Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy PGS - TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyề

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS VÕ QUANG LẠP

PHÒNG ĐÀO TẠO

THÁI NGUYÊN 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Thị Bích Nga học viên lớp cao học khóa 18 chuyên ngành Kỹ

thuật điều khiển và tự động hóa Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện nay tôi đang công tác tại khoa Điện - Trường Cao đẳng nghề số 1 - BQP.

Xin cam đoan: Đề tài “ Nâng cao chất lượng hệ chuyển động nhiều động

cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán” dưới sự hướng dẫn của PGS - TS Võ Quang Lạp là công trình nghiên cứu riêng của tôi Tất cả các tài liệu tham khảo đều

được ghi trong danh mục tham khảo, không sử dụng tài lệu nào khác mà không được ghi trong danh mục.

Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luân văn đúng như trong đề cương và yêu cầu của giáo viên hướng dẫn Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương được sự giúp đỡ, hướng dẫn

tận tình của thầy PGS - TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nâng cao chất

lượng hệ điều khiển chuyền động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục

cán” đã được hoàn thành.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ

tác giả hoàn thành luận văn này.

Khoa sau đại học, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Trường đại học

Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn.

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập.

Tác giả

Nguyễn Thị Bích Nga

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN 2

1.1 Ứng dụng hệ truyền động nhiều động cơ trong máy sản xuất 2

1.2 Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều động cơ 2

1.2.1 Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại 2

1.2.2 Đặc tính phụ tải của chuyển động trục cán trong dây chuyền cán liên tục 3

1.3 Phân tích và chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thô 9

1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ) 9

1.3.2 Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ) 10

1.3.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ không đồng bộ (BT - Đ KĐB ) 11 1.4 Kết luận chương 1 12

CHƯƠNG II: TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHO TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 13

2.1 Xây dựng hệ truyền động cho dây chuyền cán thô 13

2.2 Tổng hợp hệ truyền động BT - Đ KĐB cho hệ truyền động trong dây chuyền cán thô 14

2.2.1 Mô tả động cơ KĐB ba pha dưới dạng các đại lượng vector không gian 14

2.2.2 Các phương pháp biến đổi các đại lượng điện của động cơ KĐB từ hệ tọa độ của vectơ không gian (a,b,c) về các hệ tọa độ khác 16

2.2.3 Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ 16

2.2.4 Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ 18

2.2.5 Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 21

2.2.6 Tổng hợp hệ truyền động BT - Đ KĐB 25

2.2.7 Mô phỏng hệ truyền động 28

2.3 Kết luận chương 2 31

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH LỰC CĂNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 32

3.1 Đặt vấn đề 32

3.2 Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng với bộ R T dùng PID tuyến tính 32

3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ ổn định lực căng 32

3.2.2 Tổng hợp mạch vòng 33

3.2.3 Mô phỏng hệ ổn định lực căng 34

3.3 Nâng cao chất lượng hệ điều khiển ổn định lực căng trong hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô 38

3.3.1 Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi 39

3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song 47

3.4 Kết luận chương 3 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHỤ LỤC I 71

CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB TỪ HỆ TỌA ĐỘ CỦA VECTƠ KHÔNG GIAN(a,b,c) VỀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ KHÁC 71

PHỤ LỤC 2 81

TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ 81

PHỤ LỤC 3 86

TÍNH TOÁN CÁC THỐNG SỐ 86

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ

Hình 2.8b Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17

Hình 3.18 Hình 3.19

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI

MỞ ĐẦU

Trong thực tế, nhiều máy sản xuất có yêu cầu chuyển động công suấtlớn hoặc những yêu cầu công nghệ chuyển động của máy sản xuất thì người tathường dùng điều khiển chuyển động bằng nhiều động cơ Những chuyểnđộng này khi làm việc thì điều chỉnh tốc độ có thể là công suất không đổi và

mô men thay đổi hoặc khi điều chỉnh tốc độ thì công suất thay đổi và mô menkhông đổi hay có trường hợp trong quá trình làm việc tốc độ không đổi và mômen thay đổi Với những điều kiện cụ thể của máy sản xuất như vậy thìchuyển động nhiều động cơ là một yêu cầu cần thiết

Từ những yêu cầu trên, đề tài luân văn được nghiên cứu và chọn mộthướng chuyển động của nhiều động cơ thích hợp để khảo sát và tính toán, đồngthời nâng cao chất lượng của hệ điều khiển chuyển động này Với cách đặt vấn

đề như vậy nên đề tài luận văn được chọn là: ”Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán ”

Nội dung luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động nhiều động cơ ứng dụng chuyển động trục cán

Chương 2: Tổng hợp hệ truyền động nhiều động cơ ứng dụng cho truyền động trong dây chuyền cán thô

Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng trong hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô

Kết luận và kiến nghị

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Bích Nga

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG

CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN

1.1 Ứng dụng hệ truyền động nhiều động cơ trong máy sản xuất

Trong công nghiệp, hệ truyền động nhiều động cơ được ứng dụng tronghai trường hợp:

hợp này nếu dùng một động cơ thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn như: khó khăntrong quá trình lắp đặt, quả trình sửa chữa hay khởi động động cơ Vì vậy, trongtrường hợp phụ tải lớn và rất lớn thì người ta hay sử dụng nhiều động cơ sẽ khắcphục được nhược điểm của hệ dùng một động cơ công suất lớn và rất lớn

khiển chuyển động phải dùng nhiều động cơ Đó là hệ điều khiển chuyểnđộng trong dây chuyền cán kim loại, các hệ điều khiển chuyển động trongcông nghiệp dệt, công nghiệp giấy, vv

Trong hệ truyền động nhiều động cơ có thể dùng một loại động cơ, song

các động cơ này phải có cùng một đặc tính cơ để quá trình làm việc phụ tải sẽđược cân bằng trong các động cơ truyền động, trường hợp này được dùngtrong hệ điều khiển chuyển động có yêu cầu điều khiển chất lượng thấp, phụtải không biến động, không điều chỉnh tốc độ Đối với những hệ điều khiểnchuyển động phức tạp thì phải dùng hệ truyền động chất lượng cao mới thỏamãn được các yêu cầu của máy sản xuất Hệ thống điều khiển chuyển độngtrục cán kim loại thuộc hệ điều khiển chuyển động này

1.2 Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều động cơ

1.2.1 Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại

Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại có dạng như hình vẽ 1 Trong vùng (1) máy làm việc với chế độ tải Mc nặng, vận tốc cắt gọt thấp

0 ≤ Vc ≤ Vgh Việc điều chỉnh tốc độ trong vùng (1) phải đảm bảo để M = Mc =

const Công suất Pc biến thiên Nếu dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập,điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp, từ thông không đổi.

Hình 1.1: Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại

Trong vùng (2) máy sản xuất làm việc với phụ tải Mc bé, tốc độ Vc lớn,

Vc càng tăng thì Mc càng giảm, còn Pc không đổi Nếu dùng động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập để truyền động, khi máy sản xuất làm việc ở vùng (2)việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φgh ≤ Φ ≤ Φđm Đại bộphận máy sản xuất làm việc với đặc tính phụ tải theo hai vùng riêng biệt, songcũng có những máy tùy theo công nghệ gia công làm việc cả hai vùng đặc tínhphụ tải Ví dụ, truyền động chính máy tiền cơ năng khi gia công mặt đầu, banđầu đường kính vật lớn, máy làm việc trong vùng (1), qua quá trình tiệnđường kính vật giảm nhỏ dần máy sản xuất chuyển sang vùng (2)

Trong máy gia công kim loại có một hệ truyền động rất quan trọng đó

là truyền động cho dây chuyền cán nóng liên tục, hệ truyền động này thườnggặp trong những máy cơ khí luyện kim Vì vậy, phần tiếp theo của luận vănnày chúng ta sẽ nghiên cứu loại truyền động này

1.2.2 Đặc tính phụ tải của chuyển động trục cán trong dây chuyền cán liên tục

Mô hình dây chuyền cán liên tục được vẽ như hình vẽ 2

Hình 1.2: Mô hình cán liên tục

Dây chuyền chuyển động này có các chế độ làm việc như sau:

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô

* Giới thiệu sơ đô

M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2

RT: Bộ điều chỉnh lực căng

R: Bộ điều chỉnh tốc độ

Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện

* Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc

Khi các trục cán đồng tốc với nhau thì tín hiệu bộ điều chỉnh lực căngbằng 0 và không có tín hiệu ở đầu ra Trong quá trình làm việc nếu giữa cáctrục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì đầu vào bộ điều chỉnh lực căng

RT xuất hiện tín hiệu U và có tín hiệu ở đầu ra Tín hiệu này đưa đến bộ R

và tới Ri làm thay đổi tín hiệu Udk khi tới bộ biến đổi, bộ biến đổi sẽ điềuchỉnh điện áp phần ứng động cơ M2 dẫn đến thay đổi tốc độ của trục cán haiđồng tốc với tốc độ của trục cán một thì tín hiệu vào RT = 0

Chế độ này trục cán làm việc giai đoạn đầu của quá trình cán Mc lớn,

hệ thống trục cán làm việc trong vùng (1) của đặc tính phụ tải (Hình 1.1) Cụthể được minh họa ở hình 1.4

0

Hình 1.4: Đặc tính phụ tải của quá trình cán thô

b) Chế độ cán tinh

Ở chế độ cán tinh, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và đồng tốc

được thực hiện bởi mạch kích từ Sơ đồ truyền động dùng hệ T - Đ như sau:

RT

Imin

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán tinh

* Giới thiệu sơ đô

M: Động cơ truyền động

RT: Bộ điều chỉnh lực căng

R: Bộ điều chỉnh tốc độ

Riư: Bộ điều chỉnh dòng điện

Rikt: Bộ điều chỉnh dòng kích từ

FT: Máy phát tốc

* Nguyên lý điều chỉnh tốc độ

Trong sơ đồ này, bộ điều chỉnh lực căng RT có thể làm việc hoặc khônglàm việc Khi giữa các trục xảy ra hiện tượng đồng tốc thì bộ điều chỉnh lựccăng không làm việc Khi đó hai vòng phản hồi là phản hồi âm tốc độ và phảnhồi dòng điện phần ứng sẽ kết hợp để thực hiện đồng tốc, còn mạch vòngdòng điện kích từ để ổn định dòng kích từ cho động cơ khi điện áp dao động

Sự thay đổi dòng kích từ phải có giới hạn cố định Imin để chỉ cho phép giảm từthông tới một giá trị nào đó

Khi giữa các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì bộ điều chỉnh lực căng RT làm việc, để tự động điều chỉnh đồng tốc cho các trục cán

mặt trơn bóng Khi Mc bé, máy làm việc với Vc lớn Hệ thống truyền động trụccán làm việc ở vùng (2) của đặc tính phụ tải (Hình 1.1) Cụ thể được thể hiện ở

hình 1.6

0

Hình 1.6: Đặc tính phụ tải của quá trình cán tinh

c) Chế độ cán nối cứng trục động cơ với trục cán

Trường hợp trục cán truyền động nối cứng trục với hai động cơ, có nghĩa

là quá trình cán tốc độ hai động cơ truyền động cho trục cán không đổi, song khiphụ tải thay đổi cần điều chỉnh để cân tải cho hai động cơ truyền động Sơ đồcông nghệ của chế độ cán nối cứng trục được minh họa ở hình 1.7

Giá cán 2 Giá cán 1

Phôi thép

Đ1

Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ máy cán nối cứng trục

Sơ đồ nguyên lý của chế độ cán nối cứng trục được thể hiện trên hình vẽ 1.8.

Hình 1.9: Đặc tính phụ tải khi nối cứng trục cán với hai động cơ

Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ được thiết

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ

Nguyên lý làm việc tự động điều chỉnh mômen như sau: Bộ điều khiểnPID mạch vòng tốc độ bên ngoài chung cho cả 2 động cơ với thông số cốđịnh, hai bộ điều khiển PID mạch vòng dòng điện bên trong riêng cho 2 động

cơ, bộ điều khiển dòng điện động cơ 1 với thông số cố định, tín hiệu ra của bộđiều khiển này là tín hiệu mẫu, thông số bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2được hiệu chỉnh dựa trên sai lệch về dòng điện giữa 2 động cơ (Hình 1.10).Nói một cách khác, bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2 là bộ điều khiểnthích nghi được thiết kế dựa trên mô hình mẫu được tạo bởi bộ điều khiểndòng động cơ thứ nhất cùng một phần thông số của động cơ đó Với cấu trúcnày trong quá trình vận hành, dòng điện động cơ thứ nhất được xem là dòngmẫu, động cơ thứ 2 luôn bám dòng động cơ 1 với sai số nhỏ nhất Có nghĩaphần ứng động của cả hai động cơ luôn bằng nhau

Từ các chế độ truyền động cho trục cán ở trên đã phân tích, trong bảnluận văn này chọn chế độ cán nóng thô để tiếp tục nghiên cứu và khảo sát

1.3 Phân tích và chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thô

Như trình bày ở trên, chế độ cán thô thường có mômen cản lớn, trong quá trình cán việc điều khiển tốc độ thì mômen là không đổi và và công suất thay đổi, phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn lắm Với đặc điểm điều khiển phụ tải như trên thì trong thực tế chúng ta thường gặp những hệ thống truyền động như sau:

1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ)

Hệ thống này về mặt công suất và khả năng điều chỉnh tốc độ hoàn toànthỏa mãn yêu cầu của truyền động cán thô Cụ thể là quá trình điều chỉnh tốc độthì từ thông kích từ động cơ không đổi và điều chỉnh vận tốc thông qua kích từcủa máy phát, trong hệ thống kín cũng đảm bảo được chất lượng của hệ truyềnđộng Song, nhược điểm lớn của hệ này là ồn, hiệu suất thấp và quá trình quá độlớn vì vậy hệ thống này ngày nay không còn được sử dụng Sơ đồ hệ F

i KF

~

Hình 1.11: Hệ truyền động F - Đ

1.3.2 Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ)

Ngày nay việc ứng dụng hệ truyền động một chiều T – Đ với mạchvòng phản hồi kín nhằm đảm bảo tốt các chi tiêu tĩnh và động, hệ thống T - Đngày càng được sử dụng phổ biến, rộng rãi, nó có khả năng ứng dụng cho hệtruyền động có công suất nhỏ đến công suất lớn

Ưu điểm của hệ này là khắc phục được nhược điểm của hệ F - Đ ởtrên,việc khắc phục nhược điểm của hệ F - Đ là nhờ ưu điểm của việc ứngdụng bộ Thysistor, cụ thể là: bộ biến đổi T - Đ có hiệu suất lớn, vì vậy hệthống này đang được sử dụng nhiều trong thực tế

Cấu trúc hệ thống điều khiển T – Đ với hai mạch vòng kín tốc độ quay

và dòng điện như hình vẽ 1.12

Trong đó:

VF, VR: Hai bộ chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược Bằngcách điều khiển các nhóm van trong bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra các chế độ dừng,quay thuận, quay ngược của động cơ

RI, Rω: Các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ nó có nhiệm vụ tổnghợp và tạo ra điện áp điều khiển đưa tới các mạch phát xung Bằng cách lựachọn các lượng phản hồi, lượng đặt các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ Rω

và bộ điều chỉnh dòng điện RI thích hợp sẽ đảm bảo chất lượng của hệ thốngở chế độ tĩnh và động

GVF, GVR: Thiết bị phát xung cho hai bộ chỉnh lưu có điều khiển VF, VR.U*n, Un : Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước và điện áp phản hồitốc độ quay

U*i, Ui : điện áp ứng với dòng điện cho trước và điện áp phản hồi dòng điện.

1.3.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ không đồng bộ (BT - Đ KĐB )

Hiện nay hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha rô tolồng sóc được sử dụng rất rộng rãi Sơ đồ khối của hệ truyền động này đượcthể hiện như hình vẽ 1.13

Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB

bằng thiết bị biến tần.

Trong sơ đồ này có 2 mạch vòng phản hồi đó là:

- Mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ để ổn định tốc độ trong sơ đồ khâu lấy tín hiệu tốc độ là dùng máy phát tốc (FT)

- Mạch vòng dòng điện để ổn định dòng điện mạch vòng này trong sơ

đồ được tích hợp trong khối BT

Tranzito công suất phương pháp điều khiển biến tần này hiện nay là phươngpháp điều khiển theo véc tơ không gian điện áp ra

Đối với các hệ truyền động ứng dụng bộ biến đổi bán dẫn với động cơ thì

hệ thống này là hệ thống mới Hệ thống này có ưu điểm nổi trội so với các hệ thống trên là nhờ ưu điểm của động cơ KĐB rô to ngắn mạch Động cơ này làm việc an toàn, chắc chắn, dễ bảo quản, sửa chữa và giá thành rất rẻ, hiện tại nhờ chế tạo được các biến tần, đặc biệt là biến tần nguốn áp và điều khiển độ rộng xung hoặc điều khiển vector không gian tạo ra điện áp đặt lên động cơ xoay chiều có dạng trung bình là sin Với việc thay đổi được tần số và tạo được dạng điện áp thích hợp, vì vậy biến tần nguồn áp làm bộ nguồn rất thích hợp cung cấp cho động cơ KĐB roto ngắn mạch Hệ thống biến tần - động cơ KĐB roto ngắn mạch hiện tại được thiết kế trong

hệ thống truyền động điều khiển (hệ thống kín).

Hệ thống này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các hệ thống đã và đang

có, vì vậy nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó rất thích hợp trongtruyền động cho chế độ cán thô Trong bài luận văn này chọn hệ truyền độngbiến tần - động cơ xoay chiều KĐB để truyền động cho hệ điều khiển chuyểnđộng cán thô

1.4 Kết luận chương 1

Qua phân tích đặc điểm, phụ tải của truyền động nhiều động cơ vàtrong bài luận văn đã chọn chế độ truyền động nhiều động cơ cho chế độ cánthô với hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB roto ngắn mạch Với địnhhướng trong chương này giúp cho việc tính toán ở chương tiếp theo

CHƯƠNG II:

TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHO

TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ

2.1 Xây dựng hệ truyền động cho dây chuyền cán thô

Dựa trên cơ sở sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cánthô hình 1.3 và qua kết luận trong chương I, luận án đã chọn hệ truyền động

BT - ĐKB để truyền động trục cán ở chế độ cán thô Vậy, sơ đồ nguyên lý hệđiều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô dùng hệ tuyền động BT - ĐKBđược thiết kế như hình vẽ sau:

* Giới thiệu sơ đô

M1, M2: Hai động cơ điện xoay chiều kéo trục cán 1 và 2

RT: Bộ điều chỉnh lực căng

R: Bộ điều chỉnh tốc độ

Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện

2.2.1 Mô tả động cơ KĐB ba pha dưới dạng các đại lượng vector không gian

Ta xét động cơ có số đôi cực p=1, trên stator có 3 cuộn dây bố trí lệch nhau

1200 Dây quấn rotor của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc thực chất là dây quấn nhiều pha, nhưng ta có thể quy về dây quấn 3 pha (hình 2.2).

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ

Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn có dạng:

Hỗ cảm giữa giây quấn stator với dây quấn rotor phụ thuộc vào góc

lệch không gian giữa 2 dây quấn và được xác định theo công thức:



Trong đó Lm0()T là chuyển vị của ma trận Lm0().

Thay thế (3-3) vào (3-1) ta được các phương trình cân bằng điện áp viết

dưới dạng ma trận rút gọn là:

2.2.2 Các phương pháp biến đổi các đại lượng điện của động cơ KĐB từ

hệ tọa độ của vectơ không gian (a,b,c) về các hệ tọa độ khác

Các phép biến đổi này được thực hiện ở phụ lục I

2.2.3 Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ

Bỏ qua tổn hao sắt từ và các tổn hao phụ thì năng lượng mà động

cơ tiêu thụ sẽ chuyển hóa thành ba phần:

Trong đó: WR là tổn hao trên các điện trở dây quấn

WL là năng lượng từ trường

WC là năng lượng cơ.

Trong khoảng thời gian dt bất kỳ, năng lượng mà động cơ tiêu thụ được

Mặt khác ta lại có:

2d

L2

- M’, ’ , j’ , Mc’ là các đại lượng chưa quy đổi.

- M ,  , j , Mc là các đại lượng sau khi quy đổi

2.2.4 Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ

Từ phương trình (P1-29) ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ khôngđồng bộ rotor lồng sóc trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) như hình2.3 và hình 2.4 Các tín hiệu phản hồi E1d , E1q , E2d , E2q , được xác định theocác phương trình phi tuyến:

E

Sơ đồ hình 2.3 mô tả cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ Sơ

đồ hình 2.4 mô tả cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ Trong đó cáctín hiệu điện áp, dòng điện, từ thông được mô tả bằng các vector Ma trận B0được xác định theo công thức :

0

B0 

1

u 1d

u 1q

Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ

E 1

u 1

R n (1+T n p) E

B0

 

Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ

2.2.5 Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q)

Trở lại phương trình (P-29) ta có:

Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor  2 không đổi và vector không gian

 2 trùng với trục ox thì ta có:

 2q  0

 2d   2  const