BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ
TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một
chiều dùng bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển
GVHD: Thầy Nguyễn Đăng Khang
Sinh viên thực hiện
Phùng Thanh Dương
Nguyễn Văn Sơn
NHÓM 5 Page 1 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Đề tài 1: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động
điện động cơ một chiều.
Nhóm 5: Bộ biến đổi chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ hình tia có điều khiển
Nội dung: Cho hệ điều chỉnh tự động TĐĐ một chiều có khối như hình vẽ:
Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu
K
cl
=m+2 ( với m là số thứ tự nhóm). T
vo
+ T
đk
= 0,0015s
Động cơ 1 chiều kích từ độc lập cã th«ng sè: P
đm
=2*m (kW) với m số thứ tự
nhóm ; U
đm
= 400V; η

NHÓM 5 Page 3 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay ,
vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách
hàng đầu . Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin ,
nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc .Tự động hoá các
quy trình sản suất đang được phổ biến , có thể thay sức lao động con người , đem
lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt .
Hiện nay , các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy , xí nghiệp được
sử dụng rất rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao . Vấn đề quan trọng trong các dây
chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động
cơ để nâng cao năng suất .
Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điều
chỉnh cao , cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi
điện tử . Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ
và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao .
Ở nước ta hiện nay một số dây chuyền nhập ngoại , với một số lý do khách quan
cho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài .
Về việc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng với sự phát triển chung
của khoa học kỹ thuật .
Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy
cô chỉ bảo để em được hiểu thêm , có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên
nghành của mình sau này .
Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo bộ môn đã hướng
dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này .
Em xin chân thành cảm ơn !NHÓM 5 Page 4 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG

2, Bảo vệ qía dòng cho van
3, Bảo vệ quá điện áp cho van
CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1, Tính biến áp xung
a , Tính tầng khuếch đại cuối cùng
b, Chọn cổng AND
c , Chọn tụ C3 và N9
2, Tính chọn bộ tạo xung chùm sử dụng TCA 785
a , Tính chọn tầng so sánh
b, Tính chọn khâu đồng pha
c, Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha
CHƯƠNG 6 : GIỚI THIỆU VỀ SIMULINK MATLAP
1, Mô phỏng hệ thống T-D
2, Giải thích cái khối trong sơ đồ
NHÓM 5 Page 6 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ
1. Cấu trúc bộ biến đổi
Bộ biến đổi dùng chỉnh lưu có điều khiển tia 1 pha 2 nửa chu kì
Trong truyền động điện đa số các trường hợp chỉnh lưu được điều khiển bằng tín
hiệu biến thiên chậm. trong trường hợp này ảnh hưởng của tính chất xung và tính
chất bán điều khiển đến quá trình quá độ là nhỏ do đó có thể coi chỉnh lưu mạch
điều khiển là mạch chỉnh lưu liên tục với sơ đồ như sau:
Với
cos
d do
E E
α
=


−
=
, đổi với lưới điện f = 50(Hz).
Vậy
. 1
dk
d do
tm
U
E E Cos T
U
 
 
 
= −
 
 ÷
 
 
 

Nhưng do tính chất xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu lên thời điểm
thay đổi tín hiểu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc α. Độ dài về
khoảng thời gian trễ này có đặc tính ngẫu nhiên. Theo kinh nghiệm chọn khoản
thời gian trễ
( )
1
2
vo
mf T

( )
( )
9
W .
p
d
CL CL
dk
E p
p K e
U p
−
= =
với
vo
T
τ
=

Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn có thể dùng biểu gần đúng bởi khai triển
Mc.Laurin.
NHÓM 5 Page 8 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
2 2
1
1
1
2!
vo
pT

W
1 1
CL
CL
dk vo
K
p
pT pT
=
+ +

Đây là biểu thức mô tả khâu chỉnh lưu có điều khiển.
Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Nếu các thông số của động cơ là khong đổi thì ta có thể viết được các phương
trình mô tả sơ đồ thay thế của động cơ điện 1 chiều như sau:
Mạch kích từ có 2 biến dòng điện tích từ và từ thông máy
Φ
là phụ thuộc phi
tuyến bởi đường cong từ hóa của lõi sắt.
NHÓM 5 Page 9 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
. .
k
k k k k
dI
U I R L
dT
= +

Hay

R
 
− = +
 ÷
 
Với
u
u
u
L
T
R
=
là hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng.
( )
( )
( ) ( )
{ }
1
1
u
u
R
I p U p E p
pT
= −
+

Đây là phương trình mô tả toán học dây quấn phần ứng.
Phương trình chuyển động của hệ thống.

NHÓM 5 Page 10 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Khi
dm
Φ = Φ
thì khối
1
1
k
k
R
pR+
khi này thì không thay đổi.
Có sơ đồ
2.Cấu trúc Máy phát tốc 1 chiều
Khi từ thông máy phát tốc không đổi ta có :
Điện áp đầu ra Máy phát tốc :
U
ω
= K
ω
.ω – R
ư
.I - ∆U
ct
Nếu chọn điện trở R
t
đủ lớn,gần đúng ta có :
U
ω

d
Với I
d
= .I
2
Hàm truyền của bộ đo là :
F
I
(p) =
2
U (p)
I(p)
=
Trong đó : K
i
= P
i
.R
1
là hệ số tỉ lệ
Với: P
1
là tỉ số biến dòng
T
i
: Hằng số thời gian bộ lọc
4. Cấu trúc các Bộ điều chỉnh (PID)
* Bộ PI :
Hàm truyền đạt
F

2
: Tín hiệu đầu ra
5 – Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động động cơ 1 chiều
Sơ đố khối của hệ:
NHÓM 5 Page 12 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Tổng hợp cấu trúc các phần tử trong hệ, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự
động động cơ 1 chiều như sau :
Trong đó:
NHÓM 5 Page 13 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
R
ω
và R
i
là các Bộ điều chỉnh tốc độ và Bộ điều chỉnh dòng
NHÓM 5 Page 14 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
RIRѠ Kcl KĐ
β
γ
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ
1.Ta có Sơ đồ khối hệ điều chỉnh TĐ động cơ một chiều như hình vẻ
Hình 2.1
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều
chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín.
Từ hình khối 2.1 trên ta có sơ đồ cấu trúc của hệ TĐ động cơ một chiều
ΔU
v
U

+ K
Đ
: Hệ số khuếch đại động cơ
+ β :Hệ số phản hồi âm dòng điện
+ γ: Hệ số phản hồi tốc độ
Sơ đồ cấu trúc động:
NHÓM 5 Page 16 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
-

BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Ta có các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ như sau:
⇒Độ sụt tốc độ
NHÓM 5 Page 17 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
⇒Hệ số khuếch đại động cơ:
2.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ
Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện gồm mạch vòng điều chỉnh dòng
điện và mạch vòng điều chỉnh tốc độ.
Đây là hệ thống thường gặp trong kỹ thuật. hệ thống điều khiển chính tốc độ được
hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện. các hệ thống này có thể là đảo chiều
hoặc không đảo chiều. Do các yêu cầu công ngệ mà hệ cần đạt vơ sai cấp 1 hoặc
vô sai cấp 2. Nhiễu chính của hệ là momen tải M
c
.
Tùy theo yêu cầ công nhệ mà các bộ điều chỉnh tốc độ R
w
có thể được tổng hợp
theo 2 tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải M
c
trong trường hợp chung hệ thống

ɷ
đóng vai trò là khâu phản hồi tốc độ
S
i
:xen sơ dòng đóng vai trò phản hồi âm dòng điện
R
i
: là bộ điều chỉnh dòng điện
FX: là bộ phát xung
BD:bộ biến đổi 1 chiều
Đ:động cơ
NHÓM 5 Page 19 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG
BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Biến đổi tương đương sơ đồ khối hệ thống
Ta tiến hành xác định các tham số của bộ điều chỉnh R
I
, R
ɷ
theo các tiêu
chuẩn modul tối ưu và modul đối xứng.
Xác định tham số động cơ 1 chiều kích từ độc lập
P
đm
= 2.m = 2.5 = 10(kW)
(m là số thứ tự của nhóm)
U
đm
=400V, ɳ
đm
=0,9, n

đm
= .(1-ɳ) = .(1+0,9)=3,8(Wb)
Dòng điện định mức động cơ:
I
đm
= = =26,3(A)
Điện trở mạch phần ứng:
3. Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối
ưu
Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong đó :
R
I
là bộ điều chỉnh dòng điện
BĐ: là bộ biến đổi 1 chiều
S
I
: Sensor dòng điện có thể thực hiện bằng các biến dòng ở mạch xoay chiều hoặc
bằng điện trở Sun hoặc các mạch đo cách ly trong mạch 1 chiều
T
đk
: hằng số mạch điều khiển chỉnh lưu
T
vo
: hằng số sự chuyển mạch chỉnh lưu
T
ư
: hằng số phần ứng
T
i

BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ LỚP: ĐH ĐIỆN 1-K6
Hàm truyền của mạch dòng điện (hàm truyền của đối tượng điều chỉnh) như
sau:
Trong đó các hằng số thời gian T
đk
,T
vo
,T
i
rất nhỏ so với hằng số thời gian
điện từ T
ư
.
Đặt: T
s
= T
kđ
+ T
vo
+ T
i
= 0,0015+0,003 = 0,0045
T
s
là rất bé so với T
ư
Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh
dòng điện
R
I

Mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền của bộ điều chỉnh có dạng:
Khi đó hàm truyền mạch hệ hở :
=> hàm truyền mạch hệ kín:
NHÓM 5 Page 25 GVHD: THẦY NGUYỄN ĐĂNG KHANG