Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor1pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kíchtừ độc lập

Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor1pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kíchtừ độc lập.➢Nội dung thiết kế: Mô hình hóa mạch vòng dòng điện, Cấu trúc điều khiển.➢Điều khiển xung chùm.➢Tham số thiết kế và file mô phỏng tham khảo trong Maltab: Điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu :300V, 50HzThông số động cơ:•Công suất: 5HP•Mđm ~20 Nm•Iđm~17.8 A•Ua = 240 V•Ra=0.78Ω•La=0.016 H•Ukt = 150V•Rkt=150Ω•Lkt=112.5 H•Laf=1.234 H•J=0.05 kg.m2•Bm=0.01 N.m.s

Điều khiển Điện tử công suất Điều khiển Điện tử cơng suất Đề bài: Nhóm 38(*): 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 chùm ➢ Tham số thiết kế file mô tham khảo Maltab: dc3_example Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mục Lục u cầu thiết kế Mơ hình hóa Đặt vấn đề Cấu trúc điều khiển Tổng hợp điều chỉnh Mô kết luận Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất 1.u cầu thiết kế Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor pha cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập : ✓ Tốc độ động đạt giá trị đặt ✓ Đáp ứng hệ thống nhanh ✓ Độ điều chỉnh nhỏ Điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu : 300V, 50Hz Thông số động cơ: • Công suất: 5HP • Mđm ~20 Nm • Iđm~17.8 A • Ua = 240 V • Ra=0.78 Ω • La=0.016 H • Ukt = 150V • Rkt=150 Ω • Lkt=112.5 H • Laf=1.234 H • J=0.05 kg.m^2 • Bm=0.01 N.m.s Cấu trúc điều khiển Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.1 Mơ hình hóa động -Điện áp phần ứng: 𝑑𝑖𝑎 𝑉𝑎 = 𝑅𝑎 𝐼𝑎 + 𝐿𝑎 + 𝐸𝑏 𝑑𝑡 -Sức phản điện động: 𝐸𝑏 = 𝐾𝜙𝜔 (với 𝐾𝜙 = 𝐿𝑎𝑓 𝐼𝑓 ) -Momen động cơ: 𝑑𝜔 𝑇 = 𝐾𝜙𝐼𝑎 = 𝑇𝐿 + 𝐽 + 𝐵𝜔 𝑑𝑡 Thực biến đổi Laplace: 𝑉𝑎 (𝑠) = 𝑅𝑎 𝐼𝑎 (𝑠) + 𝐿𝑎 𝑖𝑎 𝑠 𝑠 + 𝐸𝑏 (𝑠) 𝐸𝑏 (𝑠) = 𝐾𝜙𝜔(𝑠) (với 𝐾𝜙 = 𝐿𝑎𝑓 𝐼𝑓 ) 𝑇 𝑠 = 𝐾𝜙𝐼𝑎 𝑠 = 𝑇𝐿 𝑠 + 𝐽𝑠𝜔 𝑠 + 𝐵𝜔 𝑠 Sơ đồ nguyên lý động DC kích từ độc lập Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.1 Mơ hình hóa động mơ hình tốn học động Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.2 Bộ chỉnh lưu • Điện áp trung bình đầu chỉnh lưu thyristor pha (loại p=2 xung): 𝑝 𝜋 𝑉𝑑 = 𝑉2𝑚 sin cos(𝛼) 𝜋 𝑝 Trong đó: - p độ đập mạch điện áp chỉnh lưu đầu - 𝑉2𝑚 giá trị đỉnh điện áp dây đặt vào mạch chỉnh lưu • Sử dụng phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc (𝑉𝑑 ,Ω) để tìm hệ số khuếch đại thể mối quan hệ biến thiên điện áp điều khiển điện áp đầu theo công thức sau: 𝑣෤𝑑α + 𝑉𝑑α = 𝑉𝑑0 cos(Ω + α෤ ) 𝑣෤𝑑α + 𝑉𝑑α = 𝑉𝑑0 [cos Ω cos α෤ − sin Ω sin(෤α)] Vì cos(෤α) ≈ 1, sin(෤α) ≈ α෤ 𝑉𝑑α = 𝑉𝑑0 cos(Ω) nên ta có: 𝑣෤𝑑 = −𝑉𝑑0 sin(Ω)෤α • Khi điện áp tựa có dạng sườn cưa lên, mối quan hệ góc mở Ω với điện áp điều khiển ෥ 𝑢 α ෥ ≈ 𝜋 𝑈 𝑑𝑘 𝑐,𝑚 (𝑈𝑐,𝑚 giá trị đỉnh điện áp tựa) Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.2 Bộ chỉnh lưu Mối quan hệ điện áp đầu chỉnh lưu 𝑈𝑑 điện áp điều khiển 𝑈𝑑𝑘 là: 𝑣෤𝑑𝛼 𝜋 ≈ − 𝑈𝑑0 sin Ω 𝑢෤ 𝑑𝑘 = 𝐾𝑟 𝑢෤ 𝑑𝑘 𝑈𝑐,𝑚 Mối quan hệ hàm truyền đạt tín hiệu điều khiển điện áp là: 𝑇 𝑣෤𝑑𝛼 (𝑠) 𝐾𝑟 −𝑠2𝑝 𝐺𝑟 𝑠 = = 𝐾𝑟 𝑒 ≈ 𝑇 𝑢෤ 𝑑𝑘 (𝑠) + 𝑠( ) 2𝑝 • T: chu kì tần số điện áp nguồn • P: hệ số đập mạch chỉnh lưu Nhóm 38-Điều khiển Điện tử công suất Cấu trúc điều khiển 3.1 Mạch vòng dòng điện 𝐼𝑟𝑒𝑓 + - 𝐸𝑏 𝑢𝑑𝑘 PI controller 𝐾r 𝑇 + 𝑠 2𝑝 𝑉𝑎 + - 𝐿 𝑅𝑎 (1 + 𝑠 𝑅𝑎 ) 𝑎 𝐼𝑎 ❖Hàm truyền đối tượng : 𝑆𝑑𝑡 = 𝐾𝑟 𝑇 1+2𝑝𝑠 𝐿 1+𝑅𝑎 𝑠 𝑎 𝑅𝑎 khâu quán tính bậc Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất 𝐼𝑎 Cấu trúc điều khiển 3.1 Mạch vòng dòng điện 𝐼𝑟𝑒𝑓 + - 𝑅𝑎 (1 + ) 2𝐾𝑟 𝑇𝑏 𝑇𝑎 𝑠 𝑉𝑎 Hàm truyền hở mạch vòng dịng điện: 𝐺 𝑠 = Hàm truyền kín mạch vòng dòng điện: 𝐼𝑎 𝐼𝑟𝑒𝑓 𝐼𝑎 𝐾𝑟 /𝑅𝑎 + 𝑇𝑎 𝑠 + 𝑇𝑏 𝑠 = 𝑅𝑎 2𝐾𝑟 𝑇𝑏 + 𝐺(𝑠) 1+𝐺 𝑠 = 𝑇𝑎 𝑠 ∗ 𝐾𝑟 𝑅𝑎 1+𝑇𝑎 𝑠 1+𝑇𝑏 𝑠 2𝑇𝑏2 𝑠 + 2𝑇𝑏 𝑠 +1 Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất ≈ = 2𝑇𝑏 𝑠+1 𝑇𝑏 𝑠+1 𝑇𝑏 𝑠 3.Cấu trúc điều khiển 3.2 Mạch vòng tốc độ 𝜔𝑠𝑝 + - 𝑃𝐼 controller 𝑇𝐿 1 + 2𝑇𝑏 𝑠 𝐾𝜙 + - 𝐽 𝐵 1+𝐵𝑠 𝜔 Hàm truyền đối tượng (𝑇𝐿 = 0) : 𝑆𝑑𝑡 = 𝐾𝜙 𝐵 1+2𝑇𝑏 𝑠 𝐽 1+𝐵𝑠 Khâu quán tính bậc2 Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất 𝜔 Tổng hợp điều chỉnh 4.1 Mạch vòng dòng điện Đặt 𝑇𝑎 = 𝐿𝑎 , 𝑇𝑏 𝑅𝑎 = 𝑇 2𝑝 => 𝑆𝑑𝑡 = 𝐾𝑟 /𝑅𝑎 1+𝑇𝑎 𝑠 1+𝑇𝑏 𝑠 Với : 𝐾𝑟 = −38.85 , 𝑇𝑏 = 0.005; 𝐿𝑎 = 0.016; 𝑅𝑎 = 0.78 Sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng , xác định thông số cho điều khiển PI : 𝑅𝑎 𝑇𝑎 • 𝐾𝑝1 = = −0.04 2𝐾𝑟 𝑇𝑏 • 𝑇𝑖1 = 𝑇𝑎 = 0.02 => 𝐾𝑖2 = −2 Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Tổng hợp điều chỉnh 4.2 Mạch vòng tốc độ Với 𝐾𝜑 = 1.234, 𝐽 = 0.05 , 𝐵𝑚 = 0.01 Sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng , xác định thông số cho điều khiển PI : 𝐽 • 𝐾𝑝2 = = 202.6 • 𝑇𝑖2 = 2𝐾ϴ 2𝑇𝑏 𝐽 =5 𝐵𝑚 => 𝐾𝑖2 = 40.5 Nhóm 38-Điều khiển Điện tử công suất Mô kết luận Sơ đồ tổng quan Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mô kết luận Khối điều khiển Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ kết luận • Tốc độ đặt : w = 183 rad/s , chế độ không tải M = N.m Đồ thị tốc độ động Nhóm 38-Điều khiển Điện tử công suất -Tốc độ động bám sát với giá trị đặt ( dao động 0.5%) - Tốc độ đạt 95% - Đáp ứng hệ thống nhanh Mơ kết luận • Tốc độ đặt : w = 183 rad/s , tải định mức M = 20N.m -Tốc độ động bám sát với giá trị đặt ( dao động 0.5%) - Đáp ứng hệ thống nhanh Đồ thị tốc độ động Nhóm 38-Điều khiển Điện tử công suất Mô kết luận - Dòng điện sai số 8% - Độ đập mạch lớn - Dòng khởi động lớn = 4𝐼𝑑𝑚 Dòng điện động Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ kết luận • Tốc độ đặt : w = 183 rad/s , tải thay đổi đột ngột từ M = N.m thành M = 20N.m giây thứ 10 Đồ thị tốc độ dòng điện động Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất - Tại thời điểm đóng tải, tốc độ bị sụt khoảng 0,1s sau lại quay lại bám giá trị đặt 5 Mô kết luận Nhận xét: ➢ Tốc độ động bám theo giá trị đặt có thay đổi tải ➢ Đáp ứng hệ thống nhanh ➢ Độ điều chỉnh thấp ➢ Dòng điện khởi động cao ➢ Dịng điện động có độ đập mạch lớn Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất Ảnh Này Tác giả Không xác định cấp phép theo CC BY-NC-ND Nhóm 38-Điều khiển Điện tử cơng suất ... cầu thiết kế Mơ hình hóa Đặt vấn đề Cấu trúc điều khiển Tổng hợp điều chỉnh Mô kết luận Nhóm 38 -Điều khiển Điện tử cơng suất 1.u cầu thiết kế Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor pha cấp nguồn. .. cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập : ✓ Tốc độ động đạt giá trị đặt ✓ Đáp ứng hệ thống nhanh ✓ Độ điều chỉnh nhỏ Điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu : 300V, 50Hz Thông số động cơ: • Cơng suất:... nguyên lý động DC kích từ độc lập Nhóm 38 -Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.1 Mơ hình hóa động mơ hình tốn học động Nhóm 38 -Điều khiển Điện tử cơng suất Mơ hình hóa 2.2 Bộ chỉnh lưu • Điện