Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu bản quyên, có file mô phỏng. Nếu mua liên hệ email thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập chương 23 pha điều kiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lậpxây dựng hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập hai mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điệnmô phỏng điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập không sử dụng cảm biến tốc độ
Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Khoa Điện Bộ môn : Tự động hóa Môn Học : Điều Khiển Truyền Động Điện Tiêu đề tâp : Mô động điện chiều kích từ độc lập hệ thống mạch vòng điều khiển tốc độ, hệ thống mạch vòng kín điều khiển dòng điện tốc độ Matlab Simulink Mô động xoay chiều pha không đồng thuật điều khiển kinh điển luật V/f không đổi, điều khiển Vector tựa theo từ thông Rotor Bao gồm file nguồn Matlab Simulink, Bảng thuyết minh Họ tên : Lê Quang Hai Lớp : 11D2 Nhóm : 27 Giáo viên giảng dạy hướng dẫn làm tập lớn : TS Lê Tiến Dũng Tài liệu Tham khảo : [1] Truyền Động Điện Thông Minh, Nguyễn Phùng Quang [2] MatLab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang [3] Electric Motor Drives - Modeling Analysis and Control [4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Van Liễn, Ðiều chỉnh tự dộng truyền dộng diện, NXBKhoa Học & Kỹ Thuật - Nam 2001 [5] Nguyen Phung Quang, Andreas Dittrich, Vector Control of ThreePhase AC Machines - System Development in the Practice, Springer 2009 [6] Slide” Điều khiển hệ thống truyền động điện”, TS.Lê Tiến Dũng Trang : Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động I Đề bài: Giả sử ta chọn động DC có thông số bên Cho động điện chiều có thông số sau Công suất định mức : Iđm = 8.3 (A) Điện áp phần ứng định mức : Uưđm = 220(V) Tốc độ định mức : nđm = 1470 (vòng /phút) Điện trở mạch phần ứng : Rư = (Ω) Điện kháng mạch phần ứng : Lư = 0.0072 (H) Mô men quán tính : J = 0,0607 (Kg.m2) Yêu cầu thiết kế: Tổng hợp mạch vòng tốc độ (hệ thống có 01 vòng kín) coi động khâu dao động coi động khâu quán tính bậc (bỏ qua Tư, Tc) Sử dụng Matlab - Simulink mô hệ thống tổng hợp sơ đồ khối thư viện Simpower System với nguồn cấp cho mạch kích từ chỉnh lưu tia pha không điều khiển, nguồn cấp cho mạch phần ứng chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Tổng hợp mạch vòng dòng điện mạch vòng tốc độ (hệ thống có 02 vòng kín) bỏ qua sức điện động cảm ứng không bỏ qua đại lượng Trong trường hợp sử dụng Matlab - Simulink mô hệ thống tổng hợp sơ đồ khối Các thông số máy phát tốc, cảm biến dòng điện, chỉnh lưu lấy từ bài giảng - Bộ chỉnh lưu: Hệ số khếch đại: Kcl= Uưđm/10 Hằng số thời gian: Tcl= 1/(2.2.m.f) (s) -Máy phát tốc: Hệ số khếch đại: Kft= 10/Wđm; Hằng số thời gian: Tft= 0,004 (s) - Cảm biến dòng điện: Hệ số khếch đại: Kdd= 10/Iưđm; Hằng số thời gian: Tft= 0,001 (s) II Bài làm: 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Sơ đồ mạch điện thay đặc tính động điện chiều : Trang : Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Ukt, Ikt : Điện áp & dòng điện kích từ Lkt, Rkt : Điện trở & điện kháng kích từ Uư, Iư : Điện áp & dòng điện phần ứng Te, TL : Moment quay, Moment cản Lư, Rư: Điện trở, điện kháng phần ứng 1.2 Các phương trình mô tả động điện chiều : 1.2.1 Ở chế độ xác lập : Mômen điện từ động là: mM = p.N Φ.iu = k Φ.iu 2πa (1) Trong đó: p : Số đôi cực động N : Số dẫn phần ứng cực từ a : Số mạch nhánh song song cực từ Φ : Từ thông kích từ cực từ k = p.N hệ cấu tạo động (phụ thuộc vào kết cấu) 2πa Sức điện động động cơ: eu = p.N Φ.ω = k.Φ.ω 2πa (2) Trong đó: ω : Vận tốc góc rotor (rad/s) Nếu biểu diễn eu theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: eu = k e Φ.n với ω = Suy ra: k e = 2πn 60 k p.N 2π = k ≈ ≈ 0.105k hệ số sức điện động động 60a 60 9,55 Phương trình cân điện áp phần ứng sau: Trang : Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động e u = u u − R u i u = k.Φ.ω (3) Từ ta có: ω= u u − R uiu kΦ (4) Từ phương trình (1) (4) ta suy phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập sau: ω= uu Ru − m k Φ (k Φ) (5) Trong đó, ta bỏ qua tổn thất tổn thất thép (xem mômen trục động (m cơ) = mômen điện từ (mM) = m) Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, Φ = const phương trình đặc tính động điện chiều tuyến tính hình : ω m 1.2.2 Ở chế độ độ : Từ sơ đồ thay hình 1, ta có: Phương trình điện áp mạch phần ứng: u u = eu + Ru iu + Lu diu dt (7) Phương trình chuyển động hệ thống : dω m M − mc = j (8) dt Biến đổi Laplace (7) (8), ta có : uu(s) = eu(s) + Ruiu(s) + Lu.s.iu(s) (9) mM - mc = J.s.ω(s) (10) Giả thiết mc = 0, suy : ω ( s) = mM k Φ ( s ).i ( s ) = J.s J.s Trang : (11) Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động hay i ( s) = ω ( s ).J s k Φ( s ) (12) Ta có: eu(s) = k.Φ(s).ω(s) (13) Thay (12)và (13) vào (9) ta được: J s J s ω ( s ) + Lu s ω (s) k Φ ( s) k Φ( s ) ω (s) = Lu J R J hay uu ( s ) s + u s + kΦ( s ) kΦ( s ) kΦ ( s) k Φ ( s) ω (s) = hay Ru J u u ( s ) Lu Ru J s2 + s +1 Ru (kΦ( s )) (kΦ( s )) u u ( s ) = k Φ( s ).ω ( s ) + R u cuối ta được: kd ω(s) = (14) u u (s) Tu Tc s + Tc s + 1 kd = hệ số khuếch đại động cơ; kΦ( s ) Trong : Tu = Lu Ru số thời gian mạch phần ứng; Tc = Ru J ( kΦ ( s)) số thời gian 1.3 Sơ đồ cấu trúc động chiều kích từ độc lập : Giả thiết Φ = const, từ phương trình mô tả mục 2, ta có sơ đồ cấu trúc động chiều kích từ độc lập từ thông không đổi sau : mc uu mM iu ω _ _ Ru eu Jp kΦ kΦ Ta có: ω= 2πn 60 , sơ đồ thể sau : mc uu mM iu _ n _ eu Ru 1 + Tu s Trang : kΦ 2πJs Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động hay 1/ R u iu Tu s +1 uu 1/ R u Tu s + mM kΦ - mc eu ω kΦ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ TỪ DỮ LIỆU BÀI TOÁN ĐÃ CHO: HỆ THỐNG CÓ MỘT VÒNG KÍN (TỐC ĐỘ) 3.1 Sơ đồ hệ thống Sơ đồ khối hệ thống U * * ω R (-) α Chỉnh lưu ω U ω Phát tốc Trang : ω Uư ĐM đl Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động 3.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển động điện chiều 3.3.a Động khâu dao động bậc Hàm truyền đạt khâu dạng tổng quát: Động điện chiều: Wdc ( p ) = K dc Tu Tc p + Tc p + Chỉnh lưu tia pha (hoặc cầu pha): Wcl ( p ) = K cl , Kcl=(1.35Vcm)/V=31.05(V/V), Tcl = , Tcl p + pf f = 60Hz, p = (6), (Tcl = 0.00138s) Máy phát tốc: W ft ( p ) = K ft T ft p + , K ft = 10 =0.065, Tft = 0.002s ω dm Hàm truyền động viết dạng sau: Wdc ( p ) = K dc ( T1 p + 1)( T2 p + 1) , với T1 T2 tính toán là: T1 = -1/-67.8042 = 0.1077s T2 = -1/-24.3743 = 0.0208s Và hàm truyền đạt đối tượng điều khiển sau: S ( p) = K ( T1 p + 1)( T2 P + 1)( Tcl p + 1) (T ft p + 1) Trong đó, K = Kdc*Kcl*Kft = 1.2936, Tcl = Tclc3 = 0.00139s Vì rằng, số thời gian mạch chỉnh lưu cầu pha (cấp cho mạch phần ứng) T clc3 = 0.00139 số thời gian mạch phát tốc Tft = 0.002 ([...]... đáp ứng điều khiển: Đáp ứng mạch vòng điều khiển tốc độ: Trang : 25 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Đáp ứng của mạch vòng điều khiển dòng điện: Trang : 26 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Đáp ứng tốc độ của động cơ: Trang : 27 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Cảm biến dòng: Để thay đổi và điều khiển được dòng điện, mômen ta dùng biến dòng để đo dòng điện phần ứng và cho phép... được độ hoạt động ổn định trong chế độ tĩnh cũng như động của động cơ một chiều kích từ độc lập + Trong chế độ tĩnh: Thì sau khoảng thời gian đặt trước là 1s thì tốc độ của động cơ đã bám theo đúng giá trị đặt trước, và các đáp ứng của hệ thống cũng ổn định dần.(Đáp ứng dòng điện, đáp ứng tốc độ) + Trong chế độ động: Thì vẫn đáp ứng trước các tiêu chí về độ vọt lố, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều. .. luật điều khiển là tối ưu Module và tối ưu đối xứng Trang : 28 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động - Ngoài ra ta cũng nhận thấy rằng tốc độ của động cơ tăng lên, nhưng dòng điện phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc ập lại giảm xuống theo thời gian mục đích để đáp ứng giá trị của Moment, đưa giá trị Moment của động cơ vào hoạt động ở chế độ ổn định Trang : 29 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động. ..Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động 11 Trong đó: Trang : 11 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Hàm truyền của bộ biến đổi : Trang : 12 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Bộ điều khiển dòng điện và Bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp hàm chuẩn đã xác định là khâu PI: Sơ đồ khối hàm truyền đạt của hệ thống: Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 14 Sau một vài phép biến đổi sơ đồ khối,... kế bộ điều khiển dòng điện như sau: Imax=20(A) Hc=7.09/(Imax)=0.355(V/A) Mạch vòng điều chỉnh dòng điện được xấp xỉ lại như sau: Trong đó: Trang : 23 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Xét mạch vòng tốc độ: Imax PI /PID Uω∗ Rω Uiu* WOM iu DM2 ω (-) Uω FT Hàm truyền đạt của các khâu trong hệ thống (ở trên chưa đề cập đến): Thiết kế bộ điều khiển tốc độ như sau: Để ổn định tốc độ động cơ, chúng... hệ số tắt dao động bằng 0.707 Vì vậy thay vào phương trình của chúng ta có thể có: Trong thực tế mô hình của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta có: K >> 1 và Tl >> Tr Do đó ta có hệ số K có thể xấp xỉ thành: Từ phương trình của hệ số K chúng ta giải ra hệ số khuếch đại của bộ điều khiển PI là: Trang : 15 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Xấp xỉ mô hình mạch vòng dòng điện thành mô... phép mở máy động cơ Ngoài ra sử dụng biến dòng có ngắt ta sẽ khống chế được dòng điện khi máy làm việc quá tải trong thời gian ngắn Tính chất của bộ biến dòng là thay đổi giá trị của dòng điện vì thế bộ biến dòng có chứa phần khuếch đại Lõi thép của bộ biến dòng phi tuyến mạnh nên có thời gian trễ tương Để ổn định tốc độ động cơ, chúng ta đưa vào hệ thống phản hồi tốc độ động cơ qua máy phát tốc với các... Môn Truyền động điện Tự Động Trong đó: Tổng hợp mạch vòng tốc độ: Mạch vòng tốc độ sau khi đã sử dụng xấp xỉ bậc nhất của mạch vòng dòng điện được biểu diễn như trên hình vẽ Trong đó hàm số khuếch đại (loop gain function) của hệ là: Trang : 17 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Để giảm bậc của hệ thống, ta sử dụng phép xấp xỉ sau đây trong lân cận của tần số cắt: Tiếp theo, ta xây dựng một hằng... giảm độ quá điều chỉnh: Trang : 20 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động Trang : 21 Bài Tập Lớn: Môn Truyền động điện Tự Động 2 HỆ THỐNG CÓ HAI VÒNG KÍN (PHẢN HỒI DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ) 2.1 Sơ đồ hệ thống Imax PI /PID ω∗ Rω PI /PID Iu* Ri (-) α Udk (-) i (OM) ω (OS) 2.1 Sơ đồ khối hệ thống KΦ PI /PID Uω∗ Rω Imax PI /PID Uiu* (-) Ri CL Uu -E DM1 iu DM2 ω (-) Uiu CBD Uω FT 2.1.a Bỏ qua ảnh hưởng của sức điện. .. mạch vòng dòng điện thành mô hình bậc nhất Để thiết kế mạch vòng tốc độ, mô hình bậc 2 của mạch vòng dòng điện cần được thay thế bằng một mô hình xấp xỉ bậc nhất Mạch vòng dòng điện được xấp xỉ bằng cách cộng thêm hằng số thời gian trễ trong khối bộ biến đổi vào hằng số Tl của động cơ Kết quả ta có hàm truyền đạt và sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện như sau: Trong đó: T3 = Tl + Tr Hàm truyền đạt có