ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP o0o NGUYỄN CHÍ KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Ở VÙNG TỐC ĐỘ LỚN HƠN TỐC ĐỘ CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP o0o Nguyễn Chí Kiên NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Ở VÙNG TỐC ĐỘ LỚN HƠN TỐC ĐỘ CƠ BẢN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 605202 16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THỊ MAI HƯƠNG Thái Nguyên - 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ***** CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Chí Kiên; Đơn vị công tác: Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Phú Thọ; Cơ sở đào tạo: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên; Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa; Khoá học: 14 (2011-2014); Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Mai Hương; Tên đề tài: “Nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ trong hệ điều tốc động cơ một chiều ở vùng tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản”. Ngày 15 tháng 8 năm 2014 Họcviên NGUYỄN CHÍ KIÊN - i - LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Chí Kiên Sinh ngày : 20 tháng 3 năm 1973 Học viên lớp cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Phú Thọ Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được ai công bố trong bấ t kỳ công trình nào. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 08 năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Chí Kiên ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp; Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau đại học, các giảng viên đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này; Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Th ị Mai Hương, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này; Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Tiến Hưng đã tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất; Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể lu ận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế. Xin trân thành cảm ơn! NGƯỜI THỰC HIỆN NGUYỄN CHÍ KIÊN  iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU vii 1. Mục tiêu của nghiên cứu vii 2. Nội dung nghiên cứu vii CHƯƠNG 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1  1.1 Khái niệm chung 1 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 2 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng. 3 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ. 4 1.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 7 1.2.4 Điều khiển phần ứng và kích từ kết hợp 8 1.2.5 Điều khiển nối cấp động cơ một chiều trong vùng giảm kích từ 12 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYẾN ĐỘNG 16 2.1 Giới thiệu 16 2.2 Mô hình hệ thống động 16 2.3 Tuyến tính hóa đầu ra – đầu vào 17 2.4 Thiết kế điều khiển thích nghi theo tải 20 2.5 Điều khiển tốc độ động cơ không sensor 25 2.6 Các ứng dụng 28 2.7 Kết luận 30 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 32 3.1 Tổng hợp hệ 32 iv 3.2 Hệ điều chỉnh tốc độ ở chế độ điều áp phần ứng 32  3.2.1 Mô hình toán học động cơ một chiều, kích từ độc lập. 32 3.2.2 Mô hình toán học bộ chỉnh lưu có điều khiển. 36 3.2.3 Tổng hợp các mạch vòng. 37 3.3 Hệ điều chỉnh tốc độ ở chế độ điều chỉnh giảm từ thông kích từ 41 3.3.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện. 42 3.3.2 Tổng hợp mạch vòng sức phản điện động. 44 3.4 Kết luận chương 3 45 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 46 4.1 Mô phỏng hệ thống 46 4.1.1 Bảng tham số động cơ truyền động 46 4.1.2 Cấu trúc mô phỏng hệ thống 46 4.1.3 Kết quả mô phỏng 47 4.2. Thực nghiệm 49 4.2.1 Mô hình thí nghiệm 49 4.2.2 Đặc tính thí nghiệm 50 4.3 Kết luận chương 4 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 1. Kết luận 51 2. Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập 3  Hình 1. 2 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng 4 Hình 1. 3 Đặc tính cơ, cơ điện của động cơ khi giảm từ thông 5 Hình 1. 4 Sơ đồ thay thế, Đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh từ thông động cơ 7 Hình 1. 5 Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng 8 Hình 1. 6 Các vùng điều khiển động cơ DC ở trạng thái tĩnh 9 Hình 1. 7 Các vùng làm việc của động cơ DC kích từ độc lập trong mặt phẳng mômen quay - tốc độ 11  Hình 1. 8 Điều khiển động DC trong các vùng giảm kích từ và vùng phần ứng 14 Hình 1. 9 Sơ đồ khối tương đương đơn giản trong vùng giảm kích từ 15 Hình 2. 1 Bộ điều khiển bám tốc độ MIMO phi tuyến thích nghi theo tải 24 Hình 2. 2. Đáp ứng hệ thống với momen tải thường. 27 Hình 2. 3. Đáp ứng tốc độ với nhiễu momen tải 29 Hình 3. 1 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ điều tốc 32  Hình 3. 2 Sơ đồ mạch thay thế mạch điện phần ứng 33 Hình 3. 3 Mô hình tuyến tính hoá động cơ điện một chiều 34 Hình 3. 4 Mô hình tuyến tính hoá động cơ điện một chiều 34 Hình 3. 5 Mô hình tuyến tính hoá mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập 36 Hình 3. 6 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển 36 Hình 3. 7 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện 37 Hình 3. 8 Sơ đồ rút gọn mạch vòng dòng điện 38 Hình 3. 9 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ. 39 vi Hình 3. 10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 40  Hình 3. 11 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện mạch kích từ 42 Hình 3. 12 Sơ đồ cấu trúc rút gọn mạch vòng dòng điện mạch kích từ 42 Hình 3. 13 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ. 44 Hình 3. 14 Cấu trúc rút gọn mạch vòng điều khiển điện áp kích từ 44 Hình 4. 1 Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnh điện áp phần ứng 47 Hình 4. 2 Đặc tính tốc độ, mô men và công suất vùng điều chỉnh giảm từ thông 48 Hình 4. 3 Mô hình thực nghiệm hệ thống 49 Hình 4. 4 Đặc tính tốc độ động cơ khi điều chỉnh giảm từ thông 50 vii MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: Cùng với sự ra đời của động cơ không đồng bộ, giá thành thấp và có cấu tạo đơn giản, tin cậy. Sử dụng nguồn cung cấp là các bộ biến đổi bán dẫn công suất, hoặc được trang bị các bộ biến tần, người ta đã cho rằng động cơ một chiều sẽ trở nên lỗi thời trong các ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, trái vớ i nhận định trên, các truyền động động cơ một chiều vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như nhà máy cán, máy giấy, các máy cuốn và trải Trong hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập (SEDCM), các phương pháp điều khiển tuyến tính được áp dụng cho hệ thống một cách đơn giản và được mô tả bởi các phương trình tuyến tính trong vùng điều khi ển phần ứng. Tuy nhiên, phần phi tuyến của hệ thống bắt đầu xuất hiện khi động cơ hoạt động trong vùng kích từ giảm, do mômen điện từ là tích của từ thông và dòng phần ứng, sức phản điện động (EMF) là tích của từ thông và tốc độ, và độ bão hòa từ. Đề tài nghiên cứu này góp phần thực hiện việc thiết kế điều khiển tốc độ phi tuyến của truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập trong chế độ giảm kích từ. 2. Mục tiêu của nghiên cứu: - Đề tài nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều ở vùng trên tốc độ cơ bản. - Ứng dụng phương pháp điều khiển cho một hệ thống thiết bị thực tế . 3. Nội dung nghiên cứu: Chương 1. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều; Chương 2. Thiết kế hệ thống truyền động ; Chương 3. Xây dựng hệ điều tốc động cơ một chiều ; Chương 4: Mô phỏng và thực nghiệm. [...]... thit k cỏc vũng lp iu khin - e, k n dũng in xoỏy trong lừi st G18 Ngoi ra cỏc in ỏp cao gõy ra bi vic bin ỏp trong cun dõy phn ng nh hng n chuyn mch phi c xem xột loi b nhng nh hng ca nhit cun dõy v dao ng in ỏp cung cp ti t thụng chớnh trong vựng tc c s, mt vũng lp iu khin dũng in bờn trong thng c k n trong ú duy trỡ mt dũng kớch t ti a c mụ t trong vựng iu khin phn ng bt chp nhng thay i in khỏng... vựng lm vic ca ng c DC kớch t c lp trong mt phng mụmen quay - tc Hỡnh ny cho thy rừ rng ng c mt chiu l mt i tng iu khin tuyn tớnh ch trong vựng iu khin phn ng; khi vt quỏ tc c bn, s cú phi tuyn ỏng k ngay c trong iu kin trng thỏi tnh iu khin phn ng v kớch t ng thi ụi khi c xem nh l mt cỏch gim tn tht ng c nh gim cỏc tn tht ng trong cỏc cun dõy kớch t v tn tht st trong phn ng, tt nhiờn, iu ny ch ng... e 0 , nh c ch ra trong Hỡnh 1.9, tuy nhiờn, trong hu ht cỏc trng hp iu ny c b qua v cỏc kt qu thc t chng minh rng s chớnh xỏc thng l khụng cn thit 14 ữ Mt s xem xột tt nhiờn phi c a ra sao cho b iu khin tc a ra cỏc kt qu chp nhn c trong phn ng cng nh trong ch iu khin kớch t Vớ d, Hỡnh.1.9 ch mt quỏ o chiu khụng ti mụ phng gia khong 1.50 ó c tớnh toỏn trờn c s ca h thng ch ra trong Hỡnh.1.8 nh... kớch t, hn ch in ỏp phn ng cm ng theo e e 1 ua 0 0 e 0 iu ny to ra s thay i mong mun ca t thụng trong vựng gim kớch t Cỏc vựng lm vic iu khin phn ng v kớch t trong mt phng mụmen quay - tc c hin th trong: Hỡnh 1.7 Cỏc ng cong ia = const c mụ t 11 bi cỏc ng thng song song trong ch iu khin phn ng; trong vựng suy gim kớch t, momen quay ng vi mt dũng phn ng cho trc b gim, vỡ mM eia Tng t, cỏc ng... chiu kớch t" thng c s dng trong quỏ kh li rt ớt khi c s dng ngy nay bi vỡ nú c cho l ngt kớch t sau ú cp li kớch t cho ng c, vic ny ũi hi thi gian vỡ theo quan im nng lng, t trng ln ang c tớch ly trong cun dõy kớch t Nu in ỏp cng bc cao 10 c t vo cun kớch t o chiu t thụng nhanh, mt in ỏp ỏng k cng cm ng trong cun dõy phn ng gõy nguy him cho vnh gúp Cng vy, dũng phn ng phi gii hn trong thi gian o chiu... kớch t ti a l mc tiờu trong vựng iu khin phn ng Khi tc ang tng lờn, in ỏp cm ng e cú th t n giỏ tr mu emax khi s cõn bng t c b iu khin - e bt u gim in ỏp kớch t mong mun S c v trong Hỡnh1.8 mụ t mt h thng iu khin phc tp v phi tuyn cao, trựng hp vi tt c cỏc phng phỏp thit k tng quỏt; s rỳt gn ỏng k a ra kt qu nu cú thnh cụng trong vic tng tc vũng lp iu khin - e thỡ ch cú ớch trong vựng gim kớch t,... lm vic ny n ch lm vic khỏc Lc iu khin chng minh tớnh hu ớch trong thc t, c ch ra trong Hỡnh1.8 Nú bao gm iu khin cp tc - dũng in, c thc hin qua in ỏp phn ng m ó tho lun trc, ngoi ra, cú mt vũng iu khin ph in ỏp kớch t khi tc tng trờn tc c bn Ngun in ỏp iu chnh cung cp cho cun dõy kớch t thng c thc hin bi mt b bin i thyristor, c mụ t trong Hỡnh1.8 nh mt phn t tr Mụ hỡnh phi tuyn ca mch t tng ng... mch phi tuyn, vỡ vy h iu chnh t thụng cng l h phi tuyn: ik ek d k rb rk dt trong ú: rk - in tr dõy qun kớch thớch, rb - in tr ca ngun in ỏp kớch thớch, k s vũng dõy ca dõy qun kớch thớch, Trong ch xỏc lp ta cú quan h: = f [ik] Thng khi iu chnh t thụng thỡ in ỏp phn ng c gi nguyờn bng giỏ tr nh mc, do ú c tớnh c thp nht trong vựng iu chnh t thụng chớnh l c tớnh cú in ỏp phn ng nh mc,t thụng nh mc... cao trong di iu chnh rng T phng trỡnh c tớnh c, ta cú cỏc phng phỏp iu chnh tc ng c : + Ni thờm in tr ph vo mch phn ng; + Thay i t thụng kớch t; + Thay i in ỏp phn ng Phng phỏp iu chnh tc bng cỏch thờm in tr ph vo mch phn ng tng R ch cho phộp iu chnh tc quay trong vựng di tc quay nh mc v luụn kốm theo tn hao nng lng trờn in tr ph, lm gim hiu sut ca ng c in Vỡ vy phng phỏp ny ớt dựng v ch dựng trong. .. [Separately Excited DC Machine] 1.2.5 iu khin ni cp ng c mt chiu trong vựng gim kớch t: Trong Phn:1.2.4 ta thy rng bng cỏch gim kớch t chớnh, mt ng c mt chiu cú th lm vic trờn tc c bn s dng tt, iu quan trng l ng c cn c cung cp in ỏp phn ng nh mc v gim in ỏp kớch t; nh ó cp phn trc cú th cú mt s thun li cho iu khin Vỡ ng c cú th luõn phiờn lm vic mt trong nhng vựng ny do vy phự hp nờn la chn mt chin lc iu . CHÍ KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Ở VÙNG TỐC ĐỘ LỚN HƠN TỐC ĐỘ CƠ BẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA . Nguyễn Chí Kiên NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Ở VÙNG TỐC ĐỘ LỚN HƠN TỐC ĐỘ CƠ BẢN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số:. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1  1.1 Khái niệm chung 1 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 2 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng