hệ thống điều khiển xung áp áp 1 chiều

Đồ án tốt nghiệp Lời cam đoan Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dới sự hớng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến. Các số liệu và kết quả trong đề tài là hoàn thành trung thực. Để hoàn thành bản đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã đợc ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không đợc liệt kê ở phần tài liệu tham khảo Sinh viên Phạm Văn Thể SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 1 Đồ án tốt nghiệp Mục lục Trang Lời cam đoan 1 Mở đầu 4 Chơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều .5 Đ1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều .5 1. Khái niệm đặc tính cơ .5 2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập .6 Đ2. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 7 1.1. Điều chỉnh điện áp phần ứng .7 1.2. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ 9 Đ 3. Các hệ truyền động điện động cơ một chiều .10 1. Hệ truyền động F - Đ 10 2. Hệ truyền động T - Đ 11 Chơng 2: Phân tích nguyên tắc điều chỉnh động cơ bằng xung áp một chiều .15 Đ1. Điều chỉnh xung áp mạch đơn 15 1. Sơ đồ nguyên lý 15 2. Phơng trình đồ thị điện áp và dòng điện .16 3. Đặc tính cơ 20 Đ2.1. Điều chỉnh xung áp Mạch kép .22 1. Sơ đồ nguyên lý 22 2. Phơng trình đồ thị dòng điện và điện áp .24 3. Đặc tính cơ 26 Đ3. Điều khiển đối xứng .27 1. Sơ đồ và nguyên lý 27 2. Đồ thị dòng điện và điện áp 28 3. Đặc tính của động cơ 29 Đ4. Điều khiển không đối xứng .29 Chơng III: Tính toán các phần tử mạch lực .31 Đ3.1. Mô tả sơ đồ mạch lực 31 Đ3.2. Tính chọn mạch điều chỉnh điện áp 32 1. Tính chọn các phần tử của bộ chỉnh lu cầu 1 pha hai nửa chu kỳ 32 SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 2 Đồ án tốt nghiệp Chơng IV: Thiết kế mạch điều khiển 37 Đ4.1. Phân tích sơ đồ 37 1. Sơ đồ .37 2. Phân tích sơ đồ 38 Chơng V: Thiết kế hệ thống kín 45 Đ5.1. Đặc tính cơ của hệ thống hở .45 1. Xây dựng phơng trình đặc tính cơ 45 2. Đồ thị 45 Đ5.2. Tính toán trong hệ kín .46 1. Sơ đồ .46 2. Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống kín .46 Đ5.3. Tính chọn hệ thống kín 47 Đ5.4. Tính toán sơ đồ của bộ điều chỉnh và khâu ngắt 52 Kết luận 54 Tài liệu tham khảo .55 SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 3 Đồ án tốt nghiệp Mở đầu Trong những năm gần đây, xu thế công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã mang lại rất nhiều thay đổi cho đất nớc. Đặc biệt là trong ngành tự động hoá và có nhiều tiềm năng phát triển rất to lớn trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Tự động hoá mang lại nhiều lợi ích cho con ngời nh tăng năng suất lao động, giảm công nhân đặc biệt trong môi trờng độc hại thì tự động hoá đảm nhận. Trong phần lớn các nhà máy, phân xởng đều có sự góp mặt của tự động hoá. Trong các dây truyền sản xuất, máy móc sử dụng truyền động điện bằng xung áp một chiều rất nhiều. Sử dụng hệ thống này độ an toàn cao. Đồ án này đề cập đến vấn đề nghiên cứu và thiết kế hệ thống truyền động điện bằng xung áp một chiều. Nội dung của đồ án chia làm 5 chơng: Ch ơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều. Ch ơng II: Phân tích nguyên tắc điều chỉnh động cơ bằng xung áp một chiều. Ch ơng III: Thiết kế mạch lực Ch ơng IV : Thiết kế hệ thống kín. Ch ơng V : Tính toán các phần tử của mạch lực. Đồ án này thực hiện với sự giúp đỡ của thầy giáo Nguyễn Mạnh Tiến cùng các thầy cô trong bộ môn. Nội dung đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót rất mong các thầy, cô giáo đóng góp bổ sung để đồ án đợc hoàn thiện hơn. Sinh viên Phạm Văn Thể SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 4 Đồ án tốt nghiệp Chơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Đ1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều. 1. Khái niệm đặc tính cơ Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và momen của động cơ. ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. Để đánh giá về đặc tính cơ và so sánh nó ngời ta đa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ . M = (1.1) M (3) (2) (1) AM 2 1 Hình 1.1 SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 5 Đồ án tốt nghiệp 2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập Sơ đồ nguyên lý hình 1.2. R f E + - U ư R kt - U kt + I kt I C kt Hình 1.2 a. Phơng trình đặc tính cơ U = E + (R + R f ). I Trong đó: U: điện áp phần ứng (V) E: sức điện động phần ứng (V) R: điện trở mạch phần ứng () R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng () I: dòng điện mạch phần ứng (A) Suất điện động E đợc tính E = . . . 2 . P N k a = (1.3) K: hệ số cấu tạo của động cơ : từ thông kích từ dới 1 cực : tốc độ góc Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì Ta có M tt = M đc = M (1.4) SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 6 Đồ án tốt nghiệp Ta có M tt = K I (1.5) Dẫn đến ( ) + = ư ư 2 . K f R R U M K (1.6) Giả sử = const ta có đồ thị đặc tính cơ có dạng nh hình 1.3. M 0 đm đm nm Hình 1.3 Khi = 0 Ta có = = + ư nm f U I I R R (1.7) và M = K. .I nm = M nm (1.8) I nm , M nm dòng và momen ngắn mạch Đ2. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Có hai phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều. a. Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng của động cơ b. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ 1.1. Điều chỉnh điện áp phần ứng Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển . Các SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 7 Đồ án tốt nghiệp thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành một chiều. Hình 1.5 ở chế độ xác lập có thể viết đợc phơng trình đặc tính của hệ thống nh sau: E b E = I (R b + R đ ) ( ) + = ưđ ư đm đm b b R R E I K K (1.12) Để xác định dải điều chỉnh tốc độ. Ta thấy tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của hệ thống là: = đm max maxo M (1.13) = đm min maxo M (1.14) Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của điều chỉnh phải có momen ngắn mạch. M nmmin = M cmax = K M .M đm Đồ thị đặc tính cơ là đờng thẳng song song nh hình 1.6. SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 8 ĐBBĐ R b I R ưđ E ư E b U Đồ án tốt nghiệp 0 max M,I max 0 min min M đm M nmmin Hình 1.6 Trong suốt quá trình điều chỉnh điện âp phần ứng thì từ thông kích từ đợc giữ nguyên, Mômen cho phép động cơ đợc tính: M cp = K. đm .I đm = M đm (1.16) 1.2. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ chính la điều chỉnh từ thông kích từ. Để điều chỉnh ta phải điều chỉnh momen điện từ của động cơ M= KI và sức điện động quay của động cơ. Vì mạch kích từ của động cơ là phi tuyến, vì thế hệ điều chỉnh này cũng là hệ phi tuyến. k k k b k e d i r r dt = + + (1.17) r k : điện trở dây quấn kích từ r b : điện trở nguồn điện áp kích từ k : số vòng dây của dây quấn kích thích Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ nguyên bằng đm. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 9 Đồ án tốt nghiệp Đ 3. Các hệ truyền động điện động cơ một chiều. 1. Hệ truyền động F - Đ Hệ thống máy phát động cơ F - Đ là một hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều khiển quay máy phát đợc xác định bởi hai đặc tính. Đặc tính từ hoá Đặc tính tải Trong tính toán có thể tuyến tính hoá các đặc tính này E F = K F . F . F = K F . F . C.i KF (1.18) Trong đó: K F : hệ số kết cấu của máy phát C: hệ số góc của đặc tính từ hoá Sơ đồ của hệ F - Đ ĐF M S U F = U đ I Đ K Hình 1.7 Nếu đặt R = R F + R Đ Ta có thể viết đợc phơng trình của đặc tính của hệ F - Đ . . F KF K R I U K K = (1.19) SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46 10 . việc. i 1 L c0 i cb L c0 L cb i d1 L cb i cb a b c I II A1 B 1 K A2 K2 BĐ2 R L E 1 2 U d I Hình 1. 8 Giả thiết 1 < 2 ; 2 > 2 sao cho 1 2 Ed Ed. T§H - K46 18 §å ¸n tèt nghiÖp ( ) ( ) ®gh ­ ­ t / T . T / T T / T N E e 1 U e 1 − = − (2 .11 ) Ta có thể rút gọn như sau: m = e. e 1 e 1 σ σ − − (2 .12 ) Trong