Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập

• Tác giả: Nguyễn Văn Phục
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Tiến Dũng
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động điện với động cơ một chiều độc lập
• Loại tài liệu: Đồ án liên môn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG, TÍNH TOÁN YÊU CẦU CỦA TẢI VÀ TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
• 1.1. Tổng quan về hệ thống
• 1.1.1. Giới thiệu yêu cầu đề tài, mô tả bài toán của đề tài
• 1.2. Xây dựng sơ đồ tổng quát hệ truyền động điện
• 1.3. Tính toán yêu cầu của tải
• 1.3.1. Tính toán các thông số yêu cầu của tải
• 1.4. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
• 1.5. Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ
• 1.5.1. Các trạng thái hoạt động của động cơ
• 1.5.2. Chọn phương án khởi động động cơ
• 1.5.3. Chọn phương án đảo chiều động cơ
• 1.5.4. Chọn phương án hãm dừng cho động cơ
• 1.5.5. Chọn phương án điều khiển tốc độ động cơ
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
• 2.1. Tính chọn bộ biến đổi công suất
• 2.1.1. Phân tích chọn bộ biến đổi công suất
• 2.1.2. Tổng quan về bộ chỉnh lưu kép 3 pha
• 2.1.3. Tính chọn linh kiện cho bộ chỉnh lưu kép ba pha
• 2.2. Thiết kế mạch điều khiển phát xung
• 2.3. Mô phỏng bộ biến đổi công suất
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN, VÀ HOÀN THIỆN SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG TOÀN HỆ THỐNG
• 3.1. Tính chọn phần đo lường
• 3.1.1. Tính chọn các cảm biến
• 3.1.2. Phân tích các vấn đề của cảm biến
• 3.2. Tính chọn vi điều khiển
• 3.3. Phân tích nguyên lí hoạt động của toàn hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, TỔNG HỢP PHẦN ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Xây dựng mô hình toán học của hệ

I. Thiết kế hệ thống truyền động điện

Phần này tập trung vào thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ một chiều độc lập. Nội dung bao gồm việc xây dựng sơ đồ tổng quát hệ thống, phân tích từng thành phần như bộ biến đổi công suất, động cơ điện một chiều, hệ thống cảm biến và bộ điều khiển. Tài liệu đề cập đến việc chọn lựa động cơ phù hợp dựa trên tính toán yêu cầu tải, bao gồm mô men và công suất cần thiết. Các phép tính toán chi tiết về mô men điện từ, công suất, và lựa chọn động cơ được trình bày rõ ràng. Một phần quan trọng là phân tích các phương án truyền động, bao gồm khởi động, đảo chiều và hãm dừng, với sự cân nhắc đến hiệu quả và tuổi thọ của động cơ. Lựa chọn động cơ một chiều độc lập được giải thích dựa trên các ưu điểm và nhược điểm so với các loại động cơ khác. Tối ưu hóa hệ thống truyền động điện được nhấn mạnh thông qua việc lựa chọn phương pháp khởi động mềm, hạn chế dòng điện khởi động cao điểm và đảm bảo độ bền cho động cơ. Tài liệu cũng đề cập đến an toàn hệ thống truyền động điện, đặc biệt trong các giai đoạn khởi động, vận hành và hãm.

1.1 Xác định yêu cầu tải và lựa chọn động cơ

Phần này tập trung vào việc xác định yêu cầu của tải, bao gồm tính toán các thông số như khối lượng, bán kính puli, mô men quán tính và tốc độ mong muốn. Dựa trên các thông số này, tài liệu tiến hành tính toán mô men điện từ và công suất cần thiết của động cơ. Việc lựa chọn động cơ một chiều độc lập được thực hiện dựa trên các phép tính toán này. Tài liệu đề cập đến việc kiểm nghiệm các thông số điện cơ của động cơ, bao gồm cả mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK để đảm bảo tính khả thi của thiết kế. Tính toán hệ thống truyền động điện được thực hiện chi tiết, bao gồm cả việc tính toán mô men đẳng trị và công suất đẳng trị để đánh giá tổng thể hiệu suất của hệ thống. Phân tích chọn phương án truyền động cho động cơ được trình bày cụ thể, bao gồm việc lựa chọn phương pháp khởi động mềm để giảm dòng điện khởi động cao điểm, phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng và phương pháp hãm động năng để tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an toàn cho động cơ.

1.2 Thiết kế mạch điều khiển động cơ một chiều

Phần này tập trung vào thiết kế mạch điều khiển động cơ một chiều độc lập. Điều khiển động cơ một chiều được thực hiện thông qua việc thiết kế mạch điều khiển điện áp phần ứng. Tài liệu đề cập đến việc tính chọn bộ biến đổi công suất, bao gồm việc phân tích và lựa chọn bộ chỉnh lưu kép 3 pha phù hợp. Tính chọn linh kiện cho bộ chỉnh lưu được trình bày chi tiết, cùng với mô phỏng hoạt động của bộ biến đổi công suất. Thiết kế mạch điều khiển phát xung cũng được đề cập, nhấn mạnh vào việc đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả của hệ thống điều khiển. Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống được phân tích để đảm bảo sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành phần. Kiểm soát tốc độ động cơ một chiều được xem xét kỹ lưỡng, bao gồm cả việc lựa chọn các thuật toán điều khiển phù hợp để đạt được hiệu suất cao và độ chính xác mong muốn. Việc sử dụng IC điều khiển động cơ một chiều cũng có thể được đề cập trong phần này.

1.3 Phân tích và đánh giá hệ thống

Phần này tập trung vào việc phân tích hệ thống truyền động điện, bao gồm đánh giá hiệu suất, độ tin cậy và khả năng vận hành của hệ thống. Hiệu suất hệ thống truyền động điện được đánh giá dựa trên các thông số như mô men, công suất, tốc độ và hiệu suất năng lượng. Mô hình hóa động cơ một chiều được sử dụng để mô phỏng và phân tích hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Quản lý năng lượng hệ thống truyền động được xem xét, nhấn mạnh đến việc tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và giảm thiểu tổn thất. Vận hành và bảo trì hệ thống truyền động cũng là một phần quan trọng, bao gồm việc đề xuất các biện pháp bảo trì định kỳ và khắc phục sự cố. An toàn hệ thống truyền động điện được đảm bảo thông qua việc thiết kế các biện pháp an toàn cần thiết và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn liên quan. Tài liệu có thể kết luận về tính khả thi và hiệu quả của giải pháp truyền động điện được đề xuất.