xây dựng hệ thống chỉnh lưu không điều khiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác, dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao

Hiện nay, nền công nghiệp càng phát triển mạnh mẽ bao nhiêu thì ứng dụng của việc điều khiển một chiều cũng như máy điện một chiều đặc biệt là động cơ điện một chiều càng được sử dụng rộng rãi bấy nhiêu. Và để đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất trong sản xuất thì chất lượng điều khiển một chiều là hết sức quan trọng. Những năm gần đây kĩ thuật số phát triển rất nhanh nhưng kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn đã hoàn chỉnh hơn, cả về lý thuyết và ứng dụng do có những ưu điểm ưu việt như: có khả năng điều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy và chính xác cao…ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng là điều khiển điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại ngày càng sâu rộng. Vì vậy, mục đích của đề tài là xây dựng hệ thống chỉnh lưu không điều khiển đảo chiều và ổn định tốc độ động cơ một chiều một cách chính xác, dễ sử dụng và vận hành và có độ ổn định cao.

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Môc lôc Lời mở đầu Ch−¬ng Các phơng pháp điều khiển .5 động chiều 1.1 Kh¸i niƯm chung 1.2 Động điện chiÒu 1.2.1 Tầm quan trọng động điện chiều 1.2.2 Cấu tạo động điện chiÒu 1.2.3 Nguyên lý lm việc động điện chiÒu 1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động điện mét chiỊu 1.3.1 S¬ đồ nối dây đặc tính động chiỊu kÝch tõ ®éc lËp 1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc độ 11 1.4 C¸c hƯ thống điều khiển tốc độ động chiều điện áp phần ứng 16 1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động (F-Đ) 16 1.4.2 HƯ thèng ®iỊu khiển tốc độ băm áp chiều .17 1.4.3 HƯ thèng ®iỊu khiĨn tèc ®é b»ng chØnh lu 18 CHƯƠNG 21 C¸C Bé NGUåN CHØNH LƯU Có ĐIềU KHIểN .21 2.1 Sơ ®å chØnh lu cÇu mét pha cã ®iỊu khiĨn 22 2.2 S¬ ®å chØnh lu tia ba pha cã ®iỊu khiĨn .24 2.3 S¬ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xøng 27 2.4 S¬ ®å chØnh lu cÇu ba pha ®iỊu khiĨn ®èi xøng 28 Ch¬ng 35 tính toán mạch động lực 35 cho hƯ trun ®éng .35 3.1 Mạch động lực hệ truyền động .35 3.2 TÝnh chän Tiristor 36 3.3 TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh lu .37 3.4 ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc 44 3.4.1 X¸c định gãc mở cực tiểu cực đại .44 3.4.2 Xác định thành phần sóng hài 45 3.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 45 3.4.4 ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc 46 SVTH: Nguyễn Văn Hải Líp: TB§-§T 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 3.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực .49 3.5.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 49 50 3.5.2 Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn 50 3.5.3 Bảo vệ dòng điện cho van .51 3.5.4 B¶o vƯ điện áp cho van 52 Ch¬ng 54 Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho 54 bé nguån chØnh lu 54 4.1 Nguyên tắc ®iỊu khiĨn 54 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 54 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 55 4.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 56 4.3 Nguyên tắc phát xung mạch điều khiển 57 4.4 Tính toán thông số mạch điều khiển 59 4.4.1 TÝnh biÕn ¸p xung 62 4.4.2 Tính tầng khuếch đại cuối .63 4.4.3 Chän cæng AND .64 4.4.4 Chän R9vµ C3: 65 4.4.5 TÝnh chän bé t¹o xung chïm 65 4.4.6 Tính chọn tầng so sánh 66 4.4.7 Tính chọn khâu đồng pha 66 4.4.8 Tạo nguồn nuôi 67 4.4.9 TÝnh to¸n máy biến áp nguồn nuôi đồng pha .69 Ch¬ng 70 Tính toán thiết kế mạch điều khiển 70 hƯ trun ®éng 70 5.1 Phân tích lựa chọn điều khiển tác động liên tục 70 5.1.1 HƯ thèng ®iỊu tèc phản hồi tốc độ có phản hồi âm ngắt dòng ®iƯn 71 5.1.2 HƯ thèng ®iỊu chØnh tèi u hai mạch vòng kín tốc độ quay dòng ®iƯn 73 5.2 TÝnh to¸n bé ®iỊu chØnh tèi u hai mạch vòng kín tốc độ dòng điện .74 5.2.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện .75 5.2.2 Thiết kế mạch vòng tốc độ 77 5.2.3 VÊn đề hạn chế dòng I .79 Ch¬ng 82 SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 M« pháng mạch điện tử công suất đặc tính động ®iƯn MéT CHIỊU 82 6.1 Mô mạch chỉnh lu cã ®iỊu khiĨn b»ng PSIM 82 6.1.1 Bộ chỉnh lu cầu pha điều khiĨn ®èi xøng 82 6.1.2 Bộ chỉnh lu cầu pha điều khiển không ®èi xøng 83 6.1.3 Bé chØnh lu tia ba pha 84 6.1.4 Bé chØnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: .85 6.1.5 Bé chØnh lu cÇu ba pha ®iỊu khiĨn ®èi xøng 87 6.2 Mô đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Matlab 88 6.2.1 Mô động chiều KT§L 88 6.2.2 Mô hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai vòng phản hồi .90 Kết luËn 96 Tài liệu tham khảo 97 SVTH: Nguyễn Văn Hải Líp: TB§-§T 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Lời mở đầu Hiện nay, công nghiệp phát triển mạnh mẽ ứng dụng việc điều khiển chiều nh máy điện chiều đặc biệt động điện chiều đợc sử dụng rộng rÃi nhiêu Và để đáp ứng yêu cầu khắt khe sản xuất chất lợng điều khiển chiều quan trọng Những năm gần kĩ thuật số phát triển nhanh nhng kĩ thuật điện tử bán dẫn công suất lớn đà hoàn chỉnh hơn, lý thuyết ứng dụng có u điểm u việt nh: có khả điều khiển rộng, có tiêu kinh tế cao, kích thớc trọng lợng thấp, độ tin cậy xác caoứng dụng chúng vào việc biến đổi lợng điều khiển điện áp dòng điện xoay chiều thành chiều ngợc lại ngày sâu rộng Vì vậy, mục đích đề tài xây dựng hệ thống chỉnh lu không điều khiển đảo chiều ổn định tốc độ động chiều cách xác, dễ sử dụng vận hành có độ ổn định cao Dới hớng dẫn tận tình thầy Hà Xuân Hoà, em đà tổng hợp đợc tất kiến thức đà có trình học đồng thời tích luỹ đợc thêm nhiều kiến thức khác thực đề tài, điều hữu ích cho thân em sau Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy, ngời đà nhiệt tình bảo giúp đỡ ®Þnh híng cho em st thêi gian qua Xin cảm ơn cha mẹ gia đình đà ủng hộ hết lòng cho vật chất lẫn tinh thần Cảm ơn bạn bè đà bên động viên cổ vũ cho Với kiến thức nhiều hạn chế, em cảm thấy đồ án cần thêm nhiều ®iỊu bỉ xung ®Ĩ nã cã thĨ øng dơng ®ỵc môi trờng sản xuất Em mong đợc góp ý chân thành tích cực từ thầy bạn Xin chân thành cảm ơn! Tháng 11 năm 2008 Lê Minh Tú Chơng SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Các phơng pháp điều khiển động chiều 1.1 Khái niệm chung Điều khiển tốc độ l yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Ta biết hầu hết máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo công việc, điều kiện lm việc m ta lựa chọn tốc độ khác để tối u hoá trình sản xuất Muốn có đợc tốc độ khác máy ta thay đổi cấu trúc học máy nh tỉ số truyền thay đổi tốc độ động truyền động khảo sát theo phơng pháp thay đổi tốc độ động truyền động Tốc độ lm việc động ngời điều khiển quy định đợc gọi l tốc độ đặt Trong trình lm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động phụ thuộc nhiều vo thông số nguồn, mạch v tải nên thông số thay đổi tốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ v không cho phép Để khắc phục ngời ta dùng phơng pháp ổn định tốc độ Độ ổn định tốc độ ảnh hởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) v khả tải động Độ ổn định cng cao dải điều chỉnh cng có khả mở rộng v mômen tải cng lớn Có nhiều phơng pháp để điều chỉnh tốc độ động nh: - Điều chỉnh tham số - Điều chỉnh điện áp nguồn - Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ đề cập đến điều khiển động chiều 1.2 Động điện chiều 1.2.1 Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại, động chiều đợc coi l loại máy quan trọng ngy có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều u điểm nh khả điều chỉnh tốc độ tốt, khả mở máy lớn v đặc biệt l khả tải Chính m động chiều đợc dùng nhiều nghnh công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ nh cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải m điều quan trọng l nghnh công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện Bên cạnh đó, động điện chiều có nhợc điểm định nh so với máy điện xoay chiều giá thnh đắt chế tạo v bảo quản cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện) nhng SVTH: Nguyễn Văn Hải Líp: TB§-§T 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 u điểm nên động điện chiều có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vo khoảng 10000 KW, điện áp vo khoảng vi trăm 1000 V Hớng phát triển l cải tiến tính vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động v chế tạo động có công suất lớn 1.2.2 Cấu tạo động điện chiều Hình 1.1 :Cấu tạo động chiều Động điện chiều phân thnh hai phần chính: phần tĩnh v phần động 1.2.2.1 Phần tĩnh hay stato Đây l phần đứng yên máy, bao gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: a) Cùc tõ chÝnh: Lμ bé phËn sinh tõ trêng gåm cã lõi sắt cực từ v dây quấn kích từ lồng ngoμi lâi s¾t cùc tõ Lâi s¾t cùc tõ lμm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dy 0,5 đến mm ép lại v tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ đợc gắn chặt vo vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện v cuộn dây đợc bọc cách điện kỹ thnh khối tẩm sơn cách điện tr ớc đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt cực từ ny đợc nối tiếp với SVTH: Nguyễn Văn Hải Líp: TB§-§T 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 H×nh 1.2 : Cùc tõ chÝnh Cùc tõ phơ: Cực từ phụ đợc đặt cực từ v dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cùc tõ phơ thêng lμm b»ng thÐp khèi vμ trªn thân cực từ phụ có đặt dây quấn m cấu rạo giống nh dây quấn cực từ Cực từ phụ đợc gắn vo vỏ máy nhờ bulông c) Gông từ: Gông từ dùng lm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời lm vỏ máy Trong động điện nhỏ v vừa thờng dùng thép dy uốn v hn lại Trong máy điện lớn th ờng dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang lμm vá m¸y d) C¸c bé phËn kh¸c: Bao gồm: - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật ngoi rơi vo lm hỏng dây quấn v an ton cho ngời khỏi chạm vo điện Trong máy điện nhỏ v vừa nắp máy có tác dụng lm giá đỡ ổ bi Trong tr ờng hợp ny nắp máy thờng lm gang - Cơ cấu chổi than: Để đa dòng điện từ phần quay ngoi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chạy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định giá chổi than v cách điện với giá Giá chổi than quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại b) 1.2.2.2 Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau: a) Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thờng dùng thép kỹ thuật điện dy 0,5 mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rÃnh để sau ép lại đặt dây quấn vo Trong động trung bình trở lên ngời ta dập lỗ thông gió để ép lạ thnh lõi sắt tạo đ ợc lỗ thông gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thờng chia thnh đoạn nhỏ, ®o¹n Êy cã ®Ĩ mét khe hë gäi lμ khe hở thông gió Khi máy lm việc gió thổi qua khe hở lm nguội dây quấn v lõi SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vo trục Trong động điện lớn, trục v lõi sắt có đặt giá rôto.Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện v giảm nhẹ trọng lợng rôto b) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng l phần phát sinh suất điện động v có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng lm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy ®iƯn nhá cã c«ng st díi vμi kW thêng dïng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa v lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rÃnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rÃnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có lm tre,gỗ hay bakelit c) Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiỊu thμnh mét chiỊu Cỉ gãp gåm nhiỊu phiÕn đồng có đợc mạ cách điện với lớp mica dy từ 0,4 đến 1,2mm v hợp thnh hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vnh ốp v trụ tròn cách điện mica Đuôi vnh góp có cao lên để hn đầu dây phần tử dây quấn v phiến góp đợc dễ dng Hình 1.3 : Lá thép roto Hình1.4 : Phiến đổi chiều cổ góp d) Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió lm nguội máy Máy điện chiều th ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trục máy, động quay cánh quạt hút gió từ ngoi vo động Gió qua vnh góp, cực từ lõi sắt v dây quấn qua quạt gió ngoi lm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt v ổ bi Trơc m¸y thêng lμm b»ng thÐp cacbon tèt 1.2.3 Nguyên lý lm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B dây quấn phần ứng có dòng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trờng chịu lực tác dụng tơng hỗ lên tạo mômen quay tác dụng lên roto làm roto quay chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình1.5a) SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Khi roto quay đợc nửa vòng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện biến đổi dòng điện đổi chiều đa vào phần ứng giữ cho chiều lực tác dụng không đổi lực tác dụng lên roto theo chiều không đổi, đảm bảo chiều quay động không đổi (hình1.5b) Hình1.5 : Nguyên lý làm việc động chiều 1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 1.3.1 Sơ đồ nối dây đặc tính động chiều kích từ độc lập 1.3.1.1 Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập + U • CKT • - Iư Đ + • RKT UKT ã ã - Hình 1.6 :Sơ đồ nối dây động chiều kích từ độc lập 1.3.1.2 Phơng trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Phơng trình cân điện áp phần ứng mạch kích từ: U= e + Rut.iu+Lut Ukt= Rkt.ikt+Lkt diu dt dikt dt ———> Uu= Eu + Rut.(1+Tu.p).Iu ———> Ukt= Rkt.(1+Tkt.p).Ikt Trong ®ã : Rut= Ru + Rfu ; Lut= Lu+Lfu ; Tu= Lkt Lu ; Tkt= Rkt Ru (1-1) (1-2) (1-3) U - điện áp phần ứng (v) E - sức điện động phần ứng (v) SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 R - ®iƯn trë cđa mạch phần ứng () Rfu- điện trở phụ mạch phần ứng () I dòng điện mạch phần ứng (A) Víi : R= ru+rcf+rb+rct Trong ®ã : ru - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - điện trở cn cùc tõ phơ rb - ®iƯn trë cn bï rct - ®iƯn trë tiÕp xóc cđa chỉi ®iƯn Søc điện động Eu động đợc xác định theo c«ng thøc: Eu= P.N Φω 2π a =K Φω (1-4) Trong đó: p số đôi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a - số đôi cự mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng từ thông kích từ díi mét cùc tõ (wb) ω - tèc ®é gãc(rad/s) K= P.N 2π a - hƯ sè cÊu t¹o cđa ®éng c¬ NÕu biĨu diƠn søc ®iƯn ®éng theo tèc độ quay n (vòng/phút) thì: Eu=K n (1-5) 2.n n = 60 9,55 Và = Vì Eu= 60a n P.N Trong ®ã hƯ sè søc ®iƯn ®éng cđa ®éng : Ke= P.N K Ke= 9,55 0,105 K 60a Tõ (1-1) vµ (1-2) ta cã: ω= U u Ru + R f − Iu KΦ KΦ (1-6) Biểu thức phơng trình đặc tính điện động Mặt khác momen điện từ Mdt động đợc xác định bởi: Mdt= KI u (1-7) Suy Iu = M dt KΦ Thay gi¸ trị Iu (1-6) ta đợc : = U u Ru + R f − M dt KΦ ( KΦ ) SVTH: Nguyễn Văn Hải (1-8) 10 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 H×nh 5.8:Đờng cong thích nghi nhảy vọt điển hình tiêu chất lợng bám Hình 5.9:Quá trình trạng thái động đột ngột tăng tải tiêu chống nhiễu Sơ ®å cÊu tróc d¹ng ®iỊu khiĨn tèi u hai m¹ch vòng kín: Hình 5.10: Sơ đồ cấu trúc điều khiển tối u hai mạch vòng kín Ud0 240,66 T = = 24,1 - Đối tợng điều khiển WCL(p) = KCL.e- s p; víi KCL= U dk max 10 1/ Ru Ru / K WĐ1(p) = T p + ; W§2 (p) = T p u c Lut 0,32 Trong ®ã : TU = R = 59,15 = 0,005( s ) ut Lut = 2.LBA +L K +Lu = 2.0,0095 + 0,135 + 0,166 = 0,32( H ) Rut = RCL + Ru = 2.RBA + Rcm + RK + Ru = 2.RBA + X BA + RK + Ru 2π = 2.11,24 + 6/2 π 2,98 + 1,13 + 32,7 = 59,15( Ω ) Tc = J β = 2,32 J - m«mem quán tính tra theo công suất động J = 0,05 kgm vµ β= KΦ = ( KΦ ) Rut = 0,0215 víi: U dm − Ru I dm 220 − 32,7.1,3 = = 1,13(Wb) ωdm 157,07 Chän hệ số phản hồi dòng điện Kpi = 3,077 V/A ( 10V/2,5.Iđm) Chọn hệ số phản hồi tốc độ quay Kpw = 0,0066 V/rad/s ( ≈ 10V.s) 5.2.1 ThiÕt kế mạch vòng dòng điện 1) Xác định số thêi gian: - H»ng sè thêi gian chËm sau Ts chỉnh lu: Thời gian điều khiển bình quân bớc sóng mạch điện cầu pha lµ Ts = 0,00167 s - H»ng sè thêi gian lọc sóng dòng điện Toi : Thời gian bớc sóng mạch điều khiển cầu pha 3,33 ms, để san đầu nhấp nhô sóng, cần có (1 ữ 2)Toi = 3,33 ms, v× thÕ lÊy Toi = ms = 0,002 s - SVTH: Nguyễn Văn Hải 75 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 H»ng số thời gian thành phần mạch vòng dòng điện T01 : Dựa vào phép xử lý gần số thời gian thành phần, lấy T01 = Ts + Toi = 0, 00367 s 2) Chän cÊu tróc bé ®iỊu chỉnh dòng điện - T 0,005 U Căn vào yêu cầu thiết kế: i % 5% , mà T = 0,00367 = 1,36 < 10 Vì 01 điều chỉnh dòng điện chọn kiểu PI, hàm trun cđa nã lµ: Wregi(p) = Ki τi.p +1 τi.p 3) Chọn thông số mạch điều chỉnh dòng điện Hằng số thời gian vợt trớc điều chỉnh dòng ®iÖn: τ i = TU = 0,005( s ) HÖ số khuếch đại mạch hở mạch vòng dòng điện: Từ yêu cầu i % 5% , cần chọn K1.T01 = 0,5 ( xem bảng 2-2 tr129 sở điều khiển tự động truyền động điện (CSĐKTĐĐ -TS Trần Thọ) Do K1 = 0,5/T01 = 0,5/0,00367 = 136,2 (1/s) Do ®ã hƯ sè tû lƯ cđa bé ®iỊu chØnh lµ: τ i Rut Ki = K1 K K =136,2 pi CL 0,005.59,15 = 0,543 3,077.24,1 4) §iỊu kiện hiệu chỉnh gần Tần số ngắt mạch vòng dòng điện ci = K1 = 136, 1/ s ã Điều kiện gần hàm số truyền bé b¸n dÉn tyristo : ω ci ≤ 1/ 3Ts Ta thÊy 1/3Ts = 1/(3.0,00167) = 199,6 > ωci , thoả mÃn điều kiện gần ã Điều kiện bỏ qua ảnh hởng sức điện động mạch vòng dòng điện: ci 1 Thay sè T T = 0,005.2,32 = 27,8 < ci , thoả mÃn Tu Tc U C điều kiện ã Điều kiện xử lý gần số thời gian thành phần: ci Thay sè Ts Toi 1 1 = = 182,39 > ci , thoả mÃn điêu kiện Ts Toi 0, 00167.0, 002 gần 5) Tính toán điện trở điện dung điều chỉnh Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh dòng điện nh h×nh 5.11 Chän R0 = 40 k Ω VËy ta đợc: Ri = Ki.R0 = 21,72 k ; lấy 22 k SVTH: Nguyễn Văn Hải 76 U pi Ro Ro C oi U®i Ro Ro C oi Ri C i Uđk Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Ci = τi /Ri=0,005.106/22.103= 0,23 µ F Coi = 4.Toi/R0 = 4.0,02/40.103 = 0,2 F Hình 5.11:Bộ điều chỉnh dòng kiểu PI Dựa vào tham số nói trên, tiêu trạng thái động mà mạch vòng dòng điện có thĨ lµ σ i % = 4,3% < 5% , thoả mÃn yêu cầu thiết kế 6) Chọn điện trở Sun cảm biến dòng RS = 10 (m) - Dòng điện định mức điện trở Sun khoảng : Is®m= ( – 2,5 ).I®m chän Is®m= 2,5.I®m = 2,5 1,3= 3,25 A - Điện áp định mức : Us®m= 3,25 10.10-3 = 0,0325 (V) = 32,5 (mV) 5.2.2 Thiết kế mạch vòng tốc độ Thay mạch vòng kín (vòng dòng điện) hàm truyền: Wk1(p)= p + 1 2T01 p + = K1 Hình 5.12: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng ®iỊu chØnh tèc ®é sau thay thÕ 1) X¸c định số thời gian ã ã ã Hằng số thời gian mạch vòng dòng điện tơng đơng 2.T01 = 0,0073 s H»ng sè thêi gian läc sãng tốc độ quay Ton: Căn vào tình trạng nhấp nhô sóng dòng điện máy phát tốc dïng Chän T on = 0,01 s H»ng sè thêi gian thành phần mạch vòng tốc độ T 02: Dựa vào xử lý gần số thời gian, lÊy T02 = 2.T01 + Ton = 0,0173 s 2) Chọn cấu trúc điều chỉnh tốc độ quay: Vì yêu cầu thiết kế sai số tĩnh, điều chỉnh tốc độ quay buộc phải có khâu tích phân, sau lại dựa vào yêu cầu trạng thái ®éng, bé ®iÒu τ n p + chØnh tèc ®é chän bé ®iỊu chØnh PI, hµm sè trun: Wregw = K n τ p n SVTH: NguyÔn Văn Hải 77 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 3) Chän tham sè bé ®iỊu chỉnh tốc độ quay: Dựa vào nguyên tắc chất lợng bám đuổi chất lợng chống nhiễu, lấy h = (h độ rộng trung tần có tác dụng định tới chất lợng trạng thái động hệ thống điều khiển, tra theo số liệu bảng 2-7/tr.139 CSĐKTĐTĐĐ), số vợt trớc điều chỉnh tốc độ là: n = h.T02 = 5.0,0173 = 0,0865( s ) Hệ số khuếch đại mạch vòng hở tốc độ quay là: K2 = h +1 +1 = = 401(1 / s ) 2 2.h T02 2.25.0,0173 (CT 2-37/tr 135 CSĐKTĐTĐĐ) Do đó, hệ sè tû lƯ cđa bé ®iỊu chØnh tèc ®é (theo CT 2-83/tr 164): Kn = (h +1).K pi Kφ.Tc 2.h.K pω Rut T02 = 6.3,077.1,13.2,32 = 716,5 2.5.0,0066.59,15.0,0173 4) KiÓm nghiệm điều kiện gần đúng: Từ công thức (2-31/tr134 CSĐKTĐTĐĐ), tần số ngắt mạch tốc độ quay là: cn = • K2 = K τ n = 34, 68 (1/s) 1 Điều kiện đơn giản hoá hàm truyền mạch vòng dòng điện: cn 5.T (CT 01 27-5) Thay sè 1/5.T01 = 1/(5.0,00367) = 54,5 (1/s) > ωcn , thoả mÃn điều kiện gần ã Điều kiện xử lý gần số thời gian thành phần: ωcn ≤ 1 2.T01.Ton (2-42) Thay sè 1 1 = = 38,9 > ωcn , thoả mÃn điều kiện gần 2.T01.Ton 2.0, 00367.0, 01 5) Tính toán điện trở điện dung điều chỉnh Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ quay hình 5.13, lấy R0 = 40 k Ω th×: Rn = Kn.R0 = 28660 k Ω lÊy 29000 k Ω τ 0,0865 n Cn = R = 29000.10 10 = 2,98 µF ; lÊy µ F n 4.T 4.0, 01 0n Con = R = 40.103 10 = µ F SVTH: Nguyễn Văn Hải 78 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 Hình 5.13: Bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PI 6) Hiệu chỉnh lợng điều khiển tốc độ: Từ công thức (2-91/tr169 C ∆n T σ n % =  max % ÷.2.(λ − z ) dm 02 ndm Tc  Ctc CSĐKTĐTĐĐ): C max Lúc h = tra b¶ng 2-7 tr 139 cã C % = 81,2%, tc I R 1,3.59,15 cßn ∆ndm = dm Φut = 1,13 = 68 (vòng/phút) K Giả thiết coi hệ số tải = 1,5 hệ số tải trọng z = (khởi động không tải 68 lý tởng), thÕ σ n % = 81,2%.2.1,5.1500 0,0173 = 0,08% 2,32 < 10%, thoả mÃn yêu cầu 7) Chọn máy pha tốc chiều với điện áp UFT = 110V 5.2.3 Vấn đề hạn chế dòng I Để hạn chế thông số đợc điều khiển vòng (I) cách dùng đặc tính bÃo hoà cho Reg vòng ngoài, vòng tốc độ Khi kết hợp chức hạn chế I Regw có đặc tính khuếch đại bÃo hoà (hình 5.14) UđI = Kpi.I đa vào Reg nhỏ Uđimax = const Tác dụng khâu hạn chế dòng I thể rõ trình khởi động w Uđi Uđi max B A w đm wng tuơng ứng với đoạn AB Uvw Uđw max I đm Hình 5.14: Đặc tính bÃo hoà vòng tốc độ I cp Iu Hình 5.15:Đặc tính tính hệ thống Khi khởi động, điện áp đặt phải đặt định mức tức là: Uđw=Uđwmax UđI= Uđimax nh I = Icp đợc trì suốt trình khởi động Thực tăng nhng nhỏ ( lv = ng ) → Upw = Kpw ω ®đ lín ®Ĩ cho U v lv = Uđm- Upw cha đa điểm làm viƯc khái vïng AB (h×nh 5.14) Trong vïng ω = ững Uđi=Uđimax = const I=Icp=const Còn ω ≥ ωng → U vω ®đ SVTH: Ngun Văn Hải 79 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel : 0918.775.368 nhỏ để điểm làm việc khỏi vùng bÃo hòa (UđI