ĐỀ tài THIẾT kế môn học TRUYỀN ĐỘNG điện1

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN


Họ và tên sinh viên : Bùi Hữu Nguyên
Lớp : Tự Động Hóa - Khóa 53
Số thứ tự trong danh sách : 41

TÊN ĐỀ TÀI : Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện cho máy công tác có
momen cản bằng momen định mức của động cơ.Biết momen cản là loại momen
cản tác dụng .
Các số liệu ban đầu của động cơ nhƣ sau :
P
đm
(Kw)
n
đm

(Vg/ph)
R
ư

(Ω)
L
ư

(H)
R
kt

(Ω)

L
kt

(H)
J
đc

(N.m)
U
đm

(V)
44
1750
1.766
0.0198
222.26
119.1
0.902
500

Yêu cầu :
1. Phân tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ trên.
2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển theo hệ kín.
3. Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống truyền động điện như :
aptomat, công tắc tơ ,nguồn, …
4. Mô phỏng hệ, tìm các luật biến thiên của : ω = f(t) , M = f(t) , i = f(t) và
phân tích những kết quả nhận được khi thay đổi các giá trị đặt khác nhau.
5. Tìm các thông số của bộ điều khiển PID .
6. Các bản vẽ :

a. Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống kèm theo các kết quả mô phỏng.
b. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống truyền động đã thiết kế .





















CHƢƠNG 1
Giới thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.1 Khái niệm :
c. Động cơ một chiều kích từ độc lập là loại động cơ sử dụng nguồn áp một chiều
cấp cho phân ứng . Còn phần cảm dùng để tao ra từ trƣờng không đổi đƣợc cấp từ
một nguồn điện một chiều riêng (kích từ độc lập) hoặc từ một nam cham vĩnh
cửu .

1.2 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập và các tính chất .
a. Sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng (Sơ đồ nguyên lí) .

b. Phƣơng trình cân bằng áp của động cơ :
U = E + I
ƣ
.R
ƣ
(1.1)
Trong đó :
d. E là sức điện động của động (sđđ) (V)
e. I
ƣ
là dòng phần ứng (A)
f. R
ƣ
là điện trở phần ứng (Ω)
Với : E =
P.N
2.π.a
Ф.ω = K.Ф.ω (1.2)
Trong đó :
g. P là số đôi cực từ chính của động .
h. N là số thanh dẫn .
i. a là số mạch nhánh song song .
j. Ф là từ thông kích từ dƣới một cực từ (Wb) .
k. ω là tốc độ góc (rad/s) .
Thay (1.2) vào (1.1) ta rút ra đƣợc đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập :
ω =

U
K.Ф
-
I
ƣ
.R
ƣ
K.Ф

(1.3)
Nếu U = U
đm
, Ф = Ф
đm
thì phƣơng trình (1.3) đƣợc gọi là phƣơng trình đặc tính
Cơ - đện tự nhiên của động cơ , kí hiệu là ω
tn
.
Với M = K.Ф.I
ƣ
 I
ƣ
=
M
K.Ф
(1.4)
Thay công thức (1.4) vào (1.3) ta đƣợc đặc tính cơ của động cơ .
ω =
U
K.Ф

-
M.R
u
(K.Ф)
2


(1.5)
Nếu U = U
đm
, Ф = Ф
đm
thì phƣơng trình (1.5) đƣợc gọi là phƣơng trình đặc tính cơ
tự nhiên của động cơ , kí hiệu là ω
tn
.



c. Một số điểm làm việc đặc biệt của động cơ :
 Điểm có tốc độ không tải lí tƣởng :
I
ƣ
= 0 ; M
c
= 0 ; ω
0
=
U
K.Ф

(1.6)
Nhận xét :
l. Nhƣ vậy tốc độ không tải lí tƣởng chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt trên hai
cực phần ứng của động cơ và từ thông kích từ.
m. Nếu U = U
đm
; Ф = Ф
đm
thì E = K.Ф
đm
.ω = U
đm
,tức là với tốc độ không
tải lí tƣởng sức điện động (sđđ ) E của động cơ có giá trị bằng điện áp
cấp vào cho động cơ .
 Độ giảm tốc tƣơng ứng với giá trị của I
ƣ
hay momen M .
Δω = I
ƣ
.
R
ƣ
K.Ф

= M.
R
ƣ
(K.Ф)
2

(1.7)
 Điểm làm việc ngắn mạch .
ω = 0 ; I
n.m
= I
ƣ
=
U
R
ƣ
(1.8)
Trong một số trƣờng hợp không biết R
ƣ
,ta có thể tính gần đúng giá trị R
ƣ
bằng công
thức :
R
ƣ
= 0.5(1 - H
đm
).
U
đm
I
đm

(1.9)

Trong đó :

n. H
đm
là hiệu suất của động cơ lúc tải định mức .
Vậy ta thay (1.9) vào ( 1.8) với U cấp cho phần ứng động cơ là U
đm
, ta sẽ có :
I
n.m
=
U
đm
0.5(1-H
đm
).
U
đm
I
đm

=
1
0.5(1-H
đm
)
.I
ƣ

Với H

đm
~ (0.6 ÷ 0.87 )  I
n.m
~ ( 5 ÷ 13 ).I
đm

 Sơ đồ đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
.






CHƢƠNG 2
Phân tích và chọn giải pháp cấp nguồn cho động cơ

2.1 Phân tích đặc điểm truyền động của động cơ để lựa chọn phƣơng pháp cấp nguồn
Để thuận tiện cho việc lựa chọn phƣơng pháp cấp nguồn ta đƣa ra các chỉ tiêu
đánh giá nhƣ sau :
 Phƣơng pháp cấp nguồn phải phù hợp với công suất của động cơ .
 Cấp nguồn phải phù hợp với kiểu làm việc của động cơ nhƣ :
- Điều kiện làm việc với tải .
- Động cơ làm việc có hay phải đổi chiều quay hay không .
- Điều kiện phạm vi thay đổi vận tốc và độ êm dịu khi điều chỉn tốc độ .
 Phƣơng pháp cấp nguồn phải đảm bảo đƣợc lợi ích kinh tế trong thực hiện
mạch thật .
2.2 Một số phƣơng pháp cấp nguồn cho động cơ :
 Cấp nguồn cố định (không điều chỉnh đƣợc điện áp ra) :
- Chỉnh lƣu không điều khiển .

- Nguồn phát điện một chiều cố định nhƣ ac quy , pin ,máy phát điện một
chiều.
 Cấp nguồn thay đổi đƣợc điệ áp ra U
d
cho động cơ :
- Chỉnh lƣu có điều khiển .
- Băm xung áp một chiều và bộ chỉnh lƣu không điều khiển .
- Khuếch đại thuật toán và bộ chỉnh lƣu không điều khiển .
- …
2.3 Phân tích các phƣơng pháp cấp nguồn cố định cho động cơ :
2.3.A Chỉnh lƣu không điều khiển :
 Chỉnh lƣu một pha :




U
d
~ 0.45.U
2
(Tải R) , U
d
~
2.U
2
2.π
.(1 - cos(λ
’
) ) (Tải R,L) ; I
d

=
U
d
R

(Tải R) ,
I
d
=
U
d
Z

(Tải R,L) ; I
v
=
I
d
2

; U
n.max
= 2 .U
2

 Ƣu điểm :
- Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản
- Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất bé.
 Nhƣợc điểm
- Điện áp,dòng điện ra nhấp nhô lớn.

- Công suất chỉnh lƣu nhỏ.
 Phạm vi sử dụng
- Chỉnh lƣu dùng cho các thiết bị không đòi hỏi dòng một chiều bằng
phẳng ,nhƣ mạch sạc pin,ac quy ,
- Dùng cho các thiết bị một chiều công suất bé.

 Chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì không điều khiển:



U
d
~ 0.9U
2
; I
d
=
U
d
R

(Tải R) , I
d
=
U
d
Z

(Tải R,L) ; I
v

=
I
d
2

; U
n.max
= 2. 2.U
2

 Ƣu điểm :
- Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản
- Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất bé,trung bình.
- Điện áp,dòng điện tốt hơn chỉnh lƣu một pha.
 Nhƣợc điểm
- Điện áp,dòng điện ra nhấp còn nhấp nhô .
- Công suất chỉnh lƣu nhỏ.
- Điện áp ngƣợc phải chịu của một Diot lớn hơn ở chỉnh lƣu một pha.
 Phạm vi sử dụng
- Chỉnh lƣu dùng cho các thiết bị không đòi hỏi dòng một chiều bằng
phẳng ,nhƣ mạch sạc pin,ac quy ,
- Dùng cho các thiết bị một chiều công suất bé,trung bình.

 Chỉnh lƣu tia ba pha không diều khiển :


U
d
~ 1.17.U
2

; I
d
=
U
d
R

(Tải R) , I
d
=
U
d
Z

(Tải R,L) ; U
n.max
~ 2.45.U
2

 Ƣu điểm :
- Mạch điện chỉnh lƣu dơn giản
- Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất trung bình.
- Điện áp, dòng điện ra tốt hơn chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì,T chu kì
nhấp nhô nhỏ hơn T chu kì nhấp nhô của chỉnh lƣu hai pha nửa chu
kì,tức là công suất chỉnh lƣu tốt hơn.
- Điện áp ngƣợc phải chịu của một Diot nhỏ hơn ở chỉnh lƣu hai nửa chu
kì.
 Nhƣợc điểm
- Điện áp,dòng điện ra nhấp nhô .
- Công suất chỉnh lƣu trung bình.

 Phạm vi sử dụng
- Sử dụng cho các thiết bị có công suất vừa nhƣ động cơ một chiều trong
sinh hoạt,máy ép nƣớc mía
 Chỉnh lƣu cầu ba pha không điều khiển :


U
d
~ 2.34.U
2
; I
d
=
U
d
R

(Tải R) , I
d
=
U
d
Z

(Tải R,L) ; U
n.max
= 6.U
2

 Ƣu điểm :

- Kinh tế khi sử dụng cho các thiết bị có công suất trung bình và lớn.
- Điện áp, dòng điện ra tốt hơn chỉnh lƣu tia ba pha,T chu kì nhấp nhô
nhỏ hơn T chu kì nhấp nhô của chỉnh lƣu tia ba pha,tức là công suất
chỉnh lƣu lớn hơn.
- Điện áp ngƣợc phải chịu của một Diot nhỏ hơn ở chỉnh lƣu hai nửa chu
kì.
 Nhƣợc điểm
- Mạch phải sử dụng 6 diot công suất nên giá thành sản phẩm cao hơn
các mạch ở trên.
- Điện áp , dòng điện ra còn nhấp nhô.
 Phạm vi sử dụng
- Sử dụng cho các thiết bị có công suất vừa nhƣ động cơ một chiều trong
sinh hoạt,máy ép nƣớc mía …và sử dụng cho các máy yêu cầu nguồn
một chiều công suất lớn trong công nghiệp nhƣ động cơ máy cán thép
,động cơ băng tải.

 Cấp nguồn từ các nguồn điện một chiều nhƣ pin ,ac quy ,máy phát một chiều :
 Ƣu điểm :
- Sử dụng đơn giản,kinh tế.
- Cơ động trong việc di chuyển ,đáp ứng đƣợc nhƣng vùng không có
nguồn điện xoay chiều.
- Điện áp , dòng điện ra tƣơng đối bằng phẳng.
 Nhƣợc điểm
- Công suất nguồn cấp cho tải bé (đối với pin , ac quy),
- Cồng kềnh , không kinh tế (Máy phát điện một chiều ),vì phải mua
thêm máy phát cung cấp momen.
 Phạm vi sử dụng
- Sử dụng rộng rãi trong đời sống nhƣ pin ,ac quy trong các thiết bị điều
khiển , cầm tay.
- Sử dụng ở những nơi không có sẵn nguồn điện xoay chiều.

- Dùng cho các thiết bị điện tử
2.3.B Chỉnh lƣu có điều khiển :
 Chỉnh lƣu một pha có điều khiển :



U
d
~
2.U
2
2.π
.(Cos(α) + 1) (Tải R); I
d
=
U
d
R

; I
T
= I
d
; U
n.max
= 2.U
2
; T
iđk

= 2.π
U
d
~
2.U
2
2.π
.(Cos(α) - Cos(λ’)) (Tải R,L) ; I
d
=
U
d
Z


 Ƣu điểm :
-
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng

 Chỉnh lƣu hai pha nửa chu kì có điều khiển :






 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng

 Chỉnh lƣu cầu một pha có điều khiển :



 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng

 Chỉnh lƣu tia ba pha có điều khiển:



U
d
~ 1,17.U
2
.Cos(α) ; I
d
=
U
d
R

(Tải R) ; I
v
=

I
d
3

; U
n.max
= 6.U
2

 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng

 Chỉnh lƣu cầu ba pha đối xứng có điều khiển :



 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng


 Chỉnh lƣu cầu ba pha có điều khiển bất đối xứng :





U
d

= 2,34.U
2
.
(1+Cos(α))
2
; I
d
=
U
d
R

(Tải R)
 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng

2.3.C Băm xung áp một chiều :
- Trong băn xung áp một chiều, bằng cách thay đổi thời gian đóng mở của van điện
tử , ( Tranzito , Trisistor, ) để thay đổi điện áp ra .
 Băm xung áp nối tiếp (Chế độ điều chỉnh _Băm xung áp giảm áp) :



U
d
=
E.t
1
T

- Ta có t
1
< T >Vì vậy đây là nguồn băm xung giảm áp .
 Ƣu điểm :
 Nhƣợc điểm
 Phạm vi sử dụng


 Băm xung áp song song ( Chế độ nguồn_Băm xung áp tăng áp ) :