Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay động cơ Điện một chiều vẫn được dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài W đến hàng MW. Đây là loại động cơ đa dạng và linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc, và hãm với tải trọng nặng. Động cơ diện một chiều cũng dễ dàng đáp ứng với các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ rộng và đảo chiều nhanh với nhiều dặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ. Trong Động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh lưu điều khiển. Chỉnh lưu được dùng làm nguồn diều chỉnh điện áp phần ứng động cơ. Chỉnh lưu ở đây sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha. 1.1.1. Nguyên lý cấu tạo động cơ điện một chiều Giống như các loại động cơ điện khác, động cơ điện một chiều cũng gồm có stator và rotor….Động cơ ñiện một chiều gồm có stator, rotor, cổ góp và chổi ñiện. Hình 1.1Mặt cắt ngang trục máy điện một chiều Stator: còn gọi là phần cảm, gồm dây quấn kích thích được quấn tập trung trên các cực từ stator. Các cực từ stator được ghép cách điện từ các lá thép kỹ thuật điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,51mm, và được gắn trên gông từ bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÀI TẬP LỚN BÀI TẬP LỚN Mã: 13311H Học kỳ: – Năm học: 2023 – 2024 Đề tài: Xây dựng điều khiển dòng điện tốc độ cho động điện chiều π 21 Thực nghiệm Matlab kết hợp Arduino SINH VIÊN PHẠM TRUNG TÚ HOÀNG ĐỨC MẠNH LÃ XUÂN LỘC MSV 92330 90522 93821 LỚP ĐTĐ62CL ĐTĐ62CL ĐTĐ62CL NHIỆM VỤ Nhóm trưởng Thành viên Thành viên Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chun ngành Điện tự động cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: ThS.CAO ĐỨC THANH HẢI PHÒNG – tháng 12/năm 2023 ĐỀ TÀI BÀI TẬP LỚN Đề tài: Xây dựng điều khiển dòng điện tốc độ cho động điện chiều π 21 Thực nghiệm Matlab kết hợp Arduino Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Thanh Cao Đức Thanh Lời cảm ơn Để hoàn thành chuyên đề báo cáo thực tập trước tiên chúng em xin gửi đến quý thầy, cô giáo trường Đại học Hàng Hải Việt Nam lời cảm ơn chân thành sâu sắc Đặc biệt, em xin gởi đến thầy Cao Đức Thanh – người tận tình dẫn dắt , giúp đỡ em hoàn thành chuyên đề báo cáo lời cảm ơn sâu sắc Vì kiến thức thân cịn hạn chế, q trình thực tập, hồn thiện chuyên đề chúng em không tránh khỏi sai sót, kính mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy nhà trường Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực (Tất SV) Ký ghi rõ họ tên Tú Phạm Trung Tú Lộc Lã Xuân Lộc Mạnh Hoàng Đức Mạnh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Khái quát động điện chiều 1.1.1 Nguyên lí cấu tạo động điện chiều 1.1.2 Phân loại động điện chiều 1.1.3 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 1.2 Cách điều khiển động điện chiều 1.3 Tham số động CHƯƠNG MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Mơ tả tốn học động điện chiều 2.1.1 Chế độ độ động điện chiều 2.1.2 Trường hợp từ thơng kích từ khơng đổi 2.1.3 đổi Sơ đồ cấu trúc động chiều kích từ độc lập với từ thông không 2.1.4 Khái quát điều khiển PID 2.1.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ PHỎNG TỒN HỆ THỐNG 3.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3.2 Tính tốn thông số hệ truyền động động chiều kích từ độc lập tiến hành mơ máy tính phần mềm Matlab 3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 3.4 Mô 3.5 Mạch thực KẾT LUẬN Kết luận Hướng phát triển BÀI TẬP LỚN tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mặt cắt ngang trục máy điện chiều Hình 1.2 Các loại động điện chiều Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc động điện chiều Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động điện chiều Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc từ thơng khơng đổi Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc gọn theo tốc độ dòng điện Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc động chiều kích từ độc lập với từ thơng khơng đổi Hình 2.6 Mơ hình DCMC KTDC Φ= const Matlab Hình 2.7 Cấu trúc BĐK PID Hình 2.8 Điều khiển hồi tiếp với điều khiển PID Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo dạng hàm truyền Hình 2.11 Cấu trúc điều khiển tốc độ động Hình 3.1 Mạch vòng dòng điện chưa bỏ qua sức điện động Hình 3.2 Sơ đồ mạch vòng dòng điện dạng hàm truyền Hình 3.3 Mơ hình tổng hợp điều khiển dịng điện bỏ qua sức điện động Hình 3.4 Hàm truyền đối tượng điều khiển mạch vòng dòng điện Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển tốc độ thay mơ hình DCMC KTDC Φ=const Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển tốc độ thay mơ hình DCMC KTDC Φ=const ,khi bỏ qua E Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ Hình 3.8 Hàm truyền đối tượng điều khiển mạch vòng tốc độ CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Hiện động Điện chiều dùng phổ biến hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động chiều từ vài W đến hàng MW Đây loại động đa dạng linh hoạt, đáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc, hãm với tải trọng nặng Động diện chiều dễ dàng đáp ứng với truyền động khoảng điều khiển tốc độ rộng đảo chiều nhanh với nhiều dặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ Trong Động điện chiều, biến đổi điện mạch chỉnh lưu điều khiển Chỉnh lưu dùng làm nguồn diều chỉnh điện áp phần ứng động Chỉnh lưu sử dụng chỉnh lưu cầu pha 1.1.1 Nguyên lý cấu tạo động điện chiều Giống loại động điện khác, động điện chiều gồm có stator rotor….Động điện chiều gồm có stator, rotor, cổ góp chổi điện Hình 1.1Mặt cắt ngang trục máy điện chiều Stator: cịn gọi phần cảm, gồm dây quấn kích thích quấn tập trung cực từ stator Các cực từ stator ghép cách điện từ thép kỹ thuật điện dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, gắn gông từ thép đúc, vỏ máy Rotor: cịn gọi phần ứng, gồm lõi thép phần ứng dây quấn phần ứng lõi thép phần ứng có hình trụ, ghép từ thép kỹ thuật diện ghép cách điện với Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, đặt vào rãnh lõi thép rotor Các phần tử dây quấn rotor nối tiếp thơng qua góp cổ góp Lõi thép phần ứng cổ góp cố định trục rotor Cổ góp chổi điện: làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện dây quấn phần ứng 1.1.2 Phân loại động điện chiều Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động điện chiều thành loại sau: Động điện chiều kích từ độc lập: Dịng điện kích từ lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng Trường hợp đặc biệt, từ thơng kích từ tạo nam châm vĩnh cữu, người ta gọi động điện chiều kích thích vĩnh cửu Động điện chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng Động điện chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp Trong đó, cuộn kích từ song song thường cuộn chủ đạo trình bày loại động điện chiều Hình 1.2: Các loại động điện chiều a) Động điện chiều kích từ độc lập b) Động điện chiều kích từ song song c) Động điện chiều kích từ nối tiếp d) Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.1.3 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Ưu điểm động điện chiều so với loại động điện khác khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng, điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ chế tạo Do đó, điều kiện bình thường, cấu có yêu cầu chất lượng điều chỉnh tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta thường sử dụng động điện chiều Đối với hệ thống truyền động điện chiều có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường sử dụng động điện chiều kích từ độc lập Trong phạm vi đề tài này, xét khả điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.2 Cách điều khiển tốc độ động điện chiều Điều khiển tốc độ động điện chiều phương pháp sử dụng điện trở Đây phương pháp đơn giản nhiều người áp dụng cần mắc nối tiếp điện trở vào phần ứng, độ dốc đường đặc tính giảm, số vịng quay giảm tốc độ chậm lại tương ứng Điều khiển tốc độ động điện chiều phương pháp điều khiển từ thông Phương pháp điều chỉnh từ thông hay gọi điều chỉnh sức điện động động momen điện từ Khi từ thông giảm tốc độ quay động theo tăng lên Tuy nhiên, thực tế, phương pháp sử dụng khó để thực Điều khiển tốc độ động điện chiều phương pháp điều khiển điện áp phần ứng Điều khiển động điện chiều lựa chọn điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng động lựa chọn điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Theo đó, thực thay đổi điện áp phần ứng tốc độ quay động bị thay đổi tương ứng Nhóm chúng em lựa chọn phương pháp điều khiển Uư PWM PWM hay phương pháp thay đổi độ rộng xung kỹ thuật giúp cho điều chỉnh giá trị trung bình điện áp chạy đến thiết bị điện tử cách bật tắt nguồn với tốc độ nhanh Điện áp trung bình phụ thuộc vào chu kỳ xung lượng thời gian tín hiệu BẬT tương quan với lượng thời gian tín hiệu TẮT khoảng thời gian quy định Vì vậy, cịn tùy thuộc vào kích thước cụ thể động cơ, cần kết nối đầu Arduino vào chân điện trở Mosfet tiến hành điều khiển tốc độ motor cách điều khiển đầu PWM Tín hiệu Arduino có cơng suất thấp bật tắt chân Mosfet, qua động công suất cao điều khiển 1.3 THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ (Л-21)Л-21) Công suất định mức: Pdm = 1.5 [KW]; Điện áp phần ứng: Uưđm = 110[V]; Dòng điện định mức : IĐM = 18 (A) Tốcđộ định mức ndm = 3000[vòng/phút]; Điện trở phần ứng: Rư = 0.514 [Ω]; ]; Điện cảm phần ứng: Mô mem quán tính: Lư = 0.0116 [H]; J =0.045 (kg.m2) Bộ điều khiển PID mơ tả mơ hình vào-ra: đó: e(t) – tín hiệu đầu vào; u(t) – tín hiệu đầu ra; kp – hệ số khuếch đại; TI – số tích phân; TD – số vi phân Từ mơ hình vào – trên, ta có hàm truyền đạt điều khiển PID: Có nhiều phương pháp xác định tham số điều khiển PID - Phương pháp Ziegler-Nichols - Phương pháp Chien-Hrones-Reswick - Phương pháp tổng T Kuhn - Phương pháp tối ưu modul phương pháp tối ưu đối xứng - Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám 2.1.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển Hình 2.9:Sơ đồ cấu trúc điều khiển Các thành phần cấu trúc : biến đổi chỉnh lưu cầu pha ( tự tính tốn thiết kế chọn van ) , máy điện chiều , điều khiển PID dòng , đk tốc độ , cảm biến đo dòng , máy phát tốc , enccodor, phát xung , biến trở để tạo tín hiệu đặt , Hình 3.10:Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo dạng hàm truyền Giải thích cấu trúc Điều khiển tốc độ chế độ vận hành Hệ truyền động giữ tốc độ không đối không phụ thuộc vào mô-men tải Tốc độ đặt giá trị khối tạo hàm đặt khối tạo điện áp đặt cho điều khiển tốc độ với khoảng thời gian xác định Điều cho phép gia tốc động trơn nối tải Đầu điều khiển tốc độ đưa vào mạch tạo xung, điều khiển điện áp đặt lên phần ứng động Điều khiển tốc độ sử dụng đo tốc độ máy phát tốc Máy phát tốc dùng để đo xác tốc độ động làm việc tốc độ tốc độ Tốc độ đo đưa điều chỉnh tốc độ Bộ điều khiển tốc độ điều chỉnh điện áp phần ứng để giữ tốc độ động không đổi với biến thiên tải Chẳng hạn, tải tăng đột biến, tốc độ động thấp, tốc độ phản hồi giảm Bộ điều khiển tốc độ cho tín hiệu đầu lớn để đưa vào điều chỉnh dịng, tăng góc mở đưa vào mạch phát xung Kết điện áp phần ứng tăng tăng mơ-men để động làm việc tải tăng Tốc độ động tăng đến đạt tốc độ đặt Điều khiển mô-men Một số ứng dụng yêu cầu vận hành với yêu cầu mô men mà khơng để ý đến tốc độ Mạch vịng tốc độ loại bỏ mô-men đặt đầu vào Bộ điều khiển dòng làm việc điều khiển mơ-men mơ-men tỷ lệ với dịng Ta Có Cấu Trúc Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Hình 2.11: Cấu Trúc Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ CHƯƠNG :TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ PHỎNG TOÀN HỆ THỐNG