Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động TĐ

Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động TĐ R Bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI Bộ điều chỉnh dòng điện; FT Máy phát tốc; FX Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ; CBD Cảm biến dòng điện, ucđ điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ); un (un=n) điện áp phản hồi tốc độ, điện áp đặt dòng điện; ui (ui=I) điện áp phản hồi âm dòng điện

LỚP: ĐH TDH-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: Nguyễn Minh Tiến Lớp: ĐH TĐH k10z MSSV: 1005150600 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 Rω u *i - ui I RI n + B§ = Ud § CK§ - FX n FT Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay dòng điện: Rω - 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 (điện áp đặt tốc độ); un (un=γ n) - điện áp phản hồi tốc độ, u*i - điện áp đặt dòng điện; ui (ui=βI) - 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=00) (K số cuối mã số sinh viên) Thông số động cơ: GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z Udm Idm Wdm BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ru Hệ số tải λ 220 160 157 V A Rad/s 0,3 1,5 Tổng trở hệ truyền động Rd Thời gian quán tính điện từ Te Hằng số quán tính học Tm 0,5 Ω 0,07s 0,2 Hệ phản dòng số hồi Hệ số phản hồi tốc độ β γ 0,06 V/A 0,08 Vs/rad B/ Yêu cầu hệ thống: Chỉ tiêu trạng thái ổn định: sai số tĩnh; Dải điều chỉnh D=100:1 Chỉ tiêu trạng thái động: lượng điều chỉnh dòng điện σimax % ≤ % lượng điều chỉnh tốc độ khởi động không tải đến tốc độ quay định mức σnmax% ≤ 10 % B/ Nội dung cần thực hiện: 1/ Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ 2/ Xác định tham số sơ đồ cấu trúc hệ truyền động 3/ Xác định tham số điều chỉnh ổn định dòng điện 4/ Xác định tham số điều chỉnh tốc độ hệ truyền động; 5/ Khảo sát đặc tính động học hệ phần mềm Matlab rút kết luận 6/ Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ C/ Yêu cầu: Thời gian nhận tập dài : 10/4/2018 Thời gian nộp tập dài : 5/5/2018 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: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Minh Thư 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 địi 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, giáo khoa điện đặc biệt giúp đỡ bảo tận tình giáo: Nguyễn Minh Thư, em hồn thành xong môn học va tập lớn Trong q trình thiết kế đồ án, với kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận xét góp ý thầy giáo bạn để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Vinh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên NGUYỄN MINH TIẾN Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ Đối với mạch vịng phản hồi dịng 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 T oi 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 T on 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: ωdm = GVHD: 60.ωdm 60.157 2π n ⇒ ndm = = ≈ 1500vg / p 60 2π 2π SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z Ceđm Φ => K Đ = = BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN U đm − Iđm R u 220 − 160.0,3 = = 0,11 n đm 1500 Ceđm Φ = = 9,09 0,11 => độ sụt tốc độ hệ thống đặc tính Tự nhiên với tải định mức ∆n đm = Iđm R d 160.0,5 = = 727, 27 ( vòng ) Ceđm Φ 0,11 => sai lệch tĩnh đặc tính tự nhiên: St ( TN ) % = ∆n đm 727, 27 100 = 100 = 32,65% n đm + ∆n đm 1500 + 727, 27 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 K b = 15+00 = 15 (bộ chỉnh lưu cầu pha) Thiết kế điều chỉnh ổn định dịng 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: GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 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 + τ ) p + = T∑ ip + = 5.10 −3 p + với điều kiện: 1 ωc ≤ (1) Toi τ Khi ta có sơ đồ sau xử lí gần là: 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 = βK b 0,06.15 = = 1,8 Rd 0,5 T∑ i = Toi + τ = 0,00344 + 0,00167 = 0,00501( s ) * Phân tích: - Mạch vịng dịng điện điều chỉnh q trình q độ hệ thống, nên dịi hỏi độ xác cao - Hàm truyền đối tượng dạng đặc thù Tối ưu modul => Kết luận: Hiệu chỉnh mạch vòng dịng điện thành hệ thống điển hình loại I Vì theo Tối ưu modul ta có hàm truyền Bộ điều chỉnh là: τ p +1 WI (p) = WPI (p) = K pi với τ1 = Te = 0,07(s) (do Te > TΣi) τ1p c Xác định tham số điều chỉnh GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ta có hàm truyền hệ hở hệ thống sau hiệu chỉnh là: K1K pi K1K pi KI Wh (p) = = với K I = τ1p ( T∑ i p + 1) p ( T∑ i p + 1) τ1 từ yêu cầu hệ thống σmax % ≤ 5% => tra bảng ta KITΣi = 0,5 0,5 0,5 0,5 = = = 99,8 => K I = T∑ i Toi + τ 0,00501 K I τ1 99,8.0,07 = = 3,88 => K pi = K1 1,8 hàm truyền Bộ điều chỉnh viết lại là: τ p +1 0,07p + Wi (p) = WPI (p) = K pi = 3,88 τ1p 0,07p d Kiểm nghiệm điều kiện gần 0,367 0,367 = = 73, 253 Với K IT∑ i = 0,5 => ωci = T∑ i 0,00501 Theo điều kiện (1) ta có: 1 1 ωci ≤ = = 139,073 τToi 0,00167.0,00334 => điều kiện (1) thoả mãn Ngoài theo điều kiện tần số cắt ta có: 1 ωci ≤ = = 199,6 với ωci = 73,253 thỗ mãn 3τ 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: GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z K pi = BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN R pi = R oi K pi = 3,88.1 = 3,88 ( kΩ ) R pi R oi τ1 = Te = R pi Cpi => cho R oi = 1kΩ => Toi = R oi Coi Cpi = τ1 0,07 = = 18 ( µ F ) R pi 3,88.103 Coi = 4Toi 4.0,00334 = = 13,36 ( µ F ) 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 KI β với W ( p ) = Id = => chia tử mẫu cho KI ta được: KI * U i T∑ i p + p + K I WKI ( p ) = β T∑ i xử lí gần đúng: ωcn ≤ KI T∑ i p2 + KI KI T∑ i KI p2 + p +1 KI p +1 ≈ KI p + với điều kiện là: ( 2) 1 16,67 β 0,06 = = ta được: WKI ( p ) = p +1 p + 0,01p + KI 99,8 GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN * Sơ đồ cấu trúc trạng thái độngcủa hệ thống mạch vòng tốc độ: * Biến đổi sơ đồ đưa sơ đồ cấu trúc ta được: 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 ωcn ≤ T∑ n Ton ( 3) => Sơ đồ cấu trúc sau xử lý gần là: 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: 16,67 γR dĐK K2 Wđt ( p ) = = Tm p ( T∑ n p + 1) p ( T∑ n p + 1) GVHD: SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 16,67 γR dĐK 16,67.0,08.0,5.9,09 = = 30,3 Tm 0, Theo tối ưu đối xứng với hàm truyền đối tượng tra bảng (9) ta hàm truyền Bộ điều chỉnh: τ p +1 Wn ( p ) = WPI ( p ) = K pn phối hợp tham số τ2 = hTΣn τ2 p c Xác định tham số điều chỉnh với K = Chọn h = => tra bảng ta có: ∆C max % = 84,0 Cb kiểm tra lại σnmax%: σn max % = ∆C maxđm ∆n %.2 ( λ − z ) C bđm n m = 84.2 ( 1,5 − ) T∑ n = T 727, 27 0,015 = 9,16% 1500 0, 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 => σnmax% = 9,16% ≤ 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 ( τ2 p + 1) τ2 p ( T∑ n p + 1) với τ2 = hTΣn =6.0,015 = 0,08ms K w = => K pn = h +1 ( hT∑ n ) = K w ( τ2p + 1) p ( T∑ n p + 1) = +1 2.( 6.0,08 ) = 546,875 K w τ2 546,875.0,08 = = 1, 44 K2 30,3 Vậy hàm truyền BĐC viết lại là: τ p +1 0,08p + Wn ( p ) = WPI ( p ) = K pn = 1,44 τ2 p 0,08p d Kiểm nghiệm điều kiện gần Từ h = 6, tra bảng (4) ta GVHD: ω2 ω 12,5 = 1,71 => ωcn = = = 7,31 ωcn 1,71 1,71 10 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z với ω2 = BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 = = 12,5 Kiểm tra với điều kiện (2) (3) ta có: T∑ n 0,08 ωcn = 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 e Thực Bộ điều chỉnh Ta có sơ đồ nguyên lý: ωcn = 7,31 < Ta có: K pn = R pn = R on K pn = 1.1,44 = 1,44 ( kΩ ) R pn R on τ2 = Te = R pn Cpn => cho R on = 1kΩ => Ton = R on Con Cpn = τ2 0,08 = = 55 ( µ F ) R pn 1,44.103 Con = 4Ton 4.0,005 = = 20 ( µ F) R on 1.103 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ: GVHD: 11 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mô tả hệ thống Matlab GVHD: 12 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z GVHD: BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 13 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z GVHD: BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 14 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z GVHD: BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 15 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN LỚP: ĐH TDH-CK10Z GVHD: BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 16 SVTH: NGUYỄN MINH TIẾN ... trúc hệ 2/ Xác định tham số sơ đồ cấu trúc hệ truyền động 3/ Xác định tham số điều chỉnh ổn định dòng điện 4/ Xác định tham số điều chỉnh tốc độ hệ truyền động; 5/ Khảo sát đặc tính động học hệ. .. BTL: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ru Hệ số tải λ 220 160 157 V A Rad/s 0,3 1,5 Tổng trở hệ truyền động Rd Thời gian quán tính điện từ Te Hằng số quán tính học Tm 0,5 Ω 0,07s 0,2 Hệ phản dòng số hồi Hệ số phản... 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