Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS

bài tập dài, điện tử công suất, chỉnh lưu cầu 3 pha, tạo nguồn dòng, bài tập lớn

Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 1 BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI Họ và tên : Trần Đình Đạt SHSV: 20093415 Lớp: ĐK & TĐH 3 – K54 Đề 1 – Phương án 4 Hệ điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển có nhiệm vụ tạo nguồn dòng với số liệu: Phương Án Nguồn AC 3 pha(50Hz) Dòng tải max(A) Dòng tải min(A) Trở tải(Ôm) Điện cảm tải (H) 4 3x220V 40 10 4 1.8 Yêu cầu: 1. Chọn mạch phát xung và tính toán các linh kiện trong mạch. 2. Tổng hợp hệ và chọn luật điều khiển. 3. Mô phỏng hệ điều khiển và toàn bộ hệ thống kín. Chú thích: độ dao động của điện áp nguồn ±15%. Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 2 BÀI LÀM 1. Chọn mạch phát xung và tính toán các linh kiện trong mạch. a. Tính toán thông số biến áp lực. Bảng thông số mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha. Tham số/Sơ đồ 2 d U U Iv 2 d I I 1 . ba d kI I ba d S P k đm Chinh cầu ba pha 2,34 Id/3 0,816 0,816 1,05 0,057 Chọn Thyristor kiểu T130 N có các tham số như sau: Ký hiệu I tb (A) U 0 (V) R d (mΩ) U dk (V) I dk (mA) U T130N 130 1.08 1.53 1.4 250 1.96 U dđm = I dđm . R t = 40.4 = 160V Với 1 0,15U ta có: 1 160 1,65 190,18 1 1 0,15 ddm v d UU UV U          P d = U d .I d = 190,18.40 = 7,61 KW S ba = k p P d = 1,05.7,61 = 7,99 KVA 2 1 190,18 95,61 (1 ) (1 0,15)2,34 d dm u U UV Uk        1 2 220/ 3 1,32 95,61 ba U k U  2 1 1 0,816 0,816.40 32,64 . 0,816. 0,816.40 0,816 102 1,32 d ba d d ba II k I I IA Ik         Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 3 Vậy các tham số máy biến áp cần có là: 7,99 ba S KVA ; 1 220 3U  ; 2 95,61UV ; 1 102IA ; 2 32,64IA . b. Mạch tạo điện áp răng cưa U rc tuyến tính một nửa chu kỳ đi xuống.  Chọn OA loại TL082 chứa 2 OA trong 1 vỏ IC  Chọn 1 10Rk ;  Chọn Điôt ổn áp loại BZX79 có 10 Dz UV để có biên độ điện áp răng cưa là 10V  Chọn 0.22CF   ta có: 3 6 . 15 0.02 68.18 2. . 2 10 0.22 10 Dz ET RK UC           Chọn 3 75Rk  Tính điện trở R2 Chọn thời gian nạp 1 n t ms ,điện áp bão hòa của OA là: 2 6 3 3 1.5 15 1.5 13.5 0.7 13.5 0.7 5.333 . 0.22 10 .10 15 0.001 75.10 bh bh Dz n U E V U RK CU E tR                 Chọn 2 5.6RK Từ đó ta có mạch tạo xung răng cưa như sau: Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 4 c. Khâu so sánh và khâu tạo xung chùm có độ rộng hạn chế dùng monostable. Chọn 45 10R R k   Chọn xung chùm có độ rộng 0 80 Do chu kỳ ứng với tần số 50Hz là T=1/50=0.02=20ms nên ta quy đổi độ rộng xung chùm sang thời gian là: 0 0 20 80 4.5 360 xc ms T ms   Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 5 2. Tổng hợp hệ và chọn luật điều khiển. Sơ đồ cấu trúc của hệ: + () i Rp là hàm truyền của khâu điều chỉnh dòng điện xác định được khi tiến hành tổng hợp hệ + U i đặt : điện áp đặt định mức (là lượng đặt dòng điện),tương ứng với dòng điện định mức 120(A),chọn bằng 10V + R t : là điện trở tải ,ở đây là điện trở cuộn dây tạo từ trường có giá trị bằng 5 + T t :là hằng số thời gian của tải ,trong đó L t là điện cảm của cuộn dây có giá trị bằng 4H Suy ra: 1,8 0,45 4 t t t L Ts R    + K BBĐ : hệ số khuếch đại bộ biến đổi .Đầu vào của khâu này là điện áp điều khiển có giá trị định mức là 5V. Đầu ra của khối này là điện áp chỉnh lưu U d và áp điều chỉnh đạt trị số sao cho dòng tải định mức (40A),vì vậy khi điện trở là 4 thì điện áp qua bộ chỉnh lưu tương ứng định mức phải bằng : U dđm = I dđm . R t = 40.4 = 160 V K BBĐ = U dđm /U đđm = 160/5 =32 + T BBĐ :hằng số thời gian của bộ biến đổi ,ở đây là chỉnh lưu cầu 3 pha nên có giá trị là: Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 6 1 1 2. . 2. BBD dm dm T T f m m  Trong đó: + f 1 : tần số lưới 50Hz ,chu kỳ T=0.02s + m đm : là hệ số đập mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào sơ đồ mạch van .Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha thì m đm = 6 Vì vậy hằng số thời gian bộ biến đổi ở đây là 0.02 1,67 2. 2.6 BBD dm T T ms m    +ki: Hệ số tỷ lệ của mạch phản hồi dòng điện phải đảm bảo khi dòng tải là định mức (40A) thì điện áp phản hồi bằng điện áp định mức U iph =5(V).nên hệ số khuếch đại mạch phản hồi dòng điện phải là: 5 0.125 40 Ki  Ti:là hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện ,thường lấy bằng 1ms Tính toán các thông số:           Chọn T đk =1ms Ta tính toán được như sau: 𝑅 𝑖 Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 7    32 1 . 1 1 0,00267 BBD BBD dk K sT sT s     0.125 1 . 1 0.001 i i K sT s   1 1 0,25 4 1 . 1 0,45 1 0,45 t t R sT s s               Tổng hợp mạch vòng dòng điện như sau: Đặt: 1 1 1.67 3.67 s dk i BBD T T T T ms       0.45 ut T T s Hàm truyền của sơ đồ: 01 () (1 . )(1 . ) BBD i t su KK R Ss T s T s   Điều kiện: su TT Sử dụng tiêu chuẩn tối ưu modun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI: 𝑅 𝑖 Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 8 1. () . u i BBD i s u Ts Rs KK a T s R      Thay số vào ta được: Chọn a=2 3 1. 1 0,45 1 0,45 1 ( ) 75 167 . 32.0,1 0,006 2 3,67 10 4 u i BBD i s u Ts ss Rs KK ss s a T s R                Vậy: Xác định hàm truyền của khâu điều chỉnh theo tổng hợp mạch ta có: + K p =75 + K i =167 Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ:           -Tính toán mạch điều khiển Chọn R 1 = R 2 1 1 1 1 1 ( ) ( ) (0) . . (0) . ra dk d ph d ph p v v Ro u u U U U U dt U K U K U dt U R C R             Chọn : 1 10Rk 0 21 21 75 75 10 750 p R K R k R        5 3 51 11 167 0,6 . 167 10 10 I K C F CR        Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 9 Chọn C3 = 0,68µF Cấu trúc bộ PI 3.Mô phỏng hệ điều khiển và toàn bộ hệ thống kín. a) Mô phỏng hàm truyền Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 10 b) Kết quả mô phỏng.  Tính toán khâu phản hồi dòng: Tính toán: Ta có chuẩn điện trở đo lường : 200 ; 60I A U mV Từ đó ta có . Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 13 Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 14 Báo cáo. Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống ĐTCS Trần Đình Đạt - 20093415 1 BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI Họ và tên : Trần Đình Đạt SHSV: