Nghiên cứu Mô phỏng thuật toán chuyển mạch không đối xứng hãm nhánh dưới bộ KĐXCS điều khiển động cơ 1 chiều. Đồ án gồm 3 phần. Phần I: Tổng quan chung về động cơ điện một chiều và chuyển mạch động cơ một chiều Phần II: Hệ thống KĐXCS động cơ DC, Thuật toán chuyển mạch không đối xứng Phần III: Mô phỏng thuật toán chuyển mạch không đối xứng hãm nhánh dưới bộ KĐXCS điều khiển động cơ 1 chiều
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 Bộ khuếch đại xung công suất (KĐXCS) 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 điệnđược cấp điện từ lưới xoay chiều em giao đồ án Nghiên cứu Mơ thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều Đồ án gồm phần Phần I: Tổng quan chung động điện chiều chuyển mạch động chiều Phần II: Hệ thống KĐXCS động DC, Thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng Phần III: Mơ thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều Nội dung đồ án chắn nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện Em mong đươc đóng góp ý kiến cuả thầy cô môn để đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Tiệp Lê tồn thể thầy mơn tận tinh hướng dẫn để em hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trương Quốc Khánh PHẦN I TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CHUYỂN MẠCH ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 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=E- +R-.I 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 Động kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng -Động kích từ hỗn hợp 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 Đảo chiều quay động chiều Đảo chiều quay động kích từ độc lập Chiều lực từ tác dụng vào dòng điện xác định theo quy tắc bàn tay trái Khỉ đảo chiều từ thơng hay đảo chiều dòng điện thi từ lực có chiều ngược lại Hình 10 Sơ đồ nối dây DCMC kích từ độc lập đảo chiều từ thông | đảo chiều dòng điện phản ứng Muốn đảo chiều quay ĐCMC ta thực hai Cách : - Hoặc đảo chiều từ thông ( cách đảo chiều dòng điện kích từ ) - Hoặc đảo chiều dòng điện phản ứng Đường đặc tính động khỉ quay thuận quay ngược đối xứng qua gốc tọa độ hình 11 Phương pháp đảo chiều từ thông thực nhẹ nhàng vi mạch tủ thơng có cơng suất nhỏ mạch phần ứng Tuy , vl cuộn kích tử có số vòng dây lớn , hệ số tự cầm lớn , thời gian đảo chiều tăng lên , Ngải , dùng phương pháp đảo chiều từ thơng từ thơng q trị số lân cận làm tốc độ động tăng cao Đảo chiều quay động điện chiều kích từ nối tiếp Động chiều kích từ nối tiếp đảo chiều quay đảo chiều điện áp cấp cho mạch phần ứng hình 2.24: PHẦN II: HỆ THỐNG KĐXCS ĐỘNG CƠ MỘ CHIỀU & THUẬT TỐN CHUYỂN MẠCH KHƠNG ĐỐI XỨNG NHÁNH DƯỚI I Hệ thống khuếch đại xung công suất – động chiều: Sơ đồ khối Modul Mechanotronic sở động chiều bao gồm crocontroller ( MK ) , khuếch đại xung công suất ( KĐXCS ) động chiều ĐCMC ) hình Ky MK KĐXCS ĐCMC Ky CW Udc wdc Hình - Modul Mechanotronic sở động chiều Code điều khiển Ky nhận từ máy tính từ thiết bị tạo code MK tiếp nhận code điều khiển tạo quy luật điều khiển hệ thống " KĐXCS - ĐCMC " , có nghĩa tạo từ điều khiển CW = < U4 - U3 - U2 - U1 > Mỗi UI ( I phần tử khóa chuyển mạch thứ i ) hàm logic điều khiển điều khiển khóa chuyển mạch KĐXCS Do KĐXCS tạo tín hiệu điện áp đặt lên cuộn dây phần ứng động KĐCS trường hợp biến đổi lượng xây dựng thiết bị bán dẫn công suất có điều khiển : Thyristors ( GTO ) Transistors công suất ( IGBT , MOSFET ) Các phần tử bán dẫn công suất làm việc chế độ khóa chuyển mạch , xem xét khóa chuyển mạch Transistors | ĐCMC biến đổi tín hiệu điện Uđc thành chuyển động học , góc quay động de Với vai trò động chấp hành , động chiều hệ thống | Truyền động lượng phần lớn người ta sử dụng với động kích tử nam châm vĩnh cửu kích từ độc lập với sơ đồ nối dây KĐXCS VÀ ĐCMC hình Hình - Sơ đồ " KĐMCS DCMC Trên hình , , KE1…KE4 phần tử chuyển mạch tranzitor Trên đầu vào KE tiếp nhận tín hiệu logic Và hàm logic điều khiển – UI(mt02 ) , I - Số KE , t02 - khoản hàm logic điều khiển - UI ( ) xác định máy phát xung nhịp MK ; m , , , Tổ hợp điều kiện điều khiển hệ thống KĐXCSĐCMC Hệ thống biến logic, Để xây dựng thuật toán điều khiển cần phải xác định điều ki yêu cầu thuật toắn , xác định xây dựng mơ hình tốn học kĩ dau vào , đầu , biến trung gian , hay hệ thống biển hàm logic , Tổ hợp điều kiện điều khiển hệ thống KĐXCS - ĐCMC : • Đảo chiều động , • Điều chỉnh tốc độ ; Cân tải KE theo dòng - Khơng tồn q trình chuyển mạch code điều khiển không - Bảo vệ khỏi dòng dò ; Sau xem xét biến logic để thực tổ hợp điều kiện ; Hướng quay động xác định cực tính điện áp nguồn ni phụ thuộc vào dấu code điều khiển , miêu tả biển SG : SG= 3.1 Đồ thị minh họa cho biểu thức ( ) cho hình Giá trị biến SG B hàm thời gian , đồ thị thời gian SG hình 3a - Giá trị trung bình tốc độ động điều khiển xung xác định điện áp trung bình đặt lên điểm nối dây cuộn dây động ( momen tải không ) Giá trị điện áp trung bình trường hợp xác định khoảng thời gian mà động nằm chế độ động , chế độ hãm Theo phương pháp người ta phân biệt tín hiệu độ rộng xung đối xứng không đối xứng Tuỳ thuộc vào cách thực khoảng thời gian đc miêu tả biến logic Q (tín hiệu độ rộng xung không đối xứng) 3.2 Hoặc QV ( tín hiệu độ rộng xung đối xứng ) Ở t02 , chu kỳ đo PH từ máy phát xung đến biến đổi THDRX ; m = , , , số tự nhiên : k= E(m / Kcp ) + + chu kỳ , Kcp đêm chu kỳ biến đổi code THERX ; TwKcp - cac chu kỳ THDRX ; E Phần nguyên làm tròn biểu thức dấu ngoặc Các giá trị tín hiệu độ rộng xung đối xứng khơng đối xứng minh, họa hình 4b , c Trong trường hợp KĐXCS yêu cầu cần tải KE theo dòng thị đưa vào biến logic Y , Biến nảy xác định chu kỳ chuyển mạch cưỡng KE chế độ ngắt nguồn ni cặp vun phía phía chuyển động theo hai hướng Mô tả toán học biển Y xác định Sau : 3.4 Hình - Lưu đồ thời gian quan hệ biển logic Y C Đồ thị Y Q hình - + Trong trường hợp sử dụng tín hiệu ĐKXDX sử dụng biến Y không nên gây dòng rò qua hai nhánh Vân chu kỳ THĐRX , cầu kỳ THERX đối xứng xác định chuyển mạch cưỡng cần phải đưa vào biển logic Z sau : Đồ thi minh họa biển logic Z ràng buộc thời gian với biến logic QV cho hình : Hình - Laru thời gian quan hệ biến logic Z QV • Để đảm bảo khơng có chuyển mạch KE khỉ code điều khiển thông ta đưa vào biến logic P sau : • Một nhiệm vụ quan trọng sử dụng KĐXCS giảm ảnh hưởng dòng rò chảy qua Transistors thời điểm chuyển mạch Dòng rò làm sai lệch thơng tin ( UI ) tốc độ yêu cầu động gây tổn hao phụ lượng phát nóng KE , dẫn đến giảm khả làm việc Transistors giảm độ tin cậy toàn hệ thống truyền động | Do có dòng rò Transistors nên gây quán tính ( trẻ ) Khi tăng ( T + ) hay giảm ( T - ) Hồng Kolector transistor ( TP ) , gây giảm dòng cực gốc ( bazơ ) Q trình chuyển mạch transistors tương ứng với mẫu sơ đồ Zoepea - Molla cho hình - , Hình - Mẫu sơ đồ Zoepea - folla Chúng ta ký hiệu thời gian cần thiết để kết thúc trình chuyển transiston tương ứng với biển logie LQ Ở dây D =E[Td/t02+1/2] , Qi Qi - giá trị trước biển Q, 1(Dt02) , có nghĩa độ dài trạng thái logic ( D ) giá thời điểm đảo trạng thái biến ; Tp khoảng thời gian cần thiết để thành trình chuyển mạch transiston * Tương tự trường hợp sử dụng THERX đối xửng vào biển logie LQV sau : Ở LQVi , LQVi-1 , giá trị trước biển QV ( Xác định thời điểm thay đổi biển QV ) Đồ thị minh hoạ LQV hình - 10 Hình - Đồ thị LQV • Khi đảo chiều , động nằm chế độ động chế độ hăm động , qua hai nhánh vạn có dòng rò chảy qua Chúng ta đưa vào biển logic LSG , thị minh họa hình - , Hình 39 Đồ thị SG , LSG 11 | 12 Hệ thống biến logic ( ) , ( ) đầy đủ cho phép thực qui luật điều khiển khiển đồng thời , riêng biệt , kết hợp khố chuyển mạch Khi cácnô biến U1 , U2 , U3 , U4 hình 10 tương ứng với bảng Trong to tương ứng với tổ hợp U4 U3 U2 U1 nhận giá trị từ 0000 đến 1111 Các trạng thái năm vùng tô đậm trang thái cảm không sử dụng Thuật tốn chuyển mạch khơng đối khơng đối xứng Đối với quy luật chuyển mạch khơng đối xứng khóa chuyển mạch có hai giải pháp lựa chọn thực chế hãm động Các phân tử t5 ( hãm hạ khóa chuyển mạch phía ) t10 ( hãm khóa chuyển mạch phiá ) tập hợp T^2 xác định phương án thực chúng đồng thời tồn Các phần tử tạ ta tập hợp T^2 , chế độ chuyển mạch mạch đối xứng , xác định cho cuộn dây động điện áp nguồn Un II 13 Bảng Cacno hai trường hợp nêu hình vẽ 14 Bang Bảng Cacno điều khiển không đối xứng với hỗn động nhánh ( a ) hãm nhánh ( b ) Khi thực hãm động lực cặp khóa chuyển mạch bên t5 điện áp đặt vào động : +còn thực với cặp khóa chuyển mạch phía ( t10 ) : Trên hình 15 a , b đưa biểu đồ thời gian U , biến logic SG , Q hàm logic điều khiển U4 UI , tương ứng với ( 12 , 313 ) Các hàm logic điều khiển U4 UI phần tử tập hợp T trường hợp hình , 15a 15b đưa tương ứng với bảng 3a bảng3 3b Biểu thức phân tích tối thiểu hàm logic điều khiển quy luật chuyển mạch khơng đối xứng nhận trực bảng 3.3a U1 = ~(SG.Q) U2 =~U1 U3 = ~(~SG Q) U4 =~U3 theo bảng 3b : Ul = ~SG.Q U2=~U1 U3 = SG Q U4 =~ U3 14 15 Phân tích biểu thức ( 14 ) ( 15 ) : + Khi Q - l = constan , tương ứng với y = hai biểu thức giống U1 = ~SG.Q; U2 =~ Ul ; U3 = SG.Q ; U4 =~U3 , phụ thuộc vào hướng quay hàm logic điều khiển U1 U4 bị suy thoái thành số , tương ứng với trạng thái : tg SG = ta SG = , xác định cho động điện áp + Un( t9 ) – Un(t6) Khi Q = = const , tương ứng với Y = hai biểu thức bị suy thoái số t5 ( hãm qua khóa chuyển mạch phía ) t10 ( hẩm qua khóa chuyên mạch phía ) Sơ đồ Graph chung quy luật chuyển mạch không đối xứng lên hình 16 Hình - 16 Lưu đồ Graph chuyển mạch không đối xứng Trong quy luật chuyển mạch không đối xứng , tương tự từ bảng Cáchơ ( hình 15 ) sơ đồ Graph ( hình 16 ) chuyển động hướng , hai khóa chuyển mạch nhánh chuyển mạch với chu kỳ tín hiệu độ rộng xung , thời gian hai khóa chuyển mạch khác khơng q mạch dẫn đến tải khơng khóa chuyển mạch theo dòng điện Phần III: Mơ thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều: 16 Thực mô Proteus viết code tạo xung điều khiển Keil C: Khối U1 VDk 89s51 dùng để tạo xung PWM có độ rộng 75% Tần số 100Hz, đưa chân P2.3 làm tín hiệu Q (độ rộng xung không đối xứng) Được nạp code sau: 17 Khối U2 vi điều khiển 89c51 dùng để nhận tín hiệu Q vào chân P1.3, tín hiệu chuyển mạch SG đưa vào chân P1.0 Các tín hiệu điều khiển U1…4 đưa chân P2.0…3 U2 nạp code sau: 18 Khối O1 dùng để quan sát dạng xung chân tín hiệu điều khiển đóng mở Tranzitor U1 U2 U3 U4 tương ứng với kênh A B C D Khối O2 dùng để quan sát tín hiệu SG, Q, Udc quay thuận Udc quay ngược tương ứng với kênh A B C D , Ta có kết chạy Mơ thuật tốn chuyển mạch không đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều sau đây: O2 19 O1: 20 Nhận xét: Như ta thực mô kết xung kết ta nghiên cứu thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều Hà Nội – tháng 12 - 2019 21 ... thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều sau đây: O2 19 O1: 20 Nhận xét: Như ta thực mô kết xung kết ta nghiên cứu thuật tốn chuyển mạch khơng đối xứng hãm nhánh. .. mạch theo dòng điện Phần III: Mơ thuật tốn chuyển mạch không đối xứng hãm nhánh KĐXCS điều khiển động chiều: 16 Thực mô Proteus viết code tạo xung điều khiển Keil C: Khối U1 VDk 89s 51 dùng để tạo... quy luật chuyển mạch khơng đối xứng lên hình 16 Hình - 16 Lưu đồ Graph chuyển mạch không đối xứng Trong quy luật chuyển mạch không đối xứng , tương tự từ bảng Cáchơ ( hình 15 ) sơ đồ Graph