điều khiển động cơ một chiều hai kênh dòng điện iu, ikt

Chơng 1: Những yêu cầu và hớng thực hiện 1.1 Đặt vấn đề Trong công nghiệp các dây chuyền sử dụng hệ thống truyền động nhiều động cơ khá phổ biến.. Truyền động điện nhiều động cơ thờng đ

Mục Lục

Chơng 1: Những yêu cầu và hớng thực hiện 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Hớng thực hiện 1

1.3 Sơ đồ nguyên lý 2

Chơng2 : Tổng hợp mạch vòng điều khiển 3

2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3

2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 5

2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện cho mạch kích từ 7

2.4 Tính toán các thông số mô phỏng 8

2.5 Mô hình mô phỏng sử dụng Simulink 11

2.5.1 Mô hình hệ thống mô phỏng mô phỏng 11

2.5.2 Mô hình Đông cơ 11

2.5.3 Mô hình khâu điều khiển kích từ 12

2.5.4 Mô hình khâu chuyển đổi sai lệch 12

2.6 Kết quả mô phỏng 12

2.7 Nhận xét đánh giá kết quả 16

Chơng 1: Những yêu cầu và hớng thực hiện

1.1 Đặt vấn đề

Trong công nghiệp các dây chuyền sử dụng hệ thống truyền động nhiều

động cơ khá phổ biến Tuỳ thuộc vào những yêu cầu công nghệ cụ thể mà hệ truyền động điện phải có những đặc điểm đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ

đó Những yêu cầu này sẽ quyết định tới tính đơn giản hay phức tạp của hệ truyền động điện

Truyền động điện nhiều động cơ thờng đợc sử dụng trong dây chuyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp gắn với yêu cầu chung của cả hệ Do đó trong những hệ truyền

động điện nhiều đông cơ, một trong những yêu cầu cơ bản của hệ truyền

động đó là ‘đồng bộ tốc độ’ Đồng bộ tốc độ trong các dây chuyền liên tục

đó là yêu cầu hàng đầu, ngoài ra đối với các dây chuyền sản xuất các vật liệu thay đổi, hoặc bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc; đối với hệ truyền động sản xuất yêu cầu sự đồng đều về tính chất của sản phẩm ( nh sản xuất giấy, thép…) còn có một yêu cầu quan trọng đó là giữ sức căng không đổi Một số yêu dây chuyền yêu cầu chất lợng sản phẩm cao thì hệ truyền động phải đảm bảo có độ chính xác điều chỉnh cao

1.2 Hớng thực hiện

Đồng bộ hoá tốc độ là một vấn đề tuy không rộng nhng bộ điều chỉnh của nó khá đa dạng, các bộ điều chỉnh náy có thể tổng hợp dựa trên một số nguyên tắc khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ đặt ra Có 2 nguyên tắc chính đó là điều chỉnh đồng bộ bằng điều chỉnh phần ứng hoặc điều chỉnh mạch kích từ Điều chỉnh kích từ hay điện áp phần ứng đều có những u

điểm riêng, điều chỉnh kích từ thơng đợc sử dụng vơi hệ truyền động có nguồn cấp chung và khi nguồn đợc cấp riêng cho từng động cơ thì thờng

sử dụng điều chỉnh điện áp phần ứng Khi sử dụng điều chỉnh điện áp phần ứng thì việc thay đổi tốc độ trở nên dễ dàng hơn Còn đối với điều chỉnh kích

từ có u điểm là có thể điều chỉnh với công suất không đổi, có khả năng thích ứng khi tải thay đổi Tuy nhiên do có vùng phi tuyến do đó nếu rơi vào vùng phi tuyến sẽ thiếu chính xác điều khiển

Từ những đặc điểm đó em thực hiện đề tài “Mô Phỏng Quá Trình Đồng

Bộ Tốc Độ Bằng Điều Chỉnh Kích Từ Và Có Điều Chỉnh Sức Căng” Đề tài thực hiện điều chỉnh tốc độ và sức căng ở mạch phần ứng (gần giống với

ph-ơng pháp nguồn cấp riêng), quá trinh đồng bộ tốc độ đợc thực hiện nhờ mạch

điều chỉnh kích từ

1.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển :

Chơng 2: Tổng Hợp Mạch Vòng Điều Khiển

2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Sơ đồ mạch vòng dòng điện :

Trong đó:

T =

u

u

R

L

: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng

Ki : điện trở của sensor cảm biến

Ti : Hằng số thời gian của sensor dòng điện

Sơ đồ tơng ứng:

Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng :

Soi(p) =

) 1

)(

1 )(

1 (

/ )

(

) (

u i

dk

u i cl dk

i

pT p

T pT

R K K p

U

p U

+ +

+

=

ứng với điều kiện

Tsi = Ti + TV +Tđk <<T

Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có

Soi(p) = (1 .)(1/ )

u si

u i cl

pT p

T

R K K

+ +

Theo tiêu chuẩn Modul tối u ta có hàm truyền hệ kín nh sau:

FMoi = 1 2 2 2 2

1

p

+

Mặt khác ta có

FMoi(p) = 1+Ri Ri(p().p Soi).Soi

=> Ri(p) =

) 1

Moi

F Soi

F

−

=> Ri(p) =

) 2 2

1

1 1

( ) 1

)(

1 (

/

2 2 1

1

2 2

2 2

p p

pT pT

R K K

p

u si

u i cl

σ σ

σ σ

τ τ

τ τ

+ +

− +

+

+ +

Chọn τ σ = min(Tsi,Tu) = Tsi

Rút gọn ta đợc hàm truyền

2

/

2

1

u si

i cl

u u u

i i cl

u

pT T

K K

T R R

T K pK

pT

+

= +

Vậy Ri(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)

2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ

Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ

Trong đó lấy hàm truyền của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các thành phần bậc cao

Viết gọn sơ đồ ta có

Trong đó So ω =

) 1

.(

) (

.

ω

ω

i

u

pT T

K K

K R

+

Với

TS ω = 2Tsi + Tω <<

áp dụng tiêu chuẩn modul tối u ta có:

1 2 2 2 2

1

p p

F OD

σ σ

] 2 2 1

1 1

[ ) 1 (

).

.(

.

2 2 1

1 )

1 (

)

(

2

2 2

p p

T p p T K K

K R

p p

F S

F p

R

s C

i

u OM

o

OD

σ σ

ω ω

σ σ

ω ω

ω ω

τ τ

φ

τ τ

+ +

− +

+ +

=

−

=

) 1 ( 2 ) 1 (

).

.(

.

1 )

1 (

)

(

p p

T p p T K K

K R F

S

F p

R

s C

i

u OM

o

OD

σ σ

ω

ω ω

ω

ω ω

τ τ

=

−

=

Chọn τ σ =T Sω ta có:

ω ω

ω

s u

C i

T K R

T K K p R

2

).

( )

Vậy bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỉ lệ P

2.3 Tổng hợp bộ điều khiển chỉnh dòng điện cho mạch kích từ

Trong trờng hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền đối tợng có dạng :

1 .(1 1 ).(1 )

) (

) (

SK K

v K

K

K

pT pT

pT R

p U

p I

+ +

+

=

Trong đó :

Uk- giá trị trung bình điện áp của bộ biến đổi

Rk, Tk- Thông số dây quấn kích từ

Tv- hằng số thời gian dòng xoáy

TSk- Tổng các hằng số thời gian nhỏ trong mạch kích từ

Các hằng số thời gian Tk, Tv phụ thuộc vào điểm làm việc trên đặc tính

từ hoá Trong trờng hợp điều chỉnh từ thông thì cần có xenxơ từ thông :

v

v

K p

I

k

+

=

Φ

1 ) (

) (

Trong đó KV- là hệ số khuyếch đại vi phân, độ nghiêng của đặc tính từ hóa tại điểm làm việc

Sơ đồ cấu trúc:

Ta có :

0 (1 )(1 )((11 ))(1 )(1 )

i SK

K V

dk k

v i

pT pT

pT p

T pT

R

pT K

S

+ +

+ +

+

+

=

Các hằng số thời gian Tđk, TV,Tvx, Tsk, Ti đều là các hằng số thời gian rất bé

so với Tk .Do đó để đơn giản trong việc thiết lập bộ điều khiển Rik ta bỏ qua các thành phần bậc cao và coi Tvx ≈Tsk Do đó S0 có dạng :

) 1

)(

1 (

0

SKT K

k

i

pT pT

R

K S

+ +

=

Trong đó : TSKT = Tđk + TV + Ti

→ Fk =

iK

iK

R S

R S

0

0

Theo tiêu chuẩn môdul tối u :

Fk = 1 2 2 2 2

1

p p

F M

σ

+

=

) 2 2

1

1 1

( ) 1

)(

1 (

2 2

1

1

.

2 2

2 2 0

0

p p

pT pT

R

K

p p

S F S

F R

K SKT

K

i i

M i

M iK

σ σ

σ σ

τ τ

τ τ

+ +

− +

+

+ +

=

−

=

=

i

K SKT

K i

K SKT

K

K p p

pT pT

R p p

R

pT pT

R

) 1 ( 2

) 1

)(

1 ( )

2 2

1

(

) 1

)(

1 (

2 2

σ σ

σ

+ +

= +

+

+ +

Chọn τσ =T SKT

p

k k p T K

pT

p SKT

i

K

2

) 1

(

2.4 Tính chọn các thông số mô phỏng

2.4.1 Tính chọn các thông số động cơ

Lựa chọn động cơ mô phỏng có thông số sau:

Pđm : công suất địng mức của động cơ 1,5 kw

Uđm : Điện áp định mức phần ứng 220 V

nđm : Tốc độ quay định mức 1500 V/ph

dm

η : Hiệu suất danh định của động cơ 90 %

L : Điện cảm phần ứng 0,2 H

Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S

TV : Hằng số tời gian bộ chỉnh lu 0,0025S

Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lu 0,0001S

Tω : Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001S

J : Mô men quán tính hệ truyền động một động cơ 2 Nm

Ta có:

55 , 9

1500 55

, 9 60

Mđm = =1500157

dm dm

P

Iđm = =1500220

dm

dm

U

P

= 6,82 A

= = 69,,8255

dm

dm

I

M

Tính R gần đúng theo công thức

R = 0,5(1- ) = 0 , 5 ( 1 − 0 , 9 )6220,82

dm

dm dm

I

U

T =

6 , 1

2 , 0

=

u

u

R

L

= 0,125 S Mặt khác ta có:

Uđ = Uđk.Kcl

Chọn Uđk = 12V => Kcl = = 22012 =

dk

dm

U

U

22 Hàm truyền của bộ điều chỉnh:

Ri(p) = ( 1 1 )

2

.

u si

i cl

u u

pT T

K K

T R

+

Có Tsi = Ti + Tv+Tđk = 0,001 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S Chọn Uiđ = 10 V

=> Ki =

82 , 6

7

=

dm

id

I

U

= 1,02

125 , 0

1 1 ( 968 , 0 ) 125 , 0

1 1 ( 0046 , 0 02 , 1 22

.

2

125 0 6 , 1

p

+

Tc = 2 1 , 4 2

6 , 1 45 , 2 )

φ

K

JR u

= 2 S

( ). =1,14,6.2

C

u

T K

R

TS ω = 2Tsi + Tω = 2.0,0057 +0,0001 = 0,0115 S

Ta có :

Uωd= ω Kω

Chọn Uωd = 10 V

=>Kω = 0 , 064

157

10 =

Rω(p) =

0046 0 2 0637 , 0 6 , 1

2 4 , 1 02 , 1

2

).

(

=

Φ ω

u

C i

T K R

T K K

= 3045 2.4.2 Chọn các thông số mạch kích từ

Rk- điên trở mạch kích từ 5Ω

Kv- hệ số khuếch đại vi phân 3

Tvx- hằng số thời gian dòng xoáy 0,003s

Tk- hằng số thời gian mạch kích từ 0,2s

Tsk-tổng các hằng số thời gian nhỏ mach kích từ 0.002s

Tđk- hằng số thời gian bộ điều khiển 0.0001s

TV- hằng số thời gian bộ chỉnh lu 0,0025 s

Ukt- điện áp mạch kích từ 220v

Ta có :

TSKT=TV+Tđk+Tk=0.0025+0.0001+0.2=0.0046s

Ki= 0 5

2

1 =

=

Kdm

iK

I

U

→ Rik =

p

p p

T K

pT R

SKT i

K K

0046 0

* 2

* 5 0

2 0

* 4 6 , 1

2

) 1

2.5 Mô hình mô phỏng sử dụng Simulink

2.5.1 Mô hình hệ thống mô phỏng

2.5.2 Mô hình mô phỏng động cơ

* Mô hình động cơ 1

* Mô hình động cơ 2 :

2.5.3 Mô hình khâu điều chỉnh kích từ

2.6 Kết quả mô phỏng

2.6.1 Khi 2 động cơ bằng nhau về mô men cản

2.6.2 Khi mô men cản 2 động cơ không bằng nhau (MC1=3, MC2=0.8).

* Nhận xét kết quả:

- Ta thấy hệ truyền động đồng bộ vê tốc độ, mặc dù khi thông số tải của 2

động cơ là khác nhau

- Sai lệch tốc độ là nhỏ trong giới hạn cho phép

- Đặc tính dòng điện thoả mãn yêu câu điều khiển