THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN li/Tai_lieu/Tai_lieu_ly_moi_1/DIEN_TU/Dieu_khien... · Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ . 4.1 Động

THIẾT BỊ ĐIỀU

KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN

Chương 4: Điều chỉnh tự

động hệ thống truyền động

điện một chiều

Trao đổi trực tuyến tại:

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Nội dung chính:

1. Động cơ điện một chiều

2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh

3. Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh

tốc độ

4.1 Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có 2 loại chính là loại kích

từ độc lập và loại kích từ nối tiếp

Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện một chiều

như hình vẽ

Uk

Ik

Lk, Rk

Φ

UI

CKN

N

P’

a

Lư

Rư

CF

CB

E M

McCKĐ

4.1 Động cơ điện một chiều

Phần ứng được biểu diễn bằng vòng tròn có sức

điện động E. Phần Stato có thể có vài dây quấn

kích từ độc lập CKĐ hoặc nối tiếp CKN, dây

quấn cực từ phụ CF, dây quấn cuộn bù CB.

Các tín hiệu điều khiển (đại lượng đầu vào)

thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ Uk

Tín hiệu ra thường là tốc độ góc của động cơ ,

mô men quay M, dòng điện phần ứng I, vị trí của

roto φ, momen tải Mc

Động cơ điện kích từ độc lập

4.1 Động cơ điện một chiều (Động cơ điện kích từ độc lập )

Đặc tính cơ của động cơ

Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần

ứng: Uư = E + (Rư + Rưf )Iư

Ukt

Ikt

Rktf

Ikt

Uư

RưEIư

+_


- K là hệ số

kết cấu đc

E: là sức điện động phần ứng động cơ

Uư: là điện áp phần ứng động cơ

Trong đó Rư = rư + rctf + rctb + rtx

Với rư: điện trở cuộn dây phần ứng động cơ

rctf : điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ

rctb : điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ

rtx : điện trở tiếp xúc giữa chổi than với ccổ góp động cơ

Rưf : điện trở mạch phụ phần ứng động cơ

55,9;.

60

2;

2

...2

KKnKEOr

n

a

pNK

Ka

pNE

ee


Phương trình đặc tính cơ – điện

Bỏ qua tổn thất ta có momen điện từ của động cơ

Phương trình đặc tính cơ

IK

RR

K

Uu

ufuu

udtco IKMM

MK

RR

K

U ufuu

2)(


- Động cơ điện kích từ song song một cách mắc

khác của kích từ độc lập khi nguồn một chiều có

công suất lớn điện áp không đổi.

U

Ikt

Rktf

Ikt

RưEIư

+_

4.1 Động cơ điện một chiều (Động cơ điện kích từ nối tiếp )

Động cơ điện kích từ nối tiếp

Ukt

Ikt Rưf

EIư

+

_

Ckt

4.1 Động cơ điện một chiều (Động cơ điện kích từ nối tiếp )

Đặc tính động cơ

Phương trình cân bằng điện áp của mạch

phần ứng:

U = E + R.Iư = K. + R.Iư

R = Rư + Rkt + Rưf

Phương trình đặc tính cơ điện

Phương trình đặc tính cơ

Ik

RR

k

U uf

Mk

RR

k

U uf

2)(

4.1.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều

Khi đặt lên dây quấn

điện áp Uk nào đó thì

trong dây quấn sẽ có

dòng điện ik- -đi qua

và sinh ra trong mạch từ

của động cơ từ thông . Tiếp đó đặt điện áp U lên

phần ứng động cơ thì trong dây quấn phần ứng có

dòng điện Iư chạy qua. Tương tác giữa dòng phần

ứng và từ thông kích từ tạo thành momen điện từ để

quay động cơ.

Ukt

Ikt

Rktf

IktUư

RưEIư

+_


- p’ là số đôi cực

của động cơ

- N là số thanh dẫn phần

ứng dưới 1 cực từ

- K là hệ số kết cấu máy

- a là số mạch nhánh song song của dây quấn phần

ứng

- Momen kéo phần ứng quay quanh trục. Các dây

quấn phần ứng quét qua từ thông và trong các

dây quấn này cảm ứng sức điện động

a

NpK

IKIa

NpM

2

'

..2

'


Trong đó là tốc

độ roto

Từ phương trình cân

bằng điện áp phần ứng

Uư = E + (Rư + Rưf)Iư

với E được tính ở trên ta rút ra được công thức tính

tốc độ

60

2

2

...2

n

a

pNK

Ka

pNE

K

IRU uu

Ví dụ:Cho động cơ có công suất định mức 6Kw, điện áp định mức 220V, dòng điện định mức 30A, tốc độ định mức 2500V/p. điện trở mạch phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và điện trở cực từ phụ: 0,3. Điện trở phụ đưa vào phần ứng là 1,5. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên cho động cơ.

Giải:

Tốc độ góc định mức:

Momen định mức 60

2500..2

đmp

M

Ví Dụ

Từ phương trình đặc tính cơ ta rút ra được

Tốc độ không tải lý tưởng

3,0.30220

IRUK uu

K

Uđm0

4.1.2 Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều

Nếu các thông số của động cơ không đổi thì ta có

thể viết được các phương trình mô tả cho giản đồ

động cơ trên

Uk(p) = RkIk(p) + Nkp(p)

Trong đó Nk- là số vòng dây cuộn kích từ

Rk điện trở cuộn dây kích từ

Mạch phần ứng

U(p) = RưI(p) + Lư(p).I(p) Nnp(p) + E(p)


Hoặc ở dạng dòng điện

Trong đo Lư điện cảm mạch phần ứng

Nn số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp

Tư là hằng số thời gian mạch phần ứng

Tư = Lư/Rư

)]()()([1

/1)( pEppNpU

pT

RpI N

u

u


Phương trình chuyển động của hệ thống: M(p) – Mc(p) = Jp

Với J là momen quán tính của các phần tử chuyển động quy đổi

về trục động cơ

Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều:

K

Uk_

_

U

M

Mc

u

u

p

R

1

/1Jp

1

K

N

N

N

KpN

1

KN

p


Sơ đồ có cấu trúc phi tuyến mạnh. Đặc tính của động cơ

là phi tuyến. Trong tính toán ta thường dùng mô hình

tuyến tính hóa quanh điểm làm việc

KIo

KK

Ko

Uk

_

U

M K

B

K

B

IMc

IK

_

u

u

p

R

1

/1

Jp

1

K

K

pT

R

1

/1


Uo, Io là điện áp, dòng điện phần ứng ở trạng thái

làm việc xác lập. Với

- Trong đó Φo, Iko, MCB,

B là từ thông, dòng kích

từ, momen tải, tốc độ

quay ở trạng thái làm việc xác lập

Các phương trình gia số:

U(p) –[K.B.Φ(p) + K.Φo (p)] = RưI(p)(1 + pTư)

Uk(p) = RkIk(p)(1+ pTk)

KIoΦ(p) + KΦoI(p) - Mc = J.p (p)

BCB

koo

K

K

MM

B

II

K

,

,


Khi từ thông kích từ không đổi ta có sơ đồ cấu trúc

động cơ đơn giản hơn:

Với Cu = KΦ

U(p) = RưI(p)(1+pTư) + Cu.(p)

Cu.(p) – Mc(p) = Jp(p)

Hệ số khuếch đại động cơ Kđ= 1/Cu

Cu

Cu

U - EI

Mc

u

u

p

R

1

/1

Jp

1

Ví dụ

Coi đặc tính của động cơ là tuyến tính và từ thông

kích từ là hằng số. Mô hình hóa động cơ có công

suất định mức 6Kw, điện áp định mức 220V, dòng

điện định mức 30A, tốc độ định mức 3000V/p. Độ

tự cảm cuộn dây phần ứng là 0,2H, điện trở mạch

phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và điện

trở cực từ phụ 0,3. Điện trở phụ đưa vào phần ứng

là 1,5.

LG:

3,0.30220

IRUK uu

Ví dụ

Rư = 0,3

Lư = 0,2

Tư = 2/3

3/21

3,0/1

p

KΦ

KΦ220

- KΦI

Mc

Jp

1

4.1.3 Khi điện áp phần ứng không đổi

Để thay đổi tốc độ ta điều chỉnh điện áp kích từ.

Nếu sử dụng sơ đồ tuyến tính hóa

KIo

KK

Ko

Uk

_

U

M K

B

K

B

IMc

IK

_

u

u

p

R

1

/1

K

K

pT

R

1

/1

Jp

1


Thì điện áp điều chỉnh phần ứng U(p) = 0

Hàm truyền của động cơ

Trong đó )1)(1(

)1(

)(

)(

3

2

21

21

pTpTTpT

KpTK

pU

p

k

u

k

)1(

)1(

)(;

)1(

)1(

;

)1(

3

221

22

1

c

uc

uC

c

Cu

cK

kB

coK

kuo

TJ

B

TJ

BT

T

K

JRT

TJ

B

TTTT

TJ

BR

KK

TJ

BKR

KRIK


Ưu điểm của phương pháp là chỉ điều chỉnh phần

công suất rất nhỏ so với công suất định mức của

truyền động nhược điểm là hằng số thời gian cuộn

dây kích từ Tk lớn, tính phi tuyến mạnh, phạm vi

điều chỉnh hẹp, bị ảnh hưởng bởi nhiễu.

4.1.4 Động cơ điện một chiều trong vùng gián đoạn của dòng

điện phần ứng.

- Khi nguồn cung cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập được lấy từ các bộ biến đổi bán dẫn thì khi tốc độ, momen và góc điều khiển ở một điều kiện nào đó sẽ gây hiện tượng dòng điện qua phần ứng bị gián đoạn. Khi đó đặc tính của động cơ sẽ thay đổi mặc dù các công thức của mô hình tuyến tính hóa động cơ vẫn đúng với các giá trị tức thời.

- Trong thời gian tồn tại xung dòng điện tốc độ động cơ tăng lên và khi dòng điện bằng 0(momen bằng 0) thì tốc độ giảm gây hiện tượng đập mạch tốc độ động cơ. Nếu momen quán tính đủ lớn thì độ đập mạch giảm. Điện cảm mạch phần ứng không có tác dụng hạn chế sự thay đổi giá trị trung bình của dòng điện phần ứng trong thời gian gián đoạn của dòng điện phần ứng.

4.1.4 …trong vùng gián đoạn của dòng điện phần ứng.

- Phương trình cho các giá trị trung bình trong một

chu kỳ xung dòng điện: U = Rư I + Cu.

- Giá trị trung bình của dòng phần ứng sẽ là hàm

phụ thuộc vào góc điều khiển và tốc độ của động

cơ : I = f(,)

- Thường trong các bộ chỉnh lưu góc phụ thuộc

tuyến tính vào điện áp điều khiển Uđk do đó ta có

sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều trong vùng

gián đoạn của dòng điện phần ứng:

dt

dJ Mc - Cu.I


- = a – bUdk’

- Trong đó a,b là các hằng số phụ thuộc chu kỳ điện áp lưới

và biên độ xung răng cưa của điện áp tựa. Mô hình của

động cơ từ thông không đổi, trong chế độ dòng điện dán

đoạn trình bày ở hình

- Có thể tuyến tính hóa khâu phi tuyến f(,w) bằng cách

tuyến tính hóa quanh điểm làm việc

bf(,)

Cu

Uđk

a

-I

-

Mc

M

Jp

1

..

III


- Quan hệ giữa dòng điện và góc điều khiển có thể được

thay thế bằng quan hệ giữa dòng điện và điện áp điều

khiển vì giữa góc điều khiển và điện áp điều khiển có

quan hệ đơn trị. Trong vùng dòng điện liên tục, các quan

hệ hàm số là tuyến tính còn trong vùng dòng điện gián

đoạn, các quan hệ này là phi tuyến.

- Đặt: ta có sơ đồ tuyến tính hóa1K

U

I

đk

2K

I

K1 Cu

K2

Uđk

I

Mc

w

pJ

1


- Trong chế độ dòng điện gián đoạn động cơ có cấu trúc

thông số biến thiên tùy thuộc vào điểm làm việc. Nói chung

hệ số khuếch đại của động cơ bị giảm, còn hệ số khuếch đại

với tín hiệu nhiễu phụ tải Mc và hằng số thời gian điện cơ

tăng lên so với trong chế độ dòng điện liên tục.

- Các giá trị biên của các hệ số K1, K2 là:

- Hằng số thời gian điện cơ trong chế độ dòng dán đoạn:

- Với chính là các hệ số khuếch đại điện

áp của bộ biến đổi.

u

tb

R

KK 1

u

ub

R

CK 2

2KC

JT

u

c

đk

tU

UK

Nội dung chính:




tôc độ

4.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện

4.2.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện

- Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng điện trong

các hệ thống truyền động điện 1 chiều và xoay

chiều là trực tiếp(hoặc gián tiếp) xác định momen

kéo của động cơ, ngoài ra còn có chức năng bảo

vệ, điều chỉnh gia tốc.

- Khái niệm điều chỉnh dòng điện được sử dụng

rộng rãi nhất trong truyền động điện tự động như

trên hình vẽ

4.2.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện

- trong đó RI là bộ điều chỉnh dòng điện, R là bộ

điều chỉnh tốc độ. Mỗi mạch vòng có bộ điều

chỉnh riêng được tổng hợp từ đối tượng riêng và

theo các tiêu chuẩn riêng.

R S01 S02RI

Mc

__

Iđ

4.2.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua các

sức điện động động cơ

- Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện

- Tf, Tđk, Tvo,Tư , Ti - các hằng số thời gian của mạch lọc,

mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lưu,

phần ứng và xenxo dòng điện.

Uid

–

F

Ri

BĐ-E

I

Si Ui

fpT1

1

)1)(1(

1

vođk pTpT

dU

u

u

PT

R

1

/1

i

i

PT

K

1

4.2.2. … bỏ qua các sức điện động động cơ

- Rư: điện trở mach phần ứng.

- hệ số khuếch đại của chỉnh lưu.

- Hàm truyền của mạch dòng điện (hàm truyền của đối

tượng điều chỉnh) khi bỏ qua sức điện động của động cơ

- Trong đó các hằng số thời gian Tf, Tđk, Tvo , Ti là rất nhỏ

so với hằng số thời gian điện từ Tư

- đặt Ts= Tf +Tđk + Tvo + Ti thì ta có thể viết lại hàm truyền

dU

)1)(1)(1)(1)(1(

/)(

iuvođkf

uicioi

PTPTPTPTPT

RKKpS

)1)(1(

/)(

pTpT

RKKpS

us

uicioi


- Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta tìm được hàm truyền

của bộ điều chỉnh dòng điện xcó dạng khâu PI

- Trong đó đã chọn T = Ts và hằng số có thể lấy = 2

- ; Tư = R3 C;

pTR

KK

pTpR

s

u

ici

ui

.

1)(

CRTR

KKs

u

ici12 ii K

R

RK '

2

1

CUiđ

Ui

R1

R2

Ck

R3

_

+

Uđk


- Trong đó K’i là hệ số truyền

Của bản thân xenxo dòng điện.

- Từ đó có thể tính được

- Tụ Ck để tạo lọc và thường được chọn sao cho

R3Ck=Tf và R3(C + Ck)=Tư.

- Cuối cùng hàm truyền của mạch vòng sẽ là

- Quá trình quá độ điều chỉnh sẽ kết thúc sau thời

gian Tqđ=8,4.Ts và độ quá điều chỉnh là 4,3

CR

KKTR

u

ciis

.

'22

1)1(2

11

)(

)(

pTpTKpU

pI

ssiid

22221

11

pTpTK ssi

4.2.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến sức

điện động động cơ

- Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh có tính tới sức

điện động

K

K

Ki

Uiđ

F

_

Ui

Rt Uđk

- E

-

Mc

pTf1

1

pTR

KK

pT

s

u

ici

u

2.

1

)1)(1( pTT

K

vođk

ci

pT

R

u

u

1

/1

Jp

1

4.2.3. … có tính đến sức điện động động cơ

thực hiện vài phép biến đổi đơn giản ta được

Uiđ

_

Ui

Uđk

Ki

Mc

Iđ

Ic

pTf1

1

pTR

KK

pT

s

u

ici

u

2.

1

)1)(1( pTT

K

vođk

ci

)1(

/2pTTpT

RpT

cuc

uc

)1(

/12pTTpT

K

cuc


- Khi không tải: Mc = 0 ta có hàm truyền của mạch vòng

điều chỉnh như sau:

- hệ số sai lệch tĩnh:

- Để mạch vòng điều chỉnh đạt tiêu chuẩn modul tối ưu ta

phải tổng hợp lại cấu trúc và tham số của bộ điều chỉnh,

cụ thể là:

21)(1(

1

2)(

)(

pTTpTpT

pT

T

T

pI

pI

cucs

u

s

c

đ

TT

T

TT

TC

c

s

sc

co

2

2

21

2

2

2

1)(

pTR

TKK

pTpTTpR

s

u

cicl

ccui


- Trong trường hợp nếu thông số của đối tượng thỏa

mãn điều kiện TC>4Tư, nghĩa là

TưTcp2 + Tcp + 1 = (1 + T1p) (1 + T2p)

Thì có thể dùng hai bộ điều chỉnh PI nối cấp để

thỏa mãn biểu thức bộ điều chỉnh với các hệ thống

có yêu cầu không cao lắm về chất lượng, có thể

dùng một bộ điều chỉnh PI để bù hằng số thời gian

lớn và chấp nhận sai lệch tĩnh của hệ.

4.2.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện có

tính đến vùng gián đoạn của dòng điện phần ứng

- Trong vùng dòng điện gián đoạn hệ số khuếch đại của bộ

chỉnh lưu Thisistor giảm rất mạnh và có giá trị thay đổi

tùy thuộc vào điện áp điều khiển uđk và sức điện động E.

Trong vùng dòng điện gián đoạn không tồn tại khái niệm

hằng số thời gian điện từ Tư do giữa các xung dòng điện

thì

- Hàm truyền của đối tượng bây giờ là

- Gần đúng khi Tc>> Ts

0dt

diLu

)1)(1(.)(01

pTpT

pT

R

KKpS

sc

c

u

ici

)1(.)(01

pT

pT

R

KKpS

s

c

u

ici

4.2.4 TH … vùng gián đoạn của dòng điện phần ứng

- Đặt

- Vì K phụ thuộc vào uđk và E nên ta viết K(uđk,E). theo tiêu

chuẩn modul tối ưu ta tính được hàm truyền của bộ điều

chỉnh là khâu tích phân:

- Như vậy là trong vùng dòng điện liên tục thì bộ điều chỉnh

nên có cấu trúc kiểu PI còn trong vùng dòng điện gián đoạn

thì bộ điều chỉnh cần có cấu trúc kiểu I để hệ có thể đáp ứng

được tính chất động tốt hơn thì hệ số khuếch đại của bộ

điều chỉnh phải tự động thay đổi.

KR

KK

u

ici

pTEuKpR

sđk

i

1.

)(

1)(

,

4.2.5 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi với từng

xung dòng.

- Cấu trúc hơn cả bộ điều chỉnh dòng điện kiểu thích nghi là

nhờ vào thông tin từ xenxo về tính liên tục của dòng điện

khi chiếu từ vùng dòng điện liên tục sang vùng dòng điện

gián đoạn mà thay đổi cấu trúc của bộ điều chỉnh PI sang

I và ngược lại. Trong vùng cấu trúc kiều I, bộ điều chỉnh

có hệ số khuếch đại tự động thay đổi tùy thuộc vào tình

trạng gián đoạn của dòng điện

4.2.5 Bộ điều chỉnh … thích nghi với từng xung dòng.

Sơ đồ chức năng bộ điều chỉnh thích nghi

-Khi chuyển mạch CM ở trên thì bộ điều chỉnh gồm nối tiếp khâu tỷ lệ P với khâu tích phân I và ta được bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I(0). Khi chuyển mạch CM ở vị trí dưới thì bộ điều chỉnh gồm khâu tỷ lệ đạo hàm PD nối tiếp với khâu tích phân I và ta được bộ điều chỉnh kiểu PI(có dòng).

P

PD

IUđk

SS

Si

-

Ui 0

I

U0

CMUiđ


- Khâu so sánh SS đóng vai trò xenxo phát hiện tính liên tục

của dòng điện bằng cách so sánh giá trị dòng điện sau

xenxo Si với giá trị 0 và phát lệch logic u0 điều khiển

chuyển mạch CM.

- Trong sơ đồ nguyên lý, chuyển mạch CM được thực hiện

bằng transitor trường T có điện trở trong thay đổi rất

mạnh trong các trạng thái khóa và bão hòa, giả thiết điện

trở của transitor T là RT = khi nó khóa và R1>>R2. Hàm

truyền PD sẽ là

- Khi transistor bão hòa thì RT<<R2

và ta có hàm truyền P

)2

1(2

)(

)( 12

0

21 CpR

R

R

pU

pU

i

0

11 2

)(

)(

R

R

pU

pU

i


Sơ đồ nguyên lý của chuyển mạch CM.

- Cho rằng tín hiệu vào Ui trong chế độ dòng điện gián đoạn

có dạng xung chữ nhật tương đương U. Đồ thị thời gian

của điện áp U1 đặt vào đầu vào của phần tử tích phân sẽ

như sau:

Uiđ

UiR0

R1

R2 R2

R3

-U1

-+

-+

C2

C1TU0

Uđk


tn

T

i(t)i(t)

PDp P PD P PDt

t

t

U0

U1

t1 t2

0

22

R

RU

0

1

R

RU


- Trong khoảng thời gian t1 khóa T ở trạng thái khóa

(không dẫn). do tác dụng của thành phần đạo hàm mà

khuếch đại A1 bão hòa trong khoảng thời gian tn

- Tn

- Trong đó Um– điện áp bão hòa và

- Sau đó điện áp U1 có giá trị

- Trong khoảng thời gian t2. khóa T dẫn và điện áp

U1 sẽ là

0

22.

R

R

U

U

m

2

12CR

0

21

2.

R

RUU

0

11 .

R

RUU


- Hệ số khuếch đại điều chỉnh trong chế độ dòng điện

gián đoạn giảm xuống khi độ rộng xung dòng t1 tăng

lên, bằng cách đó mà bù được từng phần sự biến thiên

phi tuyến của hệ số khuếch đại của hệ thống (đối

tượng) điều chỉnh.

0t1/T

KR

R1/R0

2R2/R0

Vùng gián đoạn Vùng liên tục

4.2.6 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi có khâu tiền

chỉnh phi tuyến.

Điều chỉnh thích ghi bằng khâu điều chỉnh

Fx là khối phi tuyến chưa biết cấu trúc

Ri(p) có cấu trúc PI.

Phần S01(p) có hàm truyền:

Ri(p)S01(p)

Fx

Uiđ Ui

pTEuKpS

s

đk

1

1),()(01

4.2.6 Bộ điều chỉnh … có khâu tiền chỉnh phi tuyến.

- Bộ điều chỉnh dòng điện được thiết kế cho vùng

dòng điện liên tục

- Theo sơ đồ ta có hàm truyền của mạch vòng dòng

điện

- Trong đó

- Mục tiêu của tổng hợp là bỏ qua thành phần p2 thì:

pT

pT

KpR

s

ui

2

11)(

222)2(1

)1(1

ApTpATT

pKFTT

pU

pU

ssu

xsu

id

i

),( EuK

KA

đk

1)(

)(

pu

pU

iđ

i


- Ta rút ra được

- Trong chế độ dòng điện gián đoạn, khi E = const

thì có thể coi gần đúng Ui=K.U3dk

- Và do đó hệ số khuếch đại vi sai của đối tượng sẽ

là

- Trong đó K là hằng số

- Do đó hàm Fx:

),(

1

EuKF

đk

x

34)( đk

đk

iđk Ku

U

UuK

34

11

đkđkiid

x

Kuuuu

F

4idux uKF


- Trong đó Ku là hằng số ứng với các giá trị khác

nhau của s.đ.đ E

- Để hệ thống hoạt động chính xác, nhất là ở vùng

mà s.đ.đ E thay đổi nhiều, cần bù được ảnh hưởng

của tín hiệu này đến đặc tính của khối phi tuyến

Fx. Lợi thế của hệ thống dùng khâu điều chỉnh phi

tuyến là không cần xenxo chế độ của dòng điện và

chuyển mạch điện tử.

- Để hạn chế được vùng dòng điện gián đoạn thì nên

dùng bộ biến đổi là bộ băm xung với tần số băm

xung đủ cao.

Nội dung chính:




tôc độ

4.3 Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà các đại lượng điều chỉnh được là tốc độ góc của động cơ điện, thường gặp trong thực tế kỹ thuật. Hệ thống điều chỉnh tốc độ được hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện. Các hệ thống này có thể là đảo chiều hoặc không đảo chiều. Do các yêu cầu công nghệ mà hệ cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp 2. Nhiễu chính của hệ là momen tải Mc

- Tùy theo yêu cầu của của công nghệ mà các bộ điều chỉnh tốc độ R có thể được tổng hợp theo 2 tín hiệu điều khiển hoặc theo hoặc theo nhiễu tải Mc

4.3 Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ

Sơ đồ khối

- Hệ thống sử dụng bộ biến đổi(BĐ) để đảo chiều

quay. Bộ điều chỉnh Ri và các sensor dòng điện Si

tạo thành 2 mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

- HCD là phần tử phi tuyến hạn chế dòng điện trong

quá trình quá độ. Sensor S đóng vai trò khâu phản

hồi tốc độ

R Ri Fx BĐ

Đ

Si

S

Uk Mc

Uđ

-

Ui

HCD

-

U

I

4.3.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh

tốc độ tỷ lệ

- Mạch dòng điện, trong phần này sẽ sử dụng biểu thức kết

quả trong đó đã bỏ qua ảnh hưởng của s.đ.đ của động cơ

lấy gần đúng theo

tiêu chuẩn modul tối ưu:

- Hoặc theo tiêu chuẩn

tối ưu đối xứng:

- Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền:

- Tính với hệ số truyền K và hằng số thời gian (lọc) T.

Thường T có giá trị nhỏ, khi đó đặt 2T’s = 2Ts +T

pTKpU

pI

siđ 21

1.

1

)(

)(

1

pTKpU

pI

siđ 41

1.

1

)(

)(

1

p

su

ci KTKR

TKKpR

2'2

1.)(


tốc độ tỷ lệ

Trong đó 2 = 2.

- K’ là hệ số truyền của bản thân xenxo tốc độ

- Ki’ là hệ số truyền của sensor dòng điện

- Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:

1

3

R

RK p

2

1'R

RKK

32

24

''

'..'4

RRK

RRK

R

TK

KK

K

R

TKT i

u

c

p

i

u

cs

1)12(4

11

)(

)('

pTpTKpU

p

ssđ


tốc độ tỷ lệSơ đồ nguyên lý

_

+_

+

Uđ

U

R1

R2

R3

C

Uiđ R4

R2’

Ui

Uđk


tốc độ tích phân tỷ lệ PI

- Dùng khi thiết bị công nghệ có yêu cầu vô sai cấp cao.

Khi đó có thể dùng phương pháp tối ưu đối xứng để tổng

hợp bộ điều chỉnh. Với mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm

truyền của bộ điều chỉnh có dạng:

- Và hàm truyền mạch hở là:

- Từ hàm truyền hệ hở có thể tìm hàm truyền của mạch kín

F(p), đồng nhất F(p) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta sẽ

tìm đc tham số của bộ điều chỉnh

pKT

pTpR

o

o

1)(

)12(

1.

1)(

'

pTpTKK

KR

pKT

pTpF

sci

u

o

oo



Nếu chọn Ts’ = Ts thì

To = 8Ts

- Để tránh quá độ điều chỉnh khi tổng hợp hệ thống theo phương pháp tối ưu đối xứng thường phải dùng thêm khâu tạo tín hiệu. Khâu này có hàm truyền của khâu lọc thông thấp bậc 1. Hàm truyền mạch kín của hệ thông khi đó là

)8

11(

4

1)(

4.8

)2(8.

''

'

'

2'

pTTKR

TKKpR

TTKK

KR

T

T

TKK

KRK

ssu

ci

s

ci

u

s

s

ci

u



Và tính được sai số tốc độ tương ứng khi có nhiễu

tải dạng hằng số

Khi hệ đã ổn định thì sai lệch tốc độ bằng 0.

1]1)12(4[8

81

)(

)()(

'''

'

pTpTpT

pT

pU

pUpF

sss

s

đ

1]1)12(4[8

)12(8.

4)(

'''

'''

pTpTpT

pTpT

TK

RITp

sss

ss

c

ucs

4.3.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch

vòng dòng điện

- Khi cả bộ biến đổi và động cơ đều có khả năng quá dòng

lớn và không có yêu cầu cao về điều chỉnh gia tốc hoặc

khi dùng các truyền động công suất nhỏ dùng bộ băm

xung áp có tần số làm việc lớn tới mức không xuất hiện

các vùng dòng điện gián đoạn thì có thể không cần xây

dựng mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

- Trong trường hợp Tc > 4Tư thì hàm truyền của đối tượng

sẽ là:

- Khi đó sơ đồ cấu trúc bộ điều chỉnh tốc độ là

)1)(1)(1)(1()(

21

2pTpTpTpT

KpS

b

so

4.3.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch

vòng dòng điện

- Trong hàm truyền thì Ks = Kb. KĐ K

- Giả thiết T2 > T1 và T1, T2 lớn hơn nhiều so với Tb, Tthì theo chuẩn tối ưu modul ta tổng hợp được bộ điều chỉnh kiểu PID có hàm truyền là

RUđ Eđ

Mc

_

cuc

uu

TTPPT

pTK

R

2

2

1

)1()(

cuc

Đ

TTPPT

K21

PT

K

1

b

b

PT

K

1

4.3.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có

mạch vòng dòng điện

Khi a = 1 thì hàm truyền hệ kín là

TTTapKT

pTpTpR bs

ss

;.2

)1)(1()( 21

1)12(2

1

)(

)(

pTpTpU

pU

ssđ

4.3.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh 2

thông số

1. Điều chỉnh từ thông

- Trong trường hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền của đối tượng có dạng

- Trong đó Uk là giá trị trung bình điện áp ra của bộ biến đổi

Rk, Tk là thông số dây quấn kích từ

Tv là hằng số thời gian dòng xoáy

Tsk là tổng các hằng số thời gian nhỏ trong mạch kích từ

)1)(1(

1.

1

)(

)(

skkkk

k

pTpTRpU

pI


thông số

Sensor từ thông

- Trong đó Kv là hệ số khuếch đại vi phân tức là độ

nghiêng của đặc tính từ hóa tại điểm làm việc

- Tham khảo sơ đồ trong sách

- Việc tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện

kích từ để điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn

do các thông số mạch kích từ thay đổi mạnh khi

điều chỉnh

constT

T

v

k v

v

k pT

K

pI

p

1)(

)(


thông số

-2. Điều chỉnh sức điện động

- Để giữ đc giá trị sức điện động E = KΦ = hằng

số cần phối hợp điều chỉnh tốc độ và điều chỉnh

từ thông

- Để thực hiện được sensor sức điện động đơn giản

là dùng các mạch đo điện áp và dòng điện phần

ứng: E(p) = Us(p) – Rư(1 + pTư)I(p)

- Khi tốc độ thay đổi, qua sensor tốc độ và khối trị

tuyệt đối N2 sẽ đưa tín hiệu điều chỉnh độ dốc của

phần tuyến tính của khối N1 vì


thông số

- Do đó độ dốc của khối N1 là

- Khối N1 - có thể thực hiện bằng mach khuếch đại

kiểu thông số

- Khối Sok(p) có hàm truyền của mạch kích từ là:

đm

đmKKp

pE

)(

)(

đm1KN

)1)(1(

11)(

skk

v

k

okpTpT

pT

RpS


thông số

EđRik BĐ Sok(p)

S K

Sik

SEE

N1

N2

U

ikUk

_

Uikđ

RE

_ pT

pT

1

21

v

v

pT

K

1


thông số3. Điều chỉnh hai thông số

Trong các hệ thống truyền động đặc biệt cần điều chỉnh cả hai đại lượng điện áp phần ứng và dòng điện kích thích, như các máy phát hãm trong hệ thống điều chỉnh sức căng. Có thể điều chỉnh lần lượt hoặc đồng thời cả điện áp và từ thông.

Cách đơn giản là ghép hai sơ đồ điều chỉnh tốc độ và sức điện động

Trong vùng điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản thì giá trị đặt của dòng điệnkích từ là không đổi, tương ứng với ía trị không đổi của từ thông. Khi sức điện động đặt đến giá trị đặt thì qua khâu logic giá trị này được so sánh với giá trị Eđ sai lệch đc điều chỉnh bởi bộ điều chỉnh RE tạo dòng điện Ikt sao cho khi tăng tốc độ thì từ thông giảm. Trong chế độ xác lập ta luôn có:

KΦ = Eđ

Documents

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN li/Tai_lieu/Tai_lieu_ly_moi_1/DIEN_TU/Dieu_khien... · Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ . 4.1 Động