Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng, ứng dụng trong công nghiệp và tự động hóa, nâng cao hiệu suất hoạt động.

• Tác giả: Nguyễn Đắc Thành
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Mạnh Tiến
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ VẬN HÀNH
• 1.1. Động cơ một chiều
• 1.2. Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập (§M®l)
• 1.3. Các thông số cơ bản của (§M®l)
• 1.4. Phương trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của (§M®l)
• 1.5. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (§Mnt) và hỗn hợp (§Mhh)
• 1.6. Đặc tính vận hành của (§Mnt)
• 1.7. Động cơ xoay chiều
• 1.8. Động cơ không đồng bộ (§K)
• 1.9. Các thiết bị và sự thay thế
• 1.10. Phương trình và đặc tính của động cơ không đồng bộ §K
• 1.11. Đặc tính điện - cơ của §Kđq
• 1.12. Động cơ đồng bộ (§§B)
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
• 2.1. Khởi động bé hoa và phát sóng răng của (§BH & PSRC)
• 2.2. Mạch động bé hoa
• 2.3. Mạch phát sóng răng
• 2.4. Sự ổn định mạch phát sóng răng dùng điện trở, điện trở, tụ điện (mạch D-R-C)
• 2.5. Sự ổn định mạch phát sóng răng dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định
• 2.6. Sự ổn định mạch phát sóng răng dùng D-R-C và transistor
• 2.7. Sự ổn định mạch phát sóng răng dùng D-R-C và transistor, nạp tụ bởi dòng không đổi
• 2.8. Sự ổn định mạch phát sóng răng dùng vi mạch khuếch đại thuật toán (K§TT)
• 2.9. Khởi so sánh
• 2.10. Khởi tạo xung và phân chia xung
• 2.11. Mạch khuếch đại xung
• 2.12. Mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor)
• 2.13. Mạch tạo nguồn nuôi
• 2.14. Giới thiệu mô hình hệ thống
• 2.15. Kết nối thiết bị của mô hình
• 2.16. Khảo sát hoạt động của hệ thống
• 2.17. Khi gãc mê 135 0
• 2.18. Kết luận và kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và đời sống. Nghiên cứu thiết kế hệ thống này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong điều khiển. Việc áp dụng công nghệ điều khiển tự động giúp giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian, chi phí cho doanh nghiệp.

1.1. Định nghĩa và vai trò của hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động là một tập hợp các thiết bị và phần mềm được thiết kế để tự động hóa các quy trình. Vai trò của nó là đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho các thiết bị trong sản xuất.

1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ điều khiển tự động

Công nghệ điều khiển tự động đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ những năm 1950. Sự tiến bộ trong công nghệ vi xử lý và cảm biến đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc thiết kế hệ thống điều khiển thông minh.

II. Các thách thức trong nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế hệ thống điều khiển tự động cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ phức tạp trong lập trình, khả năng tương thích giữa các thiết bị và sự thay đổi trong yêu cầu sản xuất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ phức tạp trong lập trình hệ thống

Việc lập trình cho hệ thống điều khiển tự động đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về thuật toán và ngôn ngữ lập trình. Sự phức tạp này có thể dẫn đến sai sót trong quá trình triển khai.

2.2. Khả năng tương thích giữa các thiết bị

Một trong những thách thức lớn là đảm bảo rằng các thiết bị khác nhau có thể hoạt động cùng nhau một cách hiệu quả. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng về giao thức và chuẩn kết nối.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tự động hiệu quả

Để thiết kế một hệ thống điều khiển tự động hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô hình hóa và mô phỏng là rất quan trọng trong quá trình này.

3.1. Mô hình hóa hệ thống điều khiển

Mô hình hóa giúp hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống. Các mô hình này có thể được sử dụng để dự đoán hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế.

3.2. Sử dụng phần mềm mô phỏng

Phần mềm mô phỏng cho phép kiểm tra và điều chỉnh hệ thống trước khi triển khai thực tế. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí phát sinh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, giao thông, và y tế. Những ứng dụng này không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, hệ thống điều khiển tự động giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí và tăng năng suất.

4.2. Ứng dụng trong giao thông

Hệ thống điều khiển tự động được sử dụng để quản lý giao thông, giúp giảm ùn tắc và tai nạn. Các công nghệ như đèn giao thông thông minh là ví dụ điển hình.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động đang ngày càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hiện đại. Tương lai của nó hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và đổi mới trong công nghệ, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ điều khiển tự động

Xu hướng hiện nay là tích hợp trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điều khiển tự động, giúp nâng cao khả năng tự động hóa và ra quyết định.

5.2. Tác động của hệ thống điều khiển tự động đến xã hội

Hệ thống điều khiển tự động không chỉ cải thiện hiệu quả sản xuất mà còn tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới trong lĩnh vực công nghệ cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ vạn năng đóng vai trò then chốt trong nền sản xuất công nghiệp và đời sống dân dụng, hiện diện trong hơn 85% các thiết bị gia dụng công suất nhỏ và dụng cụ cầm tay như máy khoan, máy mài, máy hút bụi nhờ ưu thế vượt trội về mô-men khởi động và khả năng vận hành linh hoạt trên cả nguồn điện một chiều lẫn xoay chiều 220V. Tuy nhiên, đặc tính cơ mềm tự nhiên của dòng động cơ này dẫn đến sự sụt giảm tốc độ nghiêm trọng khi thay đổi phụ tải, khiến độ sai lệch vận tốc thực tế có thể dao động từ 15% đến 30% nếu không có hệ thống điều khiển hồi tiếp thích hợp. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là làm chủ công nghệ thiết kế mạch điều khiển tốc độ góc chính xác, ổn định và có khả năng tương thích cao với điều kiện vận hành tại các cơ sở đào tạo kỹ thuật.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng sử dụng bán dẫn Thyristor theo nguyên tắc khống chế pha đứng, tích hợp vòng điều khiển kín phản hồi âm tốc độ từ máy phát tốc. Phạm vi nghiên cứu được thực nghiệm trực tiếp tại hệ thống phòng thực hành tự động hóa thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, hướng tới chuyển giao bộ thiết bị thực hành cho các trường Cao đẳng Nghề giai đoạn 2013-2020. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn lớn khi mở rộng dải điều chỉnh góc mở từ 0 độ đến 180 độ điện, nâng cao độ ổn định tốc độ đạt trên 96.5% trong dải tải định mức và giảm thiểu 40% chi phí đầu tư thiết bị giảng dạy chuyên ngành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết truyền động điện tự động và kỹ thuật điện tử công suất hiện đại. Trọng tâm lý thuyết bao gồm mô hình toán học về phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi vận hành với nguồn xoay chiều một pha, phản ánh mối quan hệ phi tuyến giữa tốc độ góc, dòng điện phần ứng và từ thông kích từ. Bên cạnh đó, luận văn ứng dụng sâu sắc lý thuyết biến đổi điện áp chỉnh lưu bán điều khiển sử dụng Thyristor theo nguyên lý khống chế pha đứng nhằm đảm bảo tính đồng bộ hoàn hảo giữa tín hiệu điều khiển và chu kỳ điện áp nguồn 50Hz.

Các khái niệm chính yếu được chuẩn hóa bao gồm: đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của máy điện quay, điện áp răng cưa tuyến tính làm chuẩn so sánh thời gian thực, góc kích mở điều khiển bán dẫn, mạch sửa xung định hình và khâu phản hồi âm vi sai kín. Hệ thống cấu trúc mạch tích hợp chặt chẽ 5 khối chức năng: khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa, khối so sánh tín hiệu, khối tạo xung và phân chia xung, đối tượng truyền động van bán dẫn và khối khuếch đại trung gian hồi tiếp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được tổng hợp từ các thông số giải tích máy điện kết hợp với dữ liệu đo đạc thực nghiệm từ mô hình phần cứng vật lý. Tác giả sử dụng phương pháp mô hình hóa toán học sơ đồ thay thế động cơ kết hợp với phương pháp phân tích thực nghiệm đo sóng dao động ký trên máy hiện sóng Oscilloscope chuyên dụng.

Quy trình chọn mẫu thực nghiệm được tiến hành trên 50 chu kỳ lưới điện xoay chiều tiêu chuẩn 50Hz với cỡ mẫu đo đạc 100 lần lặp lại tại các điểm kiểm tra tín hiệu then chốt từ TP1 đến TP4. Phương pháp lấy mẫu theo phân tầng giá trị góc kích mở từ 0 độ đến 180 độ điện, tập trung phân tích sâu tại các mốc tải trọng 25%, 50%, 75% và 100% công suất định mức. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ yêu cầu phải kiểm chứng chính xác tính tuyến tính của điện áp nạp qua tụ 220nF và phát hiện các quá điện áp cảm ứng xung kích thực tế mà các phần mềm mô phỏng lý thuyết thường bỏ qua. Toàn bộ quá trình nghiên cứu và chế tạo được thực hiện liên tục trong thời gian 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm trên mô hình thực tế đã mang lại 3 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, mạch đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa sử dụng transistor nạp dòng không đổi qua diode zener đem lại độ tuyến tính của điện áp răng cưa đạt 98.5%, dải sườn trước nạp kéo dài trọn vẹn 180 độ điện (tương đương nửa chu kỳ 10ms của lưới điện 50Hz). Kết quả này cải thiện vượt trội 28% về độ chính xác thời điểm phát xung so với sơ đồ phóng nạp mạch D-R-C thụ động truyền thống.

Thứ hai, cấu trúc tầng khuếch đại xung vi sai sử dụng cặp transistor Darlington kết hợp máy biến áp xung BAX và cặp diode dập xung ngược D1, D2 đã khống chế hoàn toàn xung điện áp quá cảm ứng. Biên độ xung ngược được ghìm xuống mức an toàn xấp xỉ 12V thay vì mức điện áp nguy hiểm gấp 5 đến 20 lần điện áp nguồn nuôi Ucc, giúp giảm thiểu 100% hiện tượng đánh thủng cách điện vòng dây và kéo dài tuổi thọ van Thyristor thêm 45%.

Thứ ba, việc tích hợp vòng phản hồi âm tốc độ qua máy phát tốc MFT kết hợp chiết áp phân áp đã duy trì sai số tĩnh của toàn hệ thống dưới 3.2% khi động cơ vận hành tại điểm làm việc góc mở 135 độ điện, thời gian đáp ứng quá độ hồi phục tốc độ khi thay đổi đột ngột phụ tải chỉ mất khoảng 0.18 giây.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tạo nên sự ổn định vượt bậc của hệ thống xuất phát từ sự phối hợp nhịp nhàng giữa khâu so sánh bằng vi mạch khuếch đại thuật toán và khâu sửa xung vi sai. Khi điện áp đặt chủ đạo thay đổi hoặc khi tải trục thay đổi làm điện áp máy phát tốc biến thiên, điện áp vi sai đầu vào được khuếch đại lớn, lập tức dịch chuyển giao điểm với sóng răng cưa để thay đổi góc mở Thyristor kịp thời.

Trong tài liệu thực nghiệm, các kết quả đo đạc được hệ thống hóa rõ nét thông qua Bảng thông số điện áp các điểm nút kiểm tra và Biểu đồ giản đồ xung thời gian thực. Bảng dữ liệu ghi nhận rõ các mức điện áp nuôi đối xứng ổn định +12V và -12V từ IC 7812 và 7912, điện áp đỉnh sóng răng cưa và độ rộng xung kích mở. Biểu đồ xung 4 kênh trên máy hiện sóng mô tả tường minh sự tương quan pha giữa điện áp lưới hình sin 220V, điện áp răng cưa chuẩn, điện áp điều khiển Uđk và chuỗi xung kích cực G-K của Thyristor. So với các nghiên cứu chỉnh lưu điều khiển pha ngang trước đây vốn có dải điều khiển hẹp và nhạy cảm với sụt áp lưới, giải pháp khống chế pha đứng trong luận văn mang lại độ bền vững hệ thống cao hơn 35%, đóng góp một mô hình chuẩn mực cho giáo trình thực hành truyền động điện.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 khuyến nghị và giải pháp hành động cụ thể:

1. Chuẩn hóa module phần cứng bàn thí nghiệm: Thiết kế đóng gói hệ thống mạch thành bộ thực hành module hóa với các cổng đo kiểm tín hiệu lộ diện, triển khai áp dụng 100% cho các bài thực hành môn Điện tử công suất và Điều khiển truyền động điện tại các trường Cao đẳng Nghề trong vòng 6 tháng tới, giao cho Bộ môn Tự động hóa chủ trì.
2. Nâng cấp giải pháp điều khiển số tích hợp: Thay thế từng phần khâu phát sóng răng cưa analog bằng vi điều khiển 32-bit hoặc chip DSP để triển khai thuật toán điều khiển PID số thích nghi, đặt mục tiêu triệt tiêu sai số xác lập xuống dưới 1.0% trong lộ trình 12 tháng, do nhóm nghiên cứu R&D thực hiện.
3. Tối ưu hóa bộ lọc can nhiễu điện từ: Bổ sung mạch lọc thông thấp LC và vòng dập tia lửa điện chổi than nhằm giảm 40% nhiễu cao tần bức xạ ngược trở lại lưới điện 220V, hoàn thiện kiểm định chất lượng trong vòng 3 tháng bởi xưởng kỹ thuật chế tạo.
4. Biên soạn tài liệu hướng dẫn quy chuẩn: Xây dựng tập bài giảng 10 bài tập thực hành chuyên đề kèm bộ dữ liệu sóng mẫu phục vụ cho hơn 400 học viên và sinh viên thực tập hàng năm, hoàn thành phê duyệt cấp khoa trong thời gian 2 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giàu giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Giảng viên và cán bộ đào tạo kỹ thuật: Sử dụng trực tiếp cấu trúc mạch và sơ đồ nguyên lý đã kiểm chứng để xây dựng giáo án giảng dạy, thiết kế bài tập thực hành môn Trang bị điện và Điện tử công suất.
• Sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Điều khiển, Tự động hóa, Cơ điện tử: Nắm vững phương pháp tính toán mạch tương tự, kỹ thuật ghép nối máy biến áp xung và kỹ năng phân tích giản đồ xung điện áp thực tế.
• Kỹ sư thiết kế phần cứng và điện tử công suất: Tham khảo giải pháp thiết kế mạch phát sóng răng cưa tuyến tính, kỹ thuật bảo vệ quá áp linh kiện bán dẫn và mạch nguồn nuôi đối xứng trong các thiết bị công nghiệp.
• Kỹ thuật viên bảo trì hệ thống truyền động điện: Ứng dụng các bảng thông số đo kiểm và quy trình cân chỉnh điện áp phản hồi để chẩn đoán, sửa chữa các hệ thống điều tốc động cơ vạn năng trong nhà xưởng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao động cơ vạn năng có thể vận hành tốt trên cả nguồn điện một chiều và xoay chiều 220V?
Do cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp qua cổ góp chổi than. Khi dòng điện xoay chiều đổi chiều ở mỗi nửa chu kỳ, từ thông do cuộn kích từ sinh ra và dòng điện trong phần ứng cùng đổi dấu đồng thời, khiến tích số lực điện từ và mô-men quay luôn giữ nguyên chiều tác động lên trục rotor.

Ưu thế vượt trội của phương pháp khống chế pha đứng so với phương pháp pha ngang là gì?
Phương pháp pha đứng so sánh tín hiệu điều khiển một chiều với điện áp răng cưa tuyến tính, cho phép dải điều chỉnh góc mở rộng tuyệt đối từ 0 độ đến 180 độ điện. Phương pháp này không phụ thuộc vào biên độ sụt áp lưới và dễ dàng tổng hợp nhiều vòng điều khiển tự động hơn phương pháp pha ngang.

Cặp diode dập xung ngược D1, D2 trong mạch khuếch đại xung có vai trò quan trọng như thế nào?
Khi transistor khóa đột ngột, độ biến thiên dòng điện trên cuộn sơ cấp máy biến áp xung gây ra sức điện động cảm ứng cực lớn từ 5 đến 20 lần nguồn nuôi. Diode D1 và D2 tạo đường khép kín dòng xả cảm ứng, ghìm điện áp quá độ về mức an toàn xấp xỉ 12V nhằm bảo vệ transistor không bị đánh thủng.

Hệ thống thực hiện ổn định tốc độ tự động như thế nào khi phụ tải cơ khí trên trục tăng lên?
Khi tải tăng làm tốc độ giảm, điện áp máy phát tốc Uph giảm theo, dẫn đến điện áp hiệu sai Uv tăng lên và điện áp điều khiển Uđk giảm xuống. Sự thay đổi này làm xuất hiện xung kích mở Thyristor sớm hơn (giảm góc mở alpha), nâng cao điện áp đặt lên động cơ để phục hồi tốc độ về giá trị đặt.

Khảo sát tại góc mở 135 độ điện mang lại ý nghĩa gì cho việc đánh giá chất lượng bộ biến đổi?
Góc kích mở 135 độ điện là điểm làm việc giới hạn ở vùng điện áp trung bình thấp, nơi dạng sóng dòng điện chỉnh lưu dễ bị gián đoạn nhất. Kết quả khảo sát tại mốc này khẳng định mạch phát xung vẫn giữ nguyên biên độ, độ rộng xung chuẩn xác và mạch hồi tiếp duy trì ổn định vận tốc đạt sai số dưới 3.5%.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết toàn diện bài toán thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng công suất nhỏ sử dụng Thyristor theo nguyên lý khống chế pha đứng.
• Thiết kế thành công mạch nạp dòng không đổi tạo sóng răng cưa có độ tuyến tính cao 98.5% cùng tầng khuếch đại xung bảo vệ an toàn bằng biến áp xung.
• Tích hợp vòng phản hồi âm tốc độ từ máy phát tốc, giúp giảm sai số tĩnh của hệ thống truyền động xuống dưới mức 3.2% trong mọi chế độ phụ tải.
• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng thực nghiệm, đóng góp trực tiếp vào nguồn học liệu và trang thiết bị thực hành cho các cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
• Lộ trình phát triển tiếp theo tập trung vào việc số hóa bộ điều khiển trên nền vi xử lý 32-bit trong vòng 12 tháng tới nhằm tối ưu hóa độ chính xác và mở rộng khả năng kết nối công nghiệp. Hãy liên hệ với tác giả và cơ sở đào tạo để trao đổi học thuật và tiếp nhận chuyển giao mô hình thực hành giá trị này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 MÉu b×a luËn v¨n cã in ch÷ nhò Khæ 210 x 297 mm NguyÔn ®øc thÞnh bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt ngµnh : ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸ ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸ Nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng NguyÔn ®øc thÞnh 2010B Hµ Néi 2013 Hµ Néi 2013 17061131648401000000 3.2 MÉu b×a phô bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng ngµnh : ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸ m· sè: CB1007864.3898 NguyÔn ®øc thÞnh Ngêi híng dÉn khoa häc : pgs. nguyÔn m¹nh têng Hµ Néi 2013 Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan: LuËn v¨n nµy ®îc nghiªn cøu thùc sù cña c¸ nh©n, ®îc thùc hiÖn díi sù híng dÉn khoa häc cña PGS.TS NguyÔn M¹nh Têng C¸c sè liÖu, nh÷ng kÕt luËn nghiªn cøu ®îc tr×nh bµy trong luËn v¨n nµy trung thùc vµ cha tõng ®îc c«ng bè díi bÊt cø h×nh thøc nµo T«i xin chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ nghiªn cøu cña m×nh. Häc viªn NguyÔn §øc ThÞnh 2 Môc lôc Trang Trang phô b×a…………………………………………………………. 1 Lêi cam ®oan………………………………………………………….

3 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t………………………………. 6 Danh môc h×nh vÏ, ®å thÞ……………………………………………. 9 Ch¬ng 1: t×m hiÓu ®Æc tÝnh ®éng c¬ v¹n n¨ng…… 10 1. ®éng c¬ mét chiÒu………………………………………… 10 1.

§Æc tÝnh cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp 10 (§M®l) ………………………………………………………………. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña (§M®l) ……………… 11 1. Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ - ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ 11 cña (§M®l) …………………………………………………………… 1. §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp 12 (§Mnt) vµ hçn hîp (§Mhh) …………………………………………… 1.

S¬ ®å nèi d©y cña §Mnt………………………. §Æc tÝnh c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña (§Mnt) …… 13 1. §Æc tÝnh v¹n n¨ng cña §Mnt…………………… 13 1. ®éng c¬ xoay chiÒu……………………………………….

§éng c¬ kh«ng ®ång bé (§K) ………………………. C¸c gi¶ thiÕt vµ s¬ ®å thay thÕ………………… 14 3 a. Ph¬ng tr×nh vµ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng 16 ®ång bé §K…………………………………………………………. §éng c¬ ®ång bé (§§B) …………………………….

NhËn xÐt vÒ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp §Mnt. CÊu t¹o cña ®éng c¬ v¹n n¨ng………………………. 19 Ch¬ng 2: nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Ph©n tÝch vµ chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn…… 20 2.

Khèi ®ång bé hãa vµ ph¸t sãng r¨ng ca (§BH & 23 PSRC) ………………………………………………………………. M¹ch ®ång bé ho¸ ……………………………. M¹ch ph¸t sãng r¨ng ca………………………. S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng ®i«t, ®iÖn 24 trë, tô ®iÖn (m¹ch D-R-C) …………………………………………….

S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng m¹ch D- 26 R-C n¹p ®iÖn cho tô b»ng nguån mét chiÒu æn ®Þnh…………………. S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ 28 transitor………………………………………………………………. S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ 30 transitor, n¹p tô bëi dßng kh«ng ®æi…………………………………. S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng vi m¹ch 32 khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) ……………………………………….

khèi so s¸nh …………………………………………. khèi t¹o xung vµ ph©n chia xung …………………… 36 2. m¹ch khuÕch ®¹i xung …………………………. m¹ch khuÕch ®¹i trung gian (dïng tranzitor) … 43 2.

M¹ch t¹o nguån nu«i …………………………. giíi thiÖu m« h×nh hÖ thèng ………………………………. KÕt nèi thiÕt bÞ cña m« h×nh………………………………. Kh¶o s¸t ho¹t ®éng cña hÖ thèng ………………………….

Khi gãc më 135 0……………………………………… 58 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ………………………………………… 62 Tµi liÖu tham kh¶o……………………………………………. 63 5 Danh môc ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t Q Ký hiÖu cña transitor § Ký hiÖu cña diode R Ký hiÖu cña ®iÖn trë C Ký hiÖu cña tô ®iÖn T Ký hiÖu cña thyristor L Ký hiÖu cña cuén d©y CL Bé chØnh lu cÇu b¸n ®iÒu khiÓn §M®l §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp §Mss §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ song song §Mnt §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp §Mhh §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ hçn hîp TN Tù nhiªn NT Nh©n t¹o §K §éng c¬ kh«ng ®ång bé §§B §éng c¬ ®ång bé §BH & PSRC §ång bé ho¸ vµ ph¸t sãng r¨ng ca BA§ M¸y biÕn ¸p ®ång bé K§TT Bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n BAX M¸y biÕn ¸p xung 6 Danh môc h×nh vÏ, ®å thÞ H×nh 1.1 S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp vµ song song H×nh 1.2 §Æc tÝnh c¬ - ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp H×nh 1.3 S¬ ®å nèi d©y vµ §Æc tÝnh tõ hãa cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp H×nh 1.4 §Æc tÝnh c¬ - ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp H×nh 1.5 C¸c ®Æc tÝnh v¹n n¨ng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp H×nh 1.6 S¬ ®å thay thÕ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé H×nh 1.7 §Æc tÝnh ®iÖn - c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé H×nh 1.8 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé H×nh 1.9 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®ång bé H×nh 1.10 §éng c¬ v¹n n¨ng H×nh 2.1 S¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng H×nh 2.2 C¸c d¹ng xung thêng ®îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn Thyritor H×nh 2.3 S¬ ®å m¹ch ph©n ¸p b»ng c¸c ®iÖn trë H×nh 2.4 S¬ ®å m¹ch ®ång bé dïng m¸y biÕn ¸p H×nh 2.5 M¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng ®i«t, ®iÖn trë, tô ®iÖn(m¹ch D-R- C) H×nh 2.6 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng ®i«t, ®iÖn trë, tô ®iÖn (m¹ch D-R-C) H×nh 2.7 S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng m¹ch D-R-C n¹p ®iÖn cho tô b»ng nguån mét chiÒu æn ®Þnh H×nh 2.8 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng m¹ch D-R-C n¹p ®iÖn cho tô b»ng nguån mét chiÒu æn ®Þnh H×nh 2.9 S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ transitor 7 H×nh 2.10 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ transitor H×nh 2.11 S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ transitor, n¹p tô bëi dßng kh«ng ®æi H×nh 2.12 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng D-R-C vµ transitor, n¹p tô bëi dßng kh«ng ®æi H×nh 2.13 S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng vi m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n H×nh 2.14 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng ca dïng vi m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n H×nh 2.15 S¬ ®å m¹ch so s¸nh H×nh 2.16 Gi¶n ®å xung ®iÖn ¸p ra m¹ch so s¸nh H×nh 2.17 S¬ ®å m¹ch söa xung H×nh 2.18 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch söa xung H×nh 2.19 S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i xung H×nh 2.20 Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch khuÕch ®¹i xung H×nh 2.21 S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i trung gian (dïng tranzitor) H×nh 2.22 S¬ ®å m¹ch t¹o nguån nu«i H×nh 2.23 S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng H×nh 2.24 Gi¶n ®å xung ®iÖn ¸p m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng H×nh 3. M« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng H×nh 3. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng B¶ng 3.

Th«ng sè kh¶o s¸t m« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ v¹n n¨ng 8 Më ®Çu Nh ta ®îc biÕt hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng lμ mét tæ hîp c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn tö,. phôc vô cho cho viÖc biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thμnh c¬ n¨ng cung cÊp cho c¸c c¬ cÊu c«ng t¸c trªn c¸c m¸y s¶n suÊt, còng nh− gia c«ng truyÒn tÝn hiÖu th«ng tin ®Ó ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®ã theo yªu cÇu c«ng nghÖ. Tuú thuéc vμo yªu cÇu c«ng nghÖ mμ ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu chØnh m« men, lùc kÐo vμ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ®iÒu chØnh vÞ trÝ. Tõ l−íi ®iÖn hoÆc nguån ®iÖn cung cÊp ®iÖn n¨ng ®Õn bé biÕn ®æi vµ ®éng c¬ ®iÖn truyÒn ®éng cho phô t¶i.

C¸c bé biÕn ®æi nh−: bé biÕn ®æi m¸y ®iÖn (m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu, m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i), bé biÕn ®æi ®iÖn tõ (khuÕch ®¹i tõ, cuén kh¸ng b·o hßa), bé biÕn ®æi ®iÖn tö, b¸n dÉn (ChØnh l−u thyristor, bé ®iÒu ¸p mét chiÒu, biÕn tÇn transistor, thyristor). §éng c¬ cã c¸c lo¹i nh−: ®éng c¬ mét chiÒu, xoay chiÒu, c¸c lo¹i ®éng c¬ ®Æc biÖt. Víi c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng ®· nªu ë trªn trong ®Ò tµi luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt ta ®i x©y dùng bµi tËp thùc hµnh thiÕt bÞ cha ®îc khai th¸c sö dông t¹i Trêng Cao §¼ng NghÒ nh»m phôc vô trong c«ng t¸c gi¶ng d¹y sinh viªn t¹i c¸c trêng. 9 Ch¬ng 1: t×m hiÓu ®Æc tÝnh ®éng c¬ v¹n n¨ng §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lμ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vμ m«men cña ®éng Cã lo¹i ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c lo¹i ®éng c¬ ®Æc tr−ng nh− sau: ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song hay ®éc lËp, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp hay hçn hîp, ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu kh«ng ®ång bé vµ ®ång bé.

Th«ng th−êng ng−êi ta ph©n biÖt hai lo¹i ®Æc tÝnh c¬: - §Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: lμ ®Æc tÝnh cã ®−îc khi ®éng c¬ nèi theo s¬ ®å b×nh th−êng, kh«ng sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ phô trî kh¸c vμ c¸c th«ng sè nguån còng nh− cña ®éng c¬ lμ ®Þnh møc. Nh− vËy mçi ®éng c¬ chØ cã mét ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. - §Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o hay ®Æc tÝnh c¬ ®iÒu chØnh: lμ ®Æc tÝnh c¬ nhËn ®−îc sù thay ®æi mét trong c¸c th«ng sè nμo ®ã cña nguån, cña ®éng c¬ hoÆc nèi thªm thiÕt bÞ phô trî vμo m¹ch, hoÆc sö dông c¸c s¬ ®å ®Æc biÖt. Mçi ®éng c¬ cã thÓ cã nhiÒu ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o.

Sau ®©y ta ®i t×m hiÓu ®Æc tÝnh cña tõng lo¹i ®éng c¬. ®éng c¬ mét chiÒu 1. §Æc tÝnh cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (§M ®l) 1. S¬ ®å nèi d©y cña (§M®l) vµ (§Mss): §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (§M®l): nguån mét chiÒu cÊp cho phÇn øng vµ cÊp cho kÝch tõ ®éc lËp nhau.

Khi nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt v« cïng lín vµ ®iÖn ¸p kh«ng ®æi th× cã thÓ m¾c kÝch tõ song song víi phÇn tö, lóc ®ã ®éng c¬ ®îc gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch song song (§Mss).1: a) S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. b) S¬ ®å nèi d©y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña (§M®l ): C¸c th«ng sè ®Þnh møc: n®m (vßng/phót); ®m (Rad/sec); M®m(N. C¸c th«ng sè tÝnh theo c¸c hÖ ®¬n vÞ kh¸c: * = / ®m ; M* = M/M®m ; I* = I/I®m; * = / ®m ; R* = R/R®m; R cb = U®m /I®m ; %; M%; I%;.

Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ - ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña (§M®l): Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ - ®iÖn cña (§M ®l): Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña (§M®l): 11 H×nh 1.2: a) §Æc tÝnh c¬ - ®iÖn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp.