Đề tài nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều ở vùng trên tốc độ cơ bản

Đề tài nghiên cứu này góp phần thực hiện việc thiết kế điềukhiển tốc độ phi tuyến của truyền động động cơ một chiều kích từđộc lập trong chế độ giảm kích từ.. CÁC PHƯƠNG PHÁP

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài:

Cùng với sự ra đời của động cơ không đồng bộ, giá thành thấpvà có cấu tạo đơn giản, tin cậy Sử dụng nguồn cung cấp là các bộbiến đổi bán dẫn công suất, hoặc được trang bị các bộ biến tần, người

ta đã cho rằng động cơ một chiều sẽ trở nên lỗi thời trong các ứngdụng công nghiệp Tuy nhiên, trái với nhận định trên, các truyềnđộng động cơ một chiều vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiềungành công nghiệp như nhà máy cán, máy giấy, các máy cuốn vàtrải

Đề tài nghiên cứu này góp phần thực hiện việc thiết kế điềukhiển tốc độ phi tuyến của truyền động động cơ một chiều kích từđộc lập trong chế độ giảm kích từ

2 Mục tiêu của nghiên cứu:

- Đề tài nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ mộtchiều ở vùng trên tốc độ cơ bản

- Ứng dụng phương pháp điều khiển cho một hệ thống thiết bịthực tế

3 Nội dung nghiên cứu:

Chương 1 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ mộtchiều;

Chương 2 Thiết kế hệ thống truyền động ;

Chương 3 Xây dựng hệ điều tốc động cơ một chiều ;

Chương 4: Mô phỏng và thực nghiệm.

4 Kết quả dự kiến:

- Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều

- Xây dựng được mô hình toán học và thuật toán của hệ điềukhiển tốc độ động cơ một khi các thông số thay đổi

- Mô phỏng và thực nghiệm

CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Khái niệm chung:

Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thayđổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độthực với tốc độ đặt, làm giảm năng suất của máy sản xuất Chính vìvậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một yêu cầu cần thiết và tất yếuđối với các máy sản xuất

Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiềutốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta lựachọn các tốc độ khác nhau Muốn có được các tốc độ khác nhau trênmáy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặcthay đổi tốc độ của động cơ truyền động chính… Nhưng ở đây chúng

ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyềnđộng

Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều

ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Động cơ điện một chiềukhông những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúcmạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại động cơ khác vàđạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng

Từ phương trình đặc tính cơ, ta có các phương pháp điều chỉnhtốc độ động cơ :

+ Nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng;

+ Thay đổi từ thông kích từ;

+ Thay đổi điện áp phần ứng.

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Từ phương trình đặc tính cơ M

K

R R K

)

sẽ được một đường đặc tính cơ mới tương ứng với một tốc độ mới

1.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng.

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ

Rf

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lậpNếu ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const; và từ thông  =

dm = const; thay đổi điện trở phần ứng ta sẽ được:

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

Hình 1 2 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng

1.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ.

Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const; điện trởphần R ư = const; và thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ Điềunày tương ứng với việc từ thông của mạch từ sẽ thay đổi

Hình 1 3 Đặc tính cơ, cơ điện của động cơ khi giảm từ thông

1.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:

Nếu giữ =dm= const ; R ư= const và thay đổi điện áp theohướng giảm so với Udm , ta được:

Tốc độ không tải :

varK

Edm

1.2.4 Điều khiển phần ứng và kích từ kết hợp:

Từ các phân tích trên có thể thấy rằng điều khiển phần ứng vàkích từ của động cơ điện một chiều đều có những ưu điểm riêng,nhưng các ứng dụng thông thường vẫn chưa kết hợp hai hệ điềukhiển này với nhau Bên dưới tốc độ cơ bản 0 từ thông chính tốtnhất được giữ tại giá trị danh định e0trong khi tốc độ biến đổi theo

điện áp phần ứng u a Đây gọi là vùng điều khiển phần ứng hay vùng

tốc độ cơ bản Khi đạt đến điện áp phần ứng định mức u a0, tăng tốc

độ cao hơn chỉ có thể đạt được bằng việc giảm từ thông, bởi vậy sẽtạo ra các vùng điều khiển kích từ riêng rẽ mà mở rộng vùng tốc độ

cơ bản ở mỗi chiều quay Điều này được mô tả trong sơ đồ Hình 1.6

Hình 1 5 Các vùng điều khiển động cơ DC ở trạng thái tĩnh

-Ôe0

-Ua0

Armaturecontrol range

Vùng giảm từ thông

Vùng giảm từ thông

Vùng điều khiển điện áp phần ứng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYẾN ĐỘNG 2.1 Giới thiệu:

Trong đề tài nghiên cứu này, đề tài áp dụng kỹ thuật tuyến tínhhóa phản hồi nhiều đầu vào nhiều đầu ra phi tuyến cho hệ thống động

cơ một chiều kích từ độc lập làm việc ở chế độ giảm kích từ - tốc độcao Sử dụng phương pháp điều khiển thích nghi theo tải không cảmbiến nhằm cải thiện hiệu suất tốc độ động được đưa ra để đánh giá.Hơn nữa, các kết quả thực nghiệm sẽ được dùng để chứng minh phần

2.3 Tuyến tính hóa đầu ra – đầu vào:

Mục tiêu ở đây là để phát triển một bộ điều khiển giảm kích từ,mà có thể đảm bảo ổn định và bám theo tốc độ đặt mong muốn ref

trong vùng  ≥ n, và loại bỏ nhiễu momen tải

2.4 Thiết kế điều khiển thích nghi theo tải

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

3.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống:

Cấu trúc của hệ điều khiển tốc 2 mạch vòng từ trong ra ngoàilà: mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ như trên Phía mạch kíchtừ có hai mạch vòng nối cấp: mạch vòng điều chỉnh dòng kích từ nốicấp với mạch vòng điều chỉnh sức phản điện động phần ứng

3.2.1 Mô hình toán học động cơ một chiều, kích từ độc lập.

Sơ đồ mạch thay thế động cơ một chiều kích từ độc lập đượcđưa ra như trên hình 3.2

E i

U

Hình 3 2 Sơ đồ mạch thay thế mạch điện phần ứng

Hình 3 3 Mô hình tuyến tính hoá động cơ điện một chiều

Hình 3 4 Mô hình tuyến tính hoá động cơ điện một chiều

pT 1

R / 1

3.2.2 Mô hình toán học bộ chỉnh lưu có điều khiển.

Hình 3 5 Mô hình tuyến tính hoá mô phỏng động cơ một chiều kíchtừ độc lập

Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu có điều khiển như trên hình 3.6:

Hình 3 6 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển

I(p)

2 c c

c

p T T p T 1

R / p T

đk Mạch điều

UfI

f

Hình 3 7 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện

3.2.1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

Hình 3 8 Sơ đồ rút gọn mạch vòng dòng điệnVậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí còn lại như hình 3.9,trong đó ta lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quántính bậc nhất, bỏ qua các bậc cao

Hình 3 9 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ



3.2.1.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ.

Hình 3 10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ

3.3 Hệ điều chỉnh tốc độ ở chế độ điều chỉnh giảm từ thông kích từ:

Trong hệ điều chỉnh tốc độ có 2 mạch vòng: Mạch vòng dòngđiện và mạch vòng sức phản điện động phần ứng

Hình 3 11 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện mạch kích từ

K Ui(p)

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối

ưu modul ta có: FOMif = ( )

( )

if idf

K pT



E

max

E(p)

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

if controller

0.3s+1 0.003 s

ia controller

0.06 s+1 0.226 s

ia

T _load 10

0.04 s+1 0.02 s

Kphi

I_f 1.7

DC motor

Abs

|u|

4.1.3 Kết quả mô phỏng:

Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnh điện ápphần ứng

0 5 10 15 20 25 30 35 40 -200

Hình 4 1 Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnh điệnáp phần ứng

Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnh từ thông

Hình 4 2 Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnhgiảm từ thông

4.2 Thực nghiệm:

4.2.1 Mô hình thí nghiệm:

Hình 4 3 Mô hình thực nghiệm hệ thống

4.2.2 Đặc tính thí nghiệm:

Đặc tính tốc độ động cơ trong vùng từ thông là hằng số và vùngđiều chỉnh giảm từ thông

0 5 10 15 20 25 30 0

50

100

150

200

Toc do dong co rad/s 200*(Dong dien kich tu A)

Vung tu thong kich tu dinh muc Vung dieu chinh giam tu thong

Tuy nhiên, phần ổn định công suất vẫn chưa hoàn thành và đâychính là hướng phát triển của đề tài này trong thời gian tới

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận:

Với đề tài “Nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ trong hệđiều tốc động cơ một chiều ở vùng tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản” Bản luận văn đã được trình bày đầy đủ nội dung và được viết thành 4chương kèm theo phần mở đầu và kết luận kiến nghị Nội dung củabản luận văn đã chứa đựng đầy đủ các yêu cầu của mục tiêu đề tàicũng như mục tiêu nghiên cứu Những kết quả này được thể hiện cụthể như sau:

Sau khi xây dựng hệ thống mô phỏng và thực nghiệm đã chứngminh được, bộ điều khiển đã thiết kế đáp ứng được công nghệ điềukhiển khi điều chỉnh tốc độ trong hệ điều tốc động cơ một chiều ởvùng tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Đã thí nghiệm thành công hệ điều khiển điều chỉnh tốc độ trong

hệ điều tốc động cơ một chiều ở vùng tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bảntrong mô hình điều khiển ở phòng thí nghiệm Điện – Điện tử củaTrường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp cho việckiểm chứng, so sánh đánh giá với lý thuyết

Với các kết quả trên có thể khẳng định luận văn đã hoàn thànhtốt nội dung của đề tài Và đề tài vừa có tính lý thuyết và tính thựcnghiệm

Tuy nhiên, phần ổn định công suất trong luận văn này vẫn chưahoàn thành và đây chính là hướng phát triển của đề tài này trong thờigian tới

2 Kiến nghị:

Để hoàn thiện được đề tài này thì cần phải tiếp tục nghiên cứuvà thí nghiệm trên một mô hình cụ thể Từ đó ứng dụng vào sản xuất