Báo cáo đồ án môn học Tổng hợp hệ thống điện cơ

Mục lụcMục lục1Lời nói đầu4ĐỀ BÀI51.Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều với các thông số5Chương I6CƠ SỞ LÝ THUYẾT61.TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ:61.1TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO HỆ TĐ TỰ ĐỘNG8MỘT CHIỀU:81.1.1.Hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện cùng với đặc tính của nó.81.2.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:101.2.1.Phần tĩnh:101.2.2.Phần quay:111.3.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:12Sơ đồ nguyên lý:121.3.1.Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:121.3.2.Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:13Hình 1.5: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập131.3.3.Ảnh hưởng của từ thông:13Hình1.6: Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông141.4.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ:151.4.1.Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điên:151.4.2.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:151.5.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu chuẩn modul tối ưu:161.6.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng:18Chương II22THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN222.THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ THỐNG:222.1.Thiết bị mạch động lực:22Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha232.2.TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC:242.2.1.Tính chọn động cơ:242.2.2.Tính chọn công suất MBA động lực:242.2.3.Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu:252.2.4.Tính chọn các cuộn kháng cân bằng:252.2.5.Tính chọn các thiết bị mạch lực:262.2.6.Tính chọn điện trở hãm:26Chương III27THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN273.THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN:273.1.Lựa chọn phương pháp phát xung:273.1.1.Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng:283.2.Thiết bị mạch điều khiển:283.2.1.Mạch điều khiển thyristor:283.2.2.Chọn máy phát tốc:293.2.3.Chọn biến áp xung:303.2.4.Chọn khâu điện áp đồng bộ:313.2.5.Chọn mạch điện áp răng cưa:313.2.6.Khâu khuếch đại xung:323.2.7.Khâu tổng hợp tín hiệu:323.2.8.Xác định hệ số khuếch đại của bộ biến đổi:323.3.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:33Chương IV34THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ344.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:344.1.Nguyên lý làm việc của mạch động lực:344.2.Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển:344.3.Nguyên lý ổn định tốc độ:344.4.Quá trình đảo chiều động cơ:354.5.Hãm dừng:35Chương V36XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG365.1.MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA:365.2.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG:365.3.KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG:395.3.1.Tính toán hằng số thời gian và hệ số khuếch đại (theo góc tốc độ ω):405.3.2.Xây dựng hàm truyền của hệ thống:405.4.XÉT ỔN ĐỊNH:425.5.HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG:435.5.1.Hàm truyền BBĐ của hệ thống:435.5.2.Hàm truyền của động cơ điện một chiều:44Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều.44Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc sau khi tinh toán của động cơ điện một chiều.455.5.3.Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động và mômen cản Mc động cơ:455.5.4.Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ:49Chương VI53ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG536.ỨNG DỤNG MATLAB TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG, KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ:536.1.Giới thiệu về Simulink trong Matlab :536.2.Mô phỏng hệ thống:53KẾT LUẬN:58CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO:59

Trang 1

Mục lục

Mục lục 1

Lời nói đầu 4

ĐỀ BÀI 5

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

Chương I 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1.TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ: 6

1.1TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO HỆ TĐ TỰ ĐỘNG 8

MỘT CHIỀU: 8

1.1.1.Hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện cùng với đặc tính của nó 8 1.2.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: 10

1.2.1.Phần tĩnh: 10

1.2.2.Phần quay: 11

1.3 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 12

Sơ đồ nguyên lý: 12

1.3.1.Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: 12

1.3.2.Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: 13

Hình 1.5: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập 13

1.3.3.Ảnh hưởng của từ thông: 13

Hình1.6: Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông 14

1.4 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ: 15

1.4.1.Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điên: 15

1.4.2.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống: 15

1.5.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu chuẩn modul tối ưu: 16

1.6.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng: 18 Chương II 22

THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 22

Trang 2

2.THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ THỐNG: 22

2.1 Thiết bị mạch động lực: 22

Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha 23

2.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC: 24

2.2.1 Tính chọn động cơ: 24

2.2.2 Tính chọn công suất MBA động lực: 24

2.2.3 Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu: 25

2.2.4 Tính chọn các cuộn kháng cân bằng: 25

2.2.5 Tính chọn các thiết bị mạch lực: 26

2.2.6 Tính chọn điện trở hãm: 26

Chương III 27

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 27

3 THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN: 27

3.1 Lựa chọn phương pháp phát xung: 27

3.1.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng: 28

3.2 Thiết bị mạch điều khiển: 28

3.2.1 Mạch điều khiển thyristor: 28

3.2.2 Chọn máy phát tốc: 29

3.2.3 Chọn biến áp xung: 30

3.2.4 Chọn khâu điện áp đồng bộ: 31

3.2.5 Chọn mạch điện áp răng cưa: 31

3.2.6 Khâu khuếch đại xung: 32

3.2.7 Khâu tổng hợp tín hiệu: 32

3.2.8 Xác định hệ số khuếch đại của bộ biến đổi: 32

3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 33

Chương IV 34

THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 34

4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: 34

4.1 Nguyên lý làm việc của mạch động lực: 34

4.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển: 34

Trang 3

4.3 Nguyên lý ổn định tốc độ: 34

4.4 Quá trình đảo chiều động cơ: 35

4.5 Hãm dừng: 35

Chương V 36

XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 36

5.1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA: 36

5.2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG: 36

5.3 KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG: 39

5.3.1 Tính toán hằng số thời gian và hệ số khuếch đại (theo góc tốc độ ω):): 40

5.3.2 Xây dựng hàm truyền của hệ thống: 40

5.4 XÉT ỔN ĐỊNH: 42

5.5 HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG: 43

5.5.1 Hàm truyền BBĐ của hệ thống: 43

5.5.2 Hàm truyền của động cơ điện một chiều: 44

Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều 44

Hình 5.3 Sơ đồ cấu trúc sau khi tinh toán của động cơ điện một chiều 45

5.5.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động và mômen cản M c động cơ: 45 5.5.4 Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ: 49

Chương VI 53

ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG 53

6 ỨNG DỤNG MATLAB TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG, KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ: 53

6.1 Giới thiệu về Simulink trong Matlab : 53

6.2 Mô phỏng hệ thống: 53

KẾT LUẬN: 58

CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO: 59

Trang 5

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 khánhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại, do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy chohọc sinh, sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạtđộng cũng như nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắtkịp 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 vàocác hệ thống điện Được làm đồ án môn học Tổng hợp hệ thống điện cơ là mộtsự tập duyệt,vận dụng những lí thuyết đã học vào thiết kế các hệ thống truyềnđộng như một cách làm quen với với công việc sau này Tính toán truyền độnglà một việc làm tương đối khó, trong thời gian làm và học tập vừa qua, với sựcố 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 đồ án này

Trong quá trình thiết kế đồ án môn học, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồán chắc khó tránh khỏi các khiếm khuyết Em rất mong được sự nhận xét góp ýcủa 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

Phạm Xuân Dương

Trang 6

3.Tính toán các thiết bị liên quan trong mạch điều khiển và mạch động lực.4.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 7

Chương I

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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 và khống 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 các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh

Hình 1.1 : Cấu trúc chung của hệ ĐCTĐTĐĐ

 Phân loại hệ điện cơ : việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện 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 bước

Trang 8

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

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

- 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

 Phân loại theo nhiệm vụ chung :

- Hệ ĐCTĐTĐĐ duy trì đại lượng điều chỉnh theo lượng đặt trước không đổi

- Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động : là hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều khiển tựđộng lượng ra theo lượng đặt biến thiên tùy ý.các hệ này thường gặp ởcác hệ truyền động quay angten, ra đa, …

- Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chương trình, là hệ điều khiển vị trí nhưng đại lượng điều chỉnh được điều khiển tự động tuân theo lương đặt biếnthiên theo một chương trình định trước

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

min

m

n D n

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ i 1

i

n n

0

i i t

Trang 9

1.1 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO HỆ TĐ TỰ ĐỘNG

MỘT CHIỀU:

1.1.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và

dòng điện cùng với đặc tính của nó.

Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín dùng phản hồi âm tốc độvà bộ điều chỉnh PI có thể trong điều kiện bảo đảm hệ thống ở trạng thái ổn định.nếu đối với chất lượng động của hệ thống yêu cầu khá cao thì hệ thống mộtmạch vòng kín đơn khó thỏa mãn yêu cầu điều này chủ yếu do hệ thống mạchvòng kín đơn không thể hoàn toàn dựa theo yêu cầu để khống chế dao động và

mô men của quá trình động

Trong hệ thống điều chỉnh mạch vòng kín đơn ,chỉ có khâu phản hồi âm ngắtdòng điện là dành riêng để khống chế dòng điện ,nhưng nó chỉ sau khi vượt quádòng điện tới hạn,dựa vào phản hồi âm mạnh đẻ hạn chế sự xung kích của dòngđiện nhưng không thể không chế thật tốt đồ thị trạng thái động của dòngđiện sau khi dòng điện từ giá trị cực đại giảm xuống ,mô men quay của động cơcũng theo đó giảm xuống ,vì vậy quá trình tăng tốc sẽ phải kéo dài.Đối với hệthống điều chỉnh tốc độ thường phải vận hành theo đảo chiều như máy bàogiường ,máy cán đảo chiều ,việc rút ngắn thời gian quá trình thời gian khởiđộng là nhân tố quan trọng nâng cao hiệu suất Vì vậy ở điều kiện dòng điện củađộng cơ bị hạn chế ,muốn lợi dụng tối đa năng lực quá tải cho phép của động cơthì trong quá trình quá độ luôn luôn giữ được dòng điện ở giá trị tối đa chophép,làm cho hệ thống truyền động điện tận dụng gia tốc tối đa để khởiđộng ,sau khi vận hành tốc độ đạt tới trạng thái ổn định ,lại cho dòng điện lậptức giảm xuống ,làm cho mô men cân bằng ngay với phụ tải Để khởi độngnhanh nhất trong điều kiện cho phép thì cần phải nhận được một quá trình códòng điện cực đại không đổi theo luật điều khiển phản hồi âm dòng điện là cóthể nhận được quá trinh dòng điện gần như không đổi

Với yêu cầu là trong quá trình khởi động chỉ có phản hồi âm dòng điện màkhông thể đồng thời có thêm phản hồi âm tốc độ quay đưa tín hiệu cùng mộtđầu vào của bộ điều chỉnh sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thai ổn định ,lúc nàylại yêu cầu chỉ cần có phản hồi âm tốc độ quay mà không cần phản hồi âm dòngđiện

Do vậy ta dùng hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín –nó có thểthực hiện được tác dụng của hai loại phản hồi âm dòng điện và âm tốc độ quaylại có thể làm cho chúng chỉ gây tác dụng riêng biệt trong nhưng giai đoạn khácnhau Này ghép nối tiếp nhau tức là lấy đầu ra của một bộ điều chỉnh tốc độquay làm đầu vào của bộ điều chỉnh dòng điện ,sau đó đầu ra của bộ điều chỉnhdòng điện đi khống chế thiết bị phát xung của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyrsisto

Trang 10

Hình 1-2: Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín tốc độ quay

và dòng điện

Trong đó :

R: Là bộ điều chỉnh tốc độ quay

RI : Là bộ điều chỉnh dong điện

FX :Thiết bị phát xung

Nhận được chất lượng tĩnh và động ,hai bộ điều chỉnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ và mạch vòng kín có sơ đồ như hình1.3

Hình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh tốc độ.

U

=

CK ĐCKĐ

BD

BĐ

FX

CK

Trang 11

1.2.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:

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

1.2.1 Phần tĩnh:

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận 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 kỹ thuậtđiện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điệnnhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đềuđược bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên cáccực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp vớinhau

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 cựctừ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụđược 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 máyđiện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làmvỏ 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 vừa nắpmáy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thườnglàm 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 cổ góp.Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổithan có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điềuchỉnh xong thì dùng vít cố định lại

Trang 12

1.2.2 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

do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lạithì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gióđể 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 những đoạnnhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làmviệc 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 tiếp vàotrục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôtocó 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 đồngcó bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùngdây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữnhật Dây quấn 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 đèchặt hoặc 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 0,4đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốphình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôivành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và cácphiến góp được dễ dàng

Các bộ phận khác:

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 quạt lắp trêntrục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi quavành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội 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

Trang 13

1.3.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

-Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập

Từ phương trình ta có :

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

cơ đó là:

 Từ thông động cơ (ϕ))

 Điện áp phần ứng (Uư)

 Điện trở phần ứng

1.3.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư =Uđm=const

Φ= ϕ)đm=constKhi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng :

= constĐộ cứng đặc tính cơ:

= varKhi Rf càng lớn , càng nhỏ nghĩa là đặc tính càng dốc ứng với Rf =0 tacó đặc tính cơ tự nhiên:

Trang 14

tn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả cácđường đặc tính có điện trở phụ Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta đượcmột họ đặc tính biến trở như hình 1.4

1.3.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết :  = dm = const

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

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họđặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5) Ta thấy khi thay đổi điệnáp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảmứng với phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điềuchỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động

Hình 1.5: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập

khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ

1.3.3 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

Trang 15

Tốc độ không tải lý tưởng: 0  var





x

dm x

 tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông

Hình1.6: Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

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 1.6

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thìkhi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.6 b)

Trang 16

1.4.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ:

1.4.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điên:

Cấu trúc được trình của hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện ở trêngồm: Động cơ 1 chiều M quay máy sản xuất và bộ biến đổi năng lượng (đượcgọi là phần lực) Các thiết bị đo lường và các bộ điều chỉnh R ( được gọi làphần 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 độvà cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập Trên cơ sở phân tích các sailệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợpđể nâng cao chính xác của hệ thống

1.4.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:

Hệ truyền động điện sử dụng các mạch vòng dòng điện và tốc độ FX là thiếtbị phát xung điều khiển bộ biến đổi BĐ Phần tử phi tuyến HCD là phần tử hạnchế dòng điện trong quá trình quá độ Các sensor Si, S đóng vai trò các khâuphản hồi dòng điện và tốc độ

Trang 17

Hình 1.7: sơ đồ cấu trúc của hệ thống.

1.5.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 mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc…

Ta thấy hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ củamạch phần ứng Tư nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởngđến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện

Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

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

Uiđ

f

T1

Trang 18

điện Tđk, Tvo Tư, Ti là các hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu,sự chuyển mạch 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 củamạch phần ứng thì có thể bỏ qua mạch vòng sđđ ( E=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:

Hàm truyền hệ kín:

) ( ) ( )

(

0

p S p R

p S p R p

F

i i





Trang 19

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 chỉnhcó cấu trúc của bộ PI (tỷ lệ - Tích phân)

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

Hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện là:

Fi(p) = =

Với :

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

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 20

c .

1



  R

2

) (

.



K J

T c R

Trang 21

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

Khi mạch không có nhiễu loạn thì U ω):đ 0 và Mc = 0

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

s T p T

p p c T K i K

K p

Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng tốc độ có dạng:

Hàm truyền hệ kín:

Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn modul đối xứng có dạng:

So( p )

U

-Sơ đồ cấu trúc thu gọn

) ( ) ( 1

) ( ) ( )

(

0

p S p R

p S p R p

Trang 22

( p

R

Thay F(p) và FĐX(p) ở trên ta có

 )

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 23

Chương II THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

2 THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ THỐNG:

1.7.Thiết bị mạch động lực:

Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biếnáp động lực, các phần tử R-C Theo đề ra thì động cơ là động cơ một chiều kíchtừ độc lập có:

Công suất truyền động: 75 kw

Tốc độ cực đại và phạm vi điều chỉnh 1000 v/p

Như vậy, việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tửkhác cho phù hợp

Trong đó:

BAN : Biến áp nguồn lấy điện từ lưới cấp cho động cơ

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lí mạch lực

Trang 24

Uvo : Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN.

Lck : Cuộn kháng san bằng

T : 6 Thysistor của mạch chỉnh lưu

Lư, Rư : Cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ

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 haitiristor cần dẫn Trên đồ thị ở hình 1.2b thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristor đượcphát hai xung: xung đầu tiên xác định góc  , xung thứ 2 đảm bảo thông mạchtải

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

Trang 25

) 60 cos(

1 6 3 sin

3 2

2 60

1.8.TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC:

1.8.1 Tính chọn động cơ:

Động cơ được chọn là động cơ 1 chiều kích từ độc lập có:

Uđm =220 V, nđm =1500v/p, P =20kWCác thông số cơ bản còn lại của động cơ

) ( 114 220 8 , 0

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

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

1.8.2 Tính chọn công suất MBA động lực:

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

Tỉ số biến áp: kBAN =

3 U

U V0

1

3 389

380

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

Trang 26

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:

1.8.3 Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu:

Thông số của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

Dòng trung bình qua mỗi thysistor:

1,6 550 = 880 (V)Dòng trung bình khi dẫn = 1,5 68 = 102 (A)

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

Trang 27

1.8.4 Tính chọn các cuộn kháng cân bằng:

Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ởhai pha cùng mở Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớnhơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặngnề hơn và nó có khả năng phá hỏng các tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế Vìvậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn kháng cân bằng

1.8.5 Tính chọn các thiết bị mạch lực:

Ta biết rằng các tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điệnáp hay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện vàđiện áp di/ 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 nhỏĐể bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng cácphần 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

Các quan hệ Ua /Up;

G  b H   Uk

0; 0

phụ thuộc vào

L 2

R

= b vì

L I F

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

C = 0,346 F và R = 3,9 K

1.8.6 Tính chọn điện trở hãm:

Muốn hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lướiđồng thời đóng them điện trở hãm vào mạch phần ứng

Tại thời điểm đóng cắt ban đầu do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp thay đổinên

h h

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 trongvùng cho phép I hbđ  2  2 , 5I đm

RC

T

dm d

bđ

E      

Trang 28

2 THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN:

2.1.Lựa chọn phương pháp phát xung:

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương phápphát xung chính là:

Phát xung điều khiển theo pha đứng

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 điệnáp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiệnphù hợp góc 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 nổibật như: khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi củađiện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có mộtxung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệthống này được sử dung 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 răngcưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phươngpháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở  có phạm vi điềuchỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác,trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nêngây tổn thất phụ trong mạch 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 sốbằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được (dùng các cầu R-C hoặc cầu R-L) Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển

Trang 29

Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở  hẹp, rấtnhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điềukhiển do vậy thường ít được sử dụng.

* Chọn phương pháp điều khiển:

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển theonguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này

2.1.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng:

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển

Trong đó:

 Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa Khối này có nhiệm vụlấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vàokhối so sánh

 Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hìnhrăng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưatới mạch tạo xung

 Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tớichân điều khiển của tiristo

2.2.Thiết bị mạch điều khiển:

2.2.1 Mạch điều khiển thyristor:

Cấu trúc mạch điều khiển của tiristor:

Trang 30

udk :điện áp điều khiển : điện áp một chiều

udb :điện áp đồng bộ: điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ vớiđiện áp anot – catot của tiristor

 Khâu 1: Khâu so sánh, khi UCM – UC =0 thì trigơ lật trạng thái ở đầu ra có

1 chuỗi xung “sin chữ nhật”

 Khâu 2: Đa hài 1 trạng thái ổn định

 Khâu 3: Khuếch đại xung

 Khâu 4: Biến áp xung

Các giá trị trung bình:

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

sin 2

3

2 6

6 0

U d

U dt

u T

T d

0  : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưuđiều khiển với   0 0

Suy ra U  d U di0 cos  với Udi = 936 V

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	11,83 MB