Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu tiristor 3 pha cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài : Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor 3 pha
cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Nhóm sinh viên thực hiện :

26

Lê Công Bằng

20140348

Nguyễn Đăng Vũ

20145307


Nội Dung Đề Tài
Sơ lược Chỉnh lưu cầu ba pha thyristor.

Cấu trúc bài tốn và Mơ hình hóa các phần tử.

Mạch vòng điều khiển dòng điện.

Mạch vòng điều khiển tốc độ.

Mô phỏng và đánh giá.

Nhắc lại Chỉnh lưu 3 pha Thyristor

Hình1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu

Hình 3: Biểu đồ phát xung kép cho
chỉnh lưu cầu ba pha.

Hình 2. Cấu trúc của hệ thống điều khiển bộ biến đổi.


Phương pháp điều chế độ rộng xung
U
u  t U 



u 
    1 

U


c ,m

dk

Uc,m

c ,m

uđk
0







 

2

dk

c ,m

u

dk

 t 

U

c ,m



u
 
U



Điện áp tựa dạng răng cưa sườn xuống.
Uc,m

uđk
0





 



2

dk

Điện áp tựa dạng răng cưa sườn lên.
c ,m

Các dạng điện áp tựa phổ biến cho điều khiển bộ biến đổi chuyển mạch phụ thuộc

Sơ Đồ Cấu Trúc Bài Tốn

n
Tạo
tín n* +hiệu
đặt

i
i* +-

Rn
Bộ
điều
khiển
tốc
độ

Bộ
hạn
chế
dịng

Mạch điều khiển

Udk Phát
Ri
xung
Bộ
điều
khiển

dòng
điện

Chỉnh
lưu

M

Mạch
điện
tử

Tải

Ngồn 3
pha

Mạch lực


Mơ Hình Hóa Động Cơ Một Chiều Kích Từ Độc Lập

Quá trình điện
Ra là điện trở phần ứng.
La là điện cảm phần ứng.
J là momen quán tính.

eA là sức từ động cảm ứng.

Quá trình điện từ

Quá trình động học

Ke, Km là hằng số động cơ.
Ta = La/Ra là hằng số thời gian phần ứng.
φ là từ thông danh định.


Mơ hình hóa bộ biến đổi
Điện áp trung bình đầu ra chỉnh lưu Tiristor loại p xung:

v  V  V cos     

p  
v  V sin   cos     V cos   
  p
m

d

2

d

do

Tuyến
tính hóa

d

do

 v  V  V  cos    cos     sin    sin    
d

d

do

Giả thiết cos     1,sin      Và Vd  Vdo cos   

v  V sin    
d

do

  

Mối quan hệ giữa góc mở với điện áp điều khiển

u
U

dk

c ,m

Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra chỉnh lưu ud và điện áp điều khiển udk là:


 
v   U sin   
 u  K u
U 

d

do

dk

c ,m

bd

v
G  s 
u

d

dk

r

 s
K e
 s
bd

dk

 T 
 s

2 p



K
 1 
1 s 

2
pf


bd


Mơ Hình Hóa mạch vịng điều chỉnh

Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều kích từ động lập


Mạch vòng dòng điện

Mạch vòng điều khiển dòng điện của hệ chỉnh lưu Thyristor

Mạch vòng dòng điện.


Tính chọn bộ điều khiển tốc độ

Mơ hình mạch vịng điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
chỉnh lưu Thyristor


Tính chọn bộ điều khiển tốc độ

• a là hệ số do người thiết kế chọn. Trong bài này, chọn a=169.


Mơ phỏng.
Thơng số mạch:
• Điện áp xoay chiều 3 pha: Ud=380 V
• F=50 HZ
Thơng số ĐC:
• Uđm=220v
• Iđm=73.5 A
• Pđm=14kw
• J=0,65kgm2
• Ra=0,127, La=0,0114 H
• KΦ=1,34
• Điện áp kích từ: Ukt=220V


Mô phỏng và đánh giá.

Mạch chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Thyristor


Mô Phỏng trên Matlab

Thiết kế điều khiển cho chỉnh lưu Tiristor 3 pha cấp nguồn cho
động cơ một chiều kích từ độc lập.


Bộ phát xung ( Driver )

Khối phát xung điều khiển 6 van ban dẫn.


Mơ phỏng mạch vịng dịng điện

Mơ phỏng mạch vịng điều khiển dòng điện động cơ điện một chiều
hệ chỉnh lưu Thyristor


Kết quả Mơ phỏng mạch vịng dịng điện

Kết quả mơ phỏng mạch vòng điều khiển dòng điện động cơ điện một chiều
hệ chỉnh lưu Thyristor


Mơ phỏng mạch vịng điều khiển tốc độ

Mơ phỏng mạch vòng điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều hệ chỉnh lưu Thyristor
Với Kp=10,97 ; KI=19.1


Kết quả mô phỏng và đánh giá
Đáp ứng tốc độ của động cơ khi tốc độ đặt thay đổi.


Kết quả mô phỏng và đánh giá
Đáp ứng tốc độ của động cơ khi momen tải Mc từ 90 xuống 40 N.Mthay đổi.


Kết quả mô phỏng và đánh giá
Đáp ứng tốc độ của động cơ khi momen tải Mc thay đổi từ 90 xuống 40 N.M.


Kết luận
• Đáp ứng tốc độ khá nhanh, nhỏ hơn 1s.
• Sai số xác lập bé, vịa khoảng 0.033%.
• Cả hai trường hợp cóc tải hay khơng có tải thì đáp
ứng tốc độ vẫn bám sát giá trị đặt ban đầu.
• Tồn tại quá điều chỉnh khi khởi động và thay đổi tải.
(quá điều chỉnh 10%)