Đồ án Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU3Nhận xét của giáo viên:4ĐỀ BÀI5Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều với các thông số5CHƯƠNG I61.1.Tìm hiểu chung về hệ thống điện cơ :61.2.Giới thiệu chung về động cơ một chiều :71.2.1.Cấu tạo của động cơ một chiều :81.2.1.1.Phần tĩnh :81.2.1.2.Phần quay :91.2.2.Động cơ một chiều kích từ độc lập101.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý:101.2.2.2.Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:111.2.2.3.Ảnh hưởng của điện áp phần ứng12Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ121.2.2.4.Ảnh hưởng của từ thông12Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông131.3.Hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều :131.3.1.Khái niệm chung.131.3.2.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ141.3.2.1.Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điện:141.3.2.2.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:151.3.3.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu chuẩn modul tối ưu:151.3.4.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng:17CHƯƠNG II212.1.Thiết kế mạch lực hệ truyền động212.1.1.Thiết bị mạch động lực :21Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha222.1.2.Tính chọn thiết bị mạch động lực :232.1.2.1.Tính chọn động cơ232.1.2.2.Tính chọn công suất máy biến áp động lực242.1.2.3.Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu242.1.2.4.Tính chọn các cuộn kháng cân bằng252.1.2.5.Tính chọn thiết bị mạch lực252.1.2.6.Tính chọn điện trở hãmh26CHƯƠNG III273.1.Thiết kế mạch phát xung điều khiển273.1.1.Lựa chọn phương pháp phát xung273.1.2.Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng283.2.Thiết bị mạch điều khiển283.2.1.Chọn máy phát tốc283.2.2.Chọn biến áp xung293.2.3.Chọn khâu điện áp đồng bộ313.2.4.Chọn mạch điện áp răng cưa313.2.5.Khâu khuếch đại xung323.2.6.Khâu tổng hợp tín hiệu323.2.7.Xác định hệ số khuếch đại của bộ biến đổi.32CHƯƠNG IV344.1.Nguyên lý làm việc của mạch động lực344.2.Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển344.3.nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ344.4.Quá trình đảo chiều động cơ354.5.Hãm dừng35CHƯƠNG V365.1.Mục đích và ý nghĩa365.2.Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống365.2.1.Khảo sát chế độ động của hệ thống395.2.1.1.Tính toán các hằng số thời gian và hệ số khuyếch đại (theo góc tốc độ )………………………………………………………………………405.2.1.2.Xây dựng hàm truyền của hệ thống415.3.Xét ổn định435.4.Hiệu chỉnh hệ thống445.4.1.Hàm truyền BBĐ của hệ thống445.4.2.Hàm truyền của động cơ điện một chiều 45Hình 5.2Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều.45Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc sau khi tinh toán của động cơ điện một chiều.465.4.3.Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động và mômen cản Mc động cơ465.4.4.Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ51CHƯƠNG VI566.1.Giới thiệu về Simulink trong Matlab :566.2.Mô phỏng hệ thống:57KẾT LUẬN61Em xin chân thành cảm ơn61TÀI LIỆU THAM KHẢO62

Trang 1

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên: 4

Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều với các thông số 5

CHƯƠNG I 6

1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống điện cơ : 6

1.2 Giới thiệu chung về động cơ một chiều : 7

1.2.1 Cấu tạo của động cơ một chiều : 8

1.2.1.1 Phần tĩnh : 8

1.2.1.2 Phần quay : 9

1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập 10

1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý: 10

1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: 11

1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng 12

Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ 12 1.2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông 12

Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông 13 1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều : 13

1.3.1 Khái niệm chung 13

1.3.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ 14

1.3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điện: 14

1.3.2.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống: 15

1.3.3 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu chuẩn modul tối ưu: 15

1.3.4 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng: 17

CHƯƠNG II 21 2.1 Thiết kế mạch lực hệ truyền động 21

2.1.1 Thiết bị mạch động lực : 21

Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha 22 2.1.2 Tính chọn thiết bị mạch động lực : 23

2.1.2.1 Tính chọn động cơ 23

2.1.2.2 Tính chọn công suất máy biến áp động lực 24

2.1.2.3 Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu 24

2.1.2.4 Tính chọn các cuộn kháng cân bằng 25

2.1.2.5 Tính chọn thiết bị mạch lực 25

Trang 2

2.1.2.6 Tính chọn điện trở hãmh 26

CHƯƠNG III 27 3.1 Thiết kế mạch phát xung điều khiển 27

3.1.1 Lựa chọn phương pháp phát xung 27

3.1.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng 28

3.2 Thiết bị mạch điều khiển 28

3.2.1 Chọn máy phát tốc 28

3.2.2 Chọn biến áp xung 29

3.2.3 Chọn khâu điện áp đồng bộ 31

3.2.4 Chọn mạch điện áp răng cưa 31

3.2.5 Khâu khuếch đại xung 32

3.2.6 Khâu tổng hợp tín hiệu 32

3.2.7 Xác định hệ số khuếch đại của bộ biến đổi 32

CHƯƠNG IV 34 4.1 Nguyên lý làm việc của mạch động lực 34

4.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển 34

4.3 nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ 34

4.4 Quá trình đảo chiều động cơ 35

4.5 Hãm dừng 35

CHƯƠNG V36 5.1 Mục đích và ý nghĩa 36

5.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống 36

5.2.1 Khảo sát chế độ động của hệ thống 39

5.2.1.1 Tính toán các hằng số thời gian và hệ số khuyếch đại (theo góc tốc độ ) ………40

5.2.1.2 Xây dựng hàm truyền của hệ thống 41

5.3 Xét ổn định 43

5.4 Hiệu chỉnh hệ thống 44

5.4.1. Hàm truyền BBĐ của hệ thống 44

5.4.2. Hàm truyền của động cơ điện một chiều 45

Hình 5.2Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều 45

Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc sau khi tinh toán của động cơ điện một chiều 46

5.4.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động và mômen cản Mc động cơ 46

5.4.4. Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ 51

CHƯƠNG VI 56 6.1 Giới thiệu về Simulink trong Matlab : 56

6.2 Mô phỏng hệ thống: 57

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO62

Trang 3

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học kỹ

thuật đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp Ở nước ta đã nhập khá nhiều loạimáy móc, thiết bị rất hiện đại, do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy cho học sinh, sinhviên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt động cũng nhưnguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt kịp thời với thực tế

của xã hội trong hiện tại và trong những năm tới

Đối với sinh viên khoa điện, những kĩ sư tương lai sẽ trực tiếp tham gia vào các hệthống điện Được làm đồ án môn học Tổng hợp hệ thống điện cơ là một sự tậpduyệt,vận dụng những lí thuyết đã học vào thiết kế các hệ thống truyền động như mộtcách làm quen với với công việc sau này Tính toán truyền động là một việc làmtương đối khó, trong thời gian làm và học tập vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản

thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy giáo Th.s Nguyễn Hữu

Hải, em đã hoàn thành xong môn học và bài tập lớn này

Trong quá trình thiết kế đồ án môn học, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ ánchắc khó tránh khỏi những sai sót Em rất mong được sự nhận xét góp ý của các thầy

cô giáo và các bạn để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Lê Kim Tâm

Trang 4

Nhận xét của giáo viên:

Trang 5

1 Hãy vẽ sơ đồ nguyên lí thể hiện chi tiết cả mạch điều khiển và mạch động lực.

2 Tính toán các thiết bị liên quan trong mạch điều khiển và mạch động lực

3 Tiến hành mô phỏng kiểm chứng kết quả tính toán

 Tổng hợp Ri theo tiêu chuẩn tối ưu module

 Tổng hợp Rω theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

Trang 6

CHƯƠNG I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống điện cơ :

 Hệ điện cơ là các hệ thống dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng vàkhống chế tự động cơ năng đó

 Phần cơ bản của hệ điện cơ là hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện(ĐCTĐTĐĐ)

 Mục đích tiêu cơ bản của ĐCTĐTĐĐ là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của cácđại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào các đại lượng nhiễu lên hệ điềuchỉnh

Hình 1.1 : Cấu trúc chung của hệ ĐCTĐTĐĐ

 Phân loại hệ điện cơ : việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền độngđiện thường có nhiều cách ,tùy thuộc vào mục đích mà ta có thể phân loại

 Phân loại theo động cơ truyền động :

 Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ một chiều

 Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ

 Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều đồng bộ

 Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ bước

 Phân loại theo hệ điều chỉnh và tín hiệu vào bộ điều chỉnh.

 Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh tương tự (analog)

Trang 7

 Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh số (digital).

 Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh tương tự - số (analog – digital)

 Phân loại theo cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển.

 Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều khiển thích nghi

 Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều khiển mờ

 Phân loại theo nhiệm vụ chung :

 Hệ ĐCTĐTĐĐ duy trì đại lượng điều chỉnh theo lượng đặttruowvs không đổi

 Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động : là hệ điều khiển vị trí yêu cầu điềukhiển tự động lượng ra theo lượng đặt biến thiên tùy ý.các hệ nàythường gặp ở các hệ truyền động quay angten, ra đa, …

 Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chương trình, là hệ điều khiển vị trínhưng đại lượng điều chỉnh được điều khiển tự động tuân theolương đặt biến thiên theo một chương trình định trước

 Các tiêu chuẩn của hệ điện cơ : để đánh giá các hệ điều chỉnh tự động ruyềnđộng điện người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau :

 Đặc tính phụ tải ax

min

m

n D n

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ i 1

i

n n

n



1.2 Giới thiệu chung về động cơ một chiều :

 Trong nền sản xuất hiện đại động cơ một chiều vẫn coi là một laoij máy quantrọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điệnxoay chiều thong dụng

 Do động cơ một chiều có nhiều ưu điểm khác như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải chính vì vậy màđộng cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầucao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thong vận tải, …

 Bên cạnh đó động cơ một chiều cũng có như nhược điểm nhất định của nó sovới động cơ xoay chiều thì giá thành đắt hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp điệnphức tạp hơn(dễ phát sinh tia lửa điện)… nhưng do những do những ưu điểm nổi

Trang 8

trội của nó nên động cơ một chiều vẫn có tầm quan trọng nhất định trong sảnxuất.

1.2.1 Cấu tạo của động cơ một chiều :

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động.

1.2.1.1 Phần tĩnh :

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các phần chính sau :

 Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây

quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹthuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơđiện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ cácbulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộndây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặttrên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nốitiếp với nhau

 Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện

đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực

từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từphụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

 Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ

máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏdùng gang làm vỏ máy

 Các bộ phận khác:

 Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây

quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừanắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máythường làm bằng gang

 Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi

than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổgóp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá

Trang 9

chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khiđiều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

1.2.1.2 Phần quay :

Bao gồm những bộ phận chính sau :

 Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật

điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao dodòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thìdặt dây quấn vào

 Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thônggió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

 Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành nhữngđoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khimáy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

 Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếpvào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giárôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

 Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động

và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọccách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiếtdiện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dâyquấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặthoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

 Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm

nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hìnhchữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vànhgóp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiếngóp được dễ dàng

 Các bộ phận khác:

Trang 10

 Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều

thường chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạtlắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ.Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làmnguội máy

 Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục

máy thường làm bằng thép cacbon tốt

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đólà:

 Từ thông động cơ ()

 Điện áp phần ứng (Uư)

 Điện trở phần ứng

Trang 11

1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uu =U dm =const

Φ= dm=constKhi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng :

độ động cơ càng nhỏ, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũnggiảm cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điềuchỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

Trang 12

Hình 1.3 các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở

phụ phần ứng

1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

Giả thiết :  = dm = const , Rư = const

Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư<Uđm ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng : Var

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặctính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5) Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảmáp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ tảinhất định Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạnchế dòng điện khởi động

Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào

phần ứng động cơ

1.2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông

Giả thiết : Uư = Uđm = const , Rư = const

Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ

Tốc độ không tải lý tưởng: 0  var





x

dm x

Trang 13

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi

từ thông giảm thì  0xtăng, còn  sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với  0xtăngdần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông

Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: Const

R

U I

U

dm

nm  

Mô men ngắn mạch: Mnm = KxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểudiễn trên hình 1.5

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khigiảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.5 b)

1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều :

1.3.1 Khái niệm chung.

 Là bộ chỉnh lưu nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi điện ápxoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải

 Điện áp một chiều trên áp không được lý tưởng như điện áp của ắc quy

mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

 Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là điện

áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu suất của chúng ảnh hưởng do nguồnxoay chiều rất khác nhau

 Bộ biến đổi thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp ( dòng điện ) ra làmột chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp mộtchiều điều khiển ngược

Trang 14

 Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà cóthể thực hiện được các chuển mạch dòng điện giữa các phần tử lực.

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố :

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

 Theo sơ đồ nối có : chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnhlưu cầu, chỉnh lưu hình tia, …

 Theo sự điều khiển có : chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điềukhiển, chỉnh lưu bán điều khiển, …

1.3.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ

1.3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điện:

Hình 1.6 : Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điện

 Cấu trúc được trình của hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện ởtrên gồm: Động cơ 1 chiều M quay máy sản xuất và bộ biến đổi năng lượng(được gọi là phần lực) Các thiết bị đo lường và các bộ điều chỉnh R ( được gọi

là phần điều khiển) Tín hiệu điều khiển hệ thống là các tín hiệu đặt

 Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R Các bộ điều chỉnh Rnhận tín hiệu sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánhgiữa tín hiệu đặt và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động Sự biến thiêncủa các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh được trong quá trình quá độ

và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập Trên cơ sở phân tích các sai

Trang 15

lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp

để nâng cao chính xác của hệ thống

1.3.2.2.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:

Hệ truyền động điện sử dụng các mạch vòng dòng điện và tốc độ FX là thiết bịphát xung điều khiển bộ biến đổi BĐ Phần tử phi tuyến HCD là phần tử hạn chếdòng điện trong quá trình quá độ Các sensor Si, S đóng vai trò các khâu phản hồidòng điện và tốc độ

Hình 1.7 : sơ đồ cấu trúc hệ thống

1.3.3. Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu

chuẩn modul tối ưu:

Mạch vòng dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống,nó xác định mô menkéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc…Ta thấyhằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phầnứng Tư nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng đến quá trìnhđiều chỉnh của mạch vòng dòng điện

Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

Trang 16

Hình 1.8 : sơ đồ khối mạch vòng dòng điện

Trong Ri là bộ điều chỉnh dòng điện, BBĐ là bộ biến đổi, Si là sensor dòng điện

Tđk, Tvo Tư, Ti là các hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyểnmạch chỉnh lưu, phần ứng và sensor dòng

Rư - điện trở mạch phần ứng

α

Ud



- hệ số khuếch đại của chỉnh lưu

Khi hằng số thời gian cơ học lớn hơn nhiều so với hằng số thời gian của mạchphần ứng thì có thể bỏ qua mạch vòng sđđ ( DE=0)

Hàm truyền mạch vòng dòng điện:

pT + 1 (

R / K K

= ) p ( S

s

i CL oi

Lúc này hàm truyền hệ thống có dạng:

Trang 17

Hình 1.9 : sơ đồ hàm truyền đạt

Hàm truyền hệ kín:

Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có F(p) = FMC(p)

Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn modul tối ưu có dạng:

Khi đó:

Thay hàm truyền Soi(p) và FMC(p) vào ta có:

Vì Ts là hằng số thời gian nhỏ nên ta chọn  = Ts, do đó ta có bộ điều chỉnh cócấu trúc của bộ PI (tỷ lệ - Tích phân)

chuẩn modul đối xứng:

Hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện là:

Fi(p) = =

) ( ) ( 1

) ( ) ( )

(

0

p S p R

p S p R p

F

i i





2 2 2 2

1

1 )

(

p p

) ( )

(

S

p F p

R

MC i





) ( )

( ) ( 1

) ( ) ( )

(

0

p S p R

p S p R p

i i

τ σ τ

p



.p.(1 T.2.T

R i K cl K

p)

T

p)(1 s T (1 p)

p(1 i(p).2.

0 S

1 (p)

i R

.2.T

R i K cl K

p

T 1 (p)

i

Trang 18

Hình 1.10 : sơ đồ cấu trúc thu gọn

Hằng số thời gian cơ học:

=>

Do thành phần 2.Ts2.p2 nhỏ nên ta có thể bỏ qua trong biểu thức hàm truyền mạchvòng dòng điện Khi đó ta có sơ đồ cấu trúc sau:

Hình 1.11 : Sơ đồ cấu trúc thu gọn

Trong đó S là khâu xensơ tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ sốhàm truyền là K và hằng số thời gian lọc T

p T K p J

K

c .

1

.





K J

T c R

Trang 19

Khi mạch không có nhiễu loạn thì U ωđ 0 và Mc = 0

Khi đó hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh là:

( ) . . . . (1 . 1)(1 2. . )

s T p T

p p c T K i K

K p

4 1

p p

( p

R

Thay F(p) và FĐX(p) ở trên ta có

 )

-) ( ) ( 1

) ( ) ( )

(

0

p S p R

p S p R p

) ( ) (

0

p S p R

p F p

S

p F

ĐC O

ĐX





) 8

1 1

.(

4

1

.

'

T K

T K K

s s

C i







R

Trang 20

Với T s' T s 0 T, 5 ω

Trang 21

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

2.1 Thiết kế mạch lực hệ truyền động

2.1.1 Thiết bị mạch động lực :

Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến

áp động lực, các phần tử R-C Theo đề ra thì động cơ là động cơ một chiều kích từđộc lập có:

Công suất truyền động: 75 kw

Trang 22

Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha

Khi phát xung mở van cho mạch hoạt động cũng phải đồng thời cho hai tiristorcần dẫn Trên đồ thị ở hình 1.2b thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristor được phát haixung: xung đầu tiên xác định góc  , xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải

Ở đây vẫn phải đảm bảo góc điều khiển các van phải bằng nhau:

1 6 3 sin

3 2

2 2

Trang 23

) 60 cos(

20000

A U

P I

dm



U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn

E : sức điện động của động cơ

R, L :điện trở, điện cảm trong mạch

R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt

L = 2.Lab + Lu + Lk

Trong đó :

Rba, Lba: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp

Rk, Lk: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc

Rdt: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

) ( ).

1 (

5 ,



udm

udm u

60 220

25 , 0

2

60

dm dm

Trang 24

20 220 114 1500

2.1.2.2 Tính chọn công suất máy biến áp động lực

Biến áp động lực được đấu theo kiểu D /Y Điện áp lưới UL = 380 (V)

Tỉ số biến áp: kBAN =

3 U

380

1,69Dòng điện hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN

A I

Công suất định mức biến áp BAN:

SBAN = 1,05Ud0Iđm = 1,05.525.204 = 112,5kVA)

Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau:

UL

(V)

Ud0(V)

SBAN(KVA)

I1(A)

I2(A)

2.1.2.3 Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu

Thông số của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

 Dòng trung bình qua mỗi thysistor:

Trang 25

 Dòng trung bình khi dẫn = 1,5 68 = 102 (A)

 Dòng cực đại khi dẫn = 1,5 136 = 204(A)

2.1.2.4 Tính chọn các cuộn kháng cân bằng

Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở haipha cùng mở Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sangpha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó cókhả năng phá hỏng các tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế Vì vậy nhất thiết phảiđặt thêm cuộn kháng cân bằng

2.1.2.5 Tính chọn thiết bị mạch lực

Ta biết rằng các tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áphay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện và điện ápdi/ dt và du/dt Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm:

 Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch

 Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng

 Quá gia tốc dòng, do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ

Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các phần tử

R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ

Trị số của R, C có thể tra theo các đường

cong được xây dựng bằng máy tính

R C

T

Trang 26

= b vì

L I F

L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch,tra đường cong ta được

u

dm h

u

hbđ hbđ

R R

R

U R

R

E I

Về mặt kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho động cơ thì chọn R nằm trong vùng chophép I hbđ  2  2 , 5I đm

Chọn I hbđ  2 , 2I đm  2 , 2 204  448 , 8 (A) 440  0 , 18  0 , 8 (  )

h h

I R

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Thiết kế mạch phát xung điều khiển

3.1.1. Lựa chọn phương pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xungchính là:

Phát xung điều khiển theo pha đứng

dm d

bđ

E      

Trang 27

 Phát xung điều khiển theo pha ngang.

 Phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc

 Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng:

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựahình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù hợpgóc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được

Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bậtnhư: khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện ápnguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung đượcđưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệ thống này được sửdung rộng rãi

 Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc (UJT).

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưaxuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp nàymặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở  có phạm vi điều chỉnh hẹp vìngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác, trong một chu kìđiện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trongmạch điều khiển

 Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang:

Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần

số nguồn và góc pha điều khiển được (dùng các cầu R-C hoặc cầu R-L) Thời điểmsuất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Phương pháp này cónhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở  hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dangđiện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển do vậy thường ít được sửdụng

 Chọn phương pháp điều khiển:

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển theo nguyên tắcpha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này

3.1.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Trang 28

Hình 2.2 : Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng Trong đó:

 Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa Khối này có nhiệm vụ lấy tín

hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối sosánh

 Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng

cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới mạchtạo xung

 Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân

điều khiển của tiristo

3.2 Thiết bị mạch điều khiển

Trang 29

) ( 460 5 ,

Điện áp phản hồi lấy ra 12V từ đó ta chọn R=47KΩ

Vì điện áp đầu vào KĐTT của mạch KĐTG =0 nên U cđ  n 0 do đó hệ số phản hồitốc độ được tính  U cđ/n

3.2.2 Chọn biến áp xung

Vì mạch có công suất lớn nên ta cần chọn biến áp xung cách li mạch điềukhiển và mạch lực để bảo vệ mạch điều khiển

 Đặc điểm và ứng dụng của biến áp xung

 Biến áp xung dễ truyền tín hiệu điều khiển

 Tạo ra biên độ xung theo yêu cầu

 Cách li về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển

 Dễ thay đổi cực tính xung ra

 Dễ phân bố các xung đi các kênh điều khiển

 Tính toán máy biến áp xung

Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM, lõi sắt dạng hình xuyến làm việc trên phầnđặc tính từ hóa DB 0 , 7T DH  50A/m có khe hở

Tỉ số biến áp xung thường là :

3 2

n

U1  2  3 8  24

Dòng sơ cấp biến áp xung

) ( 6 , 0 3

0

10 4 , 1 50 10

7 , 0

Trang 30

Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ bộ chọn chiềudài đường sức l=0,1m khe hở I kh  10 5m

3

4 5

10 8 , 5 10 4 , 1

1 , 0 10

1 , 0 1

, 0

6 , 0 24 15 , 0 10 6 10 10 8 , 5

.

2 2

4 6

3

2 2 0

cm B

I U S t l

I là dòng thứ cấp quy sang sơ cấp Chọn V=16,35cm3 ta sẽ được các kích thước

2

163cm

Q  , l=10,03cm , a=1,2cm , h=3cm , c=1,2cm , e=4,8cm , H =4,2cm ,B=1,6cm , P=7W

Số vòng cuộn sơ cấp biến áp xung :

K Q B

t U

.

36 , 1 7 , 0

10 3 24

là 100 vA Điện áp pha ra cấp là U f2đm = 24 V chọn các tụ lọc từ C1 đến C7 là

2000 μF, 30 V.F, 30 V

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	7,53 MB