mô phỏng cấu trúc điều khiển động cơ điện một chiều trong vùng suy giảm từ thông

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .3 1.1 Khái niệm .3 1.2 Cấu tạo, phân loại động điện chiều .3 CHƯƠNG 2.XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ VÀ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH 2.1 Xây dựng mơ hình động 2.2 Xây dựng mạch vòng tốc độ mạch vòng dòng cho động 10 Chương 3: Mô đặc tính động .15 3.1 Lựa chọn thông số cho mô 15 3.2 Mô trường hợp cụ thể động simulink 15 3.3 Kết luận 21 LỜI MỞ ĐẦU Đối với kỹ sư điều khiển – tự động hóa nói riêng người nghiên cứu khoa học – kỹ thuật nói chung, mơ cơng cụ quan trọng cho phép khảo sát đối tượng hệ thống hay q trình kỹ thuật – vật lí, mà khơng thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực Được trang bị công cụ mô mạch có hiểu biết vè phương pháp mơ hình hóa, người kĩ sư có khả rút ngắn thời gian giảm chi phí nghiên cứu – phát triển sản phẩm cách đáng kể Điều đặc biệt có ý nghĩa sản phẩm hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn Động điện chiều ngày sử dụng rộng tãi sản xuất cộng nghiệp bới tính mà mang lại như: không cần nguồn xoay chiều, thực việc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng, … Chính lí đố mà em giao đề tài động chiều đối tượng để mơ Em xin cảm ơn thầy Phạm Tâm Thành hướng dẫn em hoàn thành tập lớn CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Khái niệm Động điện chiều máy điện quay dùng để biến đổi lượng điện chiều thành Động điện chiều bao gồm: Động điện chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp 1.2 Cấu tạo, phân loại động điện chiều a Cấu tạo động điện chiều Máy điện chiều máy phát động điện có cấu tạo giống Những phần máy điện chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) phần ứng (Phần quay Ngồi cịn có phận chổi than, cổ góp - Phần cảm Stator) Phần cảm gọi stator, gồm lõi thép làm thép đúc, vừa mạch từ, vừa vỏ máy, mặt có gắn cực từ cực từ phụ (hình 1.1) Dây quấn cực từ chình đặt cực từ nối nối tiếp Dây quấn cực từ phụ đặt cực từ phụ, tạo từ trường phụ Hình 1.1 Hình dạng mặt cắt ngang máy điện chiều + Mạch từ dây quấn kích từ lồng ngồi mạch từ (nếu động kích từ nam châm điện), mạch từ làm sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích từ làm dây điện từ (dây đồn), cuộn dây điện từ mắc nối tiếp với + Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện hay thép Cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bu lơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kĩ thuật thành khối, sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với + Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ chình Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dân quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bu lông + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nói liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dây uốn hàn lại, máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy -Phần ứng (rotor) Phần ứng máy điện chiều gọi rotor, gồm lõi thép, dây quấn phần ứng + Lõi thép phần ứng: Dùng để dẫn từ thường dùng thép kĩ thuật điện (hình 1.2) dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua cá khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Hình 1.2 Lá thép rotor + Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt rãnh phần ứng tạo thành nhiều vịng kín Phần tử dây quấn bối dây gồm nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp vành góp (hình 1.3a) hai cạnh tác dụng phần tử đặt hai rãnh hai cực từ khác tên (hình 1.3b) Hình 1.3 Dây quấn phần ứng a) Phần tử dây quấn b) Bố trí phần tử dây quấn -Cổ góp chổi than Cổ góp chổi than phận để biến đổi dịng điện rotor Đây coi chỉnh lưu hay nghịch lưu khí Cổ góp gồm phiến góp đồng ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn đầu trục Chổi than làm than graphic Các chổi than tì chặt lên cổ góp nhờ lị xo giá chổi điện gắn nắp máy b Phân loại, ưu điểm nhược điển động chiều - Dựa theo cuộn kích từ, động điện chiều có loại sau: +Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ +Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng +Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với phần ứng +Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần vùng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng -Ưu nhược điểm động điện chiều c) Cấu trúc điều khiển động điện chiều vùng suy giảm từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích động điện chiều điều chỉnh mô men điện từ động sức điện động quay dộng Mạch kích từ dộng mạch phi tuyến, hệ điều chỉnh từ thơng hệ phi tuyến Trong đó: rk điện trở dây quấn kích thích rb điện trở nguồn điện áp kích thích wk số vịng dây dây quấn kích thích Trong chế độ xác lập ta có quan hệ Thường điều chỉnh từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức, đặc tính thấp vùng điều chỉnh từ thơng đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức gọi đặc tính (đơi đặc tính tự nhiên động cơ) Tốc độ lớn dải điều chỉnh từ thông bị hạn ché khả chuyển mạch cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động đồng thời điều kiện chuyển mạch cổ góp bị xấu đi, để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết mô mem co phép trục động giảm nhanh Ngay giữ nguyên dòng điện phần ứng độ cứng đặc tính giảm nhanh giảm từ thơng kích thích hay Hình 1.3: Sơ đồ thay a) Đặc tính điều chỉnh điều chỉnh từ thông động cư b) Đặc tính quan hệ c) Do điều chỉnh tốc độ cách giảm từ thông nên động cư mà từ thông định mức nằm trễ tiếp giáp vùng tuyến tính cà vùng bão hào đặc tính từ hóa coi việc điều chỉnh tuyến tính số C phụ thuộc vào thông số kết cấu máy điện CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ VÀ CÁC MẠCH VỊNG ĐIỀU CHỈNH 2.1 Xây dựng mơ hình động Mơ hình động kích từ động lập biểu diễn hình sau: Hình 2.1: Cấu trúc động chiều kích từ độc lập Trong khối động sau: Hình 2.2: Khối động Tính tốn thơng số cho động cơ: Mơ hình tĩnh: Các đại lượng Các phương trình Từ thơng kích từ Sức điện động Dòng điện phần ứng Momen điện từ Tốc độ động Bảng 1: Tính tốn mơ hình tĩnh Mơ hình động: Các đại lượng Từ thơng kích từ Sức điện động Dòng điện phần ứng Momen điện từ Tốc độ động Các phương trình Biến đổi LapLace E(S)= Bảng 2: Tính tốn mơ hình động Thơng số nhập vào: Udc=110 Pdm=3200 Iu=37 ndm=1500 Ru=0.255 Lu=11.3 J=1.5 E=Udc-Ru*Iu W=(2*pi*ndm)/60 KPhi=E/W MT=Pdm/W Kết mô động chiều kích từ độc lập: Hình 2.3: Mơ hoạt động chiều kích từ độc lập Nhận xét: thời gian từ lúc dao động đến lúc ổn định lâu Momen quay, momen điện từ, tốc độ động sau khoảng 50s bắt đầu ổn định 2.2 Xây dựng mạch vòng tốc độ mạch vòng dòng cho động Các thông số cho trước: Pđm công suất định mức động = 3.2(kW) Uđm điện áp định mức phần ứng =100(V) nđm tốc độ quay định mức = 1500(v/p) ꞃđm hiệu suất danh định động = 90% Lư điện cảm phần ứng = 0.0113(H) Ti số thời gian máy biến dòng = 10 Tv số thời gian chỉnh lưu = Tđk số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu Tw số thời gian máy phát tốc Các phương trình phản ứng phần ứng động điện chiều: Uư điện áp phần ứng Eư suất điện động phần ứng Rư điện trở mạch phần ứng Rf điện trở phụ mạch phần ứng Iư dòng điện mạch phần ứng rư điện trở cuộn dây phần ứng rcf điện trở cực từ phụ rb điện trở cuộn bù rct điện trở tiếp xúc chổi điện p số đơi cực chình N số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng O từ thơng kích từ cực từ w tốc độ góc Eư = Ke.O n n: Tốc độ roto 11 Phương trình đặc tính điện: Phương trình đặc tính cơ: Trong đó: Tính momen định mức: Từ sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tốc độ ta có Chọn Udk = ta có : Hàm truyền điều chỉnh dòng điện: Chọn 12 Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện lựa chọn sơ đồ sau: 13 Hình 2.4: Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện dùng mơ hình sau Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T-Đ Chương 3: Mơ đặc tính động 3.1 Lựa chọn thông số cho mô * Chọn thông số cho động điện chiều -Điện trở phần ứng: -Mo men quán tính: -Điện cảm phần ứng: -Hằng số động cơ: -Từ thông danh định: -Công suất định mức: -Điện áp định mức: 14 -Điện áp định mức: -Tốc độ định mức: 3.2 Mô trường hợp cụ thể động simulink Nhập thơng số hình: Pdm=2200 Udm=110 ndm=3000 Idm=25 Lu=0.0083 Ti=0.002 Tt=Tv+Tdk+Ti J=0.055 Tv=0.0025 Tdk=0.0001 Eu=105 Ru=0.2 Wdm=3000/9.55 Mdm=Pdm/Wdm Kphi=Mdm/Idm Tu=Lu/Ru Udk=10 Kcl=Udm/Udk Uid=7 Ki=Uid/Idm Tc=(J*Ru)/(Kphi*Kphi) Uwd=10 Kw=Uwd/Wdm Tw=0.001 Tsw=Tw + 2*Ti Tsi=0.0046 Mơ hình cấu trúc điều khiển động chiều kích từ độc lập biểu diễn hình 3.1 3.2 15 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động chiều kích từ độc lập Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động chiều kích từ độc lập Trong khối điều khiển có thơng số sau: 16 Hình 3.3: Khối điều khiển Khối BBD có thơng số sau: Hình 3.4: Khối PID 17 Khối Ri có thơng số: Hình 3.5: Khối Ri Sau đặc tính tốc độ, đặc tính dịng điện, đặc tính điện áp phản hồi mô bên Đặc tính tốc độ: Hình 3.6: Đặc tính tốc độ 18 Nhận xét: độ điều chỉnh tương đối nhỏ thời gian q độ tương đối lớn Đặc tính dịng điện: Hình 3.6: Đặc tính dịng điện Đặc tính điện áp phản hồi: 19 Hình 3.7: Đặc tính điện áp phản hồi Nhận xét: + Khi có nhiễu giá trị dòng điện mo men tăng theo, giá trị tốc độ điện áp phản hồi giảm +Điện áp phản hồi khơng cịn bám với tín hiệu đặt 3.3 Kết luận - Thời gian độ tương đối nhỏ vùng điều chỉnh hệ sai lệch tương đối lớn mơ hình chưa thực tốt - Việc điều chỉnh dòng để thay đổi momen tương đối dễ dàng xong gặp khó khăn việc điều chỉnh từ thơng để tác động đến momen Tài liệu tham khảo: Matlab & simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động: Tác giả tiến sĩ Nguyễn Phùng Quang, xuất năm 2008, nhà xuất Khoa học kĩ thuật http://www.vinabooks.vn/sach-1/Matlab-simulink-danh-cho-ky-su-dieu-khien-tudong-16185/ Điều chỉnh tự động truyền động điện: Tác giả Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễu, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị, xuất 2008, nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 20 http://www.xbook.com.vn/newsdetail.asp?CatId=282&NewsId=3873 Lí thuyết điều khiển tự động: tác giả Nguyễn Văn Hòa, xuất 2006, nhà xuất Khoa học kĩ thuật https://fr.scribd.com/document/340753677/SACH-SCAN-C%C6%A1-S%E1%BB %9F-L%C3%BD-Thuy%E1%BA%BFt-%C4%90i%E1%BB%81u-Khi%E1%BB %83n-T%E1%BB%B1-%C4%90%E1%BB%99ng-Nguy%E1%BB%85n-V %C4%83n-Hoa 21 ... điểm động điện chiều c) Cấu trúc điều khiển động điện chiều vùng suy giảm từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích động điện chiều điều chỉnh mô men điện từ động sức điện động quay dộng Mạch kích từ. .. hình cấu trúc điều khiển động chiều kích từ độc lập biểu diễn hình 3.1 3.2 15 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động chiều kích từ độc lập Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển động chiều kích từ. .. lượng điện chiều thành Động điện chiều bao gồm: Động điện chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp 1.2 Cấu tạo, phân loại động điện chiều a Cấu tạo động điện chiều Máy điện chiều máy