Bài giảng Truyền Động điện - DC & AC

Chia sẻ: nguyenson1590

Động học hệ thống động cơ - tải cơ I.1: Đặc tính cơ của tải I.2: Đặc tính cơ của động cơ Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC) Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC Điều khiển tốc độ động cơ DC Các trạng thái hãm II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu Giới thiệu Bộ chỉnh lưu 1 pha Bộ chỉnh lưu 3 pha II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper) Bộ chopper giảm áp Bộ...

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Bài giảng Truyền Động điện - DC & AC

ĐẠI HỌC NHA TRANG




Bài giảng


TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
DC & AC




Biên soạn: ThS. Trần Công Binh




THÁNG 8 NĂM 2010
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC)
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.2: Đặc tính cơ của động cơ
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC
Điều khiển tốc độ động cơ DC
Các trạng thái hãm
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
Giới thiệu
Bộ chỉnh lưu 1 pha
Bộ chỉnh lưu 3 pha
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ chopper giảm áp
Bộ chopper tăng áp
Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp
Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
III.2: Bộ điều khiển PID
III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC
Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC
Điều khiển moment động cơ DC
Điều khiển vị trí động cơ DC
Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)
Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha
Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha
IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha
V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian
Bộ nghịch lưu ba pha.
Vector không gian và hệ toạn độ satator (αβ).
V.2: Hệ qui chiếu quay
Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).
Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor
Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.
Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha
Điều khiển PID
Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.
V.5: Bộ biến tần
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha


31/08/2010 1
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học:




I.1.2: Phương trình moment cơ bản

M co − M c = J
dt
Mcơ > Mc tải cơ tăng tốc.
Mcơ < Mc tải cơ giảm tốc.
Mcơ = Mc tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh.

I.1.3: Các thành phần của moment cản Mc:
M c = M t + B.ω + M msk + M mst + C.ω2
Mt Moment tải
B.ω Moment ma sát nhớt
Mmsk Moment ma sát khô
Mmst Moment ma sát tĩnh
C.ω2 Moment cản của quạt gió làm mát
Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: M c = M t + B.ω

I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp:




31/08/2010 2
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Mt Mt

Mđm
m




ω ω
ωđm ωđm
Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,…) (Bơm, quạt,…)

I.1.5: Moment quán tính:
⎛ ω2 ⎞ k ⎛ v ⎞
2
n
J = J m + ∑ ⎜ Ji i ⎟ + ∑ ⎜ m j j ⎟
⎜ 2⎟ ⎜ 2⎟
i =1 ⎝ ⎠ j=1 ⎝ ⎠

Jm moment quán tính của trục động cơ.
Ji , ωi moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i.
mj , vj khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j.

I.1.6: Các chế độ làm việc:




31/08/2010 3
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)


a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.

c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.

I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh:
dM c dM co
>
dω dω




I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ:
dM
_ Độ cứng đặc tính cơ: β =

_ Công suất định mức.
….

I.2: Đặc tính cơ của động cơ

I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:
ω
ωolt
ωo
ωđ m


I, Mcơ
0
I0 Iđm, Mđm Ikđ, Mkđ




31/08/2010 4
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Ru
U
ω= − M co M co = kΦI u E = kΦ ω
kΦ (kΦ )2
Kích từ độc lập:

ω
ωolt
ωo
ωđ m
Iu
Rư Ikt
Rkt U
Ukt I, Mcơ
E
0
Φkt
I0 Iđm
ω


I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
R u + R nt
U
ω= − M co = k.k kt I 2
Kích từ nối tiếp:
k.k kt u
k.k kt M co



Iu

Int U
E
Rnt



I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp:




Iu

Ikt Int U
E
Rkt Rnt




31/08/2010 5
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý
tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ
không đổi và bằng định mức.
Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?

Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000
vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức.
Tính momen và công suất định mức của động cơ?
Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW.
Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động
cơ khi đó?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?
Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên.

KPhi = 3.8197
E = 400
Pout = 40000
w = 104.7198
M = 381.9719
HS = 0.7273
Ec = 460
nc = 1150
Poutc = 18400
wc = 120.4277
Mc = 152.7887
HSc = 0.7360
Ikd = 500
Mkd = 1.9099e+003

Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ
là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở
định mức :
Tính tốc độ và momen của động cơ?
Tính công suất và hiệu suất của động cơ?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?

KPhi = 4.1826
E = 438
Pout = 17520
w = 104.7198
M = 167.3037
Pout = 17520
Pin = 18000
HS = 0.9733
Ikd = 1.5000e+003
Mkd = 2.3527e+005

Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000
vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng
điện của động cơ khi momen điện 87 Nm?

31/08/2010 6
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)


I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha:
Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha.
Rs jX’r
jXs & ' R 'r
& Ir
Is


1− s '
& &
I Fe Im Rr
&
Us s
RFe jXm



Mạch tương đương động cơ KĐB
jX’r
Rs jXs R 'r
& &'
Is Ir
&
Im
Rm 1− s '
&
Us Rr
s
jXm

Mạch tương đương của động cơ KĐB
jX’r
Rt jXt &
It

R 'r
&
Ut s

Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator
Giả sử Rm > Xm):
(R s + j.X s ) j.X m
j.X m
& &
U t = Us Z t = R t + j.X t =

R s + j(X s + X m ) R s + j(X s + X m )

Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá:
Rs jX’r
jXs &'
I r


R 'r
&
Us s

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB

2⎛ R ⎞
'
3U s ⎜ r ⎟
⎜s⎟
1 ⎝⎠
M co =
ωs ⎛ '2
R⎞
( )
2
⎜ R s + r ⎟ + X s + X 'r
⎜ s⎟
⎝ ⎠




31/08/2010 7
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Mcơ

Mmax
T


Mđm
A
Mkđ TL


ω
ωp ωđm ωs
0


dT dT
= 0 , hay =0
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax
ds dn
R 'r
sp =
R s + (X s + X 'r )
2
2


3 U2
1 2s
=
Tmax
ω s R + R 2 + (X + X ' )2
s s s r

3U s R 'r
2
1
Tst =
ω s (R s + R 'r )2 + (X s + X 'r )2
T 2
=
s sp
Tmax
+
sp s




31/08/2010 8
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC




Φ
Φđm




Ikt
0

a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:

U − R u Iu
E
ω= = E~ω ~n

Kích từ độc lập:
kΦ kΦ
U Ru
ω= − M co M co = kΦI u
kΦ (kΦ )2
ω
ωolt
ωo
ωđ m
Iu
Rư Ikt
Rkt U
Ukt I, Mcơ
E
0
Φkt
I0 Iđ m
ω




31/08/2010 9
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

ω
ωolt
ωo
ωđ m


I, Mcơ
0
I0 Iđm, Mđm Ikđ, Mkđ


b) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
R u + R nt
U
ω= − M co = k.k kt I 2
Kích từ nối tiếp:
k.k kt u
k.k kt M co



Iu

Int U
E
Rnt



II.1.2: Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập
a) Điều khiển điện áp phần ứng:
Ru
U
ω= − M co
kΦ (kΦ )2 U giảm ⇒ ω giảm

ω
ωolt

ωđ m
Iu U giảm
Rư Ikt
Rkt U
Ukt
E
0
Φkt
Mđm Mcơ
ω


b) Điều khiển từ thông kích từ:
Ru
U
ω= − M co
kΦ (kΦ )2 Φ giảm ⇒ ω tăng



31/08/2010 10
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

ω
ωmax
Pmax


Φ giảm
ωolt
Iu
VR
Rư ωđ m
Ikt
Rkt U
Mmax
Ukt
E
Φkt
ω 0
M đm Mcơ

Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua:
ω < ωđm.
_ điều khiển điện áp phần ứng U khi:
_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm.

Mcơ


Điều khiển Φ
Điều khiển U

Mđm
M đm Pđ m

Iưđm




ω
0
ωđ m ωmax




31/08/2010 11
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)


c) Điều khiển điện trở phần ứng:
Ru
U
ω= − M co
kΦ (kΦ )2 Rư tăng ⇒ ω giảm

ω
ωolt
VR
ωđ m
Iu VR tăng
Rư Ikt
Rkt U
Ukt
E
0 Iư, Mcơ
Φkt
Iưđm, Mđm
ω

d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập:

Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 3Iđm).
Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).




II.1.3:Các trạng thái hãm của động cơ DC kích từ độc lập:
a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.




31/08/2010 12
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Iu
Rư Ikt
U
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω
ω

II
I



Φ giảm
ωolt

ωđ m

U giảm


0
Mđm Mcơ




b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

31/08/2010 13
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.



Iu Rph
Rư Ikt
U
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω




c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.

Iu
Rư Ikt
Rph
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω

31/08/2010 14
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




d) Hệ động cơ - máy phát (Ward-Leonard):
ω

II
I



Φ giảm
ωolt

ωđ m

U giảm


0
Mđm Mcơ




III I




II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
II.2.1: Giới thiệu
Phần này trình bày bộ chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, biến điện áp xoay chiều (AC) thành
điện áp một chiều (DC) để cấp cho động cơ. Đồng thời bộ chỉnh lưu có điều khiển sẽ điều khiển
được độ lớn điện áp DC để điều khiển thay đổi các đại lượng làm việc của động cơ như tốc độ,
moment,…




31/08/2010 15
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




Bộ chỉnh lưu biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) dạng gợn
sóng. Bộ chỉnh lưu thường làm méo dạng điện áp nguồn. Khi phân tích sòng hài sẽ tồn tại sóng
hài cơ bản (hài bậc 1, 50Hz) và sóng hài hoạ tần bậc cao. Độ méo dạng được định nghĩa:
I 2 − I1
2
THD =
I1




II.2.2: Bộ chỉnh lưu 1 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha:




2 U phase _ RMS
U dc _ tb =
π



31/08/2010 16
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

b) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha có điều khiển:




2 U phase _ RMS
(1 + cos α )
U dc _ tb =





c) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha:




2 2 U phase _ RMS
U dc _ tb =
π


31/08/2010 17
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần:




2 U phase _ RMS
(1 + cos α )
U dc _ tb =
π




d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần:




2 2 U phase _ RMS
U dc _ tb = cos α
π




31/08/2010 18
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




II.2.3: Bộ chỉnh lưu 3 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha:
b) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển:




3 3 2 U phase _ RMS
U dc _ tb = cos α



c) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:




3 3 2U phase _ RMS
U dc _ tb =
π


d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần:




3 3 2 U phase _ RMS
(1 + cos α )
U dc _ tb =


31/08/2010 19
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)


d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần:




3 3 2 U phase _ RMS
U dc _ tb = cos α
π




31/08/2010 20
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




31/08/2010 21
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




Dạng dòng điện ngõ vào:




e) Bộ chỉnh lưu kép 1 pha:




31/08/2010 22
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

f) Bộ chỉnh lưu kép 3 pha:




31/08/2010 23
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ biến đổi DC/DC:




Các bộ biến đổi DC-DC có thể chia làm ba loại:
+ Bộ tăng áp Uo > Ui (Boost converter).
+ Bộ hạ áp Uo < Ui (Buck converter).
+ Bộ tăng - giảm áp (Buck- Boost converter).

II.3.1: Bộ chopper giảm áp (lớp A)
U d _ tb TON
=
U DC T




31/08/2010 24
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




24V



MOTOR 24VDC

+


E D2

-

FC307


MOSFET

IRF5 4 0
FC307
R1
10K D1


0.1/2W
R2
3




D1
J1 L1
+
2 1 2 4 2
-
1 3 30A 4
1




CB C1 C10 D4
+ + +
AC24V 50A 10W
DC MOTOR




400V 4700uF
GND_100V
A Fast DIODE
1




-
2




GND_100V
Q1 D6 220
10W

KICH MOSFET

IRF460/TO
C9

103 2KV



GND_100V GND_12V




31/08/2010 25
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




DCM

L
TON N
C



T



II.3.2: Bộ chopper tăng áp (lớp B)




U d _ tb 1
=
T
U DC 1 − ON
T

II.3.3: Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp




II.3.4: Bộ chopper kiểu đảo dòng (lớp C)
U d _ tb TON
=
U DC T




31/08/2010 26
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




II.3.5: Bộ chopper kiểu đảo áp (lớp D)
U d _ tb TON
=
Cách 1 (S1 và S2 được kích đồng thời, giống lớp C):
U DC T
U d _ tb TON
=2 −1
Cách 2 (kiểu đảo áp 1):
U DC T




II.3.6: Mạch chopper kiểu tổng quát (lớp E)
Dạng mạch cầu H, điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư.
U d _ tb TON
=
Điều khiển cách 1 (kiểu đảo dòng):
U DC T
U d _ tb TON
=2 −1
Điều khiển cách 2 (kiểu đảo áp 1&2):
U DC T




31/08/2010 27
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




Bài tập:




Cho động cơ DC như trên, có điện trở phần ứng 3Ω. Kích từ độc lập không đổi.
a) Điện áp phần ứng được cấp từ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, nguồn 380Vrms,
50Hz. Tính góc kích để động cơ vận hành ở 1/2 điện áp định mức?
b) Với điện áp như câu a, khi động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 17A: Tính tốc độ
(vòng/phút)?
c) Tính điện áp để động cơ đạt 500 vòng/phút ở 17A. Tính góc kích khi đó?
d) Tính tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được khi có tải 17A với bộ chỉnh lưu trên.

e) Tính điện áp để dòng điện khởi động bằng dòng 2 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
f) Tính điện áp để MOMENT khởi động bằng dòng 3 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
g) Tính thời hằng điện, biết Lư = 30mH?
h) Tính thời hằng cơ, biết J = 0,1 kgm2, B = 0,01?


31/08/2010 28
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

i) Tính lại câu a, b với điện áp định mức.
j) Tính lại câu c, d với dòng điện 10A.
k) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần?
l) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần?
m) Tính lại toàn bộ với động cơ sau:
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu= 0.003272 %H
J = 0.15 % kg.m^2
B = 0.01

a)
3 3 2 U phase _ RMS 3 6 .220
U dc _ tb = cos α = cos α = 250V
π π
Ua = 250
alfa = 1.0635
alfa_do = 60.9342
b)
Ib = 17
E = 449
Eb = 199
nb = 522.9844
Wb = 54.7668
c)
nc = 500
Wc = 52.3599
Ic = 17
Ec = 190.2542
Uc = 241.2542
alfa_c = 1.0828
alfa_c_do = 62.0423
d)
Umax = 514.5999
Ed = 463.5999
nd = 1218.4
Wd = 127.5873

Các bộ điều khiển điện áp chỉnh lưu hay chopper cho phép điều khiển vòng hở động cơ
một chiều. Chương sau sẽ tình bày phương pháp điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một
chiều.




31/08/2010 29
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
Mạch tương đương của động cơ DC kích từ độc lập:

Rư Lư
ω

Ikt
Rkt
U
Ukt E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω
Φkt




Phương trình mạch vòng điện áp cho phần ứng của động cơ.
di
U = E + Ruiu + Lu u
dt
Trong đó : E = k.φ.ω
φkt ≈ kkt.ikt
Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ :

+ Bω
Mcơ = Mc + J
dt
Mcơ = k.φ.iu
Trong đó :
J - Moment quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ.
B - Hệ số ma sát
Mc - Moment cản quy đổi về trục động cơ.

Áp dụng biến đổi laplace, từ các phương trình trên, có mô hình động cơ DC:
V(s ) = E(s ) + R u I u (s ) + L u sI u (s )
E(s ) = Kφω(s )
M co (s ) = M c (s ) + B.ω(s ) + J.s.ω(s )
M co (s ) = kφI u (s )
V(s ) − E(s )
I u (s ) =

Lus + R u
M (s ) − M c (s )
ω(s ) = co

Js + B

Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:

ω(s )
V (s) I (s) Mco (s)
1 1
K .φ
Lus + R u Js + B
E (s)
M c (s )
K .φ



31/08/2010 30
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




Mô hình động cơ DC trong Matlab/Simulink:

III.2: Bộ điều khiển PID

c(t)
u(t)
e(t)
r(t) Đối tượng
PID điều khiển




Phương trình vi phân mô tả hiệu chỉnh PID:
de( t )
u(t) = KP e(t) + KI ∫ e( t )dt + KD
dt
KP: hệ số khâu tỉ lệ.
KI: hệ số khâu tích phân.
KD:hệ số khâu vi phân.

Biến đổi Laplace:
⎛ ⎞ KP KD
u (s) 1
= K p ⎜1 +
⎜ T .s + TD .s ⎟ trong đó: TI = K , TD =
G (s) = ⎟
e(s) KP
⎝ ⎠
I I


Vấn đề thiết kế là cần hiệu chỉnh các giá trị K p , K i và K D sao cho hệ thỏa đạt được chất
lượng tối ưu.
Tóm tắt Vai trò của mỗi khâu hiệu chỉnh (adjustment) trong bộ điều khiển PID:
Khâu khuếch đại tỉ lệ Kp (Proportional gain):
Khi Kp tăng
Sai số xác lập giảm
Vọt lố tăng
Thời gian lên nhanh
Khâu tích phân tỉ lệ Ki (Integral gain):
Khi Ki tăng
Sai lệch tĩnh giảm (triệt tiêu - vô sai với hàm nấc)
Thời gian đáp ứng chậm
Khâu vi phân tỉ lệ Kd (Derivative gain):
Khi Kd tăng

31/08/2010 31
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

Vọt lố giảm
Thời gian đáp ứng nhanh
Bớt nhấp nhô (dao động)

Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID




Đáp ứng bước Vọt lố Dao động
Đáp ứng bước hàm bước 1(t)


III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
III.1.1: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC

Rư Lư
ω

Ikt
Rkt
U
Ukt E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω
Φkt




Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:

ω(s )
V (s) I (s) Mco (s)
1 1
K .φ
Lus + R u Js + B
E (s)
M c (s )
K .φ




Ví dụ:
% Thong so dong co DC
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu=.003272 %H

31/08/2010 32
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)

J = 0.15 % kg.m^2
%B = 0.01
B=0




Đáp ứng vòng hở của động cơ DC


III.1.2: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC

Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:

ndat e u n
+
PIDtốc độ Động cơ
_

n


• Nếu n > ndat thì e < 0. PID sẽ điều khiển GIẢM u để n giảm bớt.
• Nếu n < ndat thì e > 0. PID sẽ điều khiển TĂNG u để n tăng thêm.
• Nếu n ≈ ndat thì e ≈ 0. PID sẽ GIỮ NGUYÊN u để n ỔN ĐỊNH.



31/08/2010 33
T©B
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang)




ωn 2
Một hệ thống có hàm truyền bậc hai H (s ) = K 2 2,
s + 2ξω n s + ω n

thì K là độ lợi, ξ là độ giảm chấn,
ωn là tần số dao động riêng.
Khi ξ
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản