Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Vũ Đăng Thịnh

Nội dung text: Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Vũ Đăng Thịnh

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ===o0o=== BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN THANH SƠN Sinh viên thực hiện: VŨ Đăng Thịnh MSSV: 20174240 Lớp: KTĐ 02 – K62 Hà Nội. tháng 8 năm 2021
2. Contents Bài 1: Thí nghiệm điều khiển động cơ một chiều 2 I. Cơ sở lý thuyết 2 1.1Cấu tạo 2 1.2. Phương trình đặc tính cơ 2 1.3. Đồ thị đặc tính cơ 2 1.4. Khi thay đổi điện áp phần ứng 2 1.5. Bộ băm xung 3 II. Thực nghiệm 3 2.1Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) 3 2.2.Đặc tính điện áp của động cơ 1 chiều kích từ độc lập 4 Bài 2: Thí nghiệm động cơ không đồng bộ 3 pha I. Cơ sở lý thuyết 8 1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha 8 2. Đặc điểm tốc độ 8 3. Phương trình đặc tính cơ 8 4. Đồ thị đặc tính cơ 9 II. Thực nghiệm 10 1. Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) 10 2. Khảo sát đặc tính dòng điện, điện áp của động cơ KBĐ ba pha bằng bộ nghịch lưu 3 pha 10 2.1 Cấp nguồn trực tiếp 12 2.2 Cấp nguồn qua chỉnh lưu 14 1
3. Bài 1: Thí nghiệm điều khiển động cơ một chiều I. Cơ sở lý thuyết 1.1Cấu tạo 1.2. Phương trình đặc tính cơ 1.3. Đồ thị đặc tính cơ 1.4. Khi thay đổi điện áp phần ứng 2
4. 1.5. Bộ băm xung Bộ băm xung sử dụng trong bài gồm khóa chuyển mạch mắc nối tiếp với tải. Khi đó điện áp đặt lên tải là điện áp trung bình trong một chu kỳ băm được điều khiển theo nguyên lý điều biến độ rộng xung (Pulse Width Modulation/PWM). Khi đó tỷ số chu kỳ (Duty Cycle) được định nghĩa theo chu kỳ (Period) và độ rộng xung (Pulse Width) như sau: Duty Cycle =푃 푙푠푒 푊𝑖 푡ℎ 푃푒 𝑖표 Điện áp trung bình 푈 được tính theo tỉ số chu kì và điện áp nguồn E như sau: 푈 = 푡 푙푒 × II. Thực nghiệm 2.1Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) n = f (M ) 3
5. Đặc tính cơ tự nhiên M 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n 1002 978 955 930 909 885 Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp M 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n 540 516 491 464 438 412 Hình 1: Đặc tính cơ tự nhiên ,nhân tạo của động cơ 1 chiều Nhận xét : Khi giảm điện áp đặt vào phần ứng của độngcơ, ta thu được một họ các đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên (có cùng một độ cứng). –Thay đổi điện áp phần ứng được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và mở máy động cơ. Như vậy kết quả thu được giống với lý thuyết . 2.2.Đặc tính điện áp của động cơ 1 chiều kích từ độc lập 4
6. Động 1 chiều kích từ độc lập. di V (t ) = R i + L a + K (t ) (1) a a a a dt d (t ) − b t = J T − T ( ) (2) L dt Biến đổi Laplace của phương trình (1) có dạng như sau: Va (s) = RaIa (s) + sLaIa (s) + K (s) (3) Va ( s) − K (s ) I a ( s) = (4) Ra + sL a Biến đổi Laplace của phương trình (2) có dạng như sau: T (s) −TL (s) − b (s) = Js (s) (5) T (s) − TL (s)  (s) = (6) b + Js Phương trình (4) và (5) yêu cầu các thông số sau: Ra , La , K , J and b . Phương trình đặc tính cơ tự nhiên động cơ một chiều kích từ độc lập: V R  = a − a M K K 2 Nếu động cơ không mang tải M = 0(N.m) Va  = = 0 K Va K = 0 5
7. Hình 2:Sơ đồ cấp nguồn trực tiếp cho động cơ Hình 3:Sơ đồ cấp nguồn qua bộ băm xung cho động cơ . 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Hình 4:Dạng xung PWM với tỷ số chu kỳ D = 30% 6
8. 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Hình 5:Dạng xung PWM với tỷ số chu kỳ D = 50% 250 200 150 Va(V) 100 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Hình 6:Dạng xung PWM với tỷ số chu kỳ D = 80% D(%) 30 50 80 95 Tốc độ 401 884 1607 1969 (vòng/phút) 7
9. Nhận xét: Như vậy ta thấy hệ số duty càng lớn thì tốc độ động cơ càng tăng .Vì khi tăng D thì điện áp điều khiển sẽ tăng lên dẫn đến tốc độ động cơ tăng . Bài 2: Thí nghiệm động cơ không đồng bộ ba pha I.Cơ sở lý thuyết 1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha 2. Đặc điểm tốc độ Tốc độ từ trường quay 60 푛1 = (trong đó: f là tần số của điện áp đặt vào stato, p là số đôi cực) Tốc độ rotor: n= (1 − 푠). 푛1(trong đó s là hệ số trượt của động cơ) 3.Phương trình đặc tính cơ ′ Ta có: 푛 = 1훿 + 2훿 Ta có phương trình đặc tính cơ: 8
10. 4.Đồ thị đặc tính cơ Sử dụng bộ nghịch lưu cầu 3 pha để khảo sát đặc tính cơ 9
11. . II.Thực nghiệm 1. Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) n = f (M ) M 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 n 1465 1457 1445 1427 1412 1393 1368 1338 1309 M 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 2.54 n 1275 1228 1173 1110 1028 889 289 1600 1400 1200 1000 800 n(vong/phut) 600 400 200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 M(N.m) Hình 1:Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB ba pha thực nghiệm Nhận xét : Đặc tính cơ thực tế của động cơ giống với đặc tính cơ trên lý thuyết. 2. Khảo sát đặc tính dòng điện, điện áp của động cơ KBĐ ba pha bằng bộ nghịch lưu 3 pha Từ thực nghiệm ta thu được các tín hiệu điện áp, dòng điện như sau: 10
12. 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) Hình 2:Sóng 1800 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) Hình 3:Sóng P1 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) Hình 4:Sóng P2 Nhận xét: Ta thấy sóng P2 là sóng có ít sóng hài nhất bằng phẳng nhất có dạng gần sin nhất ,sóng 1800nhấp nhô nhất nhiều thành phần hài bậc cao nhất . 11
13. Mạch điện tương đương của động cơ ở chế độ xác lập Hệ số trượt: n − n s = 1 n1 Tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trường quay): 60 f n1 = p Nếu động có số đôi cực p = 2 , tần số của nguồn cấp f = 50(Hz) thì tốc độ đồng bộ có giá trị như sau: 60.50 n = = 1500 (vòng/phút) 1 2 Ví dụ tốc độ của trục động cơ (tốc độ roto) n = 1420 (vòng/phút) ta có hệ số trượt như sau: 1500 −1420 s = = 0, 0533 1500 Tốc độ của roto theo tốc độ đồng bộ: n = n1 (1− s) 2.1 Cấp nguồn trực tiếp Hình 5:Sơ đồ cấp nguồn trực tiếp cho động cơ không đồng bộ 3 pha 12
14. Dien ap 300 Dong dien 200 100 dien 0 ap/Dong -100 Dien -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay) Hình 6:Dòng điện và điện áp điều khiển 1600 1400 1200 1000 800 (vong/phut) 600 do 400 Toc 200 0 -200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Hình 7: Tốc độ của động cơ 50 40 30 (N.m) tu 20 dien 10 men Mo 0 -10 -20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Hình 8:Momen điện từ của động cơ 13
15. 2.2 Cấp nguồn qua chỉnh lưu Hình 9:Sơ đồ cấp nguồn qua chỉnh lưu của động cơ không đồng bộ 3 pha 600 Dien ap Dong dien 400 200 0 -200 Dien ap/Dong dien -400 -600 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay) Hình 10:Điện áp và dòng điện điều khiển Từ việc tính toán bằng matlab ta thấy được THD của điện áp là 50,45%,dòng điện là 22,17% 14
16. 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Toc do (vong/phut) 200 0 -200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Hình 11:Tốc độ của động cơ khi qua bộ băm xung 50 40 30 (N.m) tu 20 dien men 10 Mo 0 -10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Hình 12:Momen điện từ của động cơ qua bộ băm xung Nhận xét :Ta thấy đồ thị momen và tốc độ theo thời gian giống với lý thuyết . Hệ số THD đánh giá chất lượng điện áp điều khiển của động cơ .Vì khi THD càng lớn sẽ cho động cơ có hiện tượng rung ồn ảnh hưởng bởi các sóng bậc cao ,giảm tuổi thọ của con động cơ. 15