ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Đồ án môn học: Tổng hợp hệ điện cơ Mở đầu Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 1.2. Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều 1.3. Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều Chương 2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp 2.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu 2.2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module đối xứng Chương 3. Mô phỏng đáp ứng trên Simulink 3.1. Chương trình mô phỏng 3.2. kết quả mô phỏng Kết luận Tài liệu tham khảo Hải Phòng, ngày 25 tháng 3 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thưc hiện Nguyễn Trí Tuệ 1 MỤC LỤC Mở đầu Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 4 1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 4 1.2. Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều 8 1.3. Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều 10 Chương 2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương Pháp 14 2.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu 15 2.2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module đối xứng 16 Chương 3. Mô phỏng đáp ứng trên Simulink 17 3.1. Chương trình mô phỏng 17 3.2. kết quả mô phỏng 20 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo 23 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển nhất là trong lĩnh vực điện – điện tử - tin học. Ngày càng có nhiều phát minh khoa học ứng dụng vào thực tế để thay thế sức lao động cho con người . Dộng cơ điện một chiều là một trong rất nhiều phát minh đó.ngày nay, động cơ điện một chiều đã rất quen thuộc với chúng ta.Em xin trình bày Đề tài bài tập lớn”Tổng hợp mạch vòng dòng phần ứng hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập theo phương pháp module tối ưu và phương pháp modul đối xứng. Đánh giá quá trình quá độ và đặc tính động học của hệ kín”. Khi làm bài thiết kế môn học này có điều gì sai sót mong thầy giáo chỉ dạy cho em để em được sửa chữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo – Ks Phạm Tâm Thành và các bạn trong lớp đã giúp em hoàn thành bài tập lớn này. 3 Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 1.1. Tổng quan về động cơ điện một chiều 1.1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiện đại .Rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều vói các công suất khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó.Động cơ điện một chiều dung để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng(khi hãm). Động cơ điện một chiều có những loại: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ song song Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích 1.1.2 Nguyên lý và cấu tạo của động cơ điện một chiều Khi đặt vào từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dây dẫn và làm dây dẫn chuyển động.Chiều tác dụng của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Cấu tạo:gồm 2 phần chính:phần tĩnh (stator) và phần động (Rôtor) Phần tĩnh gồm có : - Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt là cuộn dây.Một cặp cực từ gồm 2 cực nam bắc đặt đối xứng nhau qua trục động cơ. - Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính để cả thịên tình trạng đổi chiều. 4 - Gông từ là phần nối tiếp các cực từ. Đồng thời làm vỏ máy. - Nắp máy dung để bảo vệ các chi tiết máy không cho các vật bên ngoài rơi vào. - Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ bên ngoài vào nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu là máy phát Phần động gồm có: - Lói sắt phần ứng dung để dẫn từ - Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. - cổ góp dung để đổi chiều dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều. - trục máy làm băng lõi thép để đặt phần ứng và cổ góp 1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn như trên hình 1.2. Từ thông động cơ được giữ không đổi. Điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến đổi. Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U<U đm ) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ. H ình 1.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm sau: 5 Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ. Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh. Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh. Do vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh. Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1. Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với . Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay đổi trơn điện áp ra. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Họ đặc tính giảm từ thông như hình 3.5. 6 H ình 1.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có các đặc điểm sau: Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn. Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông. Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ~ 3:1. Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía tăng. - Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình 3.6. Khi tăng điện trở phần ứng, đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng. Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình 3.6. Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng: - Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn. - Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thê điện trở). - Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở càng lớn. 7 H ình 1.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng 1.2. Xây dựng mơ hình động cơ điện một chiều 1.2.1 Phương trình cân bằng điện áp: E dt di LIRU ++= . U :Điện áp phần ứng E :Suất điện động phần ứng R :Điện trở mạch phần ứng L :Điện cảm phần ứng I :Dòng điện mạch phần ứng Chuyển sang toán tử Laplace ta được: ⇒ EILpIRU ++= ⇒ U pT R EUI + −= 1 /1 ).( )1( R L T u = :Hằng số thời gian điện từ mạch phần ứng φωφω a pN KE 2 == )2( p :Số đôi cực từ chính N :Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng φ :Từ thông kích từ dưới một cực từ 8 ω :Tốc độ góc K = a pN .2 π :Hệ số cấu tạo của động cơ 1.2.2 Phương trinh mômen điện từ của động cơ: φω KM = )3( M :Mômen điện từ của động cơ 1.2.3 Phương trình cơ học của động cơ: dt d JMM C ω += C M :Mômen cản của động cơ J : Mômen quán tính của động cơ Chuyển sang Laplace ta được: ⇒ ω JpMM C += ⇒ ω = Jp MM c − )4( ω = dt d θ Chuyển sang toán tử Laplace ta được: ⇒ ω = p. θ )5( Từ các phương trình )5();4();3();2();1( ta có sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều: 9 Hình 1.4 :Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều. 1.3 Cấu trúc hệ truyền động động cơ một chiều Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điêu chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần một bộ biến đổi.Các bộ biến đổi náy cấp cho mạch plhần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ.Cho đến nay trong cơng nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đỏi chính: - Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều máy diện khuếch đại (MDKD) - Bộ biến đổi điện từ : khuếch đại từ(K DT) - Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu thyristor (CLT) - Bộ biến đổi xung áp một chiều : thyristor và tranzitor (BBDXA) 1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ) Hệ thống máy phát - động cơ (F-Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp khơng đồng bộ 3 pha quay và coi tốc độ quay của máy phát là khơng đổi. 10 [...]... số thời gian điện từ của mạch phần ứng Ru Sơ đồ tơng ứng: Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng : Soi(p) = U i ( p) K cl K i / Ru = U dk ( p) (1 + pTdk )(1 + Ti p )(1 + pTV )(1 + pTu ) ứng với điều kiện Tsi = Ti + TV +Tđk Ki = U id 10 = = 0.14 I dm 73.5 => Ri = 0.15.0.09 1 1 (1 + ) = 0, 48(1 + ) 2.22.0.14.0, 0046 0, 09 p 0, 09 p 17 Mụ phng trờn matlab Hàm truyền của bộ điều chỉnh phng phỏp modul toi... hon thnh mụn hc theo yờu cu v thi gian quy nh Trong ỏn em ó thc hin c nhng cụng vic sau : Tng quan v ng c in mt chiu Tng hp mch vũng iu chnh dũng theo cỏc phng phỏp Mụ phng ỏp ng trờn Simulink 21 Mc dự ó rt c gng, nhng do kin thc v thi gian cú hn nờn cú nhng phn em cha lm c Em cng khụng trỏnh khi nhng iu thiu sút, nhm ln khỏc, em rt mong c s ch bo ca thy Tài liệu tham khảo điều chỉnh tự động truyền... matlab 18 3.2 kt qu mụ phng 3.2.1 kt qu mụ phng theo phng phỏp modul toi u 19 3.2.2 kt qu mụ phng theo phng phỏp modul toi u i xng 3.2.3 ỏnh giỏ kt qu Ph ng phỏp modul toi u cho th n nh hn Ph ng phỏp modul toi u i xng 20 Tiờu chun modul toi u thng ỏp dng tng hp cỏc b iu chnh trong mch cú yờu cu vụ sai cp cao,nú cng ỏp dng cú hiu qu tng hp cỏc b iu chnh theo quan im nhiu lon KT LUN Qua thi gian thc... chnh lu khỏc nhau c phõn loi nh sau: - Theo s pha cú: Chnh lu 1 pha, chnh lu 3 pha - Chnh lu hỡnh tia,chnh lu cu 12 Hỡnh 1.7 - s h truyn ng T- khụng o chiu Trong thc t khụng th lc ht hon ton cỏc thnh phn súng hi bc cao, do ú cũn tn tithnh phn dũng in xoay chiu chy qua ng c lm ng c núng hn so vi trng hp lm vic trong h F- 13 Chng 2 Tng hp mch vũng iu chnh dũng theo cỏc phng phỏp Tng hp mch vũng dũng... min(Tsi,Tu) = Tsi Rút gọn ta đợc hàm truyền Cho 1 + 4 p = 4 p => Ri(p) = 1 + Tu p 2T Si p K cl K i / Ru 2 Vậy Ri(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI) Chng 3 Mụ phng ỏp ng trờn Simulink 3.1 Chng trỡnh mụ phng Các thông số cho trớc: Pđm : công suất địng mức của động cơ 1.5 kw Uđm : Điện áp định mức phần ứng 220 V nđm : Tốc độ quay định mức 1500 V/ph 16 I dm : Dũng in nh mc của động cơ 73,5 A Lu : Điện cảm phần . 2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương pháp 2.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu 2.2. Tổng hợp mạch vòng. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo các phương Pháp 14 2.1. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng theo phương pháp module tối ưu 15 2.2. Tổng hợp mạch