Thiết kế bộ điều khiển ổn định tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập khi sử dụng mạch động lực là bộ băm xung – động cơ

MỤC LỤC MỤC LỤC _1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP _2 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP _2 1.1.1 Sự tác động động điện chiều _2 1.1.2 Giới thiệu động điện chiều kích từ độc lập 1.2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY PHÁT TỐC _8 1.3 Thông số điện trở shunt 1.5 Giới thiệu biến đổi tốc độ động PWM 10 1.4 Khái quát điều chỉnh tốc độ động chiều _11 1.6 Giới thiệu băm xung-động _13 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN _15 2.1 ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 15 2.2 XÂY DỰNG HÀM TRUYỀN THIẾT BỊ 16 2.3Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 18 2.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ: _19 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM SIMULINK 21 3.1 LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT 21 3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN _22 3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ 23 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.1.1 Sự tác động động điện chiều - Trong đời sống người, động điện chiều sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực:  Các phận khởi động ô tô, xe máy, máy kéo…  Các hệ truyền động có cơng suất nhỏ quạt điện, máy xay sinh tố, động bơm nước…  Lĩnh vực nghiên cứu, giảng dạy… - Trong công nghiệp, động điện chiều có vai trị quan trọng, ứng dụng máy cắt kim loại, máy công cụ, giao thông vận tải hay thiết bị cần trục máy ép, máy bơm, máy nghiền, máy cán… - Ưu điểm động điện chiều:  Động điện mơt chiều có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng: Vì động điện chiều điều chỉnh tốc độ thông qua việc thay đổi , nên tốc độ động điều chỉnh tốc độ miền tốc độ định mức  Chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt, dễ điều chỉnh tốc độ Do động điện chiều có đường đặc tính dạng tuyến tính ( ) nên dễ dàng điều khiển tốc độ Đặc biệt với động điện chiều kích từ độc lập có phần kích từ phần ứng riêng biệt nên dễ cho việc điều khiển  Chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt: biến đổi động điện chiều có khả tạo sai số tốc độ nhỏ, độ trơn điều chỉnh mịn, dải điều chỉnh rộng…  Động điện chiều có dịng mở máy mơ men mở máy nhỏ có khả q tải mơ men = ; ; M=  Cơng suất phía kích từ động kích từ độc lập nhỏ cơng suất phần ứng động Chính vậy, sử dụng dây truyền cán…  Ngoài ưu điểm động điện chiều cịn có cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản so với loại động khác Chính vậy, động điện chiều sử dụng phổ biến nghành công nghiệp yêu cầu mômen mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ xác, phẳng, phạm vi điều chỉnh rộng nghành cán thép, hầm mỏ… - Nhược điểm động điện chiều:  Cần nguồn chiều  Bảo quản cổ góp phức tạp  Dễ sinh tia lửa điện  Giá thành cao…  Mặc dù có nhiều nhược điểm động điện chiều có vai trị quan trọng sản xuất, phát triển cơng nghiệp sử dụng phổ biến sống  Kết luận: Động điện chiều cịn có nhiều nhược điểm, song khơng mà động điện chiều ưu so với loại động khác, sử dụng phổ biến, ngày cải tiến, khắc phục nhược điểm vốn có nâng cao hiệu suất động cơ… 1.1.2 Giới thiệu động điện chiều kích từ độc lập a.Khái quát:  Động điện chiều kích từ độc lập nghĩa phần ứng phần kích từ cấp từ nguồn riêng rẽ  Cấu tạo chung động điện chiều Động điện chiều gồm có: - Phần cảm (stato) - Phần ứng (roto) - Hệ thống chổi than, cổ góp  Stato: phần đứng yên máy, gồm phần sau: - Cực từ - Cực từ phụ - Gơng từ - Các phận khác +) Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm: - Lõi sắt làm thép kỹ thuật điện ( thép cacbon ) dày từ 0,5-1 mm, ép tán chặt lại - Dây quấn kích từ: quấn dây đồng có bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối, tẩm sơn cách điện trước đặt lên cực từ +) Cực từ phụ: Đặt cực từ với tác dụng cải thiện đổi chiều gồm: - Lõi thép: làm thép khối - Dây quấn: làm đồng, có bọc cách điện, cuộn dây bọc cách điện tạo thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt lên cực từ phụ +) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ để nối liền cực từ đồng thời làm vớ máy +) Các phận khác bao gồm: - Nắp máy có tác dụng để bảo vệ máy đảm bảo an toàn vận hành - Cơ cấu chổi than: Đưa dòng điện từ phần quay ngồi, gồm chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tỳ chặt lên cổ góp  Roto: Là phần quay động cơ, bao gồm: - Lõi sắt phần ứng - Dây quấn phần ứng - Cổ góp - Các phận khác +) Lõi sắt phần ứng: Có tác dụng dẫn từ, làm từ thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5mm phủ cách điện mặt ép chặt để giảm tổn hao dòng điện xốy +) Dây quấn phần ứng: Có tác dụng sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Nó làm dây đồng có bọc cách điện, quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép +) Cổ góp: Cổ góp cịn gọi vành góp hay vành đảo chiều Dùng để đổi dòng điện xoay chiều thành dòng chiều +) Các phận khác bao gồm: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Là phận đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt, ổ bi…Trục máy thường làm thép cacbon tốt  Hệ thống chổi than- cổ góp: Dùng để đưa điện áp chiều cuộn dây phần ứng đổi chiều dòng điện cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than số lượng cực từ ( nửa có cực tính dương, nửa có cực tính âm ) b.Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập Lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập Hình1.1: Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập - Ta có phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: = (1.1) Trong đó: Điện áp phần ứng, V Sức điện động phần ứng, V Điện trở phần ứng, ôm Dòng điện phần ứng, A Với : Điện trở mạch phần ứng : Điện trở cuộn bù : Điện trở cuộn phụ Sức điện động phần ứng động xác định theo biểu thức: E= (1.2) Trong đó: P: số đơi cực từ N: số dẫn tác dụng dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song từ thơng kích từ cực từ tốc độ góc (rad/s) : hệ số cấu tạo động Từ (1.1) (1.2) ta có: Biểu thức phương trình đặc tính động điện 1.2 Giới thiệu máy phát tốc a Khái quát: - Khái niệm: Máy phát tốc thiết bị dùng để đo tốc độ động - Cấu tạo: gồm phần phần cảm phần ứng - Phân loại: dựa vào tín hiệu ta chia làm loại máy phát tốc: máy phát tốc xoay chiều máy phát tốc chiều b Thơng số máy phát tốc sử dụng Hình 1.1 Máy Phát Tốc ZYS-3A-TH Máy Phát Tốc ZYS-3A-TH - Nhãn hiệu: Shanghai Nanyang - Kiểu mẫu: ZYS-3A - Tốc độ:động tốc độ cao - Sử dụng:Chung - Kiểu cài đặt:Theo chiều dọc - loại chức năng:động điều khiển - Một loạt bảo vệ:mở loại - Lớp cách nhiệt:E-class - Loại cung cấp điện:động DC - Nguyên lý làm việc:Động không đồng - Cấu trúc nguyên tắc làm việc:động chuyển mạch AC - Điện áp định mức: 110V - Dòng diện: 200mA - Công suất định mức: 22W - Tốc độ định mức: 2000 r/m - Kháng tải: 550 AZ - Trọng lượng: 3kg 1.3 Thông số điện trở shunt - Mục đích: Dùng để đo dịng điẹn chiều DC Hình 1.2 Điện trở Shunt *Thơng số kỹ thuật điện trở shunt: -Dòng định mức:400A -Ngõ ra: 60mV -Sai số xác: 0.5 phần trăm Full Scale -Nhiệt độ hoạt động: -25~60 độ C -Khối lượng: 0.78 Kg, tùy vào dịng sơ cấp lớn hay nhỏ có khối lượng khác -Dây sử dụng 1.5 mét với tiết diện 1.5 1.4 Giới thiệu biến đổi tốc độ động PWM Hình 1.4 DC 10V­50V 5000W 200A Programmable DC Motor Adjustable Speed Controller Regulator PWM Reversible Control *Các thông số kỹ thuật: Điện áp làm việc: DC 10V-50V Dòng điện tối đa: 200A (dòng điện làm việc liên tục tối đa 100A) Cơng suất điều khiển: 0,01-5000W Dịng tĩnh: 0,05A Chu kỳ nhiệm vụ PWM: 0% -100% Tần số PWM: 15KHz Điện áp điều khiển: 0-5V Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 40 ° C Kích thước: 23,5 * 11,5 * 6,5cm Khối lượng: 1.289kg *Ứng dụng: Các loại tốc độ động DC chổi than đa năng; 10 Các loại động xe điều chỉnh tốc độ (tốc độ quạt làm mát ô tô, tốc độ quạt ô tô, tốc độ động gạt mưa ô tô, tốc độ quạt điều hịa tơ); Tốc độ dây chuyền sản xuất, tốc độ quạt hút đường ống, tốc độ máy chạy bộ, nhiều máy tính điều khiển tốc độ quạt song song, điều khiển tốc độ quạt điện tử; Các loại điều chỉnh độ sáng đèn DC, loại điều chỉnh nhiệt độ làm nóng DC, v.v 1.5 Khái quát điều chỉnh tốc độ động chiều Quá trình điều khiển tốc độ trình tác động làm thay đổi hệ từ tốc độ xác lập này, đến tốc độ xác lập khác có ý thức người Cơ sở trình điều khiển tốc độ hệ truyền động điện ln tn theo phương trình động học: Mdg = M – Mc = J với J moomen quán tính hệ Hệ làm việc xác lập M – Mc = 0,tức M=Mc; M > Mc hệ tăng tốc, cịn M < Mc hệ giảm tốc Từ phương trình đặc tính động điện chiều: n = - ×M Ta thấy để thay đổi tốc độ động điện chiều, có phương pháp để thay đổi tốc độ là:  Thay đổi  Thay đổi U  Thay đổi  Phương pháp thay đổi : 11 - Nguyên lý điều chỉnh: Khi thay đổi với giá trị khác thay đổi tỷ lệ, =const, ta họ đặc tính chung có tốc độ khác tốc độ làm việc xác lập tương ứng Qua hình ta có =const Và: < <