Động cơ điện một chiều và hệ truyền động TIRISTOR

[Type text] Đồ án Đề Tài: Động điện chiều hệ truyền động TIRISTOR  MỞ ĐẦU Điều khiển lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Bất kì vị trí nào, làm cơng việc tiếp cận với điều khiển Nó khâu quan trọng định thành bại hoạt động Ngày nay, dòng điện xoay chiều sử dụng rộng rãi động điện chiều tồn Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Vì động điện chiều có đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, chí từ tốc độ 0) Nhưng độ tin cậy sử dụng động chiều lại thấp so với động không đồng có hệ thống tiếp xúc chổi than Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động chiều ứng dụng kỹ thuật điều khiển Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện áp phần ứng động Chỉnh lưu dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động Hệ thống thường dùng cho động điện cấp điện từ lưới xoay chiều Nhóm chúng em gồm người giao đồ án thiết kế hệ thống điều khiển động điện chiều Đồ án gồm phần Phần I: Tổng quan chung động điện chiều,và hệ truyền động tirstor Phần II: Tính chọn thiết bị mạch lực mạch điều khiển Phần III: Tổng hợp mạch vòng dòng điện Nội dung đồ án chắn nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện Em mong đươc đóng góp ý kiến cuả thầy mơn để đồ án em hồn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Diễn tồn thể thầy mơn tận tinh hướng dẫn để em hoàn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn! PHẦN I TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều chia thành phần chính: Phần tĩnh (stato) Gồm phận sau: Cực từ chính: phận sinh từ trường, gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ + Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1) mm ép lại tán chặt + Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện Trong máy công suất nhỏ, cực từ nam châm vĩnh cửu Trong máy cơng suất trung bình lớn, cực từ nam châm điện - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện điều kiện làm việc máy điện đổi chiều + Lõi thép cực từ phụ khối ghép thép tùy theo chế độ làm việc Xung quanh cực từ phụ đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ nối với dây quấn phần ứng Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy Phần quay ( rôto) Bao gồm phận sau: - Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây lên Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm đồng có bọc cách điện Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện công suất vừa lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cơ cấu chổi than: Dùng để đưa dòng điện từ phần quay Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện, dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các dẫn có dòng điện nằm từ trường, chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trường, cảm ứng sức điện động Eư Ở động điện chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đơng Eư gọi sức phản diện Phương trình điện áp là: U=Eư+Iư.Rư Phân loại động điện chiều Cũng máy phát, động điện phân loại theo cách kích thích từ thành động điện sau: Động điện kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng Động kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Động kích từ hỗn hợp gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu II II KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Đặc tính động điện chiều Tùy theo cách kích thích từ, động điện chiều có tính khác biểu diễn đường đặc tính làm việc, đặc tính khác Trong đặc tính đó, quan trọng đặc tính Đặc tính dùng để xác định điểm làm việc xác lập khảo sát điểm làm việc ổn định hệ thống truyền động điện Đặc tính động điện mặt phẳng tọa độ ω với momen ω = f(M) Trong đồ án thiết kế ta quan tâm tới loại động chiều kích từ độc lập Phương trình đặc tính Khi động làm việc, rơto mang cuộn ứng quay Uư + từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng lại Rf xuất sức phản điện động có chiều ngược với I điện áp đặt vào phần ứng động KT RKT IKT + UKT - Phương trình điện áp mạch phần ứng động cơ: U = E + Iư ( Rư + Rf) Trong đó: + Uư : điện áp phần ứng ( V ) H1 Sơ đồ nối dây động + E: 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 Sức điện động Eư phần ứng động tỷ lệ với tốc độ quay rôto : E = k.Φ.ω Trong đó: + k = pN hệ số cấu tạo động 2π a + Φ: từ thông qua cực từ (Wb) + ω: tốc độ góc rơto, ω= ( rad/s) + p: số đơi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + a: số đôi mạch nhánh song song + n: tốc độ quay (vòng/phút) Mặt khác, mômen điện từ động cơ: Mđt = k.Φ.Iư → I = Mdt kΦ Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép Mcơ = Mđt = M Từ phương trình ta có: đặc tính động điện chiều Khi tồn thơng số điện động định mức không mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện trở phương trình đặc tính là: Đặc tính phương trình gọi đặc tính tự nhiên Tốc độ ωo = Uư/k.Φ tốc độ không tải lý tưởng Khi phụ tải tăng dần từ M c = đến Mc = Mđm tốc độ động giảm dần từ ωo xuốngωđmnên phương trình đặc tính có dạng: ω = ωo − ∆ω Với: ω = R (k Φ ) Đặc tính độ sụt tốc đặc tính Giả thiết phần ứng bù đủ, từ thông Φ = const phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập tuyến tính có dạng hàm bậc y = ax + b nên đường biểu diễn hệ tọa độ M0ω đường thẳng cắt trục 0ω ωo với độ dốc âm H2 ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CƠ TỰ NHIÊN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU a Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu sau: Sai số tốc độ Sai số tĩnh tốc độ đại lượng đặc trưng cho độ xác trì tốc độ đặt đánh giá thông qua: Mong muốn: sai số ωđ = ω s% nhỏ tốt Tính liên tục ( độ trơn dải điều chỉnh) ωi + ≈ ωi: hệ thống điều khiển liên tục ωi + ≠ ωi : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn γ → 1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: D= ωmax ωmin Mong muốn D lớn tốt Ngoài tiêu khác như: tiêu kinh tế, kích thước… b Các phương pháp điều khiển tốc độ động chiều Về việc điều chỉnh tốc độ, động chiều có nhiều ưu điểm so với loại động khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao dải rộng… Xét phương trình đặc tính động điện chiều: U®m - R− I®m = Kθ ωdm ® m Kθ®m = U ® m R − I ® m ω ® m = U ® m R − I d m N ® m / , 5 K θ® = Suy m 220 - 1,65.10 = 0,64(wb) 3000 / 9,55 Hằng số thời gian học c T = ( Kθ) R− = 0,015(s) Xét thấy số thời gian T c = 0,015 (s) lớn so với thời gian điện từ phần ứng động Tư = 0,0048 (s).Vì nên ta coi sức điện động không ảnh hưởng đến trình điều Udi Uđk RI chỉnh mạch Soi(P) Ui = Iư Ki vòng dòng điện Mặt khác phản ứng Từ ta có hàm truyền đạt mạch phần ứng (sức điện động E) chậm nhiều Soi( p) = so với phản B i − K I K B / R− (1 + T P )(1 + T P )(1 + TP ) ứng số thời gian Tω, Ti nhỏ so điều chỉnh với số thời gian điện từ Tư (đặt T si = TB + dòng Ti) điện Ri nên tổng hợp mạch vòng dòng ta điện cần bỏ qua phản khâu hồi dòng điện: E= Kφ đm ω Ta có sơ đồ cấu trúc Soi( p) = K I K B / R− (1 + Tsi P )(1 + T− P ) Ta đặt K= oi Suy KI KB R− Soi( p) = K I K B / R − ( + T P ) ( + T P si ) − B Thời gian trễ biến đổi: T = 2mf f – Tần số lưới điện, f = 50 Hz m – Hệ số đập mạch với sơ đồ cầu pha đk đối xứng m = Khi T = Ed = 2,34 100 cos 510 = 148 (v) = = 5(ms) B 2.2.50 0,005(s) Khi hệ số khuyếch đại: Hệ số khuyếch đại: K= B 148 = 25 Khâu phản hồi dòng điện có dòng truyền: KB = d ΔEd = E ΔUdk d W ( p) = K i i i d U + d k T α = Π (1 Udk P Ta có hệ = Chọn Uiđm = 6v số Ui tỉ lệ: ®m ) Tac hän Ur i m = K I ®m 10v U r m Với Ed = Edo cosα Lấy Uđk = 6v ⇒ − ) = 0,628 Π α= 10 ⇒ α = 510 ( So1 += +)( RpKT= Trường ĐHBK Hà Nội  Đồ án tốt nghiệp Vậy K i = = 0,6 10 Bỏ qua số thời gian Ti Koi = Ki 25.0,6 = = 9,1 KB 1,65 R− Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm hàm truyền điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI: Chọn: Tri = Tư =0,048 (s) K Tri = 2Tsi Koi = TB Koi Sơ đồ điều khiển thuộc đìêu chỉnh dòng điện: Ud Ui R1 R2 Rf + C V+ V- Ta có hàm truyền đạt điều chỉnh R + CP + f RωP = R C P KTRi.P So với hàm truyền: Ri (P ) = Tri.P + SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Suy Rf C = Tri (I) R1 C = K Tri (II) SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Trường ĐHBK Hà Nội  Từ (I) suy : Rj = TRi Đồ án tốt nghiệp với Tri = Tư = 0,008 (s) C Chọn C = lµf ⇒ Rf = 0,0048 −6 = 4800(∧) 1.10 Từ (II) suy ra: R = ⇒ R1 = K.Tri Chọn C = 1(µf) Kri = 0,03 C 0,03 −6 = 30000(Ω) = 30(kΩ) 1.10 Vì Ud = Ui = 6v ⇒ R1 = R2 = 30 k∧ Đặc tính hàm truyền động điện chiều thay đổi mạnh chuyển vùng dòng điện gián đoạn Điều làm phức tạp cho công việc tổng hợp điều chỉnh hệ Vì sử dụng điều chỉnh dòng điện thích nghi nên có khả thayđổi đựơc cấu trúc thơng số giúp cho hệ đạt đặc tính điều chỉnh tốt Mạch vòng điều chỉnh tốc độ Mạch vòng điều chỉnh tốc độ có chức trực tiếp gián tiếp xác định tốc độ động cho phù hợp với tải trọng thay đổi đột ngột: Ta có sơ đồ: Udω HC (-) Uω ω Ri 1/Ki 1+2TsP Kφ JP Mc Kω Sω 1+PT Căn vào sơ đồ ta có: SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Sow θ i c si ω (P ) R − Kω = (2T P + 1)(T P + 1) K K P T SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH K K=Φ Trường ĐHBK Hà Nội Trong đó: Suy : S o (P ) = ω  Đồ án tốt nghiệp K oω P (Ts P + 1) ω Theo tiêu chuẩn tối ưu mô đun ta xác định hàm truyền thuộc điều chỉnh khâu tỉ lệ: R (P ) = co Soω (P ).2τδP + (1 + τδP ) Rω ( P ) = Với (Tsω = τδ) Ki Φ i = (KP) K.Tc K ω .Ru Tsω Ta có mạch tạo lên khâu tỉ lệ: R1 Udω U R3 + R2 + - Tsω = 2Tsi + Tω = 2.0,002 + 0,001 = 0,005 Chọn: Tw = 0,001 Khi ta có : K= I − I®m 10 i Ui Ui = = = 0,6 chọn: Ui = 6v Kω = U ω W® m - 23 - = 3000 / 9,55 = 0,191 Chọn: Uω = 6v - 23 -  -Ở phần trước ta tính được: Tc = 0,015(s) KΦ = 0,64 Rư 1,65 = (∧) Tư = 0,048 (s) Mà: K( p ) = Ki.KΦ.Tc 2Kω.R− Ts ω Thay số ta có: K(P ) = 2.0,0191.1,65.0,005 mà K( P ) = R1 R3 0,6.0,64.0,015 = 18 chọn R1 = R2 = 10k∧ Theo tiêu chuẩn môđun tối ưu đối xứng mạch vòng điều chỉnh tốc độ có hàm truyền điều chỉnh tốc độ có hàm phân tỉ lệ PT R (P ) = + ToP ω K.To.P Hàm truyền hở mạch là: Fo (P) F (P ) = o i + ToP Φ o c s R K K.T P K K− T ωP.(2T'P + 1) Từ hàm truyền hở ta tìm hàm truyền kín F(P) đồng F(P) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tìm tham số điều chỉnh Nếu chọn T’s = Ts To= 8Tos ' R K i Φ 8(2T ) R K c s i Φ c ω K = K −K ωT 8Ts' K−K T 4Ts' Rω(P ) = Ki.KΦ.Tc 1 + 1) (' ' R K T 8T − Φ s s  -Khi tổng hợp hệ thống theo phương pháp tối ưư đối xứng thường phải dùng thêm khâu tạo tín hiệu đặt Để tránh điều chỉnh khâu tạo tín hiệu đặt thường có hàm truyền khâu phân lọc thơng thấp, bậc có số thời gian lọc phụ thuộc gia tốc cho phép hệ thống ' + 8Ts P Fω(P ) =U (ωP )= ' Ud ( P ) 8Ts' P Ts ;(1 + T s P ) + + [ ω ] mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng có kết vơ sai cấp hai tín hiệu điều khiển vơ sai cấp với tín hiệu nhiễu Như hệ ổn định sai lệch tốc độ khơng Khâu phản hồi âm tốc độ có hàm truyền: Kω + TωP Wω ( P ) = Trong hệ số tỷ lệ Kω = U ω Chọn Uω = 6v ω® m Kω = = 0,02 3000 / 9,55 Vậy: áp dụng theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng với hàm truyền điều chỉnh tốc độ có dạng: R (P ) = KT0 P + ToP ω với To = 4Tsω mà Tsω = Tω + Tsi Chọn Tω = 0,001 (s) vậy: Tsω = 0,001 +2 0,02 = 0,041(s) To = Tsω = 0,041 = 0,164(s) Ki.KΦ.Tc K= 2Tsω.R− Kω Thay số vào biểu thức ta có: K= 0,6.0,64.0,015 R= KTo + ToP ω 2.0,041.1,65.0,02 = = 0,47 + 0,164.P 0,47.0,164 theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng điều chỉnh tốc độ có cấu trúc PI Vậy sơ đồ điều khiển điều chỉnh tốc độ:  R4 Udω R + V+ VC Rf Rg U C = To (III) R3 f Từ = To (II C I) ⇒ C = (IV) chọn tụ C = 1µF R Th = 164000(Ω) = 164(kΩ) ayR 0,16= số4 f vào1.1 −6 KT o thay số vào ta có: T C ( I V ) s u y r a : R = KTo R= 0,74.0,164 1.10 −6 = 77000(Ω) = 77(kΩ) ... cảm ơn! PHẦN I TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều chia thành phần chính: Phần tĩnh... Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cơ cấu chổi than: Dùng để đưa dòng điện từ phần quay ngồi Ngun lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện, dây quấn... khơng đổi, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trường, cảm ứng sức điện động Eư Ở động điện chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đơng Eư gọi