mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ nhiều động cơ có nguồn cấp chung

Mục lục
1.Lòi nói đầu
2. Yêu cầu công nghệ đối với hệ truyền động cơ
3.Mô phỏng điều chỉnh đồng bộ tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ
với nguồn cấp chung cho truyền động
4.Chọn công suât các động cơ cho tryền động chính
5.Các phơng trình của động cơ điện một chiều
6.Tính toán các thông số
7.Các đặc tính thu đợc sau mô phỏng
8.Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng
Tài liệu tham khảo
Mô phỏng hệ truyền động nhiều động cơ
2.yêu cầu công nghệ đối với hệ truyền động cơ
+Truyền động nhiều động cơ thờng đợc sử dụng rộng rãi trong dây truyền
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 phải làm việc với một tốc
độ thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ .
+Tuỳ thuộc vào sản phẩm ,vật liệu cũng nh yêu cầu chất lợng đòi hỏi mà các
câu trúc của hệ thống đòi hỏi đơn giản hay phức tạp .
+Trong sản xuất công nghiệp chúng ta thờng gặp ở các máy cán liên tục máy
xeo giấy trong công nghiệp dệt và công nghiệp thuỷ tinh ,v.v.
+Đặc tính truyền động của nhiều động cơ cho các dây truyền công nghệ sản
suất cơ bản :
-Tất cả các truyền động thành phần đều phảI giữ tỉ lệ tốc độ không đổi trong
cả chế độ tính cũng nh trong chế độ động ta thờng gọi yêu cầu đồng bộ hoá
tốc độ .
-Đối với dây truyền sản xuất các vật liệu thay đổi hoặc bề dày vật liệu thay
đổi dẫn đến các yêu cầu thay đổi tốc độ làm việ thờng tỉ lệ này thay đổi
không lớn vùng đIều chỉnh tốc độ (2
ữ
1 đên 6

ữ
1)
-Một số dây truyền yêu cầu chất lợng sản phẩm cao nh độ đồng đều vật liệu
cao sai số ít nh vậy hệ truyền đồng đIện phảI đảm bảo có độ chính xác đIều
chỉnh cao .
-Một số vật liệu đợc sản xuất trong dây truyền liên tục có yêu cầu về chủng
loại tính , tính chất đặt ra yêu cầu phải giữ sức căng không đổi .Vì vậy yêu
cầu của hệ truyền động phải giữ cả tốc độ lẫn lực kéo .
-Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc đIều chỉnh đồng bộ hoá tốc độ phụ
thuộc vào loại liên kết giữa các động cơ thành phần .
-Các động cơ liên kết cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của động
cơ thành phần phâI tuyệt đối cứng
-Các động cơ liên kết mềm với nhau thông qua băng vật liệu có tiết diện lớn
lực cân bằng truyền qua vật liệu cứng nh vậy việc đồng bộ hoá có thể dùng
các động cơ có các truyền động thành phần mềm .
-ở các liệu băng không truyền đợc lực kéo .Nh vậy truyền động chính trong
hệ sẽ đIều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền động
các động cơ còn lại các truyền động nay có nhiệm vụ điều chỉnh gi mô men
không đổi . Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực căng
giữa các cơ cấu truyền động do các mạch đIều chỉnh xác định
-Nếu nh không đo đợc trực tiếp lực kéo ngời ta phải tạo các mạch vòng nhân
tạo trong dây truyền bằng tín hiệu tỉ lệ với chiều dài , mạch vòng có thể hiệu
chỉnh tốc độ của từng dộn cơ trong hệ truyền động .
-ở dây truyền sản xuất vật liệu màng mỏng dẽ đứt nh giấy ,vật liệu tổng
hợp .v.v. thì tát cả các truyền động thành phần phải đợc giữ tốc độ không đổi
.ở đây ta dùng phơng pháp đồng bộ bám tức là đIều chỉnh tất cả các truyền
động có tỉ lệ tốc độ không đổi theo chiều truyền động của vật liệu .
-Đối với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả yêu cầu tóc độ truyền động
phảI thay đổi phụ thuộc đờng kính của các cuộn vật liệu hay nói cách khác
giữ tốc độ dài các băng vật liệu không đổi .

3.mô phỏng đIều chỉnh đồng bộ tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cấp
chung cho truyền động :
+Điều chỉnh tóc độ bằng điều chỉnh từ thông động cơ
+Bài tập này mô tả một phần hệ truyền động nhiều động cơ ,(2trục) theo
nguyên tắc đIều chỉnh từ thông ,phần ứng động cơ chung một nguồn cấp từ
bô biến đổi , khi điện áp phần ứng động cơ không đổi và giống nhau ta có :
2
1
2
1
KT
KT
I
I
=


-Khi có sai lêch tốc độ tăng lên hay giảm xuống làm cho bộ cảm biến chiều
dàI P
L
thay đổi da đến bộ đIều chỉnh từ thông R
L
của động cơ M2 làm cho
21

=
-hàm truyền của bộ điều chỉnh này là khâu tích phân :
p
K
pp

pU
pF
L
p
L
RL
==

=

1
)(
)(
)(
+Sơ đồ nguyên lí điều chỉnh đồng bộ tốc độ :
CL
BA
Ua
Ikt2
Ikt1
Rl
M2
M1
TG1
TG2
-
+
+
Uc
Uw2

Uw1
Ul
w2
w1
v2
v1
L
Kl=Vn/2L
P
+S¬ ®å cÊu tróc bé ®iÒu chØnh :
Uu
Uu
dong co M1
dong co M2
bo dieu chinh
-
-
-
w1
w2
KL/p
Frl
4.chän c«ng su©t c¸c ®éng c¬ cho tryÒn ®éng chÝnh :

+Các thông sô lựa chọn của động cơ truyền động chính kích từ độc lập là :
P
đm
= 50 kW là công suất định mức của động cơ
U
đm

= 440 V là điện áp định mức của động cơ
n
đm
= 1500 v/ph là tốc độ định mức của động cơ

à
= 90 % là hiệu suất định mức của động cơ
u
L
= 0.01H là điện cảm của phần ứng
kt
R
= 200

là điện trở của mạch kích từ
u
T
=
u
u
R
L
(s) là hằng số thời gian của phần ứng động cơ
T
K
= 0.1 s là hằng số thời gian của mạch kích từ

T
= 0.001 s là hằng số thời gian của máy phát tốc
5.các phơng trình của động cơ đIện một chiều :

+Phơng trình phần ứng :

u
R
=
u
E
+(
u
R
+
f
R
)
u
I
+Phơng trình đặc tính cơ đIện :


u
fu
u
I
K
RR
K
U


+

=
+Phơng trình đặc tính cơ :

M
K
RR
K
U
fu
u
2
)(


+
=

6.Tính toán các thông số :

dm

=1500 / 9.55 = 157 rad/s

e
K
=K/9.55 = 0.105K
-Tinh mô men định mức :

dm
P

=
dm
M
*
dm


dm
M
=
dm
dm
P

=
157
50000
=118.47 Nm

dm
I
=
dm
dm
U
P
=
440
50000
= 113.64 A

K
=
dm
dm
I
M
=
64.113
47.118
= 1.04



e
K
= 0.105*

K
=0.105*1.04 =0.1092
-
u
R
đợc tính theo công thức :

u
R
=
dm

dm
dm
I
U
)1(5.0
à

=
64.113
440
)9.01(5.0
= 0.2


2.0
01.0
=
u
T
=0.05 s
+Vói sơ đồ cấu trúc nh trên thì ta có hàm truyền của hệ hở :
)(*
)1)(1)(1(
)(
0
pF
pTpTpTp
K
pF
RL

kcU
+++
=
+tín hiệu đIều khiển kích từ :


+=+= )(
21
K
p
K
UUUU
L
LDK
-Trong đó
21

=



U
K =
+Hàm truyền điều chỉnh :
)
1
(
)(
)(
p

K
K
K
p
pU
L
L
DK


+
=

+Ta có : K
L
=V
n\
/2L
trong đó : L là khoảng cách dịch chuyển của cảm biến độ dài
V
n
là tốc độ dài của băng đo trong cảm biến độ dài
Chọn V
n
=2(m/s)
L=0.01(m)
-Thì ta tính đợc : K
L
=100 hay ta có
01.0=

p

+Nh vậy hàm truyền của bộ đIều chỉnh là :
p
100
hay
p*01.0
1
+Đặt giá trị cho khâu ngắt dòng là: I
max
=150
I
min
=-0.5
+Các động cơ đợc cấp điện áp là 400 V từ các khối hằng
+Ta giả sử trong dây truyền có hai động cơ M1 và M2 ,hai động cơ này có
thông số giống nhau đã chọn ở trên, ta mong muốn hai động cơ này phảỉ
đồng bộ tốc độ .
+giả sử trong quá trình cống tác sản xuất của hai máy thì vì một lí do nào đó
lam cho tải của động cơ 2 nhẹ hơn tải của động cơ 1 nh vậy yêu cầu bộ diều
chỉnh F
RL
phải tác động làm cho tóc độ động cơ phải nhanh chóng bằng
nhau .
+Giả sử tải của động cơ 1 là không đổi ,tải của động cơ 2 giảm đi đợc viết
trong M-file nh sau :
x=[],y=[];
x(1)=0,y(1)=0,k=1;
dx=0.01,dy=0.01;
while (x(k)<2)

x(k+1)=x(k)+dx;
y(k+1)=1;
k=k+1;
end
while (x(k)<4)
x(k+1)=x(k)+dx;
y(k+1)=0.97;
k=k+1;
end
while (x(k)<6)
x(k+1)=x(k)+dx;
y(k+1)=1;
k=k+1;
end
while(x(k)<8)
y(k+1)=0.95;
x(k+1)=x(k)+dx;
k=k+1;
end
while (x(k)<13)
y(k+1)=1;
x(k+1)=x(k)+dx;
k=k+1;
end

while (x(k)<16)
y(k+1)=0.96;
x(k+1)=x(k)+dx;
k=k+1;
end

while (x(k)<20)
y(k+1)=1;
x(k+1)=x(k)+dx;
k=k+1;
end
plot(x,y);
a=[x;y];
save tinhieu1.mat a;
+Do mô phỏng trong hệ tuyệt đối cho nên khi mô phỏng ta cho tín hiệu viết
trong M-file qua khâu GAIN (giá trị bằng 50) để có đựơc giá trị thực .
+Mô men cản của động cơ1 chọn không dổi =50.
-ta có dạng mô men cản của động co 2 nh sau :
+Nh vậy ta có sơ đồ cấu trúc cụ thể nh sau :
7.c¸c ®Æc tÝnh thu ®îc sau m« pháng :
-Dßng vµ tèc ®é ®éng c¬ 1:
-Dßng vµ tèc ®é ®éng co2 :
-Tèc ®é hai ®éng c¬ :
-NÕu phãng to ra th× ®Æc tÝnh trªn nh sau :
-§Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ cña c¸c ®éng c¬ lµ khi cha cã kh©u ng¾t dßng :
-§Æc tÝnh c¬ cña 2 ®éng c¬ nÕu thªm kh©u ng¾t dßng :
8.nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng :
+Từ kết quả mô phỏng có thể thấyđợc rằng khi mô men cản của động cơ 2
thay đổi mà cụ thể là mô men động cơ 2 giảm xuống so với động cơ một
làm cho tốc độ cuả nó tăng lén , nhng mạch điều khiển đã tác động làm cho
tốc độ động cơ hai giảm xuống và dao động xung quanh tốc độ động cơ 1
+Do khâu điều chỉnh ỏ đây chọn là khâu tích phân cho nên ta động của hệ
thống còn hơI chậm .
+Có thể thấy rằng trong quá trình mô phỏng mô men (dòng của động cơ)
tăng lên rắt lớn so với định mức do vậy để bảo vệ động cơ khỏi quá dòng ta
có thể dùng khâu ngắt dòng .

+đặc tính cơ của động cơ còn hơi cứng do vậy chỉ có khả năng đồng bộ tốc
độ trong những sai lệch tốc độ nhỏ .
TàI liệu tham khảo
[1].Bùi Quốc Khánh Nguyễn Văn Liễn Phạm Quốc HảI
đIều chỉnh tự động truyền động đIện .
[2].Nguyễn Phùng Quang
Matlab & simulink danh cho kĩ s đIều khiển tự động
[3].PGS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn
máy đIện tàu thuỷ.