ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH NGUYỄN HOÀNG TRUNG THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số : Học viên : NGUYỄN HOÀNG TRUNG Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN, NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH Học viên: Nguyễn Hoàng Trung Lớp: TĐH- K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Ngày hoàn thành: 30/7/2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Võ Quang Lạp Nguyễn Hoàng Trung BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ MỞ ĐẦU 1 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 4 1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các mỏ than Quảng Ninh 4 1.2. Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh 7 1.3. Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ 13 1.4. Phương trình chuyển động và các lực tác động lên đoàn tàu điện mỏ 13 Chương 2- PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 27 2.1. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 27 2.2. Động cơ điện một chiều hai cuộn dây kích từ độc lập 30 2.3. Hệ thống điều khiển vector biến tần – động cơ không đồng bộ 3 pha 31 2.4. Hệ thống truyền động xung điện áp – động cơ điện một chiều 2 cuộn dây kích từ (PWM-D) 33 Chương 3- TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN 45 3.1. Xây dựng sơ đồ khối cho hệ truyền động 45 3.2. Tổng hợp hệ thống 50 3.3. Mô phỏng hệ thống 64 Chương 4- NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ TẢI NHẸ VỚI SỰ ỨNG DỤNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 70 4.1. Tính phi tuyến của bộ điều khiển mạch vòng đồng tốc 70 4.2. Ứng dụng bộ điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ truyền động 71 4.3. Mô phỏng hệ thống truyền động tàu điện chạy trên đường bằng khi có bộ điều khiển PD mờ nối tiếp PD kinh điển. 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều. DCV : Nguồn một chiều. A/D : Chuyển đổi tương tự số. D/A : Chuyển đổi số tương tự. DC : Động cơ điện một chiều. P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ. I : Bộ điều chỉnh tích phân. D : Bộ điều chỉnh vi phân. PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân. CPU : Bộ xử lý trung tâm. µC : Bộ vi điều khiển. PWM : Phương pháp điều chế độ rộng xung điện áp. βI : Phản hồi âm dòng điện. γn : Phản hồi tốc độ. U cđ : Điện áp chủ đạo. U đk : Điện áp điều khiển. U rc : Điện áp răng cưa. FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo. SRC : Khối tạo xung răng cưa. SS : Khối so sánh. TXPCX : Khối tạo xung và phân chia xung. U ω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ. T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử). U phω : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ. U phi : Tín hiệu phản hồi âm dòng điện. T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM). H(S) : Khâu lưu giữ 0. U d : Điện áp ra của bộ biến đổi PWM. U c : Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ rộng xung. M (S1) : Hệ số của khâu lấy tín hiệu dòng điện. K ω : Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ. K i , K p : Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1. Các lực tác dụng lên bánh xe chủ động của đầu tàu 15 Hình 1.2. Đặc tính phụ tải của hệ truyền động kéo 25 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển véc tơ động cơ không đồng bộ bằng thiết bị biến tần 31 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ 46 Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ truyền động đoàn tàu kéo tải nhẹ có mạch bù dòng điện 47 Hình 3.3. Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc 48 Hình 3.4. Sơ đồ khối hệ truyền động khi tàu lên dốc với 3 mạch vòng mắc nối tiếp 48 Hình 3.5. Sơ đồ khối hệ truyền động tàu điện làm việc với các chế độ 49 Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện làm việc ở 2 chế độ tải 50 Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc hệ thống tàu điện khi kéo tải nhẹ 50 Hình 3.8. Mạch điện thay thế của động cơ điện một chiều 51 Hình 3.9. Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor 53 Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 55 Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 56 Hình 3.13. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng đồng tốc 58 Hình 3.14. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động chạy trên đường bằng 60 Hình 3.15. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động tàu điện khi kéo tải nặng (lên dốc) 61 Hình 3.16. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khi tàu kéo tải nặng sau khi biến đổi từ hình 3.15 61 Hình 3.17. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tàu điện kéo tải nặng sau khi đã biến đổi 63 Hình 3.18. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động tàu điện chạy trên đường bằng 64 Hình 3.19. Kết quả mô phỏng với Ud=10V, Kết quả mô phỏng với Ud=20V (không tải) 65 Hình 3.20. Kết quả mô phỏng với Ud=10V Kết quả mô phỏng với Ud=20V (có tải) 66 Hình 3.21. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động 67 Hình 3.22. Kết quả mô phỏng hệ truyền động tàu khi kéo tải nặng với hệ số bù dòng điện phần ứng K khác nhau 68 Hình 4.1. Quan hệ giữa Δφ và ω 71 Hình 4.2. Định nghĩa các biến vào ra của bộ điều khiển mờ PD 74 Hình 4.3. Định nghĩa các tập mờ cho biến ST của bộ điều khiển mờ PD 74 Hình 4.4. Định nghĩa các tập mờ cho biến DST của bộ điều khiển mờ PD 75 Hình 4.5. Định nghĩa các tập mờ cho biến Udk của bộ điều khiển mờ PD 75 Hình 4.6. Xây dựng các luật điều khiển cho bộ điều khiển mờ PD 76 Hình 4.7. Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ PD 76 Hình 4.8. Quan sát tín hiệu vào ra của bộ mờ PD 77 [...]... truyền động tàu điện ắc qui trong các mỏ than hầm lò Nghiên cứu hệ truyền động các xe điện ở mỏ than Quảng Ninh, từ đó đề xuất thiết kế cải tạo và nâng cấp hệ thống truyền động này nhằm đảm bảo chất lượng, nâng cao hiệu suất làm việc của hệ truyền động cho tàu điện làm việc trong các mỏ than hầm lò của Quảng Ninh 4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền động xe điện sẵn có ở các mỏ than Quảng Ninh. .. đầu tàu điện bị tiêu hao trên các điện trở điều khiển [5] 1.3 Đánh giá tình hình sử dụng và kỹ thuật truyền động tàu điện mỏ Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích công tác vận tải mỏ và tình hình phát triển kỹ thuật truyền động điện mỏ ở Quảng Ninh có nhận xét, đánh giá: Ở Quảng Ninh, tàu điện chủ yếu sử dụng để vạn tải trong các mỏ than hầm lò, do sơ đồ công nghệ khai thác của các mỏ than vùng Quảng Ninh. .. HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO TÀU ĐIỆN CHƯƠNG 4: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH 1.1 Tầm quan trọng của việc sử dụng tàu điện ở các mỏ than Quảng Ninh Trước đây, ở nước ta, tàu điện đã được sử dụng tham gia giao thông công cộng ở thành phố và vận tải trong các hầm mỏ; tuy nhiên đến năm 90 của thế kỷ XX, hệ thống vận tải tàu điện ở thành... năng lượng tăng hiệu suất của thiết bị giảm giá thành sản xuất 2 Mục đích nghiên cứu - Đánh giá công tác vận tải tàu điện trong hệ thống vận tải mỏ - Đánh giá các hệ truyền động cho tàu điện mỏ - Nghiên cứu những hệ thống truyền động thực tế đang có tại Quảng Ninh, từ đó đề xuất cải tạo nâng cấp hệ thống nhằm đảm bảo chất lượng hiệu suất cao 3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các hệ truyền. .. lò vùng Quảng Ninh, để giải quyết hiệu quả bài toán kinh tế - kỹ thuật trong khâu vận tải thì tàu điện ngày càng được sử dụng nhiều trong công nghệ vận tải mỏ 1.2 Vấn đề điều khiển tàu điện mỏ ở Quảng Ninh 1.2.1 Đặc điểm tàu điện mỏ sử dụng ở Quảng Ninh Các mỏ than hầm lò ở Quảng Ninh chủ yếu dùng tàu điện của Nga và Trung Quốc sản xuất để vận chuyển than từ các hầm lò, vận chuyển đất đá từ các lò... trang bị công nghệ cũ của những năm trước 70 của thế kỷ trước, đó là dùng phương pháp điện trở, đấu nối tiếp nguồn, động cơ Kết luận: Vì vậy, nghiên cứu cải tiến, nâng cao chất lượng hệ truyền động tàu điện sử dụng phương pháp xung điện áp trong tàu điện mỏ để nâng cao năng lực vận tải và giảm chi phí năng lượng tăng hiệu suất của thiết bị giảm giá thành sản xuất ở các mỏ than Quảng Ninh là rất cần... Quảng Ninh - Cải tiến nâng cao chất lượng hệ thống cũ để tạo ra một hệ thống mới có năng suất và chất lượng cao 5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Kiểm nghiệm, mô phỏng đánh giá chất lượng hệ thống - Phương pháp mô hình hóa phần mềm Matlab 6 Kết cấu luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG TÀU ĐIỆN Ở CÁC MỎ THAN QUẢNG NINH CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHƯƠNG... cỡ lớn nên hầu hết các mỏ than hầm lò ở nước ta đều sử dụng tàu điện làm phương tiện vận chuyển chính Theo số liệu khảo sát các mỏ than lớn và trung bình ở vùng Quảng Ninh, hiện tại có hàng trăm tàu điện hoạt động, số lượng đầu tàu làm việc ở một số mỏ được trình bày trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Thống kê tàu điện đang hoạt động ở một số mỏ than vùng Quảng Ninh Số Công suất lượng động cơ (chiếc) ( kW) TT... tế, các mỏ đều phải tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ vận tải hợp lý trong đó đều sử dụng tàu điện là thiết bị vận tải chủ yếu, vì vậy tàu điện có vị trí rất quan trọng trong hệ thống vận tải mỏ Tất cả các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh do điều kiện đường lò hẹp, cỡ ray hẹp nên chỉ trang bị loại đầu tàu một động cơ hoặc hai động cơ Các tàu điện mỏ ở Quảng Ninh đang theo công nghệ cũ thậm chí cả những tàu. .. tiết kiệm điện năng, giảm giá thành sản xuất, nâng cao độ an toàn nổ trong hầm mỏ và ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào lĩnh vực điều khiển truyền động tàu điện mỏ thì việc nghiên cứu và cải tiến hệ truyền động này là việc làm hết sức cần thiết Ngoài việc thành công trong nghiên cứu còn mang tính ứng dụng thực tiễn cho sản xuất góp phần nâng cao chất lượng hệ truyền động tàu điện nhằm