Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Môc lôc Lêi më ®Çu Ch−¬ng Các phơng pháp điều khiển ®éng c¬ mét chiỊu 1.1 Kh¸i niƯm chung 1.2 Động điện chiều .5 1.2.1 Tầm quan trọng động điện chiều .5 1.2.2 CÊu t¹o động điện chiều .5 1.2.3 Nguyªn lý lμm viƯc ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu 1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu 1.3.1 Sơ đồ nối dây đặc tính động chiều kích từ độc lập 1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc ®é 10 1.4 Các hệ thống điều khiển tốc độ động chiều điện áp phần ứng .14 1.4.1 Hệ thống điều khiển máy phát - động (F-Đ) 14 1.4.2 HÖ thèng điều khiển tốc độ băm áp chiều 15 1.4.3 HƯ thèng ®iỊu khiĨn tèc ®é b»ng chØnh lu .16 CHƯƠNG 18 C¸C Bé NGUåN CHØNH LƯU Có ĐIềU KHIểN .18 2.1 Sơ ®å chØnh lu cÇu mét pha cã ®iỊu khiĨn .19 2.2 Sơ đồ chØnh lu tia ba pha cã ®iỊu khiĨn 21 2.3 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng .24 2.4 Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 25 Ch¬ng 32 tính toán mạch động lực 32 cho hƯ trun ®éng .32 3.1 Mạch động lùc hƯ trun ®éng 32 3.2 TÝnh chän Tiristor .32 3.3 TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh lu 33 3.4 ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc .41 3.4.1 X¸c định gãc mở cực tiểu cực đại 41 3.4.2 X¸c định thành phần sóng hài .41 3.4.3 Xác định điện cảm cuén kh¸ng läc 42 3.4.4 ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc 43 3.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 45 3.5.1 S¬ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 45 .46 3.5.2 Bảo vệ nhiệt cho c¸c van b¸n dÉn 46 SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều 3.5.3 B¶o vệ dòng điện cho van 47 3.5.4 Bảo vệ ®iƯn ¸p cho van 48 Ch¬ng 49 Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho 49 bé nguån chØnh lu 49 4.1 Nguyên tắc điều khiÓn 49 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyÕn tÝnh 49 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 50 4.2 Sơ đồ khối mạch ®iỊu khiĨn .51 4.3 Nguyên tắc phát xung mạch điều khiÓn .52 4.4 Tính toán thông số mạch điều khiển 54 4.4.1 TÝnh biÕn ¸p xung .56 4.4.2 Tính tầng khuếch đại cuèi cïng 58 4.4.3 Chän cæng AND 59 4.4.4 Chän R9vµ C3: .60 4.4.5 TÝnh chän bé t¹o xung chïm 60 4.4.6 Tính chọn tầng so sánh .61 4.4.7 Tính chọn khâu đồng pha 61 4.4.8 T¹o nguån nu«i 62 4.4.9 TÝnh to¸n m¸y biÕn áp nguồn nuôi đồng pha 63 Ch¬ng 65 TÝnh to¸n thiết kế mạch điều khiển 65 hƯ trun ®éng 65 5.1 Phân tích lựa chọn điều khiển tác động liên tục .65 5.1.1 Hệ thống điều tốc phản hồi tốc độ có phản hồi âm ngắt dòng điện 65 5.1.2 Hệ thống điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ quay dòng điện 67 5.2 Tính toán điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ dòng điện .68 5.2.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện 69 5.2.2 ThiÕt kÕ mạch vòng tốc độ 70 5.2.3 Vấn đề hạn chế dßng I 72 Ch¬ng 75 M« mạch điện tử công suất đặc tính động điện MộT CHIềU 75 6.1 Mô mạch chỉnh lu cã ®iỊu khiĨn b»ng PSIM 75 6.1.1 Bộ chỉnh lu cầu pha điều khiĨn ®èi xøng 75 6.1.2 Bộ chỉnh lu cầu pha điều khiển không ®èi xøng 76 6.1.3 Bé chØnh lu tia ba pha 77 6.1.4 Bé chØnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng: 78 6.1.5 Bé chØnh lu cÇu ba pha ®iỊu khiĨn ®èi xøng .79 SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều 6.2 M« pháng đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Matlab 80 6.2.1 Mô động mét chiỊu KT§L .81 6.2.2 Mô hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai vòng phản hồi 83 KÕt luËn 89 Tài liệu tham khảo 89 SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thit kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiu Lời mở đầu Hiện nay, công nghiệp phát triển mạnh mẽ ứng dụng việc điều khiển chiều nh máy điện chiều đặc biệt động điện chiều đợc sử dụng rộng rÃi nhiêu Và để đáp ứng yêu cầu khắt khe sản xuất chất lợng điều khiển chiều quan trọng Những năm gần kĩ thuật số phát triển nhanh nhng kĩ thuật điện tử bán dẫn công suất lớn đà hoàn chỉnh hơn, lý thuyết ứng dụng có u điểm u việt nh: có khả điều khiển rộng, có tiêu kinh tế cao, kích thớc trọng lợng thấp, độ tin cậy xác caoứng dụng chúng vào việc biến đổi lợng điều khiển điện áp dòng điện xoay chiều thành chiều ngợc lại ngày sâu rộng Vì vậy, mục đích đề tài xây dựng hệ thống chỉnh lu không điều khiển đảo chiều ổn định tốc độ động chiều cách xác, dễ sử dụng vận hành có độ ổn định cao Dới hớng dẫn tận tình thầy Hà Xuân Hoà, em đà tổng hợp đợc tất kiến thức đà có trình học đồng thời tích luỹ đợc thêm nhiều kiến thức khác thực đề tài, điều hữu ích cho thân em sau Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy, ngời đà nhiệt tình bảo giúp đỡ định híng cho em st thêi gian qua Xin c¶m ơn cha mẹ gia đình đà ủng hộ hết lòng cho vật chất lẫn tinh thần Cảm ơn bạn bè đà bên động viên cổ vũ cho Với kiến thức nhiều hạn chế, em cảm thấy đồ án cần thêm nhiều điều bổ xung để ứng dụng đợc môi trờng sản xuất Em mong đợc góp ý chân thành tích cực từ thầy bạn Xin chân thành cảm ơn! Tháng 11 năm 2008 Lê Minh Tú Chơng Các phơng pháp điều khiển động chiều 1.1 Khái niệm chung Điều khiển tốc độ l yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Ta biết hầu hết máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc ®é, tïy theo tõng c«ng viƯc, ®iỊu kiƯn lμm viƯc m ta lựa chọn tốc độ khác để tối u hoá trình sản xuất Muốn có đ ợc tốc độ khác máy ta thay đổi cấu trúc học máy nh tỉ số truyền SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều hc thay ®ỉi tèc ®é cđa chÝnh ®éng c¬ trun ®éng ë khảo sát theo phơng pháp thay ®ỉi tèc ®é ®éng c¬ trun ®éng Tèc ®é lμm việc động ngời điều khiển quy định đợc gọi l tốc độ đặt Trong trình lm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động phụ thuộc nhiều vo thông số nguồn, mạch v tải nên thông số thay đổi tốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ v không cho phép Để khắc phục ngời ta dùng phơng pháp ổn định tốc độ Độ ổn định tốc độ ảnh hởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) v khả tải động Độ ổn định cng cao dải điều chỉnh cng có khả mở rộng v mômen tải cng lớn Có nhiều phơng pháp để điều chỉnh tốc độ động nh: - Điều chỉnh tham số - Điều chỉnh điện áp nguồn - Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ đề cập đến điều khiển động chiều 1.2 Động điện chiều 1.2.1 Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại, động chiều đợc coi l loại máy quan trọng ngy có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều u điểm nh khả điều chỉnh tốc độ tốt, khả mở máy lớn v đặc biệt l khả tải Chính m động chiều đ ợc dùng nhiều nghnh công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ nh cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải m điều quan trọng l nghnh công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện Bên cạnh đó, động điện chiều có nhợc điểm định nh so với máy điện xoay chiều giá thnh đắt chế tạo v bảo quản cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện) nh ng u điểm nên động điện chiều có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vo khoảng 10000 KW, điện áp vo khoảng vi trăm 1000 V H ớng phát triển l cải tiến tính vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động v chế tạo động có công suất lớn 1.2.2 Cấu tạo động điện chiều Hình 1.1 :Cấu tạo động chiều SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thit kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiu Động điện chiều phân thnh hai phần chính: phần tĩnh v phần động 1.2.2.1 Phần tĩnh hay stato Đây l phần đứng yên máy, bao gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: a) Cùc tõ chÝnh: Lμ bé phËn sinh tõ trêng gåm cã lõi sắt cực từ v dây quấn kích từ lồng ngoμi lâi s¾t cùc tõ Lâi s¾t cùc tõ lμm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dy 0,5 đến mm ép lại v tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ đợc gắn chặt vo vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện v cuộn dây đợc bọc cách điện kỹ thnh khối tẩm sơn cách điện tr ớc đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt cực từ ny đ ợc nối tiếp với Hình 1.2 : Cùc tõ chÝnh b) Cùc tõ phô: Cùc tõ phô đợc đặt cực từ v dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thờng lm thép khối v thân cực từ phụ có đặt dây quấn m cấu rạo giống nh dây quấn cực từ Cực từ phụ đợc gắn vo vỏ máy nhờ bulông c) Gông từ: Gông từ dùng lm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời lm vỏ máy Trong động điện nhỏ vμ võa thêng dïng thÐp dμy uèn vμ hμn l¹i Trong máy điện lớn th ờng dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang lm vỏ máy d) Các phận khác: Bao gồm: - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật ngoi rơi vμo l μm háng d©y quÊn vμ an toμn cho ng ời khỏi chạm vo điện Trong máy điện nhỏ v vừa nắp máy có tác dụng lm giá đỡ ổ bi Trong tr ờng hợp ny nắp máy thờng lm gang - Cơ cấu chổi than: Để đa dòng điện từ phần quay ngoi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chạy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định giá chổi than v cách điện với giá Giá chổi than quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 1.2.2.2 Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau: a) Lõi sắt phần ứng : SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Dïng ®Ĩ dÉn tõ Thờng dùng thép kỹ thuật điện dy 0,5 mm phủ cách điện mỏng hai 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 vo Trong động trung bình trở lên ng ời ta dập lỗ thông gió để ép lạ thnh lõi sắt tạo đ ợc lỗ thông gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thờng chia thnh đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi l khe hở thông gió Khi máy lm việc gió thổi qua khe hở l m nguội dây quấn v lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vo trục Trong động điện lớn, trục v lõi sắt có đặt giá rôto.Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện v giảm nhẹ trọng lợng rôto b) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng l phần phát sinh suất điện động v có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng lm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy ®iƯn nhá cã c«ng st díi vμi kW thêng dïng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa v lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rÃnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rÃnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có lm tre,gỗ hay bakelit c) Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiỊu thμnh mét chiỊu Cỉ gãp gåm nhiỊu phiÕn đồng có đợc mạ cách điện với lớp mica dy từ 0,4 đến 1,2mm v hợp thnh hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vnh ốp v trụ tròn cách điện mica Đuôi vnh góp có cao lên để hn đầu dây phần tử dây quấn v phiến góp đợc dễ dng Hình 1.3 : Lá thép roto Hình1.4 : Phiến đổi chiều cổ góp d) Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió lm nguội máy Máy điện chiều th ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trục máy, động quay cánh quạt hút gió từ ngoi vo động Gió qua vnh góp, cực từ lõi sắt v dây quấn qua quạt gió ngoi lm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt v ỉ bi Trơc m¸y thêng lμm b»ng thÐp cacbon tèt 1.2.3 Nguyên lý lm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B dây quấn phần ứng có dòng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trờng chịu lực tác dụng tơng hỗ lên tạo mômen quay tác dụng lên roto làm roto quay chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình1.5a) SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu ng c in mt chiu Khi roto quay đợc nửa vòng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện biến đổi dòng điện đổi chiều đa vào phần ứng giữ cho chiều lực tác dụng không đổi lực tác dụng lên roto theo chiều không đổi, đảm bảo chiều quay động không đổi (hình1.5b) Hình1.5 : Nguyên lý làm việc động chiều 1.3 Các phơng pháp điều khiển tốc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu 1.3.1 S¬ ®å nèi dây đặc tính động chiều kích từ độc lập 1.3.1.1 Sơ đồ nối dây động ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp + U • • - Iư Đ CKT RKT • • H×nh 1.6 :Sơ đồ nối dây động + ã U chiều kích từ KT lập độc 1.3.1.2 Phơng trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Phơng trình cân điện áp phần ứng mạch kích từ: U= e + Rut.iu+Lut diu > Uu= Eu + Rut.(1+Tu.p).Iu dt Ukt= Rkt.ikt+Lkt dikt ———> Ukt= Rkt.(1+Tkt.p).Ikt dt Trong ®ã : Rut= Ru + Rfu ; Lut= Lu+Lfu ; Tu= U - điện áp phần ứng (v) E - sức điện động phần ứng (v) R - điện trở mạch phần ứng () Rfu- điện trở phụ mạch phần ứng () I dòng điện mạch phần ứng (A) Với : R= ru+rcf+rb+rct Trong : ru - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - ®iƯn trë cn cùc tõ phơ SVTH: Ngun Văn Hải L Lu ; Tkt= kt Rkt Ru (1-1) (1-2) (1-3) Líp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều rb - ®iƯn trë cn bï rct - ®iƯn trë tiÕp xóc cđa chỉi ®iƯn Søc ®iƯn ®éng Eu động đợc xác định theo công thức: Eu= P.N Φω =K Φω 2πa (1-4) Trong ®ã: p số đôi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a - số đôi cự mạch nhánh song song cuộn dây phần øng Φ − tõ th«ng kÝch tõ díi mét cùc tõ (wb) ω - tèc ®é gãc(rad/s) P.N K= - hệ số cấu tạo động a Nếu biĨu diƠn søc ®iƯn ®éng theo tèc ®é quay n (vòng/phút) thì: Eu=K n (1-5) n n = 60 9,55 Và = Vì Eu= P.N n 60a Trong hệ số sức điện động động : Tõ (1-1) vµ (1-2) ta cã: ω= K ≈ 0,105K Ke= 9,55 Ru + R f Uu − Iu K K Ke= P.N 60a (1-6) Biểu thức phơng trình đặc tính điện động Mặt khác momen điện từ Mdt động đợc xác ®Þnh bëi: Mdt= KΦ I u (1-7) Suy M dt K Iu = Thay giá trị Iu (1-6) ta đợc : = U u Ru + R f − M dt KΦ ( KΦ ) (1-8) H×nh 1.7 : Đờng đặc tính đặc tính ®iƯn ®éng c¬ chiỊu kÝch tõ ®éc lËp SVTH: Nguyễn Văn Hải Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động in mt chiu 1.3.2 Các phơng pháp điều khiển tốc ®é 1.3.2.1 §iỊu khiĨn b»ng thay ®ỉi ®iƯn trë phơ phần ứng Phơng pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng đợc dùng cho tất động điện chiều Trong phơng pháp điện trở phụ đợc mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý nh sau: + ã ã UU IU E • Rf CKT - RKT • UKT + ã ã Hình 1.8 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng lập: Ta có phơng trình đặc tính động điện chiều kÝch tõ ®éc ω= U u Ru + R f − M dt KΦ ( KΦ ) ; ω= Ru + R f Uu − Iu KΦ KΦ Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tởng độ cứng đờng đặc tính cơ: U dm ( K ) ; = trÞ β= ~ sÏ thay đổi khigiá K Rf = constđổi Khi Rf lớn,dm nhỏ nghĩa đthay dm Ru có độ cứng đờng đặc + R fu R fu ờng đặc tính dốc,ứng với giá trị R f = ta tính tự nhiên đợc tính theo công thøc sau: βTN = ( KΦdm ) Ru Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nên đờng đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đờng đặc tính có đóng điện trở phụ mạch phần ứng Vậy thay đổi giá trị Rf ta đợc họ đặc tính nh sau: Hình 1.9 : Đặc tính động chiỊu kÝch tõ ®éc lËp thay ®ỉi ®iƯn trë phụ phần ứng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng đợc giải thích nh sau: giả sử động làm việc xác lập SVTH: Nguyễn Văn Hải 10 Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều H×nh 6.2: Các đờng cong điện áp dòng điện chØnh lu mét ba pha ®iỊu khiĨn ®èi xøng 6.1.2 Bộ chỉnh lu cầu pha điều khiển không đối xứng Hình 6.3: Sơ đồ mô chỉnh lu cầu pha điều khiển không đối xứng SVTH: Nguyễn Văn Hải 76 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thit kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiu Hình 6.4: Các đờng cong điện áp dòng điện chỉnh lu cầu pha điều khiển không ®èi xøng 6.1.3 Bé chØnh lu tia ba pha H×nh 6.5 : Sơ đồ mô chỉnh lu tia ba pha SVTH: Nguyễn Văn Hải 77 Lớp: TBĐ-ĐT 03 án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – ng c in mt chiu Hình 6.6 : Các đờng cong điện áp dòng điện chỉnh lu tia ba pha 6.1.4 Bé chØnh lu cÇu ba pha điều khiển không đối xứng: Hình 6.7: Sơ đồ mô chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng SVTH: Nguyễn Văn Hải 78 Lớp: TBĐ-ĐT 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu ng c in mt chiu Điện áp qua tải Dòng qua van Điện áp van Dòng qua Diot Điện áp Diot Hình 6.8: Các đờng cong điện áp chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 6.1.5 Bộ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng SVTH: Nguyễn Văn Hải 79 Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chnh lu ng c in mt chiu Sơ đồ mạch mô dạng sóng mô ứng với góc mở xung = 450 Hình 6.9: Sơ đồ mô chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng Điện áp tải Dòng qua van Dòng qua nguồn Điện áp van Hình 6.10: Các đờng cong điện áp chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng 6.2 Mô đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Matlab SVTH: Nguyễn Văn Hải 80 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động c in mt chiu Matlab phần mềm mô rÊt m¹nh nhiỊu lÜnh vùc øng dơng cđa nã quan trọng vấn đề khảo sát nh nghiên cứu đối tợng Trong phạm vi đề tài em đà ứng dụng Matlab để mô đặc tính động hệ thống mà em đà thiết kế Kết mô cã ý nghÜa rÊt quan träng bëi nã cho ta biÕt viƯc tÝnh to¸n thiÕt kÕ cã thùc sù tèi u hay không, từ ngời thiết kế hiệu chỉnh thay đổi thông số tính toán để toán có kết tốt đáp ứng đợc yêu cầu thiết kế 6.2.1 Mô động chiều KTĐL Mô hình động chiều kích từ độc lập: Hình 6.11: Mô hình động chiều kích từ độc lập Từ phơng trình vi phân (If = const): diu  u a = Ru iu + Lu dt + eu  eu = Kφ ω  M = Kφ iu  dω = M − M L J ⋅  dt  diu / dt  − Ru / Lu − Kφ / Lu  iu  1 / Lu   ua   .ω  +   dω / dt  =  Kφ / J  − / J  M L          ⇒  iu  1 0 iu  0 0  u a   ω  = 0 1 ω  + 0 0  M       L Ta xây dựng mô hình động theo phơng pháp không gian trạng thái: u   x' = A.x + B.u i  víi x=y =  u  vµ u =  a   M L   y = C.x + D.u ω  Reference Voltage U_a I_a T_L Omega DC motor -KSpeed Amature current converter and speed Load Torque Hình 6.12: Sơ đồ mô động chiều kÝch tõ ®éc lËp b»ng Matlab (DC Motor) SVTH: Ngun Văn Hải 81 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều U_a I_a x' = Ax+Bu y = Cx+Du T_L Omega State-Space Hình 6.13: Sơ ®å m« pháng khèi DC Motor 6.2.1.1 M« pháng víi trình khởi động trực tiếp động không tải Dong dien Ia (A) -2 10 Time (s) 12 14 16 18 20 10 Time (s) 12 14 16 18 20 2000 Toc n (v/ph) 1500 1000 500 Hình 6.14: Dòng điện tốc độ động khởi động không tải Khi khởi động động dòng khởi động tăng cao IKĐ=5Iđm sau giảm dần dòng điện không tải I0=0 (A), tốc độ động tăng dần từ đến tốc độ không tải n0 =1859 (vòng/phút) SVTH: Nguyễn Văn Hải 82 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động c in mt chiu Hình 6.15: Đặc tính làm việc động khởi động không tải Dong dien Ia (A) 6.2.1.2 Mô trình khởi động động trực tiếp, tải đóng sau thời gian -1 10 15 Time (s) 20 25 30 10 15 Time (s) 20 25 30 Toc n (vg/ph) 2000 1500 1000 500 Hình 6.16: Dòng điện tốc độ động khởi động không tải sau thời gian đóng tải định mức Sau khởi động không tải đợc thời gian đóng tải định mức vào động ta thấy dòng điện phần ứng tăng đến dòng định mức Iđm=1,3 (A) tốc độ giảm từ tốc độ không tải tốc độ định mức nđm=1500 (vòng/phút) 6.2.2 Mô hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai vòng phản hồi SVTH: Nguyễn Văn Hải 83 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Ia T o Workspace U_SW UR Reference Voltage U_CW (-) U_SR speed controller U_R (-) U_CR 24.1 0.0017s+1 Control Rectifier U_a I_a T_L Omega DC motor Current controller -KAmature current and speed Speed converter N T o Workspace1 Current sensor S witch Load Torque S cope Speed sensor 0.007 Controller XY Grap h Hình 6.17: Sơ đồ mô hệ thống chỉnh lu - động chiỊu kÝch tõ ®éc lËp b»ng Matlab U_CW -KGain (-) U_CR -KGain1 U_R s Integrator Add Hình 6.18: Sơ đồ khối Current Controller As U_SW -KGain (-) U_SR 1/T s -KGain1 s Saturation1 UR Integrator Add Hình 6.19: Sơ đồ khối Speed Controller 6.2.2.1 Quá trình khởi động động có phản hồi Dựa vào đồ thị ta thấy rõ đặc tính khởi động động có phản hồi tơng đối tốt ổn định So với việc khởi động trực tiếp khởi động có phản hồi tốt nhiều, hạn chế dòng khởi động (2,5Iđm) mà lợi dụng đợc khả tải để khởi động động cách nhanh SVTH: Nguyễn Văn Hải 84 Líp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Dong dien Ia (A) 0 Time (s) 10 Time (s) 10 2000 Toc n (v/ph) 1500 1000 500 -500 Hình 6.20: Dòng điện tốc độ động khởi động với tải định mức có phản hồi hai mạch vòng kín Hình 6.21: Đặc tính làm việc động tải định mức có phản hồi hai mạch vòng 6.2.2.2 Khởi động không tải hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín SVTH: Nguyễn Văn Hải 85 Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Dong dien Ia -1 Time (s) 10 Time (s) 10 Toc n (v/ph) 2000 1500 1000 500 Hình 6.22: Dòng điện tốc độ khởi động không tải động có phản hồi hai mạch vòng Hình 6.23: Đặc tính khởi động không tải động có phản hồi hai mạch vòng Khi khởi động động có phản hồi dòng điện khởi động đợc hạn chế IKĐ =2,5.Iđm nhiên trình độ hay nói khác dao động mạnh dòng điện yếu tố phi tuyến hệ thống gây lên tốc độ tăng dần đến tốc độ định mức 6.2.2.3 Khởi động không tải, tải đóng sau thời gian SVTH: Nguyễn Văn Hải 86 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tt nghip: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều Dong dien Ia (A) -1 Time (s) 10 Time (s) 10 Toc n (v/ph) 2000 1500 1000 500 Hình 6.24: Dòng điện tốc độ động khởi động không tải sau thời gian đóng tải định mức có phản hồi hai mạch vòng kín Sau khởi động thời gian đóng tải định mức ta thấy dòng điện phần ứng động tăng từ dòng không tải lên dòng định mức tốc độ động đợc giữ ổn định tốc độ định mức Nhận xét: Qua trình mô ta thấy đợc trình động động có phản hồi tơng đối tốt, đánh giá tiêu chí thiết kế đặt ổn định tốc độ động Từ cho thấy trình tính toán thiết kế lựa chọn tham số điều chỉnh đà đợc điều chỉnh tốt Và trình làm việc ổn định sai số tĩnh gần nh Nhợc điểm hệ thống hai mạch vòng phản hồi thể rõ ta khởi động không tải Việc kéo dài trình độ hay nói khác dao động mạnh dòng điện không tránh khỏi Đó yếu tố phi tuyến hệ thống gây lên Tuy nhiên xét nhiều phơng diện việc sử dụng phơng pháp điều khiển bÃo hoà phi tuyến để thực điều khiển tối u hai mạch vòng kín sách lợc điều khiển có giá trị thực dụng, đợc sử dụng phổ biến Kết mô đà cho thấy rõ đợc vai trò hệ thống điều khiển tối u hai mạch vòng kín trình khởi động nh trình ổn định tốc độ có biến thiên tải Đáp ứng hầu hết tiêu chuẩn khắt khe đối tợng điều khiển SVTH: Nguyễn Văn Hải 87 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động c in mt chiu SVTH: Nguyễn Văn Hải 88 Lớp: TB§-§T 03 Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động điện chiều KÕt luËn Ngày nay, với phát triển nhanh nh vũ bÃo kinh tế, kéo theo việc đại hoá công nghiệp lẫn sống hàng ngày đợc quan tâm đầu t mạnh mẽ Chính vai trò hệ thống truyền động phủ nhận Đối với nớc phát triển, có khoa học đại họ có phơng pháp tiến với chi phí lớn để thực cho vấn đề Còn nớc phát triển nh Việt Nam yêu cầu đáp ứng đợc đầy đủ trình sản xuất với chi phí rẻ dễ sử dụng lại cần thiết Chính việc thực đề tài nµy vµo thùc tÕ theo em lµ hÕt søc hiƯu cần thiết Qua trình thực đề tài em tự nhận thấy: với thân em đà thực nỗ lực để hoàn thành đề tài đợc giao hết đà bổ xung cho em nhiều kiến thức mà em thiếu sót phải cố gắng học tập nghiên cứu nhiều để đáp ứng đợc công việc sau Với mức độ kiến thức thời gian hạn chế, em tránh khỏi thiếu xót trình làm đề tài Em mong đợc góp ý chân thành tích cực từ thầy bạn để em học tập bổ sung thêm thiếu xót sau Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Hà Xuân Hoà đà nhiệt tình bảo, giúp đỡ, cung cấp tài liệu định hớng cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất Trần Văn Thịnh, Nhà xuất giáo dục Truyền động điện Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2001 SVTH: Nguyễn Văn Hải 89 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ỏn tốt nghiệp: Thiết kế nguồn chỉnh lưu – Động c in mt chiu Cơ sở điều khiển tự ®éng trun ®éng ®iƯn – TS TrÇn Thä, PGS TS Võ Quang Lập, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Matlab & Simulink – Ngun Phïng Quang, Nhµ xt khoa học kĩ thuật Máy điện Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Giáo Trình Truyền động điện, Bùi Đình Tiếu, nhà Xuất Giáo Dục SVTH: Nguyễn Văn Hải 90 Lớp: TBĐ-ĐT 03 ... chỉnh lưu – Động điện chiều Chơng tính toán mạch động lực cho hệ truyền động 3.1 Mạch động lực hệ truyền động Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực cầu ba pha đối xứng Các thông số động cơ: Uu =... chỉnh lưu – Động điện chiều Lêi mở đầu Hiện nay, công nghiệp phát triển mạnh mẽ ứng dụng việc điều khiển chiều nh máy điện chiều đặc biệt động điện chiều đợc sử dụng rộng rÃi nhiêu Và để đáp ứng... khiển động chiều 1.2 Động điện chiều 1.2.1 Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại, động chiều đợc coi l loại máy quan trọng ngy có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều