòng điện: Mạch vòng dòng điện có hàm truyền: Ki I ( p) = Wi(p) = U ( p) 2τ p + 2τ p + Vi Chuyể I (A) n sang dạng hàm gốc là: I(t) = IB 80 72 Với: 1 − 2.e 2τ sin t + π 2τ ÷ U vi IB = K = 50.Uvi i 60 Vẽ đồ thò i(t) sau: 40 20 SVTK : Ngun TÊn §ỵc 2τ 4τ 6τ 8τ 10 12 Trangt (s) 107 14 16 18 20 22 24 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Quá trình độ điều chỉnh kết thúc sau thời gian Tqđ = 4,7τ điều chỉnh 4,3% Thực ta bỏ qua tác dụng mạch vòng sức điện động Thực tế tính đến tác dụng sức điện động động tính chất cản dòu mà trường hợp lượng điều chỉnh nhỏ VI.2.2 Xét toàn hệ thống: UV HỆ THỐNG ω Hàm truyền toàn hệ thống: Kω ω ( p) Wht(p) = = U v ( p) 32τ p + 8τ p + ω (rad/s) Ta tìm hàm gốc: U V ω(t) = K ω 157 Trong đó: 100 1 − 2.e8τ sin t + π 8τ ÷ U V = 24 = 157,068 rad/s K ω 0,1528 Đặc tính phản hồi hệ thống mô tả: 50 SVTK : Ngun TÊn §ỵc 4τ 8τ 12τ Trang 108 16τ 20τ 24τ 28τ 32τ 36τ 40τ 44τ t(s) §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu VI.3 CHẤT LƯNG CỦA HỆ THỐNG VI.3.1.Phương trình đặc tính hệ: Mạch vòng hiệu chỉnh dòng điện mạch vòng kín vô sai nên: ki = Uvi – I.Ki = Nhưng từ sơ đồ mạch hiệu chỉnh tốc độ ta có: UVi = R22 U ω.K FT V − R R 21 3C ÷ với : K = K ω FT ÷ Thế vào ta được: R22 U ω Kω V − ÷− IK = i R 4.R ÷ 21 3C 4R U R K 21 = V − 21 i I ⇒ ω = K ω R K ( R ) 3C 22 ω U U V − 4.16,5.0,02 I = V − 0,0036 I ω= 0,1528 2372,568.0,1528 0,1528 VI.3.2 Đặc tính cao nhất: Đặc tính cao hệ ứng với: UV = UVmax = 24 V SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 109 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu I = I đm = 360 V Lúc điểm không tải lý tưởng có: 24 ω0max = 0,1528 = 157,07 rad/s sai số tốc độ : ∆ω = 0,0036.360 = 1,311 rad/s VI.3.3 Đặc tính thấp nhất: Đặc tính thấp xét theo dòng điện cho phép: I = ICP = 2.Iđm = 720 A Tương ứng với: ω = 0; I = Icp = 2Iđm = 720A U V − 0,0036.720 ⇒0= 0,1528 ⇒ UV UV max =0,1528.0,0036.720 = 0,396 V Tốc độ không tải lý tưởng đường dây này: ω0min = U V = 0,396 = 2,592 rad/s 0,1528 0,1528 Mômen đònh mức: Mđm = Kφđm Iđm = 1,91057.360 = 687,8052 Nm VI.3.4 Dải điều chỉnh: ωmax 157,07 = = 60,598 D= ω 2,592 SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 110 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Trần Văn Thònh Tính toán thiết kế thiết bò điện tử công suất [2] Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn Cơ sở truyền động điện [3] Phạm Văn Bình – Lê Văn Doanh Thiết kế máy biến áp [4] Đỗ Xuân Phụ Kó thuật điện tử [5] Vũ Gia Hanh- Trần Khánh Hà- Phan Tử Thụ- Nguyễn Văn Sáu Máy điện II [6] Nguyễn Thương Ngô Lý thuyết điều khiển tự động [7] Phạm Quốc Hải Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 111 [...]... chiỊu I.2.6 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều ( CL – ĐC ): - Sơ đồ nguyên lí : §K ∼ ∅ + ∅ §C ∅ - ∅ KT ∅ CL Hệ truyền động chỉnh lưu có điều khiển – động cơ ( CL – ĐC ) có bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu có điều khiển, có sức điện động E d phụ thuộc vào giá trò của xung điều khiển ( tức là phụ thuộc vào góc điều khiển hay góc mở Tiristor ) Điện áp chỉnh lưu Ud ( hay Ed ) là điện áp không... nếu điện trở của mạch phần ứng càng lớn và làm cho tốc độ động cơ bò suy giảm, đồng thời làm cho độ cứng của đặc tính cơ càng giảm, tức là đặc tính cơ càng dốc Dựa vào đặc tính cơ ta thấy, tốc độ làm việc ω2, ω3 ở các đường đặc tính điều chỉnh (2) và (3) nhỏ hơn tốc độ ωđm trên đường đặc tính tự nhiên Cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động. .. được điện áp m nên thực tế chỉ sử dụng phương pháp điều chỉnh giảm điện áp phần ứng ωoi = Tốc độ không tải và độ sụt tốc : Ui K.φđm = var - Đặc tính cơ : ω ωo U®m ωo1 U1 ωo2 U2 ωo3 U3 M MC - Độ cứng đặc tính cơ : β = (K.φ đm ) 2 Rư = const Khi giảm điện áp phần ứng động cơ thì ta được một họ đặc tính cơ song song và nằm về phía dưới đặc tính cơ tự nhiên Và khi giảm điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ. .. tính cơ của hệ CL – ĐC khi dòng điện gián đọan : ω ωo α=0 M( I ) α=π 2 Nhận xét : + Ưu điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, vì vậy rất thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để nâng cao chất lượng các đặc tính tónh và các đặc tính động của hệ thống Mặt khác, việc dùng hệ CL... thước và trọng lượng nhỏ gọn + Nhược điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có các van bán dẫn là các phần tử phi tuyến tính, do đó dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây nên tổn thất phụ trong máy điện một chiều I.2.7 Kết luận : Trong các hệ truyền động điện dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ nói trên, ta nhận thấy hệ truyền động CL – ĐC là có nhiều ưu điểm hơn cả... kÝch tõ cđa ®éng c¬ ®Ĩ cã d¶i ®iỊu chØnh tèc ®é réng h¬n I.2.5 Hệ truyền động xung áp – động cơ ( XA – ĐC ) Bộ biến đổi xung áp là một nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều - Sơ đồ nguyên lí và giản đồ xung áp : Ud +∅ • K ∅ U Vo KT§C §C t ∅ - ∅ t1 TCK t2 Để cải thiện dạng sóng của dòng điện phần ứng, ta thêm vào mạch một van đệm V0 Có thể sử dụng Thyristor hoặc Trănzitor công... nóng động cơ SVTK : Ngun TÊn §ỵc Trang 12 §å ¸n tèt nghiƯp ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu - Giải điều chỉnh của phương pháp này cũng bò hạn chế bởi tốc độ cao nhất của động cơ, khi tốc độ cao quá thì có thể làm hỏng phần quay của động cơ do lực li tâm lớn I.1.5.3 nh hưởng của điện áp phần ứng Giả thiết φ = φđm = const, khi ta thay đổi giá trò điện áp phần ứng thì ta có tốc độ. .. - là độ rộng của xung áp Vậy ta có thể coi bộ biến đổi xung đẳng trò với nguồn liên tục có điện áp ra Ud và Ud có thể thay thay đổi được bằng cách thay đổi độ rộng xung γ Mặt khác, thời gian một chu kì đóng cắt của khóa K rất nhỏ so với hằng số thời gian cơ học của hệ truyền động, nên ta coi tốc độ và sức điện động phần ứng động cơ không thay đổi trong thời gian TCK - Đặc tính điều chỉnh của hệ XA... đặc tính cơ : dM ∆M (K.Φ đm ) 2 β= ≈ = dω ∆ω R∑ ω ωo Udo ωo1 Ud1 ωo2 Ud2 ωo3 Ud3 M( I ) b Trạng thái dòng gián đọan : Khi điện kháng trong mạch không đủ lớn, nếu sức điện động của động cơ đủ lớn thì dòng điện tải sẽ trở thành gián đoạn Ở trạng thái này thì dòng qua van bất kì sẽ bằng 0 trước khi van kế tiếp mở Do vậy trong một khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động nguồn... chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản I.1.5.2 nh hưởng của từ thông của cuộn dây kích từ Giả thiết U = m = const và Rư = const Muốn thay đổi từ thông thì ta phải thay đổi dòng điện kích từ Ikt Ta có phương trình đặc tính cơ như sau: ω= Trong đó : U K.φ − Rư (K.φ) 2 M = ω o − ∆ω ωo – là tốc độ không tải, ωo = var ; ∆ω - là độ sụt tốc độ, ∆ω = var - Ta có đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ