Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án tổng hợp hệ điện cơ: xây dựng hệ đảm bảo đồng bộ tốc độ động cơ đi thẳng về phía trước sử dụng nguồn cấp riêng. Đồ án khá đầy đủ và chính xác, các bạn tham khảo nếu có vấn về gì vui lòng góp ý mình sẽ bổ xung và sửa chữa ngay
MỤC LỤC 1 CHƯƠNG 1 : KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1.Cấu tạo chung của động cơ một chiều 1.1.1.Định nghĩa Máy điện một chiều là loại máy điện làm việc với dòng điện một chiều, có thể sử dụng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Máy điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ trơn trong khoảng rộng và momen mở máy lớn vì vậy nó được sử dụng rộng rãi làm động cơ kéo, khi cần điều chỉnh chính xác tốc độ động cơ trong khoảng rộng, máy điện một chiều còn được sử dụng rộng rãi làm nguồn nạp ác quy, hàn điện, nguồn cung cấp điện… 1.1.2.Cấu tạo Động cơ điện một chiều có cấu trúc gồm 3 bộ phận chính: phần cảm, phần ứng, cổ góp và chổi than . Phẩn cảm là bộ phận tạo ra từ trường đặt ở stator, thông thường phần cảm là một nam châm điện gồm có cực từ N-S và cuộn dây kích từ. Phần ứng có lõi thép đặt ở rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi cuộn dây được nối tới hai lá góp của cổ góp điện. Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo động cơ điện một chiều 2 1.2.Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều Trong chế độ máy phát, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và nối rotor với động cơ sơ cấp khác để quay rotor (máy lai động cơ). Khi rotor quay trong từ trường phần cảm, trong cuộn dây sẽ xuất hiện thế điện động, được cổ góp và chổi than nắn thành sức điện động một chiều. Trong chế độ động cơ, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng. Dòng điện chạy trong phần ứng sẽ tác dụng với từ trường gây bởi phần cảm tạo thành momen quay rotor. 1.3.Các trị số định mức của động cơ điện một chiều Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định . Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau. Công suất định mức P đm (kW hoặc W) Điện áp định mức U đm (V) Tốc độ định mức n đm (vòng/phút) Dòng điện định mức I đm (A) Dòng kích từ định mức I ktđm (A) Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ và các số liệu về điều kiện sử dụng. 1.4. Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau: -Kích từ độc lập : Đặc điểm của động cơ là dòng kích từ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ. 3 -Kích từ song song: -Kích từ nối tiếp: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng , vì vậy cuộn kích từ có tiết diện lớn, số vòng dây nhỏ. -Kích từ hỗn hợp: Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có hai cuộn kích từ nên các đặc tính của nó có dạng trung gian giữa động cơ kích từ độc lập và nối tiếp. 1.5.Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập -Nếu nguồn một chiều có công suất và điện áp không đổi thì mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng. Hình 1.2 Mạch kích từ song song mạch phần ứng [1] -Nếu nguồn 1 chiều có công suất không đủ lớn thì nguồn kích từ độc lập với nguồn phần ứng. Ta có sơ đồ nguyên lý: 4 1.5.1.Thành lập phương trình đặc tính Sức điện động của phần ứng được xác định theo biểu thức sau : E= ∅ω=k∅ω Trong đó : P: số đôi cực từ chính N: tổng số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng a: số mạch nhánh song song ∅: từ thông kích từ dưới 1 cực K : hệ số cấu tạo động cơ M đt được xác định theo biểu thức: m đt = ∅I=k∅I I = m đt /k∅ 5 Hình 1.3 Nguồn kích từ độc lập với nguồn phần ứng [1] Thay vào phương trình cơ điện ta được : 1 2 ( ) U F dt R R U m K K + ω = − ∅ ∅ nếu bỏ qua các tổn thất nặng lượng bên trong động cơ khi đó m dt = m cơ = m và phương trình đặc tính cơ của động cơ là : 1 2 ( ) U F R R U K K + ω = − ∅ ∅ -khi I = 0 hoặc M = 0 ta có ω = =ω o được gọi là tốc độ không tải lí tưởng của động cơ -khi ω=0 ta có I = = I nm M = k∅Inm =M nm I nm và M nm là dòng điện và mômen ngắn mạch Từ các phương trình trên mối quan hệ ω = f(M) và ω=f(I) được biểu diễn như sau: 6 1.6. Các phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều Các phương pháp điều chỉnh tốc độ : -Thay đổi điện áp nguồn nạp. 7 Hinh 1.4 mối quan hệ ω =f(M) Hinh 1.5 Mối quan hệ ω = f(I) -Thay đổi điện trở mạch rotor. -Thay đổi từ thông. 1.6.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp thì chỉ thay đổi được theo chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với U nên không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây. Ta biểu diễn đặc tính cơ của động cơ khi U =var. ) 1.6.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor Đồ thị này cho thấy những ưu khuyết điểm sau: -Dễ thực hiện, giá thành rẻ. -Điều chỉnh tương đối láng. 8 Hình 1.6 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp Phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều chỉnh càng rộng), không thực hiện được ở vùng tốc độ không tải, điều chỉnh có tổn hao lớn. Người ta chứng minh rằng để giảm 50% tốc độ định mức thì tổn hao trên điện trở điều chỉnh chiếm 50% công suất đưa vào. Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện trở khởi động (làm việc ở chế độ ngắn hạn), làm điện trở điều chỉnh. 1.6.3 Điều chỉnh bằng từ thông Khi giảm từ thông dòng điện ở rotor tăng nhưng không làm cho biểu thức thay đổi vì giảm điện áp ở R chỉ chiếm vài phần trăm của điện áp phần ứng nên khi giảm từ thông thì tốc độ sẽ tăng, song nếu cứ tiếp tục giảm dòng kích từ thì tới 1 lúc nào đó tốc độ không tăng được nữa, sở dĩ như vậy là vì momen điện từ của động cơ giảm. Phương pháp này chỉ thực hiện khi từ thông giảm tốc độ còn tăng. Phương pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh tốc độ rất láng và kinh tế. Không điều chỉnh tốc độ ở dưới tốc độ định mức. Chú ý: Không được giảm kích từ tới giá trị không vì lúc này chỉ còn từ dư khi tải tăng tốc độ tăng quá lớn thường người ta thiết kế bộ điện trở điều chỉnh để không khi nào mạch từ bị hở. 9 Hình 1.7 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor 1.6.4 Hệ thống máy phát động cơ Để tăng phạm vi điều chỉnh tốc độ, người ta thường dùng hệ thống máy phát điện một chiều nạp trực tiếp cho động cơ một chiều, ta gọi nó là hệ thống máy phát động cơ. Trong hệ thống này cả máy phát và động cơ đều là máy phát một chiều kích từ độc lập. Trong hệ thống máy phát động cơ có thể áp dụng phương pháp điều chỉnh điện áp nguồn nạp (thay đổi kích từ máy phát) thay đổi điện trở mạch rotor động cơ, từ thông kích từ động cơ, hệ thống cho ta phạm vi điều chỉnh rộng, điều chỉnh được cả hai chiều tăng và giảm, có độ điều chỉnh láng. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ VÀ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH ĐẢM BẢO TỐC ĐỘ GIỮA 2 ĐỘNG CƠ 2.1 Xây dựng mô hình cho động cơ điện 1 chiều. Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ vài W đến vài MW. Giản đồ kết cấu chung của Đ như hình 1.5, phần ứng được biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E, ở phần stato có thể 10 Hình 1.8 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông [...]... – hệ số thời gian bộ lọc 23 Đây là phương pháp đi u khiển đồng bộ tốc độ động cơ theo động cơ chủ đạo Ưu đi m: Trong cấu trúc này tốc độ động cơ trước làm tín hiệu đặt cho động cơ sau Mỗi động cơ được đi u khiển bằng một bộ đi u khiển tốc độ riêng Cấu trúc này có ưu đi m làm chất lượng đáp ứng tốt hơn trong qúa trình quá độ cũng như phản ứng với nhiễu Nhược đi m: Nếu hệ có nhiều động cơ thì các động. .. động cơ phía sau sẽ bị dao động lớn nên cấu trúc này thường không được sử dụng khi cần đồng bộ một dây chuyền Hình 2.9 Mô tả hệ thống Hệ thống gồm 2 động cơ 1 chiều kích từ độc lập với yêu cầu là cần đồng bộ tốc độ giữa 2 động cơ để đảm bảo xe luôn đi thẳng về phía trước 2.3 .Tổng hợp mạch vòng đi u chỉnh dòng đi n 24 - Sơ cấu trúc mạch vòng đi u chỉnh dòng đi n: Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng đi u... của động cơ chủ (Master)).Từ kết quả tổng hợp cho bộ đi u khiển R I và Rω cho động cơ thứ nhất ta xây dựng mô hình truyền động cho động cơ thứ 2 Tín hiệu đặt của động cơ thứ nhất (master) được nhận từ máy tính, tốc độ quay của động cơ này chính là tín hiệu đặt cho động cơ tiếp theo 3.1 Mô phỏng trên simulink 3.3.1 Mô phỏng đặc tính tốc độ và dòng đi n: 29 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tốc độ và dòng đi n. .. thị cho thấy hệ thống đi u chỉnh đồng bộ hóa tốc độ giữa 2 động cơ là tương đối ổn định theo tiêu chuẩn tổng hợp hệ thống đi u chỉnh tốc độ Với độ quá chỉnh theo tiêu chuẩn tối ưu Hệ thống ổn định với thời gian quá độ rất nhỏ, không có dao động Đường đặc tính 2 động cơ tương đối đồng bộ với nhau, ngay cả khi có tải nhiễu thì các đường đặc tính tốc độ 2 động cơ vẫn bám sát nhau, độ sai lệch dưới 1% với... đồ cấu trúc hệ thống Và sơ đồ mô phỏng của hệ truyền động đi n đi u chỉnh tốc độ được xây dựng ở trên ta được mô hình mô phỏng tổng hợp như sau: 32 Hình 3.7 Mô hình mô phỏng đồng bộ tốc độ 33 Hình 3.8 Đáp ứng tốc độ chưa có nhiễu Hình 3.9 Đáp ứng dòng đi n khi chưa có nhiễu Hình 3.10 Đáp ứng tốc độ khi có nhiễu 34 Hình 3.11 Đáp ứng dòng đi n khi có nhiễu 3.2 Đánh giá kết quả Từ đồ thị cho thấy hệ thống. .. với các tải nhiễu khác nhau đảm bảo tốc độ 2 động cơ được đồng bộ với nhau làm cho xe có thể đi thẳng về phía với vận tốc yêu cầu là 1,5m/s Với kết quả như trên thì mục tiêu cũng như yêu cầu của đồ án đề ra đã được giải quyết Đảm bảo đúng chất lượng cũng như yêu cầu của hệ thống 35 Kết luận Như vậy đồ án môn học đã đưa ra được các vấn đề: -Đưa ra cấu tạo khái quát về dộng cơ đi n một chiều -Đưa ra các... các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hoá của động cơ một chiều kích từ độc lập 17 Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa Sau đây ta xét một số trường hợp đặc biệt của động cơ một chiều kích từ độc lập trong chế độ quá độ a) Động cơ kích từ độc lập trong chế độ quá độ với Φ = const Khi dòng đi n từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam châm vĩnh... cảm ứng sức đi n động (sđđ): E= p ' N Φ.ω = kΦω 2π a Trong đó: ω - tốc độ góc của rôto Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng đi n áp phần ứng: ω= U − Ru I kΦ Trong đó Rư- đi n trở mạch phần ứng của động cơ Từ các phương trình trên có thể vẽ được họ đặc tính cơ M(ω) của động cơ một chiều khi từ thông không đổi, hình 2.2 12 Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ đi n một chiều... c là mômen do cơ cấu làm việc truyền về trục động cơ, mômen tải là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ truyền đi n tự động ω φ u u Hình 2.1 Giản đồ thay thế động cơ một chiều 2.1.1 Chế độ xác lập của động cơ đi n một chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ một đi n áp u k nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng đi n i k và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ Tiếp đó đặt một giá trị đi n áp U lên mạch... hoặc tăng tuyến tính hóa trước khi đưa vào bộ đi u khiển để đảm bảo gia tốc hệ thống thỏa mãn các yêu cầu công nghệ Với khâu quán tính bậc nhất F= sẽ không còn độ quá chỉnh nữa ta chọn tín hiệu vào đưa qua khâu quán tính bậc nhất F= 31 1 0.01s + 1 Hình 3.4 khi đã thêm khâu quán tính bậc nhất Hình 3.5 Đặc tính tốc độ khi đã thêm khâu quán tính bậc nhất Đồng bộ hóa tốc độ 2 động cơ Từ cấu trúc đã đề ra . là mômen quán tính của các phần tử chuyển động quy đổi về trục động cơ. Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều như sau: 14 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc. tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor Đồ thị này cho thấy những ưu khuyết điểm sau: -Dễ thực hiện, giá thành rẻ. -Điều chỉnh tương đối láng. 8 Hình 1.6 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay. Sơ đồ cấu trúc chung của động cơ một chiều Ta thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh (có khâu phi tuyến), do đó trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm