Đồ Án Đề Tài Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ biến đổi xung áp

Chương 1 : Tổng quan về động cơ một chiều

Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập



Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng



Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ

Chương 2 : Tổng quan về bộ biến đổi xung áp
Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp



Bộ biến đổi xung áp nối tiếp ( xung áp giảm áp )



Bộ biến đổi xung áp song song ( xung áp tăng áp )



Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp



Lựa chọn bộ biến đổi

Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp



Phương pháp thay đổi độ rộng xung



Phương pháp thay đổi tần số băm xung



Lựa chọn phương pháp điều khiển

Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển
Sơ đồ mạch động lực

Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển



Khâu tạo điện áp tam giác



Khâu so sánh tạo xung điều khiển van



Khâu tạo xung chùm



Khâu khuếch đại xung chùm



Biến áp xung

Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển

Chương 4 : Mô phỏng mạch điều khiển Kết luậnTài liệu tham khảo
Chương 4 Mô phỏng mạch điều khiển


Mô hình động cơ một chiều trên MatLab

Cấu trúc mạch vòng dòng điện Ta có:
Hình 2.1. Cấu trúc mạch vòng dòng điện tổng quát Sơ đồ cấu trúc:
trong đó:

L


Tư = u
Ru

: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng



Sơ đồ tương ứng:





Hình 2.2. Cấu trúc mạch vòng dòng điện rút gọn Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tượng :



Soi(p) =

U i ( p) =

K cl

.Ki

/ Ru




ứng với điều kiện :

U dk ( p)

(1 + pTdk )(1 + Ti p)(1 + pTV )(1 + pTu )



Tsi = Ti + TV +Tđk <<Tư Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có



Soi(p) =

Kcl

.Ki

/ Ru


(1 + Tsi p)(1 + pTu )

Theo tiêu chuẩn Modul tối ưu ta có hàm truyền hệ kín như sau:



[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]2 2

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
FMoi = 1

Mặt khác ta có:

1 + 2τ σ . p + 2τ σ . p


FMoi(p) =

Ri( p).Soi
1 + Ri( p).Soi




=> Ri(p) =



=> Ri(p) =



=> Ri(p) =


FMoi Soi(1 ư FMoi )

1
2τ σ p(1 + 2τ σ p).SOi

(1 + pTsi )(1 + pTu )
2τ σ pKcl Ki / Ru (1 + 2τ σ p)



Chọn τ σ = min(Tsi,Tu) = Tsi Rút gọn ta được hàm truyền:





Ri(p) =

1 + pTu
2 pKcl .Ki .Tsi / Ru

= Ru .Tu
2Kcl .Ki .Tsi


(1 +

1 )
pTu



Vậy Ri(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)

4.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ.
Cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ :




Hình 2.3. Cấu trúc của mạch điều khiển tốc độ tổng quát

Trong đó lấy hàm truyền của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các thành phần bậc cao.
Viết gọn sơ đồ ta có:










Trong đó:





Với


Hình 2.4. Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ rút gọn




[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]o ω K .(Kφ )T . p(1 + pT )

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
S = Ru .Kω i c sω



TS ω = 2Tsi + Tω rất nhỏ





Theo tiêu chuẩn Modul tối ưu ta có hàm truyền hệ kín như sau:

1


FMoω =


Mặt khác ta có:



[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]o σ

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
1 + 2τ . p + 2τ 2 . p 2







FMoω(p) =

Rω ( p).Soω


1 + Rω ( p).Soω






=> Rω(p) =



=> R(p) =

FMoω
Soω(1 ư FMoω )

1


2τ σ p(1 + 2τ σ p).SOω



=> Rω(p) =


Chọn τ σ = Tsω

Ki .(Kφ )Tc . p(1 + pTsω ) 2τ σ pRu .Kω (1 + 2τ σ p)



Rút gọn ta được hàm truyền:




Rω(p) =

Ki .(Kφ )Tc 2Tsω Ru .Kω



Vậy Rω(p) là khâu tỉ lệ tích phân (P)

Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống

điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều như hình vẽ.







Hình 2.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

4.4. Tính toán mô phỏng Các thông số cho trước:
Pđm : công suất địng mức của động cơ 2,5 kw Uđm : Điện áp định mức phần ứng 400 V
nđm : Tốc độ quay định mức 1750 V/ph

ηdm : Hiệu suất danh định của động cơ 90%

L : Điện cảm phần ứng 0,2 H Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S TV : Hằng số tời gian bộ chỉnh lưu 0,0025 S
Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,0001 S


Tω : Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001 S



ω = 2π n = n



=> ω


= 1750 = 183rad / s


60 9, 55

dm 9, 55








Mđm = Pdm
ωdm

= 2500 = 13.6Nm
183






Iđm =

Pdm Udm

= 2500 = 6, 25( A)
400



Kϕ = M dm = 13, 6 = 2,18


Idm

6, 25



Tính R ư gần đúng theo công thức:



Rư = 0,5(1-ηdm


) Udm
Idm


= 0, 5(1ư 0, 9) 400
6, 25


= 3, 2 Ω










Mặt khác ta có :


Tư =

Lu = 0, 2 = 0, 0625s
Ru 3, 2



Uđ = Uđk.Kcl



Chọn Uđk = 10V => Kcl =


Udm
Udk


= 400 = 40
10



Hàm truyền của bộ điều chỉnh:




Ri(p) =

Ru .Tu
2Kcl .Ki .Tsi


(1 +

1 )
pTu



Có Tsi = Ti + Tv+Tđk = 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S


Chọn Uiđ = 7V




=> Ki =




Uid
Idm




= 7
6, 25




= 1,12





=> Ri = 3, 2.0, 0625


(1+

1 ) = 0, 485(1+ 1 )


2.40.1,12.0, 0046 0, 625 p

0, 625 p






Tc =

JRu
(Kφ)2

2,45.1,31
=
2,072


= 0,75 S





Ru
(Kϕ).TC

= 3, 2
2,18.0, 75


= 1, 95








Chọn Uωd

Uωd = ω.Kω

= 10 V

=>Kω = 10 = 0,055
183



Với TS ω = 2Tsi + Tω = 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S



Rω (p) =


Sơ đồ mô phỏng :


0,482.2,07.0,75
= 519
1,31.0,055.2.0,01






Kết quả mô phỏng

Tốc độ động cơ






Dòng điện động cơ