BÀI tập lớn TRUYỀN ĐỘNG điện tự ĐỘNG

lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
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 tốn 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
ngun lý như hình vẽ.
CL1
CBD
CK

Uc d

? uv

u

u*i
R

O

Ui

I
BÐ

RI

Ud

Ð

CKÐ

n

n

FX
FT

n

Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện:

R  -Bộ điều chỉnh tốc độ quay;R1-Bộ điều chỉnh dòng điện ; FT- Máy phát tốc ;
FX – Máy phát xung điều khiển các tiristor của BĐ ; CBD – Cảm biến dòng điện
,ucd – điện áp chủ đạo(điện áp đặt tốc độ );un (un = n ) – Điện áp phản hồi tốc độ, ui* - Điện
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),
GVHD:

1
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
B/ Yêu cầu của hệ thống:
Chỉ tiêu trạng thái ổn định:khơng có sai số tĩnh;
Chỉ tiêu trạng thái động:Lượng quá điều chỉnh dòng điện  i max  5%
Lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tảiđến tốc độ quay
định mức  i max  9%
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

GVHD:

2
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

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:

Ucđ(p

U i*

uv

R

Eb

RI

Kb

KÐ

RD




Trong đó :

+ R  :Bộ đièu chỉnh tốc độ quay
+ RI : Bộ điều chỉnh dòng điện
+ Ucđ : Điện áp chủ đạo.

+ U v : Điện áp đặt vào tốc độ.
+ U *i : Điện áp phản hồi âm dòng điện.
+ 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.

GVHD:

3
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()

n(p)

ED


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
* Sơ đồ cấu trúc trạng thái động.

Ic(p)

ucd (p)

Wn(p)

WI(p)

Kb
 p 1

1

Rd
Te p  1

Rd
Tm p

n( p)

KĐ




II. Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.
Độ sụt tốc độ : n 
Với

I đm .Rd 150.0,3

 308, 219(vòng )
C e .đm
0,146

Ce .dm 

U dm  I dm .Ru 220  150.0, 3

 0,146
ndm
1200

Sai lệch tĩnh trên đường đặc tính cao nhất:

S% 

n

308, 219
.100 
 20,4(%)
nđm  n t
1200  308,219

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 u cầu khơng 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).
Hệ số khuyếch đại:

KD 

1
1

 6,849
Ce .dm 0,146

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:

GVHD:

4
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
K HT

 2  TM .  TM .TE 0, 00167 2  0, 22.0, 00167  0, 22.0, 07


 134,9
TE .
0, 07.0,00167

1/ Xác định tham số của bộ điều chỉnh.
** Nguyên tắc thiết kế:
Phương pháp phân tích mạch là đi từ trong ra ngồi,phân tích mạch vịng trong rồi mới phân
tích mạch vịng ngồi.Ở đây,ta phân tích mạch vịng trong trước là mạch vịng dịng 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 vịng ngồi là mạch vịng tốc độ.
Trong tín hiệu đo dịng điện thường là dịng 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:
Ucđ

ΔUv

Rω

Ui*

RI

Kb

EĐ

Eb

KĐ

RĐ

β

γ
a.Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
* Đơn giản hố sơ đồ địng 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
trong mạch vịng dịng điện.Trong thời gian t thì ta giả thiết rằng E Đ  0 .Giả thiết I(p)=0.
Hệ thống tương đương như sau:

GVHD:

5

Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
Ud(p)

1

Ud(p)

Id(p)

1

E Đ ( p)

Rd
Tm p

Rd
Te p  1



E Đ ( p)

Rd
Tm p

Rd
Te p  1

Rd
Tm p
Ud(p)

Id(p)

Tm p. 1

Rd
2
TmTe p  Tm p  1



Rd
Tm p

EĐ p

Xử lý gần đúng: TmTe p 2 +Tmp + 1  Tmp(Tep + 1).
Với điều kiện:  ci  3.
Ud(p)


1
TmTe

; (1)

1

Rd
Tm p

Rd
Te p  1

Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện:

GVHD:

6
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()

EĐ p


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

U

*
i

U đk ( p)

1
Toi p  1

U d (P)
1
Rd
Te p  1

Kb
p  1

Wi ( p)


Toi p  1
Biến đổi sơ đồ ta có:

U i*

 .K b . 1 R
d
(Toi p  1).(p  1).(Te p  1)

Wi ( p)



I d ( p)

 .K b . 1 R
d
 Wđt(p) =
(Toi p  1).(p  1).(Te p  1)
Thường do Te >> Toi và  nên suy ra:
(Toi p  1).(p  1)  Toi    p  1 = T i p  1
Điều kiện:  
Đặt : K2 =  .K b . 1

Rb

1
1
; (2)
3 Toi .

,ta có:
Wđt(p) =

U i*

Wi ( p)



K2
(T i p  1).(Te p  1)

K2

(T i p  1).(Te p  1)

*Lựa chọn cấu trúc:
GVHD:

7
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()

I d ( p)

I d ( p)


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài
Ta thấy rằng mạch vịngd dịng điện khơng những chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài mà theo
hệ thống u 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:
Wđt(p) =

K2
(T i p  1).(Te p  1)

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 qn tính bậc cao ở đối tượng điều khiển.Mặt
khác hệ thống điển hình loại I phải có một khâu tích phân nên ta chọn bộ điều chỉnh:
WBĐĐ ( p ) = K pi

1 p 1

1 p

Với  1  Te = 0,07 (s),vì : Te > T  i
*Xác định tham số bộ điều chỉnh:
Hàm truyền hệ hở của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:
Wh ( I ) ( p ) = WBĐĐ ( p ) . Wđt ( p) =

Với:

K=

K pi .K 2

1



K pi . .K b

K pi .K 2

 1 p.(T i p  1)

=

K
p.(T i p  1)

; ( * )

Te .Rd

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
Xác định Kpi theo tính năng bám:Theo yêu cầu đặt ra thì lượng q điều chỉnh dịng điện

 max %  5% nên tra tài liệu ta chọn  max % = 4,3% hay :
K. T i =0,5  K =

0,5
=187,266
0,00267

Thay giá trị của K vào (*) ta có:

K pi 

K .Te .Rd 187,266.0,07.0.3

 1,638
 .K b
0.05.48

Hàm truyền bộ điều chỉnh:
WBĐĐ ( p ) = 1,638.

0,07 p  1
0,07 p

Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:

GVHD:

8
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

W(htshc)(p) =

187,266
p (0,00267 p  1)

*Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng:
Từ tà liệu ứng với giá trị của  max % đã cho ta tìm được :

ci 

0,455
0,455
=170,412

T i

0,00267

Hàm truyền của đối tượng:
- Theo điều kiện tần số cắt: ci 
- Theo (1) ta có:  ci  3.

1
1

 199,601 ;(thỗ mãn với điều kiện)
3 3.0,00167

1
1
= 3.
= 24,175. (thoã mãn với điều kiện)
Tm .Te
0,07.0, 22

1
1
1
1
-Theo (2) ta có :  ci  .
 .
 257,941 ;(thoã mãn với điều kiện)
3 Toi . 3 0,00167.0,001

*Thực hiện bộ điều chỉnh:
Ta có sơ đồ nguyên lý:

R pi
U i*

cpi

Roi
2

coi

Roi
2
Uđk(p)
IC

Roi
2
-  I d ( p)

coi

Roi
2

Rvo

 .I d ( p)
U i* ( p)
U đk ( p )



 p 1
Roi
R
Roi .( .Coi p  1) Roi  oi .Coi p  1 K pi . 1
1 p
4
 4

GVHD:

9
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

Chọn Roi = 10 (kΩ);
Ta có: Kpi =

R pi

 Rpi = Roi.Kpi = 10.0,874 = 8,74 (kΩ);

Roi

1

0,07.10 6

 8,009 (μF)
 1  R pi .C pi  C pi 
R pi 8,74.10 3

Toi =

Roi .C oi
4T
4.0,00167
 C oi  oi 
 0,669 (μF)
4
Roi
10.10 3

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 vịng ngồi.

U i* ( p)

K
p.(T i p  1)



Với K

K pi . .K b . 1
Te

Rd

; T  i =Toi + 
K
p (T i p  1)
K
WK(I) =

2
K
T i p  p  K
1
p (T i p  1)

Mà K.T  i = 0,5  K 

1
,nên:
2T i p
W K (I ) =

Điều kiện :  Cn 

GVHD:

1
1

2(T i ) p  2T i P  1 2T i P  1

1
1
1

2
3 2(T i )
3 2 .T i

2

2

(4)

10
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()

I d ( p)


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

U i* ( p)

1

I d ( p)



2T i p  1

Mạch vịng tốc độ có sơ đồ cấu trúc:

U i* ( p
Ucđ(p
)

1
Ton p  1

Wn(p)

Ic(p)

Id(p)

1

Rd
Tm p



2T i p  1

E Đ ( p ) KĐ

N(p)


Ton p  1

Ta giả thiết rằng I C (p) = 0 (động cơ làm việc ở chế độ không tải lý tưởng),khi đó:

n(p)

 . 1  .Rd .K D

Wn(p)

U cd

(Tm p  1).(2T i p  1).Tm p




- Xử lý gần đúng: Do Tm , 2T  i rất nhỏ nên ta có thể xấp xỉ về dạng:
(Tmp +1).( 2T i p  1)  (Tm+2 T i )p +1  T n p  1
Với T n =Toi + 2T  i

GVHD:

11
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

Điều kiện:  ci 

1
1
3 2T iTm

Vậy:

Wđt(p) =

Trong đó đặt:K3 =

 . 1  .Rd .K Đ
Tm p.(T n p  1)



K3
p.(T n p  1)

 . 1  .Rd K Đ
Tm

Vậy:

K3
p.(T n p  1)


Wn(p)

U cd



n(p)

b. Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh:
Ta thấy mạch vòng tốc độ chịu ảnh hưởng của nhiễu bên ngồi,đó là tín hiệu nhiễu của Ucđ
Và dịng 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 vịng ngồi làm việc ở chế độ bảo hồ.
Từ những phân tích trên ta thấy cần phải hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại
II.Hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:
Whtshc(p) = Wđt(p).WRn(p) =

K pn  1 Rd K Đ ( 2 p  1)



Tm 2 p (T n p  1)
2



K n ( 2 p  1)
p 2 (T n p  1)

c. Xác định tham số của bộ điều chỉnh:
Ta chọn độ lệch trung tần h = 3

 n  h.T n = 3. 0,00701 = 0,02103
Với T  n =Toi + 2.T  i = 2.0,00267 + 0,00167 = 0,00701
Kn =

4
h 1

= 502,469
2
2

2.h .(T n )
2.3 .0,021032

GVHD:

2

12
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

 Kpn =

K n n
K n . n .Tm

K3
 1 .Rd K Đ



=

502,469.0,02103.0,22
 13, 238
0,008. 10,05 .0,16.6,86

Hàm truyền bộ điều chỉnh:
Wshc(p) = Kpn

( n p  1)
0,02103.P  1
 13,238.
0,02103P
n p

Hàm truyền sau hiệu chỉnh:
Wht(p) = Kn

2

 n p 1

p (T n p  1)

 502,469.

0,02103P  1
p 2 (0,0701 p  1)

d. Kiểm tra điều kiện gần đúng:

 cn = Kn.  n = 502,469.0,02103 = 10,567
-

 cn 

Điều kiện 1:Đơn giản hoá mạch vịng dịng điện

1
1

 88,278 ;(thỗ mãn điều kiện)
3( 2.) .T i 3.( 2 ).0,00267

-Điều kiện 2:Xử lý gần đúng hằng số thời gian

 cn 

1
1
1
1

 111,622 ;(thoã mãn điều kiện)
3 2T iTon 3 2.0,00267.0,00167

e.Thực hiện bộ điều chỉnh:

GVHD:

13

Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

Rpn
Cpn

Ucđ(p)

Ron
2

Ron
2

Con

U *i (p)
IC

- n( p )
Ron
2

Con

Ron
2

Rvo2

Ta có: Kpn =

R pn
Ron

;  n  R pn .C pn ; Toi =

Ron .C on
4

Chọn: Ron =10 (KΩ)
Rpn =KpnRon = 13,238. 10 = 132,38 (KΩ)
Cpn =
Con =

n

R pn



10 6.0,02103

 0,1589 (μF)
132,38.10 3

4Toi 4.0,01.10 6
= 4(μF)

Ron
10.10 3

-Kiểm tra lượng quá điều chỉnh của mạch vòng tốc độ:

 max %  (

C max %
n T
).2(  Z ) đm  n
Cb
nđm Tm

Với h = 3,tra tài liệu ta có: (

(*)

C max
)%  72, 2%
Cb

Giả thiết khởi động không tải(Z = 0 )
Ta có: n 

I đm Rd 150.0,16

= 164,384(v/p)
Ce  đm
0,146

Thay vào (*) ta được:  max % =72,2.2.1,5.

GVHD:

164,384 0,01
.
= 1,349 % < 9 %
1200 0,22
14

Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()


lOMoARcPSD|10070358

Bài Tập Dài

Trường ĐHSPKT Vinh

Khoa Điện

Vậy với lượng quá điều chỉnh tốc độ khi khởi động không tải đến tốc độ quay định mức

 max % < 9 % đã thoã mãn.

III.Xây Dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động:
~

βId(P)
+UCC

-UCC

Roi/2
Rpn

Ucđ(p)

Ron/2

-γn(P)

Rpi

Cpi

Coi
Ron/2
Roi/2

Con
Ron/2

Roi/2

Cpn

Ron/2

Ui*

Roi/2
Coi

Đ

Con
Rr

GVHD:

15
Downloaded by Plants vs Zombiesss TV ()

FT