Bài tập lớn truyền động điện tự động

Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện:

Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnKhoa ĐiệnBộ môn lý thuyết chuyên ngànhBÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNGHọ và tên sinh viên: Lê Đức Anh…….Lớp:Đại học liên thông điện K3ATên đề tài: Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động T-Đa/ Số liệu cho trước:Cho hệ truyền động T-Đ (thyristor-động cơ điện một chiều)có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ. Uc d?uvCBDICL1nR OBÐUdUi FXRIFTnÐunCKÐu*iCKHệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện:Rω -Bộ điều chỉnh tốc độ quay;R1-Bộ điều chỉnh dòng điện ; FT- Máy phát tốc ; FX – Máy phát xung điều khiển các tiristor của BĐ ; CBD – Cảm biến dòng điện,ucd – điện áp chủ đạo(điện áp đặt tốc độ );un (un = nγ ) – Điện áp phản hồi tốc độ, *iu- Điện áp đặt dòng điện; ui (ui =βI ) – Điện áp phản hồi âm dòng điện.Bộ chỉnh lưu sơ đồ cầu 3 pha,hệ khuếch đại của bộ chỉnh lưu : Kb =48, Động cơ điện một chiều :220 (V),150(A),1200(vòng/phút) ,Rư =0.3(Ω),hệ số quá tải cho phép λ =1,5. Tổng trở mạch rotor: Rd = 0,3 (Ω).Hằng số thời gian Te =0,07(s) , Tm =0,22(s).Hệ số phản hồi dòng điện β = 0,05 V/A (≈10V/1,3 Iđm)Hệ số phản hồi tốc độ γ= 0,008Vphút/vòng (≈12V/nđm),GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh1 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnB/ Yêu cầu của hệ thống:Chỉ tiêu trạng thái ổn định:không có sai số tĩnh;Chỉ tiêu trạng thái động:Lượng quá điều chỉnh dòng điện ≤maxiσ5% Lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tảiđến tốc độ quay định mức ≤maxiσ9%C/ Nội dung cần thực hiện:1/Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ.2/Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.3/Xác định tham số bộ điều chỉnh ổn định dòng điện.4/Xác định tham số bộ điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động.5/Khảo sát đặc tính động học của hệ bằng phần mềm Matlap và rút ra kết luận.6/Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ.D/Yêu cầu:Thời gian nhận bài tập dài:18/04/2011 …Thời gian nộp bài tập dài:18/05/2011Tài liệu tham khảo:1/Bùi quốc khánh cùng các tác giả Cơ sở truyền động điện ; NXBKHKT 20052/Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễu……. Điều chỉnh tự động truyền động điện,NXBKHKT 20033/Nguyễn Doãn Phước Lý thuyết điều khiểnhệ tuyến tính;NXBKHKT 2002Giảng viên hướng dẫnNguyễn Minh Thư GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh2 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnI. Xây dựng cấu trúc của hệ thống: Từ sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định:Trong đó : + Rω:Bộ đièu chỉnh tốc độ quay + RI : Bộ điều chỉnh dòng điện + Ucđ : Điện áp chủ đạo.+ vU∆: Điện áp đặt vào tốc độ.+ U*i: Điện áp phản hồi âm dòng điện.+ Kb :Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu.+ Kđ : Hệ số khuếch đại động cơ.+ β: Hệ số phản hồi âm dòng điện.+ γ: Hệ số phản hồi âm tốc độ.GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh3vu∆*iUIRbKbEDRβγÐKDEUcđ(p)n(p) Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện* Sơ đồ cấu trúc trạng thái động.II. Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.Độ sụt tốc độ :)(219,308146,03,0.150 vòngCRInđmedđm===∆φ Với .220 150.0,3. 0,1461200dm dm ue dmdmU I RCnϕ−−= = =Sai lệch tĩnh trên đường đặc tính cao nhất: (%)4,20219,3081200219,308100.%=+=∆+∆=tđmnnnSNhận xét: Với hệ thống hở, sai lệch tỉnh lớn. Do đó phải thực hiện hiệu chỉnh thành hệ thống kín với phản hồi âm tốc độ và yêu cầu không có sai lệch tĩnh (St% = 0).Vậy ta sử dụng hệ thống điều tốc với phản hồi âm tốc độ sử dụng bộ điều chỉnh tỉ lệ có hệ số khuyếch đại Kb=48 (bộ chỉnh lưu cầu 3 pha).Hệ số khuyếch đại: 1 16,849. 0,146De dmKCϕ= = = Kht = γ. Kp . Kb . KĐ TM=0,22(s); TE=0,07(s)Theo đề ra cho chỉnh lưu cầu 3 pha τ = 0,00167(s).Điều kiện ổn định:GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức AnhWn(p) WI(p)γ11deRT p+dmRT pKĐIc(p)β( )n p4(p)cdu Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện22. . 0,00167 0,22.0,00167 0,22.0,07134,9. 0,07.0,00167M M EHTET T TKTτ ττ+ + + +≤ = =1/ Xác định tham số của bộ điều chỉnh.** Nguyên tắc thiết kế:Phương pháp phân tích mạch là đi từ trong ra ngoài,phân tích mạch vòng trong rồi mới phân tích mạch vòng ngoài.Ở đây,ta phân tích mạch vòng trong trước là mạch vòng dòng điện,sau đó xem cả mạch vòng dòng điện là cả một khâu trong hệ thống điều tốc và tiếp tục thiết kế cho mạch vòng ngoài là mạch vòng tốc độ.Trong tín hiệu đo dòng điện thường là dòng tín hiệu xoay chiều,nên phải đặt một khâu lọc tần số thấp có hằng số thời gian Ton.Tuy nhiên khâu lọc lại làm cho tín hiệu phản hồi bị trễ.Để cân bằng sự trễ ta đặt thêm một khâu lọc có cùng hằng số thời gian và tần số đầu vào tín hiệu đặt.Điện áp phản hồi nhận từ máy phát tốc thường nhấp nhô đổi chiều trong máy điện một chiều gây ra nên ta cũng đặt một khâu lọc cùng hằng số thời gian va tần số vào tín hiệu đặt * Sơ đồ cấu trúc trạng thái động như sau:a.Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện* Đơn giản hoá sơ đồ đòng điện:Do Tm > Te nên sự thay đổi dòng điện nhanh hơn sự thay đổi tốc độ (nhanh hơn sự thay đổi Suất Điện Động E).Vì vậy ta bỏ qua tác dụng của nhiểu sữ dụng trong mạch vòng dòng điện.Trong thời gian t∆ thì ta giả thiết rằng 0≈∆ĐE.Giả thiết I(p)=0.Hệ thống tương đương như sau:GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh5UcđΔUvRωRIUi*KbRĐEbβγKĐEĐ Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnXử lý gần đúng: TmTe p2+Tmp + 1 ≈ Tmp(Tep + 1). Với điều kiện: emciTT1.3>ω ; (1)Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện:GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh11+pTRedpTRmd)( pEĐUd(p)pTRmd)( pEĐUd(p) Id(p)11.2++pTpTTRpTmemdmpTRmdpEĐUd(p) Id(p)⇔pTRmdpEĐUd(p)11+pTRed⇒6⇔ Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnBiến đổi sơ đồ ta có:⇒ Wđt(p) = )1).(1).(1(1 +++pTppTRKeoidbτβThường do Te >> Toi và τ nên suy ra:)1).(1(++ppToiτ≈ ( )1++pToiτ =1+∑pTiĐiều kiện:τω.131oiT≤ ; (2)Đặt : K2 =bbRK1 β,ta có:Wđt(p) = )1).(1(2++∑pTpTKeiGVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh11+pTRed1+pKbτ)(PUd)( pWi1+pToiβ11+pToi*iU)( pId)( pWi)1).(1).(1(1 +++pTppTRKeoidbτβ)( pIdβ*iU)( pWi)1).(1(2++∑pTpTKei)( pIdβ*iU7)( pUđk Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện*Lựa chọn cấu trúc: Ta thấy rằng mạch vòngd dòng điện không những chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài mà theo hệ thống yêu cầu của hệ thống có độ chính xác ca.Do đó ta hiệu chỉnh hệ thống về hệ thống điển hình loại I với đối tượng điều khiển:Wđt(p) = )1).(1(2++∑pTpTKeiTa thấy đối tượng có hai khâu quán tính nên sự thay đổi của tín hiệu ra theo tín hiệu vào sẽ chậm hơn nên bộ điều chỉnh phải có một khâu quán tính bậc cao ở đối tượng điều khiển.Mặt khác hệ thống điển hình loại I phải có một khâu tích phân nên ta chọn bộ điều chỉnh: )( pWBĐĐ = ppKpi111ττ+Với eT=1τ = 0,07 (s),vì : Te > Ti∑*Xác định tham số bộ điều chỉnh:Hàm truyền hệ hở của hệ thống sau khi hiệu chỉnh: )()(pWIh = )( pWBĐĐ. )( pWđt = )1.(.12+∑pTpKKipiτ = )1.(+∑pTpKi Với: K = debpipiRTKKKK 12βτ= ; ( * )Bộ chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha nên ta chọn τ=1.67 (m/s).Mặt khác chọn Toi=0,001Ta có : Ti∑ = Toi +τ= 0,00167 +0,001 =0,00267Xác định Kpi theo tính năng bám:Theo yêu cầu đặt ra thì lượng quá điều chỉnh dòng điện maxσ% ≤ 5% nên tra tài liệu ta chọn maxσ% = 4,3% hay :K.iT∑=0,5 ⇒K =00267,05,0=187,266Thay giá trị của K vào (*) ta có:638,148.05.03.0.07,0.266,187 .===bdepiKRTKKβHàm truyền bộ điều chỉnh:GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh8 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện )( pWBĐĐ = pp07,0107,0.638,1+Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:W(htshc)(p) = )100267,0(266,187+pp*Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng:Từ tà liệu ứng với giá trị của maxσ% đã cho ta tìm được :00267,0455,0455,0==∑iciTω =170,412Hàm truyền của đối tượng:- Theo điều kiện tần số cắt: 601,19900167,0.3131==<τωci;(thoã mãn với điều kiện)- Theo (1) ta có:emciTT .1.3>ω = 3.22,0.07,01 = 24,175. (thoã mãn với điều kiện)-Theo (2) ta có : 941,257001,0.00167,01.31.1.31==≤τωoiciT;(thoã mãn với điều kiện)*Thực hiện bộ điều chỉnh:Ta có sơ đồ nguyên lý:GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh2oiR2oiRoic2oiRoic2oiRcpiRvoUđk(p)piR*iUIC9-)( pIdβ Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa ĐiệnppKpUpCRRpIpCRRpUpiđkoioioidoioioii11*1.)(1.4)(.)1.4.()(ττβ+=+−+Chọn Roi = 10 (kΩ); Ta có: Kpi = oipiRR ⇒ Rpi = Roi.Kpi = 10.0,874 = 8,74 (kΩ);009,810.74,810.07,0.3611===⇒=pipipipiRCCRττ(μF)Toi = 669,010.1000167,0.444.3===⇒oioioioioiRTCCR(μF)2.Xác định tham số bộ điều chỉnh tốc độ của hệ thống:a. Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc:- Biến đổi mạch vòng dòng điện thành một khâu tương ứng trong mạch vòng ngoài. Với KedbpiTRKK1 .β; Ti∑=Toi + τWK(I) =KppTKpTpKpTpKiii++=+++∑∑∑2)1(1)1(Mà K.Ti∑= 0,5 pTKi∑=⇒21,nên:W)(IK= 12)(2122++∑∑PTpTii121+≈∑PTiGVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh)1.(+∑pTpKiβ)(*pUi)( pId10 [...]... hồi âm dòng điện. + γ : Hệ số phản hồi âm tốc độ. GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh 3 v u ∆ * i U I R b K b E D R β γ Ð K D E U cđ (p) n(p) Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Khoa Điện Bộ môn lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG Họ và tên sinh viên: Lê Đức Anh…….Lớp:Đại học liên thơng điện K3A Tên đề tài: Khảo sát và tính tốn các tham số cho hệ truyền động T-Đ a/... Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện I. Xây dựng cấu trúc của hệ thống: Từ sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định: Trong đó : + R ω :Bộ đièu chỉnh tốc độ quay + R I : Bộ điều chỉnh dòng điện + U cđ : Điện áp chủ đạo. + v U∆ : Điện áp đặt vào tốc độ. + U * i : Điện áp phản hồi âm dòng điện. + Kb :Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu. + K đ : Hệ số khuếch đại động. .. hệ truyền động T-Đ (thyristor -động cơ điện một chiều)có sơ đồ ngun lý như hình vẽ. Uc d ?u v CBD I CL1 n R O BÐ U d U i   FX R I FT n Ð u n CKÐ u* i CK Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện: R ω -Bộ điều chỉnh tốc độ quay;R 1 -Bộ điều chỉnh dòng điện ; FT- Máy phát tốc ; FX – Máy phát xung điều khiển các tiristor của BĐ ; CBD – Cảm biến dòng điện ,u cd – điện áp chủ đạo (điện. .. ) – Điện áp phản hồi tốc độ, * i u - Điện áp đặt dòng điện; u i (u i = β I ) – Điện áp phản hồi âm dòng điện. Bộ chỉnh lưu sơ đồ cầu 3 pha,hệ khuếch đại của bộ chỉnh lưu : K b =48, Động cơ điện một chiều : 220 (V),150(A),1200(vòng/phút) ,R ư =0.3( Ω ),hệ số quá tải cho phép λ =1,5. Tổng trở mạch rotor: R d = 0,3 ( Ω ). Hằng số thời gian T e =0,07(s) , T m =0,22(s).Hệ số phản hồi dòng điện. .. bám:Theo yêu cầu đặt ra thì lượng q điều chỉnh dịng điện max σ % ≤ 5% nên tra tài liệu ta chọn max σ % = 4,3% hay : K. i T ∑ =0,5 ⇒ K = 00267,0 5,0 =187,266 Thay giá trị của K vào (*) ta có: 638,1 48.05.0 3.0.07,0.266,187 . === b de pi K RTK K β Hàm truyền bộ điều chỉnh: GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh 8 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Và dòng phụ tải I c . Do nhiễu tham gia lànhiễu... I d (p) ⇔ pT R m d pE Đ U d (p) 1 1 + pT R e d ⇒ 6 ⇔ Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện )( pW BĐĐ = p p 07,0 107,0 .638,1 + Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh: W (htshc) (p) = )100267,0( 266,187 + pp *Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng: Từ tà liệu ứng với giá trị của max σ % đã cho ta tìm được : 00267,0 455,0455,0 == ∑ i ci T ω =170,412 Hàm truyền của đối tượng: - Theo điều kiện tần số cắt: 601,199 00167,0.3 1 3 1 ==< τ ω ci ;(thoã... điều kiện) -Điều kiện 2:Xử lý gần đúng hằng số thời gian GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh 13 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Xử lý gần đúng: T m T e p 2 +T m p + 1 ≈ T m p(T e p + 1). Với điều kiện: em ci TT 1 .3 > ω ; (1) Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện: GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh 1 1 + pT R e d pT R m d )( pE Đ U d (p) pT R m d )( pE Đ U d (p) I d (p) 1 1 . 2 ++ pTpTT R pT mem d m pT R m d pE Đ U d (p)... hồi dòng điện β = 0,05 V/A ( ≈ 10V/1,3 I đm ) Hệ số phản hồi tốc độ γ = 0,008Vphút/vòng ( ≈ 12V/n đm ), GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh 1 Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện *Lựa chọn cấu trúc: Ta thấy rằng mạch vịngd dịng điện khơng những chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài mà theo hệ thống u cầu của hệ thống có độ chính xác ca.Do đó ta hiệu chỉnh hệ thống về hệ thống điển hình loại... 238,13 86,6.16,0. 05,0 1 .008,0 22,0.02103,0.469,502 = Hàm truyền bộ điều chỉnh: W shc (p) = K pn P P p p n n 02103,0 1.02103,0 .238,13 )1( + = + τ τ Hàm truyền sau hiệu chỉnh: W ht (p) = K n = + + ∑ )1( 1 2 pTp p n n τ 502,469. )10701,0( 102103,0 2 + + pp P d. Kiểm tra điều kiện gần đúng: cn ω = K n . n τ = 502,469.0,02103 = 10,567 - Điều kiện 1:Đơn giản hố mạch vịng dịng điện cn ω 278,88 00267,0).2.(3 1 )2(3 1 ==≤ ∑ i T ;(thỗ... chống nhiễu tốt.Ở trước phụ tải có một khâu tích phân thì ta cần thêm một khâu vi phân trước để triệt tiêu.Trong q trình khởi động mạch vịng ngồi làm việc ở chế độ bảo hồ. Từ những phân tích 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: W htshc (p) = W đt (p).W Rn (p) = )1( )1( )1( )1( 1 2 2 2 2 2 + + = + + ∑∑ pTp pK pTpT pKRK n n nm Đdpn τ τ τ β γ c. . Bài Tập Dài Khoa ĐiệnKhoa ĐiệnBộ môn lý thuyết chuyên ngànhBÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNGHọ và tên sinh viên: . thông điện K3ATên đề tài: Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động T-Đa/ Số liệu cho trước:Cho hệ truyền động T-Đ (thyristor -động cơ điện