Xây dựng hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập hai mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện

Header Page of 126 B GIO DC V O TO TRNG Lun Xõy dng h truyn ng in iu chnh tc ng c in mt chiu kớch t c lp hai mch vũng iu chnh tc v dũng in Footer Page of 126 Header Page of 126 LI M U Ngày sống hàng ngày th-ờng xuyên gặp hệ truyền động điện nơi đâu Nú cú vai trũ rt quan trng sống lao động sản xuất Do phát triển ngày mạnh mẽ kỹ thuật điện tử tin học nên hệ truyền động điện có b-ớc phát triển nhảy vọt Việc ứng dụng tin học kỹ thuật điện tử vào hệ truyền động điện làm cho hệ truyền động điện ngày có -u điểm bật so với hệ truyền động cũ nh- dải điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao, gọn nhẹ khả tự động hoá cao Em nhn thy vic nghiờn cu ng dng cụng ngh iu khin trờn l cn thit Do vy em c giao thit k ti v Xõy dng h truyn ng in iu chnh tc ng c in mt chiu kớch t c lp hai mch vũng iu chnh tc v dũng in Ni dung thit k ỏn gm chng : Chng 1: Gii thiu chung v ng c in mt chiu Chng 2: Tng hp h truyn ng v mụ hỡnh h thng Chng 3: Thit k v xõy dng h truyn ng in mt chiu Trong thi gian lm thit k ỏn, c s giỳp v ch bo tn tỡnh ca thy giỏo hng dn GS.TSKH Thõn Ngc Hon cựng vi s ch bo ca cỏc thy cụ giỏo b mụn in t ng cụng nghip cng nh s giỳp ca bn bố Do thi gian cú hn v nng lc cũn hn ch nờn ỏn ca em khụng trỏnh nhng thiu sút Em rt mong c s ch bo thờm ca cỏc thy cụ, bn bố thit k ca em c hon thin hn Em xin chõn thnh cm n! Sinh viờn Lờ Quang ụng Footer Page of 126 Header Page of 126 CHNG GII THIU CHUNG V NG C IN MT CHIU 1.1 Cu to ng c in mt chiu kớch t c lp Cu to ng c in mt chiu gm phn chớnh l phn tnh ( stato) v phn ng ( rotor ) A) Phn tnh gm cú : a) Cc chớnh Cc t chớnh l phn sinh t trng gm cú lừi st v cun dõy : Lừi st cc t c lm t cỏc lỏ thộp k thut ghộp li , mt cc cú nhim v lm cho t thụng d i qua khe khớ Cun dõy kớch t t trờn lừi cc cỏch in vi thõn cc bng mt khuụn cun dõy cỏch in Cun dõy kớch t lm bng dõy ng cú tit din trũn , cun dõy c tm sn cỏch in nhm chng thm nc v tng d nhit tn nhit tt cun dõy c tỏch thnh nhng lp , t cỏch mt rónh lm mỏt b) Cc ph Cc ph nm gia cỏc cc chớnh , thụng thng s cc ph bng ẵ s cc chớnh lừi thộp cc ph thng l bt thộp ghộp li , nhng mỏy cú ti Footer Page of 126 Header Page of 126 thay i thỡ lừi thộp cc ph cng c ghộp bng cỏc lỏ thộp Khe h khụng khớ cc ph ln hn khe h khụng khớ cc chớnh c) Thõn mỏy Thõn mỏy lm bng gang hoc thộp , cc chớnh v cc ph c gn vo thõn mỏy tựy thuc vo cụng sut ca mỏy m thõn mỏy cú cha hp bi hoc khụng Mỏy cú cụng sut ln thỡ hp bi lm ri thõn mỏy Thõn mỏy c gn vi chõn mỏy v mỏy cú gn bng nh mc vi cỏc thụng s : cụng sut nh mc Pm , tc nh mc nm , in ỏp nh mc Um , dũng in nh mc Im , dũng kớch t nh mc Iktm B) Phn ng gm cú : a) Lừi st phn ng Lừi st phn ng dung dn t ,thng c lm bng tụn Silic cú ph mt lp cỏch in sau ú c ộp li gim tn hao dũng Fucụ gõy nờn Trờn cỏc lỏ thộp cú dp cỏc rónh ộp li to thnh cỏc rónh t cun dõy phn ng vo Lừi st l hỡnh tr trũn v c ộp cng vo vi trc to thnh mt thng nht Trong cỏc mỏy in cụng sut trung bỡnh tr lờn ngi ta thng dp cỏc rónh ộp li to thnh cỏc l thụng giú lm mỏt cỏc cun dõy v mch t Footer Page of 126 Header Page of 126 b) Dõy qun phn ng Trong cỏc mỏy in nh dõy qun phn ng cú tit din trũn , vi ng c cú cụng sut ln thỡ tit din day l hỡnh ch nht c) C gúp Cun dõy rotor l cun dõy khộp kớn , mi cnh ca nú ni vi phin gúp Cỏc phin gúp c ghộp cỏch in vi v vi trc hỡnh thnh mt c gúp Phin gúp c lm bng ng , va cú dn in tt va cú bn c hc cao , chng mi mũn 1.2 Nguyờn lý hot ng T trng ca ng c c to nh cỏc cun dõy cú dũng in mt chiu chy qua Cỏc cun dõy ny gi l cun cm ( hay cun kớch t ) v c qun quanh cỏc cc t Trờn hỡnh v ng c in mt chiu , stato ca ng c cú t cỏc cun cm nờn stato cũn gi l phn cm , t trng cun cm to s tỏc dng mt t lc vo cỏc dõy dn rotor t cỏc rónh ca rotor cú dũng in chy qua Cun dõy ny c gi l cun ng Dũng in a vo cun ng qua cỏc chi than v c gúp Rotor mang cun ng nờn gi l phn ng ca ng c Hỡnh 1.2 : S nguyờn lý cu to ng c in mt chiu Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3 c tớnh c ng c in mt chiu Hỡnh 1.3 : S nguyờn lý ng c in mt chiu kớch t c lp Khi ng c lm vic , rotor mang cun dõy phn ng quay t trng ca cun cm nờn cun ng xut hin mt sc in ng cm ng cú chiu ngc vi in ỏp t vo phn ng ng c Theo s nguyờn lý trờn , ta cú phng trỡnh cõn bng in ỏp ca mch phn ng nh sau : U = E + ( R + Rp).I (*) Trong ú : U l in ỏp phn ng ng c E l sc in ng phn ng ng c R l in tr cun dõy phn ng Rp l in tr ph mch phn ng I l dũng in phn ng ng c Sức điện động E- phần ứng động d-ợc xác định theo biểu thức: E- = Footer Page of 126 PN w a k w (**) Header Page of 126 Trong P: Số đôi cực từ N:Thanh dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhán song song cuộn dây phàn ứng :Từ thông kích từ d-ới cực từ b : Tốc độ góc rad/s K= PN a Hệ số cấu tạo động +Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: E- =Ke n Và = n n = 60 9,55 Vì E- = PN 60a n Ke = PN 60a Ke = k 9,55 : Hệ số sức điện động động 0,105K Từ ph-ơng trình (*)và (**) ta có: = R + Rf Uu - u IK K (***) Biểu thức (***) ph-ơng trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động đ-ợc xác định : Mt = K ISuy : I- = M dt K Thay giá trị I- vào (***) ta đ-ợc ph-ơng trình : Footer Page of 126 Header Page of 126 = Uu K - Ru + R f ( K) Mt (****) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mômen trục động với mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mđt = Mcơ = M Ph-ơng trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập : = R + Rf Uu - u M K K Giả sử phần ứng động d-ợc bù đủ,từ thông =const, ph-ơng trình đặc tính điện(***) ph-ơng trình đặc tính (****) tuyến tính.Khi dồ thị chúng đ-ợc biểu diễn hình vẽ đ-ờng thẳng a Đặc tính điện động điện chiêu kích từ độc lập Footer Page of 126 Header Page of 126 b.Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Theo đồ thị I- = M = ta có: = Khi Uu K = (1.1) đ-ợc tốc độ không tải lý t-ởng động Còn = ta có từ ph-ơng trình đặc tính động ph-ơng trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập.Ta có: I- = U Ru + Rf (1.2) = Inm (1.3) M = K Inm Và Inm, Mnm đ-ợc gọi dòng điện ngắn mạch momen ngắn mạch động Qua đồ thị đ-ờng đặc tính điện, đặc tính động chiều ta thấy đồ thị đ-ờng thẳng Nên ph-ơng trình đặc tính có dạng : = Footer Page of 126 Uu K Ru + R f ( K) M (1.4) Header Page 10 of 126 hàm bậc y = Ax +B, nên đ-ờng biểu diễn hệ toạ độ M0 đ-ờng thẳng với độ dốc am.Đ-ờng đặc tính cắt trục tung o điểm có tung độ: U K = Tốc dộ động (1.5) tốc độ ứng với Mc = nghĩa lực cản Đó tốc độ lớn động mà đạt đ-ợc ổ chế độ động không xảy đ-ợc tr-ờng hợp Mc = (do lực ma sát luôn tồn tai động quay)Vì nh- ta nói đ-ợc gọi tốc độ không tải lý t-ởng động Khi mà toàn thông số điện động định mức nh- thiết kế không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động R- = R- ph-ơng trình đặc tính động đ-ợc viết là: = Uu K Ru M ( K) (1.6) Thì đ-ờng đặc tính lúc đ-ợc gọi đ-ờng đặc tính tự nhiên đ-ờng đặc tính tự nhiên đ-ợc biểu diễn nh- hình vẽ: Footer Page 10 of 126 Header Page 32 of 126 3.4 Xõy dng b chnh lu 3.4.1 Chn b chnh lu Để cấp nguồn cho tải chiều (Động điện chiều kích thích độc lập) cần thiết kế chỉnh l-u với mục đích biến đổi l-ợng điện xoay chiều thành chiều Vi yờu cu khụng cao ca h truyn ng ta cú th s dng chnh lu cu mt pha cp ngun cho ng c Hỡnh 3.3 : S chnh lu cu mt pha Tiristor Hoạt động sơ đồ khái quát mô tả nh- sau Trong nửa bán kỳ điện áp anod Thyristor T1 d-ơng (+) (lúc catot T2 âm (-)) có xung điều khiển đồng thời cho van T1,T2 van đ-ợc mở thông để đặt điện áp l-ới lên tải ,điện áp tải chiều điện áp xoay chiều chừng van dẫn thông (khoảng dẫn thysistor phụ thuộc vào tính chất tải ) Đến nửa bán kỳ sau , điện áp đổi dấu , anod thysistor T3 d-ơng (+) catod T4 âm (-)Nếu có xung điều khiển cho van T3, T4, đồng thời van đ-ợc mở thông đặt điện áp l-ới tải, với điện áp chiều tải có chiều trùng với nửa bán kỳ tr-ớc Chỉnh l-u cầu pha hình(3-4) có chất l-ợng điện áp hoàn toàn giống nh- chỉnh l-u chu kỳ với biến áp trung tính.Nghĩa tr-ờng hợp tải trở dòng điện gián đoạn điện áp trung bình đ-ợc tải tính bằng: Uđ= Uđ0(1 + Cos )/2 Còn tải điện cảm lớn dòng điện , điện áp tải liên tục điện áp chiều : Footer Page 32 of 126 31 Header Page 33 of 126 U d U d cos Việc điều khiển đồng thời Tiristor T1, T2, T3, T4 thực nhiều cách Một cách đơn giản sử dụng biến áp xung có cuộn thứ cấp Tuy gặp khó khăn mở van điều khiển công suất xung không đủ lớn Để tránh việc mở đồng thời van nhtrên mà chừng mực đáp ứng đ-ợc yêu cầu chất l-ợng điện áp ng-ời ta sử dụng chỉnh l-u cầu pha không đối xứng: Hỡnh 3.4 : S chnh lu cu mt pha khụng i xng Về hoạt động, điện áp d-ới đặt vào anod catod van bán dẫn thuận chiều có xung điều khiển việc dẫn dòng van làm việc giống Khi điện áp đổi dấu l-ợng cuộn L đ-ợc xả qua diode D1,D2 van đóng vai trò diod ng-ợc Chính mà Tiristor tự động khoá lại điện áp đổi dấu Việc chuyển mạch có điều khiển đ-ợc thực việc mở van van dẫn thông nửa chu kỳ Footer Page 33 of 126 32 Header Page 34 of 126 3.4.2 Thit k mch phỏt xung m Tiristor S phỏt xung m Tiristor Ua Uđ t(ms) Urss t(ms) Urf t Xung mở T1 U ss Xung mở T2 t Footer Page 34 of 126 33 Header Page 35 of 126 Điện áp đặt so sánh điện áp từ phát tốc (Uđw-Uw) qua mạch điều chỉnh tốc độ So sánh điện áp từ mạch dòng (UđI-Ui) qua khâu hạn chế đ-ợc so sánh với điện áp khâu c-a - Khõu ng pha Hỡnh 3.5 : S khõu ng pha mch phỏt xung - Khõu phỏt xung tam giỏc R3 +U2 C1 T/2 R4 T -U2 Urmax Hỡnh 3.6 : S khõu to xung tam giỏc Ta có điện áp đầu là: Ur U max t R1C1 U r max Tại t=T/2 điện áp tích phân đạt giá trị: Footer Page 35 of 126 34 Urrc A3 R2 Urmin R1 A2 U2 Header Page 36 of 126 Ur U r max R3 U max R2 Thời gian chu kỳ R3 R2 T R1C1 T 0,0025 R1C1 R3 R2 f f : tần số băm xung chọn R2=R1= R3=R4=10K C1=62nF * Khõu phỏt xung m Tiristor Footer Page 36 of 126 35 Header Page 37 of 126 * Khõu to ngun nuụi Hỡnh 3.7 : S mch cp ngun 12V 3.5 Thit k mch o tc Để đo tốc độ hệ truyền động ta dùng máy phát tốc chiều loại 100v 2000 vòng /phút , tốc độ định mức : đm = 1500 vòng /phút Thế điện áp máy phát tốc t-ơng ứng : 100.1500 75(V ) 2000 S mch o tc : Hỡnh 3.8 : S mch o tc phn hi Footer Page 37 of 126 36 Header Page 38 of 126 Khõu phn hi tc Hỡnh 3.9 : S b iu chnh mch vũng tc 3.6 Thit k mch o dũng in Để thực khâu phản hồi dòng điện , ng-ời ta dựng điện trở Shunt khuếch đại thuật toán , mắc theo sơ đồ d-ới : Footer Page 38 of 126 37 Header Page 39 of 126 Xét động điện chiều : P= 2,7 KW , = 0,83 Uđm = 220 V , nđm = 1500 V/ P = 157 rad/s Ta cú : U dm KM I dm I dm Ru 220 14,8.1,264 1,282 157 ndm 2,7.103 14,8( A) 220.0.83 P U dm Hằng số thời gian trễ hệ thống chỉnh l-u : 3,50 0,0067 Chọn điện trở Shunt loại 25 A/60mv Khi lấy K1 = K2 =10 K = K1 K2 = 100 Suy : Uiph = k 60 10-3 = 6(V) Vậy : Ki U iph I sh 0,24 25 * Chọn R1 = 10 k R2 = K1 R1 = 10.10 = 100 (K ) Chọn R3 = 10 K R4 = K2 R3 =10.10 = 100 (K ) Chọn R5 = K R6 = K.R5 = 100 (K ) chọn K3 = 100 Sau thiết kế ta phải kiểm tra tính ổn định chất l-ợng hệ thống truyền động T- Đ Footer Page 39 of 126 38 Header Page 40 of 126 3.7 L Footer Page 40 of 126 g 39 Header Page 41 of 126 Footer Page 41 of 126 40 Header Page 42 of 126 3.8 Kt qu o lng Sau lp rỏp h thng ta tin hnh o kim tra thc nghim mụ hỡnh Vi ti = const Tc t Tc ỏp ng ng c Vset(v/ph) Vreal(v/ph) 500 498 0.4 350 335 4.3 150 130 13.4 Sai lch ( %) Ta nhn thy rng h thng ó ỏp ng c yờu cu v iu chnh tc , di iu chnh tc rng nhiờn iu chnh tc sai s ln Footer Page 42 of 126 41 Header Page 43 of 126 KT LUN Sau mt thi gian tỡm hiu nghiờn cu theo s hng dn ca thy giỏo hng dn GS.TSKH.Thõn NgcHon cựng cỏc thy cụ b mụn in t ng cụng nghip, thit k ỏn tụt nghip ca em ó hon hnh vi cỏc yờu cu t ca ti : - Tỡm hiu v ng c in mt chiu kớch t c lp - Tng hp h truyn ng iu chnh tc ng c in mt chiu kớch t c lp hai mch vũng iu chnh - Tớnh toỏn la chn cỏc phn t h truyn ng in - Xõy dng v lp rỏp c mụ hỡnh h truyn ng Do thi gian cú hn v kh nng cũn hn ch nờn ỏn khụng trỏnh nhng thiu sút, nhng cp n cũn rt hn ch Vi iu kin cho phộp em s nghiờn cu tip cỏc sau: - Hin th tc , in ỏp v dũng in ỏp ng ca h thng trờn mỏy tớnh bng phn mm LABVIEW Footer Page 43 of 126 42 Header Page 44 of 126 TI LIU THAM KHO [1] GS.TSKH.Thõn Ngc Hon ,TS.Nguyn Tin Ban T ng truyn ng in NXB KHKT 2007 [2] GS.TSKH.Thõn Ngc Hon Mỏy in NXB Xõy dng 2005 [3] Bựi ỡnh Tiu, Phm Duy Nhi C s truyn ng in t ng NXB i hc v Trung hc chuyờn nghip H Ni 1982 [4] Nguyn Phựng Quang MATLAB v simulink dnh cho k s iu khin t ng NXB KHKT H Ni 2004 [5] Trn Vn Thnh Tớnh ton thit k cỏc thit b in t cụng sut NXB KHKT- 2004 [6] Din n in T Vit Nam (www.dientuvietnam.net) [7] Din n Sinh viờn Bỏch Khoa (www.svbkol.org) [8] Datasheet ca cỏc Linh kin in t (www.datasheetcatalog.com) Footer Page 44 of 126 43 Header Page 45 of 126 MC LC LI M U CHNG 1: GII THIU CHUNG V NG C IN MT CHIU 1.1 Cu to ng c in mt chiu kớch t c lp 1.2 Nguyờn lý hot ng 1.3 c tớnh c ng c in mt chiu 1.4 Cỏc phng phỏp iu chnh tc ng c in mt chiu 11 1.4.1 iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp phn ng 11 1.4.2 iu chnh tc bng cỏch thay i t thụng 13 1.4.3 iu chnh tc bng cỏch thay i in tr mch phn ng 14 CHNG 2: TNG HP H TRUYN NG IN NG C IN MT CHIU 17 2.1 Cu trỳc h truyn ng in 17 2.2 Mụ hỡnh toỏn h thng 19 2.2.1 Mụ hỡnh toỏn ng c in mt chiu 19 2.2.2 Mụ hỡnh toỏn b chnh lu 22 2.3 Tng hp mch vũng dũng in 24 2.4 Tng hp mch vũng iu chnh tc 25 CHNG 3: THIT K V XY DNG H TRUYN NG IN MT CHIU 27 3.1 M u 27 3.2 Chn ng c 28 3.3 Xõy dng iu khin PI 29 3.3.1 B iu khin PI 29 3.3.2 La chn thụng s b PI vũng iu chnh dũng 30 3.3.3 La chn thụng s b PI vũng iu chnh tc 30 Footer Page 45 of 126 44 Header Page 46 of 126 3.4 Xõy dng b chnh lu 31 3.4.1 Chn b chnh lu 31 3.4.2 Thit k mch phỏt xung m Tiristor 33 3.5 Thit k mch o tc 36 3.6 Thit k mch o dũng in 37 39 3.8 Kt qu o lng 41 KT LUN 42 TI LIU THAM KHO 43 Footer Page 46 of 126 45 ... việc điều chỉnh tốc độ vấn đề quan trọng truyền động điện tự động Một yêu cầu đặt thiết kế hệ truyền động phù hợp đặc tính điều chỉnh động điện đặc tính tải Ng-ời ta th-ờng chọn hệ truyền động. .. tin học kỹ thuật điện tử vào hệ truyền động điện làm cho hệ truyền động điện ngày có -u điểm bật so với hệ truyền động cũ nh- dải điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao, gọn nhẹ khả tự động hoá cao Em... Đặc tính điện động điện chiêu kích từ độc lập Footer Page of 126 Header Page of 126 b.Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Theo đồ thị I- = M = ta có: = Khi Uu K = (1.1) đ-ợc tốc độ không