Đồ án môn Tổng hợp hệ thống truyền động điện
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG
ÁN TRUYỀN ĐỘNG
1.1 Giới thiệu công nghệ/ bài toán:
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
Tem
Motor
ωM
JM
T2
TL
r2
Load
JL
Hình 1: Sơ đồ công nghệ hệ thống.
1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ, đặc tính cơ của tải:
a) Yêu cầu công nghệ:
-Sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập điều khiển tốc độ của tải
theo yêu 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 môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
ωL(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 mômen 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 - Mômen cản (N.m).
ω
α
+ Phương trình đặc tính cơ của tải: Mc = Mco+ (Mđm – Mco)(
Trong đó: Mc - mômen ứng với tốc độ ω.
Mco - mômen ứng với tốc độ ω = 0.
)
ωđm
Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ωđm.
+ Ta có các trường hợp số mũ α ứng với các tải:
Khi α = -1, mômen 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 mômen cản (lực cản) càng
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, mômen 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, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió,
máy nén.
Ở hệ thống này , momen cản là loại cơ cấu nâng hạ có α = 0
Mc = Mđm = const
Trang: 2
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
ω(rad/s)
α=0
M(N/m)
Mđm
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 yêu cầu công nghệ và kết quả
tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể
thỏa mãn yêu 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 yêu 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 thông kích từ
• Kết hợp điều chỉnh từ thông kích từ và điện áp phần ứng
Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng hầu như không được sử
dụng trong các hệ có yêu cầu chất lượng cao do tổn hao công suất.
- Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có đáp ứng được đặc trưng bằng hằng
số thời gian có giá trị nhỏ.
Trang: 3
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
- Ngược lại, hằng số thời gian đặc trưng cho đáp ứng của phương pháp điều chỉnh
từ thông kích từ có giá trị lớn hơn gấp 10-100 lần so với phương pháp điều chỉnh
điện áp phần ứng.
- Hằng số thời gian lớn làm cho phương pháp điều chỉnh từ thông 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 thông 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 quá 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 không 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 môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
1.5 Tính chọn công suất động cơ:
Nguồn động lực trong một hệ thống truyền động điện là động cơ điện. Các yêu cầu
kỹ thuật, độ tin cậy trong quá 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 công 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 yêu 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 thông thoáng, nhiệt độ, độ ẩm, khí
độc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà...).
Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ truyền động điện.
Nếu nâng cao công 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 công suất cosθ của
lưới điện do động cơ chạy non tải. Ngược lại nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn
công suất tải yêu cầu thì động cơ hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng
nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm
động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng.
Để tính chọn công suất động cơ trong hệ thống có điều chỉnh tốc độ cần phải biết
những yêu 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:
Công thức: ωL/ωM = r1/r2 =4 => ωM = ωL/4
Trang: 5
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
ωM(rad/s)
25
4s
6s
7s
t
0
1s
3s
-27,5
Hình 4: Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ.
1.5.2 Xây dựng đồ thị mô men mong muốn của tải:
Dựa vào đồ thị tốc độ mong muốn của tải và các thông số đã cho,ta tính được mô
men mong muốn của tải tại từng thời điểm:
푑푤
Ta có T2 = TL + JL
푑푡
푑푤
• Từ 0 đến 1s: T2 = TL + JL = 25+ 0,06.100 = 31 (N.m).
푑푤
푑푡
• Từ 1 đến 3s:
= 0 T2 = 25 (N.m).
푑푤
푑푡
• Từ 3 đến 4s: T2 = TL + JL
= 25+0,06.100 = 31 (N.m).
푑푡
110
푑푤
푑푡
• Tại 4s: t=0,1s T = T + J
= 25+0,06
= 91 (N.m).
∆
2
L
L
0,1
푑푤
• Từ 4 đến 6s:
= 0 T2 = 25 (N.m).
푑푤
푑푡
• Tại 6 đến 7s: T2 = TL + JL = 25 +0,06.110 = 31,6 (N.m).
푑푡
T2(N.m)
91
31,6
25
0
31
t
1s
3s
4s
6s
7s
Trang: 6
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
Hình 5 : Đồ thị momen mong muốn của tải.
1.5.3 Xây dựng đồ thị mô men mong muốn của động cơ:
푊푙
푟1
푟2
Mô men quy về trục động cơ: Tem =
T2 =
T2 = 4*T2
푊푚
• Từ 0 đến 1s: Tem = 124 (N.m)
• Từ 1 đến 3s: Tem = 100 (N.m)
• 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 công suất động cơ:
Ta có: P = Tem.ωM
Trong đó: P là công 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.(100-25t) =12400-3100t (w)
Trang: 7
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
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.(27,5t-192,5) = 3476t-24332(w)
P(w)
3100
2500
t(s)
6
7
1
4
-2750
-3476
-10010
Hình 7 :Đồ thị công suất động cơ.
Công suất cực đại Pmax = 10010 W
2
1
2
2
2
3
2
4
2
5
2
6
푝 푡 + 푝 푡 + 푝 푡 + 푝 푡 + 푝 푡 + 푝 푡
1
2
3
4
5
6
푃 =
đ푡
푡 + 푡 + 푡 + 푡 + 푡 + 푡
6
1
2
3
4
5
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
÷
Trang: 8
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
Vậy Pđt = 3116*1,4 = 4362,4(W)
Chọn động cơ loại LAK2132-2M-EM4976 của hãng TT Electric có các thông số:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Điện áp định mức (VDC)
Công suất định mức (W)
Momen định mức (N.m)
Momen xoắn cực đại (N.m)
Tốc độ định mức (vòng/phút)
Dòng điện định mức (A)
Dòng điện cực đại (A)
Điện trở (ohms)
110
4600
63.1
90
1500
51
67
0.162
0.0082
14
Cảm kháng (mH)
Khối lượng (kg)
Kiểm nghiệm lại các thông số động cơ :
- n = 1500 vòng/phút => nc = 238 vòng/phút
cần sử dụng hộp số giảm tốc ( gearbox )
푛
1500
tỉ lệ n = 푛
6.3
=
=
푐
238
chọn gearbox có các thông số cơ bản sau :
Thông số
Giá trị
Đơn vị
Tỷ số
7:1
Momen đầu trục 10
Momen lớn nhất 35
N.m
N.m
Tốc độ đầu vào
4000
Vòng/p
- Kiểm tra momen đông cơ :
momen đầu trục : T = TN
= 63.1
= 441.7 N.m
× 7
×
momen lớn nhất động cơ mong muốn Tmax = 364 < T =441.7=> thỏa mãn
vậy động cơ đáp ứng được yêu 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)
•Công suất định mức : Pđm = 4600 (W)
•Tốc độ quay định mức: nđm = 1500 (vòng/phút)
•Dòng điện định mức: Iđm = 51 (A)
Trang: 9
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
•Mômen quán tính của động cơ: J = 0
•Hằng số mômen 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:
Điện áp ngược cực đại đặt lên van:
Unmax = knv.U2
(1)
Với U2 là điện áp pha hiệu dụng phía hạ áp của máy biến áp.
Ta có: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Ud = ku.U..cosα = Udo.cosα
(2)
Từ công thức ta có thể suy ra: Điện áp trung bình lớn nhất của mạch chỉnh lưu khi
cosα =1 => α = 00
Từ (1), (2) suy ra điện áp ngược cực đại mà thyristor phải chịu:
k
3 6
nv .Ud Trong đó:
ku
;
ku
;
k 6
Unmax
nv
휋
Theo đề yêu cầu ta có: Ud =Uđm= V
Unmax=
= 115 (V).
110 ∗
3
⇒
Để có thể chọn van hợp lý, điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm
việc được tính từ công thức trên qua hệ số dự trữ điện áp ku =1,8.
Vậy điện áp ngược của van cần chọn:
U =
nv
= 207(V).
1,8 ∗ 115
Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng của sơ đồ trên (Iv= Ihd).
Dòng điện hiệu dụng được tính: Ihd = khd.Id
Trong đó:
Ihd là dòng điện hiệu dụng của van.
Id là dòng điện trung bình của mạch chỉnh lưu.
khd là hệ số xác định dòng điện hiệu dụng. Hệ số này được xác định theo
1
bảng 8.2 (trang 249 sách ĐTCS của tác giả Lê Văn Doanh), ta có khd =
.
3
Trang: 10
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
1
⇒ I1v= Ihd =khd.Id= 51 *
=29,5 (A).
3
Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn, không bị đánh thủng về nhiệt, phải chọn
các thiết bị hệ thống van hợp lý. Với công suất tải trên ta chọn điều kiện làm việc của van
là có cánh tản nhiệt và có đủ diện tích tản nhiệt, không có quạt đối lưu không khí. Với
điều kiện trên thì van được phép làm việc tới 40%Iđm (đối với điều kiện làm mát bằng
nước thì dòng điện làm việc trên van có thể lên đến 90%Iđm.
1030 %
Với điều kiện làm việc trên: I =
Iđmv.
1v
Chọn I1v = 25%Iđmv hay hệ số dự trữ dòng điện ki= 4.
⇒ Iđmv = ki.I1v= 4*29,5 = 118(A).
Từ hai thông số Unv và Iđmv ta chọn 12 thyristor loại T210 N có các thông số sau:
Thông số
Giá Trị
Điện áp ngược cực đại của van
Unmax = 300 V.
Dòng điện định mức của van
Đỉnh xung dòng điện
Imax = 210 A.
Ipikmax = 1000 A.
Igmax = 150 mA.
Ugmax = 2,5 V.
Irmax = 15 mA.
Dòng điện của xung điều khiển
Điện áp xung điều khiển
Dòng điện rò
Sụt áp trên thyristor ở trạng thái
ΔUmax = 2 V.
dẫn
du/dt = 500 V/s.
Tốc độ biến thiên điện áp
Thời gian chuyển mạch
t = 15 s.
q
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép
Tmax= 125oC.
Trang: 11
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
2.1 Mô hình toán 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 thông 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 thông kích từ tạo thành mômen điện từ. Vậy ta có các phương trình cơ
bản của động cơ một chiều.
Để xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều kích từ độc lập ta xét động cơ
làm việc ở chế độ quá độ. Các phương trình mô tả động cơ điện một chiều:
Phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
푑푖 (푡)
푎
푣(푡) = 푒(푡) + 푅 푖 + 퐿
푎 푎
푎
푑푡
Suất điện động cảm ứng:
푒(푡) = 퐾훷휔(푡) = 퐾 휔(푡)
푏
Momen điện từ:
푇 = 퐾 푖 (푡) = 퐾 푖 (푡)
푒
푇 푎
푏 푎
Phương trình mô tả quan hệ điện-cơ:
푑휔(푡)
퐽
+ 퐵 휔(푡) = 푇 (푡) ― 푇 (푡)
푙 푒 푙
푑푡
Trong đó:
V : Điện áp mạch phần ứng.
ia : Dòng điện phần ứng.
e : Sức điện động cảm ứng.
Ra : Điện trở mạch phần ứng.
La : Điện cảm mạch phần ứng.
Te : Mô men động cơ sinh ra.
Chuyển qua miền Laplace:
푉(푠) = 퐾 휔(푠) + 푅 푖 (푠) + 퐿 푠푖 (푠)
푏
푎 푎
푎 푎
푉(푠) ― 퐾 휔(푠)
푏
=> 퐼 (푠) =
푎
퐿 푠 + 푅
푎
푎
퐽푠휔(푠) + 퐵 휔(푠) = 퐾 푖 (푠) ― 푇 (푠)
푙
푏 푎
푙
Trang: 12
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
퐾 푖 (푠) ― 푇 (푠)
푏 푎
푙
=> 휔(푠) =
퐽푠 + 퐵
푙
Từ hai phương trình ta xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều như sau :
-
V(s)
Kb
+
+
-
E(s)
Kb
Hình 8 : Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Hàm truyền đạt của tốc độ/điện áp và tốc độ/momen tải:
휔(푠)
푉(푠)
퐾
푏
퐺 (푠) =
휔푉
=
2
푏
2
푠 퐽퐿 + 푠(퐵 퐿 + 퐽푅 + (퐵 푅 + 퐾 )
푎)
푙 푎
푎
푙 푎
휔(푠)
―(퐿 푠 + 푅 )
푎 푎
퐺 (푠) =
휔푙
=
2
푏
2
푇 (푠)
푙
푠 (퐽퐿 ) + 푠(퐵 퐿 + 퐽푅 ) + (퐵 푅 + 퐾 )
푎
푙 푎
푎
푙 푎
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:
휔(푠) = 퐺 (푠)푉(푠) + 퐺 (푠)푇 (푠)
휔푉
휔푙
푙
2.2 Xây dựng mô hình toán học của các khâu trong hệ thống :
2.2.1 Mô hình toán 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:
Trang: 13
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
Hình 9 : Chỉnh lưu đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi đấu song song ngược.
Điện áp ra của bộ chỉnh lưu :
Vdc = 3 6.U.cosα
휋
trong đó: U- điện áp hiệu dụng của nguồn
α- góc kích mở thyristor
Chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos ta có:
푉c
Suy ra Vdc = 3 6.U.푉푐푚
휋
푈
6
Vdc =3 .푉푐푚 .Vc
휋
Trang: 14
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
푈
6
.
Vdc = Kr.Vc với Kr = 3
푉푐푚
휋
1.5
VCM
1.0
Uđb
UAK
0.5
0
VC
θ
-0.5
-1
-1.5
0
π
α
2π
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:
1
Tr = 60/2 x thời gian một chu kì = 12 . 1f
360
f = 50 (Hz) => Tr = 1.667 (ms)
Bộ chỉnh lưu do đó được mô hình hóa bằng hàm trễ:
―Tr.s
G (s) = K .
(1.5)
r 푒
r
Trong trường hợp gần đúng ta có thể viết:
Kr
Gr(s) = Tr.s + 1
(1.6)
Vậy ta có mô hình toán của bộ chỉnh lưu hình cầu ba pha như sau:
Trang: 15
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
Kr
Udk(s)
Udc(s)
Tr.s + 1
Hình 10: Mô hình toán chỉnh lưu hình cầu ba pha.
2.2.1 Mô hình toán học của Cảm biến :
a) Phản hồi dòng điện:
Mô hình toán học của phản hồi dòng điện có thể biểu diễn bằng một hệ số
khuếch đại Hc. Trong đa số trường hợp không yêu cầu có bộ lọc.
Trong trường hợp cần dùng bộ lọc, một bộ lọc thông 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 thông thấp có hằng số thời gian dưới 10ms thường được sử dụng.
Hàm truyền đạt của khâu phản hồi tốc độ:
Kω
Gω = Tω.s + 1
Trong đó Kω - hệ số khuếch đại của cảm biến
Tω -hằng số thời gian của bộ lọc
2.3 Xây dựng mô hình toán học của cả hệ thống:
Tranformer
Fast acting
contactor
3
3
Field
winding
Three phase
ac supply
i
1/K t
W*
*
T*
V +
dc
ia
r
C
+
cos-1
V
C
+
_
_
Armature
-
ia
Wmr
Current
Controller
Speed
controller
Limiter
HC
Tach
Filter
Load
Trang: 16
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
Thay thế mô 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*
Wm
_
T C
va
1
1
cos-1
Kb
V
ia
C
+
+
+
_
_
Ra +s.La
B +sJ
l
e
i am
Phase-
Current
controlled
converter
controller
Kb
HC
Giả thiết trường hợp mô-men tải tỷ lệ với tốc độ của động cơ và cho bởi công thức:
푇 = 퐵 휔
푙
푙 푙
Biến đổi sơ đồ khối mô hình hàm truyền đạt của động cơ:
Bl
T (s)
l
wm(s)
I (s)
a
_
V(s)
1
Ra+s.La
T(s)
e
1
B1+ s.J
a
+
+
K
b
_
E(s)
K
b
wm(s)
I (s)
V(s)
a
T(s)
1
1
B1+Bl + s.J
a
e
+
K
b
_
Ra+s.La
E(s)
K b
wm(s)
I (s)
V(s)
1
a
1
a
+
_
Ra+s.La
B1+Bl + s.J
E(s)
Kb
B1+Bl + s.J
Trang: 17
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
V(s)
I (s)
a
Wm
1+s.Tm
Kb/ Bt
1 +s.Tm
a
K
1 (1+s.T1 ).(1+ T .s)
2
Trong đó, các hàm truyền đạt và hệ số như sau:
m(s)
Kb
Ia (s) B (1s.Tm)
l
Ia (s)
1s.Tm
K
V (s)
1 (1s.T)(1s.T )
a
1
2
J
Tm
Bt
B B B
t
1
l
2
2
1
1
1 Bt Ra
1 Bt Ra
Kb Ra .Bt
T'1 T2
2 J La
4 J La
JLa
Bt
K2b RaBt
K1
Hàm truyền của bộ biến đổi (đã xây dựng ở chương 2):
V (s)
Kr
a
Gr (s)
vc (s) 1s.T
r
Bộ điều khiển dòng điện và Bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp hàm chuẩn đã
xác định là khâu PI:
Kc (1s.T )
c
Gc (s)
Gs (s)
s.T
c
Ks (1s.T )
s
s.T
s
Sơ đồ khối hàm truyền đạt của hệ thống:
Trang: 18
Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện
W*
Wm
*
1+s.Tm
Kb/ Bt
1 +s.Tm
V
C
ia
r
+
G (s)
K
+
1 (1+s.T1 ).(1+ T .s)
Gs(s)
G (s)
c
_
c
_
2
ia
Speed
controller
Current
Controller
Coverter
Wmr
Limiter
HC
Gw(s)
Trang: 19
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:
Sau một vài phép biến đổi sơ đồ khối, ta có hàm khuếch đại (loop gain function) của
mạch vòng dòng điện như sau:
퐾 퐾 퐾 퐻
(1 + 푠푇 )(1 + 푠푇 )
푐 푚
푖 푐 푟
푐
퐺퐻 (푠) = {
}
푖
푇
푠(1 + 푠푇 )(1 + 푠푇 )(1 + 푠푇 )
1 2 푟
푐
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:
(1 + 푠푇 ) ≡ 푠푇
푚
푚
Nhờ vậy hàm khuếch đại của hệ số có thể đước đơn giản hóa thành:
퐾(1 + 푠푇 )
푐
퐺퐻 (푠)≅
푖
(1 + 푠푇 )(1 + 푠푇 )(1 + 푠푇 )
1
2
푟
Trong đó hệ số K được xác định như sau:
퐾 =
퐾 퐾 퐾 퐻 푇
푖 푐 푟 푐 푚
푇
푐
Trang: 20
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
28/03/2022
8140
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án môn Tổng hợp hệ thống truyền động điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_mon_tong_hop_he_thong_truyen_dong_dien.docx
