Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
Khoa Điện Bộ môn lý thuyết chuyên ngành BÀI TẬP LỚN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG
Họ và tên sinh viên: Lê Đức Anh…….Lớp:Đại học liên thông điện K3A Tên đề tài: Khảo sát và tính toán các tham số cho hệ truyền động T-Đ
a/ Số liệu cho trước:Cho hệ truyền động T-Đ (thyristor-động cơ điện một chiều)có sơ đồ
C L 1
C B D
C K
I
U i
nguyên lý như hình vẽ.
u * i
? uv
Uc d
B Ð
R O
R I
U d
Ð
C K Ð
u n
n
F X
n
F T
R -Bộ điều chỉnh tốc độ quay;R1-Bộ điều chỉnh dòng điện ; FT- Máy phát tốc ;
Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện:
*
FX – Máy phát xung điều khiển các tiristor của BĐ ; CBD – Cảm biến dòng điện
iu - Điện
,ucd – điện áp chủ đạo(điện áp đặt tốc độ );un (un = n ) – Điện áp phản hồi tốc độ,
áp đặt dòng điện; ui (ui =I ) – Điện áp phản hồi âm dòng điện.
Bộ chỉnh lưu sơ đồ cầu 3 pha,hệ khuếch đại của bộ chỉnh lưu : Kb =48, Động cơ điện một chiều
:220 (V),150(A),1200(vòng/phút) ,Rư =0.3( ),hệ số quá tải cho phép =1,5. Tổng trở mạch
rotor: Rd = 0,3 ( ).
Hằng số thời gian Te =0,07(s) , Tm =0,22(s).Hệ số phản hồi dòng điện = 0,05 V/A
( 10V/1,3 Iđm)
Hệ số phản hồi tốc độ = 0,008Vphút/vòng ( 12V/nđm),
1 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện B/ Yêu cầu của hệ thống:
Chỉ tiêu trạng thái ổn định:không có sai số tĩnh;
i
Chỉ tiêu trạng thái động:Lượng quá điều chỉnh dòng điện 5% max
Lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tảiđến tốc độ quay
i
định mức 9% max
C/ Nội dung cần thực hiện:
1/Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ.
2/Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.
3/Xác định tham số bộ điều chỉnh ổn định dòng điện.
4/Xác định tham số bộ điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động.
5/Khảo sát đặc tính động học của hệ bằng phần mềm Matlap và rút ra kết luận.
6/Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ.
D/Yêu cầu:
Thời gian nhận bài tập dài:18/04/2011 …Thời gian nộp bài tập dài:18/05/2011
Tài liệu tham khảo:
1/Bùi quốc khánh cùng các tác giả
Cơ sở truyền động điện ; NXBKHKT 2005
2/Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễu…….
Điều chỉnh tự động truyền động điện,NXBKHKT 2003
3/Nguyễn Doãn Phước
Lý thuyết điều khiểnhệ tuyến tính;NXBKHKT 2002
Giảng viên hướng dẫn
Nguyễn Minh Thư
2 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện I. Xây dựng cấu trúc của hệ thống:
*
Từ sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định:
iU
vu
bE
DE
bK
n(p) Ucđ(p
R
IR
ÐK
DR
Trong đó : + R:Bộ đièu chỉnh tốc độ quay
+ RI : Bộ điều chỉnh dòng điện
+ Ucđ : Điện áp chủ đạo.
vU
+ : Điện áp đặt vào tốc độ.
i : Điện áp phản hồi âm dòng điện.
+ U *
+ Kb :Hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu.
+ Kđ : Hệ số khuếch đại động cơ.
+ : Hệ số phản hồi âm dòng điện.
+ : Hệ số phản hồi âm tốc độ.
3 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Ic(p)
( )n p
cdu
(p)
Wn(p)
WI(p)
1
KĐ
1
K b p
R d T p m
1
R d T p e
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện * Sơ đồ cấu trúc trạng thái động.
d
II. Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.
n
,308
(219
vòng
)
3,0.150 146,0
RI . đm . C đm
e
U
dm
I R . dm u
Độ sụt tốc độ :
0,146
C e
. dm
220 150.0, 3 1200
n dm
Với
S
%
100.
4,20
(%)
n
n
,308
219 ,308
1200
219
n đm
t
Sai lệch tĩnh trên đường đặc tính cao nhất:
Nhận xét: Với hệ thống hở, sai lệch tỉnh lớn. Do đó phải thực hiện hiệu chỉnh thành hệ thống
kín với phản hồi âm tốc độ và yêu cầu không có sai lệch tĩnh (St% = 0).
Vậy ta sử dụng hệ thống điều tốc với phản hồi âm tốc độ sử dụng bộ điều chỉnh tỉ lệ có hệ số
khuyếch đại Kb=48 (bộ chỉnh lưu cầu 3 pha).
K
6,849
D
1 0,146
1 C . e dm
Hệ số khuyếch đại:
Kht = . Kp . Kb . KĐ
TM=0,22(s); TE=0,07(s)
Theo đề ra cho chỉnh lưu cầu 3 pha τ = 0,00167(s).
Điều kiện ổn định:
4 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
2
HT
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện 2 0, 00167 T T . M E K 134,9 0, 22.0, 00167 0, 22.0, 07 0, 07.0,00167 . T M . T E
1/ Xác định tham số của bộ điều chỉnh.
** Nguyên tắc thiết kế:
Phương pháp phân tích mạch là đi từ trong ra ngoài,phân tích mạch vòng trong rồi mới phân
tích mạch vòng ngoài.Ở đây,ta phân tích mạch vòng trong trước là mạch vòng dòng điện,sau
đó xem cả mạch vòng dòng điện là cả một khâu trong hệ thống điều tốc và tiếp tục thiết kế cho
mạch vòng ngoài là mạch vòng tốc độ.
Trong tín hiệu đo dòng điện thường là dòng tín hiệu xoay chiều,nên phải đặt một khâu lọc tần
số thấp có hằng số thời gian Ton.Tuy nhiên khâu lọc lại làm cho tín hiệu phản hồi bị trễ.Để cân
bằng sự trễ ta đặt thêm một khâu lọc có cùng hằng số thời gian và tần số đầu vào tín hiệu đặt.
Điện áp phản hồi nhận từ máy phát tốc thường nhấp nhô đổi chiều trong máy điện một chiều
gây ra nên ta cũng đặt một khâu lọc cùng hằng số thời gian va tần số vào tín hiệu đặt
* Sơ đồ cấu trúc trạng thái động như sau:
ΔUv EĐ Ucđ Ui* Eb Rω RI Kb KĐ
RĐ
β
γ
a.Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
* Đơn giản hoá sơ đồ đòng điện:Do Tm > Te nên sự thay đổi dòng điện nhanh hơn sự thay đổi
tốc độ (nhanh hơn sự thay đổi Suất Điện Động E).Vì vậy ta bỏ qua tác dụng của nhiểu sữ dụng
0
t thì ta giả thiết rằng
ĐE
trong mạch vòng dòng điện.Trong thời gian .Giả thiết I(p)=0.
Hệ thống tương đương như sau:
5 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
)
( pEĐ
1
R d pT m
1
R d pT e
Ud(p)
)
( pEĐ
1
Ud(p) Id(p)
R d pT m
1
R d pT e
R d pT m
pEĐ
1.
pT m
Ud(p) Id(p)
2
R d pT m
1
R d pT m
pTT em
Xử lý gần đúng: TmTe p 2 +Tmp + 1 Tmp(Tep + 1).
.3
ci
1 TT em
Với điều kiện: ; (1)
pEĐ
1
Ud(p)
R d pT m
1
R d pT e
Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện:
6 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
*
iU
) ( pU đk ( p ) I d
1
Kb 1p
1 pToi
1
) ( pWi
1pToi
(PU d ) 1 R d pT e
Biến đổi sơ đồ ta có:
.
K
b
* iU
R d ).(1
).(1
p
)1
pT ( oi
pT e
.
K
1.
b
( p ) I d 1. ) ( pWi
R d ).(1
).(1
p
)1
pT ( oi
pT e
Wđt(p) =
Thường do Te >> Toi và nên suy ra:
).(1 p )1 1 = 1 pToi (
Toi p
pT i
1 3
1 oiT .
Điều kiện: ; (2)
.
K 1.
b
R b
,ta có: Đặt : K2 =
)1
K 2 ).(1
pT ( i
pT e
Wđt(p) =
* iU
K 2 ).(1
)1
pT ( i
pT e
( p ) I d ) ( pWi
*Lựa chọn cấu trúc:
7 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Ta thấy rằng mạch vòngd dòng điện không những chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài mà theo
hệ thống yêu cầu của hệ thống có độ chính xác ca.Do đó ta hiệu chỉnh hệ thống về hệ thống
điển hình loại I với đối tượng điều khiển:
)1
K 2 ).(1
pT ( i
pT e
Wđt(p) =
Ta thấy đối tượng có hai khâu quán tính nên sự thay đổi của tín hiệu ra theo tín hiệu vào sẽ
chậm hơn nên bộ điều chỉnh phải có một khâu quán tính bậc cao ở đối tượng điều khiển.Mặt
1
khác hệ thống điển hình loại I phải có một khâu tích phân nên ta chọn bộ điều chỉnh:
K pi
p 1 p 1
( p ) = WBĐĐ
eT1
Với = 0,07 (s),vì : Te > T i
*Xác định tham số bộ điều chỉnh:
p
)
Hàm truyền hệ hở của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:
W Ih
()(
2
)1
i
K pTp .(
i
= ( p ) . ) = = WBĐĐ ( pWđt )1 KK . pi pTp .( 1
2
b
pi . RT d e
K . . K Với: K = ; ( * ) . KK pi 1
Bộ chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha nên ta chọn =1.67 (m/s).Mặt khác chọn Toi=0,001
Ta có : T i = Toi += 0,00167 +0,001 =0,00267
max % 5% nên tra tài liệu ta chọn max % = 4,3% hay :
Xác định Kpi theo tính năng bám:Theo yêu cầu đặt ra thì lượng quá điều chỉnh dòng điện
iT =0,5 K =
5,0 00267
,0
K. =187,266
187
,
K
638,1
pi
RTK . . e d . K
3.0.07,0.266 48.05.0
b
Thay giá trị của K vào (*) ta có:
07,0
1
,1
.638
Hàm truyền bộ điều chỉnh:
p 07,0
p
( p ) = WBĐĐ
Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:
8 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
266
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
,187 00267
p
,0(
p
)1
W(htshc)(p) =
*Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng:
Từ tà liệu ứng với giá trị của max % đã cho ta tìm được :
ci
455 ,0 T
,0 455 00267 ,0
i
=170,412
601,199
Hàm truyền của đối tượng:
ci
1 3
1 00167
,0.3
- Theo điều kiện tần số cắt: ;(thoã mãn với điều kiện)
.3
ci
1 22,0.07,0
1 TT . em
- Theo (1) ta có: = 3. = 24,175. (thoã mãn với điều kiện)
.
.
257
941,
ci
1 3
1 .
1 3
1 00167
,0
,0.
001
T oi
-Theo (2) ta có : ;(thoã mãn với điều kiện)
*Thực hiện bộ điều chỉnh:
piR
*
iU
Ta có sơ đồ nguyên lý:
oiR 2
oiR 2
cpi
oic
Uđk(p)
oiR 2
oiR 2
IC
oic
- ( p ) I d
)( p
d
1
K
.(
)1
. pC oi
pi
R oi
R oi
. pC oi
) p
* )( pU i R oi 4
. I R oi 4
( pU đk p 1 . 1
1
Rvo
9 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Chọn Roi = 10 (kΩ);
pi
oi
6
R Ta có: Kpi = Rpi = Roi.Kpi = 10.0,874 = 8,74 (kΩ); R
C
009,8
1
CR . pi
pi
pi
3
1 R
10.07,0 10.74,8
pi
,0.4
oi
(μF)
669,0
C oi
00167 3
CR . oi 4
10.10
T 4 oi R oi
Toi = (μF)
2.Xác định tham số bộ điều chỉnh tốc độ của hệ thống:
a. Đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc:
- Biến đổi mạch vòng dòng điện thành một khâu tương ứng trong mạch vòng ngoài.
)
(* pU i
)1
K pTp .(
i
K
. . K
1.
b
pi
R
d
( p ) I d
T e
(
)1
i
Với K ; T i =Toi +
2
K
Kp
pT i
1
(
)1
K pTp K pTp
i
WK(I) =
K
1 pT 2 i
,nên: Mà K.T i = 0,5
2
2
(2
)
p
1
1
1
T
i
PT 2 i
1 PT i 2
W )( IK =
Cn
2
1 3
(2
)
1 T
i
1 T .23
i
Điều kiện : (4)
10 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
)
(* pU i
1
1 pT i 2
( p ) I d
Ic(p)
Id(p)
(* pU i
)
N(p)
( pEĐ
Ucđ(p )
Wn(p)
KĐ
R d T p m
1
1 pTon
1
1 pT i 2
1pTon
Mạch vòng tốc độ có sơ đồ cấu trúc:
Ta giả thiết rằng I C (p) = 0 (động cơ làm việc ở chế độ không tải lý tưởng),khi đó:
n(p)
D
1. R K . d Wn(p)
cdU
. 1).(2 1). T p ( m T p m T p i
- Xử lý gần đúng: Do Tm , 2T i rất nhỏ nên ta có thể xấp xỉ về dạng:
(Tm+2
pT i 2
iT )p +1
pT n
)1 1 (Tmp +1).(
nT =Toi + 2T i
Với
11 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
ci
1 3
1 TT 2
mi
KR .
.1.
Đ
K
Điều kiện:
d .( pTpT
)1
)1
n
m
3 pTp .(
n
d
Đ
Vậy: Wđt(p) =
KR.1. T m
Trong đó đặt:K3 =
Vậy:
K
n(p)
3 p
1)
p T .(
n
cdU
Wn(p)
b. Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh:
Ta thấy mạch vòng tốc độ chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài,đó là tín hiệu nhiễu của Ucđ
Và dòng phụ tải Ic. Do nhiễu tham gia lànhiễu của nguồn và tải mà yêu cầu của hệ thống phải
chống nhiễu tốt.Ở trước phụ tải có một khâu tích phân thì ta cần thêm một khâu vi phân trước
để triệt tiêu.Trong quá trình khởi động mạch vòng ngoài làm việc ở chế độ bảo hoà.
Từ những phân tích trên ta thấy cần phải hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại
K
p
)1
pn
KR d
Đ
( 2
II.Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:
2
)1
)1 )1
1 pTp (
n
T 2 m
( K p n 2 2 pTp (
n
Whtshc(p) = Wđt(p).WRn(p) =
c. Xác định tham số của bộ điều chỉnh:
Ta chọn độ lệch trung tần h = 3
n
. = 3. 0,00701 = 0,02103 n Th
Với T n =Toi + 2.T i = 2.0,00267 + 0,00167 = 0,00701
2
2
.2
)
4 2 02103 ,0.3.2
h 1 2 nTh .(
= 502,469 Kn =
12 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
n
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
K nn K
3
. T mn KR d
Đ
. K .1
,502
,0.469
02103
22,0.
,13
238
Kpn =
1.008
,0
86,6.16,0.
05,0
=
)1
,0
1
Hàm truyền bộ điều chỉnh:
,13
.238
p
02103 . P P ,0 02103
p ( n n
Wshc(p) = Kpn
p
Hàm truyền sau hiệu chỉnh:
502,469.
2
P ,0 1 02103 2 0701 p p )1 ,0(
)1
n 1 ( pTp
n
Wht(p) = Kn
cn = Kn.
n = 502,469.0,02103 = 10,567
d. Kiểm tra điều kiện gần đúng:
1
,88
278
- Điều kiện 1:Đơn giản hoá mạch vòng dòng điện
cn
..)2(3
.(3
00267
1 ,0).2
iT
;(thoã mãn điều kiện)
-Điều kiện 2:Xử lý gần đúng hằng số thời gian
,111
622
cn
1 3
1 3
1 00267
,0.2
,0.
00167
1 iTT 2
on
;(thoã mãn điều kiện)
e.Thực hiện bộ điều chỉnh:
13 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện
Rpn
onR 2
onR 2
Ucđ(p) Cpn
i (p)
Con U *
( pn
)
onR 2
onR 2
IC -
Con
Rvo2
pn
on
CR . pn
pn
on CR . 4
on
R Ta có: Kpn = ; Toi = ; n R
Chọn: Ron =10 (KΩ)
Rpn =KpnRon = 13,238. 10 = 132,38 (KΩ)
,0
1589
02103 3
n R
6 ,0.10 10.38,132
pn
6
(μF) Cpn =
on
= 4(μF) Con = T 4 oi R 10.01,0.4 3 10.10
%
n
đm
(%
(2).
Z
)
-Kiểm tra lượng quá điều chỉnh của mạch vòng tốc độ:
max
C max C
n n
b
đm
T T m
max
(*)
(
)%
%2,72
C bC
Với h = 3,tra tài liệu ta có:
d
Giả thiết khởi động không tải(Z = 0 )
n
RI đm C
16,0.150 146,0
e
đm
.
Ta có: = 164,384(v/p)
384,164 1200
01,0 22,0
Thay vào (*) ta được: =72,2.2.1,5. = 1,349 % < 9 % %max
14 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
Trường ĐHSPKT Vinh Bài Tập Dài Khoa Điện Vậy với lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tải đến tốc độ quay định mức
< 9 % đã thoã mãn. %max
- βId(P)
+UCC
-UCC
Roi/2 Roi/2
Rpi
Cpi
Rpn Cpn
Coi
Ron/2
Ron/2
Ucđ(p)
Roi/2
Roi/2
Con
Ron/2
Ron/2
Coi
Đ
FT
Ui*
-γn(P)
Con
Rr
III.Xây Dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động: ~
15 GVHD: Nguyễn Minh Thư Sv: Lê Đức Anh
