Nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lượng hệ truyền động tàu điện ở các mỏ than Quảng Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH NGUYỄN HOÀNG TRUNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số : Học viên : NGUYỄN HOÀNG TRUNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Học viên: Nguyễn Hoàng Trung Lớp: TĐH- K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Ngày hoàn thành: 30/7/2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Võ Quang Lạp Nguyễn Hoàng Trung BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 1.1 Tầm quan trọng việc sử dụng tàu điện mỏ than Quảng Ninh 1.2 Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ Quảng Ninh 1.3 Đánh giá tình hình sử dụng kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ 13 1.4 Phương trình chuyển động lực tác động lên đoàn tàu điện mỏ 13 Chƣơng 2- PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 27 2.1 Động điện chiều kích từ nối tiếp 27 2.2 Động điện chiều hai cuộn dây kích từ độc lập 30 2.3 Hệ thống điều khiển vector biến tần – động không đồng pha 31 2.4 Hệ thống truyền động xung điện áp – động điện chiều cuộn dây kích từ (PWM-D) 33 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 3- TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN 45 3.1 Xây dựng sơ đồ khối cho hệ truyền động 45 3.2 Tổng hợp hệ thống 50 3.3 Mô hệ thống 64 Chƣơng 4- NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ TẢI NHẸ VỚI SỰ ỨNG DỤNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 70 4.1 Tính phi tuyến điều khiển mạch vòng đồng tốc 70 4.2 Ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ truyền động 71 4.3 Mô hệ thống truyền động tàu điện chạy đường có điều khiển PD mờ nối tiếp PD kinh điển 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều DCV : Nguồn chiều A/D : Chuyển đổi tương tự số D/A : Chuyển đổi số tương tự DC : Động điện chiều P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ I : Bộ điều chỉnh tích phân D : Bộ điều chỉnh vi phân PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân CPU : Bộ xử lý trung tâm µC : Bộ vi điều khiển PWM : Phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp βI : Phản hồi âm dòng điện γn : Phản hồi tốc độ Ucđ : Điện áp chủ đạo Uđk : Điện áp điều khiển Urc : Điện áp cưa FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo SRC : Khối tạo xung cưa SS : Khối so sánh TXPCX : Khối tạo xung phân chia xung Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử) Uphω : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ Uphi : Tín hiệu phản hồi âm dòng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM) H(S) : Khâu lưu giữ Ud : Điện áp biến đổi PWM Uc : Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung M(S1) : Hệ số khâu lấy tín hiệu dòng điện Kω : Hệ số khâu lấy tín hiệu tốc độ Ki , Kp : Hệ số biến đổi điều khiển số dòng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động đầu tàu 15 Hình 1.2 Đặc tính phụ tải hệ truyền động kéo 25 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển véc tơ động 31 không đồng thiết bị biến tần Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ 46 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ có 47 mạch bù dòng điện Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ truyền động tàu lên dốc 48 Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ truyền động tàu lên dốc với mạch 48 vòng mắc nối tiếp Hình 3.5 Sơ đồ khối hệ truyền động tàu điện làm việc với 49 chế độ Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện làm việc chế 50 độ tải Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống tàu điện kéo tải nhẹ 50 Hình 3.8 Mạch điện thay động điện chiều 51 Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc chỉnh lưu bán dẫn thyristor 53 Hình 3.10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 56 Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng đồng tốc 58 Hình 3.14 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động chạy đường 60 Hình 3.15 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện kéo tải 61 nặng (lên dốc) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.16 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu kéo tải nặng sau 61 biến đổi từ hình 3.15 Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tàu điện kéo tải 63 nặng sau biến đổi Hình 3.18 Sơ đồ mô hệ truyền động tàu điện chạy 64 đường Hình 3.19 Kết mô với Ud=10V, Kết mô với 65 Ud=20V (không tải) Hình 3.20 Kết mô với Ud=10V Kết mô với 66 Ud=20V (có tải) Hình 3.21 Sơ đồ mô hệ truyền động 67 Hình 3.22 Kết mô hệ truyền động tàu kéo tải nặng 68 với hệ số bù dòng điện phần ứng K khác Hình 4.1 Quan hệ Δφ ω 71 Hình 4.2 Định nghĩa biến vào điều khiển mờ PD 74 Hình 4.3 Định nghĩa tập mờ cho biến ST điều khiển 74 mờ PD Hình 4.4 Định nghĩa tập mờ cho biến DST điều khiển 75 mờ PD Hình 4.5 Định nghĩa tập mờ cho biến Udk điều khiển 75 mờ PD Hình 4.6 Xây dựng luật điều khiển cho điều khiển mờ PD 76 Hình 4.7 Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào điều khiển 76 mờ PD Hình 4.8 Quan sát tín hiệu vào mờ PD Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.9 Sơ đồ mô hệ điều khiển truyền động tàu điện 77 chạy đường dùng điều khiển PD mờ nối tiếp PD kinh điển Hình 4.10 Kết mô với Ud=10V ( Khi không tải) 79 Hình4.11 Kết mô với Ud=20V ( Khi không tải) 80 Hình 4.12 Kết mô với Ud=10V ( Khi có tải) 81 Hình 4.13 Kết mô với Ud=20V ( Khi có tải) 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... hình vẽ MỞ ĐẦU Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 1.1 Tầm quan trọng việc sử dụng tàu điện mỏ than Quảng Ninh 1.2 Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ Quảng Ninh 1.3... THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Học viên: Nguyễn Hoàng Trung Lớp: TĐH- K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa... KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số : Học viên : NGUYỄN HOÀNG TRUNG