Thiết kế truyền động thang máy truyền động bằng ĐCDB

ải thỏa mãn các yêu cầu sau : Phục vụ được tất cả các tín hiệu gọi và dừng chính xác buồng thang theo các lệnh gọi đó Đảm bảo điều khiển vị trí buồng thang đáp ứng yêu cầu của các lệnh gọi theo một quy luật tối ưu Đảm bảo thông tin cần thiết về vị trí hiện tại của buồng thang và chiều chuyển động của nó Hệ điều khiển phải đảm bảo được các yêu cầu về vận hành : việc đóng mở cửa tầng chỉ được thực hiện khi thang máy dừng hẳn và thang máy chỉ được chuyển động khi các cửa tầng và cửa buồng đóng kín Trong hệ thống điều khiển thang máy thường dùng 2 phương án tối ưu để điều khiển: Tối ưu về vị trí : Phương án này phục vụ các tín hiệu gọi theo thứ tự dựa trên sự so sánh về khoảng cách giữa tín hiệu gọi và tín hiệu hiện tại của buồng thang. Thứ tự xử lý tín hiệu gọi phục vụ từ gần đến xa. Ưu điểm của phương pháp này là tối ưu hóa về đường đi, nhưng do đầu vào của bài toán thay đổi liên tục dẫn đến sự rối loạn trong mạch điều khiển Tối ưu hóa về chiều chuyển động : Giả sử buồng thang đang chuyển động theo chiều đi lên thì nó sẽ xử lý tất cả các lệnh trên đó, còn các lệnh thấp hơn nó sẽ lưu lại và xử lý sau khi đã thực hiện hết hành trình đi lên và ngược lại . Chương II : Chọn phương án truyền động Tính chọn công suất động cơ và mạch lực Hệ truyển động được thiết kế phải có độ tin cậy làm việc cao , sơ đồ điều khiển hệ truyền động đó phải hoạt động rất khoát , phân minh. Các phần tử cấu thành trong hệ thống trang bị điện có kết cấu gọn nhẹ , chắc chắn , dễ dàng trong công tác sửa chữa thay thế . Đối với hệ truyển động thang máy thì tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của thang máy tức là tốc độ càng cao thì năng suất càng tăng. Nhưng cái chính là điều chỉnh tốc độ như thế nào để buồng thang dừng đúng vị trí tầng cần đến và không làm ảnh hưởng tới gia tốc và độ giật. Để truyền động cho thang máy ta dùng động cơ kéo puli . Truyền động thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có đảo chiều quay , động cơ truyền động ở đây ta chọn động cơ điện xoay chiều .Do đó ta dùng : Hệ truyền động động cơ xoay chiều Hệ truyền động động cơ điện xoay chiều Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristor Khi điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ thì các thong số còn lại không thay đổi và tốc độ trượt S = const. Ta có phương trình đặc tính cơ : Từ phương trình đặc tính cơ , ta nhận thấy rằng M tỉ lệ với bình phương điện áp và với hệ số tỉ lệ KM, S = const ® Mu = KM(S)U12 (1) và Mth = KM' U12 Trong đó có một giá trị điện áp định mức Uđm ® Mtn = KM(s)Uđm2 (2) Lấy phương trình (1) chia cho phương trình (3) ta có: Nhận xét Pham vi điều khiển hẹp , tốc độ hẹp , tổn hao tăng Để tăng phạm vi điều chỉnh D thì phải tăng Sth, mà để tăng Sth thì phải tăng điện trở R2 (nhưng điều này chỉ áp dụng cho động cơ không đồn bộ rô to dây quấn) Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto Hình . Sơ đồ điều chỉnh xung điện trở rôto Từ hình vẽ ta có : Nếu điều chỉnh T1 và T = const , thì bị hạn chế bởi 0 < T1 < T, do đó mà dải điều chỉnh D hẹp Nếu thay đổi T và giữ T1 = const thì khi T >> T1 nhỏ dẫn đến gián đoạn dòng điện Do vậy mà ta phải tính theo phương pháp điều chỉnh số gia, từ sơ đồ trên ta có : DP2 = 3I22(R2 + Rf) Và DP2 = Id2(2R2 + Re) 3I22(R2 + Rf) = Id2(2R2 + Re) Vậy ta có : ,với Id = KI2 Đặc điểm : Phương pháp điều chỉnh xung điện trở rô to có kết cấu mạch lực và mạch điều khiển đơn giản và dễ thực hiện Độ chính xác thường không cao do mô hình động cơ chưa xây dựng một cách hoàn thiện Hiệu suất thấp Điều chỉnh công suất trượt Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cach làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt đươc tiêu tán trên điện trở mạch rôto : DP2 = Pđt - Pcơ DP2 = Mđtw1 - Mw Mđt = M thì DP2 = M(w1 - w) = MSw1 DP2 = S Pđt Tuy nhiên khi công suất lớn thì phần tổn hao này là đáng kể , do vậy trong trường hợp này để tận dụng công suất tổn hao người ta đưa ra các sơ đồ để đưa công suất này trả về lưới điện. Phương pháp này gọi là phương pháp công suất trượt . Khi điều chỉnh công suất trượt thì độ lớn của dòng điện phụ thuộc hoàn toàn vào tải của động cơ chứ không phụ thuộc vào góc điều khiển của bộ nghịch lưu. Đặc điểm : Hiệu suất của hệ cao hơm so với phương pháp điều chinh xung điện trở rô to Mạch phức tạp về cấu trúc , mạch điều khiển và mạch lực Độ chính xác của phương pháp thường không cao Giá thành của hệ cao Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số Tiristor hay Tranzitor Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện xoay chiều từ tần số này sang tần số khác Có bốn loại biến tần cơ bản : Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp Biến tần nguồn áp Biến tần nguồn dòng Ta xét loại biến tần nguồn áp : Sơ đồ nguyên lý mạch lực của bộ biến tần nguồn áp gồm 4 khối chức năng chính sau : Nguồn một chiều NMC Mạch lọc FNghịch lưu độc lập nguồn áp NLĐL Động cơ không đồng bộ ĐK Hình . Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp Nguồn một chiều và mạch lọc tạo ra điện áp một chiều có giá trị điều chỉnh được. Nghịch lưu gồm 6 khóa bán dẫn S1….S6 và cần 6 van không điều khiển được D1….D6. Các khó nghịch lưu được đóng cắt theo thứ tự nhất định tạo thành điện áp xoay chiều 3 pha đặt lên động cơ chấp hành , góc dẫn của các khóa thường là 180. Thời điểm các khóa S1, S3, S5 và S2, S4, S6 bắt đầu dẫn lệch nhau 120 , điện áp dây của nghịch lưu có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 120 Các khóa S là các khóa bán dẫn , ở các truyền động công suất nhỏ thường dùng tranzitor còn ở các truyền động công suất lớn thì dùng các van tiristor. Kết luận : Qua việc phân tích ở trên , nhận thấy rằng biến tần nguồn áp dùng cho truyền động thang máy là có ưu thế hơn cả . Cả về điều chỉnh tốc độ , độ trơn điều chỉnh . Do vậy mà ta sẽ sử dụng Hệ truyền động biến tần gián tiếp nguồn áp Tính chọn công suất động cơ truyền động Để tính được công suất động cơ truyền động cho thang máy cần có các điều kiện tham số sau : Sơ đồ động học của thang máy Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép Trọng tải Trọng lượng buồng thang Ca bin Puli chñ ®éng Puli bÞ ®éng §èi träng D©y c¸p D H Hình. Sơ đồ động học của thang máy Vì hệ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều nên khi tính chọn công suất động cơ thì phải xét đến phụ tải động và phụ tải tĩnh. Xác định phụ tải tĩnh Phụ tải tĩnh là phụ tải do trọng lượng cabin , trong lượng của tải trọng. trọng lượng của đối trọng và trọng lượng của dây cáp gây ra khi ở trạng thái tĩnh. Thông qua puli, hộp giảm tốc tác dụng lên trục động cơ Các lực tác dụng lên puli chủ động theo các nhánh cáp là : F1 = (G0 + G +gc(H - hcb))g (N) F2 = (Gđt +gc(H - hđt))g (N) Vậy lực tác động lên puli lúc nâng và hạ tải là : Fn = F1 - F2 = (G0 + G –Gđt)g + gc(hđt - hcb)g (N ) Fh = F2 - F1 = (Gđt - G0 - G)g + gc(hcb – hđt)g (N) Trong đó :G0 : khối lượng Cabin (kg) G : khối lượng tải trọng (kg) Gđt : khối lượng đối trọng (kg) gc : khối lượng một đơn vị dài dây cáp (kg/m) g : gia tốc trọng trường (m/s2) Để đơn giản, giả sử rằng hđt = hcb. Thay vào trên ta được : Fn = (G0 + G – Gđt)g (N) (1) Fh = (Gđt - G0 - G)g (N) (2) Khối lượng của đối trọng được tính như sau : Gđt = G0 + aGđm Đối với thang máy trở hàng khi nâng thường có tải và khi hạ thường không tải nên chọn : a = 0,5 Thay vào biểu thức (1) và (2), ta được : Fn = (Gđm - aGđm)g (N) Fh = (aGđm – Gđm)g (N) Như vậy công suất trên trục động cơ khi thang máy di chuyển đi lên và khi thang máy di chuyển đi xuống là : Trong đó : Pcn : công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải Pch : công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải V : vận tốc chuyển động của cabin (m/s) h : hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5 – 0,8) Thay số vào biểu thức trên ta tính được Fn = (1400 - 0,5.1400).9,81 = 6867(N) Fh = (0,5.1400 - 1400).9,81 = -6867(N) Và Pcn = (kW) Pch = (kW) Xác định mômen tương ứng với các lực kéo Trong đó : Mn : mômen khi nâng tải Mh : mômen khi hạ tải i : tỉ số truyền , chọn i = 12 D : đường kính puli R : bán kính puli Thay số, ta được : Xác định hệ số đóng điện tương đối Để xác định được hệ số đóng điện tương đối của động cơ truyền động thang máy thì ta cần phải xác định các khoàng thời gian làm việc cũng như thời gian dừng của thang máy trong một chu kỳ làm việc Để đơn giàn hóa giả thiết rằng qua mỗi tầng thang máy chỉ dừng một lần để bốc xếp hàng. Các khoảng thời gian giả thiết như sau : Thời gian bốc dỡ hàng được tính gần đúng là 20(s) Thời gian mở buồng thang 1(s) Thời gian đóng buồng thang 1(s) Thời gian khởi động của thang máy từ vận tốc bằng 0 tăng lên vận tốc 1,5(m/s) Trong khoảng thời gian này buồng thang đi được một quãng đường là Skđ : Thời gian hãm dừng ở mỗi tầng là : Quãng đường mà buồng thang chuyển động được trong thời gian hãm dừng : Quãng đường mà buồng thang di chuyển được với vận tốc V1 = 1,5(m/s) S = h0- (Skđ + Sh) = 4 - (0,45 + 0,45) = 3,1(m) Thời gian buồng thang di chuyển với vận tốc V1 = 1,5(m/s) Vậy thời gian làm việc của buồng thang giữa hai tầng liên tiếp nhau là : tlv = tkđ + th + t = 0,6 + 0,6 + 1,4 = 2,6(s) Vậy tổng thời gian làm việc của buồng thang trong một chu kỳ làm việc từ tầng 1 lên tầng 4 và từ tầng 4 xuống tầng 1 là : Stlv = 6tlv = 6.2,6 = 15,6(s) Giả thiết thời gian nghỉ ở mỗi tầng để bốc dỡ hàng là 20(s), vậy tổng thời gian nghỉ của buồng thang trong một chu kỳ làm việc là : Stnghỉ = 6.20 = 120(s) Giả thiết thời gian thang máy đóng mở cửa buồng thang là : Tđm = tđ + tmở = 1+1 = 2(s) Tổng thời gian buồng thang đóng mở cửa trong một chu kỳ làm việc là : Stđm =2.6 = 12(s) Vậy thời gian chu kỳ làm việc của thang máy là : tck = Stlv + Stnghỉ + Stđm = 15,6+120+12 = 147,6(s) Từ đó ta có đồ thị vận tốc và đồ thị phụ tải của thang máy như sau : Hình 2.8 Đồ thị vận tốc Hình 2.9. Đồ thị phụ tải Tính hệ số đóng điện phần trăm tương đối Xác định mômen đẳng trị Mđt và công suất đẳng trị Pđt Trong một chu kỳ làm việc của thang máy thì : tlvn = tlvh = tlv/2 Vậy ta có : Ta có : Tốc độ góc : Tốc độ góc của động cơ : wđc = i. w = 12.7,5 = 90(rad/s) Tốc độ động cơ : Vậy : Công suất chọn động cơ theo : e%chuẩn = 25% Dựa vào công suất động cơ đã chọn ở trên , tra phụ lục trong tài liệu đặc tính cơ của động cơ tra được động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc 380 (V), 50(Hz), e% = 25%, cấp cách điện E và D gồm có các thông số kỹ thuật sau : Kiểu Pđm (kW) nđm (v/p) cosj Ist,đm (A) Ist0 (A) rst (W) xst (W) Ir'đm (A) rr' (W) xr' (W) J (kgm3) Q (kg) MTK 2116 7.5 905 0.79 18.4 11 0.68 1.07 13.6 1.62 1.05 0.11 110 e. Sơ đồ thay thế của động cơ Từ sơ đồ thay thế ta có Xm = Hình 2.10. Sơ đồ thay thế động cơ Tính được Vậy ta tính được tổng trở của động cơ là f. Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp Hình 2.11. Sơ đồ điện áp ra sau nghịch lưu Từ độ thị điện áp ra ta có Ta có ZA = ZB = ZC = Z = 10.4042 + j9.55 = R + jLw Vậy R = 10,042(W), Lw = 9,55(W) Lúc này ta tính được dòng điện cơ bản I0 Lại có Với vậy II.3. Tính chọn các van mạch động lực và mạch lọc II.3.1. Tính chọn van mạch chỉnh lưu Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lưu cầu ba pha là Id = 14,65(A), điện áp ra bộ chỉnh lưu là Ud = Ucl = E = 466,7(V). Vậy ta có E = Ud = 2,34U2 Vậy điện áp ngược lớn nhất mà điện áp phải chịu là Từ đó dựa vào hai thông số là dòng điện trung bình qua van Id và điện áp ngược lớn nhất đặt lên van ta tiến hành chọn van như sau. Tra trong tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tử công suất ta chọn diode co các thông số kỹ thuật sau Kí hiệu Itbmax(A) Id(A) Ungược max(V) SW06PCN030 25 300 600 II.3.2. Tính chọn van mạch nghịch lưu Dựa vào đồ thị điện áp ta thấy các van lần lượt mở thứ tự twf T1 dến T6 với góc lệch pha giữa hai van một là 60 độ. Như vậy trong bất cứ thời điểm nào cũng có 3 van được dẫn. Để xác định điện áp ra tải ta cần phải biết kiểu đấu tải, ta giả thiết ở đây tải đấu theo hình sao Do vậy mà dòng điện pha tải có ba đoạn khác nhau trong nửa chu kỳ Tong khoảng thời gian từ ở nửa chu kỳ sau dòng điện tương tự nhưng có dấu ngược với chu kỳ trên. Vậy dòng điện trung bình qua van là và điện áp ngược lớn nhất đặt lên van sẽ là UngượcMax = EnlkdtU Trong đó kdtU - Hệ số dự trữ điện áp, chọn kdtU = 1,6 Vậy UngượcMax = 466,7.1,6 = 746,67(V) Từ các giá trị dòng điện trung bình chạy qua van và điện áp ngược lớn nhất đặt lên van đã tính được ở trên ta tiến hành chọn van. Tra trong tài liệu hướng dẫn thiết kế điện tủt công suất ta tra được Tranzitor có các thông số kỹ thuật sau Kí hiệu Ic max(A) Pc max(W) Uceo max(V) Ucbo max(V) f(MHz) BUV36 15 90 800 850 6 II.3.3 Tính chọn mạch lọc Chức năng của bộ lọc là cho dòng điện có tận số nào đó đi qua mà biên độ không bị suy giảm, đồng thời làm suy giảm mạch dòng điện ở tần số khác Bộ lọc LC được dùng cho thiết bị chỉnh lưu công suất lớn, bộ lọc này cho phép thành phần một chiều của điện áp chỉnh lưu đi qua và ngăn chặn thành phần xoay chiều Ud L Ta có Với mạch chỉnh lưu cầu 3 pha ta có A = 0,095, n = 6, kLC = 0,01 và w = 314(rad/s) Chọn L = 2,6765(mH) Vậy C = II.4. Đo lường tốc độ và dòng điện II.4.1. Máy phát tốc một chiều Tốc độ truyền động là đại lượng điều chỉnh chính, vì vậy thiết bị đo tốc độ có vai trò quan trọng quyết định tới chất lượng động và tĩnh của truyền động Uw Sơ đồ nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều. Khi từ thông máy phát tốc không đổi, điện áp đầu ra máy phát tốc là Uw = Kww - RưpI - DUct Nếu chọn điện trở đủ lớn, gần đúng ta có Uw = Kww Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy Hình 2.12. Mạch nguyên lý đo tốc độ phát tốc là Trong đó Kw - Hệ số tỉ lệ I - Dòng tải của máy phát Rư - Điện trở phần ứng máy phát Tfw - Hằng số thời gian bộ lọc Chọn Uw = 10(V), vậy ta có Hằng số thời gian của bộ lọc Tfw < 5(ms), chọn Tfw = 1(ms) Vậy ta có hàm truyền máy phát tốc là II.4.2. Máy đo dòng điện Sơ đồ đo dòng xoay chiều ba pha đơn giản là dùng biến dòng, gồm ba bíên dòng lắp ở ba pha với điện trở tải R0. Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lưu cầu diode ba pha, mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lưu U2I U2I0 Hình: 2.13. Mạch đo dòng xoay chiều ba pha Điện áp đầu ra chỉnh lưu U2d = R1Id, với Trong mạch bố trí R1 nối tiếp D0 phục vụ cho việc do tín hiệu dòng điện không U20 khi diode dẫn điện áp UD0 = 0,5(V) Ta kí hiệu PI là tỷ số biến dòng, vậy cơ cấu hàm ttruyền đo dòng điện là Trong đó kI - Hệ số tỉ lệ, kI = PIR1 Tfi - Hằng số thời gian bộ lọc Tfi = RC Chọn Tfi = RC = 0,001(s) Vậy ta có hàm truyền máy đo dòng như sau: Chương III Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và xây dựng cấu trúc tổng hợp hệ Để xây dựng, thiết kế bộ điều chỉnh cần phải có mô hình mô tả chính xác đến mức tối đa đối tượng điều chỉnh Hình3.1. Mô hình đơn giản của ĐC KĐB có roto lồng sóc Xuất phát điểm để xây dựng mô hình toán học cho ĐCKĐB là mô hình đơn giản của động cơ như trên hình 3.1. Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện rõ các đặc tính thời gian của đối tượng điều chỉnh. Tuy nhiên ở đây cần phải được lưu ý là mô hình của ta không nhằm mục đích mô phỏng chính xác về mặt toán học đối tượng động cơ mà mô hình ở đây chỉ để phục vụ cho việc xây dựng các thuật toán điều chỉnh Về phưưng diện động, ĐCKĐB được mô tả bởi một hệ phương trình vi phân bậc cao. Vì cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạp về mặt không gian, vì các mạch từ móc vòng. Do vậy ta phải chấp nhận một loạt các điều kiện sau đây trong khi mô hình hoá động cơ - Các cuộn dây stato được bố trímột cách đối xứng về mặt không gian - Các tổn hao sắt từ và sự bão hoà từ có thể bỏ qua - Dòng từ hoá và từ trường được phân bố hình sin trên bề mặt khe từ - Các giá trị điện trở và điện cảm tạm được coi là không đổi III.1. Mô hình toán học của động cơ KĐB Động cơ KĐB là loại máy điện được dùng phổ biến nhất trong kỹ thuật truyền động điện do có các ưu điểm là : khả năng quá tải về mômen lớn, có thể làm việc ở tốc độ rất thấp hoặc rất cao đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở môi trường có hoạt tính cao hoặc trong nước. Động cơ KĐB được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang hoàn thiện có khả năng cạnh tranh lớn với các hệ truyền động một chiều nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ làm việc cao. Động cơ KĐB 3 pha là máy điện có nhiều dây quấn trên stato và trên rôto phương trình cân bằng điện áp của mỗi dây quấn như sau: Uk = Rk.Ik + dYk/dt Trong đó k - là tên của dây quấn pha Từ thông móc vòng của mỗi dây quấn là Yk = åLkj Ij Trong đó - j cũng là tên của các dây quấn pha Khi j = k điện cảm tự cảm ; j ¹ k điện cảm hỗ cảm. Nếu lấy các chữ cái thường a,b,c để chỉ tên dây quấn stato và chữ cái hoa A,B,C chỉ tên dây quấn pha rôto thì : k = a,b,c,A,B,C ;j = a,b,c ,A,B,C. Nếu coi mạch từ là tuyến tính và bỏ qua tổn hao sắt thì mômen điện từ của động cơ: Gọi góc lệch giữa trục các dây quấn cùng pha ở dây quấn rôto và stato là v thì tốc độ quay của rôto sẽ là đạo hàm của góc này w = dv/dt. Để đơn giản trong cách viết, coi động cơ có hai cực (p’ = 1). Theo sơ đồ ta có thể tính được từ thông của tất cả 6 dây quấn. VD: Từ thông dây pha a ở stato Ya = Laa.Ia + Lab.Ib + Lac.Ic + LaA.IA + LaB.IB + LaC.IC Ta lại coi các dây quấn động cơ là đối xứng và khe hở không khí giữa rôto và stato là đều. Ta có: Ra = Rb = Rc = Rs ; RA = RB = RC = Rr Laa = Lbb = Lcc = LS1 ; LAA = LBB = LCC = Lr1 Lab = Lbc = Lca = -MS ; LAB = LBC = LCA = -Mr Trong đó LS1 , Lr1 - Điện cảm tự cảm của từng dây quấn stato và rôto . MS , Mr - Hỗ cảm giữa các dây quấn stato và giữa các dây quấn rôto Các giá trị điện cảm trên không phụ thuộc vào góc quay của rôto và coi là không đổi. Hỗ cảm giữa các pha dây quấn ở rôto và stato phụ thuộc vào góc lệch giữa các dây quấn này, tức là vào tốc độ quay. Khi hai trục của các pha dây quấn này trùng nhau hỗ cảm giữa chúng là cực đại và đặt bằng giá trị M LaA = LAa = LbB = LBb = LCc = LcC = M.cosq LaB = LAb = LbC = LBc = LcA = LCa = M.cos(q +2p/3) LAb = LaB = LBc = LbC = LCa = LaC = M.cos(q -2p/3) Phương trình từ thông dạng vectơ: Trong đó chữ t ở bên cạnh ma trận hỗ cảm chỉ rằng đó là ma trận chuyển vị. Phương trình điện áp: Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo thời gian bởi vì góc quay phụ thuộc vào thời gian. III.2. Điều chỉnh tần số động cơ KĐB Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính chất động học chỉ có thể thực hiện với các bộ biến tần. Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường Yêu cầu chính đối với các đặc tính của truyền động tần số là - Đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải ttrong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải - Đảm bảo được mômen lớn nhất ứng với dòng điện đã cho hoặc đảm bảo mômen đủ lớn khi tốc độ bằng không Từ các yêu cầu trên mà ta có các luật điều chỉnh sau - Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi - Luật điều chỉnh từ thông không đổi - Luật điều chỉnh tần số công suất trượt - Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ Trong bản đồ án này em sử dụng luật điều chỉnh từ thông không đổi để điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ III.2.1.Đặc tính của động cơ khi cấp từ nghịch lưu áp Khi các khoá bán dẫn được đóng cắt theo trật tự nhất định thì tạo thành điện hệ thống điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ KĐB. Điện áp dây của nghịch lưu là các xung chữ nhật có độ rộng xung 2P/3 và thoả mãn điều kiện phân tích chuỗi Fourier Với k = 1 + 6c, c = 0,±1... Thàn phần điều hoà cơ bản của chuỗi có biên độ và giá trị hiệu dụng là Véc tơ điện áp ĐK có thể được biểu diễn như sau Véc tơ này dừng trong khoảng thời gian P/3 = Ts/6 và bước tức thời sang vị trí mới khi các van bán dẫn chuyển mạch. Giá trị của mỗi bước nhẩy cũng chính bằng P/3 Hình 3.2. Nguyên lý điều chỉnh tần số từ nguồn áp Do có 6 van chuyển mạch trong một chu kỳ của điện áp và dòng điện nên mặc dù từ thông máy là hình sin mômen vẫn có dạng đập mạch. Thành phần đập mạch mômen do tương tác giữa từ thông cơ bản và các sóng hài cao tần của dòng điện gây ra, vì dòng điện có tần số kwe nên tần số đập mạch của mômen sẽ là fm = fs - kfs = fs(k-1) = 6cfs Mômen toàn phần của động cơ sẽ là Trong đó Mtb - Mômen trung bình bằng tổng đại số mômen sóng hài bặc 1 và sóng cao tần Mmax.n - Biên độ mômen đập mạch bậc n ở chế độ làm việc xác lập, khi Mtb = Mc thì III.2.2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông stato * Luật điều chỉnh từ thông không đổi Từ các quan hệ tính mômen coá thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy Y hoặc từ thông stato Ys không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen tơis hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi Rs = 0 thì Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụp áp trên điện trở stato có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm tản mạch stato khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm ws wth Vì vậy có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rôto không đổi Yr = const. ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dưẹa vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rôto và phương trình cân bằng của mạch rôto ở dạng các thành phần véc tơ trên các trục toạ độ ox, oy là Hình 3.3. Quan hệ Is(ws) khi từ thông Ys = const Nếu giữ được biên độ véc tơ từ thông Yr = const thì PYr =0 và PYrx = PYry = 0 , và ta có phương trình cân bằng mạch rôto như sau Táh các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương hai vế của từng phưưng trình ta có Ta có thể rút ra được biểu thức như sau Căn cứ vào các biểu thức tính toán mômen và dòng điện, ta có thể thành lập được sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống -Uw Uwđ w Y Hình 3.4. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông bằng dòng điện stato Mô hình còn chứa nhiều khâu phi tuyến phức tạp, có thể tuyến tính hoá các phương trình này và áp dụng các chuẩn tối ưu để thiết kế các bộ tuyến tính Hàm Fi(ws) có thể thay thế bằng khuếch đại đơn giản Tuyến tính hoá biểu thức mômen động cơ -Uw Uwd Hình 3.5. Cấu trúc điều khiển từ thông khi bỏ qua hằng số thời gian điện từ Trong cấu trúc trên đã bỏ qua quá trình quá độ điện từ của máy điện, trừ mạch vòng dòng điện. Trong sơ đồ tuyến tính hoá các hằng số A(ws1,Is1), B(ws1,Is1) lại thay đổi tuỳ theo điểm làm việc ban đầu được hcọn. Vì vậy để tăng độ chính xác thì bộ điều chỉnh cần có cấu trúc và tham số thích nghi, để điều khiển chế độ thích nghi có thể dùng tín hiệu tốc độ hoặc mômen động cơ III.3. Tính toán các khâu a. Khâu khuếch đại KF Theo tính toán ở trên ta có Trong đó Isđm = 18,4(A) wsđm = we - wđm = swe Vậy wsđm = 104,7 - 94,76 = 9,95(rad/s) b. Khâu Trong đó T - Hằng số thời gian động cơ cộng với bộ lọc Kb = KclKnl R - Điện trở thuần động cơ Vậy T = Tính Kb = KclKnl Với Kcl = 2,34 Knl = Vậy ta có hàm truyền như sau Tính các hệ số A, B trong sơ đồ tuyến tính hoá, chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có Từ Xm = 21,123 = Lmw Rr = 1,62(W) Vậy c. Tính quy đổi mômen quán tính Các cặp bánh răng có mômen quán tính J1....Jk, mômen quán tính tang trống JT, khối lượng quán tính m và mômen quán tính động cơ Jđ đều có ảnh hưởng tới tính chất động học của hệ truyền động Nếu xét điểm khảo sát ở đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ truyền động tại điểm này ta gọi là Jqđ Trong đó Jđ - Mômen quán tính động cơ JT - Mômen quán tính của tang trống i - Tỷ số truyền, i = 12 m - Khối lượng mômen quán tính, m = 378 Trong đó: H - Chiều dài tang trống, chọn H = 0,8(m) R - Bán kính ngoài tang trống, chọn R = 0,225 r - Bán kính trong r = 0 Vậy III.4. Tổng hợp các mạch vòng III.4.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành, thì trong mạch điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng điện trong các hệ thống truyền động là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mômen kéo của động cơ, ngoài ra còn có chức năng bảo vệ và điều chỉnh gia tốc Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển từ thông khi bỏ qua hằng số thời gian điện từ ta có mạch vòng dòng điện như sau Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện (hàm truyền của đối tượng điều chỉnh )là như sau Để tìm cấu trúc và thông số bộ điều chỉnh Ri(p) ta dùng phép gán (*) áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện, với hàm chuẩn tối ưu module như sau Thế hàm Fch(p) và S0i(p) vào phương trình (*) ta được Chọn td = Ti (**) Nếu nhân và chia T với phương trình (**) ta được Trong đó KRi - Hằng số khuếch đại bộ điều chỉnh Nhận xét : Bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh PI Từ đó ta thay bộ Ri(p) vừa tìm được vào trong hệ thồng mạch vòng dòng điện ta được