Đang tải... (xem toàn văn)
TÊN ĐỀ TÀI: thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện đôngc cơ một chiều dùng bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kì hình tia có điều khiển , bài do nhóm sinh viên trường đại học công nghiệp thực hiện, mong rằng tài liệu này sẽ giúp ích nhiều cho các bạn trong quá trình học tập cũng như làm bài tập lớn
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều dùng bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển GVHD: Thầy Nguyễn Đăng Khang Sinh viên thực hiện Phùng Thanh Dương Nguyễn Văn Sơn NHÓM 5 Page 1 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Đề tài 1: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều. Nhóm 5: Bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển Nội dung: Cho hệ điều chỉnh tự động TĐĐ một chiều có khối như hình vẽ: Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu K cl =m+2 ( với m là số thứ tự nhóm). T vo + T đk = 0,0015s Động cơ 1 chiều kích từ độc lập cã th«ng sè: P đm =2*m (kW) với m số thứ tự nhóm ; U đm = 400V; η đm = 0,9; n đm =955v/phót ; T ư =0.07 s; T c =0,22 s T i =0,003 s; T ω =0,05 s K i =0,04 ; K ω = 0,01. 1. Tổng quan về hệ TĐ Đ T-Đ 2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ. 3. Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu. NHÓM 5 Page 2 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 4. Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng. 4. Khảo sát đặt tính động học của hệ bằng phần mềm simulink và rút ra kết luận. 5. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ ( bao gồm sơ đồ nguyên lý đầy đủ cả mạch điều khiển dùng TCA785, mạch lực, mạch đo lường cảm biến). Tính chọn các thiết bị linh kiện. NHÓM 5 Page 3 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách hàng đầu . Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc .Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ biến , có thể thay sức lao động con người , đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt . Hiện nay , các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy , xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao . Vấn đề quan trọng trong các dây chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động cơ để nâng cao năng suất . Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều chỉnh cao , cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện tử . Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao . Ở nước ta hiện nay một số dây chuyền nhập ngoại , với một số lý do khách quan cho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài . Về việc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật . Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy cô chỉ bảo để em được hiểu thêm , có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên nghành của mình sau này . Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo bộ môn đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này . Em xin chân thành cảm ơn ! NHÓM 5 Page 4 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 MỤC LỤC. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1, Cấu trúc bộ biến đổi 2, Cấu trúc máy phát 1 chiều 3 , Cấu trúc máy biến dòng 4, Cấu trúc bộ điều khiển (PIĐ) 5, Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động động cơ 1 chiều CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ 1, Sơ đồ khối hệ điều chỉnh T-D động cơ 1 chiều 2, Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ 3, Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu 4, Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN 1, Phân tích chọn mạch chỉnh lưu 2, Tính chọn thyristor 3, Tính toán máy biến áp 4, Tính toán sơ bộ mạch từ 5, Tính toán dây quấn 6, Kết cấu dây dẫn sơ cấp 7, Kết cấu dây quấn thứ cấp 8, Tính toán kích thước mạch từ NHÓM 5 Page 5 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 9, Tính khối lượng của sắt và đồng CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BẢO VỆ VAN 1, Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 2, Bảo vệ qía dòng cho van 3, Bảo vệ quá điện áp cho van CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1, Tính biến áp xung a , Tính tầng khuếch đại cuối cùng b, Chọn cổng AND c , Chọn tụ C3 và N9 2, Tính chọn bộ tạo xung chùm sử dụng TCA 785 a , Tính chọn tầng so sánh b, Tính chọn khâu đồng pha c, Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha CHƯƠNG 6 : GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK MATLAP 1, Mô phỏng hệ thống T-D 2, Giải thích cái khối trong sơ đồ NHÓM 5 Page 6 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1. Cấu trúc bộ biến đổi Bộ biến đổi dùng chỉnh lưu có điều khiển tia 1 pha 2 nửa chu kì Trong truyền động điện đa số các trường hợp chỉnh lưu được điều khiển bằng tín hiệu biến thiên chậm. trong trường hợp này ảnh hưởng của tính chất xung và tính chất bán điều khiển đến quá trình quá độ là nhỏ do đó có thể coi chỉnh lưu mạch điều khiển là mạch chỉnh lưu liên tục với sơ đồ như sau: Với cos d do E E α = x .U do sd c E K= Với : giá trị điện áp xoay chiều. : Phụ thuộc vào sơ đồ mạch chỉnh lưu. Góc α phụ thuộc vào ( ) : dk dk U f U α = NHÓM 5 Page 7 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Xác định góc α theo giá trị Ta có: 1 i f i K pT + Thông thường ( ) 2 10T s − = , đổi với lưới điện f = 50(Hz). Vậy . 1 dk d do tm U E E Cos T U = − ÷ Nhưng do tính chất xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu lên thời điểm thay đổi tín hiểu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc α. Độ dài về khoảng thời gian trễ này có đặc tính ngẫu nhiên. Theo kinh nghiệm chọn khoản thời gian trễ ( ) 1 2 vo mf T τ = = được tính từ góc ( ) T α ⇒ Hệ số chỉnh lưu: d d CL dk dk E E K U E ∆ = = ∆ Nhưng do có khoảng thời gian trễ τ nên: . . pt CL dk d K e U E − = . Vậy hàm truyền của khâu chỉnh lưu. ( ) ( ) ( ) 9 W . p d CL CL dk E p p K e U p − = = với vo T τ = Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn có thể dùng biểu gần đúng bởi khai triển Mc.Laurin. NHÓM 5 Page 8 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 2 2 1 1 1 2! vo pT vo vo e pT p T = + + + Và khi này hàm thay thế của hàm trễ bằng một khâu quán tính. Ta có: ( ) W 1 CL CL vo K p pT = + Mặt khác khi điều khiển thì tín hiệu điều khiển thì tín hiệu điều khiển củng có thời gian trễ nên khâu quán tính của quá trình điều khiển: ( ) 1 dk pT+ Từ đó ta có ( ) ( ) ( ) W 1 1 CL CL dk vo K p pT pT = + + Đây là biểu thức mô tả khâu chỉnh lưu có điều khiển. Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Nếu các thông số của động cơ là khong đổi thì ta có thể viết được các phương trình mô tả sơ đồ thay thế của động cơ điện 1 chiều như sau: Mạch kích từ có 2 biến dòng điện tích từ và từ thông máy Φ là phụ thuộc phi tuyến bởi đường cong từ hóa của lõi sắt. NHÓM 5 Page 9 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 . . k k k k k dI U I R L dT = + Hay ( ) ( ) . 1 k k k k k L U p I p R p R = + ÷ Đây là phương trình mô tả toán học của dây quấn kích từ. Mạch phần ứng: IR u u dIk U E L dT − = + Hay ( ) ( ) ( ) I p R 1 u u u L U p E p p R − = + ÷ Với u u u L T R = là hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng. ( ) ( ) ( ) ( ) { } 1 1 u u R I p U p E p pT = − + Đây là phương trình mô tả toán học dây quấn phần ứng. Phương trình chuyển động của hệ thống. d M Mc J dT ω − = Với J = Jd + JM là mômen quán tính của các chuyển động quy về trục động cơ. Jd: mômen quán tính của động cơ. JM: Mô men quán tính của máy sản xuất. Hay ( ) ( ) ( ) . c M p M p pJ p ω − = ( ) ( ) ( ) c M p M p p Jp ω − = Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập như hình sau: NHÓM 5 Page 10 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG [...]... chỉnh tự động động cơ 1 chiều Sơ đố khối của hệ: NHÓM 5 Page 12 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Tổng hợp cấu trúc các phần tử trong hệ, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động động cơ 1 chiều như sau : Trong đó: NHÓM 5 Page 13 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Rω và Ri là các Bộ điều chỉnh tốc... BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ + + + Rѡ : Bộ điều chỉnh tốc độ RI: Bộ điều chỉnh dòng điện ΔUV: Điện áp đặt vào đặt vào tốc độ + U*I + + + + LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 KCL : Hệ số khếch đại bộ chỉnh lưu KĐ: Hệ số khuếch đại động cơ β :Hệ số phản hồi âm dòng điện γ: Hệ số phản hồi tốc độ : Điện áp phản hồi âm dòng điện Sơ đồ cấu trúc động: NHÓM 5 Page 16 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP... ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Trong đó: xenxo Sɷ đóng vai trò là khâu phản hồi tốc độ Si:xen sơ dòng đóng vai trò phản hồi âm dòng điện Ri: là bộ điều chỉnh dòng điện FX: là bộ phát xung BD:bộ biến đổi 1 chiều Đ:động cơ NHÓM 5 Page 19 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Biến đổi tương đương sơ đồ khối hệ thống Ta tiến... chỉnh dòng điện RI có dạng của khâu điều chỉnh PI Ta có sơ đồ nguyên lý cho bộ điều chỉnh dòng điện Trong đó :R1 = R2 = 2.Ts Tư = R3.C Hàm truyền của mạch vòng NHÓM 5 Page 23 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Vậy ta có phương trình dòng điện như sau: NHÓM 5 Page 24 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6... NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 - - Ta có các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ như sau: ⇒Độ sụt tốc độ NHÓM 5 Page 17 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Hệ số khuếch đại động cơ: 2.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện gồm mạch vòng điều chỉnh dòng điện và mạch vòng điều chỉnh tốc độ... xenxo dòng điện NHÓM 5 Page 21 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Rư : điện trở mạch phần ứng KCL : hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu Vì hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể coi sức điện động không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện( tức hoặc... NGUYỄN ĐĂNG 2 2U 2 KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Điện áp ngược lớn nhất trên diode: U ng max = 2 2U 2 Các thông số cơ bản của mạch còn lại được tính: I udm = P η.U dm =(A) U2a;U2b; U2c - Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn E: - Sức điện động của động cơ R, L: - Điện trở và điện cảm trong mạch R= 2.Rba+Rư+Rk+Rdt L= 2.Lba+Lư+Lk Rk; Lk là điện trở và điện kháng của máy biến... dòng NHÓM 5 Page 14 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ 1.Ta có Sơ đồ khối hệ điều chỉnh TĐ động cơ một chiều như hình vẻ Hình 2.1 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín Từ hình khối 2.1 trên ta có sơ đồ cấu trúc của hệ TĐ động cơ một chiều U*I ΔUv Ucđ(p) RѠ Eb Ed RI Kcl β... Rk; Lk là điện trở và điện kháng cuộn lọc Rdt là điện trở phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau: Rư= 0.5.(1-η) U dm I dm = 0.5.(1 - 0,9) = 0,72 (Ω) Lư là điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umanxki_Lindvit Lư = NHÓM 5 Page 31 60.U đm 2π p.nđm I đm = 0,25 = 0,018 H GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Trong đó = 0,25 là hệ số lấy... thông số sau: Điện áp ngược cực đại của van : NHÓM 5 Page 32 Un = 1400 (V) GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6 Dòng điện định mức của van : Iđm = 50 (A) Đỉnh xung của dòng điện : Ipik = 700 (A) Dòng điện xung điều khiển : Iđk = 0,1 (A) Điện áp xung điều khiển: Uđk = 3,0 (V) Sụt áp lớn nhất của thysitor ở trạng thái dẫn là: Tốc độ biến thiên điện áp: Thời