Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T- D GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNP PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Tổng quan động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều 1.1.1.1 Phần tĩnh 1.1.1.2 Phần quay 1.1.2 Các thông số đinh mức 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 1.2 Phương trình đặc tính đặc tính điện động điện chiều 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi từ thông kích từ động 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng 1.4.Các đặc tímh hãm 1.4.1 Hãm tái sinh 1.4.2 Hãm ngược 1.4.3 Hãm động 1.5 Các đặc tính đảo chiều quay 1.6 Các tiêu chất lượng 1.6.1 Phạm vi điều chỉnh D 1.6.2 Độ trơn điều chỉnh φ 1.6.3 Sai số tốc độ 1.6.4 Mức độ phù hợp đặc tính tải cho phép đặc tính 1.6.5 Hướng điều chỉnh 1.6.6 Miền tải điều chỉnh có hiệu 1.6.7 Khả tự động hoá 1.6.8 Chỉ tiêu kinh tế Chương : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR 2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor động thyristor 2.1.1 Giới thiệu thyristor 2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor 2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 2.2 Tổng quan chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều 2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu 2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D 2.2.3 Nghịch lưu phụ thuộc 2.2.4 Hệ T – Đ không đảo chiều 2.3 Tổng quan chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều 2.3.1 Nguyên tắc để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều 2.3.2 Phương pháp điều khiển chung 2.3.3 Phương điều khiển riêng Chương : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Tính chọn mạch động lực 3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor 3.1.2 Các thông số động 3.1.3 Tính chọn thyristor 3.1.4 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu 3.2 Giới thiệu mạch điều khiển 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2.2 Nguyên tắc điều khiển 3.2.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 3.2.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 3.2.3 Các khâu mạch điều khiển 3.2.3.1 Khâu đồng pha 3.2.3.2 Khâu so sánh 3.2.3.3 Khâu khếch đại 3.2.3.4 Khâu tạo xung chùm 3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý hoạt động 3.3 Tính toán thông số mạch điều khiển 3.3.1 Tính biến áp xung 3.3.2 Tính tầng khếch đại cuối 3.3.3 Chọn cổng AND 3.3.4 Chọn tụ C3 R9 3.3.5 Tính chọn tạo xung chùm 3.3.6 Tính chọn khâu so sánh 3.3.7 Tính chọn khâu đồng pha 3.3.8 Tính chọn nguồn nuôi 3.3.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi đồng pha 3.3.10 Tính chọn điôt cho chỉnh lưu nguồn nuôi 3.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực 3.4.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 3.4.2 Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn 3.4.3 Bảo vệ dòng cho van 3.4.4 Bảo vệ áp cho van 3.5 Thiết kế cuộn kháng lọc 3.5.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 3.5.2 Xác định thành phần sóng hài 3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 3.5.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Chương : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG CƠ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB – SIMULINK 4.1 Các khối có sẵn Simulink GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D 4.1.1 Máy điện chiều 4.1.2.Khối tạo xung điều khiển thyristor 4.2 Kết mô LỜI NÓI ĐẦU Trong công đổi công nghiệp hoá đại hoá đất nước nay, vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào quy trình sản suất vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với phát số nghành điện tử, công nghệ thông tin, nghành kỹ thuật điều khiển tự động hoá phát triển vược bậc Tự động hoá quy trình sản suất phổ biến, thay sức lao động người, đem lại suất cao chất lượng sản phẩm tốt Hiện nay, hệ thống dây chuyền tự động nhà máy, xí nghiệp sử dụng rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng dây chuyền sản suất điều khiển điều chỉnh tốc độ động hay đảo chiều quay động để nâng cao suất Với hệ truyền động điện chiều ứng dụng nhiều yêu cầu điều chỉnh cao, với phát triển không ngừng kỹ thuật điện tử kỹ thuật vi điện tử Hệ truyền động chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động từ thông trở thành giải pháp tốt cho hệ thống có yêu cầu chất lượng cao Ở nước ta số dây chuyền nhập ngoại, với số lý khách quan số thiết bị có vấn đề cố phải nhờ đến chuyên gia nước Về việc thay điều khiển bước để hội nhập với phát triển chung khoa học kỹ thuật Trong trình nghiên cứu tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy cô bảo để em hiểu thêm, có kiến thức định để phục vụ cho chuyên nghành sau Em xin chân thành cảm ơn tận tình giúp đỡ thầy Khương Công Minh thầy cô tự động hoá đo lường hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Đà nẵng, ngày …… tháng …… năm 2008 Sinh GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD viên thực Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Nguyễn Minh Ánh CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNH CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong thời đại ngày nay, hầu hết dây chuyền sản xuất công nghiệp tự động hoá cách áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Tuy động điện chiều coi loại máy quan trọng nghành công nghiệp, giao thông vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục phạm vi rộng cán thép, hầm mỏ….Vì động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt 1.1.1 Cấu tạo: Động điện chiều gồm có hai phần: 10 Hình 1-1: Mặt cắt dọc động điện Cấu tạo: 1- võ máy (gông từ) 2- cực từ 3- dây quấn cực từ 4- cực từ phụ 5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 7- lõi sắt phần ứng 8- rãnh phần ứng 9- phần ứng 10- má cực từ 1.1.1.1 Phần tĩnh (stator): phần đứng yên máy, bao gồm phận sau : - Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cự từ và dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm nhữnh thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp vói -Cực từ phụ: cực từ phụ đặt tự từ dùng để cải thiện đổi GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D chiều.Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ dược gắn vào võ nhờ bulông -Gông từ: gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm võ máy Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy -Các phận khác: gồm có phận + Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa, nắp máy có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp thường làm gang + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại 1.1.1.2 Phần quay (roto): Đây phần quay (động) động gồm có phận sau - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai lớp mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào + Trong máy cỡ trung bình trở lên,người ta dập lỗ thông gió để ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo lỗ thông gió dọc trục + Trong máy lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ Giũa đoạn có đẻ khe hở gọi khe thông gió ngang trục, máy làm việc, gió thổi qua khe làm nguội dây quấn lõi sắt + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn cách điện cẩn thận vói rãnh lõi thép Để tránh bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt dây quấn Nêm làm tre,gỗ hay bakelit - Cổ góp: Cổ góp gọi vành góp hay vành đổi chiều,dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Kết cấu cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại Giũa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đuôi vành góp có cao lên tí để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dể dàng - Các phận khác : Gồm có cánh quạt trục máy + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió.Cánh quạt lắp trục máy,khi máy quay cánh quạt hút gió từ vào máy Gió qua vành góp, cực từ, lõi sắt dây quấn qua quạt gió làm nguội máy + Trục máy: Là phần đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D máy thường làm thép cacbon tốt 1.1.2 Các thông số định mức Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà xưỡng chế tạo qui định Chế độ đặt trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi đai lượng sau : Công suất định mức Pdm (kw hay w); Điện áp dịnh mức Udm (V) ; Dòng điện định mức Idm (A) ; Tốc độ định mức ndm (vg/ph) ; Ngoài ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ số liệu dòng điện sử dụng… Cần ý công suất định mức động công suất đưa đầu trục động 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều; - Động điện chiều máy điện biến đổi lượng điện dòng chiều thành Trong trình biến đổi đó, phần lượng dòng xoay chiều bị tiêu tán tổn thất mạch phần ứng mạch kích từ, phần lại lượng biến thành trục động - Khi có dòng điện chiều chạy vào dây quấn kích thích dây quấn phần ứng sinh từ trường phần tĩnh Từ trường có tác dụng tương hổ lên dòng điện dây quấn phần ứng tạo mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều chỉnh lưu thành dòng chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều làm cho lực từ tác dụng lên dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều làm động quay theo hướng - Công suất ứng vói mômen điện từ đưa động gọi công suất điện từ : Pdt = M ω = Eư.Iư ; (1-1) Trong : M : mômen điện từ ; Iư : Dòng điện phần ứng ; Eư : Suất điện động phần ứng ; ω : Tốc độ góc phần ứng ; 2.π n ω = ; 60 1.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ ĐIỆN CỦA ĐMĐL; - Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi mạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song – + Uư Ikt Ckt Rktf GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD E Rf Iư ← Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Hình 1-2: Sơ đồ nối dây động kích từ song song ; - Khi nguồn điện có công suất không đủ lớn mạch phần ứng kích từ mắt vào hai nguồn chiều độc lập nhau, lúc động gọi kích từ độc lập _ + Uư Iư Ikt + E Rf ← Ckt Rkt Ukt _ Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Do thực tế đặc tính động điện kích thích độc lập kích thích song song giống nhau, nên ta sét chung đặc tính đặc tính điện động điện kích từ độc lập -Theo sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập hình (2-2) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng chế độ xác lập sau : Uư = E + (Rư + Rf).Iư ; (1-2) Trong : Uư :Điện áp phần ứng ( V ) ; E : Suất điện động phần ứng ( V ) ; Rf : Điện trở phụ mạch phần ứng ( Ω ) ; Rư :Điện trở phần ứng (Ω ) ; Với Rư = rư + rcf + rcb + rtx ; Trong : rư : Điện trở dây phần ứng (Ω) ; rcf : Điện trở cực từ phụ (Ω) ; rcb : Điện trở cuộn bù (Ω) ; rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω) ; Sức điện động E phần ứng động xác định theo biểu thức : P.N E = Φ ω = KΦ ω (1-3) Trong : P : Số đôi điện cực ; 2.π a GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D N : Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng, a : Số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng, ω : Tốc độ góc ( rad/s) ; Φ : Từ thông kích từ cực từ ( Wb ) ; Đặt K = : Hệ số kết cấu P.N động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ 2.π a quay n (vòng/phút) E = Kc.Φ.n 2.πn n ω= = ; K N 0,105K.Φ.n ; Vì : Eư = Φ.n = Kc.Φ.n = Φ.n = 9P60 ,.55 Trong : Kc : Hệ số sức điện động 60 9,55 a động Từ phương trình ta có : Uu ω = Iư Ru + R f , K φ , − K φ (1-4) Đây phương trình đặc tính điện động điện chiều.kích từ độc lập Mặt khác ta có mômen điện từ động chế độ xác lập xác định theo biểu thức : Mdt = K.Φ.Iư ; (1-5) Suy Iư = , thay Iư vào (1-4) ta M dt có U u KR.φu + R f ω = Mdt; − K φ ( K φ ) (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất ma sát ổ trục ta coi mômen trục động mômen điện từ ký hiệu M : Mdt = Mco = M; , Suy : ω = M; U u, , − Ru , + R f (1-7) K φ ( K φ ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập - Có thể biểu diễn phương trình đặc dạng khác ω = ω0 - ∆ω; (1-8) U Trong : ω0 = ; Gọi tốc độ không tải u lý tưởng RR +.φR f ∆ω = M = M :Gọi độ u ∑ uK sụt tốc (( K K φ φ )) Giả thiết phần ứng bù đủ từ thông động Φ = const, phương trình đặc tính điện (1-4) phương trình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn đồ thị đường thẳng Nếu xét đến tất tổn thất thì: M co = Mdt ± ∆M; , , , ω ω0 GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH ωdm MINH ÁNH - Lớp 03 DTD SVTH: NGUYỄN Trang Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D ω ω0 ωdm Idm Inm Iư Hình 1- 4: Đặc tính điện động chiều kích từ độc lập Theo đồ thị Iư = M U u = ta có : ω = ω0 = , lúc động đạt tốc độ không tải lý tưởng K φ Còn ω = ta có: Uu Iư = = Inm ; (1-9) Ru + R f Và M = K.Φ.Inm =Mnm ; (1-10) Với Inm, Mnm : Gọi dòmg điện ngắn mạch mômen ngắn mạch , , , ω ω0 ωdm Mdm Mnm M Hình 1- : Đặc tình động điện chiều kích từ độc lập 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA ĐMĐL ; Từ phương trình đặc tính (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 10 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D anôt catôt thyristor Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo mạch vòng phóng điện tích trình chuyển mạch nên thyristor không bị điện áp Theo kinh nghiệm R1 = ( ÷ 30 ) Ω ; C1 = ( 0,25 ÷ ) µF ; Ta chọn : R1 = 5,1 Ω ; C1 = 0,25 µF ; Hình 3-19 : Mạch R – C bảo vệ điện áp van chuyển mạch - Để bảo vệ cho xung điện áp lưới từ điện áp lưới, ta mắc song song với tải đầu vào mạch R – C nhằm lọc xung Khi xuất xung điện áp đường dây, nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn tàon điện trở đường dây Trị số R, C phụ thuộc nhiều vào tải Theo kinh nghiệm R2 = ( ÷ 30 ) Ω ; C2 = µF ; Ta chọn : R1 = 12,5 Ω ; C1 = µF ; U d dm U −41 R ∑ nI,.u65 1 1 [ 2,34.U 1cos π ) ]   ) dm ] α + (−D1dmax −.min I.uu u0.dm (RRu+u + ( ) 2,34 2,.34 108 U cos α[U 20 166 I1.dm ,R075 R+0BA ,R026 + ++ R XdtBA 0,08 BA dm dm 2cos mind +     u u D U d 2,234 K−,U 107 U ,4R n34 20 20 π U.I  dU 22   D   u dm u ∑ , , , ,, , R2 R2 C2 R2 , ,, , C2 C2 Hình 3- 20 : Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới 3.5 Thiết kế cuộn kháng lọc : 3.5.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại : Khi góc mở nhỏ α = αmin điện áp tải lớn : Ud max = Ud0.Cosαmin = Ud.dm lúc tương ứng với tốc độ động lớn nmax = ndm Khi góc mở lớn α = αmax , điện áp tải nhỏ : Ud.min = Ud0.Cosαmax lúc tương ứng với tốc độ động nhỏ n = n nin Ta có : αmax = arcos() = arcos() = arcos() (3-3) Trong Ud.min xác định sau : GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 62 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D D = = Ud.min = Ud.min = Ud.min = Thay số vào ta có : Ud.min = Vậy : Ud.min = 41,65 V Thay Ud.min vào công thức ( 3-3 ) ta có : αmax = arcos() = arcos() = 80,460 Vậy : αmax = 80,460 αmim = 00 ∞ ∞ ττ 2I,di π2 2πττπ3U 80 220 16 π 2m1m 57 ,1+ π −m660 cos Ua1d0.6∞cos U U di a0(6a.− 1108 2a86 πdm 2π ( −2) 323 66 23.34 3+0U 2+ )u6da,00647 307 S6,02 ,+θ25 662ϕ 2π 0α max 16 bcos( 26 2) k = n1 = n(= 1cos ++θ ,)α 576kcos ( dt a + ( a = cos U cos sin( + k ( 6+.k6sin( k3))3bθ (6sin θ)U θ.1)k80 U U U cos k U θ d θ cos = sin α = + sin cos U cos U α U α = cos α (+−sin 6θU kα−k).62+tg ϕ ϕ sin ))θ2cos sin sin θ dαα θ 3.5.2 Xác định ∑ ∑ ∑ − n n n m ntg max 2 22 ∫ ∑ 22k n2 α ∫ dd 22 2+ 1α 2 ∫ p2ρπ.π 1.22 τ.pπ 50 1500 dt 6 , 166 166 2) πK−(=26((1(K166)=k)1k)2−)6Kπ6−21.=.2π f π n f , f L L I τ −11− , τ ππ00 6 50 π π (π62kL ( k ) −1 u dm 00 n dm dm thành phần sóng hài : Để thuận tiện cho việc khai triển chuổi Fourier, ta chuyển gốc toạ độ sang θ1, điện áp tức thời tải thyristor T1 T4 dẫn : Ud = Uab = U2 cos( θ - + α ) ; Với θ = Ω.t ; Điện áp tức thời tải Ud không sin tuần hoàn với chu kỳ : τ= ; Trong p = số xung đập mạch chu kỳ điện áp lưới Khi khai triển chuổi Fourier điện áp Ud : Ud = ; Hay : Ud = = = Trong : *an = ; an = ; *bn = ; bn = ; Ta có : ; Vậy ta có biên độ điện áp : Uk.n = ; Uk,n = ; Uk.n = ; Ud ≈ ; 3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc : Từ phân tích ta thấy rằng, góc mở tăng biên độ thành phần sóng hài bật cao lớn, có nghĩa đập mạch điện áp, dòng điện tăng lên.Sự đập mạch làm xấu chế độ chuyển mạch vành góp, đồng thời gây tổn hao phụ dạng nhiệt động Để hạn chế đập mạch này, ta phải mắc nối tiếp với động cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iưdm Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bật cao, cuộn kháng lọc có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn Điện kháng lọc tính góc mở α = αmax GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 63 SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Ta có : Ud + u~ = E + Rư∑.Id + Rư∑.I~ + L Cân hai vế : u~ = R.i~ + L R.i~ : Hoạt động chế độ động Te TL < : Hoạt động chế độ máy phát Hằng số mômen số điện áp : KT = KE ; Mạch phần ứng nối hai cực A+ A- khối DC Machine Mạch phần ứng trình bày với nhánh nối tiếp Ra La mắc nối tiếp với khối Controlled Voltage Soure khối Current Measurement GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 66 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Hình 4-2 : Sơ đồ cấu trúc động điện chiều kích từ độc lập dω Mạch kích từ mô tả dt mạch Rf kết nối hai cực F+ F- khối DC Machine Phần tính tốc độ máy điện chiều từ mômen thực tác động lên rôto Tốc độ dùng để tạo sức điện động mạch phần ứng Phần mô tả khối Simulink thực công thức sau J = Te – TL – Bm.ω – Tf ; Trong : J : quán tính Bm : hệ số ma sát Tf : mômen ma sát culông Hộp thoại thông số ( Dialog Box and Parameter ) hình 4-3 : Mẩu có sẳn ( Preset Model ) : Cung cấp thông số điện tính sơ giá trị công suất định mức máy điện chiều ( HP ), điện áp chiều ( V ), tốc độ định mức ( rad/s ), điện áp kích từ ( V ) Lựa chọn mẫu để tải thường có thông số điện tương xứng hộp thoại đăng nhập Lựa chọn “ NO ” không dùng mẫu có sẳn Lựa chọn “ Show Detail Parameter ” để xem sửa thông số chi tiết kết hợp với mẩu có sẳn Nhập thông số ( Machanical Input ) : Cho phép chọn mômen tác động lên trục tốc độ rôto dấu hiệu Simulink dùng cho mục nhập khối GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 67 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Hình 4-3 : Hộp thoại thông số động chiều kích từ độc lập Lựa chọn “ Torque Input ” để rỏ mục vào mômen với đơn vị N.m chuyển ký hiệu mục nhập khối thành Tm Tốc độ máy tính toán quán tính J khác biệt mômen tác dụng Tm mômen điện từ Te qui ước mômen sau : - Khi tốc độ dương mômen dương chế độ động - Khi tốc độ âm mômen âm chế độ máy phát Lựa chọn tốc độ “ Speed W ” rõ đăng nhập tốc độ rad/s pu chuyển nhãn mục đăng nhâp khối W Tốc độ máy phải bắt buộc mẫu phần ( quán tính J ) bỏ qua Việc dùng tốc độ đăng nhập phần cho phép làm mẩu kết nối phần hai máy giao tiếp với SimMachanics SimDriveline Hình minh hoạ cách tạo mẫu kết nối bênh trục cứng động - máy phát Đầu máy ( động ) kết nối tới đầu vào tốc độ máy ( máy phát ) đầu mômen điện từ máy Te áp dụng vào đầu vào mômen Tm máy Hệ số Kw bao gồm đơn vị tốc độ hai máy ( pu N.m ) tỉ số hộp số Hệ số KT bao gồm đơn vị hai máy ( pu N.m ) giá trị định mức Cũng quán tính J2, J2 xem xét tới máy phải thêm vào máy quán tính J1 Xem thông số rõ ( Show Detailed Parameter ) : Nếu lựa chọn mặt nạ hiển thị thông số chi tiết khối DC Machine Các thông số chi tiết điều chỉnh lại để trục trặc với mẫu có sẳn GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 68 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D lựa chọn danh sách “ Preste Model ” - Điện trở Ra tự cảm La mạch phần ứng ( Armature Resistance and Inductance ) Điện trở Ra với đơn vị Ohms ( Ω ), tự cảm La với đơn vị Henries ( H ) - Điện trở Rf tự cảm Lf mạch phần cảm ( Armature Resistance and Inductance ) Điện trở Rf với đơn vị Ohms ( Ω ), tự cảm Lf với đơn vị Henries ( H ) - Hổ cảm Laf ( Field Armature and Inductance ) Hổ cảm với đơn vị Henris ( H ) - Quán tính tổng ( Total Inertia ) Quán tính tổng máy điện chiều có đơn vị Kg.m2 - Hệ số ma sát ( Viscous Friction Coeffcent Bm ) Hệ số ma sát tổng máy điện chiều có đơn vị N.m.s - Thời gian mẫu ( Sample Time ) Chỉ rõ thời gian mẫu cho khối Discrete DC Machine Thông số sẳn khối DC Machine Đầu vào đầu ( Input and Output ) Đầu Simulink khối vector chứa bốn thành phần Ta đơn giản chúng cách sử dụng khối Bus Selector cung cấp thư viện Simulink Tín hiệu Định nghĩa Đơn vị Tốc độ Wm Rad/s Dòng phần ứng ia A Dòng kích từ if A Mômen điện từ Te N.m 4.1.2 Khối tạo xung điều khiển thyristor MÁY PHÁT SÁU XUNG ĐỒNG BỘ Thực hành với máy phát xung đồng kích Thyristor chỉnh lưu sáu xung Khối phát xung điều khiển để điều khiển thyristor lấy thư viện Simulink : Extras Library / Control Blocks GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 69 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Dạng rời rạc khối có sẳn thư viện Extras Library / Discrete Control Blocks Hình 4-4 : Các khối khâu phát xung điêu khiển thyristor Khối Synchronized – Pulse Generator đươc dùng kích cho thyristor chỉnh lưu xung Đầu vector xung đồng cách riêng biệt điện áp thyristor Các xung tạo góc độ sau qua điểm điện áp ngược Hình minh hoạ đồng hoá xung góc α = 00 Những xung tạo xác điểm ba điện áp đồng pha GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 70 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Hình 4-5 : Sơ đồ phát xung điều khiển thyristor Khối Synchronized – Pulse Generator cấu hình để làm việc kiểu xung đôi Trong kiểu này, hai xung gởi tới mổi thyristor : - Xung thứ tiến tới góc xung thứ hai tiến tới + π/3 thyristor thứ hai kích Xung yêu cầu đầu vào khối phù hợp với yêu cầu tụ nhiên điện áp ngược cầu thyristor ba pha Khi kết nối khối Synchronized – Pulse Generator tới đầu vào xung khối Universal Bridge ( với thyristor thiết bị điện tử công suất ) xung gởi đến thyristor theo trật tự sau : Khi tạo cầu thyristor ba pha riêng khối thyristor đơn cần kết nối tín hiệu xung khối Synchronized – pulse Generator tới đầu vào cổng thyristor tưong ứng Hộp thoại thông số khối phát xung điều khiển thyristor Hình 4-6 : Hộp thoại thông số khối phát xung điều khiển - Tần số điện áp đồng Tần số điện áp đồng có đơn vị Hez, ký hiệu : Hz, thường tương ứng với tần số hệ thống - Độ rộng xung Độ rộng xung có đơn vị µs - Tạo xung đôi Nếu chọn máy phát xung gởi đến mổi thyristor xung thứ đạt đến góc xung thứ hai gởi đến sau góc π/3 thyristor theo thứ tự kích - Đầu vào đầu + Alpha_deg Đầu vào tín hiệu alpha có đơn vị độ Đầu vào kết nối tới khối số kết nối tới hệ thống điều khiển để điều khiển xung máy phát xung GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 71 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D + AB, BC, CA Đầu vào 2, điện áp dây đồng Vab, Vbc Vca Những điện áp đồng nên điện áp pha điện áp dây đầu cực chỉnh lưu Điện áp đồng thường xuất phát từ cuộn sơ cấp máy biến chỉnh lưu Nếu chỉnh lưu kết nối đến cuộn tam giác máy biến thế, điện áp đồng nên điện áp pha – đất cuộn sơ cấp + Freq Sẳn có kiểu rời rạc Synchronized – Pulse Generator Đầu vào nên kết nối với khối số chứa tần số có đơn vị Hz kết nối tới PLL tự điều chỉnh tần số hệ thống + Block Đầu vào để ngăn chặn vận hành máy phát Các xung bị vô hiệu tín hiệu ứng dụng vượt + Pulse Đầu chứa đựng tín hiệu xung 4.2 MÔ PHỎNG HỆ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA 4.2.1 Mô hệ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều 4.2.1.1 Sơ đồ mô GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 72 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Hình 4-7 : Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha tải R 4.2.1.2 Kết mô Với góc α = 00, ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu Đồ thị phát xung GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 73 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Với α = 300, ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu • Với α = 600, ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 74 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Với α = 900, ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu Nhận xét : - Khi α = 00 thyristor dẫn góc chuyển mạch tự nhiên, điện áp ngõ có dạng nhấp nhô - Khi α lớn độ nhấp nhô nhiều - Thời điểm phát xung đưa đến thyristor diễn cách đảm bảo việc dẫn thyristor theo quy luật cho trước GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 75 Đồ án tốt nghiệp THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D KẾT LUẬN Sau tháng nghiên cứu thực đề tài với bảo tận tình thầy cô giáo môn tự động hoá đo lường đặc biệt thầy Khương Công Minh với nổ lực thân đến em hoàn thành đầy đủ công việc mà đề tài tốt nghiệp yêu cầu Trong trình làm đề tài em tích luỹ số kiến thức để nâng cao cho trình độ cách chắn Tuy nhiên với thời gian có hạn nên đề tài nghiên cứu có nhiều chổ hạn chế định Trong thời gian này, cố gắng nổ lực song không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý xây dựng thầy cô để đồ án em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn thầy cô giáo giúp đở em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH SVTH: NGUYỄN MINH ÁNH - Lớp 03 DTD Trang 76