Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần động cơ xoay chiều ở phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp thái nguyên để ứng dụng vào sản xuất

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN MẠNH NGÀ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN ĐỂ ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA THÁI NGUN - NĂM 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN MẠNH NGÀ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Ở PHỊNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN ĐỂ ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VÕ QUANG LẠP PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN - NĂM 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Mạnh Ngà Sinh ngày: 16 tháng năm 1975 Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Cao đẳng nghề Yên Bái Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn “Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần động điện xoay chiều phịng thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên để ứng dụng vào sản xuất” thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp hướng dẫn; tài liệu tham khảo luận văn Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chưa công bố cơng trình Tơi xin cam đoan có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm./ Thái Ngun, ngày tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Mạnh Ngà Soá hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tác giả nhận quan tâm lớn nhà trường, khoa, phịng chức năng, thầy giáo đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, giảng viên Trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp tận tình hướng dẫn trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo phịng thí nghiệm giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hồn thành thí nghiệm điều kiện tốt Mặc dù cố gắng, song thời gian nghiên cứu có hạn, nên luận cịn thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hồn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng Tác giả Nguyễn Mạnh Ngà Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ năm 2014 iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ KHỐI HỆ TRUYỀN ĐỘNG PHỊNG THÍ NGHIỆM .2 Sơ đồ khối 2 Chức nhiệm vụ thiết bị sơ đồ 2.1 Động điện xoay chiều không đồng pha rotor lồng sóc 2.2 Giới thiệu biến tần 2.2.1 Thông số kỹ thuật: 2.2.2 Điều khiển biến tần theo phương pháp vector không gian 2.3 Giới thiệu PLC 1.3.1 Cấu tạo 10 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 11 2.3.3 Ưu điểm, nhược điểm ứng dụng PLC 12 2.3.4 Giới thiệu tự động hóa với SIMANTIC S7 - 300 13 2.3.4.1 Các module PLC S7-300 .13 2.3.4.2 Cấu trúc nhớ CPU .14 2.3.4.3 Vòng quét chương trình 15 2.3.4.4 Cấu trúc chương trình 16 2.3.4.5 Ngơn ngữ lập trình S7 – 300 16 2.4 Các mạch vòng phản hồi 23 2.4.1 Mạch vòng phản hồi tốc độ (encoder) 23 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv 2.4.2 Mạch vịng âm dòng điện 25 CHƯƠNG II KHẢO SÁT TÍNH TỐN HỆ TRUYỀN ĐỘNG PHỊNG THÍ NGHIỆM 27 Xây dựng sơ đồ vector hệ truyền động biến tần – động không đồng ba pha 27 1.1 Phép biến đổi tọa độ Ua, Ub , Uc thành Uα, Uβ 27 1.2 Cơ sở định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) động không đồng .32 1.3 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển số biến tần – động không đồng động không đồng .32 Tổng hợp hệ thống 33 2.1 Hàm số truyền khâu 33 2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 34 2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 36 Xác định tính ổn định hệ thống 38 3.1 Xác định ổn định mạch vòng dòng điện 38 3.2 Xác định ổn định mạch vòng tốc độ 39 Tính tốn khảo sát cho hệ truyền động biến tần – động không đồng ba pha .41 4.1 Xét ổn định mạch vòng dòng điện 41 4.2 Xét ổn định mạch vòng tốc độ 44 Khảo sát chất lượng hệ thống phần mềm Matlab Sumulink 47 5.1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện 47 5.1.1 Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng dòng điện sang hàm số truyền theo Z 47 5.1.2 Sử dụng phần mềm Matlab Sumulink mô hệ thống 48 5.2 Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ 50 5.2.1 Từ sơ đồ khối mạch vòng tốc độ 50 5.2.2 Sử dụng phần mềm Matlab Sumulink mô hệ thống 51 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v CHƯƠNG III THÍ NGHIỆM 53 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm .53 Nguyên lý làm việc .54 3.Thí nghiệm 54 3.1 Bài thí nghiệm (khâu P) 55 3.2 Bài thí nghiệm (khâu PI) 55 So sánh đánh giá kết thí nghiệm với tính tốn .57 Ứng dụng 57 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC I PHỤ LỤC II Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ĐCKĐB : Động điện không đồng Ec : Encoder P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ PID : Bộ điều chỉnh dùng S7-300 WL(p) : Hàm truyền khâu lấy tín hiệu dịng điện Uđb : Điện áp đồng Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ T, T1 : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử) H(p) : Khâu lưu giữ T(p) : Hệ số truyền biến tần Uc : Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung Kω : Hệ số khâu lấy tín hiệu tốc độ lấy từ Encoder Ki , Kp : Hệ số biến đổi điều khiển số dòng điện Ku : Hệ số khuếch đại biến tần Tu : Hệ số thời gian biến tần; WKI CT, C0T : Hàm số truyền kín mạch vịng dòng điện : Ma trận quy đổi Wi(P) : Hàm số truyền khâu điện từ động xoay chiều Soá hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU Hình 1.1: Sơ đồ khối truyền động hệ thống Hình 1.2: Hình dáng Biến tần M420 Hình 1.3: Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp pha Hình 1.4: Vector khơng gian vector biên chuẩn Hình 1.5: Cấu trúc tổng quát PLC 10 Hình 1.6 : Hoạt động khối số học 11 Hình 1.7: Vịng qt chương trình 15 Hình 1.8: Sơ đồ cấu tạo Encodor tương đối .24 Hình 1.9 : Biểu đồ xung encoder tương đối tăng dần 24 Hình 1.10: Encoder tuyệt đối bít 25 Hình 2.1: Định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thơng rotor (d,q) 27 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector 28 Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector 29 Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector 29 Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động không đồng 31 Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện sử dụng biến tần …………………31 Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ thống điện sử dụng biến tần động không đồng 32 Hình 2.8: Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện theo Matlab Sumulink 32 Hình 2.9: Đáp ứng dịng điện với kp = 0,25; ki = 50; T= 0,5Tu = 0,002 49 Hình 2.10a : Đáp ứng dịng điện với kp = 0,25; ki = 42; T= 0,5Tu = 0,00165 49 Hình 2.10b: Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện theo Matlab Sumulink 50 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ viii Hình 2.11: Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện theo Matlab Sumulink…… 51 Hình 2.12a: Đáp ứng tốc độ với kp= 0,25; ki = 42; kω= 0,0006; T=0,5Tu=0,00165 52 Hình 2.12b: Đáp ứng tốc độ với kp= 0,25; ki = 50; kω= 0,00058; T=0,5Tu=0,002 52 Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ truyền động……………………………………………… … ………………… 53 Hình 3.2: Các thiết bị mơ hình thực nghiệm 54 Hình 3.3 Kết thí nghiệm khâu P .55 Hình 3.4: Kết thí nghiệm khâu PI 56 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Nguyễn Trung Sơn, Cao Văn Thành (1999) Hệ thống điều khiển số máy điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Thọ, Võ Quang Lạp (2004) Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Xuân Minh, Hà thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh (2008) Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất giáo dục Bùi Quý Lực (2005) Hệ thống điều khiển số công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Phùng Quang (1996) Điều khiển động không đồng xoay chiều ba pha, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2006) MATLAB SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội TS Võ Quang Lạp (2001-2002) Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý máy vi tính PC/AT 286 (PC/AT 386) để thay điều chỉnh hệ thống tự động truyền động cho máy công nghiệp Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nguyễn Cơng Hiền (2006), Mơ hình hóa hệ thống mơ phỏng, Đại học Bách khoa Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ PHỤ LỤC I Các phép biến đổi trục tọa độ Các phương trình tốn học miêu tả động khơng đồng ba pha Phương trình cân điện áp cuộn dây có dạng: u k = Rk ik + dψ k dt (1-1) Trong ψk từ thơng móc vịng dây quấn: ψ k = ∑ Lkj i j (1-2) Nếu dây quấn động đối xứng khe hở khơng khí đều: RA = RB = RC = R1 Ra = Rb = Rc= R2 LAA= LBB= LCC = L10 Laa= Lbb= Lcc= L20 LAB= LAC= LBC= - Lms Lab= Lbc= Lac = -Lmr Hỗ cảm dây quấn stator với dây quấn rotor phụ thuộc vào góc lệch khơng gian hai dây quấn xác định theo công thức: LAa= LaA= LBb= LbB= LCc=LcC= Lm0.cosθ LAb= LbA= LBc= LcB= LCa= LaC= Lm0 cos (θ + 2π/3) LaB= LBa= LbC= LCb= LcA= LAc = Lm0 cos (θ - 2π/3) Khi viết ta coi đại lượng điện, từ vector thông số ma trận thông số, ta có vector: u A  u S = uB  uC  ua  0 u r = ub  = 0 uc  0 i A  iS = iB  iC  ia  i r = ib  ic  ψ A  ψ S = ψ B  ψ C  ψ a  ψ r = ψ b  ψ c  Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Các ma trận thông số là:  R1 RS =   0 R1  L10 LS = − Lms − Lms 0  R1  − Lms L10 − Lms   cos(θ )  2π  Lm0 (θ ) = cosθ −    cosθ + π    R2 Rr =   − Lms  − Lms  L10        R2  L20 Lr = − Lmr − Lmr 0  R2  − Lmr L20 − Lmr 2π  2π   cos θ +  cos θ −    2π  cos(θ ) cosθ +  π   cos θ − cos(θ )    − Lmr  − Lmr  L20           Khi biểu thức tính từ thơng viết dạng ma trận rút gọn là: ψ S   LS ψ  =  L (θ )T  r   m0 Lm (θ ) iS  Lr  ir  (1-3) Trong Lm0 (θ)T chuyển vị ma trận Lm0 (θ) Thay (1-3) ta phương trình cân điện áp viết dạng ma trận rút gọn là: u S   RS + pLS   =  L (θ )T u r   m Lm (θ )  iS  RS + pLS  ir  (1-4) Quy đổi đại lượng điện động không đồng từ hệ tọa động vector không gian (a, b, c) hệ tọa độ cố định stator (α, β) Để thuận tiện cho việc nghiên cứu ta quy đổi đại lượng điện động không đồng ba pha từ hệ tọa độ vector không gian (a, b, c) hệ tọa độ cố định stator (α, β) với quy ước trục Oα trùng với trục Oa Một cách trực quan ta coi hệ tọa độ cố định stator (α, β) bao gồm hai cuộn dây stator nằm hai trục (α, β) Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Hình 2-1: Hệ toa độ vector không gian (a, b, c) hệ tọa độ cố định stator (α, β) Việc quy đổi vector dòng điện điện áp thực theo công thức: iα   / i  =  β  − 1/ 1/ uα   / − / u  =  1/  β  i A  − 1/    iB − 1/   iC  u A  − 1/    uB − /   uC  (1-5) Như ma trận biến đổi là:  / − 1/ C1 =  1/  − 1/   − 1/  (1-6) Ngược lại quy đổi từ hệ tọa độ cố định stator (α, β) hệ tọa độ vector không gian (a, b, c) ta có cơng thức: i A   / i  = − /  B  iC  − /    iα  / .  iβ − /    (1-7) Trong trường hợp ma trận biến đổi ngược chuyển vị ma trận biến đổi thuận:  2/3  C = − / − /  T   1/  − /  (1-8) Tương tự, ma trận thông số quy đổi theo cơng thức: Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ R1= C1.Rs.C1T L1= C1.Rs.C1T Lm (θ) = C1.Lm0(θ).C1T R2= C1.Rr C1T L2= C1.Rr C1T (1-9) Trong đó: R2, L2 điện trở điện kháng rotor quy đổi pha sau quy đổi ta kết quả: R R1 =  0 0 R1  R R2 =  0 0 R2  L L1 =  0 0 L1  L L2 =  0 0 L2  cos(θ ) − sin(θ ) Lm (θ ) = Lm    sin(θ ) cos(θ )  (1-10) Trong đó: L1=L10+ Lms L2=L20+ Lmr Lm=1,5.Lms0 Các giá trị L1, L2 không thay đổi Quy đổi đại lượng điện động không đồng ba pha từ hệ tọa độ cố định stator (α, β) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d, q) Hình 2.2: Biểu diễn vector dịng điện stator hệ tọa độ cố định stator (α, β) hệ tọa độ tựa theo từ thơng rotor (d, q) Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Thực quy đổi vector từ hệ tạo độ cố định stator (α, β) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d, q) quay đồng với từ trường quay Trong hệ trục Od trùng với phương từ thông rotor ψ2 hợp với trục Oα góc θ1 = ω1.t Thông qua phép biến đổi từ (α, β) với (d, q) ta công thức:  R + pLn u1d   n u    1q  =  ω1.Ln 0     − Lm 0   − ω1.Ln − kr T2 Rn + pLn krω + T2 p − Lm − ωs L2   i1d  − krω     i  k − r   1q  T2  − ω s L2  ψ d   + T2 p  ψ q  Hệ phương trình cho ta thấy mối quan hệ từ thông rotor với điện áp dịng điện stator Điều có ý nghĩa quan trọng việc phân tích hệ thống điều chỉnh từ thơng theo dịng điện stator Sự biến đổi lượng momen điện từ Bỏ qua tổn thất hao sắt từ tổn hao phụ thuộc lượng mà động tiêu thụ chuyển hóa thành ba phần: W = WR + WL + WC Trong : WR: Là tổn hao điện trở dây quấn WL: Là lượng từ trường WC: Là lượng Trong khoảng thời gian dt bất kỳ, lượng mà động tiêu thụ xác định theo công thức: dW = ∑ uk ik dt Trong hệ tọa độ quay (d.q) ta có: dW = (u1d i1d + u1qi1q + u2d i1d + u2qi2q ) dt dψ 1d   − ω1 ( L1i1q + Lmi2 q ) i1d dt =  R1i1d + dt   dψ 1q   +  R1i1q + + ω1 ( L1i1d + Lmi2 d )i1q dt dt   dψ d   +  R2i2 d + − ω s ( Lmi1q + L2i2 q ) i2 d dt dt   Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ dψ q   +  R2i2 q + + ω s ( Lmi1d + L2i2 d )i1q dt dt   Rút gọn ta được: dW = ∑ Rk ik dt + ∑ ik dψ k + ω.Lm (i1q i2 d − i1d i2q ) dt Nhận thấy: ∑ R i dt : thành phần tổn hao dWR - Thành phần ∑ i dψ : thành phần lượng từ trường dWL - Thành phần k k k k - Thành phần lại lượng dW C = ω Lm (i1q i2 d − i1d i2 q ).dt Từ ta xác định momen điện từ theo công thức: dw C dw C = = L m ( i1 q i d − i1 d i q ) dt dθ ωdθ Mặt khác ta lại có: M = i2d = i2 q = (ψ q − Lmi1q ) L2 L2 (1-11) (ψ d − Lmi1d ) Thay vào (2-11) ta được: M= Lm (i1q ψ d − i1dψ q ) = kr (i1q ψ d − i1dψ q ) L2 (1-12) Biểu thức (1-12) cho phép ta tính tốn momen theo từ thơng rotor dịng điện stator Nếu momen qn tính quy đổi trục động khơng đổi phương trình động lực học truyền động điện là: M − Mc = j Trong đó: dω (1-13) dt j: momen qn tính Mc : mơ men cản Trường hợp động có số đơi cực p>1 mơ men điện từ động là: M = p.M = p.kc (i1q ψ d − i1dψ q ) Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Khi ta quy đổi thơng số động có số đơi cực theo cơng thức: M' M 'c j' ' M= ;Mc = ; ω = ω p; j = p p p Trong đó: M’, ω’, j’, M'c đại lượng chưa quy đổi M, ω, j, Mc đại lượng sau quy đổi Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ PHỤ LỤC II Tính tốn thơng số Thông số động cơ, biến tần - Động cơ: Ta= 0,0054 (s) ; TC= 0,02 - Bộ Biến tần: Ku = 72,96; Tu = 0,0033 (s) Số liệu chọn để vẽ đường cong i(t) T= 0,5 Tu= 0,00165(s); Kp= 0,25 Ki= 42 T= 0,5 Tu= 0,002(s); Kp = 0,25 Ki = 50 T= 0,5 Tu= 0,00165(s); Kp = 0,25; Ki = 42; Kω = 0,0006 T= 0,5 Tu= 0,002(s); Kp = 0,25; Ki = 50; Kω = 0,00058 Giá trị số liệu để vẽ n(t) Tính tốn thơng số mạch vịng dịng điện 4.1 Xác định thông số G(z) Gồm thông số: A1, A2, A3, K1, K2, K3 Từ thông số động thay giá trị vào cơng thức ta có: F (s) = F (s) = K u Tc (1 + Tu P) (1 + Tc P + Ta Tc P ) 1,454 (1 + 0,003P) (1 + 0,02P + 1,08.10 P ) F (s) = 1,454 (100 + 0,03P) (81 + 1,08.10 P )(19,76 + P ) F (s) = 1346111 (100 + 0,3P) ( 75,545 + P )(19,76 + P ) Biến đổi F(s) dạng tìm F(z) F (z) = A B C + + (100 + 0,3P) ( 75,545 + P ) (19,76 + P ) F (z) = 9,88 22,734 17 , 256 − + 100 + 0,3P 5,545 + P 19,76 + P Số hóa Trung tâm Học lieäu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ F (z) = 20,565 22,734 17 , 256 − + 303,0303 + 0,3P 5,545 + P 19,76 + P Tra bảng biến đổi Z ta có: F (z) = 20,565 22,734 17 , 256 − + - 303,0303T - 75,545T Z-e Z-e Z - e -19,76T Đặt: A1= e-303,0303T K1= 20,565 A2= e-75,545T K2= 20,565 A3= e-19,76T K3= 20,565 4.2 Tính thơng số Ri(Z) Ta chọn luật điều khiển P0 = K i T − 2K p = 42.0,0165 - 2.0,25 = − 0, 2154 = 2.0,25 + 42.0,0165 = , 2846 Z −1 Thay số ta có: P1 = 2K p + K i T Z -1 R i (z) = P0 + P1 - 0,2154 + 0,2846Z = = 0, 2846 Z -1 Z −1 4.3 Tính thơng số hàm W0(z) Hàm số truyền hệ hở (2.8) ta có: B0 = K1.A2.A3 + K2.A1.A3 + K3.A2.A1 B1 = K1.(A2+A3) + K2.(A1+A3) + K3.(A2+A1) B2 = K1 + K2 + K3 C0 = A1 A2.A3 C1= (A1+ A2).A3 + A1.A2 C2= A1+ A2 + A3 Thay giá trị K1,K2, K3, A1, A2, A3 vào tìm B0, B1,B2, C0, C1, C2 B0 = 13,4657 B1 = -27,966 B2 = 15,087 C0 = - 0,518 C1 = 1,977 C2 = -2,457 Soá hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ D3.Z3 + D2Z2 + D0 ⇒ W0 = C2.Z2 + C1Z + C0 + Z3 Trong : D0= P0.B0 ; D1= P0.B1; D2= P1.B1; D2= P0.B2; D3= P1.B2 Thay số vào ta được: D0= -2,899; D1= 9,855; D2= -11,209; D3 = 4,294 4.4 Tính thơng số hàm truyền đạt kín WKI(Z) Từ hàm số truyền hệ kín mạch vịng dịng điện (2-9) ta thay số tính thơng số: E0 = C0 + D0 = - 0,518 – 2,899 = -3,418 E1 = C1 + D1 = 1,997 + 9,855 = 11,832 E2 = C2 + D2 = - 2,457 – 11,209 = -13,666 E3 = + D3 = + 4,294 = 5,294 4.5 Tính tốn thơng số mạch vịng dịng điện Từ hàm số truyền đạt kín mạch vịng dịng điện (2-9) ta có phương trình đặc tính (2-14) qua biến đổi Z ta có phương trình (2-15) đây: ⇔ (E3 + E2 + E1 + E0 )V3 + (3E3 + E2 − E1 − 3E0 )V2 + (3E3 − E2 − E1 + 3E0 )V + E3 − E2 − E1 − E0 )V = Đặt: G0 = E3 + E2 + E1 + E0; G1 = 3E3 + E2 - E1 - 3E0 G2 = 3E3 - E2 - E1 + 3E0; G3 = E3 - E2 + E1 -E0 Ta thay số tính được: G0= 5,2945 -13,6669 + 11,8326 - 3,4181 = 0,0421 G1= 3.5,2945 -13,6669 - 11,8326 + 3(-3,4181) = 0,6383 G2= 3.5,2945 +13,6669 + 11,8326 + 3(-3,4181) = 7,4635 G3= 5,2945 +13,6669 + 11,8326 + 3,4181) = 34,2122 Thay hệ số G vào công thức: G0V3 + G1V2 + G2V3 + G3 Ta có: 0,0421V3 + 0,6383V2 + 7,4635V3 + 34,2122 = Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Tính: N0 = G0 G2 G1 G G1 = G1G − G G 0,6383.7,4635 − 0,0421.34,2122 = = 5,2073 G1 0,6383 G0 G1 N2 = G1 = G10 − G0 =0 G1 G0 G3 N1 = N1 N2 N0 = N0G3 − G1 N0G3 = = G3 = 34,2122 N0 N0 Tính tốn thơng số mạch vịng tốc độ 5.1 Tính thơng số hàm WKω(Z) Từ số liệu tính tốn T= 0,00165(s); Kp=0,25; Ki= 42; Kω = 0,0006 Chọn điều khiển số tốc độ khâu tỷ lệ: W Rω(Z) = Kω ta có: B (P) = K ω Tc P Trong Kω, Tc chọn theo động với Kω = 0,0006, Tc = 0,02(s) WB (P) = 384,62 = K ω Tc P P Qua phép biến đổi Z ta có: WB (P) = 384,62Z Z −1 Từ cơng thức: F0 = -E0; F1 = K0.D0 + E0 – E1; F3 = K0.D2 + E2 – E3 ; F2 = K0.D1 + E1 – E2; F4 = K0.D3 + E3 Thay số vào ta được: F0 = 3,4181; F1 = -15,92; F2 = 27,774; F3 = - 21,5483; F4 = 6,285 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 5.2 Tính tốn thơng số hàm số truyền đạt hệ kín mạch vịng tốc độ Từ hàm số truyền đạt hệ kín mạch vịng tốc độ K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z n(Z) WKω = = F.Z4 + F3Z3 + F2 Z2 + F1.Z- E0 Uω (Z) Ta có phương trình đặc tính: F4Z4 + F3Z3 + F2Z2 + F1Z + F0 = Thay số F1, F2, F3, F4 ta được: 6,2856Z4 - 21,5483Z3 + 27,774Z2 - 15,9200Z + 3,4181 = Đổi biến Z = V +1 ta có: V -1  V -1  V -1  V -1  V -1 F4  + F3  + F2  + F1      + F0 =  V -1  V -1  V -1  V -1 (F4 + F3+F2+F1+F0)V4+ (4F4 +2F3- 2F1- 4F0)V3+(6F4 - 2F2+6F0)V2 + (4F4 -2F3+2F1- 4F0)V+F4 - F3+ F2- F1 + F0 = Đặt: Q0 = F4 + F3+F2+F1+F0; Q1 = 4F4 +2F3- 2F1- 4F0 Q2 = 6F4 - 2F2+6F0 ; Q3= 4F4 -2F3+2F1- 4F0 Q4 = F4 - F3+ F2- F1 + F0 Thay số ta có: Q0 = 6,2856 – 21,5483 + 27,774 – 15,9200 + 3,4181 = 0,0094 Q1 = 4.6,2856 + 2(-21,5483) – 2(-15,9200) – 4.3,4181 = 0,2130 Q2 = 6.6,2856 - 27,774 + 6.3,4181 = 2,6741 Q3 = 4.6,2856 – 2(-21,5483) + 2(-15,9200) – 4.3,4181 = 22,7266 Q4 = 6,2856 + 21,5483 + 27,774 + 15,9200 + 3,4181 = 74,9460 Q4Z4 + Q3Z3 + Q2Z2 + Q1Z + Q0 = 74,9460Z4 + 22,7266Z3 + 2,6741Z2 + 0,2130 + 0,0094 = Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 5.3 Tính thơng số xét ổn định mạch vịng tốc độ − R0 = Q1 Q3 Q1 Q3 R0 R2 R0 − R2 = = Q0 Q4 Q1 Q5 Q1 − S0 = Q2 Q1 − R1 = Q0 R0 = Q1Q2 − Q0Q3 0,2130 22,7266 - 0,094.22,7266 = = 1,6743 Q1 0,2130 R0Q3 − R2Q1 1,6734.2,6741− 74,9460.0,2130 = = 13,19 R0 1,6743 = Q1Q − Q Q Q1Q = = Q = 74,9460 Q1 Q1 R2 R R R 1R − R R R 1R − R 0 = = = R = 74,9460 R1 R1 R1 Tính tốn thơng số hàm số truyền phục vụ cho mơ 6.1 Mạch vịng dịng điện Đáp ứng dòng điện với T= 0,5.Tu=0,002(s) ; kp = 0,25; ki = 42 T= 0,5.Tu=0,00165(s) ; kp = 0,25; ki = 50 R i (Z) = K p + K i (Z + 1) 42 ( Z + 1) = , 25 + Z -1 Z −1 R i (Z) = K p + K i (Z + 1) 50 ( Z + 1) = , 25 + Z -1 Z −1 WHI (Z) = 0,00013 Z + 0,00013 Z + 1,9418 Z + 0,9419 6.2 Mạch vòng tốc độ Đáp ứng tốc độ với : T= 0,5.Tu=0,00165(s) ; Kp = 0,25; Ki = 42; Kω = 0,0006 T= 0,5.Tu0,002 ; Kp = 0,25; Ki = 50; Kω = 0,00058 R n (Z) = K pn + K n (Z + 1) 0,0006 ( Z + 1) = 0,25 + Z -1 Z −1 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ R n (Z) = K pn + WHn (Z) = K n (Z + 1) 0,0058 ( Z + 1) = 0,25 + Z -1 Z −1 0,00013 Z + 0,00013 Z + 1,9418 Z + 0,9419 Số hóa Trung tâm Học liệu ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ...ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN MẠNH NGÀ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Ở PHÒNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP... truyền động máy sản xuất nên chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần động điện xoay chiều phòng thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên để ứng dụng vào sản xuất. .. truyền động biến tần động điện xoay chiều phịng thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên để ứng dụng vào sản xuất? ?? thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp hướng dẫn; tài liệu tham khảo