Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Tổng hợp hệ Điện Cơ Đại học Sao Đỏ Số 24 Thái Học 2 Sao Đỏ Chí Linh Hải Dương. LỜI NÓI ĐẦU Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước với những cơ hội thuật lợi và những khó khăn thách thức lớn cùng với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và lĩnh vực Điện Điện tử Tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Trước hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của bộ biến đổi điện tử công suất với kích thước nhỏ gọn, độ tác động nhanh, dễ dàng ghép nối với các mạch điều khiển dùng vi xử lí. Phần lớn mạch điều khiển dùng kĩ thuật số với chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số vì vậy làm tăng độ tác động nhanh và độ chính xác cao cho hệ truyền động. Điều này có vai trò rất lớn trong ứng dụng vào sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Chúng em được phân công làm đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – động cơ một chiều không đảo chiều quay có phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt”. Bản đồ án là sự kết hợp rất nhiều các lĩnh vực công nghệ khác nhau. Trong quá trình làm đồ án, với sự chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn Th.s Nguyễn Hữu Quảng và các thầy giáo, cô giáo trong khoa; sự góp ý xây dựng của các bạn học cùng với sự lỗ lực của bản thân đến nay nội dung bản đồ án đã được hoàn thành. Bản đồ án được trình bày một cách ngắn gọn, dễ hiểu, các số liệu được tra cứu từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo cũng như bạn bè đồng nghiệp để bản đồ án cũng như sự hiểu biết của em ngày càng được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Hải Dương, ngày 31 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện Trần Văn Lân Chương 1: Phân Tích, Lựa Chọn Phương Án Truyền Động Điện 1.1.Giới thiệu chung Trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật, công nghệ.Nhằm đáp ứng nhu cấu của sự phát triển, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng: Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Truyền động điện là hệ thống máy móc được thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng. Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc biến đổi. Việc lựa chọn được phương án truyền động điện phù hợp sẽ giúp ích rất nhiều trong sản xuất như nâng cao chất lượng và tiết kiệm kinh phí. Ta sẽ có được phương pháp hãm hiệu quả cho từng động cơ, điều chỉnh tốc độ động cơ thích hợp nhất mà không ảnh hưởng tới tuổi thọ đông cơ, cũng như lựa chọn công suất động cơ điện hợp lí theo các chế độ làm việc 1.2.Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.2.1.Giới thiệu một số loại động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.2.1.1.Động cơ một chiều kích từ độc lập 1. Sơ đồ đấu dây động cơ Hình 1.1.Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2. Phương trình đặc tính cơ + Phương trình cân bằng áp của mạch phần ứng: Uư = Eư + (Rư+Rf)I (1.1) Trong đó: Uư – điện áp phần ứng Eư – suất điện động phần ứng Rư – điện trở mạch phần ứng Rf – điện trở phụ trong mạch phần ứng Iư – dòng điện phần ứng Với R = rư + rctp + rb + rct (điện trở cuộn dây phần ứng, cực từ phụ, cuộn bù và chổi than) + Suất điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: E = KΦ ω (1.2) Trong đó: Φ – từ thông kích từ dưới một cực ω – tốc độ góc K = hệ số cấu tạo của động cơ Từ (1.1) và (1.2) ta có: (1.3) Mặt khác momen điện từ của đông cơ được xác định bởi biểu thức: Mđt = KΦIư => Iư = thay vào (1.3) ta được: nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất cho phép thì Mđt = Mcơ = M, ta có: Hình 1.2. Đường tính cơ và cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Giả sử: Rf = 0 , Φ = Φđm Ta thay đổi theo hướng giảm điện áp Tốc độ không tải : ωox = = var Độ cứng đặc tính cơ : β = = const Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện áp phần ứng Như vậy khi thay đổi điện áp vào phần ứng động cơ ta được 1 họ đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên.Thấy rằng khi thay đổi điện áp thực chất là giảm áp, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ giảm.Ứng với 1 phụ tải nhất định vì vậy phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Nhận xét: Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng Phạm vi điều chỉnh rộng Vùng điều chỉnh tốc độ nđc< nđm Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi được ( bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất ) Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh. b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Hình 1.4: Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông Giả sử: Uư = Uđm = const Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi theo hướng giảm từ thông động cơ Tốc độ không tải : ωox = = var Độ cứng đặc tính cơ : β = = const Khi giảm Φ thì ωox tăng và β giảm. Ta có họ đặc tính cơ với ωox tăng và độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông Khi thay đổi từ thông: Inm = = const Mnm = KΦxInm = var Nhận xét : Tốc độ bằng phẳng Phạm vi rộng Vùng điều chỉnh nđm< nđc Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, tổn hao ít, hiệu suất cao 1.2.1.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 1.Sơ đồ nối dây Hình 1.5.Sơ đồ đấu dây đông cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Hình 1.6: đặc tính tính từ hóa của động cơ điện một chiều kích từ nơi tiếp 2.Phương trình đặc tính cơ + Phương trình cân bằng áp phần ứng: Uư = Eư + Iư Rư Với Rư = rư + rct + rctf + rkt sau khi biến đổi ta có: Trong các phương trình trên thì từ thông biến đổi phụ thuộc vào dòng điện trong mạch mạch kích từ theo đặc tính từ hóa (1). Để đơn giản khi thành lập phương trình các đặc tính ta giả thiết từ thong phụ thuộc tuyến tính với dòng điện kích từ như đường (2). Với C là hệ số tỷ lệ Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ. Iư=Ikt Thế vào phương trình cơ điện trên ta có. Trong đó ta đặt: Ta cũng có: Thay (5) vào (6) ta được: Trong đó: Phương trình (5) và (7) là phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ Hình 1.7: a) Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng MỤC LỤC MỤC LỤC .1 LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Phân Tích, Lựa Chọn Phương Án Truyền Động Điện Chương2 Chọn Và Phân Tích Mạch Động Lực 17 Chương Chọn Và Phân Tích Mạch Điều Khiển .37 Chương 4: Xây Dựng Đặc Tính Tĩnh Hệ Thống 56 Chương 6: Thuyết Minh Sơ Đồ Nguyên Lý 73 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng LỜI NÓI ĐẦU Trong điều kiện công kiến thiết nước nhà bước vào thời kỳ công nghiệp hoá đại hoá đất nước với hội thuật lợi khó khăn thách thức lớn với phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực Điện - Điện tử - Tin học nói riêng làm cho mặt xã hội thay đổi ngày Trước hết phải kể đến đời ngày hoàn thiện biến đổi điện tử công suất với kích thước nhỏ gọn, độ tác động nhanh, dễ dàng ghép nối với mạch điều khiển dùng vi xử lí Phần lớn mạch điều khiển dùng kĩ thuật số với chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số làm tăng độ tác động nhanh độ xác cao cho hệ truyền động Điều có vai trò lớn ứng dụng vào sản xuất nâng cao chất lượng sản phẩm Chúng em phân công làm đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – động chiều không đảo chiều quay có phản hồi âm tốc độ phản hồi âm dòng có ngắt” Bản đồ án kết hợp nhiều lĩnh vực công nghệ khác Trong trình làm đồ án, với bảo tận tình cô giáo hướng dẫn Th.s Nguyễn Hữu Quảng thầy giáo, cô giáo khoa; góp ý xây dựng bạn học với lỗ lực thân đến nội dung đồ án hoàn thành Bản đồ án trình bày cách ngắn gọn, dễ hiểu, số liệu tra cứu từ tài liệu có uy tín Tuy nhiên tránh khỏi khiếm khuyết, em mong bảo thầy giáo bạn bè đồng nghiệp để đồ án hiểu biết em ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Dương, ngày 31 tháng năm 2016 Sinh viên thực Trần Văn Lân ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Chương 1: Phân Tích, Lựa Chọn Phương Án Truyền Động Điện 1.1.Giới thiệu chung Trước phát triển khoa học, kĩ thuật, công nghệ.Nhằm đáp ứng nhu cấu phát triển, nâng cao suất, chất lượng sản phẩm Truyền động điện đời yếu tố quan trọng: - Truyền động điện có nhiệm vụ thực công đoạn cuối công nghệ sản xuất - Truyền động điện hệ thống máy móc thiết kế với nhiệm vụ biến đổi thành điện - Hệ thống truyền động điện hoạt động với tốc độ không đổi biến đổi Việc lựa chọn phương án truyền động điện phù hợp giúp ích nhiều sản xuất nâng cao chất lượng tiết kiệm kinh phí Ta có phương pháp hãm hiệu cho động cơ, điều chỉnh tốc độ động thích hợp mà không ảnh hưởng tới tuổi thọ đông cơ, lựa chọn công suất động điện hợp lí theo chế độ làm việc 1.2.Lựa chọn động phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.2.1.Giới thiệu số loại động phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.2.1.1.Động chiều kích từ độc lập Sơ đồ đấu dây động Ukt Ckt Rktf R E I U Hình 1.1.Sơ đồ đấu dây động điện chiều kích từ độc lập Phương trình đặc tính + Phương trình cân áp mạch phần ứng: Uư = Eư + (Rư+Rf)I Trong đó: Uư – điện áp phần ứng Eư – suất điện động phần ứng Rư – điện trở mạch phần ứng Rf – điện trở phụ mạch phần ứng Iư – dòng điện phần ứng (1.1) ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Với R = rư + rctp + rb + rct (điện trở cuộn dây phần ứng, cực từ phụ, cuộn bù chổi than) + Suất điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: E = KΦ ω (1.2) Trong đó: Φ – từ thông kích từ cực ω – tốc độ góc K= Pn - hệ số cấu tạo động πa Từ (1.1) (1.2) ta có: K= Uu (R u +R f ) Iu KΦ KΦ (1.3) Mặt khác momen điện từ đông xác định biểu thức: Mđt = KΦIư => Iư = M dt thay vào (1.3) ta được: KΦ ω= U u (R u +R f ) M dt KΦ (KΦ)2 bỏ qua tổn thất tổn thất cho phép Mđt = Mcơ = M, ta có: Hình 1.2 Đường tính điện động điện chiều kích từ độc lập 3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động a) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Giả sử: Rf = , Φ = Φđm Ta thay đổi theo hướng giảm điện áp Tốc độ không tải : ωox = UX = var KΦ dm −( K Φ dm ) Độ cứng đặc tính : β = = const R ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 1.3: Các đặc tính động điện chiều kích từ độc lập thay đổi điện áp phần ứng Như thay đổi điện áp vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đường đặc tính tự nhiên.Thấy thay đổi điện áp thực chất giảm áp, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động giảm.Ứng với phụ tải định phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ hạn chế dòng điện khởi động Nhận xét: - Tốc độ điều chỉnh phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng - Vùng điều chỉnh tốc độ nđc< nđm - Để thực phương pháp ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi ( biến đổi điện áp điện tử công suất ) - Điều chỉnh trơn toàn dải điều chỉnh b) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông a) b) Hình 1.4: Đặc tính điện (a) đặc tính (b) động điện chiều kích từ độc lập giảm từ thông ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Giả sử: Uư = Uđm = const Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi theo hướng giảm từ thông động U dm Tốc độ không tải : ωox = = var KΦ X Độ cứng đặc tính : −( K Φ x ) β= = const R Khi giảm Φ ωox tăng β giảm Ta có họ đặc tính với ω ox tăng độ cứng đặc tính giảm giảm từ thông U Khi thay đổi từ thông: Inm = dm = const R Mnm = KΦxInm = var Nhận xét : - Tốc độ phẳng - Phạm vi rộng - Vùng điều chỉnh nđm< nđc - Với điều chỉnh tốc độ thực máy kích từ dòng điện nhỏ, tổn hao ít, hiệu suất cao 1.2.1.2 Động điện chiều kích từ nối tiếp 1.Sơ đồ nối dây + - U Ckt I E Ikt R f Hình 1.5.Sơ đồ đấu dây đông điện chiều kích từ nối tiếp Hình 1.6: đặc tính tính từ hóa động điện chiều kích từ nơi tiếp 2.Phương trình đặc tính + Phương trình cân áp phần ứng: ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Uư = Eư + Iư Rư Với Rư = rư + rct + rctf + rkt sau biến đổi ta có: ω= Uu R − I Kφ K φ ω= Uu R − M Kφ ( Kφ ) Trong phương trình từ thông φ biến đổi phụ thuộc vào dòng điện mạch mạch kích từ theo đặc tính từ hóa (1) Để đơn giản thành lập phương trình đặc tính ta giả thiết từ thong phụ thuộc tuyến tính với dòng điện kích từ đường (2) Φ = C.I kt (1.6) Với C hệ số tỷ lệ Nếu phản ứng phần ứng bù đủ Iư=Ikt Φ = C.I (1.7) Thế vào phương trình điện ta có ω= A U R − =− −B K C.I K C I A1 = U R ;B = K C K C (5) Trong ta đặt: Ta có: I= Thay (5) vào (6) ta được: ω = M K C A1 K C A −B= −B M M (6) (7) Trong đó: A2 = A1 K C Phương trình (5) (7) phương trình đặc tính điện đặc tính động ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 1.7: a) Đặc tính điện động điện chiều kích từ nối tiếp b) Đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp Các phương pháp điều chỉnh a) Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Hình 1.8: Các đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp thay đổi điện áp phần ứng Giả sử: Rf = Φ = Φđm Ta thay đổi theo hướng giảm điện áp Tốc độ không tải : ωox = UX = var KΦ dm −( K Φ dm ) Độ cứng đặc tính : β = = const R Như thay đổi điện áp vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đường đặc tính tự nhiên Thấy thay đổi điện áp thực chất giảm áp, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động giảm Ứng với phụ tải định phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ hạn chế dòng điện khởi động Nhận xét: - Tốc độ điều chỉnh phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng - Vùng điều chỉnh tốc độ nđc< nđm - Để thực phương pháp ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi ( biến đổi điện áp điện tử công suất ) - Điều chỉnh trơn toàn dải điều chỉnh b Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Hình 1.9: Các đặc tính động mộ chiều kích từ độc lập giảm từ thông Giả sử: Uư = Uđm = const Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi theo hướng giảm từ thông động U dm Tốc độ không tải : ωox = = var KΦ x −( K Φ X ) Độ cứng đặc tính : β = = const R Khi giảm Φ ωox tăng β giảm Ta có họ đặc tính với ω ox tăng độ cứng đặc tính giảm giảm từ thông Khi thay đổi từ thông: Inm = U dm = const R Mnm = KΦxInm = var Nhận xét: - Tốc độ phẳng - Phạm vi rộng - Vùng điều chỉnh nđm< nđc - Với điều chỉnh tốc độ thực máy kích từ dòng điện nhỏ, tổn hao ít, hiệu suất cao 1.1.2 Lựa chọn động phương pháp điều chỉnh tốc độ Từ phân tích trên, đề không yêu cầu đảo chiều, động điện chiều kích từ độc lập đơn giản, tiết kiệm điện năng.Để thực phương pháp ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Vì ta lựa chọn đông chiều kích từ độc lập điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 1.3 Lựa chọn biến đổi 1.3.1 Giới thiệu chung Trong trình sản suất truyền động điện có nhiệm vụ thực công việc cuối công nghệ sản suất Đặc biệt giây truyền sản xuất tự động đại, truyền động điện đóng vai trò quan trọng việc nâng cao suất chất lượng sản phẩm Vì hệ truyền động luôn quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để đáp ứng với yêu cầu công nghệ Ngày ứng dụng công nghệ kỹ thuật điện tử, tin học, hệ truyền động điện ngày phát triển có thay đổi đáng kể Đặc biệt công nghệ sản suất thiết bị điện tử công suất ngày hoàn thiện nên biến đổi điện tử công suất đáp ứng nhanh, xác mà góp phần giảm giá thành kích thước hệ Một hệ hệ truyền động động điện chiều Do ưu điểm động điện chiều điều chỉnh tốc độ nên động điện chiều sử dụng rộng rãi đặc biệt lĩnh vực giao thông vận tải,cơ khí luyện kim… việc điều khiển động điện chiều vần đề quan trọng lĩnh vực truyền động điện, để điều khiển động điện có nhiều hệ MF – ĐC, hệ XA – ĐC, CL – ĐC Đối với hệ lại có ưu nhược điểm riêng Khi chế tạo thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có kiến thức mạch điều khiển tính chọn thiết bị nàp cho phù hợp cần thiết Vì việc tìm hiểu cách tỉ mỉ lĩnh vực điện tử công suất việc cần thiết 1.3.2 Giới thiệu biến đổi Hệ máy phát động chiều (F-Đ) • Sơ đồ nguyên lý Hệ F-Đ hệ truyền động điện mà biến đổi máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy thường động sơ cấp không đồng ba pha điều khiển quay coi tốc độ quay máy phát không đổi ~ ~ ĐK UđkU ωF F iKF Uđkφ UKĐ UF=UĐ UKF Đ M ω MS 10 iKĐ ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Điểm thứ hai ứng với điểm làm cho hệ thống dừng làm việc (dòng điện đạt trị số lớn Id = 2,5Iđm, tốc độ động không) E (29,5; 0) 4.2.2 Xây dựng đường đặc tính thấp 4.2.2.1 Xây dựng đoạn đặc tính thứ Đường đặc tính thấp đường giới hạn phạm vi điều chỉnh tốc độ D =50:1 Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất: Ucđmin = n đm (1 + γ.K ) + I đm R Σ K d K nđm = ndm max 3000 = = 60 (v/f) D 50 Ucđmin = 60.(1 + 0,004.57369) + 11,8.1,82.33,89 = 0, 25 (V) 57369 Tốc độ không tải lý tưởng : n0 = U cd K 0, 25.57369 = = 62, (v/f) + γ K + 0,004.57369 Điểm cuối đoạn đặc tính là: C’(I’C;n’C) Ta có trị số dòng điện ngắt(Ing) không đổi với đường đặc tính Vậy: IC'=Ing = 14,16(A) nC ' = U cdmin K − I 1γ.K + R K ngđ ∑ đ = 0,25.57369 − 14,16.1,82.33,89 = 58, 4(v/ p) 0,004.57369 + Đoạn đặc tính thứ qua điểm: A'(0 ; 62,2) B’(11,8 ; 60 ) C'(14,16 ; 58,4) D'(19,8;11,8) 4.2.2.2 Xây dựng đoạn đặc tính thứ Từ điểm C’ vẽ đường thẳng song song với đường đặc tính CD cắt DE điểm D’ ta đường đặc tính thứ qua điểm C’ D’ 4.2.2.3 Xây dựng đoạn đặc tính thứ Đoạn đặc tính qua điểm: 62 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng - Điểm thứ điểm cuối đoạn đặc tính thứ D’ - Điểm thứ ứng với điểm làm cho hệ thống dừng làm việc ( dòng điện đạt trị số lớn Id = 2,5.Iđm = 29,5 (A), tốc độ động 0) E’ (29,5; 0) Từ kết ta xây dựng đặc tính sau: >> x11=[0,11.8,14.16,19.8,29.5]; >> y11=[3001.9,3000,2998.13,2755,0]; >> x21=[0,11.8,14.16,19.8,29.5]; >> y21=[62.2,60,58.4,11.8,0]; >> plot(x11,y11,x21,y21) >> grid on >> gtext('Do thi dac tinh cua he thong') >> xlabel('I(A)') >> ylabel('Toc do') 63 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 4.4 Đường đặc tính tĩnh hệ thống CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG XÉT ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG 5.1 Mục đích ý nghĩa Trong trình làm việc hệ thống truyền động điện tự động, nhiễu loạn nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống bị ổn định Tính ổn định hệ thống tính hệ thống trở lại trạng thái ban đầu nhiêu loạn sau khoảng thời gian khả xác lập trạng thái ổn định sai lệch đầu vào thay đổi Xét ổn định cho hệ thống xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào tiêu chuẩn ổn định Từ ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đạt dược yêu cầu công nghệ đặt 64 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Dựa đặc tính tĩnh hệ thống ta thấy phản hồi âm dòng âm tốc độ có xu hướng làm ổn định hệ thống Ở phần làm việc có đặc tính cứng nhất, có yêu cầu sai lệch tốc độ nhỏ nên dễ bị ổn định Do ta xét ổn định vùng này, vùng có phản hồi âm tốc độ tác dụng Sơ đồ khối hệ thống lúc biều diễn hình vẽ: Ucd Kkd.Kd WB γ Hình 5.1.Sơ đồ cấu trúc hệ thống 5.2 Xét ổn định hệ thống 5.2.1 Xây dựng hàm truyền Hàm truyền hệ thống kín là: K kd K d WB WĐ + γ.K kd K d WB WĐ W= Trong đó: WB = Kb/(1+TBĐ.P) hàm truyền biến đổi TBĐ = 1/(2.q.f) số thời gian biến đổi q số xung chỉnh lưu chu kì điện áp lưới; q = f = 50 tần số lưới TBD = 1 = = 5.10−3 ( s ) 2.q f 2.2.50 + Hằng số thời gian điện từ động : Tu = LuΣ 0, 0117 == = 0, 01 RuΣ 0,89 + Hằng số thời gian điện cơ: 65 WÐ n ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Tm = G.D RΣ.K d 3,75.K m KM = Ce.Φ = 9,55.Ke =9,55/Kd =0,12 với Ke = 1/Kd Tm = G.D RΣ K Đ 0, 015.1,89.33,89 = = 0, 026 3, 75.K m 3, 75.9,55 Hàm truyền động tính sau: WĐ = Kd + TM P + Tu TM P Thay vào phương trình hàm truyền hệ thống kín ta được: WP = K (TBĐ P + 1).(TM Tu P + TM P + 1) + γK Thay hệ số tìm vào phương trình ta được: 57369 (0.005.P + 1).(0, 026.0, 01.P + 0, 026.P + 1) + 0, 004.57369 57369 = −6 1,3.10 P + 3,9.10−4.P + 0, 026 P + 230,5 WP = 5.2.2 Xét ổn định hệ thống Ta có phương trình đặc tính tĩnh hệ thống: 1,3.10−6.P3 + 3,9.P + 0, 026 P + 230,5 =A(p) Xét ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Routh Phương trình đặc tính dạng tổng quát sau: a0.P3 +a1.P2 + a2.P + a3 = Lập bảng Routh: a0 a1 b0 a2 a3 b1 Với : 66 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng − b0 = − b1 = a0 a1 a2 a3 a1 a1 a3 b0 b0 1,3.10−6.0, 026 − 3,9.10 −4.230,5 = 0, 74 a a − a a = = 3,9.10−4 a1 b a = = b0 0, 74.230,5 =230,5 0, 74 Từ ta lập bảng Routh sau: 1,3.10−6 3,9.10−4 0, 74 230,5 0, 026 230,5 Ta thấy số hạng bảng Routh dương Đây điều kiện cần đủ để kết luận hệ thống điều khiển tự động ổn định 5.3 Hiệu chỉnh hệ thống Ta tiến hành hiệu hiệu chỉnh hệ thống theo phương pháp môđun tối ưu Để nâng cao chất lượng hệ thống ta thực hiệu chỉnh lại hệ thống nhằm đưa hệ thống ta gần dạng tối ưu Hàm truyền tối ưu có dạng: Wtư = 2τ P + 2.τ.P + 2 5.3.1 Hiệu chỉnh hệ thống có mạch vòng âm dòng có ngắt tác động 67 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 5.3: Sơ đồ hiệu chỉnh có khâu âm dòng có ngắt tác động Giả thiết: + Dòng điện liên tục + Coi EĐ(p) động nhiễu, nên bỏ qua Tạm thời không xét tới tác dụng thay đổi sức điện động động Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc khâu âm dòng có ngắt sau bỏ nhiễu Hình 5.5: Sơ đồ cấu trúc có phản hồi đơn vị Biến đổi sơ đồ cấu trúc có phản hồi đơn vị: Ta chọn giá trị WRI = 0,87, Rd = 1,89 WBD = Kb 21,39 = + TTB P + 0, 005 P (Te p +1) = (Tư p +1) = 0,01p +1 Áp dụng tiêu chuẩn modun tối ưu hàm truyền: Wpi = + Tip Tip = K pi + TIp TIp 68 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Trong đó: Kpi=Rp/Rv hệ số khuếch đại điều chỉnh tỷ lệ tích phân PI Ti = Rv.C số thời gian tích phân điều chỉnh PI TI = kpi.Ti số thời gian điều chỉnh PI Ta có: Khi có khâu hiệu chỉnh tham gia: Hình 5.6: Sơ đồ cấu trúc có khâu hiệu chỉnh tham gia Từ sơ đồ cấu trúc có: Đặt TI = 0,0017 được: = K pi 4, 0, 005.(0, 01 p + 1) Điều kiện: Hệ số khuếch đại mạch hở vòng điều chỉnh lúc yêu cầu lượng điều chỉnh tra bảng ta có: K I T = 0,5 → K I = 0,5 0.005 = 100 < 200 (thỏa mãn yêu cầu) Chọn tham số điều chỉnh PI: 69 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 5.7: Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân PI Mà chọn Rv1 = 10 K Ω → R p = 10.0, 024 = 0, 24 K Ω Mà , W pi = 0, 005 p + 0, 5.3.2 Hiệu chỉnh hệ thống có mạch vòng tốc độ tác động Hình 5.8: Sơ đồ khối khâu điều chỉnh khâu khuếch đại Biến đổi sơ đồ có phản hồi đơn vị: Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc tương đương có phản hồi đơn vị 70 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Wtd = γ Kω WI WBD Rd K d 0, 004.10.0,87.21,39.1,82.33,89 45,9 = = TM p 0, 026 p ( + 0, 005 p ) 0, 026 p ( + 0, 005 p ) Theo phương pháp modun tối ưu ta có: Hình 5.10: Bộ điều chỉnh khâu khuếch đại Wtd = 0, 026 = 0, 057 2.0, 005.45,9 chọn R1 = KΩ 5.3.3 Xây dựng mô hình cấu trúc mô hệ thống Tổng hợp hàm điều chỉnh ta có sơ đồ sau: Mô hình cấu trúc hệ thống: 71 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 5.11 Mô hình cấu trúc hệ thống Từ sơ đồ cấu trúc ta mô hệ thống phần mềm Matlab – Simulink thu đặc tính hệ thống sau : 72 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng Hình 5.12 Đặc tính hệ thống có điều chỉnh Chương 6: Thuyết Minh Sơ Đồ Nguyên Lý 6.1 Nguyên lý khởi động Đóng áp tô mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển Khi mạch tạo xung điều khiển tạo xung điều khiển Để điều khiển xung này,chúng đưa tới mạch phát xung để điều khiển mở thyristor thông qua máy biến áp xung Để tạo xung điều khiển, ta phải tạo tín hiệu điều khiển Uđk nhờ mạch khuếch đại trung gian tín hiệu so sánh với điện áp cưa Do mạch khuếch đại trung gian tạo tín hiệu Uđk nên điều khiển góc mở α chỉnh lưu Khi khởi động dòng khởi động lớn nên mạch vòng dòng điện tham gia vào để tự động hạn chế dòng điện đồng thời mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà Uđk = -Ucđ + γn âm ( n nhỏ ) , động khởi động đoạn đặc tính thứ , tốc độ tăng dần đến điểm D mạch vòng tốc độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tính , động khởi động đoạn đặc tính DC , đến điểm C ( ứng với Ing) mạch vòng dòng điện không tham gia ( D khoá I giảm nhỏ Ing ) mạch vòng tốc độ , động khởi động đoạn đặc tính tự nhiên tiến tới làm việc xác lập điểm ứng với tải định mức 6.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ Với giả thiết động làm việc vùng khâu ngắt không tác động, lúc ta thay đổi điện áp biến trở WR làm cho Ucđ thay đổi làm cho góc α thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi Uđk = -Ucđ + γn Khi thay đổi Ucđ thay đổi góc mở α => Ud thay đổi tốc độ thay đổi theo Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : Uđk âm nhiều lên dẫn đến Uđk giảm nhỏ tức góc α giảm nhỏ => Ud tăng lên tốc độ tăng theo Quá trinh giảm tốc xảy tương tự ta giảm Ucđ làm cho góc α tăng lên tốc độ giảm xuống 6.3 Nguyên lý ổn định tốc độ Giả sử chiều quay động làm việc tốc độ quay định, ứng với giá trị điện áp đặt tốc độ Nếu lý tốc độ động tăng nghĩa γn tăng làm cho Uđk tăng làm cho góc mở α tăng điện áp đặt vào phần ứng động giảm để động trở giá trị ban đầu Nếu lý làm cho tốc độ động giảm tương tự γn giảm làm cho điện áp Uđk giảm tạo góc α giảm, điện áp phần ứng động tăng làm cho tốc độ động trở giá trị ban đầu Ví Dụ : tốc độ động tăng , γn tăng lên => Uđk = -Ucđ + γn bớt âm dẫn đế Uđk tăng lên , góc α tăng lên dẫn đến Ud giảm nhỏ tốc độ động giảm theo cho phù hợp lượng đặt ban đầu 73 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng 6.4 Nguyên lý ổn định tải - Khi Iư< Ing tín hiệu phải hồi âm dòng chưa tác dụng điện áp đầu vào IC4 âm nên tín hiệu IC4 dương nên dòng qua D bị chặn nên DI khoá điện áp điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu phản hồi âm tốc độ γn - Khi Iư> Ing Iư tăng dần đến đầu vào IC4 dương nên tín hiệu IC4 âm D mở khâu hạn chế dòng điện tham gian vào ta có: Uđk = K1.[(Ucđ - γn).Kn - β ( Iư – Ing)] Làm cho URIC5 bớt âm dẫn đến –Uđk tăng lên => góc mở tăng , Ud giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tính , dòng điện phần ứng tăng lớn dẫn đến độ cứng đặc tính dốc hệ thống dừng làm việc 6.5 Nguyên lý hãm dừng hệ thống Khi muốn dừng hệ thống ta ấn nút dừng , cắt toàn hệ thống khỏi nguồn cung cấp đồng thời đưa điện trở hãm vào động thực hãm động , toàn lượng tích luỹ động giải phóng qua Rh , tốc độ giảm dần , tốc độ gần giảm ta cắt Rh để động hãm tự 74 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng KẾT LUẬN Trong thời gian nhóm chúng em giao thực đồ án môn học “ Tổng hợp hệ điện cơ” với đề tài “ Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – động chiều không đảo chiều quay có phản hồi âm tốc độ phản hồi âm dòng có ngắt” hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Hữu Quảng Chúng em nắm bắt số vấn đề sau: - Xây dựng sơ đồ nguyên lí hệ thống - Xây dựng đặc tính hệ thống - Xây dựng hiệu chỉnh đặc tính động Mục tiêu đồ án: Em muốn đồ án mở rộng thiết kế cho động điện chiều Do thời gian có hạn nên đồ án chúng em nhiều sai sót, chúng em mong góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! 75 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Th.s Nguyễn Hữu Quảng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đại học Sao Đỏ, Giáo trình tổng hợp hệ điện cơ, Nhà xuất Lao Động -2011 [2] Đại học Sao Đỏ, Truyền động điện, Nhà xuất Lao Động -2011 [3] Đại học Sao Đỏ, Điện tử công suất, Nhà xuất Lao Động -2011 [4] Đại học Sao Đỏ, Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất Lao Động -2011 [5] Đại học Sao Đỏ, Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất Lao Động -2011 [6] Lê Văn Doanh, Trần Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, Nhà xuất Khoa học- kĩ thuật 76 ... điện áp đặt van nhỏ nửa so với điện áp đặt van sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha dễ chọn van tính toán thiết kế, nhược điểm mạch động lực phức tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lượng van nhiều, giá... cảm nên hạn chế tốc độ tăng dòng điện qua van + Hạn chế dòng ngắn mạch qua van + Giảm ảnh hởng biến đổi đến lới điện xoay chiều - Các van T1, T2 : van dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành... khuếch đại trung gian tín hiệu so sánh với điện áp cưa Do mạch khuếch đại trung gian tạo tín hiệu Uđk nên điều khiển góc mở α chỉnh lưu Khi cho xung điều khiển mở T1 khoảng thời gian Thyristor T1