Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor 1 pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập (Xung đơn)

Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor 1 pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập (Xung đơn). Đề tài: Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor 1 pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập Nội dung thiết kế: Mô hình hóa mạch vòng dòng điện Cấu trúc điều khiển Điều khiển xung đơn Mô phỏng, kiểm nghiệm Sử dụng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều khiển tốc độ cho động cơ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor pha cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập * (Xung đơn)  NỘI DUNG  Phần I: Tổng quan đề tài  Phần II: Thiết kế điều khiển  Phần III: Mô kiểm nghiệm thiết kế Phần I: Tổng quan đề tài  Đề tài: Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor pha cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập • Nội dung thiết kế: - Mơ hình hóa mạch vịng dịng điện - Cấu trúc điều khiển • Điều khiển xung đơn • Mơ phỏng, kiểm nghiệm  Sử dụng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều khiển tốc độ cho động Phần II: Thiết kế điều khiển Tạo tín hiệu đặt n* +- n i* - i + Rn Bộ điều khiển tốc độ Udk Ri Bộ điều khiển dòng điện function Phát xung Chỉnh lưu M Mạch tạo xung Mạch điều khiển Sơ đồ cấu trúc toán Tải Nguồn pha Mạch lực Phần II: Thiết kế điều khiển Nguyên tắc điều khiển: • Ta sử dụng nguyên tắc điều khiển dọc Sơ đồ khối mạch điều khiển Phần II: Thiết kế điều khiển Nguyên tắc điều khiển: • Nguyên tắc điều khiển dọc - Điều khiển góc mở a Tiristor vùng điện áp dương anod, cần tạo điện áp tựa dạng tam giác (thường gọi điện áp tựa điện áp cưa Urc) - Điện áp chiều so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm (t1, t4) điện áp tựa điện áp điều khiển (Urc = Uđk) phát xung đk - Tiristor mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1, t4) cuối bán kì ( tới dòng điện 0) Phần II: Thiết kế điều khiển 1.1 Khối đồng pha tạo điểm tựa • Điện áp tựa sử dụng xung có dạng cưa sườn lên: • Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp điện áp dạng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod thyristor • Utựa tạo điện áp có dạng cố định Phần II: Thiết kế điều khiển •1.2   Khâu so sánh khuếch đại • Nhận tín hiệu điện áp cưa điện áp điều khiển, • So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển  Tìm thời điểm hai điện áp (Uđk = Urc) • Tại thời điểm hai điện áp nhau, phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại Ur(t) = Phần II: Thiết kế điều khiển 1.3 Khâu tạo xung • Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor • Xung để mở Tiristor có yêu cầu:  Sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristor mở tức thời có xung điều khiển (thường gặp loại xung xung kim xung chữ nhật)  Đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn thời gian mở Tiristor)  Đủ công suất; cách ly mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực lớn) Phần II: Thiết kế điều khiển  Mạch chỉnh lưu cầu pha 10 Phần II: Thiết kế điều khiển Bộ điều khiển cho động cơ: 2.1 Mơ hình hóa động DC  Ta lựa chọn động DC_01 Matlab, có thơng số:  Công suất định mức: Pđm = HP ≈ 3730 W  Điện áp định mức: Uđm = 240 V  Dòng điện định mức: Iđm = 15.53 A  Tốc độ định mức: Nđm =1750 v/ph  Phần ứng: Ra = 2.581 Ω La = 0.028 H  Momen quán tính: J= 0.02215 kg.m2  Điện áp kích từ: Ukt= 300 V 11 Phần II: Thiết kế điều khiển •   Phương trình đặc tính cơ: 2.2  Phương trình cân điện áp phần ứng: V a = Ra * ia + La Eb  Với Eb = k = Laf * Ikt  Phương trình momen trục động cơ: Md = Mt + B(t) + J = Kia = Laf * Ikt * ia 12 Phần II: Thiết kế điều khiển •  Phương trình vi phân dịng điện phần ứng tốc độ góc động DC kích từ độc lập: • = ia + Va(t) • = ia(t) M(t) Từ ta có sơ đồ cấu trúc ĐCMC: J: Momen B: Hs ma sát Mt(s) Va(s) + - +- 13 Phần II: Thiết kế điều khiển • Mối quan hệ kích thích đầu vào đáp ứng đầu ra: =  Ta sử dụng cấu trúc điều khiển vòng phân cấp  Khâu điều chỉnh tốc độ quay n vịng ngồi  Khâu điều chỉnh dòng phần ứng Ia vòng ref + + - Gn(s) Va + - Gi(s) I + - Ia Eb 14 Phần II: Thiết kế điều khiển • Với vòng điều khiển dòng điện: A+ + ++ I Gi(s) • Mối quan hệ hàm truyền đạt: • Sai lệch điều khiển : Ua Ia +Eb Ia(s) = b(s) er(s) = [Iref (s)- Ia(s)]|Eb(s) = = ) • Ảnh hưởng điện áp Eb tác động đến mạch vòng điều khiển : ed(s)|Iref(s) = = • Để er(s) = ed(s) = điều chỉnh Gc(s) phải thỏa mãn điều kiện: Gi(s)|s=j = (1 là tần số góc sóng hài bậc dòng điện đặt điện áp Eb ) 15 Phần II: Thiết kế điều khiển •  Sử dụng điều chỉnh PI: Gi(s) = Gpi (s) = kp (1 + ) Với Ti = La/Ra  Hàm truyền kín mạch vòng dòng điện : = Hệ số kp điều chỉnh xác định: kp = Với: Tqd số thời gian độ 16 Phần II: Thiết kế điều khiển •  Với vịng điều khiển tốc độ • Bỏ qua độ trễ mạch vịng dịng điện gây ref Gn(s) • Mối quan hệ hàm truyền đạt: (s) = • Sai lệch điều khiển : er(s) = [ref (s) - (s)] = • Để e r(s) = điều chỉnh Gs(s) phải thỏa mãn điều kiện: Gns(s)|s=j=0 ( là tần số góc sóng hài bậc tốc độ đặt) 17 Phần II: Thiết kế điều khiển •  Sử dụng điều chỉnh PI : G (s) = k (1+) n p  Chọn số thời gian tích phân: Ti =  Hàm truyền kín mạch vịng tốc độ : =  Hệ số kp : kp =  Độ điều chỉnh hệ lớn cần có hạn chế gia tốc lượng đặt (là khâu tạo gia tốc dN/dt): 18 Phần II: Thiết kế điều khiển  •   Chuyển đổi Ua Udk: • Ta có: Ua=Udo*cos() Ua = Udo*cos • Từ ta suy hàm quan hệ Udk Uư Udk= *acrcos( • Trong Matlab: 19 Phần III: Mô kiểm nghiệm thiết kế Mạch mô matlab 20 Phần III: Mô kiểm nghiệm thiết kế Kết mô phỏng: Vân tốc động Kịch bản: Vận tốc đặt=80(rad/s) với T=5 tác động momen tải M=20(N.M) 21 Phần III Mô kiểm nghiệm thiết kế • Khởi động động cơ, tiến tới xác lập • Động chịu tác động momen tải 22 Phần III Mô kiểm nghiệm thiết kế Dịng điện phần ứng: Khơng tải Có tải Nhận xét: Khi có momen tải dịng điện phần ứng momen động tỷ lệ với với hệ số momen động tính cơng thức Md = Mt + B(t) + J 23 Phần III Mô kiểm nghiệm thiết kế  Nhận xét đánh giá kết quả: • Đáp ứng tốc độ nhanh(nhỏ 1s) • Cả hai trường hợp có tải hay khơng có tải đáp ứng tốc độ bám sát giá trị đặt ban đầu • Sai số lượng đặt giá trị thực thấp(0.625%) • Tồn điều chỉnh khởi động thay đổi tải (quá điều chỉnh 25%) 24 Cảm ơn thầy bạn lắng nghe 25 ... Thiết kế điều khiển  Phần III: Mô kiểm nghiệm thiết kế Phần I: Tổng quan đề tài  Đề tài: Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor pha cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập • Nội dung thiết. .. Phần II: Thiết kế điều khiển  Mạch chỉnh lưu cầu pha 10 Phần II: Thiết kế điều khiển Bộ điều khiển cho động cơ: 2 .1 Mơ hình hóa động DC  Ta lựa chọn động DC_ 01 Matlab, có thơng số:  Cơng suất... Tải Nguồn pha Mạch lực Phần II: Thiết kế điều khiển Nguyên tắc điều khiển: • Ta sử dụng nguyên tắc điều khiển dọc Sơ đồ khối mạch điều khiển Phần II: Thiết kế điều khiển Nguyên tắc điều khiển: