Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU . CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ CÁN 2 1.1. Lý thuyết cán 2 1.2. Máy cán . 3 1.3. Các biểu thức tính toán và điều kiện cán . 4 1.3.1. Các thông số cơ bản 5 1.3.2. Điều kiện để trục cán ngoạm được kim loại: 7 1.4. Tính mô men truyền động trục cán 12 1.4.1. Phương pháp Xelicốp 12 1.4.2. Phương pháp suát tiêu hao năng lượng . 14 1.5. Tính chọn công suất động cơ. 15 CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 18 2.1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều. 18 2.1.1. Khái niệm chung . 18 2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. . 19 2.1.2.1. Phương trình đặc tính cơ . 20 2.1.2.2. Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ . 23 2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 26 2.2.1. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng . 26 2.2.2. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ. . 29 2.3. Hệ thống biến đổi - động cơ (BBĐ - Đ) 31 2.3.1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F - Đ) 32 2.3.1.1. Cấu trúc hệ F - Đ và các đặc tính cơ bản. . 32 2.3.1.2. Các chế độ làm việc của hệ F - D 34 2.3.2. Hê thống chỉnh lưu - động cơ một chiều 37 2.3.2.1. Chỉnh lưu bãn dẫn làm việc với động cơ điện. . 37 2.3.2.2. Đặc tính của hệ truyền động chỉnh lưu Thiristo - động cơ một chiều. 2.3.2.3. Nhận xét chung . 43 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH LỰC . 47 3.1. Mục đích yêu cầu 47 3.2. Lựa chọn của bộ chỉnh lưu 47 3.2.1. Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng có điều khiển. . 47 3.2.2. Chỉnh lưu hình tia 3 pha. . 49 3.2.3. Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu. 50 3.2.4. Kết luận . 54 3.3 Tính toán mạch động lực 54 3.3.1. Tính chọn van cho mạch động lực. . 55 3.3.2. Tính toán thiết kế cuộn kháng bảo vệ hạn chế tốc độ tăng dòng di/dt. 57 3.3.3. Tính mạch bảo vệ quá áp RC mắc song song với van. . 59 3.3.4. Chọn cầu dao đóng cắt cho mạch lực . 61 3.3.5. Chọn cầu chì bảo vệ cho mạch lực. 61 CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN . 64 4.1. Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển 64 4.2. Tính chọn biến áp cho nguồn điều khiển. 65 4.2.1. Một số đặc điểm của biến áp nguồn điều khiển. . 65 4.2.2. Tính toán biến áp 3 pha. 65 4.3. Khâu đồng pha . 69 4.4. Khâu tạo điện áp tựa. . 70 4.4. Khâu so sánh tạo xung. 73 4.5. Khâu tạo xung chùm. . 74 4.6. Khối khuếch đại xung chùm . 76 4.7. Biến áp xung . 78 4.8. Tổng hợp hệ thống truyền động điện . 83 4.8.1. Động cơ điện một chiều KTĐL 83 4.8.2. Bộ điều chỉnh có đk 4.8.3. Khâu phản hồi dòng điện 87 4.8.4. Khâu phản hồi tốc độ. . 88 2.8.5. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. 89 4.8.6. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 91 4.9. Đảo chiều quay của động cơ. . 94 4.9.1. Đảo chiều từ thông 94 4.9.2. Sơ đồ mạch kích từ 95 4.9.3. Quá trình đảo chiều. 95 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG SIMULINK 98 5.1. Giới thiệu phần mềm simulink . 98 5.2. Mô phỏng hệ thống bằng simulink. 99 5.3. ý nghĩa của quá trình mô phỏng. 100 5.4. Mô tả quá trình mô hình, mô phỏng. . 100 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

pdf110 trang | Chia sẻ: banmai | Ngày: 27/02/2013 | Lượt xem: 4108 | Lượt tải: 17download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
từ SCu = 272mm2 - tiết diện dây đồng. W = 3,1 vòng - số vòng quấn. 3.3.3. Tính mạch bảo vệ quá áp RC mắc song song với van. Hình 3.4: Bảo vệ Thiristo + Hế số quá áp của van được tính theo công thức sau: K = ngcp ngtt U U Trong đó: Ungcp - là điện áp ngược lớn nhất mà có thể chịu. Ungtt -là điện áp lớn nhất đặt lên van tưongư ứng điện áp lưới tăng lên 5%. Vì vậy: K = 2000 2.1,05.600 = 2,25 Căn cứ vào tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất của thầy Phạm Quốc Hải ta có phương pháp tính trị số R và C. Ta có đồ thị để tra * *maz minR ,R , và C* theo k sau: Tài liệu tham khảo 60 Hình 3.5: Các hệ số C*, R*max, R*min theo hệ số K tra đồ thị 3 - 5 với K =2,2 được C* = 0,25 ; *minR = 2; R*max Trị số dòng điện đỉnh qua van. IVmax = V max U Rt Trong đó. UVmax = 2 .1,05.600 = 890 (V) Rt = d d U 638 0,64 I 100 = = IVmax = 890 0,64 = 1390 (A) Trong mạch chỉnh lưu tần số chuyển mạch của van bằng tần số lưới vì vậy. di dt (max) = 2πf.Imax = 2.3,14.50.1390 di dt = 436460A/S = 0,436 (A)/μs + Xác định diện tích Q tồn tại trong van trước khi khoá Q theo họ đặc tính trong sổ tra cứu [Q=f(di/dt ; IVmax] Với loại T-800 tra đồ thị Q = f (di/dt; Imax; I) Trong sổ tay với di/dt và IVmax vừa tính có Q = 50 Aμs = 50.10-6 á Tài liệu tham khảo 61 Từ đó ta có 6 ' * min ngtt 2Q 2.50.10 C C U 890 − = = .0,25 = 0,02.10-6(F) Ta chọn tụ C = 0,1μF + Tính R, với sơ đồ cầu có hai pha tham gia dẫn diện cho tải nên giá trị L' = 2L nen 6 ngtt 6 U 890.2.18.10 2Q 2.50.10 − −= = 18 Vì vậy điện trở nằm trong phạm vi R*min. 18 ≤ R ≤R*max.18 36 ≤ R ≤ 72 Chọn điện trở R = 60 (Ω) Lúc này dòng phóng lớn nhất của tụ bằng. ICmax = Ungtt/R = 890/60 = 15 (A) 3.3.4. Chọn cầu dao đóng cắt cho mạch lực Dòng điện đi qua cầu dao là I = 0,816 .Id = 0,816.1000 = 816 (A) Cầu dao này đặt ở giá lưới xoay chiều, vì thế ta chọn cầu dao có ký hiệu Po - 3 do Liên Xô sản xuất có các thông số: Uđm = 1200 (A) Iđm = 1000 (A) 3.3.5. Chọn cầu chì bảo vệ cho mạch lực. Cầu chì đặc sau cầu dao để bảo vệ cho mạch lực. Ta chọn cầu chì loại Hππ do Liên Xo sản xuất có các thông số sau ; Idc = KI 1,7.816 1,5 =α Tài liệu tham khảo 62 Đối với động cơ một chiều có phần ứng được cấp điện bởi bộ biến đỏi ta lấy K = 1,7 α là hệ só phụ thuộc vào điều kiện khởi động ta lấy α = 1,5 Idc = 1,7.816 1,5 =925 Ta chọn dây chảy có I = 1500 (A) . Tài liệu tham khảo 63 H 3.6. Sơ đồ mạch lực Tài liệu tham khảo 64 CHƯƠNG IV PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN - Đảm bảo phát xung vơi đủ các yêu cầu để mở van như: Đủ biên độ, đủ độ rộng, sườn xung ngắn. - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với điện áp ra tải khi thay đổi của mạch lực. - Đảm bảo tính đối xứng với ác kênh điều khiển, không vượt quá 10 ÷ 30 điện, tức là góc điều khiển đối vơi mọi van không được lệch quá giá trị trên, Độ tác động của mạch điều khiển nhanh. - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị trên điện áp và tần số. - Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực. - Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xuang quanh. - Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng, mất pha… và báo hiệu khi có sự cố. Có hai loại điều khiển cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ. Trong bản đồ án này ta sử dụng hệ đồng bồ và nguyên tắc điều khiển dọc. Ở hệ này góc điều khiển α mở van luôn được xác định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực. Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực. Để hoạt động theo nguyên tắc điều khiển dọc thì trong mạch phải có một khâu tạo ra điện áp tựa UT có dạng cố định (thường là xung răng cưa) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của khâu đồng pha. Khâu so sánh xác định điểm cân bằng của hai điện áp tựa UT và điện áp điều khiển Uđk để phát khâu tạo ra xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk. Trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ. Trong thực tế người ta chủ yếu sử dụng nguyên tắc này. Tài liệu tham khảo 65 4.2. TÍNH CHỌN BIẾN ÁP CHO NGUỒN ĐIỀU KHIỂN. 4.2.1. Một số đặc điểm của biến áp nguồn điều khiển. Nguồn điều khiển thường có công suất không quá 1KVA, nên biến áp cấp nguồn cho nó là loại công suất nhỏ. Do đó, việc tính toán khác nhiều so với loại biến áp lực thể hiện ở các điểm sau: Một trong những nhiệm vụ chủ yếu của thiết kế biến áp lực là tính toán dạng kích thước mạch từ. Trong khi biến áp công suất nhỏ thường có sẵn các loại lõi chuẩn hoá và được chế tạo sẵn. Sụt áp trong biến áp lực chủ yếu là do cuộn cảm, còn ở biến áp điều khiển là do điện trở cuộn dây. *Kết luận: Mục đích tính toán biến áp điều khiển là dựa vào công suất của biến áp cần thiết, ta chọn trên các cuộn thứ cấp đủ điện áp khi mang tải và không phát nóng quá mức cho phép. 4.2.2. Tính toán biến áp 3 pha. Khi nguồn điều khiển là 3 pha ta có hai phương pháp để thiết kế. Một là dùng 3 biến áp loại 1 pha đấu thành 3 pha hoặc dùng 1 biến áp 3 pha. Ở biến áp 1 pha ta chỉ cần xác định các tham số của một biến áp theo bảng 16 (tài liệu hướng dẫn thiết kế mạch điện tư công suất) của thầy Phạm Quế Hải. công suất của biến áp 1 pha = 1 phần 3 công suất 3 pha, còn pha B, C tính toán tương tự. Biến áp nguồn điều khiển pha A có hai cuộn dây thứ cấp. Cuộn thứ cấp thứ thứ nhất cho điện áp đồng pha và cuộn thứ cấp thứ hai cho các mạch Tài liệu tham khảo 66 H4.0. Mạch cấp nguồn điều khiển Khuếch đại thuật toán và biến áp xung. + Với mạch tạo biến áp đồng pha, U21 = 12 (V) + Với mạch tạo nguồn ổn định cho I21 = 100(mA) Khuếch đại thuật toán và biến áp xung U22 = 20 (V); I22 = 1(A) Do công suất của máy biến áp nguồn là P21 = 12. 0,1 = 1,2 (W) P21 = 20. 1 = 20 (W) ⇒ P2 = P21 + P22 = 1,2 + 20 = 21,2 (W) Sba = Ssd. P2 Trong đó: Ksd là hệ số sơ đồ tra trong bảng 1.1 [TL-HDĐTCS] của thầy Phạm Quốc Hải theo mạch chỉnh lưu Ksd = 1,05. ⇒ Sba = 1,05. 21,2 = 22,26 (VA) P2 - công suất tác dụng của cuộn thứ cấp §iÒu khiÓn pha A U®fa U®fab U®fac A B C D3 D5 D1 D2D4D0 C3 C4 C5 C6 7815 78915 C1 C2 +24V +15V -15V Nguån ®iÒu khiÓn MBA ®ång pha Tài liệu tham khảo 67 Sba - công suất toàn phần của máy biến áp nguồn xác định cỡ lõi thép dựa vào công suất MBA đã có. 2 ba th cs max th cs S .10 S .S 2,22.f.B .S.K .K = Từ kinh nghiệm thực tế, tiết diện lõi thép Sth được tính theo công thức sau: thS 1,2 P 1,2 21,2= = = 5,5 cm2. Các tham số trong biểu thức tra trong bảng 15[TL-HD ĐTCS]. Kth = 0,9, S = 2,4 (A/mm2); Bmax = 1,3. Kcs = 0,25. 2 cs 22,26.10 5,5.S 2,22.50.1,3.2,4.0,9.0,25 = cs 28,56 S 5,5 = = 5,19 cm4 Tra bảng công thức máy biến áp công suất nhỏ, chọn lõi sắt có tiết diện S = 7,28cm2, được ghép bằng lá thép loại II 20 x 40 có bề dày 0,35mm có các thông số sau: Hình 4.1: Kích thước lõi thép cuộn lọc một chiều Tính số vòng các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp là: - Số vòng dây sơ cấp là: Tài liệu tham khảo 68 4 max th E.10 W 4,44.f.B .S = Trong đó: E= U0. (1 - 0,01. ΔU0%). ΔU0 là sụt áp trên cuộn sơ cấp ΔU% = 13 (V) E0 = 220 (1 - 0,01. 13) =191,4 (V) Số vòng dây cuộn thứ cấp là: 4 1 21 max th E .10 W 4,44.f.B .S = Trong đó: E1 = 12 (1 - 0,01. 18) = 9,84 (V) 4 21 9,84.10 W 4,44.50.1,3.5,5 = = 62 (vòng). Số vòng dây cuộn thứ cấp là 4 2 22 max th E .10 W 4,44.f.B .S = Trong đó: E1 = 20 (1 - 0,01. 18) = 16,4 (V) 4 22 16,4.10 W 4,44.50.1,3.5,5 = = 103 (vòng). Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp là 1 1 P 21,2 I U 220 = = = 0,096 (A) Ta lấy mật độ dòng điện là J = 2,5 (A/mm2). Nên tiết diện của cuộn sơ cấp là 11 I 0,096 S J 2,5 = = = 0,038 (mm2) Tài liệu tham khảo 69 Do đó ta chọn dây có đường kính là d1 = 0,3mm Tương tự S21 = 0,04 mm2. Chọn d21 = 0,23 mm S22 = 0,4 mm2. Chọn d22 = 0,7 mm Ta chọn D0 ÷ D5 loại 1N5420 có I = 2A, U = 70 (V) Chọn C1, C2 là tụ lọc nguồn IC ổn áp loại 2200μF - 35 (V) Chọn tụ C3, C4 là tụ lọc sau ổn áp loại 470(μF)-25(V) Chọn tụ C5, C6 là tụ lọc hài nhiễu cao tần chọn 10(μF). 4.3. KHÂU ĐỒNG PHA a) b) H4.2. Khâu đồng pha: a. Sơ đồ nguyên lý; b. Dạng điện áp ở đầu ra ®psin10 Tài liệu tham khảo 70 Khâu đồng pha gồm có khuếch đại thuật toán OA1, các điện trở R1, R2, VR1 và biến áp đồng pha. Để mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu, trên đồ thị đường điện áp. U0 phải giao nhau với đường điện áp đồng pha đi qua điểm 0, vì thế. 00 ®pU 2U .sin10= = 1,41.12. sin100 = 2,93 (V) Với điện áp U0 là giá trị hiệu dụng điện áp đồng pha điện áp cấp cho VR1 là 12(V) ta chọn biến trở VR1 = 10 (kΩ), lúc đó dòng đi qua biến trở là: 12I 10.000 = = 1,2 (mA) Điện trở mà ta chỉnh định trên VR1 là: 0c® U 2,93 R I 1,2 = = = 2,44 (kΩ). Vậy ta chọn R1 = 10 (kΩ); R2 = 15 (kΩ). 4.4. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP TỰA. a) Tài liệu tham khảo 71 b. H4.3. Khâu tạo điện áp tự: a. Sơ đồ nguyên lý; b. Dạng điện áp Khi điện áp đầu ra của OA1 tức là điểm B âm thì điện áp ra của OA2 tại điểm C → tụ C7 → R3 → D8 → OA1 → mát → OA2. Điốt ổn áp ta chọn loại có ngưỡng là UDZ = 9V. Thời gian của tụ là t1 tương ứng với 100. như vậy trong khoảng thời gian t1 điện áp trên tụ phải tăng từ 0 đến 9V. Khi điện áp ở đầu ra là dương thì ở đầu ra của OA2 là âm, do đó tụ C7 phóng từ C7 → OA2 → mát → nguồn → R4 → VR2 → tụ C7. Dòng điện qua tụ khi này ngựơc chiều với khi nạp, điện áp trên tụ C7 giảm dần. c ® 4 1 U U iR .dt C = − ∫ Vì R4 = const nên c d 4 2 1 U U U . .t C R VR = − + (4-1) Tài liệu tham khảo 72 Trong đó: Uđ = 9V - là điện áp đỉnh răng cưa. Sau khoảng thời gian t = t2 - t1 tương ứng với 900 - 100 = 800 thì điện áp trên tụ sẽ giảm tưới 0 ta có. ( )0 301 80t . 4,44.10 s50 360 −= = Chọn tụ C7 có điện dung C7 = 220 nF = 220.10-9(F) Thay các giá trị vào công thức (4-1) ta được; 3 9 4 2 1 12 0 9 .4,44.10 R VR220.10 − −= − = + ( )34 2 912.4,44.10R VR 2609220.10 − −+ = = Ω Chọn R4 = 20 (kΩ). Chiết áp VR2 chọn 15 (kΩ) Chỉnh định chọn VR2 = 10 (kΩ). Trong quá trình nạp điện áp trên tụ C7 được tính theo công thức sau: c c c 1 1 U i dt .i .t C C = =∫ (4-2) Trng đó: bhc 3 4 3 4 2 U 0,7 U i iR iR R R VR −= − = − + Như đã phân tích ở trên đồ thị điện áp ở trên tụ C7 sẽ tăng từ 0 đến 9V trong thời gian t1. Như vậy thời gian nạp là. 0 3 1 0 1 10 t t . 0,55.10 50 360 −= = = (s) Với khuếch đại thuật toán có nguồn là 12V có Ubh= 10V, thay vào công thức (4-2) ta được. bhc 3 4 2 U 0,71 U U .t C R R VR ⎛ ⎞−= −⎜ ⎟+⎝ ⎠ Tài liệu tham khảo 73 Khi t = t1 thì Uc = 9V Uc = 39 3 1 10 0,7 12 ,.0,55.10 R 26909220.10 − − ⎛ ⎞− −⎜ ⎟⎝ ⎠ R3 = 2319 (Ω). Chọn R3 = 2,4 (kΩ) 4.4. KHÂU SO SÁNH TẠO XUNG. H4.3. Khâu so sánh tạo xung a. Sơ đồ nguyên lý; b.Dạng điện áp Phần tử chính là OA3 được cấp nguồn +12V loại LM 324 có các thông số kỹ thuật sau: Ung = ± 3V ÷ 22V Nhiệt độ làm việc: t = - 550 ÷ 1250C Công suất tiêu thụ: P = 650 (mW) = 0,65 (W) UT R5 - + OA3 R6 U®k D9 Uss U UT U®kUT U t t a) b) α 0 U®k Tài liệu tham khảo 74 Tổng trở đầu vào: Zv = 70 (Ω) Tổng trở đầu ra: Zr = 1 (MΩ) = 1000.000 (Ω) Hệ số khuếch đại: K0 = 5.104 Dòng điện đầu ra: Iv = ± 25 (mA). Tốc độ tăng áp: du dt = 0,5 V/μs Nhiệm vụ so sánh 2 điện áp tựa và điện áp điều khiển kết quả ở đầu ra là các xung chữ nhật sau khi qua điốt D9 để loại bỏ phần âm, ta được dạng điện áp như trên sơ đồ. Điện trở R5 và R6 có nhiệm vụ cách ly giữa Uđk và UT đồng thời hạn chế dòng không gây quá tải cho tầng trước. Ta chọn R5 = R6 = 15 kΩ. 4.5. KHÂU TẠO XUNG CHÙM. Uxs D10 OA4 - R7 C8 + R8R9 t Uxs a) b) E Tài liệu tham khảo 75 H4.5. Khâu tạo xung chùm a. Sơ đồ mạch điện nguyên lý; b. Dạng điện áp Đây là mạch dao động đa hài tạo xung chùm. Chu kỳ của điện áp tính theo công thức. 97 8 8 2R T 2.R .C .ln 1 R ⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠ (4-3) Để giảm độ chênh lệch điện áp tính giữa 2 cửa vào của OA4 ta chọn R9 < R8, chọn R9 = 8 (kΩ), R8 = 24 (kΩ). Tần số của mạch dao động ta chọn f = 1,5 KHz, chọn tụ C8 là loại tụ gốm có ký hiệu 2A2245J. Có: C8 = 22.104 pF = 220.10-9 (F) Thay các giá trị vào công thức (4-3) ta được: 973 1 2.8 2.R .220.10 ln 1 241,5.10 − − ⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠ ⇒ R7 = 2966 (Ω) chọn R5 = 3,3 (kΩ). Tài liệu tham khảo 76 4.6. KHỐI KHUẾCH ĐẠI XUNG CHÙM D45 R44 K§F K§F R43 XC D44 R42 Q41 Q42 D43 R41 BAX Ecs H4.6. Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại xung chùm Theo như loại thiristor đã chọn ở chương III là loại T-800 có điện áp điều khiển là: Uđk = 7(V); Iđk = 0,4 (A) khâu dao động đa hài tạo xung chùm có f = 1,5KHz. Vậy tham số dòng điện cuộn sơ cấp là. U1 = U2. K = 7.3 = 21 (V) I1 = ( )®kI 0,4 0,13 A K 3 = = Phần tử chính của khâu khuếch đại xung là các transitor Q42 và Q41 được ghép darlington. Điốt D43 và điện trở R41 nhằm để tiêu tan năng lượng tích luỹ của cuộn dây trong giai đoan khoá của các bóng bán đẫn. Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù sự sụt áp trên điện trở. Vì vậy ta chọn Ec=24V. căn cứ vào trị số của Ecs và I1 ta chọn bóng Q42 loại 2N3705 có Icmax=0,5(A), Ucc = 30 (V), βmin = 50. Điện trở R41 thường chọn từ khả năng dẫn dòng lớn nhất cho phép của Q42. Tài liệu tham khảo 77 cs41 c max E 24 R 48 I 0,5 > = = (Ω). Vậy chọn R41 = 60 (Ω). Bóng Q41 chọn loại BC107 có Uα = 45; Icmax = 0,1 (A); βmin = 110. Theo (tài liệu – HDTKMDTCS), ta tính R43 từ điều kiện mở bão hoà tốt cho Q41 và Q42 sau. 1 2 cs43 1 . .E 50.110.24 R 846153 S.I 1,2.0,13 β β< = = (Ω). Trong đó: S- Hệ số dự trữ để đảm bảo các bóng mở bão hoà. Mặt khác R43 phải thoả mãn điều kiện là hạn chế dòng để không gây quá tải cho cổng AND. Từ đó ta chọn R43 = 15 (kΩ). Cổng AND loại CMO4084. Theo (tài liệu- HDTKMDTCS) điện trở tách xung R44 phải thoả mãn ®f D44 43 T§X 2.U .sin U R .R U α −< (4-4) Trong đó: Uđf – giá trị hiệu dụng của điện áp đồng pha Uđf = 10V. αmin – góc điều khiển nhỏ nhất αmin = 300 UD – sụt áp trên đi ốt D45 = 0,7 (V) UTĐX - điện áp đầu ra CMOS có nguồn cấp là 12V nên điện áp đầu ra ở mức cao ≈ 11(V). Thay các giá trị vào công thức (4-4) ta được: 0 44 2.10.sin30 0,7 R .15 11 −≤ = 87 (kΩ) Vậy chọn R44 = 5,6 (kΩ). Tài liệu tham khảo 78 4.7. BIẾN ÁP XUNG Biến áp xung là loại biến áp đặc biệt, trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp có dạng xung chữ nhật mà không phải điện áp hình sin, điều này dẫn đến chế độ làm việc và phương pháp tính rất khác so với biến áp thông thường. Tần số điện áp làm việc của biến áp xung có thể vài trăm Hz đến hàng trăm KHz. Nhiệm vụ của biến áp xung là cách ly mạch lực và mạch điều khiển, phối hợp trở kháng tầng khuếch đại xung và cực điều khiển van lực. Biến áp xung làm việc ở tần số cao nên lõi dẫn từ trường là lõi ferit. Do tổn thất trong biến áp tăng mạch theo tần số nên cường độ tự cảm cũng phải giảm đáng kể so với tần số 50Hz. H4.6. Đặc tính từ hoá lõi ferit Do dòng điện qua các cuộn dây BHX không liên tục mà có dạng xung nên trị số hiệu dụng của dòng điện nhỏ. Vì vậy, tiết diện dây quấn BAX thường không tính từ trị số dòng điện như thông thường mà hay được chọn từ điều kiện đảm bảo độ bền cơ học với đường kính dây quấn trong khoảng (0,2÷0,4)mm. Do chế độ làm việc của biến áp xung là từ hoá 1 phần nên theo đồ thị ta chọn. ΔB = 0,2 T và ΔH = 30 (mA). B H 0,6 0,2 0 80 160 240 Tài liệu tham khảo 79 Do xung của bộ dao động đa hài tạo ra là đối xứng nên thời gian có xung bằng thời gian nghỉ (tx = tn). Tần số xung chùm là 1,5 KHz tương ứng chu kỳ 1 xung là. ( )3XC 3 XC 1 1 T 0,66.10 s f 1,5.10 −= = = Thời gian có xung là: Tx = 0,5. TXC = 0,5. 0,66. 10-3 = 0,03.10-3 (s) Thể tích của lõi từ là: ba 2 2 x x K .U .I .t . U V B. H Δ= Δ Δ I2 – là dòng điện cuộn thứ cấp do tn = tx nên I2 = 0,5.Iđk = 0,5. 0,4 = ΔUx là độ sụt áp xung cho phép thường lấy bằng (0,2 ÷ 0,2) Ở đây ta lấy ΔUx = 0,15 (V) Tỷ số biến áp: Kba = 3 Điện áp thứ cấp U2 = Uđk = 7 (V). Thay các giá trị vừa tính vào công thức (4-3) ta có: 33.7.0,5.0,4.0,33.10 .0,5 V 0,2.30 − = = Ta chọn lõi ferit 3019 Đường kính ngoài: 30 (mm) Đường kính trong: 19 (mm) V = 6,19 (cm3) F = 1,28 (cm3) Vậy số vòng dây cuộn sơ cấp: 3 1 2 1 4 ba U .t 9.0,33.10 B.S 0,2.1,38.10 − −ω = =Δ = 107 (vòng) Tài liệu tham khảo 80 Vậy số vòng dây cuộn thứ cấp: 12 107 K 3 ωω = = = 36 (vòng) Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo 82 Hình 4.9. Đồ thị thời gian của mạch tạo xung * Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung. Biến áp đồng pha là biến áp thứ cấp có điểm giữa nối mát vì thế ở 2 đầu cuộn thứ cấp sẽ cho ra 2 điện áp ngược pha nhau 1800. Hai điện áp này sau khi qua đíô D6 và D7 được nắn nửa chu kỳ nên điện áp tại điểm A chính là điện áp đồng pha UA(Uđf) có dạng như ở (hình 4.2). Điện áp đồng pha này đi qua R2 được đưa vào đầu đảo của OA1, điện áp này được so sánh với U0 được đưa vào đầu không đảo của OA1. Vì bộ biến đổi chỉ làm việc ở chế độ chỉnh lưu nên góc điều khiển α = 0 đến 900 tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên. Để mở rộng phạm vi điều chỉnh giá trị U0 ta lấy nhỏ 00 ®fU 2.U .sin10= (100 tương ứng với khoảng thời gian của tụ nạp để tạo sườn răng cưa đi lên ở mạch tạo điện áp tựa). Điện áp ở đầu ra của OA1 tức là điện áp tại điểm B có dạng như (hình 4.3) đó là dãy xung hình chữ nhật, ứng với khoảng thời gian điện áp tại điểm B âm thì điện áp này thông qua đi ốt D8 và R3 được đưa tới đầu đảo của OA2 làm cho điện áp ở đầu ra OA2 tại điểm C7 dương tụ C2 được nạp từ điểm C → tụ C7 → R3 → D8 → điểm B → OA1 → mát → OA2 → điểm C. Thời gian nạp của tụ C7 phụ thuộc vào điện dung của C7 và trị số R3. Thông thường mạch được thiết kế với điều kiện R3 << R4 + VR2 nên ta bỏ qua dòng chảy qua R4 và VR2 trong giai đoạn này ứng với khoảng thời gian điện áp ở đầu ra của OA1 dương thì đi ốt D8 khoá, đầu ra của OA2 đảo trạng thái (chuyển sang trạng thái âm tụ C2 bắt đầu phóng điện: tụ C7 → OA2 → mát → nguồn → R4 - VR2 → C7. điện áp của quá trình phóng nạp của tụ C7 có dạng như (hình 4.3). Đó là dạng điện áp tựa. Điện áp tựa từ điểm C thông qua R cùng với điện áp điều khiển Uđk thông qua R0 đều được đưa đến đầu đảo của OA3 để so sánh với nhau. Vì là so sánh một cửa nên UT và Uđk phải khác dấu (UT > 0; Uđk <0). Kết quả ở đầu ra của OA3 sau khi đi qua D9 để cắt bỏ phần âm ta được điện áp so sánh có dạng chữ nhất nằm ở phía trên trục hoành (hình 4.4) Tài liệu tham khảo 83 khuếch đại thuật toán OA4 cùng với điện trở R7, R8, R9, và tụ C8 tạo thành mạch dao động có tần số từ 6 đến 10KHz. Sau khi đi qua D để cắt bỏ hần âm ta được điện áp tại điểm E có dạng như ở (hình 4.5). Xung chùm và điên áp của khâu tạo xung tại điểm D được chia ra làm 2 kênh và được đưa tới các cổgn AND. kết hợp với mạch tách xung D45, R44 kết quả là điện áp tại cực bazơ của transtor Q41 và Q42 có dạng như ở (hình 4.9). Các điện áp này được khuếch đại bằng các cặp transitor đấu kiểu darlington sau đó được truyền qua biến áp xung để đưa đến cực điều khiển thyristor. 4.8. TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.8.1. Động cơ điện một chiều KTĐL Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số. Phương trình động học của động cơ được viết ở dạng toán tử laplace là: KΦ = const = CU U(P) = Rư . I(P). (1 + Tư) + CU. ω (P) Với −− − L T R = là hằng số thời gian của mạch phần ứng. Rư, Lư là điện trở và điện cảm của mạch phần ứng. Phương trình chuyển động của hệ thống M(P) = MC(P) = J. P. ω (P) Trong đó: J là mô men quán tính của các phần tử chuyển động quy về trục động cơ. Từ các công thức trên ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều. Tài liệu tham khảo 84 Hình 4.10: Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều Thông số của động cơ Uđm = 600V Rư = 0,4 Iđm = 1000A IKT = 25,5/6,6A Pđm = 600 kW UKT = 262/68V Nđm = 1300 v/p J = 15,5 Kg/m2 Số đôi cực Zp= 2 Trong đó Lư là điện cảm của mạch phần ứng được tính theo công thức n®m− L −®m p ®m U L K . I .Z .n = (1) Nếu mạch phần ứng có cuộn bù thì hệ số KL = 1,4 ÷ 1,9 Nếu mạch phần ứng không có cuộn bù thì hệ số KL = 5,5 ÷ 5,7. Động cơ sử dụng có cuộn bù là lấy R2 = 1,9 thay các giá trị vừa tính vào công ghức (1) ta có. − 600 L 1,9. 1000.2.1300 = = 0,00044 H ( )−− − L 0,00044 T 0,0011 s R 0,4 = = = Hệ số đôi cực tính theo công thức. u®m u®m − u®m u®m − ®m ®m U I .R U I .R Cu K .9,55 n − −= φ = =ω 600 1000.0,4Cu .9,55 1,47 1300 −= = V/rad/s Từ các thông số vừa tính được ta có cấu trúc của động cơ như sau: Tài liệu tham khảo 85 Hình 4.11: Quan hệ giữa Uđk và góc α 4.8.2. Bộ điều chỉnh có đk Hàm truyền đạt của bộ chỉnh lưu thyristor tổng quát là BB§BB§ BB§ K U 1 P.T = + Trong đó KBBĐ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi, TBBĐ là hằng số thời gian của bộ biến đổi được tính theo công thức. BB§ 1 T 2mf = Với m = 6 là số xung áp đầu ra trong một chu kỳ điện áp lưới. F = 50 là tần số của điện áp lưới. Vì thế BB§ 1 T 0,00178 2.6.50 = = Để tìm KBBĐ ta phải lập bảng tìm quan hệ giữ Uđk , α, Eđ. Điện áp chỉnh lưu cầu ba pha là: d 600 E 2,34. .cos 3 = α Như đã tính ở mạch tạo xung thì đỉnh răng cưa là 9V, thời gian nạp tương ứng 100, thời gian phóng tương ứng 800. α ®k Tài liệu tham khảo 86 Hình 4.11: Quan hệ giữa Uđk và góc α Quan hệ giữa Uđk và góc α Căn cứ vào tam giác ABC ta có quan hệ rm ®k ®k 0 rm rm U U U 1 U U90 −α = = − ®k rm U 90 1 U ⎛ ⎞α = −⎜ ⎟⎝ ⎠ Ta có bảng Uđk 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 α0 90 81,1 72,2 63,2 54,3 45,4 36,5 2,76 18,7 9,8 Eư(V) 0 125,4 247,8 365,5 473 569,2 651,6 718,3 767,8 798,7 Căn cứ vào quan hệ giữa Uđk , α, Eđ ta dựng được đồ thị thể hiện quan hệ giữa Uđk và Ed như sau: Tài liệu tham khảo 87 Hình 4.12: Quan hệ giữa Uđk và Ed Vì động cơ có Uđm = 600V ta dự dự phóng điện áp lưới dao động sụt áp, và sụt áp trên các van khi dẫn dòng, sụt áp trên cuộn kháng nên ứng với Uđm ta chọn Ed = 652 V. Khi Ed = 652 V thì Uđk= 6 và α = 36,50. Khi đó hệ số của BBĐ là. BB§ 652 K 108,7 6 = = Vậy BB§BB§ BB§ K 108,7 U 1 P.T 1 0,0017.P = =+ + 4.8.3. Khâu phản hồi dòng điện Phản hồi dòng điện là khâu quán tính có hàm truyền. ( ) ( )i ii § i U P K W P I 1 T P = = + Trong đó: IĐ: dòng điện đi vào phần ứng động cơ Ti: hằng số thời gian của khâu truyền phụ thuộc vào tụ lọc C, điện trở R, hệ số điện cảm và nội trở của biến dòng ta lấy Ti = 0,005s. ®k Tài liệu tham khảo 88 Hình 4.13: Khâu phản hồi dòng điện Ki: hệ số truyền của khâu phản hồi dòng điện ii § U K I = Ta lấy điện áp phản hồi Ui = 10V Khi động cơ chạy ở chế độ định mức Có IĐ = 1000A Vì thế i 10 K 0,01 1000 = = Từ đó ta có: ( ) ii i K 0,01 W P 1 T P 1 0,005P = =+ + 4.8.4. Khâu phản hồi tốc độ. ®k Tài liệu tham khảo 89 Hình 4.14: Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ có dạng. ( ) ( )( )ft f U P K W P P 1 T P ω ω ω= =ω + Trong đó: Tfω là hằng số thời gian của bộ lọc lấy Tfω = 0,005s. U K W ω ω = : khi động cơ chạy với tốc độ định mức thì ta có Uω= Uωmax= 1(V) ®m ®m n 1300 136rad / s 9,55 9,55 ω = = = U 10 K 0,096 v.S / rad W 136 ω ω = = = Vậy ta có: ( )ft f K 0,096 W P 1 T P 1 0,005P ω ω = =+ + 5.8.5. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. Hình 4.15: Cấu trúc sơ đồ mạch vòng dòng điện Ri là bộ điều chỉnh dòng điện TBBĐ, Ti, Tư là hằng số thời gian của BBĐ, trong trường hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học rất lớn, hơn thời gian điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể coi sđđ của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện (coi ΔE = 0). Hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện. § § Tài liệu tham khảo 90 ( ) ( )( )( ) i BB§ − 0 i BB§ − K K . R S P 1+P.T 1 P.T 1 PT = + + Vì Ti và TBBĐ là nhỏ ta dặt Ts = Ti + TBBĐ lúc này biểu thức S0(P) có thể viết lại như sau. ( ) ( )( ) i BB§ − 0 s − K K . R S P 1+P.T 1 PT = + Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mô dun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI. ( ) −i BB§ i s − 1 P.T R P K .K .a.T .P R += Ta lấy hằng số a = 0. Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh Ri BB§ i 1 s − K .K R C .2T R = Trong đó Is = Ti + TBBĐ = 0,005 + 0,0017 = 0,0067 KBBĐ = 108,7; Ki = 0,01; Rư = 0,4. Ta chọn C = 5,7μF, từ đó ta có. BB§ i1 s 6 − K .K 108,7.0,01.2.0,0067 R .2T 7748 C.R 4,7.10 .0,4− = = = (Ω) ®k Tài liệu tham khảo 91 Ta chọn R1 = 15 kΩ Tính R3: Vì u3 − 3 T R .C T R C = ⇒ = 3 6 0,0011 R 2,34 4,7.10− = = Ω Chọn R3 = 1 kΩ Hàm truyền của mạch vòng dòng điện là. ( ) ui BB§ s − 1 PT 1 0,0011P R P K 108,7.0,1 .2.0,0067.P.a.T .P 0,4R + += = ( )i 27,5 0,03PR P P += 4.8.6. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. Ở mục trên ta đã tổng hợp được mạch vòng dòng điện trong phần này ta sẽ sử dụng biểu thức kết quả trong đó đã bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động của động cơ. ( ) ( ) ( )3 2®i i i s ss s s I P 1 1 1 1 . . U P R K 1 2T P 1 T P1 2T .P 2T .P 2T P = = + ++ + + 108,727,5+0,03P Tài liệu tham khảo 92 Vì 1 + Ts. P ≈ 1 vì thế để đơn giản ta có thể dùng biểu thức gần đúng để tính toán hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện. ( ) ( )di i s U P 1 1 . U P K 1 2.T .P = + Sơ đồ khối cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ. Hình 4.17: Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ Trong đó Sw là sensor tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ số truyền là Kw và hằng số thời gian (lọc) Tfw. Thường Tfw có giá trị nhỏ khi đó ta đặt. 2T's = 2. Ts + Tfw đối tượng điều chỉnh các hàm truyền. ( )−0 i u c s R .K 1 S . K .C .T P 2T .P 1 ω= + Theo tiêu chuẩn tối ưu môdun có thể xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là bộ tỷ lệ. ( ) i u c P' − s 2 K C T 1 R P . K R .K 2.T .aω ω = = Trong đó thường lấy a2 = 2. Hằng số thời gian cơ học động cơ. P Tài liệu tham khảo 93 ( )uc 2 2R .J 0,4.15,5T 2,8 sCu 1,47= = = Trong mục 4.4.1 ta tính được. Ki = 0,01, Kw = 0,096 2T's = 2Ts + Tfw = 2. 0,067 + 0,005 = 0,0184 (s) Thay các giá trị vào công thức trên ta được. ( ) 0,01.1,47.2,8 1R P . 0,4.0,096 2.0,0184ω = = 29. Đây là bộ điều chỉnh tỷ lệ Kp = 29 vì thế. 6 p 5 R K 29 R = = ta chọn R5 = R7 = 10 kΩ. Từ đó ta có R6 = KPR5 38,3. 10 =383 kΩ Hình 4.18: Cấu trúc bộ điều chỉnh § § Cu JP 1 Cu Tài liệu tham khảo 94 Hình 4.19: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 4.9. ĐẢO CHIỀU QUAY CỦA ĐỘNG CƠ. 4.9.1. Đảo chiều từ thông Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì lực từ có chiều ngược lại. Vậy muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều có thể thực hiện một trong hai cách sau. Hoặc đảo chiều từ thông (qua đảo chiều dòng điện kích từ). Hoặc đảo chiều dòng điện phần ứng. Trong dây truyền cán động cơ sử dụng hệ truyền động với công suất lớn (vì công suất kích từ chỉ khoảng 18% công suất truyền động) và hầu như không đảo chiều nên ta sử dụng phương pháp đảo chiều bằng từ thông. Hình 4.20. Sơ đồ đảo chiều động cơ bằng kích từ Phương pháp đảo chiều từ thông thực hiện nhẹ nhàng vì mạch từ thông có công suất nhỏ hơn mạch phần ứng. Tuy vậy cuộn kích từ có số vòng dây lớn, hệ số tự cảm lớn do đó thời gian đảo chiều tăng lên (thời gian quá độ lớn) nên phương pháp đảo chiều từ thông tốc độ tăng qúa, không tốt. Tài liệu tham khảo 95 4.9.2. Sơ đồ mạch kích từ Hình 4.21. Sơ đồ mạch kích từ Hoạt động của sơ đồ: Hai mạch chỉnh lưu hoạt động riêng biệt. Mạch này hoạt động (được phát xung điều khiển) thì mạch lại hoàn toàn nghỉ (bị ngắt xung điều khiển). Vì vậy loại trừ được hiện tượng dòng quẩn và không cần cuộn kháng cân bằng. Song quá trình đảo chiều cần có thời gian chết (nhỏ nhất là vài ms) để cho van của mạch phải ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khoá rồi mới bắt đầu phát xung cho mạch kia hoạt động. Vì vậy cần có một khối logic điều khiển đảo chiều tin cậy. 4.9.3. Quá trình đảo chiều. Khi ta nhấn nút dừng cắt nguồn động cơ ngừng hoạt động. Nhưng theo quán tính động cơ còn chạy một thời gian sau mới ngừng hẳn. Vì vậy nó sinh Tài liệu tham khảo 96 ra một năng lượng trong mạch phần ứng. Muốn làm mất năng lượng đó ta phải mắc một điện trở R để triệt tiêu năng lượng phát sinh đó. Khi bắt đầu đóng điện cho động cơ, tốc độ động cơ bằng không nên dòng điện động cơ Im= ®m − U R = (10 - 20) Iđm rất lớn tạo ra mô men ngắn mạch. ®mnm ®m ®m n m − R M M K . K I R = = φ = φ Cũng rất lớn và có thể gây ra hậu quả xấu. Mô men mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, không tốt về mặt cơ học, hại máy, có thể gây ra nguy hiểm gẫy trục, vỡ bánh răng. Mmm = Mnm = K. φdm. Imm. Vậy, để đảm bảo an toàn cho động cơ và các cơ cấu truyền động cũng như tránh ảnh hưởng xấu tới lưới điện, phải hạn chế dòng điện khi mở máy, không cho vượt mức giá trị Imm =(1,5 - 2,5)Iđm. Nghĩa là phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng Rp sao cho. ( )®m ®mmm ®m − p − U U I 1,5 2,5 I R R R Σ = = −+ P lớn thì chọn Imm nhỏ Trong quá trình mở máy, tốc độ động cơ ω tăng, sức điện động của động cơ E = K.φω càng tăng dần và dòng điện động cơ bị giảm. − P U E I R R −= + Do đó mô men động cơ giảm. Tài liệu tham khảo 97 a. Đồ thị đặc tính cơ lúc mở máy b. Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều KTĐL Hình 4.22 Do đó mô men động cơ này cũng giảm. Động cơ mở máy theo mũi ten trên đường đặc tính cơ 1 (Hình 4.22). Nếu cứ giữ nguyên Rp trong mạch phần ứng thì khi động cơ giảm từ Mmm xuống bằng MC, động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ thấp ωB. Do vậy, khi mô mên giảm đi 1 mức nào đó thì phải cắt điện trở Rp trong mạch phần ứng nhờ đồng tiếp điểm K để động cơ trở về làm việc (hãy tiếp tục mở máy) trên đặc tính tự nhiên tại điểm E. Lúc này mô men động cơ ME lại lớn hơn nhiều mô men tải MC nên động cơ tiếp tục tăng tốc nhanh tới điểm A thì Mđ = Mc và động cơ sẽ chạy ổn định với tốc độ ωA . Khi đóng tiếp điểm K để cắt điện trở phụ Rp ra khỏi mạch rôto thì ngay lập tức động cơ chuyển từ điểm làm việc D trên đặc tính cơ nhân tạo 1 sang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên 2, do quán tính cơ khi chuyển đặc tính, tốc độ động cơ không kịp thay đổi trong một khoảng thời gian quá ngắn nên đoạn chuyển đổi DE là nằm ngang. ω ω ω ω Σ = Ρ‹+5‡ Tài liệu tham khảo 98 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG SIMULINK 5.1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SIMULINK Matlab là chương trình phần mềm trợ giúp cho việc tính toán và hiển thị. Nó có thể chạy trên hầu hết các loai máy tính và được điều khiển bởi số lượng lứon các lệnh, các tập lệnh. Các lệnh này ngày càng được mở rộng nhờ các phần Toolbox (thư viện trợ giúp) khác nhau hay thông qua các hàm ứng dụng được tạo lập bởi người sử dụng. Simulink là một Toolbox hỗ trợ đắc lực cho việc mô hình hoá, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong thời gian liên tục, gián đoạn hay một hệ kết hợp cả liên tục và gián đoạn. Hệ thống cũng có thể có nhiều tốc độ khác nhau có nghĩa là các phần khác nhau lấy mẫu và cập nhật số liệu ở tốc độ khác nhau. Để mô hình hoá Simulink sử dụng các đối tượng đồ hoạ gọi là Graphic Programming Unit - GPU. Nó được xây dựng trên cơ sở các ngôn ngữ lập trình OOP, tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho việc thay đổi giá trị các thuộc tính trong những khối thành phần. Loại hình lâp trình này có xu hướng được sử dụng nhiều trong kỹ thuật bởi ưu điểm lớn nhất củanó là tính trực quan, dễ viết và hình dung đối với người lập trình không chuyên nghiệp x như những người muốn bỏ nhiều thời gian cho việc nghiên cứu thêm một ngôn ngữ lập tình mới. Thư viện của Simulink cũng bao gồm tòan bộ thư việc các khối như khối nhận tín hiệu, các nguồn tín hiệu, các phần tử tuyến tính và phi tuyến, các đầu nối chuẩn. Điều đặc biệt ở chương trình này là người sử dụng có thể tạo ra các khối thư viện riêng của mình. Các mô hình bài toán trong Simulink được xây dựng có thứ bậc hay còn gọi là xây dựng theo mô hình phân cấp, điều đó cho phép người sử dụng có thể xây dựng mô hình theo hưóng POP- Tài liệu tham khảo 99 DOWN hoặc POP-UP. Người dùng vừa có thể quan sát hệ thống ở mức tổng quan, vừa có thể đạt được mức cụ thể bằng cách nháy kép vào từng khối xác định để xem chi tiết mo hình của từng khối. Với cách xây dựng kiểu này, người dùng có thể hiểu được sâu sắc tổ chức của một mô hình và những tác động qua lại của các phần trong mô hình như thế noà. Sau khi xây dựng mô hình hệ thống, người sử dụng có thể mô phỏng nó trong Simulink bằng cách nhập lệnh trong cửa sổ của Matlab hoặc sử dụngc ác menu có sẵn. Việc sử dụng các menu đặc biệt thích hiợp cho các công việc có sự tác động qua lịa lẫn nhau, còn sử dụng dòng lệnhthwờng hay được sử dụng khi chạy một loạt các mô hình. Các bộ Scope và khối hiển thị khác cho phép nhiều sử dụng có thể theo dõi kết quả trong khi đang chạy mô phỏng. Hơn nữa, người sử dụng có thể thay đổi thông số hệ thống một cách trực tiếp và nhận biết được các ảnh hưởng đến mô hình. Kết quả mô phỏng có thể đặt vào Matlab để xử lý đưa ra máy in hay hiển thị. Cần nhấn mạnh điều quan trọng nhất trong việc mô phỏng một hệ thống hay một quá trình là việc xây dựng được mô hình hệ thống quá trình đó. Để sử dụng tốt chương trình này, ta cần nắm chắc các kiến thức cơ bản về điều khiển tự động, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm lý thuyết điều khiển tự động và từ đó xây dựng mô hình bài toán cần giải quyết. 5.2. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG SIMULINK. Tài liệu tham khảo 100 Đồ thị hình 5.2 thể hiện ba đặc tính của động cơ. Hình 5.2a thể hiện đặc tính của điện áp. Hình 2.5b thể hiện đặc tính của dòng điện. Hình 5.2.c thể hiện đặc tính của tốc độ khi khởi động thì động cơ mang tải ngay từ đầu, sau 1s quá trình khởi động kết thúc và động cơ làm việc ở chế độ xác lập. Khi khởi động ban đầu có mang tải. Điện áp tăng dần xấp xỉ điện áp định mức sau 1,5S. Dòng điện mở máy tăng lên vượt dòng định mức những do tác động của mạch phản hồi dòng điện nên nó giảm dần và đạt tới giá trị định mức sau 1,55. Tốc độ tăng lên vượt giá trị định mức sau 3,5s ta đóng tải cho hệ thống, động cơ làm việc có tải. Điện áp ổn định và đạt giá trị định mức 600V. Dòng điện ổn định và đạt giá trị định mức 1000A. Tốc độ ổn định ở 1300V/ph 5.3. Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG. Là công cụ quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật – vật lý, mà không nhất thiết phải có đối tượng thực. được trang bị một công cụ mô phỏng mạch và có hiểu biết về các phương pháp mô hình hoá, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu – phát triển sản phẩm một cách đáng kể, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức tạp với giá trị kinh tế lớn. 5.4. MÔ TẢ QUÁ TRÌNH MÔ HÌNH, MÔ PHỎNG. Ở đây ta sử dụng mô hình, mô phỏng bộ biến đổi thực tế để tính tới các yếu tố phi tuyến. Tài liệu tham khảo 101 + Ta dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lạp có các thông số sau: Uđm = 600V n =1300 V/ph Iđm = 1000A J = 15,5 kg/m2. Pđm = 600 kW Rư = 0,4 Lư = 0,00044 (H) Tư = 0,0011 (S) Bộ biến đổi dùng sơ đồ cầu 3FA có điều khiển (Thyristor converter). Được nhận tín hiệu điều khiển từ bộ phát xung (Synchronized). Bộ phát xung điều khiển được cấp nguồn từ (Synchronization – Voltages). + Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng (PI Curent Regulator) đầu vào nhận tín hiệu từ khâu phản hồi tốc độ đầu ra gửi tới khối điều khiển αlpha- deg để điều khiển góc mở α. + Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ (Speed Controller) đầu vào nhận tín hiệu từ máy phát tốc và khâu tạo gia tốc. Đầu ra gửi tín hiệu tới đầu vào của PI. + Khâu Scope để nhìn các dạng tín hiệu: điện áp, dòng điện, tốc độ. * Nguyên lý hoạt động của mô hình, mô phỏng. Khi động cơ làm việc tốc độ của động cơ được ổn định nhờ bộ phản hồi tốc độ và bộ phản hồi dòng điện tốc độ thực tế của động cơ được so sánh với tốc độ đặt do vậy trên Scope ta nhìn thấy tốc độ của động cơ bám sát đường đặt (đỏ). Dòng điện thực tế của động cơ sẽ thay đổi khi động cơ mang đầy tải và không tải được hiển thị trên Scope và dòng điện thực tế ta thấy bám theo đường đỏ theo dòng điện đặt. Tài liệu tham khảo 102 KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, với đề tài "Thiết kế bộ điều khiển của động cơ điện một chiều kích từ độc lập" đã giúp em hiểu những vấn đề lý thuyết và thực tế liên quan đến đề tài nhằm củng cố thêm những kiến thức đã học ở trường. Được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Trần Trọng Minh và các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hoá và các bạn cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài thiết kế tốt nghiệp này. Đề tài thiết kế tốt nghiệp đã đề cập đến cơ bản của phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đề tài tốt nghiệp cũng đề cập đến phương pháp xây dựng mô hình quan sát điện áp, dòng điện, tốc độ thông qua việc mô phỏng bằng chương trình MATLAB SIMULINK trên máy tính. Các kết quả mô hình hoá trên máy tính cho thấy đã đủ cơ sở để khẳng định hệ thống truyền động điện đã đề xuất trong đồ án hoàn toàn có thể áp dụng được trong thực tế. Do thời gian có hạn nên đồ án có nhiều thiếu sót, mong thầy cô và các bạn góp ý cho em. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo và các bạn! Hải Phòng, ngày 15 tháng 11 năm 2004 Sinh viên Phạm Hữu Quân Tài liệu tham khảo 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi Trang Bị Điện - Điện tử máy gia công kim loại 2. Phạm Quốc Hải Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất 3. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện - NXB KHKT - 2001 4. Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi. Điều chỉnh tự động truyền động điện - NXB KHKT - 1999. 5. Nguyễn Bính Điện tử công suất - NXB KHKT - 2000. 6. Dương Minh Trí Sổ tay linh kiện - NXB KHKT - 1998. 7. Phạm Công Ngô Lý thuyết điều khiển tự động - NXB KHKT - 1998. 8. Đỗ Xuân Thụ Kỹ thuật điện tử - NXB Giáo dục - 1997. 9. Vũ Quang Hồi Trang bị điện - Điện tử công nghiệp - NXB Giáo dục - 2003. Tài liệu tham khảo 104 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ CÁN .................................................................. 2 1.1. Lý thuyết cán ........................................................................................ 2 1.2. Máy cán ................................................................................................. 3 1.3. Các biểu thức tính toán và điều kiện cán ........................................... 4 1.3.1. Các thông số cơ bản ........................................................................ 5 1.3.2. Điều kiện để trục cán ngoạm được kim loại: .................................. 7 1.4. Tính mô men truyền động trục cán .................................................. 12 1.4.1. Phương pháp Xelicốp .................................................................... 12 1.4.2. Phương pháp suát tiêu hao năng lượng ......................................... 14 1.5. Tính chọn công suất động cơ. ............................................................ 15 CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .......................................................... 18 2.1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều. .................................................. 18 2.1.1. Khái niệm chung ........................................................................... 18 2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. ............. 19 2.1.2.1. Phương trình đặc tính cơ ................................................................. 20 2.1.2.2. Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ ............................. 23 2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. ...................................... 26 2.2.1. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng ....................................... 26 2.2.2. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ. ....................................... 29 2.3. Hệ thống biến đổi - động cơ (BBĐ - Đ) ............................................ 31 2.3.1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F - Đ) ...... 32 2.3.1.1. Cấu trúc hệ F - Đ và các đặc tính cơ bản. ....................................... 32 2.3.1.2. Các chế độ làm việc của hệ F - D.................................................... 34 2.3.2. Hê thống chỉnh lưu - động cơ một chiều ...................................... 37 2.3.2.1. Chỉnh lưu bãn dẫn làm việc với động cơ điện. ............................... 37 2.3.2.2. Đặc tính của hệ truyền động chỉnh lưu Thiristo - động cơ một chiều. .. 41 Tài liệu tham khảo 105 2.3.2.3. Nhận xét chung ............................................................................... 43 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH LỰC ....................................................... 47 3.1. Mục đích yêu cầu ................................................................................ 47 3.2. Lựa chọn của bộ chỉnh lưu ................................................................ 47 3.2.1. Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng có điều khiển. ........................... 47 3.2.2. Chỉnh lưu hình tia 3 pha. ............................................................... 49 3.2.3. Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu. ............................................................ 50 3.2.4. Kết luận ......................................................................................... 54 3.3 Tính toán mạch động lực .................................................................... 54 3.3.1. Tính chọn van cho mạch động lực. ............................................... 55 3.3.2. Tính toán thiết kế cuộn kháng bảo vệ hạn chế tốc độ tăng dòng di/dt. ......................................................................................................... 57 3.3.3. Tính mạch bảo vệ quá áp RC mắc song song với van. ................. 59 3.3.4. Chọn cầu dao đóng cắt cho mạch lực ........................................... 61 3.3.5. Chọn cầu chì bảo vệ cho mạch lực. .............................................. 61 CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN ....................................... 64 4.1. Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển .......................................... 64 4.2. Tính chọn biến áp cho nguồn điều khiển. ........................................ 65 4.2.1. Một số đặc điểm của biến áp nguồn điều khiển. ........................... 65 4.2.2. Tính toán biến áp 3 pha. ................................................................ 65 4.3. Khâu đồng pha ................................................................................... 69 4.4. Khâu tạo điện áp tựa. ......................................................................... 70 4.4. Khâu so sánh tạo xung. ...................................................................... 73 4.5. Khâu tạo xung chùm. ......................................................................... 74 4.6. Khối khuếch đại xung chùm ............................................................. 76 4.7. Biến áp xung ....................................................................................... 78 4.8. Tổng hợp hệ thống truyền động điện ............................................... 83 4.8.1. Động cơ điện một chiều KTĐL .................................................... 83 4.8.2. Bộ điều chỉnh có đk ...................................................................... 85 Tài liệu tham khảo 106 4.8.3. Khâu phản hồi dòng điện .............................................................. 87 4.8.4. Khâu phản hồi tốc độ. ................................................................... 88 2.8.5. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. .................................................. 89 4.8.6. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.......................................................... 91 4.9. Đảo chiều quay của động cơ. ............................................................. 94 4.9.1. Đảo chiều từ thông ........................................................................ 94 4.9.2. Sơ đồ mạch kích từ ........................................................................ 95 4.9.3. Quá trình đảo chiều. ...................................................................... 95 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG SIMULINK ................................................ 98 5.1. Giới thiệu phần mềm simulink ......................................................... 98 5.2. Mô phỏng hệ thống bằng simulink. .................................................. 99 5.3. ý nghĩa của quá trình mô phỏng. .................................................... 100 5.4. Mô tả quá trình mô hình, mô phỏng. ............................................. 100 KẾT LUẬN ..................................................................................................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 103 Tài Đ B TR liệu tham Ề TÀI: T Ộ GIÁO DỤ ƯỜNG ĐẠI H ---- khảo TRƯỜN BỘ ĐỒ HIẾT K C VÀ ĐÀ HỌC BÁCH À NỘI ----------- G ĐẠI H K MÔN T ----------- ÁN T Ế BỘ ĐI KÍCH Giáo viên Giáo viên Sinh viên Lớp Mã số sin Hải P O TẠO KHOA ỌC BÁC HOA ĐIỆ Ự ĐỘNG -Y”Z- ỐT ỀU KHIỂ TỪ ĐỘ hướng dẫ hướng dẫ thực hiện h viên hòng - 11 CỘNG HO Độc H KHOA N HOÁ XN ---------- NGH N ĐỘNG C LẬP n : TS. NG n : TRẦN : PHẠM : TĐH : 4063 /2004 À Xà HỘI lập – Tự --------- HÀ NỘ CN - IỆP CƠ MỘ UYỄN MẠ TRỌNG M HỮU QU – K1 - HP CHỦ NGH do – Hạn ***-------- I T CHIỀ NH TIẾN INH ÂN ĨA VIỆT N h phúc - U AM Tài liệu tham khảo 108 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Phạm Hữu Quân Số hiệu sinh viên: 4063 Khoá : 1 Hải Phòng Khoa: Điện Ngành: TĐH XNCN 1. Đầu đề thiết kế. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 2. Các số liệu ban đầu. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán. Chương I : Khái niệm về công nghiệp cán. Chương II : Điều khiển động cơ một chiều. Chương III : Phân tích tính toán mạch lực. Chương IV : Phân tích tính toán mạch điều khiển. Chương V : Mô phỏng hệ thống bằng Simulink. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 4. Các bản vẽ, đồ thị (Ghi rõ các loại bản vẽ về kích thước các bản vẽ): ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Tài liệu tham khảo 109 5. Họ tên cán bộ hướng dẫn. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ........................................................................... 7. Ngày hoàn thành đồ án: ............................................................................... CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2004 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) Học sinh đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm 2004 NGƯỜI DUYỆT (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN (Ký, ghi rõ họ tên) Tài liệu tham khảo 110 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Trần Trọng Minh. Các số liệu và kết quả trong đề tài là hoàn thành trung thực. Để hoàn thành bản đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo đã được ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không được liệt kê ở phần tài liệu tham khảo. Sinh viên Phạm Hữu Quân

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfdk_dong_co_dien_1_chieu_7222.pdf
Tài liệu liên quan