ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Họ và tên sinh viên : Bùi Hữu Nguyên Lớp : Tự Động Hóa - Khóa 53 Số thứ tự trong danh sách : 41 TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện cho máy công tác có momen cản bằng momen định mức của động cơ.Biết momen cản là loại momen cản tác dụng . Các số liệu ban đầu của động cơ nhƣ sau : P đm (Kw) n đm (Vg/ph) R ư (Ω) L ư (H) R kt (Ω) L kt (H) J đc (N.m) U đm (V) 44 1750 1.766 0.0198 222.26 119.1 0.902 500 Yêu cầu : 1. Phân tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ trên. 2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển theo hệ kín. 3. Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống truyền động điện như : aptomat, công tắc tơ ,nguồn, … 4. Mô phỏng hệ, tìm các luật biến thiên của : ω = f(t) , M = f(t) , i = f(t) và phân tích những kết quả nhận được khi thay đổi các giá trị đặt khác nhau. 5. Tìm các thông số của bộ điều khiển PID . 6. Các bản vẽ : a. Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống kèm theo các kết quả mô phỏng. b. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống truyền động đã thiết kế . CHƢƠNG 1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.1 Khái niệm : c. Động cơ một chiều kích từ độc lập là loại động cơ sử dụng nguồn áp một chiều cấp cho phân ứng . Còn phần cảm dùng để tao ra từ trƣờng không đổi đƣợc cấp từ một nguồn điện một chiều riêng (kích từ độc lập) hoặc từ một nam cham vĩnh cửu . 1.2 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập và các tính chất . a. Sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng (Sơ đồ nguyên lí) . b. Phƣơng trình cân bằng áp của động cơ : U = E + I ƣ .R ƣ (1.1) Trong đó : d. E là sức điện động của động (sđđ) (V) e. I ƣ là dòng phần ứng (A) f. R ƣ là điện trở phần ứng (Ω) Với : E = P.N 2.π.a Ф.ω = K.Ф.ω (1.2) Trong đó : g. P là số đôi cực từ chính của động . h. N là số thanh dẫn . i. a là số mạch nhánh song song . j. Ф là từ thông kích từ dƣới một cực từ (Wb) . k. ω là tốc độ góc (rad/s) . Thay (1.2) vào (1.1) ta rút ra đƣợc đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : ω = U K.Ф - I ƣ .R ƣ K.Ф (1.3) Nếu U = U đm , Ф = Ф đm thì phƣơng trình (1.3) đƣợc gọi là phƣơng trình đặc tính Cơ - đện tự nhiên của động cơ , kí hiệu là ω tn . Với M = K.Ф.I ƣ  I ƣ = M K.Ф (1.4) Thay công thức (1.4) vào (1.3) ta đƣợc đặc tính cơ của động cơ . ω = U K.Ф - M.R u (K.Ф) 2 (1.5) Nếu U = U đm , Ф = Ф đm thì phƣơng trình (1.5) đƣợc gọi là phƣơng trình đặc tính cơ tự nhiên của động cơ , kí hiệu là ω tn . c. Một số điểm làm việc đặc biệt của động cơ :  Điểm có tốc độ không tải lí tƣởng : I ƣ = 0 ; M c = 0 ; ω 0 = U K.Ф (1.6) Nhận xét : l. Nhƣ vậy tốc độ không tải lí tƣởng chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt trên hai cực phần ứng của động cơ và từ thông kích từ. m. Nếu U = U đm ; Ф = Ф đm thì E = K.Ф đm .ω = U đm ,tức là với tốc độ không tải lí tƣởng sức điện động (sđđ ) E của động cơ có giá trị bằng điện áp cấp vào cho động cơ .  Độ giảm tốc tƣơng ứng với giá trị của I ƣ hay momen M . Δω = I ƣ . R ƣ K.Ф = M. R ƣ (K.Ф) 2 (1.7)  Điểm làm việc ngắn mạch . ω = 0 ; I n.m = I ƣ = U R ƣ (1.8) Trong một số trƣờng hợp không biết R ƣ ,ta có thể tính gần đúng giá trị R ƣ bằng công thức : R ƣ = 0.5(1 - H đm ). U đm I đm (1.9) Trong đó : n. H đm là hiệu suất của động cơ lúc tải định mức . Vậy ta thay (1.9) vào ( 1.8) với U cấp cho phần ứng động cơ là U đm , ta sẽ có : I n.m = U đm 0.5(1-H đm ). U đm I đm = 1 0.5(1-H đm ) .I ƣ Với H đm ~ (0.6 ÷ 0.87 )  I n.m ~ ( 5 ÷ 13 ).I đm  Sơ đồ đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập . CHƢƠNG 2 Phân tích và chọn giải pháp cấp nguồn cho động cơ 2.1 Phân tích đặc điểm truyền động của động cơ để lựa chọn phƣơng pháp cấp nguồn Để thuận tiện cho việc lựa chọn phƣơng pháp cấp nguồn ta đƣa ra các chỉ tiêu đánh giá nhƣ sau :  Phƣơng pháp cấp nguồn phải phù hợp với công suất của động cơ .  Cấp nguồn phải phù hợp với kiểu làm việc của động cơ nhƣ : - Điều kiện làm việc với tải . - Động cơ làm việc có hay phải đổi chiều quay hay không . - Điều kiện phạm vi thay đổi vận tốc và độ êm dịu khi điều chỉn tốc độ .  Phƣơng pháp cấp nguồn phải đảm bảo đƣợc lợi ích kinh tế trong thực hiện mạch thật . 2.2 Một số phƣơng pháp cấp nguồn cho động cơ :  Cấp nguồn cố định (không điều chỉnh đƣợc điện áp ra) : - Chỉnh lƣu không điều khiển . - Nguồn phát điện một chiều cố định nhƣ ac quy , pin ,máy phát điện một chiều.  Cấp nguồn thay đổi đƣợc điệ áp ra U d cho động cơ : - Chỉnh lƣu có điều khiển . - Băm xung áp một chiều và bộ chỉnh lƣu không điều khiển . - Khuếch đại thuật toán và bộ chỉnh lƣu không điều khiển . - … 2.3 Phân tích các phƣơng pháp cấp nguồn cố định cho động cơ : 2.3.A Chỉnh lƣu không điều khiển :  Chỉnh lƣu một pha : U d ~ 0.45.U 2 (Tải R) , U d ~ 2.U 2 2.π .(1 - cos(λ ’ ) ) (Tải R,L) ; I d = U d R (Tải R) , I d = U d Z (Tải R,L) ; I v = I d 2 ; U n.max = 2 .U 2  Ƣu điểm : - Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản - Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất bé.  Nhƣợc điểm - Điện áp,dòng điện ra nhấp nhô lớn. - Công suất chỉnh lƣu nhỏ.  Phạm vi sử dụng - Chỉnh lƣu dùng cho các thiết bị không đòi hỏi dòng một chiều bằng phẳng ,nhƣ mạch sạc pin,ac quy , - Dùng cho các thiết bị một chiều công suất bé.  Chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì không điều khiển: U d ~ 0.9U 2 ; I d = U d R (Tải R) , I d = U d Z (Tải R,L) ; I v = I d 2 ; U n.max = 2. 2.U 2  Ƣu điểm : - Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản - Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất bé,trung bình. - Điện áp,dòng điện tốt hơn chỉnh lƣu một pha.  Nhƣợc điểm - Điện áp,dòng điện ra nhấp còn nhấp nhô . - Công suất chỉnh lƣu nhỏ. - Điện áp ngƣợc phải chịu của một Diot lớn hơn ở chỉnh lƣu một pha.  Phạm vi sử dụng - Chỉnh lƣu dùng cho các thiết bị không đòi hỏi dòng một chiều bằng phẳng ,nhƣ mạch sạc pin,ac quy , - Dùng cho các thiết bị một chiều công suất bé,trung bình.  Chỉnh lƣu tia ba pha không diều khiển : U d ~ 1.17.U 2 ; I d = U d R (Tải R) , I d = U d Z (Tải R,L) ; U n.max ~ 2.45.U 2  Ƣu điểm : - Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản - Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất trung bình. - Điện áp, dòng điện ra tốt hơn chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì,T chu kì nhấp nhô nhỏ hơn T chu kì nhấp nhô của chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì,tức là công suất chỉnh lƣu tốt hơn. - Điện áp ngƣợc phải chịu của một Diot nhỏ hơn ở chỉnh lƣu hai nửa chu kì.  Nhƣợc điểm - Điện áp,dòng điện ra nhấp nhô . - Công suất chỉnh lƣu trung bình.  Phạm vi sử dụng - Sử dụng cho các thiết bị có công suất vừa nhƣ động cơ một chiều trong sinh hoạt,máy ép nƣớc mía  Chỉnh lƣu cầu ba pha không điều khiển : [...]... có một số hệ truyền động để điều chỉnh tốc độ của động cơ nhƣ :  Truyền động điện một chiều theo hệ máy phát - động cơ (F-D)  Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng điều chỉnh xung điện áp  Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng khuếch đại từ 3.1.3.Phân tích phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng chỉnh lƣu cầu ba pha có điều khiển  Điều chỉnh tốc độ động cơ : Sử... K.Ф K.Ф Thông thƣờng Uđm của động cơ luôn nhỏ hơn Ud Vậy nếu lúc khởi động mà ta đặt α = 0 thì dẫn đến Ikđ ( dòng khởi động ) sẽ rất lớn, còn nếu ta để α = 900 thì Ud = 0 cũng dẫn đến động cơ không khởi động đƣợc Vì vậy vấn đề đặt ra là ta phải tính các αmax và αmin để động cơ của ta khởi động và làm việc đƣợc an toàn  Chọn αmax  (0 ; ) sao cho thỏa mãn điều kiện khởi động an toàn 2 2,34.U2.Cos(αmax)... áp - Dựa vào chỉ tiêu cấp nguồn phải phù hợp với đặc điểm làm việc của động cơ : Theo đề bài của đề tài, động cơ của em làm việc với tải có momen cản là momen cản tác dụng Yêu cầu phải thƣờng xuyên đảo chiều trong quá trình sử dụng động cơ Vì vậy em không chọn giải pháp đảo chiều bằng công tắc tơ vì dễ gây hỏng tiếp điểm Mặt khác động cơ điều chỉnh đƣợc tốc độ trong phạm vi rộng , điều chỉnh êm dịu... ; ) sao cho động cơ không bị quá tải trong lúc làm việc 2 Ud = 2,34U2.Cos(αmin) = Uđm  αmin = ArcCos( Uđm ) (3.15) 2,34.U2 Vậy kết luận là điều chỉnh góc mở Thyristor trong chỉnh lƣu cầu 3 pha có điều khiển là góc α phải thỏa mãn : αmax  α  αmin thì động cơ khởi động và làm việc đƣợc tốt Lúc khởi động ta đặt góc α = αmax rồi trong thời gian khởi động ta cho góc α chạy từ αmax  αmin động cơ sẽ tăng... tốc và khởi động an toàn Sau khi khởi động xong với vận tốc đặt ban đầu hay góc αđặt đặt ban đầu ,hệ thống sẽ tự động chỉnh định tăng từ góc αmin  αđặt  Đảo chiều quay động cơ : - Động cơ cần điều khiển tốc độ có momen cản là loại momen cản tác dụng ( hay gọi là momen thế ) nhƣ là momen cản trong hệ thống thang máy , cầu trục … Tần số thay đổi chiều quay của động cơ tƣơng đối lớn Do động cơ có công... 2.4 Nhận xét và đƣa ra phƣơng pháp cấp nguồn cho động cơ : - Theo yêu câu đề tài ta phải điều khiển đƣợc động cơ một chiều kích từ độc lập,cụ thể trƣờng hợp của em là động cơ có công suất tƣơng đối lớn là 44kW , Uđm = 500V, Iđm = 88A Lƣới điện cung cấp là lƣới điện công nghiệp 3 pha 220/380V - Dựa vào chỉ tiêu cấp nguồn phải phù hợp với công suất của động cơ ta có các phƣơng pháp cấp nguồn sau :  Chỉnh... hằng số ,ta thay đổi từ thông Ф động cơ sẽ làm việc tại điểm E,F,G Giả sử A là điểm làm việc định mức ,khi Ф thay đổi thì động cơ làm việc ở các điểm E,F,G Xét khi động cơ làm việc tại điểm F,G thì động cơ ở tình trạng nhƣ thế nào - Xét tại điểm B : MF = K.ФF.IB = MC = Mđm = K.Фđm.Iđm Ta có : ФF < Фđm  IB > Iđm ; Chứng minh tƣơng tự ta có IC càng lớn KẾT LUẬN : - Tại B,C động cơ bị quá tải Do đó trƣờng... nhô  Phạm vi sử dụng - Sử dụng cho các thiết bị có công suất vừa nhƣ động cơ một chiều trong sinh hoạt,máy ép nƣớc mía …và sử dụng cho các máy yêu cầu nguồn một chiều công suất lớn trong công nghiệp nhƣ động cơ máy cán thép ,động cơ băng tải  Cấp nguồn từ các nguồn điện một chiều nhƣ pin ,ac quy ,máy phát một chiều :  Ƣu điểm : - Sử dụng đơn giản,kinh tế - Cơ động trong việc di chuyển ,đáp ứng đƣợc... có MC = const ,đề bài ra cho tải là loại momen cản tác dụng tức là MC = const nên không áp dụng cách điều chỉnh này cho động cơ của em, mà chỉ dùng đƣợc cho động cơ có MC biến đổi theo quy luật Hipepol 3.1.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng : - Với sơ đồ trên Đ là động cơ điện một chiều kích từ độc lập, B là bộ biến đổi , chúng đƣợc hiểu nhƣ là thiết bị nguồn... cơ, cơ- cơ điện tự nhiên , biểu diễn nhƣ (hình 3.1)  Nguyên lí điều chỉnh tốc độ : -Sau khi động cơ khởi động theo đƣờng 1-2-3-4-5-6-7 (hình 3.2), động cơ tăng tốc về làm việc ổn định tại đểm A ,Ta thao tác để đƣa thêm cấp điện trở Rp1 vào mạch phần ứng , do có quán tính tốc độ động cơ chƣa kịp thay đổi nên động cơ làm việc tại dω điểm B , tại thời điểm này có |B = MB-MC < 0  Hệ giảm tốc độ xuống . ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Họ và tên sinh viên : Bùi Hữu Nguyên Lớp : Tự Động Hóa - Khóa 53 Số thứ tự trong danh sách : 41 TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế hệ thống điều khiển truyền. khiển của hệ thống truyền động đã thiết kế . CHƢƠNG 1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.1 Khái niệm : c. Động cơ một chiều kích. tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ trên. 2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển theo hệ kín. 3. Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống truyền động điện như : aptomat, công tắc