điều khiển động cơ một chiều hai kênh dòng điện iu, ikt

Mục Lục
Chơng 1: Những yêu cầu và hớng thực hiện 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Hớng thực hiện 1
1.3 Sơ đồ nguyên lý 2
Chơng2 : Tổng hợp mạch vòng điều khiển 3
2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3
2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 5
2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện cho mạch kích từ 7
2.4 Tính toán các thông số mô phỏng 8
2.5 Mô hình mô phỏng sử dụng Simulink 11
2.5.1 Mô hình hệ thống mô phỏng mô phỏng 11
2.5.2 Mô hình Đông cơ 11
2.5.3 Mô hình khâu điều khiển kích từ 12
2.5.4 Mô hình khâu chuyển đổi sai lệch 12
2.6 Kết quả mô phỏng 12
2.7 Nhận xét đánh giá kết quả 16
1
Chơng 1: Những yêu cầu và hớng thực hiện
1.1 Đặt vấn đề
Trong công nghiệp các dây chuyền sử dụng hệ thống truyền động nhiều
động cơ khá phổ biến. Tuỳ thuộc vào những yêu cầu công nghệ cụ thể mà hệ
truyền động điện phải có những đặc điểm đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ
đó. Những yêu cầu này sẽ quyết định tới tính đơn giản hay phức tạp của hệ
truyền động điện.
Truyền động điện nhiều động cơ thờng đợc sử dụng trong dây chuyền sản
xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động
của thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ
thích hợp gắn với yêu cầu chung của cả hệ. Do đó trong những hệ truyền
động điện nhiều đông cơ, một trong những yêu cầu cơ bản của hệ truyền
động đó là đồng bộ tốc độ. Đồng bộ tốc độ trong các dây chuyền liên tục

đó là yêu cầu hàng đầu, ngoài ra đối với các dây chuyền sản xuất các vật liệu
thay đổi, hoặc bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm
việc; đối với hệ truyền động sản xuất yêu cầu sự đồng đều về tính chất của
sản phẩm ( nh sản xuất giấy, thép) còn có một yêu cầu quan trọng đó là
giữ sức căng không đổi. Một số yêu dây chuyền yêu cầu chất lợng sản phẩm
cao thì hệ truyền động phải đảm bảo có độ chính xác điều chỉnh cao.
1.2 Hớng thực hiện
Đồng bộ hoá tốc độ là một vấn đề tuy không rộng nhng bộ điều chỉnh
của nó khá đa dạng, các bộ điều chỉnh náy có thể tổng hợp dựa trên một số
nguyên tắc khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ đặt ra. Có 2 nguyên
tắc chính đó là điều chỉnh đồng bộ bằng điều chỉnh phần ứng hoặc điều
chỉnh mạch kích từ. Điều chỉnh kích từ hay điện áp phần ứng đều có những u
điểm riêng, điều chỉnh kích từ thơng đợc sử dụng vơi hệ truyền động có
nguồn cấp chung và khi nguồn đợc cấp riêng cho từng động cơ thì thờng
2
sử dụng điều chỉnh điện áp phần ứng. Khi sử dụng điều chỉnh điện áp phần
ứng thì việc thay đổi tốc độ trở nên dễ dàng hơn. Còn đối với điều chỉnh kích
từ có u điểm là có thể điều chỉnh với công suất không đổi, có khả năng thích
ứng khi tải thay đổi. Tuy nhiên do có vùng phi tuyến do đó nếu rơi vào vùng
phi tuyến sẽ thiếu chính xác điều khiển.
Từ những đặc điểm đó em thực hiện đề tài Mô Phỏng Quá Trình Đồng
Bộ Tốc Độ Bằng Điều Chỉnh Kích Từ Và Có Điều Chỉnh Sức Căng. Đề tài
thực hiện điều chỉnh tốc độ và sức căng ở mạch phần ứng (gần giống với ph-
ơng pháp nguồn cấp riêng), quá trinh đồng bộ tốc độ đợc thực hiện nhờ mạch
điều chỉnh kích từ.
1.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển :
Chơng 2: Tổng Hợp Mạch Vòng Điều Khiển
2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện
3
Sơ đồ mạch vòng dòng điện :

Trong đó:
T =
u
u
R
L
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng
Ki : điện trở của sensor cảm biến.
Ti : Hằng số thời gian của sensor dòng điện
Sơ đồ tơng ứng:
Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng :
S
oi
(p) =
)1)(1)(1(
/.
)(
)(
uidk
uicl
dk
i
pTpTpT
RKK
pU
pU
+++
=
ứng với điều kiện
T

si
= T
i
+ T
V
+T
đk
<<T
Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có
4
S
oi
(p) =
)1)(1(
/.
usi
uicl
pTpT
RKK
++
Theo tiêu chuẩn Modul tối u ta có hàm truyền hệ kín nh sau:
F
Moi
=
22
.2.21
1
pp

++
Mặt khác ta có
F
Moi
(p) =
SoipRi
SoipRi
).(1
).(
+
=> Ri(p) =
)1(
Moi
Moi
FSoi
F

=> Ri(p) =
)
.221
1
1(
)1)(1(
/
.221
1
22
22
pp
pTpT

RKK
p
usi
uicl




++

++
++
Chọn


= min(T
si
,T
u
) = T
si
Rút gọn ta đợc hàm truyền
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
/ 2
1

usiicl
uu
uiicl
u
pTTKK
TR
RTKpK
pT
+=
+
Vậy R
i
(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)
2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ
5
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 S
o

=
)1.().(
.



sci
u

pTTKK
KR
+
Với
T
S

= 2T
si
+ T

<<
áp dụng tiêu chuẩn modul tối u ta có:

22
2.21
1
pp
F
OD



++
=
]
2.21
1
1[
).1.(.) (

.
.2 21
1
)1(
)(
2
22
pp
TppTKK
KR
pp
FS
F
pR
sCi
u
OMo
OD










++

+
++
=

=
6
).1(.2.
).1.(.) (
.
1
)1(
)(
pp
TppTKK
KR
FS
F
pR
sCi
u
OMo
OD

+
+
=

=
Chọn


S
T=
ta có:



su
Ci
TKR
TKK
pR
.2.
).(
)(

=
Vậy bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỉ lệ P.
2.3 Tổng hợp bộ điều khiển chỉnh dòng điện cho mạch kích từ
Trong trờng hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền đối tợng có
dạng :

)1).(1(

1
.
1
)(
)(
SKK
v
KK
K
pTpT
pT
RpU
pI
++
+
=
Trong đó :
U
k
- giá trị trung bình điện áp của bộ biến đổi.
R
k
, T
k
- Thông số dây quấn kích từ
T
v
- hằng số thời gian dòng xoáy
T
Sk

- Tổng các hằng số thời gian nhỏ trong mạch kích từ
Các hằng số thời gian T
k
, T
v
phụ thuộc vào điểm làm việc trên đặc tính
từ hoá. Trong trờng hợp điều chỉnh từ thông thì cần có xenxơ từ thông :

v
v
K
pT
K
pI
k
+
=

1)(
)(

Trong đó K
V
- là hệ số khuyếch đại vi phân, độ nghiêng của đặc tính từ
hóa tại điểm làm việc.
Sơ đồ cấu trúc:
7

Ta có :

)1)(1)(1)(1)(1(
)1(
0
iSKKVdkk
vi
pTpTpTpTpTR
pTK
S
+++++
+
=
Các hằng số thời gian T
đk
, T
V
,T
vx
, T
sk
, T
i
đều là các hằng số thời gian rất bé
so với T
k
.Do đó để đơn giản trong việc thiết lập bộ điều khiển R
ik
ta bỏ qua
các thành phần bậc cao và coi T
vx

T
sk
. Do đó S
0
có dạng :

)1)(1(
0
SKTKk
i
pTpTR
K
S
++
=
Trong đó : T
SKT
= T
đk
+ T
V
+ T
i



F
k
=
iK

iK
RS
RS
0
0
1+

Theo tiêu chuẩn môdul tối u :
F
k
=
22
.221
1
pp
F
M



++
=

)
.221
1
1(
)1)(1(
.221
1

.
22
22
00
pp
pTpTR
K
pp
SFS
F
R
KSKTK
i
iMi
M
iK






++

++
++
=

=

=
i
KSKTK
i
KSKTK
Kpp
pTpTR
ppR
pTpTR
).1(2
)1)(1(
).221(
)1)(1(
22





+
++
=
++
++
Chọn
SKT
T=

R
ik
=
PI
p
k
k
pTK
pTR
i
p
SKTi
KK
+=
+
2.
)1(


8

2.4 Tính chọn các thông số mô phỏng
2.4.1 Tính chọn các thông số động cơ
Lựa chọn động cơ mô phỏng có thông số sau:
P
đm
: công suất địng mức của động cơ 1,5 kw
U
đm

: Điện áp định mức phần ứng 220 V
n
đm
: Tốc độ quay định mức 1500 V/ph
dm

: Hiệu suất danh định của động cơ 90 %
L : Điện cảm phần ứng 0,2 H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S
T
V
: Hằng số tời gian bộ chỉnh lu 0,0025S
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lu 0,0001S
T

: Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001S
J : Mô men quán tính hệ truyền động một động cơ 2 Nm
Ta có:

55,9
1500
55,960
2
==>==
dm
nn

= 157 rad/s
M
đm
=
157
1500
=
dm
dm
P

=9,55 Nm
I
đm
=
220
1500
=
dm
dm
U
P
= 6,82 A

82,6
55,9
==

dm
dm
I
M
K

= 1,4
Tính R

gần đúng theo công thức
R = 0,5(1-
82,6
220
)9,01(5,0) =
dm
dm
dm
I
U

= 1,6

T =
6,1
2,0
=
u
u
R
L

= 0,125 S
Mặt khác ta có:
9
U
đ
= U
đk
.K
cl
Chọn U
đk
= 12V => K
cl
=
==
12
220
dk
dm
U
U
22
Hàm truyền của bộ điều chỉnh:
Ri(p) =
)
1
1(
2
.
usiicl

uu
pTTKK
TR
+
Có T
si
= T
i
+ T
v
+T
đk
= 0,001 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chọn U
iđ
= 10 V
=> K
i
=
82,6
7
=
dm
id
I
U
= 1,02
=> R
i
=

)
125,0
1
1(968,0)
125,0
1
1(
0046,0.02,1.22.2
125.0.6,1
pp
+=+
T
c
=
22
4,1
6,1.45,2
)(
=

K
JR
u
= 2 S

2.4,1
6,1
).(
=
C

u
TK
R

=0,5714
T
S

= 2T
si
+ T

= 2.0,0057 +0,0001 = 0,0115 S
Ta có :
U
d

=


K.
Chọn U
d

= 10 V
=>K

=
064,0
157

10
=
R

(p) =
0046.0.2.0637,0.6,1
2.4,1.02,1
.2.
).(
=


su
Ci
TKR
TKK
= 3045
2.4.2 Chọn các thông số mạch kích từ
R
k
- điên trở mạch kích từ 5

K
v
- hệ số khuếch đại vi phân 3
T
vx
- hằng số thời gian dòng xoáy 0,003s
10
T

k
- h»ng sè thêi gian m¹ch kÝch tõ 0,2s
T
sk
-tæng c¸c h»ng sè thêi gian nhá mach kÝch tõ 0.002s
T
®k
- h»ng sè thêi gian bé ®iÒu khiÓn 0.0001s
T
V
- h»ng sè thêi gian bé chØnh lu 0,0025 s
U
kt
- ®iÖn ¸p m¹ch kÝch tõ 220v
Ta cã :
T
SKT
=T
V
+T
®k
+T
k
=0.0025+0.0001+0.2=0.0046s
K
i
=
5.0
2
1

==
Kdm
iK
I
U
→
R
ik
=
p
p
pTK
pTR
SKTi
KK
0046.0*2*5.0
2.0*46,1
2.
)1(
+
=
+

2.5 M« h×nh m« pháng sö dông Simulink
2.5.1 M« h×nh hÖ thèng m« pháng
2.5.2 M« h×nh m« pháng ®éng c¬
* M« h×nh ®éng c¬ 1
11
* M« h×nh ®éng c¬ 2 :
2.5.3 M« h×nh kh©u ®iÒu chØnh kÝch tõ

2.5.4 M« h×nh kh©u chuyÓn ®æi sai lÖch
12
2.6 KÕt qu¶ m« pháng
2.6.1 Khi 2 ®éng c¬ b»ng nhau vÒ m« men c¶n
13
2.6.2 Khi m« men c¶n 2 ®éng c¬ kh«ng b»ng nhau (M
C1
=3, M
C2
=0.8).
14
15
* Nhận xét kết quả:
- Ta thấy hệ truyền động đồng bộ vê tốc độ, mặc dù khi thông số tải của 2
động cơ là khác nhau.
- Sai lệch tốc độ là nhỏ trong giới hạn cho phép
- Đặc tính dòng điện thoả mãn yêu câu điều khiển.
-
16