Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng bộ chopper cho động cơ một chiều hoạt động (m0 hoặc m0,ɷ0 hoặc ɷ0) 1

Điều khiển động cơ DC sử dụng bộ Chopper Đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn download by : skknchat@gmai

Trang 1

BÁO BÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC

Bài 7: (*)Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng bộ chopper

cho động cơ một chiều hoạt động (M>0 hoặc M<0,ɷ>0 hoặc ɷ<0)

Nội dung thiết kế:

Mô hình hóa, Cấu trúc điều khiển và cách

thức tính toán bộ điều chỉnh.

Mô phỏng cấu trúc điều khiển.

GVHD: TS Vũ Hoàng Phương Nhóm 07:

-Nông Thế Anh -Đào Quang Trường

download by : skknchat@gmail.com

Trang 2

Điều khiển động cơ DC sử dụng bộ Chopper

Nội dung báo cáo

1 Giới thiệu chung

2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Khái niệm về Chopper

2.2 Nguyên lý hoạt động của Chopper

2.3 Four-Quadrant Chopper

2.4 Nguyên lý xung PWM

3 Cấu trúc hệ thống điều khiển

4 Động cơ DC

5 Thiết kế hệ thống điều khiển

5.1 Bộ điều khiển dòng điện

5.2 Bộ điều khiển tốc độ

6 Mô phỏng kiểm chứng

7 Tổng kết

Trang 3

1 Giới thiệu chung

Động cơ một chiều có ứng dụng rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như:

Trong TV, máy công nghiệp, đài FM, ổ đĩa DC, sạc điện thoại, ắc quy….

Trang 4

Đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần

điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn

Trang 5

Four–quadrant chopper

- IGBT được dùng làm van đóng cắt

- Mỗi van bán dẫn có Diode tự do chạy trên nó giúp hạn chế điện áp ngược qua van, bảo vệ van khi dòng quá độ lớn

- Tải là động cơ một chiều bao gồm một điện trở thuần, một cuộn cảm và một suất điện động

- Nguồn cung cấp là nguồn DC và tụ điện được kết nối qua nó để duy trì điện áp khôngđổi

Trang 6

2 Cơ sở lý thuyết

2.1 Khái niệm và phân loại Chopper

Chopper là một thiết bị chuyển đổi đầu vào DC cố định thành điện áp đầu ra

DC thay đổi trực tiếp thông qua việc đóng mở các thiết bị bán dẫn Mạch Chopper còn được gọi là mạch băm xung

Phân loại:

- AC link Chopper

+ Chuyển đổi từ DC qua AC

+ Dùng biến áp để nâng điện áp Sau đó chuyển đổi về DC Cồng kềnh phức tạp vì phải thực hiện qua 2 giai đoạn

AC link Chopper

Trang 7

- DC Chopper

Chuyển đổi DC – DC “trực tiếp” sử dụng các mạch đơn giản

Có hiệu suất cao, phản ứng nhanh, hoạt động trơn tru

Được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị

DC Chopper

Trang 8

2.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ Chopper

Kết nối và ngắt kết nối tải khỏi nguồn với tốc độ cao

Bằng cách này điện áp 1 chiều được cắt nhỏ và ta có thể thay đổi được

- Trong khoảng:Trong khoảng:

Trang 9

+ Time ratio control( điều khiển hệ số điều chế)

+ Current limit control(điều khiển dòng điện)

2.3 Four-Quadrant Chopper

Quadrant 1:

S1,S4 ở trạng thái dẫn, dòng điện đi từ S1

qua , , rồi qua động cơ Cuối cùng qua S4

về cực âm của nguồn Động cơ quay thuận,

mạch làm việc ở chế độ động cơ

Khi đó: =

Quadrant 2:

+ Khi S1 không dẫn, S4 dẫn ,năng lượng trên

cuộn cảm tác động khiến dòng điện sẽ đi từđộng cơ, qua , rồi qua D2 về cực âm của nguồn

Khi đó: = 0

Trang 10

Quadrant 3:

S2,S3 ở trạng thái dẫn, dòng điện đi từ

S3 qua , , rồi qua động cơ Cuối cùng qua

S2 về cực âm của nguồn Động cơ

quay ngược, mạch làm việc ở chế độ

Khi đó: = 0

Trang 11

2.3 Phương pháp điều chế

độ rộng xung(PWM)

• Nội dung phương pháp:

Nguyên lý: Tạo xung tam giác , sau

đó so sánh điện áp răng cưa (Urc) với

điện áp điều khiển (Uđk) được điều

chế thông qua bộ PI, kết hợp phản hồi

tốc độ động cơ (w ph ) và tốc độ đặt

(w dat ).

Tín hiệu điều khiển các van

Trang 12

Trang 13

Hệ thống điều khiển

Bộ điều khiển PWM

Bộ điều khiển + tốc độ + dòng điện generator

Yêu cầu thiết kế:

Nguồn cấp

Four-Quadrant

Chopper

+ Mô hình hóa, Cấu trúc điều khiển và cách thức tính toán bộ điều chỉnh

+ Mô phỏng cấu trúc điều khiển

Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ chopper cho động cơ một

chiều với hai vòng điều khiển (bỏ qua khâu trễ do PWM) :

mạch vòng dòng điện (vòng trong) và mạch vòng tốc

độ (vòng ngoài)

Trang 14

3 Cấu trúc hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển

Nguồn cấp

+

−

Bộ điều khiển tốc độ +

−

Bộ điều khiển dòng điện

Trang 15

TỐC ĐỘ:

+ Bộ đo phản hồi và tính toán sự sai lệch giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế

+ Dựa vào sai lệch tốc độ, Bộ điều khiển tốc độ PI sẽ tính toán ra giá trị cần thiết.

DÒNG ĐIỆN:

+ Bộ đo tính toán sự sai lệch giữa dòng điện đặt và dòng điện thực tế

+ Dựa vào sai lệch, Bộ điều khiển dòng điện PI sẽ tính toán ra giá trị điện áp điều

khiển (trong giới hạn của bộ điều chỉnh PI hiện tại)

+ Điện áp đó được tính toán để quy về hệ số điều chế, rồi so sánh với xung răng cưa để phát tín hiệu điều khiển 2 cặp van

Trang 16

4.3 Động cơ trong Matlab Simulink

- Điện áp phần ứng: 240V

- Tốc độ định mức: 1750rpm

- Điện áp kích từ: 300V

Trang 17

5 Thiết kế hệ thống điều khiển

5.1 Bộ điều khiển dòng điện

Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng:

Trang 18

Với, là các thông số của bộ điều khiển đòng điện PI

Trang 19

Coi = 0

Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng:

Với 1 = = , khi đó hàm truyền trở thành:

1

(*) download by : skknchat@gmail.com

Trang 20

Trang 21

5.2 Chọn các thông số của bộ điều khiển dòng điện PI

Bước 1: Tìm tần số đóng cắt của hệ thống

Bước 2: Chọn tần số cắt của bộ điều khiển dòng

điện trong khoảng 1/10 đến 1/20 tần số đóng

cắt của van.

Bước 3: Tính toán các thông số của bộ điều

khiển dòng điện theo các công thức:

Trang 22

Trang 23

Speed control badwidth: bang thông của bộ đk tốc độ.

Hàm truyền (4.3) tần số

có thể đơn giản như sau:

Trang 24

5.3 Chọn các thông số của bộ điều khiển tốc độ PI

Bước 1: Xác định thông số từ bộ điều khiển

dòng điện

Bước 2: Chọn thông số của bộ điều khiển tốc độ

lớn hơn khoảng 1/5 và nhỏ hơn 1/10 tần số lấy

= 0.028 1

+ Chọn = 6 = 42

=

Trang 26

ồ

Bộ điều khiển

dòng điện

Chuyển đổi rad/s sang rpm

Hình 6.1.1: Cấu trúc hệ thống và Mô phỏng

bằng Matlab Simulink

Trang 27

Hình 6.1.2: Chi tiết khối PI speed controller

Trang 28

Hình 6.1.2: Chi tiết khối PI current controller

Trang 29

Chia để ra được song mang từ 0 đến 1

Tín hiệu điều khiể n van

Hình 6.1.2: Chi tiết khối PWM

Sóng mang biên độ từ -1 đến 1

Trang 30

Trang 31

• 6.2 Kết quả mô phỏng

Trang 32

Trang 33

DÒNG ĐIỆN PHẦN ỨNG

+ Độ đập mạch dòng điện 4.3%

+ Imax =11.1 (A) , Imin = 10.1 (A)

Trang 34

Trang 35

Đồ thị xung răng cưa và Duty Cycle.

Nhận xét: Với tốc độ đặt = 500 ,

~ , à ~ ,

Trang 36

6.4 Nhận xét kết quả:

+ Mô phỏng đã kiểm chứng cơ sở lý thuyết là đúng đắn

+ Tốc độ thu được bám sát theo giá trị đặt

+ Độ quá điều chỉnh của tốc độ nhỏ

Trang 37

Hiểu được ứng dụng của đề tài trong cuộc sống Như

ứng dụng trong TV, máy cống nghiệp, sạc điện thoại,….

Hiểu được nguyên lý hoạt động của Chopper, phân loại

cũng như nguyên lý chi tiết của Four-quadrant Chopper

Xây dựng được cấu trúc bộ điều

khiển Mô hình hóa động cơ DC

Tính toán các thông số bộ điều khiển dòng điện, tốc độ

Áp dụng mô phỏng bằng Matlab Simulink

Trang 38

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE

Trang 39

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	6,76 MB