(TIỂU LUẬN) báo cáo công nghệ kĩ thuật và điều khiển tự động hóa CHUYÊN NGÀNH tự động hóa và điều khiển thiết bị công nghiệp điều chỉnh tự động truyền động điện một chiều

Yêu cầu: a Hãy phân tích sơ đồ khối cấu trúc tổng quát 2 mạch vòng hệ truyền động T-Đ.b Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi có tính đến sức điện động của động cơ,coi Mc = 0.. Phần II.Đi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: Công nghệ kĩ thuật và điều khiển tự động hóa

CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa và điều khiển thiết bị công

nghiệp HỌC PHẦN: Truyền động điện 2

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Điệp

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: NHÓM

Động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số định mức: 150hp; 220V; 1500v/ph;

R = 0,05 + 0,001 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhΩ) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhchất thế năng: Mc = Mđm

Bộ chỉnh lưu cấp cho phần ứng là chỉnh lưu tia ba pha dùng thyristor (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhnguồn lưới cấpcho chỉnh lưu 3x380V, 50Hz) Điện áp điều khiển Uđk.max = 10V

Thông số của sensor đo dòng điện: Ki = 0,011V/A;

Thông số của sensor đo tốc độ: Kω = 0,063V/rad/s; Tω = 0,002s

Yêu cầu:

a) Hãy phân tích sơ đồ khối cấu trúc tổng quát 2 mạch vòng hệ truyền động T-Đ.b) Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi có tính đến sức điện động của động cơ,coi Mc = 0

c) Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ

Phần II.Điều chỉnh tự động hệ truyền động điện xoay chiều không đồng bộ ba pha

2.1.Mô tả ĐKB trong không gian vector

2.1.1.Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ cực

2.2.Hệ truyền động biến tần nguồn áp – động cơ không đồng bộ.

2.2.1.Định nghĩa và nêu đặc điểm, biểu diễn không gian của các vector điện áp chuẩn trong hệ truyền động biến tần nguồn áp –ĐKB

2.2.2.Trong phương pháp điều chế vector điện áp không gian: phân tích giải pháp tăng

số lần chuyển mạch nếu vector điện áp yêu cầu U* nằm trong góc phần sáu thứ IV

2.3.Điều khiển vector động cơ không đồng bộ.

2.3.1.Nêu cơ sở của phương pháp điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng bộ2.3.2.Phân tích về việc lựa chọn các vector điện áp trong trường hợp vector từ thông stator nằm trong góc phần sáu thứ IV

MỤC LỤC

PHẦN I ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 5

1.1.Lý thuyết 5

1.1.1.Thành lập sơ đồ khối cấu trúc tổng quát của động cơ một chiều 5

1.1.1.1.Sơ đồ khối cấu trúc tổng quát của ĐC một chiều 6

1.1.1.2.Sơ đồ khối cấu trúc của ĐC một chiều kích từ độc lập khi từ thông không đổi: 7

1.1.1.3.Sơ đồ khôi cấu trúc của động cơ một chiều kích từ độc lập khi từ thông kích từ không đổi: 7

1.2.Bài tập 8

1.2.1 Phân tích sơ đồ khối cấu trúc tổng quát 2 mạch vòng hệ truyền động T-Đ8 1.2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi có sức điện động của động cơ (coi Mc = 0) 9

1.2.3.Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ 11

PHẦN II.ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ 13

BA PHA 13

2.1.Mô tả ĐKB trong không gian vector 13

2.2.Hệ truyền động biến tần nguồn áp – động cơ không đồng bộ 15

2.2.1.Định nghĩa và đặc điểm, biểu diễn không gian của các vector điện áp chuẩn trong hệ truyền động biến tần nguồn áp –ĐKB 15

2.2.2.Trong phương pháp điều chế vector điện áp không gian: phân tích giải pháp tăng số lần chuyển mạch nếu vector điện áp yêu cầu U* nằm trong góc phần sáu thứ IV 17

2.3.Điều khiển vector động cơ không đồng bộ 19

2.3.1.Cơ sở phương pháp điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng bộ 19 2.3.2.Xét trường hợp φss nằm trong góc phần 6 thứ IV 19

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ thay thế tổng quát

Hình 1.2 Họ đặc tính của động cơ một chiều

Hình 1.3 Sơ đồ khối cấu trúc tổng quát của ĐC một chiều

Hình 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc từ thông kích từ không đổi

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc tổng quát hai mạch vòng hệ truyền động T–D

Hình 1.6 Sơ đồ thay thế mạch vòng dòng điện

Hình 1.7 Sơ đồ thay thế mạch vòng tốc độ (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính Mc = 0 )

Hình 2.1 Mô hình máy điện trong hệ cực tọa độ

Hình 2.2 Đồ thị vector

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ 3 pha

Hình 2.4 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 phaHình 2.5 Đồ thị điện áp các pha của tải

Hình 2.6 Các vector chuyển mạch trong không gianHình 2.7 Điều chế vector U*

Hình 2.8 Quỹ đạo của vector từ thông

Phần I Điều chỉnh tự động truyền động điện một chiều

1.1.Lý thuyết

1.1.1.Thành lập sơ đồ khối cấu trúc tổng quát của động cơ một chiều

Hình 1.1 Sơ đồ thay thế tổng quátCKĐ: cuộn kích từ độc lập

CKN: cuộn kích từ nối tiếp

kϕIϕI

Hình 1.2 Họ đặc tính của động cơ một chiềuPhần kích từ:

u kϕI (t )=R kϕI i kϕI (t )+L kϕI d i kϕI (t)

Biến đổi laplace

U kϕI (s )=R kϕI I kϕI (s )+ N kϕI s ∅(s)

⇒ ∅= U kϕI (s)−R kϕI I kϕI (s) (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính4)

M (s )−M c ( s)=Jω (s ) (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính6)

J: là momen quán tính của các phần chuyển động quy đổi về trục động cơ

1.1.1.1.Sơ đồ khối cấu trúc tổng quát của ĐC một chiều

đồ khối cấu trúc tổng quát của ĐC một chiều

(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính1)(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính2)(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính3)(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính4)

N s ∅( s)) (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính5)

(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính6)

1.1.1.2.Sơ đồ khối cấu trúc của ĐC một chiều kích từ độc lập khi từ thông không đổi:

Hình 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc từ thông kích từ không đổi

1.1.1.3.Sơ đồ khôi cấu trúc của động cơ một chiều kích từ độc lập khi từ thông kích từ không đổi:

Rút gọn sơ đồ khối:

Theo đầu ra là tốc độ:

Theo đầu ra là dòng điện:

Các thông số:

Hệ số khuếch đại động cơ Kđ = 1/Cu ; Cu = KϕI

Hằng số thời gian cơ học Tc = RưJ/(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính KϕI)2

Hằng số thời gian phần ứng Tư = Lư/Rư

1.2.Bài tập

1.2.1 Phân tích sơ đồ khối cấu trúc tổng quát 2 mạch vòng hệ truyền động

- Tín hiệu đo (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính phản hồi ) : Tốc độ đo Uω

Sensor dòng : Ki = 0,011 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính V/A)

Rw, Ri là các bộ điều khiển tốc độ, dòng điện

Hệ thống sử dụng các sensor đo dòng điện, tốc độ

Uwd, Uw là điện áp tương ứng với tốc độ đặt và tốc độ thực

Uid, Ui là điện áp tương ứng với dòng điện đặt và dòng điện

- Trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mômen kéo của động cơ

- Bảo vệ, điều chỉnh gia tốc

Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

Được tiến hành sau khi đã thực hiện tổng hợp mạch vòng dòng điện.

1 2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện khi có sức điện động của động cơ (coi

= R ư J =

0,0051∗16

=0,31875(K ∅)2 1,62

Bộ điều chỉnh có dạng là 2 khâu PI nối tiếp nhau

Thực hiện 2 khâu PI1 và PI2 bằng mạch điện tử

0,011= 25,74

1+0,0033 s 1+ 0

Thông thường Ti và Tω đều nhỏ

(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính 1 + 2Tis ) (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính 1 + Tωs ) = 1 + (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính2Ti + Tω )s + 2Ti Tω s2

≈ 1 + (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính2Ti + Tω )s = 1 + T’sS

Kp = R

R 21 = 11,6556

Chọn R1 = 10 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhΩ) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính) => R2 = 116,556 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhΩ) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tính)

Phần II.Điều chỉnh tự động hệ truyền động điện xoay chiều

không đồng bộ ba pha

2.1.Mô tả ĐKB trong không gian vector

Hình 2.1 Mô hình máy điện trong hệ cực tọa độ

Trên cuộn dây quấn s đặt một véc tơ điện áp u s :

- Các véc tơ điện từ không gian còn lại được sinh ra tương tự như chúng được sinh ra bởi các đại lượng ba pha trong thời gian

- Mô hình máy điện này được gọi là mô hình máy điện trong tọa độ cực

Hình 2.2 Đồ thị vectorCuộn s

Vs :góc quay của tu,

2.2.Hệ truyền động biến tần nguồn áp – động cơ không đồng bộ

2.2.1.Định nghĩa và đặc điểm, biểu diễn không gian của các vector điện áp chuẩn trong hệ truyền động biến tần nguồn áp –ĐKB

- Kết cấu đơn giản, vững chắc

- Giá thanh rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường Biến tần có nghịch lưu đọc lập nguồn dòng:

- Thích hợp cho truyền động đảo chiều

- Công suất truyền động lớn

Xét sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 pha

Hình 2.4 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 pha

Hình 2.5 Đồ thị điện áp các pha của tải Định nghĩa các vector chuyển mạch:

Vector U1 ứng với các tổ hợp van 6,1,2

Vector U2 ứng với các tổ hợp van 1,2,3

Vector U3 ứng với các tổ hợp van 2,3,4

Vector U4 ứng với các tổ hợp van 3,4,5

Vector U5 ứng với các tổ hợp van 4,5,6

Vector U6 ứng với các tổ hợp van 5,6,1

Nhận xét:

Trong mỗi chu kỳ điện áp ra có 6 lần chuyển mạch

6 vector U1 , U2 , U3 , U4 , U5 , U6 mô tả điện áp 3 pha đối xứng

Vị trí và giá trị của các vector này xác định:

- Giá trị điện áp tức thời của các pha

Đặc điểm của vector chuyển mạch:

Để mô tả điện áp 3 pha đối xứng chỉ cần 6 vector U1 đến U6

Ngoài ra, trong nghịch lưu còn 2 trạng thái khác:

- Khi van 1,3,5 nối vào cực + của ngồn , vector U7

- Khi van 1,3,5 nối vào cực − ¿ của ngồn , vector U8

- Khi |U7| = |U8| = 0

 2 vector này cần thiết để thực hiện luật điều chế PWM trong nghịch lưu

 Để giảm các sóng bậc cao ta cần tăng tần số chuyển mạch

2.2.2.Trong phương pháp điều chế vector điện áp không gian: phân tích giải pháp tăng số lần chuyển mạch nếu vector điện áp yêu cầu U* nằm trong góc phần sáu thứ IV

Giải pháp tăng số lần chuyển mạch:

Chia chu kỳ điện áp T thành các chu kỳ chuyển mạch đủ nhỏ (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhTs) sao cho dòng tải gần như không thay đổi trong thời gian Ts

Bằng cách đóng mở các trạng thái làm việc (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhU1÷U8) trong một chu kỳ Ts:

- Thay đổi được điện áp ra của nghịch lưu

Việc đóng mở các vector với tần số fs sẽ tạo ra các vector trung gian dịch

chuyển trong mặt phẳng pha với góc bằng 60 0/n (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhn = T/6Ts)

t0 : thời gian mà điện áp ra của nghịch lưu = 0 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhU7 , U8)

t4 : thời gian làm việc của vector U4

t5 : thời gian làm việc của vector U5

Tương tự ta có t5 = 1,16(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhms)

t0 = Ts - t4 - t5 = 3,3 – 1,16 – 1,16 = 0,98(Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhms)

Thực hiện:

Đóng cắt biến tần theo vector U4 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhđóng van 345) trong khoảng thời gian 1,16ms Đóng cắt biến tần theo vector U7 hoặc U8 trong khoảng thời gian 0,98ms

Đóng cắt biến tần theo vector U5 (Ω) L = 0,002H; J = 16kgm2; KΦ = 1,6V/rad/s Tải mô men có tínhđóng van 456) trong khoảng thời gian

Giá trị và vị trí cảu nó sẽ xác định giá trị của điện áp

ra Vector chuyển mạch quay với một góc gián đoạn

Vector chuyển mạch cho biết trạng thái dẫn điện cảu các van lực cơ bản quy đổi

về 6 trạng thái cơ bản

2.3.Điều khiển vector động cơ không đồng bộ

2.3.1.Cơ sở phương pháp điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng

Do Tr >> Ts nên φ rbiến thiên chậm hơn φ s

Nếu xét trong một khoảng thời gian đủ nhỏ,coi φ r=const

=>Mômen chỉ phụ thuộc vào: |φ s| và góc γ

Xuất phát từ phương trình cân bằng áp stato:

dt ∆t

→Có thể điều chỉnh được độ lớn của vecto từ thông stato thông qua việc lựa chọn vecto điện áp U s

→ Các vecto điện áp cơ bản : U1 ÷ U8