Bài tập lớn truyền động điện tự động

Bộ môn Lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG  CL CBD CK uc® uv - u n R n u *i - ui I RI = + B§ Ud § CK§ - FX n FT Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN MINH THƯ Họ & tên sinh viên: CAO XUÂN HỮU Lớp: ĐHTĐH CK10Z Vinh, 30/04/2018 LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Khoa Điện Bộ môn Lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG Họ tên sinh viên: Cao Xuân Hữu Lớp: ĐHTĐH CK10Z Tên đề tài: Khảo sát tính tốn tham số cho hệ truyền động T-Đ a/ Số liệu cho trước: Cho hệ truyền động điện T-Đ (Thyristor-động điện chiều) có sơ đồ nguyên lý hình vẽ  CL CBD CK uc® uv - u n R u *i - ui I RI n + B§ = Ud § CK§ - FX n FT Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay dòng điện: R - Bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI - Bộ điều chỉnh dòng điện; FT - Máy phát tốc; FX - Mạch phát xung điều khiển tiristor BĐ; CBD - Cảm biến dòng điện, ucđ - điện áp chủ đạo áp p(điện áp đặt tốc độ); un (un=n) - điện hản hồi tốc độ, u*i - điện áp đặt dòng điện; ui (ui=I) - điện áp phản hồi âm dòng điện Bộ chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu pha, Hệ số khuếch đại chỉnh lưu: Kb = 15+k (k số thự tự sinh viên) GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thông số động cơ: Uđm 22 V Iđm 16 A Wđm 157 Rad s Rư 0, Ω Tốc độ định mức Hệ số tải 1000 vg/ph út 1,5 l Tổng trở hệ truyền động Rđ 0,5 Ω Thời gian quán tính điện từ Te 0,07 s Hằng số quán tính học Tm Hệ số phản hồi dòng β 0,2+0,k 0,06 V A Hệ số phản hồi tốc độ d 0,08 Vs Rad B/ Yêu cầu hệ thống: Chỉ tiêu trạng thái ổn định: Khơng có sai số tĩnh; Chỉ tiêu trạng thái động: Lượng điều chỉnh dòng điện imax %  % Lượng điều chỉnh tốc độ khởi động không tải đến tốc độ quay định mức nmax%  10 % B/ Nội dung cần thực hiện: Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ Xác định tham số điều khiển dòng (Ri) Xác định tham só điều khiển tốc độ (Rw) Kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh Tài liệu tham khảo: 1/ Bùi Quốc Khánh 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 GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Lời nói đầu Trong cơng xây dựng đổi đất nước việc phát triển khoa học kỹ thuật ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp nước ta nhập nhiều loại máy móc, thiết bị đại đòi hỏi trình giảng dạy cho học sinh, sinh viên phải trang bị kiến thức nguyên lý hoạt động nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế xã hội năm tới Trong trình học tập trường em học môn học Điều Chỉnh tự động truyền động Điện, để củng cố kiến thức môn học cô giáo giao đề tài tập lớn môn học HS-SV Em nhận đề tài: Khảo sát tính tốn tham số cho hệ truyền động T-Đ.Tính tốn truyền động việc làm tương đối khó, thời gian làm học tập vừa qua, với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ bảo tận tình thầy, cô giáo khoa điện đặc biệt giúp đỡ bảo tận tình giáo: Nguyễn Minh Thư, em hồn thành xong mơn học va tập lớn Trong trình thiết kế đồ án, với kiến thức hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận xét góp ý thầy cô giáo bạn để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 30 tháng 04 năm 2018 Sinh viên Cao Xuân Hữu GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ Đối với mạch vòng phản hồi dòng điện tín hiệu dòng thường chứa thành phần xoay chiều, để giảm bớt nhiễu thành phần xoay chiều gây ta sứ dụng lọc tần thấp có số thời gian Toi Tuy nhiên khâu lọc làm cho tín hiệu phản hồi bị trễ, để cân chậm trễ đường vào tín hiệu đặt ta đưa vào khâu lọc có số thời gian Toi Mặt khác, mạch vòng phồi tốc độ, điện áp phản hồi nhận từ máy phát tốc thường bị nhấp nhô đổi chiều máy điện chiều gây ra, ta phải đưa vào khâu lọc có hệ số thời gian Ton đường vào tín hiệu phản hồi tín hiệu đặt Do ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống sau: * Tính tốn tham số sơ đồ Ta có: U -I R 220 - 160.0,3 Ceđm F = đm đm u = =0,172 n đm 1000 1 = =5,814 => K Đ = Ceđm F 0,172 => độ sụt tốc độ hệ thống đặc tính Tự nhiên với tải định mức I R 160.0,5 Dn đm = đm d = =465,116 ( vòng) Ceđm F 0,172 => sai lệch tĩnh đặc tính tự nhiên: Dn đm 465,116 St( TN) % = 100 = 100 =31,75% n đm +Dn đm 1000 +465,116 GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Nhận xét:Ta thấy sai lệch tĩnh đặc tính Tự nhiên hệ thốn hở lớn Do thực hiệu chỉnh hệ thống kín với phản hồi âm tốc với yêu cầu hệ thống khơng có sai lệch tĩnh Vì ta sử dụng hệ thống điều tốc với phản hồi âm tốc có sử dụng điều chỉnh tỉ lệ có hệ số khuyếch đại Kb = 15+49 = 64 (bộ chỉnh lưu cầu pha) Thiết kế điều chỉnh ổn định dòng điện Ta có sơ đồ cấu trúc: a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc Do Tm >> Te nên biến thiên tốc độ n hay EĐ chậm Id Xét thời gian Δt ta xem ΔEĐ = 0, nên bỏ qua nhiễu EĐ tham gia vào mạch vòng dòng điện Do ta sơ đồ cấu trúc sau bỏ qua nhiễu đơn giản hoá là: với Toi thường chọn (1 ÷ 2)Toi = 2τ, chọn Toi = 2τ = 2.0,00167 = 0,00334 (vì chỉnh lưu 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:  Toi p  1  Toi p  1  Toi p  1 � Toi    p   T�ip   5.103 p  với điều kiện: 1 c � (1) Toi  Khi ta có sơ đồ sau xử lí gần là: GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN b Lựa chọn cấu trúc điều chỉnh Từ sơ đồ cấu trúc ta có hàm truyền đối tượng là: K1 Wđt (p)   Te p  1  T�i p  1 với K1 = bK b b ( 15 +k) 0,06.( 15 +49) = = =7,68 Rd Rd 0,5 T�i  Toi    0,00344  0,00167  0,00501 s  * Phân tích: - Mạch vòng dòng điện điều chỉnh trình độ hệ thống, nên dòi hỏi độ xác cao - Hàm truyền đối tượng dạng đặc thù Tối ưu modul => Kết luận: Hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện thành hệ thống điển hình loại I Vì theo Tối ưu modul ta có hàm truyền Bộ điều chỉnh là:  p 1 WI (p)  WPI (p)  K pi với τ1 = Te = 0,07(s) (do Te > TΣi) 1p c Xác định tham số điều chỉnh Ta có hàm truyền hệ hở hệ thống sau hiệu chỉnh là: K1K pi K1K pi KI Wh (p)   với K I  1p  T�i p  1 p  T�i p  1 1 từ yêu cầu hệ thống max % �5% => tra bảng ta KITΣi = 0,5 0,5 0,5 0,5    99,8 => K I  T�i Toi   0,00501 K It 99,8.0,07 = =0,91 => K pi = K1 7,68 hàm truyền Bộ điều chỉnh viết lại là: t p +1 0,07p +1 Wi (p) =WPI (p) =K pi =0,91 t 1p 0,07p d Kiểm nghiệm điều kiện gần 0,367 0,367   73, 253 Với K IT�i  0,5  ci  T�i 0,00501 Theo điều kiện (1) ta có: GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 1 ci �   139,073 Toi 0,00167.0,00334 => điều kiện (1) thoả mãn Ngoài theo điều kiện tần số cắt ta có: 1 ci �   199,6 với ωci = 73,253 thỗ mãn 3 3.0,00167 Vậy Bộ điều chỉnh ta thiết kế thoả mãn yêu cầu e Thực Bộ điều chỉnh Ta có sơ đồ nguyên lý: Ta có: K pi  R pi R pi =R oi K pi =0,91.1 =0,91( kW) R oi t 0,07 Cpi = = =76,9 ( mF) R pi 0,91.103 1  Te  R pi Cpi  cho R oi  1k  Toi  R oi Coi 4T 4.0,00334 Coi = oi = =13,36 ( mF) R oi 1.103 Thiết kế điều chỉnh ổn định tốc độ hệ truyền động a Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc * Biến đổi mạch vòng dòng điện thành khâu tương ứng GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN KI  với W  p   Id  => chia tử mẫu cho KI ta được: KI * U i T�i p  p  K I WKI  p   xử lí gần đúng: T�i KI p2  KI  T�i p  �1 KI KI p2  KI p 1 p  với điều kiện là: KI cn � T�i  2 16,67 b 0,06 = = ta được: WKI ( p) = p +1 p +1 0,01p +1 KI 99,8 16, 67 0, 01 p +1 * Sơ đồ cấu trúc trạng thái độngcủa hệ thống mạch vòng tốc độ: 16,67 0,01 p +1 * Biến đổi sơ đồ đưa sơ đồ cấu trúc ta được: 16,67g R dĐK Tm p ( T�n p +1) GVHD: NGUYỄN MINH THƯ SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN với Mc(p) = 0, xử lý gần đúng: Tm p  Ton p  1  0,01p  1 �Tm p �  Ton  0,01 p  1� � � Tm p  T�n p  1 với điều kiện là: 1 cn � T�n Ton => Sơ đồ cấu trúc sau xử lý gần là:  3 16,67g R dĐK Tm p ( T�n p +1) b Lựa chọn cấu trúc điều chỉnh * Phân tích: dựa vào sơ đồ ta thấy hệ thống phải chống nhiễu tốt, chịu tác động tín hiệu đặt => hệ thống sau hiệu chỉnh hệ thống điển hình loại II Ta có: hàm truyền đối tượng hệ thống: 16,67g R dĐK K2 Wđt ( p) = = Tm p ( T�n p +1) p ( T�n p +1) 16,67g R dĐK 16,67.0,08.0,5.5,814 = =5,62 với K = Tm 0, +0,49 Theo tối ưu đối xứng với hàm truyền đối tượng tra bảng (9) ta hàm truyền Bộ điều chỉnh:  p 1 Wn  p   WPI  p   K pn phối hợp tham số τ2 = hTΣn 2 p c Xác định tham số điều chỉnh Chọn h = => tra bảng ta có: Cmax %  84,0 Cb kiểm tra lại σnmax%: n max %  Cmaxđm n %.2    z  Cbđm n m =84.2 ( 1,5 - 0) T�n  T 465,116 0,015 =1,277% 1000 0, +0, 49 Trong đó: z hệ số tải cho phép, giả thiết khởi động khơng tải z = TΣn = Ton + 0,01 =0,005 + 0,01 = 0,015 với Ton = (1÷ 10) ms, chọn Ton = 5ms GVHD: NGUYỄN MINH THƯ 10 SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN => σnmax% = 1,277% ≤ 10% yêu cầu Vậy điều chỉnh ta chọn hợp lý Hàm truyền hở hệ thống sau hiệu chỉnh: WIIđt p   Wđt (p).W (p)  K K pn (2 p  1) 2 p  T�n p  1 với τ2 = hTΣn =6.0,015 = 0,08ms K w  h 1  hT�n    K w (2 p  1) p  T�n p  1 1  6.0,08   546,875 K wt 546,875.0,08 = =7,785 => K pn = K2 5,62 Vậy hàm truyền BĐC viết lại là: Wn ( p) =WPI ( p) =K pn t p +1 0,08p +1 =7,785 t 2p 0,08p d Kiểm nghiệm điều kiện gần Từ h = 6, tra bảng (4) ta với 2  2  12,5  1,71 => cn    7,31 cn 1,71 1,71 1   12,5 Kiểm tra với điều kiện (2) (3) ta có: T�n 0,08 cn  7,31  KI 99,8   47 T�i 0,00501 1 1   16,67 T�n Ton 0,08.0,005 Vậy hai điều kiện thoả mãn Nên BĐC ta chọn thoả mãn yêu cầu hệ thống cn  7,31  GVHD: NGUYỄN MINH THƯ 11 SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN e Thực Bộ điều chỉnh Ta có sơ đồ nguyên lý: Ta có: K pn  R pn R pn =R on K pn =1.7,785 =7,785 ( kW) R on t 0,08 Cpn = = =1,028( mF) R pn 7,785.103 2  Te  R pn Cpn  cho R on  1k  Ton  R on Con 4T 4.0,005 Con = on = =20 ( mF) R on 1.103 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ: GVHD: NGUYỄN MINH THƯ 12 SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mô tả hệ thống Matlab GVHD: NGUYỄN MINH THƯ 13 SVTH: CAO XUÂN HỮU LỚP: ĐHTĐH CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đánh giá kết quả: % Từ đặc tính mơ tốc độ ta thấy hệ thống ổn định, lượng điều khiển n max nhỏ, thời gian điều chỉnh 1,4(s) thỏa mãn yêu cầu công nghệ GVHD: NGUYỄN MINH THƯ 14 SVTH: CAO XUÂN HỮU ... BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Khoa Điện Bộ môn Lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG Họ tên sinh viên: Cao Xuân Hữu Lớp: ĐHTĐH CK10Z Tên đề tài: Khảo sát tính tốn tham số cho hệ truyền. .. lý hoạt động nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế xã hội năm tới Trong trình học tập trường em học môn học Điều Chỉnh tự động truyền động Điện, để... liệu tham khảo: 1/ Bùi Quốc Khánh 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