(TIỂU LUẬN) hệ t đ, TỔNG hợp MẠCH VÒNG DÒNG điện, MẠCH VÒNG tốc độ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Truyền động điện 2 đã được giao thực hiện đề tài ,trong đó bao gồm: Chương 1 : Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng Chương 2 : HỆ T-Đ, Tổng

Trang 1

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

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KTĐK&TĐH

CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ kĩ thuật điều khiển

HỌC PHẦN: Truyền động điện 2

Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nhóm 8:

Trang 2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG

1.1Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

1.2 Áp dụng Fdx tổng hợp một số hệ:

CHƯƠNG 2: HỆ T-Đ, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN, MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ

2.1Hệ Truyền động T-Đ

2.1.1Hệ truyền động T-Đ không đảo chiều

2.1.2Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều

2.1.3Đánh giá chất lượng của hệ T-Đ

2.2Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện

2.2.1Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E ứng

2.2.2Mạch vòng dòng điện có tính đến sức điện động động cơ

2.3Tổng hợp mạch vòng tốc độ

2.3.1Mạch vòng tốc độ khi Mc=0

2.3.2Mạch vòng tốc độ Mc = B.ω

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ

3.1Tính toán các thông số của hệ thống

3.2Mô phỏng kiểm chứng kết quả

3.2.1Mô phỏng tổng hợp mạch vòng dòng điện

3.2.2Tổng hợp mạch vòng tốc độ

3.2.3Mô phỏng kết quả R CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA

4.1Xây dựng vector không gian

4.2Hệ phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ

4.2.1Phương trình điện áp stator

4.2.2Phương trình điện áp rotor

4.3Mô hình trạng thái của động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ stator

KẾT LUẬN

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 3

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện 1

Hình 1.2: Đường đặc tính quá độ 1

Hình 2.1: Hệ thống truyền động T-Đ 4

Hình 2 2: Sơ đồ khối mạch vòng 7

Hình 2.3: Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện 8

Hình 2.4: Mạch điều chỉnh dòng điện có tính đến suất điện động động cơ 9

Hình 2.5: Các Bước chuyển khối 9

Hình 2.6: Các Bước chuyển khối (tiếp) 10

Hình 2.7: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện sau khi biến đổi 11

Hình 2.8: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện(Mc =Bω) 12

Hình 2.9: Các bước chuyển đổi 12

Hình 2.10: Sơ đồ mạch vòng tốc độ 14

Hình 2 11: Sơ đồ mạch vòng tốc độ(Mc=0) 15

Hình 2.12: Mạch vòng tốc độ Mc=Bω 16

Hình 3.1: Mạch vòng dòng điện khi chưa có bộ điều chỉnh 20

Hình 3.2: kết quả mô phỏng mạch vòng không có bộ điều chỉnh 20

Hình 3.3: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện khi có bộ điều chỉnh 21

Hình 3.4: kết quả mô phỏng mạch vòng khi có bộ điều chỉnh 21

Hình 3.5: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ 22

Hình 3.6: Kết quả mô phỏng mạch vòng tốc độ chưa có bộ điều chỉnh 22

Hình 3.7: Mạch vòng tốc độ khi có bộ điều chỉnh 23

Hình 3.8: kết quả mô phỏng mạch vòng tốc độ có bộ điều chỉnh 23

Hình 3.9: Sơ đồ mô hình mô phỏng 24

Hình 3.10: Kết quả mô phỏng tốc độ quay n không tải, khâu điều chỉnh PI 25

Hình 3.11: Giá trị đặt tải Mc = 100N 25

Hình 3.12: Kết quả mô phỏng tốc độ quay n có ảnh hưởng của tải, khâu điều chỉnh PI 26

Hình 3.13: Đáp ứng dòng điện phần ứng Iư 26

Hình 4.1: Sơ đồ cuộn dây và dòng stator 27

Hình 4.2: Vectơ không gian dòng stator và các thành phần của nó 28

Hình 4.3: Biểu diễn vectơ dòng stator trên hệ tọa độ  28

Hình 4.4: Mô tả hệ toạ độ αβ 29

Hình 4.5: Sơ đồ thay thế của ĐCKĐB trong hệ trục toạ độ αβ 30

Hình 4.6: Sơ đồ cuộn dây và dòng stator 30

Hình 4.7: Vector không gian điện áp stator Us và điện áp dây pha 33

Trang 4

ĐỀ TÀI

1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn tối ưu đối xứng và ứng dụng

2 Tìm hiểu về hệ T-Đ; tổng hợp mạch vòng dòng điện (bỏ qua Eư và có tính đến Eư), mạch vòng tốc độ cho các trường hợp tải Mc = 0; Mc = B.W

3 Mô phỏng kiểm nghiệm lại kết quả (dùng MATLAB/Simulink), cho thông số

cụ thể của động cơ, mỗi bạn phải khác nhau VD: Rư, Lư

4 Phân tích cấu trúc động cơ KĐB 3 pha trong hệ tọa độ alpha-beta và ứng dụng

Trang 5

Báo cáo: Truyền Động Điện 2 GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

LỜI MỞ ĐẦU

Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và côngnghệ tự động Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chấtlượng sản phẩm Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng

Với sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn và kĩ thuật vi xử lý,các hệ thống điều tốc được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quátrình tự động hóa sản xuất

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Truyền động điện 2 đã

được giao thực hiện đề tài ,trong đó bao gồm:

Chương 1 : Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

Chương 2 : HỆ T-Đ, Tổng hợp mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ

Chương 3 : Mô phỏng kiểm nghiệm kết quả

Chương 4 : Phân tích cấu trúc động cơ KĐB 3 pha

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy: Nguyễn Ngọc Khoát em đã tiến hành nghiêncứu,thiết kế đề tài và hoàn thành đúng thời hạn được giao

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn chếnênkhông thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cô, và các bạn đóng góp ý kiến để đề tàicủa em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Trang 6

CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG

1.1 Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh trongmạch có yêu cầu cấp vô sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả để tổng hợpcác bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn

Và có đường đặc tính quá độ là đường 1 như hình 1.2

Trang 7

1SVTH: Phạm Xuân Tuấn

Trang 8

khiển cho hệ có yêu cầu vô sai cấp cao, cũng như bộ điều khiển theo quan điểm

Hình 1.3: Sơ đồ giảm độ quá điều chỉnh của bộ điều chỉnh

Hàm truyền của mạch điều chỉnh sẽ là:

F ( s) 

 Các bước phương pháp tổng hợp:

+) Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng – hệ hở So(s)

+) Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(s)

Để dẫn ra ý nghĩa của tiêu chuẩn, xét thí dụ hệ thống S0(s) có dạng vô

sai cấp 1 nhưng lại dùng bộ điều chỉnh kiểu PI:

F0 ( s )  R ( s ).S 0Trong đó Ts có thể là tổng của các hằng thời gian nhỏ

Trang 9

Trang 10

Thay (1.9) vào công thức (1.7) ta có:

Hàm truyền dạng tối ưu đối xứng với τσ = Ts:

F DX

-Xét hệ hở có chứa khâu quán tính thứ 2

Hàm truyền của đối tượng có chứa khâu quán tính thứ

- Hệ hữu có khâu quán tính lớn T1 >>Ts

Trong trường hợp đối tượng là hệ hữu có khâu quán tính lớn T1 >>Ts chỉ có thểlàm gần đúng để đưa về dạng:

Trang 11

Trang 12

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có thểthực hiện được các chuyển mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưuhình cầu, chỉnh lưu hình tia

Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển,chỉnh lưu bán điều khiển

Trang 13

2.1.1 Hệ truyền động T-Đ không đảo chiều

Tuỳ theo góc α và điện cảm của cuộn kháng lọc, tải động cơ mà mạch chỉnh lưu có thểlàm việc ở hai chế độ tải liên tục và tải gián đoạn

 Khi dòng điện liên tục:

Ở trạng thái liên tục, khi van này chưa khoá thì van kế tiếp đã mở, việc mở van kế tiếp là điều kiện cẩn để khoá van đang dẫn

Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi E>0

Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều

-Khi :



2

của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện Động cơ làmviệc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng

 Khi dòng điện gián đoạn:

Xảy ra hiện tượng dòng gián đoạn khi điện kháng trong mạch không đủ lớn, nếusức điện động của động cơ đủ lớn thì dòng điện tải sẽ trở thành gián đoạn Ở trạng tháinày thì dòng qua van bất kỳ sẽ bằng 0 (không) trước van kế tiếp mở

Do vậy một trong những khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu sẽbằng điện áp nguồn với Ed=U2 và 0 ≤ θ ≤ λ trong đó: λ là khoảng dẫn

2.1.2 Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều

Để đảo chiều tốc độ động cơ cần phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song

ngược còn gọi là chỉnh lưu kép, nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu:

+, Khi CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu CL2 làm việc ở chế độ nghịch lưu thì

lúc này dòng chỉnh lưu chạy theo chiều dương (+), tốc đô động cơ quay thuận

+, Khi CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu CL1 làm việc ở chế độ nghịch lưu thì

lúc này dòng chỉnh lưu chạy theo chiều âm (-), tốc đô động cơ quay ngược

Trang 14

Trang 15

 Có thể đảo chiều động cơ bằng hai cách:

+) Đảo chiều điện áp phần ứng

+) Đảo chiều từ thông kích từ

Để khỏi truyền năng lượng từ bộ CL1 này qua bộ CL2 kia về lưới điện thì cầnthoả mãn điều kiện: Ed NL  E d CL

Để điều khiển hai bộ chỉnh lưu làm việc theo đúng các chế độ yêu cầu thì có thể dùngphương pháp điều khiển chung hoặc điều khiển riêng

 Hệ này có hai phương pháp điều khiển:

-Phương pháp điều khiển riêng:

Hai mạch chỉnh lưu làm việc độc lập, mạch này làm thì mạch kia nghỉ Tín hiệuđiều khiển chỉ được đưa vào bộ CL đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ CL kia(không làm việc) không có tín hiệu điều khiển đưa vào, cho nên không có dòng cânbằng

-Phương pháp điều khiển chung:

Cả hai mạch chỉnh lưu cùng làm việc nhưng chế độ làm việc của hai mạchkhác nhau (mạch này làm ở chế độ chỉnh lưu thì mạch kia làm ở chế độ nghịch lưu)nhưng phải đảm bảo α1+ α2=π

Đây cũng là điều kiện chống dòng cân bằng chạy giữa hai mạch chỉnh

lưu Khi đó, các đặc tính cơ của hệ T – ĐM gần giống hệ F - Đ

2.1.3 Đánh giá chất lượng của hệ T-Đ

 Ưu điểm:

+, Hệ (T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít,

+, Kích thước và trọng lượng nhỏ, không gây ồn

+, Dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại

lớn +, Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

Trang 16

+BĐ: bộ biến đổi công suất: chỉnh lưu hoặc băm xung

áp +, ĐC: động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

+, Uk: điện áp mạch kích từ

+, Sensor dòng điện Si: đo dòng điện phần ứng động cơ

+, Sensor dòng điện Sw: đo dòng điện phần ứng động cơ

Trong đó, hàm truyền các khâu là:

+, Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Trang 17

Nguyên tắc tổng hợp: Tổng hợp từ trong ra ngoài, tổng hợp vòng nhỏ trước, vònglớn tổng hợp sau

Trang 18

2.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E ứng

Ui đ

-Ui

Hình 2.3: Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện

+, Tf: hằng số thời gian của mạch lọc

+, Tdk: hằng số mạch điều khiển

+, Tvo: hằng số mạch chỉnh lưu

+, Tư: hằng số phần ứng và cảm biến dòng điện

+, Rư: điện trở phần ứng

+, Ui đ: điện áp đặt vào dòng điện

+, Ui: điện áp phản hồi dòng điện

Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học rất lớnhơn hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứngTc 10 Tư => ta coi sức điện

động của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều khiển của mạch vòng dòng

Trang 19

(1  s.T

CL

Báo cáo: Truyền Động Điện 2

Trang 20

Hình 2.5: Các Bước chuyển khối

Trang 22

U

i

Hình 2.7: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện sau khi biến đổi

Iđ – thành phần dòng điện động của động cơ

Ic – thành phần dòng điện tĩnh của động cơ

Hàm truyền đối tượng :(khi Mc=0)

Do Tf,Tdb, Tvo,Ti << Tư nên ta đặt T CL = T f + T đk + T vo + T i =>Ts << T ư

các đại lượng vô cùng bé ta có:

S

Để mạch vòng điều chỉnh đạt tiêu chuẩn môđun tối ưu thì ta phải tổng

trúc và tham số của bộ điều chỉnh cụ thể là:

(2.15)

, , bỏ qua(2.16)hợp lại cấu

Trang 23

chỉnh PI nối cấp để thỏa mãn biểu thức bộ điều chỉnh với các hệ thống có yêu cầu

không cao lắm về chất lượng, có thể dùng một bộ điều chỉnh PI để bù hằng số thời

gian lớn và chấp nhận sai lệch tĩnh của hệ

Trang 25

Dùng các bước chuyển đổi chuyển điểm và nút rẽ nhánh như các bước trên hình

 (1

1 / R

1  s.T (K  )

S

oi

Trang 26

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta có:

Trang 27

Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc độ góc của

động cơ điện, các hệ này thường gặp trong thực tế kỹ thuật Hệ điều chỉnh tốc độ hình

thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện Các hệ thống này có thể đảo chiều hoặc không

đảo chiều Do các yêu cầu công nghệ mà hệ cần đặt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp 2

Trang 28

1

Trang 29

2.3.1 Mạch vòng tốc độ khi Mc=0

Khi có xét đến ảnh hưởng của suất điện động Eư và không xét đến ảnh hương củatải (Mc=0), sau khi tổng hợp mạch vòng dòng điện, ta có sơ đồ:

Hình 2.11: Sơ đồ mạch vòng tốc độ(Mc=0)Hàm truyền đối tượng:

Trang 30

R  KT

c K i

Trang 31

Vậy: Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu mô-đun, bộ điều khiển Rω là khâu P

Trang 33

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ

3.1 Tính toán các thông số của hệ thống

Động cơ một chiều kích từ độc lập có các tham số:

 Cảm biến dòng điện Ki 5 V/A Ti=0,05 ms

 Hằng số thời gian máy phát tốc Tω = 0,05(ms)

 B = 45 Nm/rad/s

Hằng số thời gian mạch phần ứng:

Tu

Hàm truyền của động cơ:

WHằng số thời gian điện cơ:

Ta thấy TcTư hằng số thời gian điện cơ lớn hơn rất nhiều so với hằng số

thời gian điện từ mạch phần ứng ta coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng

đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện => ∆E=0=>E=0

Hàm truyền đối tượng:

1

Do Tf, Tdk, Tvo, Ti << Tư nên ta đặt TCL = Tf + Tdk + Tvo + Ti =3.10-4(s) ,bỏ qua

các đại lượng vô cùng bé ta có:

Trang 34

Trang 35

Chọn máy phát tốc có tín hiệu đầu ra U 0 10V U10V

Hàm truyền đạt của máy phát tốc

Hàm truyền đối tượng:

Trang 36

B = 0.45;

%%bo chinh luu

luu %%hang so

Tdk = 0.00003;%dieu

khien Tf = 0.00005;%bo

loc %%cam bien dong dien

bien %%cam bien toc do

Kw = 0.0637;%he so truyen

Trang 37

Tw = 0.00005;%hang so thoi gian

loc %%hang so dieu chinh

Tcl = Tf+Tvo+Tdk+Ti;

Trang 38

 Chưa có bộ điều chỉnh(Ri)

Ta thay đổi các thông số đã cho và tính toán vào các khâu tương ứng trong mô hình

Hình 3.1: Mạch vòng dòng điện khi chưa có bộ điều chỉnhKết quả mô phỏng:

Hình 3.2: kết quả mô phỏng mạch vòng không có bộ điều chỉnh

Trang 39

Nhận xét:

Khi không có bộ điều chỉnh, dòng điện không ổn định, dao động lớn trong

khoảng thời gian đầu, độ quá điều chỉnh cao vì thế hệ thống không ổn định, ta cần bổsung bộ điều chỉnh để hệ ổn định hơn

 Khi có bộ điều chỉnh (Ri)

Hình 3.3: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện khi có bộ điều chỉnh

Độ quá điều chỉnh của dòng điện

chuẩn tối ưu môđun

Trang 40

3.2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ

 Chưa có bộ điều chỉnh (Rω)

Hình 3.5: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độKết quả mô phỏng:

Hình 3.6: Kết quả mô phỏng mạch vòng tốc độ chưa có bộ điều chỉnh

Nhận xét:

Khi không có bộ điều chỉnh, mặc dù không có quá độ, không có dao động trongthời gian đo, tốc độ tăng dần đến tốc độ đặt và luôn giữ đúng tốc độ, có thể thấy rằng

hệ đang ổn định Nhưng thời gian để hệ đạt được tốc độ mong muốn còn cao vì thế

ta cần bộ điều chỉnh để hệ thống đáp ứng nhanh, tăng tốc độ của hệ thống

Tiêu đề	Hệ t Đ, Tổng hợp Mạch Vòng Dòng Điện, Mạch Vòng Tốc Độ
Tác giả	Nguyễn Thái Phong, Nguyễn Văn Tuân, Phạm Xuân Tuấn, Phạm Văn Tuyền, Phạm Thanh Tùng
Trường học	Trường Đại Học Điện Lực
Chuyên ngành	Kỹ thuật điều khiển
Thể loại	Báo cáo chuyên đề
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	1,29 MB