Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

3.1 Mẫu bìa luận văn có in chữ nhũ Khổ 210 x 297 mm Nguyễn đức thịnh giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ kỹ thuật điều khiển tự động hoá ngành : điều khiển tự động hoá Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động vạn Nguyễn đức thịnh 2010B Hà Nội 2013 Hà Nội 2013 3.2 Mẫu bìa phụ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà néi - luận văn thạc sĩ kỹ thuật Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động vạn ngành : điều khiển tự động hoá mà số: CB1007864.3898 Nguyễn đức thịnh Người hướng dẫn khoa học : pgs.TS nguyễn mạnh tường Hà Nội 2013 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan: Luận văn nghiên cứu thực cá nhân, thực sù h­íng dÉn khoa häc cđa PGS.TS Ngun M¹nh T­êng Các số liệu, kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Nguyễn Đức Thịnh Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương 1: tìm hiểu đặc tính động vạn 10 1.1 động chiều 1.1.1 Đặc tính động chiều kích từ độc lập (ĐMđl) 10 10 1.1.1.1 Sơ đồ nối dây (ĐMđl) (ĐMss) 10 1.1.1.2 Các thông số (ĐMđl) 11 1.1.1.3 Phương trình đặc tính - điện đặc tính 11 (ĐMđl) 1.1.2 Đặc tính động chiều kích từ nối tiếp 12 (ĐMnt) hỗn hợp (ĐMhh) 1.1.2.1 Sơ đồ nối dây ĐMnt 12 1.1.2.2 Đặc tính điện đặc tính (ĐMnt) 13 1.1.2.3 Đặc tính vạn ĐMnt 13 1.2 động xoay chiều 14 1.2.1 Động không đồng (ĐK) 14 1.2.1.1 Các giả thiết sơ đồ thay 14 a Các giả thiết 14 b Sơ đồ thay 15 1.2.1.2 Phương trình đặc tính động không 16 đồng ĐK 1.2.2 Động đồng (ĐĐB) 17 1.3 Động vạn 18 1.3.1 Nhận xét động chiều kích từ nối tiếp ĐMnt 18 1.3.2 Cấu tạo động vạn 19 Chương 2: nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển 20 2.1 Phân tích chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 20 2.2 Thiết kế khối 23 2.2.1 Khối đồng hóa phát sóng cưa (ĐBH & 23 PSRC) 2.2.1.1 Mạch đồng hoá 23 2.2.1.2 Mạch phát sóng cưa 24 a Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng điôt, điện 24 trở, tụ điện (mạch D-R-C) b Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng mạch D- 26 R-C nạp điện cho tụ nguồn chiều ổn định c Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng D-R-C 28 transitor d Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng D-R-C 30 transitor, nạp tụ dòng không đổi e Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT) 32 2.2.2 khối so sánh 35 2.2.3 khối tạo xung phân chia xung 36 2.2.3.1 mạch sửa xung 37 2.2.3.2 mạch khuếch đại xung 38 2.2.3.3 mạch khuếch ®¹i trung gian (dïng tranzitor) … 43 2.2.3.4 M¹ch t¹o nguồn nuôi 44 2.3 sơ đồ nguyên lý 44 Chương Khảo sát hệ thống 50 3.1 giới thiệu mô hình hệ thống 50 3.2 Kết nối thiết bị mô hình 51 3.3 Khảo sát hoạt động hÖ thèng………………………… 51 3.3.1 Khi gãc më 450……………………………………… 53 3.3.2 Khi gãc më 900……………………………………… 55 3.3.2 Khi gãc më 1350……………………………………… 58 Kết luận kiến nghị 62 Tài liệu tham khảo 63 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Q Ký hiệu transitor Đ Ký hiệu diode R Ký hiƯu cđa ®iƯn trë C Ký hiƯu cđa tơ ®iƯn T Ký hiƯu cđa thyristor L Ký hiệu cuộn dây CL Bộ chỉnh lưu cầu bán điều khiển ĐMđl Động chiều kích từ độc lập ĐMss Động chiều kích từ song song §Mnt §éng c¬ mét chiỊu kÝch tõ nèi tiÕp §Mhh Động chiều kích từ hỗn hợp TN Tự nhiên NT Nhân tạo ĐK Động không đồng ĐĐB Động đồng ĐBH & PSRC Đồng hoá phát sóng cưa BAĐ Máy biến áp đồng KĐTT Bộ khuếch đại thuật toán BAX Máy biến áp xung Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập song song Hình 1.2 Đặc tính - điện đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.3 Sơ đồ nối dây Đặc tính từ hóa động chiều kích từ nối tiếp Hình 1.4 Đặc tính - điện đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp Hình 1.5 Các đặc tính vạn động điện chiều kích từ nối tiếp Hình 1.6 Sơ đồ thay động không đồng Hình 1.7 Đặc tính điện - động không đồng Hình 1.8 Đặc tính động không đồng Hình 1.9 Đặc tính động đồng Hình 1.10 Động vạn Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động vạn Hình 2.2 Các dạng xung thường dùng để điều khiển Thyritor Hình 2.3 Sơ đồ mạch phân áp điện trở Hình 2.4 Sơ đồ mạch đồng dùng máy biến áp Hình 2.5 Mạch phát sóng cưa dùng điôt, điện trở, tụ điện(mạch D-RC) Hình 2.6 Giản đồ điện áp mạch phát sóng cưa dùng điôt, điện trở, tụ điện (mạch D-R-C) Hình 2.7 Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ nguồn chiều ổn định Hình 2.8 Giản đồ điện áp mạch phát sóng cưa dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ nguồn chiều ổn định Hình 2.9 Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng D-R-C transitor Hình 2.10 Giản đồ điện áp mạch phát sóng cưa dùng D-R-C transitor Hình 2.11 Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng D-R-C transitor, nạp tụ dòng không đổi Hình 2.12 Giản đồ điện áp mạch phát sóng cưa dùng D-R-C transitor, nạp tụ dòng không đổi Hình 2.13 Sơ đồ mạch phát sóng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán Hình 2.14 Giản đồ điện áp mạch phát sóng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán Hình 2.15 Sơ đồ mạch so sánh Hình 2.16 Giản đồ xung điện áp mạch so sánh Hình 2.17 Sơ đồ mạch sửa xung Hình 2.18 Giản đồ điện áp mạch sửa xung Hình 2.19 Sơ đồ mạch khuếch đại xung Hình 2.20 Giản đồ điện áp mạch khuếch đại xung Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor) Hình 2.22 Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động vạn Hình 2.24 Giản đồ xung điện áp mạch điều khiển tốc độ động vạn Hình 3.1 Mô hình điều khiển tốc độ động vạn Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động vạn Bảng 3.3 Thông số khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động vạn Mở đầu Như ta biết hệ truyền động điện tự động l tổ hợp thiết bị điện, điện tử, phục vụ cho cho việc biến đổi điện thnh cung cấp cho cấu công tác máy sản st, cịng nh− gia c«ng trun tÝn hiƯu th«ng tin để điều khiển trình biến đổi lợng theo yêu cầu công nghệ Tuỳ thuộc vo yêu cầu công nghệ m ta có hệ truyền động điện điều chØnh tèc ®é, hƯ trun ®éng ®iƯn tù ®éng ®iỊu chỉnh mô men, lực kéo v hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Từ lới điện nguồn điện cung cấp điện đến biến đổi động điện truyền động cho phụ tải Các biến đổi nh: biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bÃo hòa), biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lu thyristor, điều áp chiều, biến tần transistor, thyristor) Động có loại nh: động chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt Với cấu truyền động đà nêu đề tài luận văn thạc sĩ kỹ thuật ta xây dựng tập thực hành thiết bị chưa khai thác sử dụng Trường Cao Đẳng Nghề nhằm phục vụ công tác giảng dạy sinh viên trường *Phân tích nguyên lý hệ thống Để điều chỉnh tốc độ động ta tiến hành điều chỉnh điện áp đặt lên phần ứng động nhờ điều chỉnh góc mở thyristor Như vậy, trình điều chỉnh tốc độ động thực chất trình điều chỉnh góc mở thyristor Muốn thay đổi góc mở ta thay đổi điện áp đầu vào khuếch đại trung gian (bằng cách thay đổi điện áp chủ đạo nhờ biến trở trượt) chế độ tĩnh ta đặt điện áp chủ đạo giá trị tới đầu vào khuếch đại trung gian Qua khuếch ®¹i trung gian tÝn hiƯu sÏ ®­a víi ®é khuếch đại lớn(điện áp điều khiển) so sánh với điện áp cưa khâu so sánh Tại thời điểm mà |UĐK ||Urc| xung khâu so sánh đưa tới mạch sửa xung, mạch khuếch đại xung đưa tới điều khiển thyristor Ta thấy góc mở thyristor lớn hay nhỏ hoàn toàn phụ thuộc vào UĐK mà không phụ thuộc vào Urc Như vậy, điện áp Ucđ tăng lên làm UĐK giảm xuống tạo thời gian xuất xung sớm (góc mở thyristor giảm xuống), điện áp đặt vào phần ứng động tă ngược lại Giả sử động làm việc với tốc độ ổn định , lý làm cho tốc độ động giảm xuống(hoặc tăng lên) Uph=n giảm xuống(hoặc tăng lên) dẫn đến Uv =Ucđ- Uph tăng lên (hoặc giảm xuống) kéo theo UĐK giảm xuống (hoặc tăng lên) Lúc này, thời điểm xuất góc mở Thyristor sớm (hay muộn) nên điện áp đầu biến đổi tăng(hay giảm) dẫn đến tốc độ động tăng lên(hay giảm xuống) bù lại ổn định 49 Chương Khảo sát hệ thống Để khảo sát mạch điện điều khiển hệ thống điều khiển tốc độ động vạn có nhiều phương pháp khảo sát hệ thống Với đề tài dành cho thạc sĩ kỹ thuật ta sử dụng phương pháp khảo sát hệ thống trực tiếp mô hình thực Để khảo sát hệ thống mô hình thực ta kết nối mô hình thực, cấp nguồn cho mô hình hoạt động Sử dụng thiết bị đo hiển thị gồm Oscilloscope số có kết nối với máy tính để đo dạng sóng điện áp điểm khảo sát đồng hồ vạn thị số để đo khảo sát điện áp chiều xoay chiều 3.1 giới thiệu mô hình hệ thống Hình 3.1 Mô hình điều khiển tốc độ động vạn Mô hình thí nghiƯm ®iỊu khiĨn gåm: 50 - Khèi ngn MC – 801A, cÊp nguån 220V AC pha - Khèi nguån nuôi MSC-893-PS, cấp nguồn +- 12V cho điều khiển - Khối điều khiển gốc cắt pha MSC-893C - Khối Triac MSC-893P - Khèi ®ång hå ®o tèc ®é ®éng (Sử dụng cảm biến cảm ứng gần) - Động vạn 3.2 Kết nối thiết bị mô hình - Cấp điện cho khối nguồn MSC-893-PS - Liên kết nguồn +12V, -12V GND khối nguồn MSC-893-PS víi khèi ®iỊu khiĨn pha MSC-893C - CÊp ngn ®ång bé cho khèi MSC-893C: - CÊp nguån víi mét dây động Dây lại động liªn kÕt víi T2 trªn Triac trªn khèi MSC-893P - Cấp nguồn điều khiển cho Triac - Liên kết dây +, -, S từ cảm biến đo tốc độ với điểm tương ứng khối đo tốc độ MC-890SM Nối dây nguồn 220V cho khối đo 3.3 Khảo sát hoạt động hệ thống Với sơ đồ nguyên lý hệ thống xây dựng chương II ta sư dơng Oscilloscope sè cã kÕt nèi víi m¸y tÝnh để đo dạng sóng điện áp điểm khảo sát đồng hồ vạn thị số để đo khảo sát điện áp điểm khảo sát sau khối: - Khối đồng hóa TP1 - Khối phát sóng cưa TP2 - Khối so sánh TP3 - Khối tạo xung phân chia xung TP4 Trên mô hình hệ thống ta khảo sát với góc mở khác ta kết quả: 51 + ucc d5 BAX + ucc + ucc wr d6 d4 dz r1 d1 A ~ 220v + ucc r8 r9 tr1 r2 r3 tp2 c1 r4 Urc Udk r5 + ic2 r6 r7 Ura tp3 Uv c2 g tr4 tr5 tr3 d3 d2 ÐC O - ucc -Ucc BA +12v 7812 r1 WR r2 C11 C9 r3 ~ 220v -Ucc C12 C10 7912 WR1 WR3 WR2 -12v Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động vạn 52 T k tp4 tr2 tp1 uđkt FT + 3.3.1 Khi góc mở 450 Dùng đồng hồ vạn số ta đo điện áp đầu động điện áp điều khiển UĐC = 122,4V, UĐK = 1,44V Cảm biến tốc độ đo tốc độ động vạn n = 23732 vòng / phút - Tại điểm TP1 UTP1 = 12,9 V Điện áp TP1 Oscilloscope số có dạng: 53 - Tại điểm TP2 UTP2 = 1,48V Điện áp TP2 Oscilloscope số có dạng - Tại điểm TP3 UTP3 = 4,34V Điện áp TP3 Oscilloscope số có dạng 54 - Tại điểm TP4 UTP4 = 0,61V Điện áp TP4 Oscilloscope số có dạng 3.3.2 Khi góc mở 900 Dùng đồng hồ vạn số ta đo điện áp đầu động điện áp điều khiển UĐC = 86,4V, UĐK = 2,92V Cảm biến tốc độ đo tốc độ động vạn n = 16735 vòng / phút - Tại điểm TP1 UTP1 = 12,9V Điện áp TP1 Oscilloscope số có dạng 55 - Tại điểm TP2 UTP2 = 1,48V Điện áp TP1 Oscilloscope số có dạng 56 - Tại điểm TP3 UTP3 = 2,55V Điện áp TP3 Oscilloscope số có dạng - Tại điểm TP4 UTP4 = 0,61V Điện áp TP4 Oscilloscope số có dạng 57 3.3.3 Khi góc mở 1350 Dùng đồng hồ vạn số ta đo điện áp đầu động điện áp điều khiển UĐC = 46,4V, UĐK = 4,45V Cảm biến tốc độ đo tốc độ động vạn n = 21 vòng / phút - Tại điểm TP1 UTP1 = 12,9V Điện áp TP1 Oscilloscope số có dạng - Tại điểm TP2 UTP2 = 1,48V Điện áp TP1 Oscilloscope số có dạng 58 - Tại điểm TP3 UTP3 = 0,798V Điện áp TP2 Oscilloscope số có dạng - Tại điểm TP4 UTP4 = 0,61V Điện áp TP2 Oscilloscope số có dạng 59 Bảng kết thông số khảo sát mô hình TT Góc mở Uđc(V) Uđk(V) Tốc độ (vòng / phót) Utp1(V) Utp2(V) Utp3(V) Utp4(V) 450 122,4 1,44 23732 12,9 1,48 4,34 0,61 900 86,4 2,92 16735 12,9 1,48 2,55 0,61 1350 46,4 4,45 21 12,9 1,48 0,798 0,61 Bảng 3.3 Thông số khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động vạn 60 Nhận xét: Khảo sát mô hình thực ta thấy thay đổi góc mở thyristo điện áp đặt vào phần ứng động thay đổi dẫn đến tốc ®é quay cđa ®éng c¬ cịng thay ®ỉi theo Nh­ng dạng điện áp điểm mà ta khảo sát không thay đổi Tuy nhiên điều kiện mô hình thực tế chưa có đầy đủ máy phát tốc nên mô hình chưa có khâu phản hồi để ổn định tốc độ động Do ta cho động hoạt động có tải điện áp đo dạng điện áp Oscilloscope số điểm khảo sát không thay đổi tốc độ động giảm theo tải Động vạn ứng dụng chế tạo cho thiết bị nhỏ đòi hỏi tốc độ cao: - Thiết bị dân dơng nh­ m¸y xay sinh tè, m¸y sÊy tãc, m¸y xử lý thực phẩm gia dụng, máy may, thêu, máy giặt - Thiết bị công cụ nhỏ máy khoan, mài bơm chất lỏng đơn giản, máy làm để hút chân không 61 KếT LUậN Và KIếN NGHị Qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu với hướng dẫn tận tình chu đáo thầy cô môn đặc biệt thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường, luận văn đà thực vấn đề: - Nghiên cứu đặc tính động điện chiều, xoay chiều động van - Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển tốc độ động vạn Đưa sơ đồ nguyên lý hệ thống trình bày nguyên lý hoạt động hệ thống - Khảo sát trình hoạt động hệ thống điều khiển tốc độ động vạn mô hình thực tế đồng hồ vạn số máy sóng oscilloscope kết hợp với máy tính Mặc dù sau hoàn thành luận văn số vấn kiến nghị sau: - Đó trình khảo sát mô hình chưa thực việc mô phần mền SIMULINK Do chưa nghiên cứu sâu ổn định hệ hệ thống - Cần tìm hiểu hoàn thiện mô hình thực tế để khảo sát khâu phản hồi ổn định tốc độ cho động để đề tài hoàn thiện Do kiến thức khả hạn chế, thời gian khó khăn, thân đà cố gắng không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy, cô giáo để luận văn hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tường thầy, cô Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội, Viện Điện Viện đào tạo sau đại học, bạn bè đồng nghiệp gia đình đà giúp đỡ hoàn thành luận văn 62 TàI LIệU THAM KHảO Tiếng Việt [1] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB khoa häc kÜ tht [2] Bïi Qc Kh¸nh, Ngun Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, nhà xuất b¶n khoa häc kÜ tht [3] Vị Gia Hanh, Phan Tử Thụ, Trần Khánh Hà, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] PGS.T.S Võ Quang Lạp, Th.s Trần xuân Minh(1998) giảng môn học Kỹ thuật biến đổi Trường đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [5] Th.s Khương Công Minh, Giáo trình truyền động điện tự động, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [6] Người dịch: Nguyễn Viết Nguyên Giáo trình Linh kiện điện tử nhà xuất Giáo dục 63 ... mạch điều khiển tốc độ động vạn Hình 2.24 Giản đồ xung điện áp mạch điều khiển tốc độ động vạn Hình 3.1 Mô hình điều khiển tốc độ động vạn Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động vạn. .. cho động trì, động tiếp tục quay Trong đề tài với giới hạn phòng thực hành phục vụ giảng dạy học tập cho sinh viên Cao Đẳng Nghề ta nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động vạn động vạn. .. Chương 2: nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển 2.1 Phân tích chọn phương án thiết kế mạch điều khiển Các hệ thống phát xung điều khiển chỉnh lưu sử dụng phân làm nhóm: - Nhóm hệ thống điều khiển