Đề tài Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

hất là khi góc quay điều khiển nhỏ nhất.
	Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở khi bóng dẫn dòng:
	UR2 = I1.R2 = 0,1.15 = 1,5 V
	Suy ra điện áp trên biến áp xung phải là:
	U1 = Ecs - UR2 = 15 – 1,5 = 13,5 V và đạt yêu cầu. Tuy nhiên để tăng mạch xung kích cho van dẫn có thể dùng thêm tụ tăng cưỡng áp C được tính như sau: 
	Tần số xung chùm 10 Khz tương ứng với chu kỳ bổ xung là:
	Khoảng cách giữa hai hai xung chùm là:
	tu = ỡs
	Vậy do : 
	+ Khoảng cách giữa hai xung chùm là: 
Vậy do ; nên chọn C = 1,1mF.
Bóng T2 chọn loại BC107, Ucc = 45V, Icmax =0,1A, bmin = 110. Vậy điện trở đầu vào tính theo công thức: 
Thay số: 
Chọn R1 =20kW.
Đi ốt loại 1N1192A có các thông số sau:Imax =20A, Un = 50V
Khâu tạo nguồn nuôi
*Nguyên lý làm việc (hình 4.12)
Ecs
C7
2-1
2-2
C3
C4
C5
C6
C1
C2
a
b
c
a’
b’
c’
Hình 4.12
Ta cần tạo ra nguồn điện áp ± 15V để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ.
	Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu dùng điốt , điện áp thứ cấp máy biến áp, nguồn nuôi:
	. Chọn U2 = 9V.
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi, ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 và 7915 là vi mạch ổn áp cho ta điện áp – 15V
Các thông số của vi mạch:
	+ Điện áp đầu vào: Uv = 7 ¸ 35V
	+ Điện áp đầu ra: UR = 15V với IC7815,
 UR = -15V với IC7915.
	+ Dòng điện đầu ra: IR = 0 ¸ 1A
	+ Tụ điện C4, C5 lọc các thành phần bậc cao 
chọn: C4 = C5 =C6 = C7 =470mF, U =35V.
* Tính biến áp nguồn nuôi và đồng pha:
	+ Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc kéo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có ba dây, một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp.
	+ Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi: 
	+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: 
	+ Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung:
	+ Công suất tiêu thụ ở 6IC084 sử dụng làm khuyếch đại thuật toán ta chọn hai IC TL084 để tạo 6 cổng AND: 
	+ Công suất biến áp xung cấp cho việc điều khiển Tiristor:
	+ Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi:
	+ Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy:
	+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp: 
	+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp: 
	+ Tiết diện trụ của máy biến áp được tính theo công thức:
	 cm2
	kQ = 6 là hệ số hấp thụ phụ thuộc vào phương thức làm mát.
	m = 3 là số trụ của biến áp
f = 50Hz là tần số lưới điện.
Chuẩn số tiết diện trụ: Q = 1,63cm2 =1,63.10-4 m2
	Kích thước mạch từ là lá thép dày d = 0,5mm
	Số lượng lá thép: 68 lá; a=12mm; b = 16mm; k = 30mm
	Hệ số ép chặt kc =0,85.
	+ Chọn mật độ từ thẩm B = 1T ở trong trụ ta có vòng dây sơ cấp:
	(vòng)
	+ Chọn Mật độ dòng điện: J1 = J2 =2,75A/mm2.
	- Tiết diện dây quấn sơ cấp: 
	- Đường kính của dây quấn sơ cấp: 
 	Chọn d1 =0,1mm; đường kính có xen kẽ cách điện d1cđ =0,12mm.
	+ Số vòng dây cuộn thứ cấp: (vòng)
	+ Tiết diện dây quấn thứ cấp: 
	+ Đường kính dây quấn thứ cấp: 
	Chuẩn hoá: d2 = 0,3mm.
	Chuẩn hoá đường kính kể cả cách điện là: d2cd = 0,33mm.
	+ Chọn hệ số lấp đầy: klđ =0,7
	+ Chiều rộng cửa sổ: .
* Tính chọn Đi ốt cho thiết bị chỉnh lưu nguồn nuôi:
	- Dòng điện qua đi ốt: 
- Điện áp nguồn lớn nhất: .
- Chọn dòng điện định mức: 
 	- Điện áp ngược lớn nhất: .
 Vậy chọn Đi ốt kP208A có: Iđm =1,5A; Un =100V.
4.3 Các thiết bị đo lường bảo vệ
4.3.1. Máy phát tốc để tạo phản hồi điện áp cho mạch vòng điện áp.
	Chọn loại 20V/3000RPM của hãng servo-tek, trong serie B. Máy phát tốc ở đây ta chọn là máy điện một chiều, Chọn loại 20V/3000RPM của hãng servo-tek, trong serie B. Máy phát tốc ở đây ta chọn là máy điện một chiều.
	Yêu cầu của máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thành phần xoay chiều tần số cao và tỉ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị.
	Yêu cầu điện áp một chiều phát ra không phụ thuộc vào tải và nhiệt độ. Khi ở vùng tốc độ cao có sóng điều hoà bậc cao do hiện tượng chuyển mạch ở vành góp, các sóng điều hoà này phụ thuộc vào tổng số phiến góp và giá trị tốc độ động cơ.
	Cần bố trí mạch lọc để lọc bớt các thành phần sóng điều hoà này.
Uw
C
R
w
Hình 4.13
 	Sơ đồ như hình vẽ 4.13:
- Chọn điện trở đủ lớn: 
	- Cùng với bộ lọc hàm truyền của khâu phát tốc:
- Hệ số tỷ lệ: 
	- Tw: hằng số thời gian của phản hồi, cũng chính là hằng số thời gian của bộ lọc Tw = RC; Chọn: R =100KÙ, C =10ỡF = 10-5F => Tw =10.10-5 = 0,001s.
4.3.2 Khâu hạn chế dòng
	Mạch hạn chế dòng (hình 4.14) hạn chế lượng đặt dòng và áp điều khiển không vượt quá giá trị cho phép, nghĩa là không quá 10V. Chọn: R =100KÙ, C =10ỡF; Tw = 0,001s
U1
Un=12V
Umax=10V
1KÙ
10KÙ
10KÙ
Hình 4.14
10V
10V
U1
U2
4.3.3 Sen sơ để đo lường dòng cho mạch vòng dòng điện.
	 Để đo lường dòng điện cho mạch vòng điều chỉnh dòng điện ta dùng một điện trở shunt model SH 1000, có thông số:
Hãng sản xuất: Bogart engineering.
Thông số chuyển đổi: 1000A/100mV.
Điện trở: 0,1mW.
Hoạt động ổn định trong dải: 0 ¸ 820A
- Mắc shunt trong mạch lực như sau: để tránh các xung dòng, áp có thể ảnh hưởng đến shunt, ta sử dụng một mạch cách ly phản hồi cho shunt (hình 4.15).
R6
R5
R7
R2
R3
C1
Rs6
R4
R1
R8
R12
R9
R10
R11
R12
R
C
Hình 4.15
Bao gồm các mạch dao động xung tam giác đối xứng, mạch so sánh, mạch truyền xung ( photo coupler để cách ly mạch lực và mạch điều khiển) và mạch tích phân để lấy lại giá trị của điện áp đo cấp vào mạch điều khiển.
	Mạch dao động xung tam giác đối xứng có: 
 Uđk
Chọn C1 =22ỡF, R2 = R3 =100KÙ; R1 =10KÙ.f =1 136Hz.
Mạch so sánh có điện trở là: R5 = R6 =100Ù; R7 = R8 =1KÙ.
Mạch truyền xung có Rđch là một biến trở 10KÙ
 R9 = R10 = R11 = R12 =10KÙ.
Khâu tích phân để lấy lại điện áp có: C = 10ỡF, R = 10KÙ.
Hằng số thời gian của tích phân: Rc = 0,001s = 1ms
Khâu phản hồi dòng của mạch vòng dòng điện: 
Ti =0,001s hằng số thời gian của khâu tích phân cuối để lấy lại điện áp.
CHƯƠNG V
MÔ PHỎNG HỆ BẰNG PHẦN MỀM CỦA SIMULINK MATLAB
5.1 Sơ lược về Simulink
	Matlab là một bộ chương trình phần mềm lớn của lĩnh vực toán số. Tên bộ chương trình chính là chữ viết tắt của từ MATrix LABoratory, thể hiện định hướng chính của chương trình là các phép tính vector và ma trận. Phần cốt lõi của chương trình bao gồm một số hàm toán, các chức năng nhập, xuất cũng như khả năng điều khiển chu trình mà nhờ đó ta có thể dựng nên các Scrípt. Ngoài phần cốt lõi còn có các Toolbox có các chức năng chuyên dụng khác. Simulink là một Toolbox có vai trò đặc biệt quan trọng, là một công cụ mạnh phục vụ mô hình hoá và mô phỏng các hệ thống kỹ thuật vật lý trên cơ sở sơ đồ cấu trúc dạng khối. Giao diện đồ hoạ trên màn hình của Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc. Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và giãn đoạn. Hơn thế người sử dụng cũng có thể tạo nên các khối riêng của mình. Sau khi đã xây dựng mô hình của hệ thống cần nghiên cứu, bằng cách ghép các khối cần thiết thành sơ đồ cấu trúc của hệ, ta có thể khởi động quá trình mô phỏng. Trong quá trình mô phỏng ta có thể chích tín hiệu tại vị trí bất kỳ của sơ đồ cấu trúc và hiển thị đặc tính của tín hiệu đó trên màn hình. Hơn thế nữa nếu có nhu cầu ta còn có thể cất giữ các đặc tính đó vào môi trường nhớ. Việc nhập và thay đổi tham số của tất cả các khối cũng có thể được thực hiện rất đơn giản bằng cách nhập trực tiếp hay thông qua Matlab. Để khảo sát hệ thống ta có thể sử dụng thêm các toolbox như Signal processing ( sử lý tín hiệu ), Optimization ( tối ưu ) hay Control System ( hệ thống điều khiển ).
5.2 Mô hình toán của hệ
	Trong đó:
	kệ = 1,944
	J = 0,4 kgm2
	Lư = 0,024 H
	ự = 105 rad/s
	Iư = 25,2 A.
	Từ mô hình toán đó ta xây dựng sơ đồ cấu trúc Matlab như hình 5.1 sau:
Hình 5.1
5.3 Mô phỏng dòng điện, mômen, tốc độ động cơ.
	Ở đây ta sẽ khởi động cơ theo dải điều chỉnh góc ỏ từ ỏmax đến ỏmin như sau:
	Trong đó:	ỏmax = 86,5 0 như đã tính ở phần trước
	ỏmin được tính như sau:
	U = Ud = 2,34.220.cosỏmin = Uđm = 220 V
	=> ỏmin = arccos(220/2,34.220) = 64,70
	ỏmin = 64,70 ≈ pi/2.8 (rad/s).
	+ Dòng điện :Từ đó ta có: i = f(t) như hình vẽ 5.2 dưới đây: 
Hình 5.2
	Ở hình 5.2 ta thấy khi bắt đầu khởi động: góc ỏ = ð/2 = 900 ; 
 thời gian khởi động: tkđ = 0. 
sau đó ta vặn nút điều chỉnh góc ỏ = ð/2,15 =840; t = 1s. Lúc này dòng điện tăng lên đến 30A rồi giảm về 27,5A ở giây thứ 1. Rồi tiếp tục điều chỉnh góc ỏ đến giá trị bằng ỏmin = 64,70 ở thời điểm t = 7s. Kể từ dây thứ 6 thì dòng ổn định ở giá trị định mức.
	+ Mômen: Ta có M = f(t) như hình 5.3 dưới đây: đặc tính mômen có giáng điệu giống như dòng điện và ở dây thứ 6 mômen đạt giá trị định mức:
	Mđm = 42,86 Nm
	+ Tốc độ: ự = f(t) như hình vẽ 5.3 dưới đây:
	Ta thấy sau khi điều chỉnh góc mở ỏ ở dây thứ 6 thì tốc độ đạt giá trị định mức	ựđm = 105 rad/s
KẾT LUẬN
	Trên đây là tất cả những nội dung mà bản thân em qua quá trình học tập trên lớp, tìm tòi tài liệu để tham khảo và với sự hướng dẫn của thầy giáo Thái Duy thức em đã trình bày đầy đủ những nội dung yêu cầu của đề tài là “thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập”. 
	Nội dung em trình bày gồm có 5 chương lớn và trong mỗi chương là các đề mục phù hợp với nội dung của từng chương.
	Bản thân em dã nỗ lực cố gắng hoàn thành nội dung đề tài yêu cầu xong không tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ phía thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
	Em xin trân thành cảm ơn quý Thầy giáo!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Cơ sở lý thuyết truyền động điện tự động tập I_ PGS - TS Thái Duy Thức_ nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 2001.
Thiết kế truyền động điện tự động tập I _ PGS -TS Thái Duy Thức, ThS Phan Minh Tạo_ nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 2000.
Điện tử công suất trong công nghiệp mỏ và dầu khí _ PGS - TS Thái Duy Thức, ThS Khổng Cao Phong _ nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 2007.
Matlab & simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động _ Ngô Phùng Quang _ nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 2004.