HỆ t đ, TỔNG hợp MẠCH VÒNG DÒNG điện, MẠCH VÒNG tốc độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO CHUN ĐỀ
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTĐK&TĐH
CHUN NGÀNH: Cơng nghệ kĩ thuật điều khiển
HỌC PHẦN: Truyền động điện 2

Giảng viên hướng dẫn:
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nhóm 8:
1.
2.
3. Phạm Xuân Tuấn
4.
5.

Nguyễn Thái Phong
Nguyễn Văn Tuân
Phạm Văn Tuyền
Phạm Thanh Tùng

Lớp:

Hà Nội, tháng 12 năm 2021

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG ...........................................

1.1Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ......................................
1.2 Áp dụng Fdx tổng hợp một số hệ: ..............................................................
CHƯƠNG 2: HỆ T-Đ, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN, MẠCH
VÒNG TỐC ĐỘ ................................................................................................

2.1Hệ Truyền động T-Đ ................................................

2.1.1Hệ truyền động T-Đ

2.1.2Hệ truyền động T-Đ

2.1.3Đánh giá chất lượn

2.2Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện ............

2.2.1Tổng hợp mạch vò

2.2.2Mạch vòng dòng đ

2.3Tổng hợp mạch vòng tốc độ ..................................

2.3.1Mạch vịng tốc độ

2.3.2Mạch vịng tốc độ
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ .................................

3.1Tính tốn các thơng số của hệ thống ......................

3.2Mô phỏng kiểm chứng kết quả ..............................

3.2.1Mô phỏng tổng hợ

3.2.2Tổng hợp mạch vị

3.2.3Mơ phỏng kết quả
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA...................

4.1Xây dựng vector khơng gian ..................................

4.2Hệ phương trình cơ bản của động cơ khơng đồng b

4.2.1Phương trình điện

4.2.2Phương trình điện

4.3Mơ hình trạng thái của động cơ không đồng bộ trê
KẾT LUẬN......................................................................................................
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện................................................................1
Hình 1.2: Đường đặc tính q độ..........................................................................1
Hình 2.1: Hệ thống truyền động T-Đ.................................................................... 4
Hình 2. 2: Sơ đồ khối mạch vịng......................................................................... 7
Hình 2.3: Sơ đồ khối của mạch vịng dịng điện...................................................8
Hình 2.4: Mạch điều chỉnh dịng điện có tính đến suất điện động động cơ..........9

Hình 2.5: Các Bước chuyển khối..........................................................................9
Hình 2.6: Các Bước chuyển khối (tiếp).............................................................. 10
Hình 2.7: Mạch vịng điều chỉnh dịng điện sau khi biến đổi............................. 11
Hình 2.8: Mạch vịng điều chỉnh dịng điện(Mc=Bω).........................................12
Hình 2.9: Các bước chuyển đổi...........................................................................12
Hình 2.10: Sơ đồ mạch vịng tốc độ....................................................................14
Hình 2. 11: Sơ đồ mạch vịng tốc độ(Mc=0).......................................................15
Hình 2.12: Mạch vịng tốc độ Mc=Bω................................................................16
Hình 3.1: Mạch vịng dịng điện khi chưa có bộ điều chỉnh...............................20
Hình 3.2: kết quả mơ phỏng mạch vịng khơng có bộ điều chỉnh.......................20
Hình 3.3: Mạch vịng điều chỉnh dịng điện khi có bộ điều chỉnh...................... 21
Hình 3.4: kết quả mơ phỏng mạch vịng khi có bộ điều chỉnh........................... 21
Hình 3.5: Sơ đồ mạch vịng điều chỉnh tốc độ....................................................22
Hình 3.6: Kết quả mơ phỏng mạch vịng tốc độ chưa có bộ điều chỉnh.............22
Hình 3.7: Mạch vịng tốc độ khi có bộ điều chỉnh..............................................23
Hình 3.8: kết quả mơ phỏng mạch vịng tốc độ có bộ điều chỉnh.......................23
Hình 3.9: Sơ đồ mơ hình mơ phỏng....................................................................24
Hình 3.10: Kết quả mơ phỏng tốc độ quay n khơng tải, khâu điều chỉnh PI......25
Hình 3.11: Giá trị đặt tải Mc = 100N..................................................................25
Hình 3.12: Kết quả mơ phỏng tốc độ quay n có ảnh hưởng của tải, khâu điều
chỉnh PI...............................................................................................................26
Hình 3.13: Đáp ứng dịng điện phần ứng Iư....................................................... 26
Hình 4.1: Sơ đồ cuộn dây và dịng stator............................................................27
Hình 4.2: Vectơ khơng gian dịng stator và các thành phần của nó....................28
Hình 4.3: Biểu diễn vectơ dịng stator trên hệ tọa độ αβ....................................28
Hình 4.4: Mơ tả hệ toạ độ αβ.............................................................................. 29
Hình 4.5: Sơ đồ thay thế của ĐCKĐB trong hệ trục toạ độ αβ..........................30
Hình 4.6: Sơ đồ cuộn dây và dịng stator............................................................30
Hình 4.7: Vector khơng gian điện áp stator Us và điện áp dây pha.....................33

TIEU LUAN MOI download :


ĐỀ TÀI

1.

Tìm hiểu về tiêu chuẩn tối ưu đối xứng và ứng dụng

Tìm hiểu về hệ T-Đ; tổng hợp mạch vịng dịng điện (bỏ qua Eư và có tính
đến Eư), mạch vòng tốc độ cho các trường hợp tải Mc = 0; Mc = B.W
2.

Mô phỏng kiểm nghiệm lại kết quả (dùng MATLAB/Simulink), cho thông số
cụ thể của động cơ, mỗi bạn phải khác nhau VD: Rư, Lư
3.

4.

Phân tích cấu trúc động cơ KĐB 3 pha trong hệ tọa độ alpha-beta và ứng dụng

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

LỜI MỞ ĐẦU
Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công

nghệ tự động. Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất
lượng sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng.
Với sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn và kĩ thuật vi xử lý,
các hệ thống điều tốc được sử dụng rộng rãi và là cơng cụ khơng thể thiếu trong q
trình tự động hóa sản xuất.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Truyền động điện 2 đã
được giao thực hiện đề tài ,trong đó bao gồm:
Chương 1 : Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng
Chương 2 : HỆ T-Đ, Tổng hợp mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ
Chương 3 : Mô phỏng kiểm nghiệm kết quả
Chương 4 : Phân tích cấu trúc động cơ KĐB 3 pha
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy: Nguyễn Ngọc Khốt em đã tiến hành nghiên
cứu,thiết kế đề tài và hoàn thành đúng thời hạn được giao
Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn chếnên
khơng thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cơ, và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài
của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

CHƯƠNG 1: TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG
1.1 Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng
Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh trong
mạch có yêu cầu cấp vơ sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả để tổng hợp
các bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn.

X
d

Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện
Hàm theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng có dạng sau:
(1.1)
F
DX

Và có đường đặc tính q độ là đường 1 như hình 1.2
• Dạng đặc tính q độ:

43,4%
8,1%

+) Độ quá điều chỉnh 43,4% tại thời

±2%

điểm khoảng 7τσ
+) Đặc Tính quá độ đi qua giá trị đặt 1
khi t=3,1τσ và 11,4τσ
+) Xác lập sau 16,5τσ với 2 lần giao
động

t
7,8τ

Hình 1.2: Đường đặc tính quá độ
 Đặc điểm:

+) Các hệ số của hàm truyền thoả mãn điều kiện:

a 2


− 2a a

1

a

o 2
2

 2 − 2a1a3 = 0
+) Vì hệ hàm kím có C0=0 và C1=0 nên đảm bảo trước được tính ổn định của hệ
khi sử dụng tiêu chuẩn này. Nhờ đó mà tiêu chuẩn được áp dụng để tổng hợp bộ điều

1
SVTH: Phạm Xuân Tuấn


TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

khiển cho hệ có u cầu vơ sai cấp cao, cũng như bộ điều khiển theo quan điểm
nhiễu loạn
+) Vì có mặt của khâu vi phân 4TS trên tử số của Fdx đã gây ra độ quá chỉnh lớn
cho hệ (43%). Vì vậy thường thêm một khâu quán tính với hằng số thời gian đúng
bằng 4TS để đặc tính có độ q điều chỉnh giảm xuống cịn 8,1%. (đường 2 trong hình
1.1)

x
d

Hình 1.3: Sơ đồ giảm độ quá điều chỉnh của bộ điều chỉnh.

Hàm truyền của mạch điều chỉnh sẽ là:

F ( s) =

 Các bước phương pháp tổng hợp:

+) Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng – hệ hở So(s).
+) Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(s).
+) Tính hàm truyền hệ kín So(s) và gán nó bằng vế phải FDX(s)
+) Suy ra dạng hàm truyền R(s)=>Xác định luật điều khiển của bộ ĐC

(1.3)


R ( s) =
S
+) Tính các tham số của bộ ĐC theo các thông số của S0(s)

1.2 Áp dụng Fdx tổng hợp một số hệ:
-Xét hệ hở có dạng hàm truyền vô sai cấp 1

(1.4)

(1.5)
Để dẫn ra ý nghĩa của tiêu chuẩn, xét thí dụ hệ thống S0(s) có dạng vô
sai cấp 1 nhưng lại dùng bộ điều chỉnh kiểu PI:

F0

( s ) = R ( s ).S 0

Trong đó Ts có thể là tổng của các hằng thời gian nhỏ

2
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

F

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

( s) =

(1.7)

k

Áp dụng điều kiện của tiêu chuẩn tối ưu ta tìm được các phương trình đặc tính:

a

2

− 2a a




Giải hệ phương trình trên ta tìm được:

1

o 2

2

1 3

a 2 − 2a a

(1.8)


K=

Thay (1.9) vào cơng thức (1.7) ta có:
Hàm truyền dạng tối ưu đối xứng với τσ = Ts:

( s) =

F
DX

-Xét hệ hở có chứa khâu qn tính thứ 2
Hàm truyền của đối tượng có chứa khâu qn tính thứ
(1.9)

(1.10)

hai với hằng số thời gian lớn T2:

( s) =

S
0

(1.11)
- Hệ hữu có khâu qn tính lớn T1 >>Ts
Trong trường hợp đối tượng là hệ hữu có khâu qn tính lớn T1 >>Ts chỉ có thể
làm gần đúng để đưa về dạng:

S ( s) =
0

Xấp xỉ:
1
(1+T s )
1

(1.12)


3
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

CHƯƠNG 2: HỆ T-Đ, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN, MẠCH
VÒNG TỐC ĐỘ
2.1 Hệ Truyền động T-Đ
Khi dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển (các bộ chỉnh lưu dùng thyristor) để
làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta còn gọi là
hệ T - Đ.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra là 1
chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều khiển
ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có thể
thực hiện được các chuyển mạch dòng điện giữa các phần tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha...
Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu
hình cầu, chỉnh lưu hình tia...
Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển,
chỉnh lưu bán điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý:
DK

I =I
đ

M

~

Uđ=Uư
U

Uđk

UKĐ
IKĐ
Hình 2.1: Hệ thống truyền động T-Đ
Ta có:
Udo phụ thuộc mạch chỉnh lưu

=U

U
d

do

U do = Ku .U
Nếu α ↑⇒ cosα ↓⇒ Ud ↓
Vậy nguyên tắc điều chỉnh tốc độ hệ T-Đ là điều chỉnh góc phát xung trong mạch
chỉnh lưu.

4
SVTH: Phạm Xuân Tuấn


TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

2.1.1 Hệ truyền động T-Đ khơng đảo chiều
Tuỳ theo góc α và điện cảm của cuộn kháng lọc, tải động cơ mà mạch chỉnh lưu có thể
làm việc ở hai chế độ tải liên tục và tải gián đoạn
 Khi dòng điện liên tục:
Ở trạng thái liên tục, khi van này chưa khố thì van kế tiếp đã mở, việc mở
van kế tiếp là điều kiện cẩn để khoá van đang dẫn.

=E

E

cosa

d

d0

(2.2)
Trong đó: ω =

-Khi 1 <

α

E

d0

π

2

cosα

Kφdm

tốc độ tải khơng giả tưởng

:Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu

Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi E>0

Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều
π
-Khi :

<α <π

2
của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện. Động cơ làm
việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
 Khi dịng điện gián đoạn:

Xảy ra hiện tượng dịng gián đoạn khi điện kháng trong mạch khơng đủ lớn, nếu
sức điện động của động cơ đủ lớn thì dịng điện tải sẽ trở thành gián đoạn. Ở trạng thái
này thì dịng qua van bất kỳ sẽ bằng 0 (không) trước van kế tiếp mở.
Do vậy một trong những khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu sẽ
bằng điện áp nguồn với Ed=U2 và 0 ≤ θ ≤ λ trong đó: λ là khoảng dẫn
2.1.2 Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều
Để đảo chiều tốc độ động cơ cần phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song
ngược còn gọi là chỉnh lưu kép, nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu:
+, Khi CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu CL2 làm việc ở chế độ nghịch lưu thì
lúc này dịng chỉnh lưu chạy theo chiều dương (+), tốc đô động cơ quay thuận
+, Khi CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu CL1 làm việc ở chế độ nghịch lưu thì
lúc này dịng chỉnh lưu chạy theo chiều âm (-), tốc đô động cơ quay ngược


5
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :

Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khốt

 Có thể đảo chiều động cơ bằng hai cách:

+) Đảo chiều điện áp phần ứng
+) Đảo chiều từ thơng kích từ
Để khỏi truyền năng lượng từ bộ CL1 này qua bộ CL2 kia về lưới điện thì cần
thoả mãn điều kiện:

Ed . NL ≥ Ed .CL

Để điều khiển hai bộ chỉnh lưu làm việc theo đúng các chế độ yêu cầu thì có thể dùng
phương pháp điều khiển chung hoặc điều khiển riêng.
 Hệ này có hai phương pháp điều khiển:

-Phương pháp điều khiển riêng:
Hai mạch chỉnh lưu làm việc độc lập, mạch này làm thì mạch kia nghỉ. Tín hiệu
điều khiển chỉ được đưa vào bộ CL đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu, cịn bộ CL kia
(khơng làm việc) khơng có tín hiệu điều khiển đưa vào, cho nên khơng có dịng cân
bằng.
-Phương pháp điều khiển chung:
Cả hai mạch chỉnh lưu cùng làm việc nhưng chế độ làm việc của hai mạch
khác nhau (mạch này làm ở chế độ chỉnh lưu thì mạch kia làm ở chế độ nghịch lưu)
nhưng phải đảm bảo α1+ α2=π
Đây cũng là điều kiện chống dòng cân bằng chạy giữa hai mạch chỉnh
lưu Khi đó, các đặc tính cơ của hệ T – ĐM gần giống hệ F - Đ
2.1.3 Đánh giá chất lượng của hệ T-Đ

 Ưu điểm:

+, Hệ (T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít,
+, Kích thước và trọng lượng nhỏ, khơng gây ồn
+, Dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại
lớn +, Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
 Nhược điểm:

+, Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến
tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+, Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên khơng phù hợp truyền động có
tải nhỏ.
+, Áp dụng các phương pháp điều chỉnh thích hợp như điều chỉnh thích nghi (thích
nghi với các chế độ khác nhau).

6
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

2.2 Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh dịng điện

đ

U

i

Hình 2. 2: Sơ đồ khối mạch vịng
Trong đó
+, Ri: bộ điều chỉnh dịng điện
+, HCĐ: phần tử hạn chế dòng điện trong quá trình quá độ
+, FX: bộ phát xung
+ BĐ: bộ biến đổi công suất: chỉnh lưu hoặc băm xung
áp +, ĐC: động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
+, Uk: điện áp mạch kích từ
+, Sensor dịng điện Si: đo dòng điện phần ứng động cơ
+, Sensor dòng điện Sw: đo dịng điện phần ứng động cơ
Trong đó, hàm truyền các khâu là:
+, Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Wdc (s) =

1 / Ru

+
; 1 s.Tu

Tu =

+, Bộ biến đổi chỉnh lưu:

(2.4)

K
W

CL

CL

+, Sensor dòng điện:

W (s) =
i

+, Sensor tốc độ:

(2.5)


W (s) =
ω

Nguyên tắc tổng hợp: Tổng hợp từ trong ra ngồi, tổng hợp vịng nhỏ trước, vịng
lớn tổng hợp sau

7
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

2.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E ứng

Ui đ
-

Ui

Hình 2.3: Sơ đồ khối của mạch vịng dịng điện
+, Tf: hằng số thời gian của mạch lọc
+, Tdk: hằng số mạch điều khiển
+, Tvo: hằng số mạch chỉnh lưu
+, Tư: hằng số phần ứng và cảm biến dòng điện
+, Rư: điện trở phần ứng
+, Uiđ: điện áp đặt vào dòng điện
+, Ui: điện áp phản hồi dòng điện

Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học rất lớn
hơn hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng (Tc > 10 Tư ) => ta coi sức điện
động của động cơ không ảnh hưởng đến q trình điều khiển của mạch vịng dịng
điện =>∆E=0=>E=0
Hàm truyền đối tượng:

=

So

1

Do Tf, Tdk, Tvo, Ti << Tư nên ta đặt TCL = Tf + Tdk + Tvo + Ti => TCL<< Tư, bỏ qua các

đại lượng vô cùng bé ta có:

So
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module:
R=
i

Từ (2.9), ta có:
với FMD =
(2.9)

=


Ri =
K CL .K i / Ru
(1+ s.T
CL

8
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

TIEU LUAN MOI download :


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

Chọn Tσ = TCL

R=
i

1 + s.
K

u

R=
i

Ru
2.2.2 Mạch vịng dịng điện có
tính đến sức điện động động cơ


TIEU LUAN MOI
download :


(2.11)

Báo cáo: Truyền Động Điện 2
(2.12)

 Xét trường hợp Mc=0

-E

-Sơ đồ khối mạch vịng điều chỉnh có tính tới
sức điện động

Uư

Ui

U
iđ

Mc

-

Ui
U

Hình 2.4: Mạch điều chỉnh dịng điện có tính đến suất
điện động động cơ

ư

Uư

Mc

Hình 2.5: Các Bước chuyển khối

9
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

GVHD: Nguyễn Ngọc Khốt

T=

Mc

c

TIEU LUAN MOI
download :


-

4)

Mc

Ip

6)

Ip

-

Mc

8)

Hình 2.6: Các Bước chuyển
khối (tiếp)
Ta có mạch kín G1 được tổng hợp:
SVTH: Phạm Xuân Tuấn

G1 =
1+

10


Báo cáo: Truyền Động Điện 2

1 / Ru
1 + s.Tu



1+

=
1

GVHD: Nguyễn Ngọc Khoát

s.Tc / R
u
s.Tc +

s

(2.13)