- Học Viên Đặng Văn Tuệ Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 3 MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Danh mục các hình vẽ đồ thị Mở đầu Chương I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo . - Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập . - Phân loại động cơ điện một chiều . - Các sự cố thường xảy ra ở động cơ điện một chiều . - Mất kích từ Chương II: MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Ở MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC . - Khái niệm cơ bản về mô hình hoá hệ thống . - Phân loại mô hình hệ thống . - Một số nguyên tắc khi xây dựng mô hình . - Mô hình hoá động cơ điện một chiều . - Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở các chế độ làm việc Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 4Chương III: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRONG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU . - Mô hình mờ Tagaki-Sugeno . - Lựa chọn mô hình nhận dạng . - Mô hình mạng TSK Chương IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB . - Mô phỏng động cơ trên phần mềm SIMULINK . - Mô phỏng động cơ khi làm việc bình thường . - Mô phỏng động cơ khi đang làm việc bình thường xảy ra sự cố . - Tạo bộ số liệu và xây dựng mô hình nhận dạng sự cố . - Ứng dụng mô hình mạng TSK nhận dạng sự cố trong động cơ điện một chiều Kết luận và hướng phát triển Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 51. - 42 Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 7Hình 3.12: Phương pháp cực đại hai tập mờ không cùng cơ sở. - 76 Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 9Mở đầu Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn là một loại máy điện quan trọng. - Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như có mô men mở máy lớn, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ phù hợp với hệ thống tự động điều khiển đòi hỏi chất lượng cao. - Tuy nhiên do động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp nên hay xảy ra sự cố. - Việc xây dựng các thiết bị đo có khả năng phân tích và phát hiện các sự cố bên trong của động cơ nhanh, chính xác là rất cần thiết. - Trong đó giải pháp áp dụng mô hình mạng nơrôn lôgíc mờ có nhiều ưu điểm vượt trội so với các giải pháp khác, nhờ khả năng mô hình hoá các hàm phi tuyến với độ chính xác tuỳ ý, khả năng dễ dạng thay đổi đầu ra thông qua điều chỉnh trọng số khi điều kiện hoạt động thay đổi,… Đó cũng chính là lý do tác giả lựa chọn đề tài “Ứng dụng logic mờ nhận dạng sự cố trong động cơ điện một chiều” để nghiên cứu. - Đối tượng nghiên cứu: Mạng nơ rôn logic mờ TSK: Phân tích và đề xuất các giải pháp nhằm thích nghi và triển khai ứng dụng nhận dạng sự cố trong động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Nội dung bản luận văn này gồm các phần như sau: Chương I: Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều Giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại và ứng dụng của động cơ điện một chiều. - Mô tả một số sự cố thường xảy ra trong động cơ điện một chiều, phương pháp đo, kiểm tra phát hiện các sự cố. - Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 10Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc Lý thuyết về mô hình hóa hệ thống, các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều. - Từ đó xây dựng mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở chế độ làm việc bình thường, chế độ làm việc không tải, mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi từ thông không đổi phục vụ quá trình mô phỏng. - Chương III: Ứng dụng lôgíc mờ nhận dạng sự cố trong động cơ điện một chiều Nghiên cứu về lôgíc mờ, lý thuyết chung về nhận dạng, ứng dụng mô hình mạng nơ-rôn lôgíc mờ TSK để xây dựng mô hình nhận dạng Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab Khảo sát các ý tưởng, xây dựng các mô hình mô phỏng để tạo tín hiệu và các chương trình để thử nghiệm các thuật toán tính toán, xử lý tín hiệu đo nhằm mục đích nhận dạng. - Toàn bộ các mô hình và hệ thống được mô phỏng trong môi trường Matlab và sử dụng Toolbox Simulink. - Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 11Chương I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Nội dung chương này tập trung giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại và ứng dụng của động cơ điện một chiều. - 1.1.Cấu tạo Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm hai phần chính: Phần tĩnh hay Stator và Phần quay hay rôto [2]. - Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo động cơ điện một chiều 1.1.1. - Phần tĩnh hay Stator Đây là phần đứng yên của động cơ bao gồm các bộ phận chính sau. - Lõi sắt từ được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện có bề dầy từ 0,5 đến 1 mm ghép chặt lại tạo Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 12thành khối lá thép. - Đối với các động cơ điện một chiều có công suất nhỏ có thể được chế tạo bằng thép khối. - Trong động cơ điện cỡ nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong động cơ lớn thường dùng thép đúc, một số loại dùng gang làm vỏ máy. - Trong động cơ điện cỡ nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. - Tùy theo cấu tạo của động cơ mà có thể có một đôi chổi than hoặc hai, ba đôi chổi than. - Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 131.1.2. - Đối với các động cơ điện một chiều cỡ nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. - Trong máy điện Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 14cỡ nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thường dùng dây có tiết diện tròn. - Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. - Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập [2] Khi cho dòng điện một chiều chạy vào cuộn dây kích từ, trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, từ trường này sẽ tạo ra các cực từ tương ứng ở chính bề mặt cuộn dây. - Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 15Khi cho điện áp U vào hai chổi than, trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra dòng điện Iư. - Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như có mô men mở máy lớn, do vậy kéo được tải nặng khi khởi động. - Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải. - Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện. - nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất . - Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10.000 kW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V. - Phân loại động cơ điện một chiều [2] Động cơ điện một chiều được phân loại theo cách kích từ, bao gồm các loại sau. - Trong luận văn này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.5. - Các sự cố thường xảy ra ở động cơ điện một chiều Cũng như các loại động cơ khác trong quá trình vận hành có nhiều các sự cố thường xảy ra, ở động cơ điện một chiều ta quan tâm một số sự cố chính sau: 1.5.1. - Hiện tượng này nếu để lâu có thể dẫn tới cháy động cơ. - Uư Eư Rf IktRkt U CKTUkt Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 17Để xác định chính xác sự cố này ta có thể dùng đồng hồ đo dòng điện và điện áp phần ứng. - Để xác định sự cố này ta có thể dùng thiết bị đo dòng điện, điện áp phần ứng, tốc độ động cơ.. - Mất kích từ Xét trường hợp thiếu kích từ, tức điện áp kích từ hoặc dòng kích từ bị giảm, dẫn tới dòng điện động cơ tăng quá mức cho phép. - Khi động cơ đang làm việc mất kích từ, ta có thể xác định được tốc độ theo phương trình sau: URIAAAKωϕ−= (1.2) Từ công thức trên ta thấy tốc độ động cơ điện một chiều tỷ lệ nghịch với từ thông φ. - Động cơ được nối với một cơ cấu cơ khí, và cơ cấu đó đang chuyển động với tốc độ ω tại thời điểm chưa mất kích từ. - (1.3) Chương I:Lý thuyết chung về động cơ điện một chiều 18Do U không đổi và RA rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên IA rất lớn làm cháy dây quấn và vành góp Để xác định sự cố mất kích từ ta đo dòng điện, đo tốc độ động cơ. - Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 19Chương II: MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Ở MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC Nội dung chương II học viên sẽ tóm tắt lý thuyết về mô hình hóa hệ thống, mô hình hóa động cơ điện một chiều dựa trên các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều. - Từ đó tác giả xây dựng mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở chế độ làm việc bình thường, chế độ làm việc không tải, mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi từ thông không đổi phục vụ quá trình mô phỏng và nhận dạng sự cố ở chương sau. - Khái niệm cơ bản về mô hình hoá hệ thống 2.1.1. - Phân loại mô hình hệ thống Có thể căn cứ vào nhiều dấu hiệu khác nhau để phân loại mô hình. - Hình 2.1 biểu diễn một cách phân loại mô hình điển hình. - Mô hình hệ thống Mô hình vật lý Mô hình toán học Mô hình thu nhỏ Mô hình tương tự Mô hình giải tích Mô hình số Mô hình mô phỏng Hình 2.1: Sơ đồ phân loại mô hình hệ thống Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 20 - Mô hình vật lý: là mô hình được cấu tạo bởi các phần tử vật lý. - Các thuộc tính của đối tượng được phản ánh bởi các định luật vật lý xảy ra trong mô hình. - Nhóm mô hình vật lý được chia thành mô hình thu nhỏ và mô hình tương tự. - Mô hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống như đối tượng thực nhưng có kích thước nhỏ hơn cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm. - Ưu điểm của loại mô hình này là các quá trình vật lý xảy ra trong mô hình giống như trong đối tượng thực, có thể đo lường quan sát các đại lượng vật lý một cách trực quan với độ chính xác cao. - Nhược điểm của mô hình vật lý thu nhỏ là giá thành đắt, vì vậy chỉ sử dụng khi thực sự cần thiết. - Ưu điểm của loại mô hình này là giá thành rẻ, cho phép chúng ta nghiên cứu một số đặc tính chủ yếu của đối tượng thực. - Mô hình toán học: thuộc loại mô hình trừu tượng. - Mô hình toán học được chia thành mô hình giải tích và mô hình số. - Mô hình giải tích được xây dựng bởi các biểu thức giải tích. - Ưu điểm của loại mô hình là cho ta kết quả rõ ràng, tổng quát. - Nhược điểm của mô hình giải tích là thường phải chấp nhận một số giả thiết đơn giản hoá để có thể biểu Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 21diễn đối tượng thực bằng các biểu thức giải tích, vì vậy loại mô hình này chủ yếu được dùng cho các hệ tiền định và tuyến tính. - Mô hình số: được xây dựng theo phương pháp số tức là bằng các chương trình chạy trên máy tính số. - Ngày nay, nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và công nghệ thông tin, người ta đã xây dựng được các mô hình số có thể mô phỏng được quá trình hoạt động của đối tượng thực. - Những mô hình loại này được gọi là mô hình mô phỏng này (simulation model). - Ưu điểm của mô hình mô phỏng là có thể mô tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối tượng thực, do đó mô hình càng gần với đối tượng thực. - Ngày nay, mô hình mô phỏng được ứng dụng rất rộng rãi. - Mô hình phải đạt được hai tính chất cơ bản sau. - Tính đồng nhất: Mô hình phải đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh theo những tiêu chuẩn định trước. - Tính thực dụng: Có khả năng sử dụng mô hình để nghiên cứu đối tượng. - Rõ ràng, để tăng tính đồng nhất trong mô hình phải đưa vào nhiều yếu tố phản ánh đầy đủ các mặt của đối tượng. - Vì vậy, tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà người ta lựa chọn tính đồng nhất và tính thực dụng của mô hình một cách thích hợp. - Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 222.1.2. - Nguyên tắc thích hợp Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta lựa chọn một cách thích hợp giữa tính đồng nhất và tính thực dụng của mô hình. - Có thể bỏ bớt một số chi tiết không quan trọng để mô hình bớt phức tạp và việc giải các bài toán trên mô hình dễ dàng hơn. - Nguyên tắc tổ hợp Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà người ta có thể phân chia hoặc tổ hợp các bộ phận của mô hình lại với nhau. - Ví dụ, khi mô hình hoá một phân xưởng để nghiên cứu quá trình sản xuất sản phẩm thì ta coi các máy móc là thực thể của nó. - Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 232.2. - Mô hình hoá động cơ điện một chiều [3] 2.2.1. - Các phương trình cơ bản Xét trường hợp khi dòng điện kích từ của động cơ không đổi, hoặc động cơ được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số, đối tượng được mô tả bởi hệ các phương trình sau: Hình 2.2: Giản đồ thay thế động cơ điện một chiều • Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: ()dttdiLtiRtetuAAAAAA. - (2.4)• Hằng số động cơ: 2eMkkπ. - (2.5) uK LK iK mT eA LA uA RA iA RKmM,n Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 24• Hằng số thời gian phần ứng: AAARLT = (2.6)• Phương trình mạch kích từ. - J - mômen quán tính của động cơ. - Từ các phương trình trên ta xây dựng được phương trình đặc tính cơ và họ đặc tính cơ thể hiện quan hệ giữa tốc độ góc và mô men của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông: ()MKRKUAđmđm2φφω−= (2.8) Chương II: Mô hình hóa động cơ điện một chiều ở một số chế độ làm việc 25 ϖ ϖ3 ϖ2 ϖ1 ϖ0 Φ3 < Φ2 < Φ1
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt