Bài tập lớn truyền động điện tự động

1/ Bùi Quốc Khánh cùng các tác giả Cơ sở truyền động điện; NXBKHKT 2005 2/ Bùi quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn,… Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXBKHKT2003 3/ Nguyễn Doãn Phước Lý thuy

BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN MINH THƯ

Họ & tên sinh viên: CAO XUÂN HỮU Lớp: ĐHTĐH CK10Z

Vinh, 30/04/2018

U

=

CK§ +

-

B§

FX

CK

FT

u

c®

CL1

CBD

R

I

-I

n

u

n

u i

n

* i

u

u

v

Khoa Điện

Bộ môn Lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG.

Họ và tên sinh viên: Cao Xuân Hữu

Lớp: ĐHTĐH CK10Z

Tên đề tài:

Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động T-Đ.

a/ Số liệu cho trước:

Cho hệ truyền động điện T-Đ (Thyristor-động cơ điện một chiều) có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ

Bộ chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha, Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu: Kb = 15+k (k là

số thự tự sinh viên)

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

R - Bộ điều chỉnh tốc độ quay; R I - Bộ điều chỉnh dòng điện; FT - Máy phát tốc;

FX - Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ; CBD - Cảm biến dòng điện,

u cđ - điện áp chủ đạo áp p(điện áp đặt tốc độ); u n (u n =n) - điện hản hồi tốc độ,

*

i

u - điện áp đặt dòng điện; u i (u i =I) - điện áp phản hồi âm dòng điện

U

=

CK§

+

-

B§

FX

CK

FT

u

c®

CL1

CBD

R

I

-I

n

u

n

u i

n

* i

u

u

v

Thông s ố động cơ: động cơ: ng c : ơ:

U đm I đm W đm R ư Tố động cơ:c

động cơ:

định mức

Hệ số động cơ:

quá tải

l

Tổng trở hệ truyền động cơ:ng

R đ

Thời gian quán tính điện từ

T e

Hằng số động cơ:

quán tính cơ:

học

T m

Hệ số động cơ:

phản hồi dòng β

Hệ số động cơ: phản hồi tố động cơ:c động cơ:

d

22

0

V

16

0

A

157

Rad s

0, 3 Ω

1000 vg/

phút

Ω

0,07 s 0,2+0,k 0,06

V A

0,08

Vs Rad

B/ 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 imax %  5 %

Lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tải đến tốc

độ quay định mức nmax%  10 %

B/ Nội dung cần thực hiện:

1 Xây dựng sơ: đồ cấu trúc của hệ

2 Xác định tham số động cơ: bộng cơ: điều khiển dòng (Ri)

3 Xác định tham só bộng cơ: điều khiển tố động cơ:c động cơ: (Rw)

4 Kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh

Tài liệu tham khảo:.

1/ Bùi Quốc Khánh cùng các tác giả

Cơ sở truyền động điện; NXBKHKT 2005

2/ Bùi quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn,…

Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXBKHKT2003

3/ Nguyễn Doãn Phước

Lý thuyết điều khiển hệ tuyến tính; NXBKHKT2002

Lời nói đầu

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp ở nước ta đã nhập khá nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy cho học sinh, sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt động cũng như nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế của xã hội trong hiện tại và trong những năm tới.

Trong quá trình học tập tại trường em đã được học môn học Điều Chỉnh tự động truyền động Điện, để củng cố kiến thức môn học này cô giáo đã giao đề tài bài tập lớn môn học HS-SV Em đã được nhận đề tài: Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động T-Đ.Tính toán truyền động là một việc làm tương đối khó, trong thời gian làm và học tập vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo trong khoa điện đặc biệt là sự giúp

đỡ chỉ bảo tận tình của cô giáo: Nguyễn Minh Thư, em đã hoàn thành xong môn

học va bài tập lớn này.

Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án chắc khó tránh khỏi các khiếm khuyết Em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy

cô giáo và các bạn để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày 30 tháng 04 năm 2018

Sinh viên

Cao Xuân Hữu

1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ.

Đối với mạch vòng phản hồi dòng điện trong tín hiệu do dòng thường chứa thành phần xoay chiều, để giảm bớt nhiễu do thành phần xoay chiều này gây ra ta sứ dụng một bộ lọc tần thấp có hằng số thời gian là Toi Tuy nhiên khâu lọc làm cho tín hiệu phản hồi bị trễ, để cân bằng sự chậm trễ này thì ở đường vào của tín hiệu đặt ta cũng đưa vào một khâu lọc có cùng hằng số thời gian là Toi

Mặt khác, trong mạch vòng phồi tốc độ, điện áp phản hồi nhận từ máy phát tốc thường

bị nhấp nhô do đổi chiều trong máy điện một chiều gây ra, bởi vậy ta cũng phải đưa vào khâu lọc có hệ số thời gian Ton ở đường vào của tín hiệu phản hồi và tín hiệu đặt Do vậy ta

có sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống như sau:

* Tính toán các tham số của sơ đồ.

Ta có:

e đm

đm

=> Đ

e đm

F

=> độ sụt tốc độ của hệ thống trên đặc tính Tự nhiên với tải định mức

đm d đm

e đm

F

=> sai lệch tĩnh trên đặc tính tự nhiên:

t TN

D

Nhận xét:Ta thấy sai lệch tĩnh của đặc tính Tự nhiên hệ thốn hở rất lớn Do đó thực

hiện hiệu chỉnh hệ thống kín với phản hồi âm tốc và với yêu cầu của hệ thống là không có sai lệch tĩnh Vì vậy ta sử dụng hệ thống điều tốc với phản hồi âm tốc có sử dụng bộ điều chỉnh tỉ lệ có hệ số khuyếch đại K b = 15+49 = 64 (bộ chỉnh lưu cầu 3 pha)

2 Thiết kế bộ điều chỉnh ổn định dòng điện.

Ta có sơ đồ cấu trúc:

a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc.

Do Tm >> Te nên sự biến thiên tốc độ n hay EĐ chậm hơn Id Xét trong thời gian Δt tat ta xem như Δt taEĐ = 0, nên bỏ qua nhiễu EĐ tham gia vào mạch vòng dòng điện Do vậy ta sẽ được sơ đồ cấu trúc sau khi bỏ qua nhiễu và đơn giản hoá là:

với Toi thường chọn là (1 ÷ 2)Toi = 2τ, chọn Toi = 2τ = 2.0,00167 = 0,00334 (vì bộ chỉnh lưu là cầu 3pha nên τ = 0,00167)

Ta thấy Te = 0,07s >> Toi.τ = 0,00334.0,00167 = 5,58.10-6 => xử lí gần đúng:

T p 1 T p 1 T p 1oi   oi   oi  Toi p 1 T p 1 5.10 p 1i 3



với điều kiện:

c

oi

(1)

3 T

 



Khi đó ta có sơ đồ sau khi xử lí gần đúng là:

b Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh.

Từ sơ đồ cấu trúc ta có hàm truyền của đối tượng là:

1 đt

K

W (p)

T p 1 T p 1



1

K

b

 

và T T   0,00344 0,00167 0,00501 s 

* Phân tích: - Mạch vòng dòng điện điều chỉnh quá trình quá độ của hệ thống,

nên dòi hỏi độ chính xác cao

- Hàm truyền của đối tượng là dạng đặc thù của Tối ưu modul

=> Kết luận: Hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện thành hệ thống điển hình loại I Vì vậy theo Tối ưu modul ta có hàm truyền của Bộ điều chỉnh là:

1

1

p 1

W (p) W (p) K

p

 

 với τ1 = Te = 0,07(s) (do Te > TΣii)

c Xác định các tham số bộ điều chỉnh.

Ta có hàm truyền hệ hở của hệ thống sau hiệu chỉnh là:

h

W (p)

p T p 1 p T p 1

1

K K

K 



từ yêu cầu của hệ thống về max% 5% => tra bảng 2 ta được KITΣii = 0,5

=> I

 

=> pi I 1

1

t

vậy hàm truyền của Bộ điều chỉnh được viết lại là:

1

1

t t

d Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng.

i





Theo điều kiện (1) ta có:

oi

139,073



=> điều kiện (1) được thoả mãn Ngoài ra theo điều kiện của tần số cắt ta có:

ci

199,6

 thì với ωci = 73,253 cũng thoã mãn

Vậy Bộ điều chỉnh ta thiết kế là thoả mãn yêu cầu

e Thực hiện Bộ điều chỉnh.

Ta có sơ đồ nguyên lý:

Ta có:

pi pi

oi

oi oi oi

R

K

R

R C

T

4



      



( ) ( ) ( )

pi oi pi 1

pi oi

oi

0,07

R 0,91.10 4T 4.0,00334

t

m m

3 Thiết kế bộ điều chỉnh ổn định tốc độ hệ truyền động.

a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc.

* Biến đổi mạch vòng dòng điện thành một khâu tương ứng.

với  

I d

K I



 

=> chia cả tử và mẫu cho KI ta được:

  KI

2 i

1







xử lí gần đúng: i 2

 

I cn

i

1 K

2

3 T

ta được: KI( )

I

1 1

16,67 0,06

p 1 K

99,8

b

+

* Sơ đồ cấu trúc trạng thái độngcủa hệ thống mạch vòng tốc độ:

* Biến đổi sơ đồ đưa về sơ đồ cấu trúc cơ bản ta được:

16,67 0,01p+1

16,67 R K

T p T p 1

g

16,67 0,01 1p+

với Mc(p) = 0, xử lý gần đúng:

T p T p 1 0,01p 1  T p T 0,01 p 1  T p T p 1 

với điều kiện là:

  cn

n on

3

3 T T

=> Sơ đồ cấu trúc sau xử lý gần đúng là:

b Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh.

* Phân tích: dựa vào sơ đồ ta thấy hệ thống phải chống nhiễu tốt, chịu tác động của tín hiệu đặt

=> hệ thống sau hiệu chỉnh là hệ thống điển hình loại II

Ta có: hàm truyền đối tượng của hệ thống:

đt

g

m

16,67 R K 16,67.0,08.0,5.5,814

g

+

Theo tối ưu đối xứng và với hàm truyền đối tượng như vậy tra bảng (9) ta được hàm truyền của Bộ điều chỉnh:

2

p 1

p

 

 và phối hợp tham số τ2 = hTΣin

c Xác định các tham số bộ điều chỉnh.

Chọn h = 6 => tra bảng 7 ta có: max

b

C

% 84,0 C



kiểm tra lại σnmax%:

n max

T



+

Trong đó:

z là hệ số quá tải cho phép, giả thiết khi khởi động không tải thì z = 0

TΣin = Ton + 0,01 =0,005 + 0,01 = 0,015 với Ton = (1÷ 10) ms, chọn Ton = 5ms

16,67 R K

T p T p 1

g

=> σnmax% = 1,277% ≤ 10% yêu cầu

Vậy bộ điều chỉnh ta chọn là hợp lý

Hàm truyền hở của hệ thống sau hiệu chỉnh:

 

   

với τ2 = hTΣin =6.0,015 = 0,08ms và

n

2 6.0,08

2 hT

=> pn w 2

2

t

Vậy hàm truyền của BĐC được viết lại là:

2

t t

d Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng.

Từ h = 6, tra bảng (4) ta được 2

cn

1,71





12,5

7,31 1,71 1,71



với 2

n

12,5

    Kiểm tra với điều kiện (2) và (3) ta có:

I cn

i

cn

n on

Vậy cả hai điều kiện đều thoả mãn Nên BĐC ta chọn thoả mãn các yêu cầu của hệ thống

e Thực hiện Bộ điều chỉnh.

Ta có sơ đồ nguyên lý:

Ta có:

pn pn

on

on on on

R

K

R

R C

T

4



      



( ) ( ) ( )

pn on pn 2

pn on

on

0,08

R 7,785.10 4T 4.0,005

t

m m

5 Xây dựng sơ đồ nguyên lý của hệ:

6 Mô tả hệ thống trên Matlab.

Đánh giá kết quả:

Từ đặc tính mô phỏng tốc độ ta thấy hệ thống ổn định, lượng quá điều khiển %n max

nhỏ, thời gian điều chỉnh 1,4(s) thỏa mãn yêu cầu của công nghệ