1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRẦN MINH NHỰT
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
TRONG CẦU TRỤC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A VƯƠNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU ÁP STATOR
VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số: 60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2012
2
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN BÊ
Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG ANH
Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng
năm 2012.
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
-
-
Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay hầu hết trong cầu trục đều sử dụng biến tần để điều khiển
động cơ nâng hạ. Với một số ưu thế tuyệt đối là khởi động mềm và

- Chương 2: Tính chọn công suất động cơ truyền động
- Chương 3: Chọn phương án truyền động
- Chương 4: Thiết kế và tổng hợp hệ thống
3
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác
nhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công
trường xây dựng, cầu cảng Chúng được sử dụng trong các ngành
sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng,
phối liệu, thành phẩm Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy
nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến
năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các ngành nói trên. Vì vậy,
thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ
chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính
kinh tế. Trước khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ
cầu trục, trong chương này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ
cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động
cầu trục.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CƠ CẤU NÂNG-HẠ CẦU
TRỤC
1.1.1. Cấu tạo
Hình 1.1: Cấu tạo cầu trục
Với: G=150 tấn, G0 = 500Kg, Rt = 0,4m, u = 12, vn = 0,2m/phút,
i = 340
4
với
i =
2
π

2.1. CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ
2.2. XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI TĨNH
Khi nâng tải: vn = 0,2m/phút
Mn = (G + G 0 ) R t = 17,35 (Kg.m) = 170,3(N.m)
u .i
η
c
Pn = ( G + G 0 ) v n = 35,41 (Kw)
1000
.
η
c
Khi hạ tải: vh = 0,25 m/phút
Mh =
( G 0 + G ). R t
u .i
(2 -
1 ) = 12,15(Kg.m) = 119,2
η
c
(N.m)
P
h
=
( G 0 + G ). v h
1000
(2 -
1
η
c

Pno =
G 0 .v n
= 4,1 (Kw)
1000 .
η
co
+ Khi hạ không tải:
Mho =
G
0
. R
t
u .i
( 2- 1 ) = -1,536 (Kgm) = -15,06 (Nm )
η
co
P
ho
=
G
0 .
v
ho
1000
(2- 1
η
co
) = - 3,9 ( Kw )
Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải như sau:
Hình 2.1: Biều đồ phụ tải tĩnh

: E 2 = 1 7 3 V
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Việc tính chọn được công suất động cơ và loại động cơ truyền
động cơ ý nghĩa quan trọng trong việc chọn phương an truyền động
nhằm mục đích thỏa mãn đặc tính tải trong cầu trục.
8
CHƯƠNG 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 phương án khả
thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công
nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định
được loại động cơ truyền động, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động.
3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHI KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
3.1.1. Các yêu cầu mở máy cơ bản
3.1.2. Các phương pháp mở máy
a. Phương pháp “khởi động cứng”
b. Xây dựng mô hình vật lý khởi động động cơ trong matlab
bằng phương pháp đóng điện trực tiếp
Từ những thông số động cơ đã chọn ở chương 2, ta đi xây dựng mô
hình khởi động trên matlab
Constant
C o n tinu o u s
po we rgu i
torque
0
Iabc (A)

0 0.2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1.8 2
thoi gian (s )
Hình 3.2: Kết quả mô phỏng dòng khởi động bằng phương pháp
đóng cắt
c. Phương pháp “Khởi động mềm”
d. Lựa chọn phương án
3.2. KHỞI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNGNG BỘ BẰNG CÁCH
BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP NGUỒN ĐẶT LÊN CUÔN STATOR
3.2.1. Nguyên lý điều chỉnh
3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.2
0.4
0.6 0.8
1
1.2
1.4
1.6

To rque
<Rotor speed (wm )>
Ga in1
m
k
g
a
s t ep
Tm
A
m
a
<Electrom agnetic torque Te (N*m )>
+
-
VA
D ongphaA
TA+
TA-
Thy ristor1
g m
B
C
b
c
+
-
VB
D ongphaB
D ongphaC

Thy ristor5
Hình 3.10: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương điều áp
xoay chiều
dong khoi dong bang phuong phap ha dien ap dat vào
600
400
200
0
-200
-400
-600
0 0. 2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1. 6 1.8 2
Thoi gian (s)
Hình 3.11: Kết quả mô phỏng khởi động động cơ bằng phương điều
áp xoay chiều
3.3. HỆ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
3.3.1 .Nguyên lý điều chỉnh
3.3.2 Đánh giá và phạm vi ứng dụng
3.3.3 Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện
trở rotor
a. Đặc tính điều chỉnh xung điện trở rotor
b. Nguyên lý làm việc hệ điều chỉnh tốc độ xung điện trở rotor
3.4. ĐIỀU ÁP STATOR VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR CÓ
ĐỔI CHIỀU QUAY
3.4.1. Sơ đồ mạch lực
11
Hình 3.15: Sơ đồ điều áp stato và xung điện trở roto
3.4.2. Đặc tính điều chỉnh
Hình3.16: Đặc tính cơ của hệ truyền động ĐAXC và xung điện trở

4.1.2. Xây dựng đặc tính điều chỉnh và đặc tính làm việc
của động cơ
Với: ϕ = 31,890
Với: ϕ = 49,80
Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được các đặc tính điều chỉnh với
các góc ϕ tương ứng.
4.1.3. Thiết kế hệ điều khiển khởi động mềm sử dụng điều
áp xoay chiều
a. Sơ đồ khối của hệ
13
Uphω
KN
ωphω
Uđ
U
phi
Uđk
-
Wbbđ
Wđc(
ω
I
KNi
ωphi(
Hình 4.3: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện và tốc độ
b. Nguyên lý hoạt động của mạch
4.2. TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT
CỦA HỆ THỐNG
4.2.1. Khâu phản hồi dòng điện
Vậy ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng:

Uphi
Uđk
-
56,9
1+0,0033p
23,8
1+ 0,012 p
0 , 0 2 . K ca i
1 + 0,047 s
KNi
Hình 4.6: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện
b. Hàm truyền của động cơ khi có phản hồi tốc độ
Vậy hàm truyền của động cơ trong mạch vòng phản hồi tốc độ:
W
dc
=
0,44
1 + 0, 019 p
Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ khi chỉ có phản hồi tốc độ:
Uđặt
Uđk
56,9
0, 44
ω
Uphω
-
1 + 0, 0033 p
KN
ω
1 + 0, 0 1 9 p

+ 1
ph
15
ω
ki =
−6 3 −4
27, 08.K cai
+ Xét mạch vòng phản hồi tốc độ:
Hàm truyền của hệ hở:
ωhω = Wbbđ .Wđcω .ωphω
ω
h
ω
=
Hàm truyền của hệ kín:
1, 234.K ca
ω
−5
ω
k
ω
=
−5 2
1, 234.K ca
ω
4.2.5. Xét tính ổn định của hệ thống
a. Xác định miền giá trị của Kca để hệ thống kín ổn định
b. Đánh giá các chỉ tiêu động học của hệ thống kín
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi dòng điện
+ Khi Kcai = 0,5

0
Apuemd lit
Alitdm e p u
16
Ta thu được đáp ứng bước
1.5
1
0.5
0
0.3
Time (sec )
Hình 4.9: Đáp ứng bước của hệ thống khi có
phản hồi dòng điện với Kca1 = 0,3
Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,7 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : σ = 48,2 %
- Thời gian điều chỉnh(setting time): 0,179 s
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi tốc độ.
+ Khi K ca
ω
= 0,5 :
Ta thu được đáp ứng bước
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05

Time (sec)
Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi
dòng điện với Kcaw = 0,3
Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,85 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot): σ = 0
- Thời gian điều chỉnh: 0,0538 s
4.3. XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
4.3.1. Tính điện trở điều chỉnh
Vì mômen của cơ cấu nâng hạ trong quá trình điều chỉnh là như
nhau M = const nên ta có:
Suy ra:
3 I
22
r
2
ω
1
S
dm
=
2
ω
1 S B
r2
ω
1 S dm
=
( r 2 + R f )
ω

Rd = 2.1,507= 3,014 (Ω)
 
 (r + ) + X
nm

R2 2 2  2

R2' 
 
 r
1
+  + X
nm
R2' 
18
4.3.3. Tính toán bộ chỉnh lưu rotor
4.3.4 Tính chọn điện kháng lọc
4.3.5. Xác định dung lượng C
4.3.6. Tính chọn Thiristato R: Chọn Tc và Tp
4.4. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH VÀ MÔ PHỎNG TRÊN
MATLAB
4.4.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh
a. Hàm truyền khâu phản hồi tốc độ
Ta có hàm truyền của bộ phát tốc là:
F ( P ) =
0, 00663
1 + 0, 01 P
b. Hàm truyền khâu phản hồi dòng điện
Ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện là:
Fi

1
+
2
)
s s
'
s
3
= C
 
3.U 21 f .  R1  R1 + + X 2 nm 
  S 


S 
 
3.220 .  0, 042   + 0, 397 2 
2   1, 507  
∂ M   0, 776  
B = = = 27, 37
∂ R
2
 
1, 507 
151, 7.0, 6.    + 0, 397 2 
 
19
∂ I
2
∂ R

 0, 776 
c. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện và tốc độ xung điện trở
rotor
Do ảnh hưởng của khâu
∂I
∂
ω
s
và ∆M C là không đáng kể nên
để dễ cho việc tổng hợp mạch vòng ta có thể bỏ qua. vậy ta có sơ đồ
sau.
Hình 4.18: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá hệ thống điều chỉnh điện trở
rotor
Ki .C.R1 / 2U dm K
s
= + = K R +
20
d. Tổng hợp mạch vòng dòng điện
Hình 4.19 .Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện.
Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền đạt
S
oi
=
=
(1 + Tvo . p)(1 + Td . p)(1 + Ti . p) (1 + Tvo . p)(1 + Td . p)(1 + Ti . p)
Theo tiêu chuẩn modun tối ưu:
Fi ' =
1
1+ 2
τ

R
i
=
0, 00885 1
+
0, 002 0, 002 P
K . 8
τ
21
e. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Hình 4.22 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.
Ta thấy rằng:
B .T d
C
2 4 , 1 3 .0 , 0 0 9 7
= ≈ 0, 0019
122
là nhỏ có thể bỏ qua
Hàm truyền:
S o
ω
=
K
ω
( AC + B ) / C
K i J P (1 + T
ω
. p ) (1 + T S . p + 2 T S 2 . p 2 )
Áp dụng tiêu chuẩn Modun đối xứng
Fω =

1
f
K
'
+
1
K
'
8
τ
2
f
. p
Vậy Rω(p) có dạng khâu PI
Đặt
τ
f
= 2 .T S + T
ω
= 0 , 0 1 + 2 . 0 , 0 0 1 5 = 0 , 0 1 3 ( s )
R
ω
=
1
1, 3 5
+
1
0 , 0 7 0 3 P
Tcd (vogpu)o o n/ ht
Tcd(vn/pu)o ooght

<Rotor speed (wm)>
Gain2
0.00663
0.001s+1
PH toc do
Hình 4.24: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ trên
matlab
b. Đồ thị tốc độ
Dap ung toc do voi Udk =4 V
600
500
400
300
200
100
0
-100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Thoi gian (s )
Hình 4.25: Kết quả mô phỏng điều chỉnh tốc độ ứng với U dk = 4V
Dap ung toc do k hi thay doi Udk tu 4V den 10 V
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0