1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO
TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ
NẴNG
TRẦN MINH NHỰT
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
TRONG CẦU TRỤC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A VƯƠNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU ÁP STATOR
VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số:
60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2012
2
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN BÊ
Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG ANH
Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng
năm 2012.
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay hầu hết trong cầu trục đều sử dụng biến tần để điều khiển
động cơ nâng hạ. Với một số ưu thế tuyệt đối là khởi động mềm và
điều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp, đường đặc tính cơ mềm hơn rất
nhiều so với các hệ còn lại, nhưng khi sử dụng bộ biến tần thì giá
thành đắt, khó sửa chửa khi sự cố xảy ra, hầu hết là phụ thuộc vào
nhà sản xuất. Với đề tài “Điều khiển động cơ không động bộ 3 pha
trong cầu trục nhà máy thủy điện A Vương bằng phương pháp
điều áp stator và xung điện trở rotor”, luận văn góp phần xây dựng
hệ điều khiển có thể thay thế phương pháp trên nhưng vẫn đạt yêu
cầu về khởi động và điều chỉnh tốc độ vô cấp, giá thành hạ, dể sửa
chửa khi có sự cố.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động cơ không đồng bộ ba pha
(động cơ nâng hạ) trong cầu trục nhà máy thủy điện
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống tự động điều chỉnh dòng
khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha với
momen không đổi
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha và các
đặc tính khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ
Nghiên cứu phương pháp điều khiển PID trong động cơ không
đồng bô ba pha
Xây dựng mô hình trên matlab simulik để đánh giá trên quả thu
được
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI
Tối ưu hóa quá trình điều khiển, giảm dòng khởi động động cơ
không đồng bộ ba pha trong cầu trục, hạ giá thành, làm chủ được
công nghệ và dể bào trì sửa chửa khi có sự cố xảy ra
5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Toàn bộ luận văn được chia làm 4 chương:
- Chương 1: Tổng Quan về cầu trục
- Chương 2: Tính chọn công suất động cơ truyền động
- Chương 3: Chọn phương án truyền động
- Chương 4: Thiết kế và tổng hợp hệ thống
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác
nhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công
trường xây dựng, cầu cảng... Chúng được sử dụng trong các ngành
sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng,
phối liệu, thành phẩm... Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy
nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến
năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các ngành nói trên. Vì vậy,
thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ
chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính
kinh tế. Trước khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ
cầu trục, trong chương này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ
cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động
cầu trục.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CƠ CẤU NÂNG-HẠ CẦU
TRỤC
1.1.1. Cấu tạo
Hình 1.1: Cấu tạo cầu trục
Với: G=150 tấn, G0 = 500Kg, Rt = 0,4m, u = 12, vn = 0,2m/phút,
i = 340
vớ
i
2 Rt n
i
u vn
i u
vn
n
2
R t
1 2 0 , 2 3 4 0 =324vòng/phút
3,14 0, 4
2
1.1.2. Yêu cầu trong truyền động của có cấu nâng hạ
1.2. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH PHỤ TẢI
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:
MC
M
Hình 1.2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ
1.3. XÂY DỰNG CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT CHO TÍNH
TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ
1.3.1. Phụ tải tĩnh khi nâng tải
1.3.2. Phụ tải tĩnh khi hạ tải
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Ở chương này ta đi tìm hiểu về một số đặc điểm chính của cầu trục
và xây dựng được công thức cần thiết cho cơ cấu nâng hạ là cơ sở để
ta đi chọn công suất động cơ ở chương 2
CHƯƠNG 2:
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một
khâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc
chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ.
2.1. CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ
2.2. XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI TĨNH
Khi nâng tải: vn = 0,2m/phút
Mn = (G G 0 )
Rt
u .i ..
Pn = ( G
c
G
= 17,35 (Kg.m) = 170,3(N.m)
0
)v
n
.
1000
= 35,41 (Kw)
c
Khi hạ tải: vh = 0,25 m/phút
Mh = ( G G ).
0
(2
Rt
u .i
(N.m)
(G
Ph
=
0
G ). v
h
c
(2 - 1
1000
1 ) = 12,15(Kg.m) = 119,2
) = 30,9 (Kw)
c
Khi hạ không tải hoặc nâng không tải, công suất động cơ thay đổi.
Hệ số mang tải:
K=
G0
= 0,0033
G 0 G đm
co =
1
1
a
b
k
= 0,03
Với a=0,61 c = 0,1 b=0,41 c
= 0,07
c
c
+ Khi nâng không tải:
Mno = G 0 . . R t = 1,634(Kgm) = 16,02 (Nm )
u .i .
Pno =
co
G 0 .v
= 4,1 (Kw)
n
1000 .
co
+ Khi hạ không tải:
G 0 . R ( 2- 1 ) = -1,536 (Kgm) = -15,06 (Nm )
t
co
u .i
Mho =
Pho = G 0 . v
ho
1000
(2- 1
co
) = - 3,9 ( Kw )
Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải như sau:
Hình 2.1: Biều đồ phụ tải tĩnh
Vậy ta chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto dây quấn có các
thông số như sau:
- Pđm
- Tốc độ quay định mức
:55 Kw
:1447,5 vòng/phút
- Iđm
- Điện áp định mức
:105 A
: 380 V
- Tần số định mức
: 50 Hz
: 94 A
:
- Dòng điện rotor
- Điện trở stato
- Điện kháng của dây quấn stator
:
r1 0 , 0 4 2
x1 0,16
-
Điện trở roto qui đổi về stator
:
-
Điện kháng của dây quấn rotor
: x
- Độ trượt định mức
,
r
2
0 , 0 7 7 4
,
2
:s
0 , 2 3 7
0 , 0 3 5
d
- Hệ số công suất định mức
- Sức điện động của một pha rotor
: E
0,85
:cos
d
2
1 7 3V
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Việc tính chọn được công suất động cơ và loại động cơ truyền
động cơ ý nghĩa quan trọng trong việc chọn phương an truyền động
nhằm mục đích thỏa mãn đặc tính tải trong cầu trục.
CHƯƠNG 3:
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và
kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả
thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công
nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định
được loại động cơ truyền động, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động.
3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHI KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
3.1.1. Các yêu cầu mở máy cơ bản
3.1.2. Các phương pháp mở máy
a. Phương pháp “khởi động cứng”
b. Xây dựng mô hình vật lý khởi động động cơ trong matlab
bằng phương pháp đóng điện trực tiếp
Từ những thông số động cơ đã chọn ở chương 2, ta đi xây dựng mô
hình khởi động trên matlab
Con
stant
torq ue
0
C on tinu
ou s
po wergu
i
Scope 3
Iabc (A)
T
Tm
orqu
e
step
m
Gai n1
A
C
b
C
B
a
B
A
-K-
c
D ong co 55Kw
Hình 3.1: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương
pháp đóng cắt
dong khoi dong bang phuong phap dong truc t iep dong co vao nguon dien
800
600
dongdien(A)
400
200
0
-200
-400
-600
-800
0
0.2
0. 4
0. 6
0. 8
1
2
thoi gian (s )
1. 2
1. 4
1. 6
1 .8
Hình 3.2: Kết quả mô phỏng dòng khởi động bằng phương pháp
đóng cắt
c. Phương pháp “Khởi động mềm”
d. Lựa chọn phương án
3.2. KHỞI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNGNG BỘ BẰNG CÁCH
BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP NGUỒN ĐẶT LÊN CUÔN STATOR
3.2.1. Nguyên lý điều chỉnh
3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
Hình 3.8: Đặc tính cơ tự nhiện của động cơ không đồng bộ
rô to dấy quấn P = 55Kw
3.2.3. Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp stator
10
3.2.4. Xây dựng mô hình khởi động động cơ trong matlab
băng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha sử dựng 6 thyristor
mắc song song ngược
Consta nt
to rque 1
Con tinu ou s po wergu i
S cope3
0
g
m
ak
Thyristor
m
g
ka
Sco pe2
-K
To rque step
Ga in1
Iabc (A)
Tmm
-
+ v
VA
-
g
m
ak
Thy ristor2
+ v
VB
A
C+ v
B
A B
C
Thy ristor1
Dong c o 55Kw
TA+
D ongphaA
m
g
ka
Thy ristor3
TA-
-
abc
D ongphaB
VC
TB+
D ongphaC
K hoi ph at xung
U dk
Sub system 1
DX
TB-
g
ma
Thy ristor4
TC+
k
TC -
Out 1
P ulse Gen erator1
m
ka
g
Thy ristor5
Hình 3.10: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương điều
áp
xoay chiều
dong khoi dong bang phuong phap h a dien ap da t vào
600
400
Dongdien(A)
200
0
-200
-400
-60 0
0
0. 2
0.4
0.6
0.8
1
2
Thoi gian (s)
1 .2
1.4
1. 6
1.8
Hình 3.11: Kết quả mô phỏng khởi động động cơ bằng phương điều
áp xoay chiều
3.3. HỆ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
3.3.1 .Nguyên lý điều chỉnh
3.3.2 Đánh giá và phạm vi ứng dụng
3.3.3 Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện
trở rotor
a. Đặc tính điều chỉnh xung điện trở rotor
b. Nguyên lý làm việc hệ điều chỉnh tốc độ xung điện trở rotor
3.4. ĐIỀU ÁP STATOR VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR CÓ
ĐỔI CHIỀU QUAY
3.4.1. Sơ đồ mạch lực
11
Hình 3.15: Sơ đồ điều áp stato và xung điện trở roto
3.4.2. Đặc tính điều chỉnh
Hình3.16: Đặc tính cơ của hệ truyền động ĐAXC và xung điện
trở
roto
3.4.3. Nguyên lý điều chỉnh điều áp stator và xung điện trở
rotor
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
CHƯƠNG 4:
THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP HỆ THỐNG
4.1. KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG ĐIỀU ÁP
STATOR
4.1.1. Yêu cầu
4.1.2. Xây dựng đặc tính điều chỉnh và đặc tính làm việc
của động cơ
Với: = 31,89
0
(độ 110
)
100
90
80
70
60
50
40
31,89
30
20
(độ) 31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
31,9
3,89
4,4
5
5,56
6,11
6,67
7,22
7,78
8,23
8,33
8,89
76
120
170
218
263
397
334
342
380
380
380
Uđk
(V)
U(1)
(V)
Với: = 49,8
0
(độ) 110
100
90
80
(độ) 49,8
49,8
49,8
70
60
50
40
30
20
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
49,8
Uđk
3,89
4,4
5
5,56
6,11
6,67
7,22
7,78
8,33
8,89
(V)
U(1)
66
120
190
243
294
340
380
380
380
380
(V)
Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được các đặc tính điều chỉnh với
các góc tương ứng.
4.1.3. Thiết kế hệ điều khiển khởi động mềm sử dụng điều
áp xoay chiều
a. Sơ đồ khối của hệ
Uph Uđ
Uphi
Uđk
-
KN
Wđc(
Wbbđ
I
(
KNi
Hình 4.3: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện và tốc độ
b. Nguyên lý hoạt động của mạch
4.2. TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT
CỦA HỆ THỐNG
4.2.1. hâu phản hồi dòng điện
Vậy ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng:
phi =
0, 02.Kcai
1 0,
047s
4.2.2. hâu phản hồi tốc độ
Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ:
ph= Kph = 0,05.Kca
4.2.3. truyền của bộ biến đổi
Bộ biến đổi xoay chiều (BBĐ) được coi là một khâu trễ có hàm
truyền gần đúng :
K
Wbbđ BBD
1 s p
56, 9
10,
0033 p
4.2.4. Hàm truyền của động cơ
a. Hàm truyền của động cơ khi có phản dòng điện
Wđc =
23,8
10, 012 p
Ta có sơ đồ khối của vòng phản hồi dòng điện :
Uđặt
Uđk
-
Uph
56,9
10,003
3p
23,8
10,012
p
i
0 , 0 2 .K ca i
1 0 , 0 4 7
s
KNi
Hình 4.6: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện
b. Hàm truyền của động cơ khi có phản hồi tốc độ
Vậy hàm truyền của động cơ trong mạch vòng phản hồi tốc độ:
W
dc
0,44
1 0 ,
019 p
Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ khi chỉ có phản hồi tốc độ:
Uđặt
Uđk
-
56,9
10, 0033 p
0,44
1 0 , 0 1
9p
U ph
KN
0,05.K
ca
Hình 4.7: Sơ đồ khối của mạch phản hồi tốc độ
c. Hàm truyền của toàn hệ thống
+ Xét mạch vòng phản hồi dòng điện :
Hàm truyền của hệ hở:
hi = Wbbđ.WđcI.phi
hi
27, 08.Kcai
6 3
4
2
1,86.10 p 7, 5.10 . p 0, 0623.p 1
Hàm truyền của hệ kín:
ki
27, 08.Kcai
86.106 p3 7, 5.104.p2 0,
1,
0623.p 27, 08.K
cai
+ Xét mạch vòng phản hồi tốc độ:
Hàm truyền của hệ hở:
h= Wbbđ .Wđc.ph
h
1, 234.Kca
6, 27.105 p2 0, 0223.p 1
Hàm truyền của hệ kín:
k
1, 234.Kca
27.10 p 0, 0223. p
6,
1, 234.K
5
ca
1
2
4.2.5. Xét tính ổn định của hệ thống
a. Xác định miền giá trị của Kca để hệ thống kín ổn định
b. Đánh giá các chỉ tiêu động học của hệ thống kín
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi dòng điện
+ Khi Kcai = 0,5
Ta thu được đáp ứng bước
dap ung he thong K
c
ai=0,5
1.6
1.
4
1.
2
Amplitude
1
0.
8
0.
6
0.
4
0.
2
0
0
0.
05
0.1
0.15
0.2
0.
25
0.3
T me (s ec )
i
Hình 4.8: Đáp ứng bước của hệ thống khi có
Các chỉ tiêu chất lượnpgh: ản hồi dòng điện với Kca1 = 0,5
- Sai lệch tĩnh: e = 1,39%
0 .3
5
1
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : = 64,44 %
- Thời gian điều chỉnh(setting time) : 0,225 s
+ Khi Kcai = 0,3 :
Ta thu được đáp ứng bước
dap
ung h e thong
K
c
ai
=0
,3
1.
5
Amplitude
1
0.
5
0
0
0.05
0.
1
0
.15
0.2
0.25
0
.3
Ti
me ( s ec )
Hình 4.9: Đáp ứng bước của hệ thống khi có
phản hồi dòng điện với Kca1 = 0,3
Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,7 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : = 48,2 %
- Thời gian điều chỉnh(setting time): 0,179 s
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi tốc độ.
+ Khi Kca = 0,5 :
Ta thu được đáp ứng bước
dap
un g h e thong Kcaw
=0,
5
0.4
0.35
0. 3
Amplitude
0.25
0. 2
0.15
0. 1
0.05
0
0
0.01
0 .02
0.03
Ti
me (s ec
0.04
0.05
0.
06
)
Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi
dòng điện với Kcaw = 0,5
Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,8 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) := 0%
- Thời gian điều chỉnh: 0,0436s
- Khi Kca = 0,3 :
0.07
- Xem thêm -
.DOCX 
33 
74 
134 
