Thiết kế mach điều khiển tự động cho dây chuyền sản xuất ống nhưa VIWAPICO

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế mach điều khiển tự động cho dây chuyền sản xuất ống nhưa VIWAPICO” em tự thiết kế hướng dẫn cô giáo PGS.TS Nguyễn Phạm Thục Anh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Trung Phúc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY CP VẬT TƯ NGÀNH NƯỚC – VINACONEX (VIWAPICO) 1.1 Tổng quan 1.2 Giới thiệu công nghệ 1.2.1 Dây chuyền đùn 1.2.2 Máy sấy 1.2.3 Bộ phận cân định lượng 1.2.4 Máy đùn 1.2.5 Máy đùn phụ 1.2.6 Đầu đùn 1.2.7 Đầu hình chuốt 1.2.8 Thùng định hình chân khơng 1.2.9 Thiết bị đo độ dầy thành ống 1.2.10 Thùng làm mát 1.2.11 Máy in ống 1.2.12 Máy kéo ống 1.2.13 Máy cưa ống 1.2.14 Máy cuộn ống 1.3 Nguyên vật liệu 1.4 Năng lực sản xuất 1.5 Hệ thống cung cấp điện toàn nhà máy 1.5.1 Các giải pháp kỹ thuật 1.5.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện nhà máy .11 1.5.3 Bù công suất phần kháng 12 1.6 Giới thiệu máy đùn KRAUSS MEFFEI 12 1.6.1.Vai trò máy đùn Krauss Meffei dây chuyền sản xuất công ty .12 1.6.2 Một số đặc tính kỹ thuật máy đùn Krauss Meffei 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 15 2.1 Khái niệm động điện chiều 15 2.2.1 Cấu tạo động điện chiều 15 2.2.2 Phân loại động điện chiều 19 2.2.3 Ưu nhược điểm động điện chiều 20 2.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều 21 2.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 23 2.3.1 Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ 23 2.3.2 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng 24 2.3.3 Phương pháp thay đổi từ thông Φ 25 2.3.4 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 27 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH LỰC 29 3.1 Lựa chọn phương án chỉnh lưu 29 3.1.1 Chỉnh lưu điều khiển cầu pha 29 3.1.2 Chỉnh lưu hình tia ba pha 30 3.1.3 Chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha đối xứng 32 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển 34 3.3 Tính toán chọn mạch lực 35 3.3.1 Tính tốn thơng số chỉnh lưu 36 3.3.2 Tính chọn van mạch lực 36 3.3.3 Tính chọn máy biến áp 38 3.3.4 Tính chọn cuộn kháng lọc 39 3.4 Tính tốn bảo vệ mạch lực 44 CHƯƠNG TÍNH TỐN MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN 46 4.1 Tổng quan mạch tạo xung điều khiển 46 4.1.1 Khâu đồng 47 4.1.2 Khâu tạo điện áp cưa 49 4.1.3 Khâu so sánh 50 4.1.4 Khâu tạo xung chùm 51 4.1.5 Khâu tách kênh 52 4.1.6 Khâu khuếch đại xung 54 4.1.8 Tính tốn biến áp xung 56 4.1.9 Mạch tạo nguồn nuôi 57 4.2 Lựa chọn thiết bị đo 58 4.2.1 Lựa chọn thiết bị đo tốc độ 58 4.2.2 Lựa chọn thiết bị đo dòng điện 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH VỊNG KÍN 62 5.1 Cấu trúc hệ điều chỉnh hai mạch vòng 62 5.2 Tính tốn thơng số động biến đổi 62 5.2.1 Tính tốn thơng số động 62 5.2.2 Thông số biến đổi 63 5.2.3 Hệ số phản hồi 63 5.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 64 5.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 66 5.5 Mô hệ truyền động động điện chiều 67 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ mặt công ty Hình 1.2 Dây chuyền máy đùn nhựa Hình 1.3 Quy trình sản xuất ống nhựa Hình 1.4 Máy sấy Hình 1.5 Bộ phận cân định lượng Hình 1.6 Máy đùn Hình 1.7 Thùng làm mát Hình 1.8 Máy in ống Hình 1.9 Máy kéo ống Hình 1.10 Máy cuộn ống Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện nhà máy 11 Hình 1.12 Máy đùn Krauss Meffei 13 Hình 1.13 Bảng điều khiển máy đùn 14 Hình 2.1 Sơ đồ (a) mơ hình (b) động điện chiều 15 Hình 2.2 Cực từ 16 Hình 2.3 Lõi sắt phần ứng 18 Hình 2.4 Sơ đồ động điện chiề kích từ độc lập 19 Hình 2.5 Sơ đồ động điện kích từ song song 20 Hình 2.6 Sơ đồ động chiều kích từ nối tiếp 20 Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo động điện chiều 21 Hình 2.8 Đặc tính động thay đổi điện trở phụ 24 Hình 2.9 Đặc tính động giảm từ thông 26 Hình 2.10 Đặc tính động thay đổi điện áp 27 Hình 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha đối xứng 29 Hình 3.2 Giản đồ điện áp dòng điện sơ đồ cầu pha 29 Hình 3.3 Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha 30 Hình 3.4 Giàn đồ điện áp dòng điện sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha 31 Hình 3.5 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng 32 i Danh mục hình vẽ Hình 3.6 Giản đồ điện áp dịng điện 33 Hình 3.7 Sơ đồ mạch lực 34 Hình 3.8 Giản đồ điện áp sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 35 Hình 3.9 Kết cấu cuộn kháng lọc 42 Hình 3.10 Mạch bảo vệ Thyristor 45 Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển dọc 46 Hình 4.2 Mạch tạo xung nhịp đồng kết hợp chỉnh lưu OA 47 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý đồ thị làm việc khâu tạo điện áp cưa 49 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý (a) đồ thị làm việc (b) khâu so sánh 50 Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý (a) đồ thị làm việc (b) khâu tạo xung 51 Hình 4.6 Mạch tách xung 52 Hình 4.7 Đồ thị làm việc khâu tách xung 53 Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý khuếch đại xung – biến áp xung 54 Hình 4.9 Bộ điều khiển PI 56 Hình 4.10 Sơ đồ máy phát tốc 59 Hình 4.11 Sơ đồ máy biến dịng ba pha 59 Hình 4.12 Sơ đồ mạch điều khiển 60 Hình 4.13 Giản đồ điện áp khâu 61 Hình 5.1 Sơ đồ khối hệ truyền động hai mạch vịng kín 62 Hình 5.2 Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh dịng điện 64 Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ 66 Hình 5.4 Sơ đồ mô hệ truyền động động điện chiều 68 Hình 5.5 Đồ thị đặc tính độ dòng điện 68 Hình 5.6 Đồ thị đặc tính q độ tốc độ 68 ii Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Danh mục thiết bị lẻ nhà máy 12 iii Danh mục từ viết tắt DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT D: Đường kính trục vít n: Tốc độ quay trục vít (vịng/phút) H: Độ sâu rãnh vít vùng bơm định lượng 𝜑: Góc nghiêng vít P: Áp suất trước đỉnh vít t: Khoảng cách hai vít liên tiếp 𝜇: Độ nhớt nhựa vùng bơm ω: Tốc độ góc (rad/s) M: Momen (N.m) I: Dòng điện (A) Uđm: Điện áp định mức Iđm: Dòng điện định mức Mđm: Momen định mức Φđm: Từ thông định mức s: Sai số tĩnh tốc độ Rư: Điện trở phần ứng Uư: Điện áp phần ứng 𝛽: Độ cứng đường đặc tính βTN: Độ cứng tự nhiên Rf: Điện trở phụ Φ: Từ thông iv Danh mục từ viết tắt Iư: Dòng điện phần ứng T1, T3, T5, T2, T4, T6: Thysistor ɳ: Hiệu suất UĐđm: Điện áp động định mức ∑∆UV: Tổng sụt áp van ∑∆ ULđ: Sụt áp lọc chiều Udđm: Điện áp chỉnh lưu định mức Iv: Dịng trung bình van chọn klv: Hệ số dự trữ dòng điện cho van Itbv: Giá trị trung bình dịng điện kUv: Hệ số dự trữ điện áp cho van Ungmax: Điện áp ngược lớn van ∆Uv: Sụt áp thuận van dịng định mức Itb: Dịng trung bình cho phép qua van Umax: Cấp độ điện áp-phân cấp theo điện áp tối đa mà van chịu Uđk: Điện áp điều khiển nhỏ đảm bảo mở van Iđk: Dòng điều khiển nhỏ vấn đảm bảo mở van Irb: Dòng điện rò van trạng thái khóa ∆Uck: Độ sụt áp cuộn kháng ∆Uba : Độ sụt áp máy biến áp ∆Uvan: Sụt áp trung bình van Ud: Điện áp chỉnh lưu với tải định mức Pd: Công suất chiều tải v Danh mục từ viết tắt kba: Hệ số máy biến áp Sba:Công suất máy biến áp U1: Điện áp sơ cấp máy biến áp I1: Dòng điện sơ cấp U2: Điện áp thứ cấp máy biến áp I2: Dòng điện thứ cấp Ld: Giá trị điện cảm cuộn kháng lọc Rd: Điện trở tải mđm: Hệ số đập mạch điện áp chỉnh lưu chu kỳ điện áp xoay chiều ksb: Hệ số san kđmv: Hệ số đập mạch đầu vào kđmr: Hệ số đập mạch đầu RưĐ: Điện trở phần ứng UĐmin: Điện áp nhỏ động Tmt: Nhiệt độ môi trường nơi đặt cuộn kháng Sth: Tiết diện lõi thép Scc: Diện tích cửa sổ Vth: Thể tích lõi thép H: Mật độ từ trường ∆H: Độ biến thiên mật độ tự cảm B: Cường độ từ cảm S: Tiết diện dây quấn Ltt: Trị số điện cảm vi Chương Tính tốn mạch tạo xung điều khiển 4.1.7 Thiết kế điều khiển PI Hình 4.8 Bộ điều khiển PI Lý thuyết điều khiển cho thấy mạch điều chỉnh kiểu P tồn sai số điều chỉnh, để loại trừ sai số cần dùng mạch PI, có quan hệ vào theo quy luật: 𝑅 𝑅0 𝑅1 𝑅2 Ura = Uđk = - [( 0Ud + Uph) +∫( 𝐶1 𝑅1 Ud + 𝐶1 𝑅2 Uph)dt + U(0)] Nếu cần ổn định tham số phải tuân theo u cầu nói trên, thí dụ lấy Ud âm suy Uph phải âm để đơn giản chọn R1 = R2 biểu thức trở thành: Ura = Uđk = 𝑅0 𝑅1 (Ud-Uph)dt + 𝐶1 𝑅1 ∫(Ud - Uph)dt + U(0)] = Kp∆Uv + KI∫∆Uv + U(0) Như điện áp điều khiển Uđk bao gồm hai thành phần, phần P tác động theo sai lệch hai đại lượng đầu vào ∆Uv điều chỉnh tỉ lệ nói với hệ số Kp, cịn thêm thành phần tích phân sai lệch với hệ số KI Chính thành phần tiếp tục tác động chừng sai lệch đại lượng Ud lượng thực phản hồi Uph sai số không dừng tức tích phân dừng tích lũy điện áp đâu mạch PI ∆Uv = Ud –Uph = Suy hệ thống ổn định lượng thực lượng đặt Ud = Uph 4.1.8 Tính tốn biến áp xung Từ chương ta có trị số hiệu dụng điện áp dòng điện thứ cấp máy biến áp xung là: Uđk = 3,5 (V), Iđk = 0,2(A) Ta tính có tính tốn biến áp xung theo phương pháp sau: Tính tốn kích thước tổng: V= 𝐾𝑏𝑎.𝑈2 𝐼2𝑡𝑥∆𝑈𝑥 ∆𝐵.∆𝐻 (m3) Trong đó: 𝑡𝑥 : Độ rộng xung (s), 𝑡𝑥 = 50.10-6 ∆B: Độ biến thiên cường độ từ trường, (Tesla) ∆H: Độ biến thiên mật độ tự cảm (H/m) ∆Ux: Độ sụt áp xung cho phép, thường lấy 0,1 ÷ 0,2, chọn ∆Ux =0,1 (V) 56 Chương Tính tốn mạch tạo xung điều khiển Kba: hệ số biến áp xung, Kba =2 U2: điện áp hiệu dụng thứ cấp biến áp xung điện áp điều khiển Uđk = 3,5 (V) I2: dòng thứ cấp biến áp xung Do chế độ làm việc biến áp xung từ hóa phần nên chọn ∆B= 0,2T, ∆H = 30 A/m Mặt khác tn = tx nên coi trị số hiệu dụng dòng điện thứ cấp nửa dòng điện điều khiển I2 = 0,5.Iđk = 0,1(A) V= 𝐾𝑏𝑎.𝑈2 𝐼2𝑡𝑥∆𝑈𝑥 ∆𝐵.∆𝐻 = 2.3,5.0,1.50.10−6 0,1 0,2.30 = 5,80.10-7(m3) = 0,583 (cm3) Mặt khác: ta có U1 = kba.U2 = 2.3,5 =7(V) Tra bảng 7.4 “ Quyển thiết kế điện tử công suất – Phạm Quốc Hải” trường hợp từ hóa phần chọn loại lõi thép hình trụ ký hiệu 1811 có tiết diện lõi tương ứng 0,443 cm3 Vậy trị số vòng dây cuộn sơ cấp là: W1 = 𝑈1 𝑡𝑥 ∆𝐵.𝑆𝑏𝑎 = 7.50.10−6 0,2.0,443.10−4 = 39,5 vòng, chọn W1 = 40 vòng Suy số vong dây cuộn thứ cấp: W2 = 𝑊1 𝑘𝑏𝑎 = 40 = 20 vịng 4.1.9 Mạch tạo nguồn ni Do mạch có sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán, ta cần sử dụng nguồn nuôi ngược dấu nối tiếp có điểm chung điểm nối đất Ta thiết kế mạch nguồn ni có điện áp ±12V để cấp nguồn cho IC, điều khiển dòng điện, tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng diode, điện áp từ cấp MBA nguồn ni Hình 4.9 Sơ đồ mạch tạo nguồn ni 57 Chương Tính toán mạch tạo xung điều khiển Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: - Điện áp đầu vào: Uv = ÷ 35V - Điện áp ra: Ura = 12V với IC 7812 Ura = -12V với IC 7912 - Dịng điện đầu ra: Ira = 0÷ 1A - Sụt áp nhỏ IC 7812 ∆U = 4V Ud = 12-4 =8V U2 = 0,8 = 10V Ta chọn U2 = 9V Tụ điện C4 C5 dùng để lọc sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470𝜇𝐹 4.2 Lựa chọn thiết bị đo 4.2.1 Lựa chọn thiết bị đo tốc độ Để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ, ta cần sử dụng máy phát tốc Máy phát tốc máy điện nhỏ, làm việc chế độ máy phát thực chức biến đổi chuyển động quay trục động thành tín hiệu điện áp Phương trình đặc tính máy phát tốc sau: UF = K.n =K1 𝑑𝛼 𝑑𝑡 Trong đó: UF: điện áp máy phát tốc K, K1: hệ số khuếch đại n: vận tốc quay roto α: góc quay Theo cấu tạo nguyên lý làm việc, máy phát tốc chia thành: - Máy phát tốc dồng - Máy phát tốc không đồng - Máy phát tốc chiều Sơ đồ máy phát tốc thể hình 4.9 hệ thống, máy phát tốc thực chức sau: - Đo tốc độ quay 58 Chương Tính tốn mạch tạo xung điều khiển - Thực mối quan hệ ngược tốc quay hệ thống theo dõi - Thực vi phân theo góc quay - Thực tích phân: α = ∫UF(t).dt K1 Hình 4.10 Sơ đồ máy phát tốc Biến trở có tách dụng cầu phân áp mà điện áp thay đổi phù hợp với điện áp đặt tốc độ động Chọn máy phát tốc với thơng số kỹ thuật: Ta có thơng số phản hồi âm tốc độ γ là: γ= 4.2.2 𝑈𝐹 𝑈𝐷 = 110 220 = 0,5 Lựa chọn thiết bị đo dòng điện Chọn máy biến dòng loại hạ áp emic 50/5 (A), hệ số biến dịng P1 = 1/10 Hình 4.11 Sơ đồ máy biến dòng ba pha Chọn diode chỉnh lưu theo dòng điện: Idiode > Ilv.Idb Chọn Ilv = 1,5 Idb = 3√2.𝐼2 𝜋 = 3√2.214 3,14 = 289,15(A) Chọn Idiode > 289,15.1,5 = 433,72(A) 59 Chương Tính tốn mạch tạo xung điều khiển Hình 4.12 Sơ đồ mạch điều khiển 60 Chương Tính tốn mạch tạo xung điều khiển Hình 4.13 Giản đồ điện áp khâu 61 Chương Thiết kế mạch vịng kín CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH VỊNG KÍN 5.1 Cấu trúc hệ điều chỉnh hai mạch vòng Mc THÐ Ri R BÐ Ð  Si S Hình 5.1 Sơ đồ khối hệ truyền động hai mạch vịng kín 5.2 Tính tốn thơng số động biến đổi 5.2.1 Tính tốn thơng số động Các thơng số đề bài: 𝑃đ𝑚 = 40 (kW), n = 1000 (vg/ph), 𝑈đ𝑚 = 220 (V), ɳ = 85%, 𝐼đ𝑚 =214 (A), P =2 Ta tính tốn thơng số mạch phần ứng động cơ: Theo công thức (2-19) trang 29 (TĐĐ) ta có Rư = 0,5.(1 – η) Tốc độ roto: ωdm = 2.π.𝑛đ𝑚 60 = 𝑈đ𝑚 𝐼đ𝑚 = 0,5(1 -0,8) 2.3,14.1000 60 220 214 = 0,077 (Ω) = 104,66 (rad/s) Lư điện cảm phần ứng tính theo cơng thức: Lư = 1,9 𝑈đ𝑚 𝑝.𝑛đ𝑚 𝐼đ𝑚 = 1,9 220 2.1000.214 62 = 0,00097(H) = 0,97 (mH) Chương Thiết kế mạch vịng kín Như ta có số chuyển mạch Tư = 𝐿ư 𝑅ư 0,00097 = 0,077 = 0,012 (s) Hằng số thời gian chuyển mạch điều khiển chỉnh lưu: Tđk = 0,001 (s) Hằng số thời gian máy biến dòng: Ti = 0,001 (s) Hằng số thời gian lọc máy phát tốc: Tω = 0,001 (s) Hằng số thời gian học: Tc = 𝑅ư 𝐽 = (𝐾𝛷)2 0,077.1,55 Từ phương trình đặc tính tự nhiên: ωđm = → KΦ = 𝑈đ𝑚− 𝑅ư 𝐼đ𝑚 𝜔đ𝑚 = 220−214.0,077 104,66 = 0,032 (s) 1,942 𝑈đ𝑚− 𝑅ư 𝐼đ𝑚 𝐾𝛷đ𝑚 = 1,94 5.2.2 Thông số biến đổi Từ sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tốc độ Uđm = Kcl.Uđk Chọn Uđk = 10V Ta có hệ số khuếch đại biến đổi: Kcl = Thời gian trễ biến đổi: Tv = 2𝑚𝑓 = 𝑈𝑑 𝑈đ𝑘 2.6.50 = 235 3,5 = 67,14 = 0,00167 (s) Với f: tần số lưới điện, f = 50Hz m: hệ số đập mạch với sơ đồ cầu ba pha m = 5.2.3 Hệ số phản hồi Khâu phản hồi dịng điện có hàm truyền : Wi(p) = Với: Ki: hệ số phản hồi dòng điện Ti: số thời gian sensor dòng điện Ta có tỉ lệ: Ki = 𝑈𝑖𝑑𝑚 2,5𝐼đ𝑚 chọn Uiddm = 10V 63 𝐾𝑖 1+ 𝑇𝑖 𝑝 Chương Thiết kế mạch vịng kín Vậy ta có Ki = 10 2,5.214 =0,018 Khâu phản hồi tốc độ có hàm truyền:Wω(p) = 𝐾𝜔 1+ 𝑇𝜔 𝑝 Với: Kω: hệ số phản hồi tốc độ Tω: số thời gian máy phát tốc Ta có tỉ lệ: Kω = Vậy ta có Kω = 𝑈𝜔 𝜔đ𝑚 10 104,66 chọn 𝑈𝜔 = 10V =0,095 5.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trong hệ thống truyền động tự động hệ chấp hành mạch vịng điều chỉnh mạch vịng dòng điện mạch vòng Chức mạch vòng dòng điện hệ hệ truyền động chiều xoay chiều xác định momen kéo động cơ, ngồi cịn có chức khác bảo vệ, điều chỉnh tốc độ Hình 5.2 Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh dịng điện Trong đó: Tu = 𝐿𝑢 𝑅𝑢 : số thời gian chuyển mạch phần ứng Vì hệ thống có số thời gian học lớn số số thời gian điện từ mạch phần ứng ta coi sức điện động động động khơng ảnh hưởng đến q trình điều chỉnh mạch vòng dòng điện (tức coi ∆E = 0, E = 0) 64 Chương Thiết kế mạch vịng kín Từ sơ đồ hình 5.2 ta có hàm truyền mạch vịng dịng điện (hàm truyền đối tượng điều chỉnh) sau: Soi (p) = Kcl Ki /Ru (1+pTđk )(1+pTi )(1+pTv )(1+pTu ) Trong số thời gian Tđk, Tv, Ti nhỏ so với số thời gian điện từ Tu Đặt Tsi = Tđk + Tv + Ti ta viết lại hàm truyền dạng gần đúng: Soi (p) = Kcl Ki /Ru (1+pTsi )(1+pTu ) Trong đó: Tu >> Tsi Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module ta tìm dược hàm truyền bọ điều chỉnh dịng điện có dạng khâu PI: 1+pTu Ri (p) = Kcl.K Ru i α.pT si Trong α số, chọn α = Với Ri (p) khâu tích phân tỉ lệ (PI) Từ việc tính tốn thơng số ta có: Tsi = Tđk + Tv + Ti = 0,001+0,00167+0,001 Tu = 0,012(s), Ru = 0,077(Ω), Kcl = 67,14, Ki = 0,018 Thay vào khâu tích phân tỷ lệ ta tính được: 1+0,012p Ri (p) = 67,14.0,018 0,077 2.0,00367p = 1+0,012𝑝 0,11𝑝 Đặc tính hàm truyền động điện chiều thay đổi mạnh chuyển vùng dòng điện gián đoạn Điều làm phức tạp công việc tổng hợp điều chỉnh hệ Vì sử dụng điều khiển thích nghi nên có khả thay đổi cấu trúc thông số giúp cho hệ đạt đặc tính điều chỉnh tốt 65 Chương Thiết kế mạch vịng kín 5.4 Tổng hợp mạch vịng tốc độ Vì động cịn ảnh hưởng nhiều yếu tố thay đổi tải trọng nên trường hợp tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng module để đạt u cầu cấp vơ sai cấp cao Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ: Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ Trong đó: Rω: Hàm truyền điều chỉnh tốc độ Soω: xenxo tốc độ hàm truyền khâu quán tính với hệ số Kω số thời gian (lọc) Tω Thường Tω có giá trị nhỏ, ta đặt Tsω = 2Ti + Tω đối tượng điều chỉnh có hàm truyền Với Soω(p) = Ru Kω Ki KΦ.Tc 𝑝(2𝑇𝑠𝜔 𝑝+1) Theo tiêu chuẩn tối ưu module, xác định hàm truyền điều chỉnh tốc độ khâu tỷ lệ tích phân tỷ lệ: Rω(p) = 1+ T0 p K.T0 p Khi hàm truyền hệ hở là: FMω = 1+ T0 p K.T0 p Rư Kω Ki KΦ.Tc 𝑝(2𝑇𝑠𝜔 𝑝+1) Từ phương trình ta tìm hàm truyền mạch kín F(s), đồng F(P) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tìm tham số điều chỉnh Nếu chọn T’(s) = Ts T0 = 8Ts 66 Chương Thiết kế mạch vịng kín Hệ số K = Rω(p) = R Kω Ki KΦ.Tc Ki KΦ.Tc Rư Kω 8(2Tsω )2 4Tsω = 8Tsω (1 + Rư Kω Ki KΦ.Tc 8Tsωp 4Tsω ) Khi tổng hợp hệ thống theo phương pháp tối ưu đối xứng thường phải thêm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh điều chỉnh Khâu tạo tín hiệu đặt thường có hàm truyền khâu lọc thơng thấp bậc nhất, có số thời gian lọc tùy thuộc vào gia tốc cho phép hệ thống khâu lọc đặt ngồi vịng mạch vịng điều chỉnh tốc độ Fω(p) = 𝑈𝜔 (𝑝) 𝑈𝜔𝑑 (𝑝) = 1+8Tsωp 8Tsωp[4Tsωp.(2𝑇𝑠𝜔 𝑝+1)+1]+1 Kết là, mạch vòng điều chỉnh tốc độ vơ sai cấp hai với tín hiệu điều khiển Như hệ ổn định lệch tốc độ không Bộ điều chỉnh PI theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng: Rω(p) = Ki KΦ.Tc Rư Kω 4Tsω (1 + 8Tsωp ) Vậy Rω khâu tỷ lệ tích phân (PI) Với Tsω = 2Tsi + Tω = 2.0,00367 + 0,001 = 0,00834 (s) Với Tsi = 0,00367(s), Tω = 0,00(s) Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng module ta có: Rω(p) = Ki KΦ.Tc Rư Kω 4Tsω (1 + 8Tsωp )= 0,018.1,94.0,032 0,077.0,095 4.0,00834 (1 + 8.0,00834𝑝 )= 0,305𝑝+4,58 0,0677𝑝 5.5 Mô hệ truyền động động điện chiều Ta sử dụng phần mềm Matlab 7.0 để mô hệ truyền động động điện chiều hai vịng kín hình 5.4: 67 Chương Thiết kế mạch vịng kín Hình 5.4 Sơ đồ mơ hệ truyền động động điện chiều Hình 5.5 Đồ thị đặc tính q độ dịng điện Hình 5.6 Đồ thị đặc tính độ tốc độ 68 Kết luận KẾT LUẬN Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phạm Thục Anh – Bộ mơn Tự động hóa Công nghiệp trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn chun mơn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian kiến thức hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận ý kiến quý báu thầy, cô góp ý bạn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Trung Phúc 69 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2009 [2] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1996 [3] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [4] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 70