Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tổng hợp hệ thống truyền động điện trình bày nội dung qua 3 chương về giới thiệu công nghệ xây dựng phương án truyền điện, mô hình hóa hệ thống truyền động điện, tổng hợp hệ thống truyền động điện,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CƠNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Giới thiệu cơng nghệ/ bài tốn: Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập với các số liệu ban đầu như sau: Nguồn điện xoay chiều 3 pha 220/380 V Tải của hệ thống truyền động điện được cho như hình vẽ với: r1/r2 =4;TL= 25 Nm; JL = 0.06 kg.m2 T1 r1 ωM T2 r2 Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống 1.2 Phân tích u cầu cơng nghệ, đặc tính cơ của tải: a) u cầu cơng nghệ: Sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập điều khiển tốc độ của tải theo u cầu về tốc độ như Hình 2 Nguồn điện sử dụng : 220/380V, do đó cần sử dụng bộ biến đổi phù hợp Hệ thống hoạt động ổn định, bám càng sát với đồ thị tốc độ mong muốn thì càng tốt Sai số nằm trong khoảng cho phép Điều khiển động cơ dễ dàng, điều khiển động cơ có đảo chiều quay Trang: 1 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện ω L(rad/s) 100 4s 6s 7s t 0 1s 3s 110 Hình 2: Đồ thị tốc độ mong muốn của tải b) Đặc tính cơ của tải: + Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mơmen cản của máy sản xuất: Mc = f(ω) hay Mc = f(n) Trong đó: ω Tốc độ góc (rad/s) n Tốc độ quay (vg/ph) Mc Mơmen cản (N.m) + Phương trình đặc tính cơ của tải: Mc = Mco+ (Mđm – Mco)( )α Trong đó: Mc mơmen ứng với tốc độ ω Mco mơmen ứng với tốc độ ω = 0 Mđm mơmen ứng với tốc độ định mức ωđm + Ta có các trường hợp số mũ α ứng với các tải: Khi α = 1, mơmen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy cuốn dây, cuốn giấy, Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mơmen cản (lực cản) lớn Khi α = 0, Mc = Mđm= const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, Khi α = 1, mơmen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở Khi α = 2, mơmen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy Trang: 2 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện gió, máy nén Ở hệ thống này , momen cản là loại cơ cấu nâng hạ có α = 0 Mc = Mđm = const ω (rad/s) α =0 M(N/m) M đm Hình 3: Đồ thị đặc tính cơ của tải 1.3 Chọn phương án truyền động: Chọn phương án truyền động là dựa trên các u cầu cơng nghệ và kết quả tính chọn cơng suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thỏa mãn u cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo u cầu truyền động Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều (có chổi than) là: Điều chỉnh điện áp phần ứng Điều chỉnh từ thơng kích từ Kết hợp điều chỉnh từ thơng kích từ và điện áp phần ứng Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng hầu như khơng được sử dụng trong các hệ có u cầu chất lượng cao do tổn hao cơng suất Trang: 3 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có đáp ứng được đặc trưng bằng hằng số thời gian có giá trị nhỏ Ngược lại, hằng số thời gian đặc trưng cho đáp ứng của phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ có giá trị lớn hơn gấp 10100 lần so với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Hằng số thời gian lớn làm cho phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ có đáp ứng chậm Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phù hợp cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ định mức. Còn phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ phù hợp để điều chỉnh trên tốc độ định mức Các phương pháp điều chỉnh truyền động hiện đại: bộ điều khiển được tự động điều chỉnh trong q trình hoạt động dựa trên các tham số(dã được nhận dạng) của động cơ và của các thành phần khác trong hệ Phương pháp điều chỉnh nối tầng thường được sử dụng phổ biến với đặc điểm: + mạch vòng dòng điện/momen đáp ứng nhanh + mạch vòng tốc độ đáp ứng chậm hơn + mạch vòng vị trị đáp ứng chậm nhất, hoặc khơng cần thiết Ở đây ta chọn phương án truyền động cho động cơ một chiều kích từ độc lập, có đảo chiều và hoạt động ở 2 góc phần tư, điều khiển đảo chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống truyền động điện: Trang: 4 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện 1.5 Tính chọn cơng suất động cơ: Nguồn động lực trong một hệ thống truyền động điện là động cơ điện. Các u cầu kỹ thuật, độ tin cậy trong q trình làm việc và tính kinh tế của hệ thống truyền động điện phụ thuộc chính vào sự lựa chọn đúng động cơ điện và phương pháp điều khiển động cơ Chọn một động cơ điện cho một hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều tiêu chuẩn phải đáp ứng: Động cơ phải có đủ cơng suất kéo Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương pháp điều chỉnh thích hợp Thỏa mãn các u cầu mở máy và hãm điện Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp ) Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thơng thống, nhiệt độ, độ ẩm, khí độc hại, bụi bặm, ngồi trời hay trong nhà ) Việc chọn đúng cơng suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ truyền động điện Trang: 5 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Nếu nâng cao cơng suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng nhưng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số cơng suất cosθ của lưới điện do động cơ chạy non tải. Ngược lại nếu chọn cơng suất động cơ nhỏ hơn cơng suất tải u cầu thì động cơ hoặc khơng kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng q mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng Để tính chọn cơng suất động cơ trong hệ thống có điều chỉnh tốc độ cần phải biết những u cầu cơ bản sau: a) Đặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t),ω(t); b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ: ωmax và ωmin c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn d) Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần phải định hướng xác định trước. 1.5.1 Xây dựng đồ thị mong muốn của động cơ: Cơng thức: ω L/ω M = r1/r2 =4 => ω M = ω L/4 ω M(rad/s) 25 4s 0 1s 3s Trang: 6 6s 7s t Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện 27,5 Hình 4: Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ 1.5.2 Xây dựng đồ thị mơ men mong muốn của tải: Dựa vào đồ thị tốc độ mong muốn của tải và các thơng số đã cho,ta tính được mơ men mong muốn của tải tại từng thời điểm: Ta có T2 = TL + JL Từ 0 đến 1s: T2 = TL + JL = 25+ 0,06.100 = 31 (N.m) Từ 1 đến 3s: = 0 T2 = 25 (N.m) Từ 3 đến 4s: T2 = TL + JL = 25+0,06.100 = 31 (N.m) Tại 4s: t=0,1s T2 = TL + JL = 25+0,06 = 91 (N.m) Từ 4 đến 6s: = 0 T2 = 25 (N.m) Tại 6 đến 7s: T2 = TL + JL = 25 +0,06.110 = 31,6 (N.m) T2(N.m) 91 31,6 25 0 t 1s 3s 4s 6s 7s Hình 5 : Đồ thị momen mong muốn của tải 1.5.3 Xây dựng đồ thị mơ men mong muốn của động cơ: Mơ men quy về trục động cơ: Tem = T2 = T2 = 4*T2 Từ 0 đến 1s: Tem = 124 (N.m) Từ 1 đến 3s: Tem = 100 (N.m) Trang: 7 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Từ 3 đến 4s: Tem = 124 (N.m) Tại 4s: Tem = 364 (N.m) Từ 4 đến 6s: Tem = 100 (N.m) Từ 6 đến 7s: Tem = 126,4(N.m) Tem(N.m) 364 126,4 100 0 t 1s 3s 4s 6s 7s Hình 6 : Đồ thị momen mong muốn của động cơ 1.5.4 Lập biểu đồ phụ tải sơ bộ: Quy đổi sang cơng suất động cơ: Ta có: P = Tem.ωM Trong đó: P là cơng suất động cơ Tem là momen tải ωM là tốc độ quay của roto Từ 0 đến 1s: P= Tem.ωM = 124.25t = 3100t(w) Từ 1 đến 3s: P= Tem.ωM = 100.25 = 2500(w) Từ 3 đến 4s: P= Tem.ωM = 124.(10025t) =124003100t (w) Tại 4s: P= Tem.ωM = 364.(27,5) = 10010(w) Từ 4 đến 6s: P= Tem.ωM = 100.(27,5) = 2750(w) Từ 6 đến 7s: P= Tem.ωM = 126,4.(27,5t192,5) = 3476t24332(w) Trang: 8 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Hình 7 :Đồ thị cơng suất động cơ Công suất cực đại Pmax = 10010 W Với P1 = 3100 W , t1 = 1s P2 = 2500 W , t2 = 2s P3 = 3100 W , t3 = 1s P4 = 10010 W , t4 = 0,1s P5 = 2750 W , t5 = 2s P6 = 3476 W , t6 = 1s => Pđt =3116 (W) Hệ số dự trữ k = 1,2 1,4 chọn k = 1,4 Vậy Pđt = 3116*1,4 = 4362,4(W) Chọn động cơ loại LAK21322MEM4976 của hãng TT Electric có các thơng số: Điện áp định mức (VDC) 110 Cơng suất định mức (W) 4600 Momen định mức (N.m) 63.1 Momen xoắn cực đại (N.m) 90 Trang: 9 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Tốc độ định mức (vòng/phút) 1500 Dòng điện định mức (A) 51 Dòng điện cực đại (A) 67 Điện trở (ohms) 0.162 Cảm kháng (mH) 0.0082 10 Khối lượng (kg) 14 Kiểm nghiệm lại các thơng số động cơ : n = 1500 vòng/phút => nc = 238 vòng/phút cần sử dụng hộp số giảm tốc ( gearbox ) tỉ lệ n = chọn gearbox có các thơng số cơ bản sau : Thông số Tỷ số Momen đầu trục Momen lớn Tốc độ đầu vào Giá trị 7:1 10 35 4000 Đơn vị N.m N.m Vòng/p Kiểm tra momen đơng cơ : momen đầu trục : T = TN = 63.1= 441.7 N.m momen lớn nhất động cơ mong muốn Tmax = 364 thỏa mãn vậy động cơ đáp ứng được u cầu hệ thống truyền động 1.6 Xác định các tham số của hệ thống: 1.6.1 Các số liệu ban đầu của động cơ Điện áp định mức: Uđm = 110 (V) Cơng suất định mức : Pđm = 4600 (W) Tốc độ quay định mức: nđm = 1500 (vòng/phút) Dòng điện định mức: Iđm = 51 (A) Trang: 10 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Mơmen qn tính của động cơ: J = 0 Hằng số mơmen Km = 0.59 (N.m/A) Hằng số thời gian của máy biến dòng: Ti = 0.001 Hằng số thời gian của máy phát tốc: Tω = 0.01 (s) 1.6.2 Chọn thyristor cho mạch chỉnh lưu: Điên ap ng ̣ ́ ược cực đai đăt lên van: ̣ ̣ Unmax = knv.U2 (1) Vơi U ́ 2 la điên ap pha hiêu dung phia ha ap cua may biên ap ̀ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̉ ́ ́ ́ Ta co: Gia tri trung binh cua điên ap chinh l ́ ́ ̣ ̀ ̉ ̣ ́ ̉ ưu: Ud = ku.U cosα = Udo.cosα (2) Tư công th ̀ ưc ta co thê suy ra: Điên ap trung binh l ́ ́ ̉ ̣ ́ ̀ ớn nhât cua mach chinh l ́ ̉ ̣ ̉ ưu khi cosα =1 => α = 00 Tư (1), (2) suy ra điên áp ng ̀ ̣ ược cực đai ma thyristor phai chiu: ̣ ̀ ̉ ̣ Trong đo: ; ; ́ Theo đê yêu câu ta co: U ̀ ̀ ́ d =Uđm= V Unmax= = 115 (V) Đê co thê chon van h ̉ ́ ̉ ̣ ợp ly, điên ap ng ́ ̣ ́ ược cua van cân chon phai l ̉ ̀ ̣ ̉ ơn h ́ ơn điên ap lam ̣ ́ ̀ viêc đ ̣ ược tinh t ́ ư công th ̀ ức trên qua hê sô d ̣ ́ ự trữ điên ap k ̣ ́ u =1,8 Vây điên ap ng ̣ ̣ ́ ược cua van cân chon: ̉ ̀ ̣ Unv = = 207(V) Dong điên lam viêc cua van đ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ ược tinh theo dong hiêu dung cua s ́ ̀ ̣ ̣ ̉ ơ đô trên (I ̀ v= Ihd). Dong điên hiêu dung đ ̀ ̣ ̣ ̣ ược tinh: ́ Ihd = khd.Id Trong đo: ́ Ihd la dong điên hiêu dung cua van ̀ ̀ ̣ ̣ ̣ ̉ Id la dong điên trung binh cua mach chinh l ̀ ̀ ̣ ̀ ̉ ̣ ̉ ưu khd la hê sô xac đinh dong điên hiêu dung. Hê sô nay đ ̀ ̣ ́ ́ ̣ ̀ ̣ ̣ ̣ ̣ ́ ̀ ược xac đinh theo ́ ̣ bang 8.2 (trang 249 sach ĐTCS cua tac gia Lê Văn Doanh), ta co k ̉ ́ ̉ ́ ̉ ́ hd = ⇒ I1v= Ihd =khd.Id= 51 *=29,5 (A) Trang: 11 Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Đê van ban d ̉ ́ ẫn co thê lam viêc an toan, không bi đanh thung vê nhiêt, phai chon ́ ̉ ̀ ̣ ̀ ̣ ́ ̉ ̀ ̣ ̉ ̣ cac thiêt bi hê thông van h ́ ́ ̣ ̣ ́ ợp ly. V ́ ơi công suât tai trên ta chon điêu kiên lam viêc cua ́ ́ ̉ ̣ ̀ ̣ ̀ ̣ ̉ van la co canh tan nhiêt va co đu diên tich tan nhiêt, không co quat đôi l ̀ ́ ́ ̉ ̣ ̀ ́ ̉ ̣ ́ ̉ ̣ ́ ̣ ́ ưu không khi. ́ Vơi điêu kiên trên thi van đ ́ ̀ ̣ ̀ ược phep lam viêc t ́ ̀ ̣ ới 40%Iđm (đôi v ́ ới điêu kiên lam mat ̀ ̣ ̀ ́ băng n ̀ ươc thi dong điên lam viêc trên van co thê lên đên 90%I ́ ̀ ̀ ̣ ̀ ̣ ́ ̉ ́ đm. Vơi điêu kiên lam viêc trên: I ́ ̀ ̣ ̀ ̣ 1v = Iđmv Chon I ̣ 1v = 25%Iđmv hay hê sô d ̣ ́ ự trữ dong điên k ̀ ̣ i= 4 ⇒ Iđmv = ki.I1v= 4*29,5 = 118(A) Tư hai thông sô U ̀ ́ nv va I ̀ đmv ta chon 12 thyristor loai T210 N ̣ ̣ co cac thông sô sau: ́ ́ ́ Thông số Giá Trị Điện áp ngược cực đại của van Unmax = 300 V Dòng điện định mức của van Imax = 210 A Đỉnh xung dòng điện Ipikmax = 1000 A Dòng điện của xung điều khiển Igmax = 150 mA Điện áp xung điều khiển Ugmax = 2,5 V Dòng điện rò Irmax = 15 mA Sụt áp thyristor ở trạng thái dẫn ΔUmax = V du/dt = 500 V/s Tốc độ biến thiên điện áp Thời gian chuyển mạch tq = 15 s Tmax= 125oC Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Mơ hình tốn học của động cơ: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được sử dụng rộng rãi trong thực tế.Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng điện và mạch từ của máy sẽ có từ thơng Ф. Tiếp đó đặt một giá trị điện áp V lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện ia chạy qua, tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thơng kích từ tạo thành mơmen điện từ. Vậy ta có các phương trình cơ bản của động cơ một chiều Trang: 12 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Để xây dựng mơ hình tốn học của động cơ một chiều kích từ độc lập ta xét động cơ làm việc ở chế độ q độ. Các phương trình mơ tả động cơ điện một chiều: Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: Suất điện động cảm ứng: Momen điện từ: Phương trình mơ tả quan hệ điệncơ: Trong đó: V : Điện áp mạch phần ứng. Ra : Điện trở mạch phần ứng ia : Dòng điện phần ứng ứng La : Điện cảm mạch phần e : Sức điện động cảm ứng Te : Mơ men động cơ sinh ra Chuyển qua miền Laplace: Từ hai phương trình ta xây dựng mơ hình tốn học của động cơ một chiều như sau : Hình 8 : Mơ hình tốn học động cơ điện một chiều kích từ độc lập Hàm truyền đạt của tốc độ/điện áp và tốc độ/momen tải: Trang: 13 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Động cơ điện một chiểu kích từ độc lập là một hệ thống tuyến tính, vì vậy theo tính xếp chồng đáp ứng của cả 2 đầu vào điện áp và momen tải chúng ta có: 2.2 Xây dựng mơ hình tốn học của các khâu trong hệ thống : 2.2.1 Mơ hình tốn học của Bộ biến đổi : Để có thể đảo chiều cho động cơ, sử dụng hai mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển đấu song song ngược, điều khiển theo phương pháp điều khiển chung. Sơ đồ Bộ biến đổi như sau: Hình 9 : Chỉnh lưu đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi đấu song song ngược Điện áp ra của bộ chỉnh lưu : Vdc =.U.cosα Trang: 14 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện trong đó: U điện áp hiệu dụng của nguồn α góc kích mở thyristor Chọn ngun tắc điều khiển thẳng đứng arccos ta có: Suy ra Vdc = .U. Vdc =. .Vc Vdc = Kr.Vc với Kr = Uđb = Vcm.cosα => tại điểm giao nhau điện áp điều khiển Vc = Uđb = Vcm.cosα Bộ chỉnh lưu hoạt động theo chu kì lấy mẫu của mạch điều khiển. Khoảng thời gian lấy mẫu gây ra sự trễ của bộ biến đổi Khi thay đổi điện áp điều khiển, hoặc khi các thyristor thay đổi trạng thái đóng mở, thì điện áp ra chưa thay đổi ngay lập tức Góc trễ có thể được hiệu chỉnh và sẵn sàng để thực thi trong khoảng 60o giữa 2 khoảng góc mở của 2 thyristor. Vì vậy thời gian trễ có thể được lấy bằng một nửa khoảng trễ này: Tr = x thời gian một chu kì = . f = 50 (Hz) => Tr = 1.667 (ms) Bộ chỉnh lưu do đó được mơ hình hóa bằng hàm trễ: Gr(s) = Kr (1.5) Trong trường hợp gần đúng ta có thể viết: Gr(s) = (1.6) Vậy ta có mơ hình tốn của bộ chỉnh lưu hình cầu ba pha như sau: Trang: 15 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Udk(s) Kr Tr.s + Udc(s) Hình 10: Mơ hình tốn chỉnh lưu hình cầu ba pha 2.2.1 Mơ hình tốn học của Cảm biến : a) Phản hồi dòng điện: Mơ hình tốn học của phản hồi dòng điện có thể biểu diễn bằng một hệ số khuếch đại Hc. Trong đa số trường hợp khơng u cầu có bộ lọc Trong trường hợp cần dùng bộ lọc, một bộ lọc thơng thấp được sử dụng. Hằng số thời gian dưới 10ms thường được sử dụng b) Phản hồi tốc độ: Trong các hệ thống trước đây thường dùng máy phát tốc để đo tốc độ. Một bộ lọc thơng thấp có hằng số thời gian dưới 10ms thường được sử dụng. Hàm truyền đạt của khâu phản hồi tốc độ: Gω = Trong đó Kω hệ số khuếch đại của cảm biến Tω hằng số thời gian của bộ lọc 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học của cả hệ thống: Trang: 16 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Tranformer Fast acting contactor Three phase ac supply Field winding i 1/ Kt * Wr i a* TC* + _ + VC _ ia Wmr Speed controller + Armature Vdc- cos-1 Current Controller Limiter HC Tach Filter Load Thay thế mơ hình hàm truyền đạt của động cơ điện một chiều kích từ độc lập đã xây dựng ta có: Three- phase ac supply Tl * ia VC + _ i am Current controller va cos-1 Phasecontrolled converter + _ e Ra +s.La ia Kb TC + _ Wm Bl +sJ Kb HC Giả thiết trường hợp mơmen tải tỷ lệ với tốc độ của động cơ và cho bởi cơng thức: Biến đổi sơ đồ khối mơ hình hàm truyền đạt của động cơ: Bl Tl (s) V(s) a + _ Ra+s.La Ia (s) Kb T(s) e E(s) Kb Trang: 17 + _ B1+ s.J wm(s) Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện V(s) a Ra+s.La + _ Ia (s) Kb T(s) e wm(s) B1+Bl + s.J E(s) Kb V(s) a + _ Ia(s) Ra+s.La wm(s) B1+Bl + s.J E(s) Kb B1+Bl + s.J V(s) a 1+s.Tm K1 (1+s.T1 ).(1+ T2 s) Ia(s) Kb/ Bt +s.Tm Wm Trong đó, các hàm truyền đạt và hệ số như sau: Hàm truyền của bộ biến đổi (đã xây dựng ở chương 2): Bộ điều khiển dòng điện và Bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp hàm chuẩn đã xác định là khâu PI: Trang: 18 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Sơ đồ khối hàm truyền đạt của hệ thống: i a* * Wr + _ Wmr Gs(s) Speed controller + Gc (s) _ ia Limiter Current Controller VC Gc (s) Coverter HC Gw(s) Trang: 19 K1 1+s.Tm (1+s.T1 ).(1+ T2 s) Kb/ Bt +s.Tm Wm Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 Sơ đồ các mạch vòng của hệ thống điều khiển truyền động điện: 3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: Sau một vài phép biến đổi sơ đồ khối, ta có hàm khuếch đại (loop gain function) của mạch vòng dòng điện như sau: Ta thấy hàm khuếch đại của hệ có bậc 4, vì vậy cần đơn giản hóa hàm truyền để việc tổng hợp hệ thống được dễ dàng hơn Trong vùng lân cận của tần số cắt ta có thể xấp xỉ như sau: Nhờ vậy hàm khuếch đại của hệ số có thể đước đơn giản hóa thành: Trong đó hệ số K được xác định như sau: Có thể thấy được các hằng số thời gian ở mẫu số của hàm truyền đạt cảu hệ có giá trị khác nhau: Trang: 20 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Nếu chúng ta chọn hằng số thời gian của bộ điều khiển dòng điện là : Thì hàm khuếch đại của hệ thống sẽ được đơn giản thành hệ bậc 2 như sau: Do đó, phương trình đặc tính của hệ kín như sau: Phương trình đặc tính có thể được viết lại như sau: Từ phương trình đặc tính ta có tần số tự nhiên và hệ số tắt dao động như sau: Để hệ thống có đặc tính tính động học tốt thì có thể chọn hệ số tắt dao động bằng 0.707. Vì vậy thay vào phương trình của ζ chúng ta có thể có: Trong thực tế mơ hình của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta có : và 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: Xấp xỉ mơ hình mạch vòng dòng điện thành mơ hình bậc nhất Để thiết kế mạch vòng tốc độ, mơ hình bậc 2 của mạch vòng dòng điện cần được thay thế bằng một mơ 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 của động cơ. Kết quả ta có hàm truyền đạt và sơ đối khối của mạch vòng dòng điện như sau: Trang: 21 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Trong đó: Hàm truyền đạt có thể đơn giản hóa thành: Trong đó: 3.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ: Mạch vòng tốc độ sau khi đã sữ 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: 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 số thời gian tương đương với thời gian trễ của mạch phản hồi tốc độ và thời gian của mạch vòng dòng điện. Tổng của hai thời gian trễ này rất nhỏ so với hằng số thời gian tích phân. Do đó ta có sự xấp xỉ sau; Trong đó: Trang: 22 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Hàm truyền đạt của hệ kín như sau: Trong đó: Hàm truyền này được tối ưu để có dải tần số rộng và biên độ bằng 1 trong dải tần số đó. Biên độ của hàm truyền được cho bởi phương trình: Bằng cách làm cho các hệ số của và bằng 0 chúng ta có: Thay các điều kiện này bằng các tham số của động cơ và bộ điều khiển chúng ta có: Từ các phương trình cân bằng hệ số ở trên, cuối cùng ta có: Thay các phương trình của hệ số và vào hàm truyền đạt của hệ kín, chúng ta có: Với hàm truyền hệ kín như trên, hệ sẽ có độ q điều chỉnh lớn. Do đó một khâu bù được thêm vào phía trước để giảm độ q điều chỉnh: Trang: 23 Đồ án mơn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện CHƯƠNG 4 MƠ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 4.1 Mơ phỏng hệ thống trên phần mềm MATLABSimulink : Trang: 24 ... Wm Đồ án môn học :Tổng hợp hệ thống Truyền động điện CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 Sơ đồ các mạch vòng của hệ thống điều khiển truyền động điện: 3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: ... 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống truyền động điện: Trang: 4 Đồ án mơn học :Tổng hợp hệ thống Truyền động điện 1.5 Tính chọn cơng suất động cơ: Nguồn động lực trong một hệ thống truyền động điện là động cơ điện. Các u ... Việc chọn đúng cơng suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ truyền động điện Trang: 5 Đồ án mơn học :Tổng hợp hệ thống Truyền động điện Nếu nâng cao cơng suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng