TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 4
Máy xúc, hay máy đào, là thiết bị cơ giới đa năng chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng và khai khoáng Thiết bị này hoạt động như một "xẻng máy" với cơ cấu tay cần gắn liền với gầu đào, cho phép thực hiện các thao tác như đào, xúc, múc và đổ đất đá cũng như các loại khoáng sản và vật liệu xây dựng Trong ngành xây dựng, máy xúc đóng vai trò quan trọng trong công tác đất, đồng thời tham gia vào các hoạt động giải phóng mặt bằng, phá dỡ công trình và bốc xếp, vận chuyển vật liệu.
Việc phân loại máy xúc được thực hiện dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, cho phép chúng ta phân loại theo các phương pháp đa dạng.
Theo nguyên lý làm việc, có thể phân chia máy đào thành 2 nhóm chính:
- Nhóm máy đào một gầu, là nhóm máy đào làm việc theo chu kỳ, lặp đi lặp lại, bao gồm các cơ cấu vận hành tay gầu sau:
Máy xúc thủy lực hoạt động nhờ vào hệ thống xi lanh thủy lực để điều khiển gầu đào, trong khi máy xúc truyền động cáp sử dụng cơ cấu tời cáp để vận hành gầu đào.
- Nhóm máy đào làm việc liên tục, đây là loại máy đào nhiều gầu Theo cơ cấu di chuyển
+Máy xúc gầu sấp, còn gọi là máy đào gầu sấp hay máy đào gầu ngược
Máy cuốc (nghịch) backhoe hay hoe là thiết bị lý tưởng cho việc đào đất, đá và các vật liệu nằm ở độ sâu thấp hơn hoặc ngang bằng với vị trí máy đứng.
Máy xúc gầu ngửa, hay còn gọi là máy đào gầu ngửa hoặc máy đào gầu sấp, là thiết bị lý tưởng cho việc đào đất đá và các vật liệu nằm ở vị trí cao hơn so với máy.
Máy xúc lật là thiết bị lý tưởng cho việc đào, bốc, dỡ và vận chuyển các loại vật liệu xây dựng rời cũng như đất xây dựng mềm (cấp I, II) Nó hoạt động hiệu quả ở độ cao ngang hoặc thậm chí cao hơn so với vị trí của máy.
+ Máy đào gầu dây (còn gọi là máy đào gầu quăng)
1 2 Thực trạng sử dụng máy xúc điện ở Việt nam
Trong ngành khai thác khoáng sản, đặc biệt là khai thác than lộ thiên, máy xúc đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động Máy xúc điện, với ưu thế vượt trội về năng suất và khả năng bốc xúc đất đá cứng, đang được ưa chuộng tại các khai trường lộ thiên ở Việt Nam Các dòng máy xúc chủ yếu được sử dụng bao gồm ЭKΓ 12ΚΓ - 4,6 và ЭKΓ 12ΚΓ.
- 5A, ЭKΓ 12ΚΓ 8И và ЭKΓ 12ΚΓ - 10 Đây là các dòng máy xúc điện của Liên Xô (cũ) và của Nga, Ukraina sau này
Hệ thống điều khiển điện của các máy xúc tại các mỏ chủ yếu được nhập khẩu từ Liên Xô vào những năm 70 và 80, sử dụng công nghệ điều khiển khuếch đại từ máy phát động cơ Các thông số đặc trưng của các loại máy xúc này được trình bày trong bảng 1.
TT Các thông số kỹ thuật Đơn vị ЭΚΓ 4,6ΚΓ 4,6 ЭΚΓ 4,6ΚΓ - 5A ЭΚΓ 4,6ΚΓ 8И
Chiều cao đào tối đa khi công tác đầu cuối ở trạng thái làm việc Hx m 20,20 20,20 15,60
5 Bán kính dỡ tải lớn nhất Rp m 22,10 22,10 17,90
6 Chiều cao dỡ tải lớn nhất
7 Chu kỳ làm việc khi máy quay 90 0 gy 23,00 23,00 26,00
11 Áp lực nén trên đất kg/cm 2 2,00 2,15 2,05
12 Công suất động cơ dẫn động kW 250,00 250,00 525,00
13 Điện áp cung cấp kV 6,00 6,00 6,00
Bảng 1 1 Thông số kỹ thuật một số máy xúc ЭΚΓ 4,6ΚΓ [2]
1 Công ty CP Than Núi Béo Vinacomin 4 2 máy loại B
2 Công ty CP than Hà Tu - Vinacomin 10 4 máy loại B
3 Công ty CP Than Cọc Sáu 22 10 máy loại B
4 Công ty CP Than Cao Sơn 11 3 máy loại B
5 Công ty CP Than Đèo Nai 12 5 máy loại B
6 Công ty mỏ tuyển đồng Sin Quyền
Với sự hợp tác chặt chẽ giữa Việt Nam, Liên Xô (cũ) và các quốc gia Đông Âu, phần lớn thiết bị công nghiệp, đặc biệt là máy móc khai thác mỏ như máy xúc, đã được nhập khẩu từ các nước này trong những năm 70 và 80 của thế kỷ trước Kết quả khảo sát về tình hình quản lý và vận hành máy xúc ЭKΓ 12KΓ4,6; 5A tại các mỏ khai thác lộ thiên đã được trình bày trong Bảng 1.
Bảng 1 2 Số lượng và sản lượng của máy xúc ЭΚΓ 4,6KΓ4,6; 5A [12]
Theo khảo sát, các máy xúc ЭKΓ 12KΓ4,6; ЭKΓ 12KΓ 5A và ЭKΓ 12ΚΓ 8И chủ yếu được sử dụng tại các mỏ lộ thiên của Tập đoàn TKV, với tổng số 57 máy hoạt động từ 25 đến 35 năm và đã trải qua nhiều lần trung đại tu Trong khi đó, các máy xúc ЭKΓ 12KΓ10, được đưa vào sử dụng từ khoảng năm 2007, có nhiều ưu điểm về cơ cấu và thiết bị công nghệ, nhưng chỉ chiếm 16,17% tổng số máy tại 5 mỏ lộ thiên.
Số liệu cho thấy rằng số lượng máy xúc tại các mỏ than Việt Nam vẫn còn rất lớn Sản lượng và năng lượng tiêu thụ cho thấy máy xúc điện vẫn đóng vai trò quan trọng trong quá trình khai thác than.
1 3 Hệ thống điều khiển truyền động của máy xúc
1 3 1 Các cơ cấu cơ bản của một máy xúc điện
Cấu trúc của máy xúc là một hệ thống phức tạp, bao gồm nhiều thành phần khác nhau Các cơ cấu chuyển động chính tạo nên cấu trúc cơ bản của máy xúc, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và khả năng hoạt động của thiết bị.
Cơ cấu quay bàn quay được lắp đặt trên hệ thống di chuyển bằng bánh xích, cho phép bàn quay xoay 360 độ quanh trục của máy Thiết bị này có khả năng quay sang trái hoặc phải, mang lại sự linh hoạt trong quá trình vận hành.
Gàu và tay gầu được lắp trên bàn quay, cho phép tay gầu và gàu xúc di chuyển theo gương tầng nhờ cơ cấu đẩy tay gầu và cáp kéo của hệ thống nâng/hạ gàu Quá trình bốc xúc diễn ra nhờ sự kết hợp của hai cơ cấu: cơ cấu đẩy tay gầu tạo ra bề dày lớp cắt, trong khi cơ cấu nâng hạ gầu định hình đường di chuyển của gầu theo gương tầng Tải được chuyển từ gàu xúc sang các phương tiện khác thông qua cơ cấu mở đáy gầu, được lắp trên thành thùng xe của máy xúc.
Hình 1 1 Cơ cấu cơ bản của máy xúc
Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: nâng/hạ gầu, ra/vào tay gầu và quay Bên cạnh đó, máy còn có một số
Cơ cấu nâng cần gầu: Nâng lên và hạ xuống nhờ động cơ quay ru lô cáp;
Cơ cấu di chuyển máy xúc: Máy xúc có thể di chuyển tịnh tiến hoặc lùi hoặc chạy sang trái hoặc phải;
Cơ cấu đóng mở đáy gầu: Để đổ vật liệu vào xe chuyên chở người ta sử dụng chuyển động đóng mở đáy gầu v v…
1 3 2 Yêu cầu truyền động máy xúc
Trong máy xúc điện, các cơ cấu truyền động chính bao gồm [32]:
Cơ cấu nâng hạ: dùng đề điều khiển kéo tay gầu di chuyển lên theo phương thẳng đứng;
Cơ cấu vào ra: Dùng để di chuyển tay gầu theo phương ngang;
Cơ cấu quay: Dùng để xoay máy xúc từ vị trí xúc tới vị trí xả tải;
Cơ cấu đóng mở đáy gầu: Dùng để đóng mở gầu để xúc và xả tải
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 44
2 1 Cấu trúc hệ thống truyền động [45]
Dựa trên những nghiên cứu về cấu trúc hệ truyền động điện của máy xúc điện trong chương 1, sơ đồ khối chức năng của hệ truyền động máy phát động cơ đã được mô tả rõ ràng.
Kích từ U kt Máy phát
Hình 2 1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện
Trong sơ đồ cấu trúc hệ thống, điều khiển được thực hiện qua việc điều chỉnh từ thông kích từ của máy phát điện áp điều khiển kích từ (Uđkkt) vào bộ biến đổi, tạo ra điện áp Ukt tương ứng Điện áp kích từ này sinh ra dòng điện Ikt từ thông kích từ MF, tạo sức điện động E mf cấp vào mạch phần ứng động cơ, từ đó tạo ra mô men quay cho hệ truyền động Tùy thuộc vào chế độ làm việc và đặc điểm tải, hệ truyền động sẽ quay với tốc độ khác nhau Để lựa chọn và tính toán bộ điều chỉnh cho hệ thống điều khiển tự động truyền động điện máy xúc, cần phân tích và xây dựng mô hình toán học của hệ thống máy phát động cơ Trong nội dung tiếp theo, tác giả sẽ phân tích các thành phần của hệ thống để đưa ra mô hình toán của chúng.
2 2 Mô hình toán học máy phát [48],[49]
Hệ thống máy phát bao gồm các khối kích từ và khối máy phát, được thể hiện trong sơ đồ tương đương (Hình 2.2) Sơ đồ này mô tả cấu trúc của máy phát và bộ biến đổi điện áp kích từ.
Hình 2 2 Sơ đồ bộ biến đổi dùng IGBT
Sơ đồ tương đương của hệ thống bao gồm bộ biến đổi IGBT (bộ biến đổi DCDC) tạo ra điện áp kích từ U ktmf cho máy phát Cuộn dây kích từ được mô tả bởi các phần tử điện trở Rktmf và điện cảm Lktmf, trong đó từ thông của dòng điện trong cuộn dây sẽ cảm ứng lên stator máy phát một sức điện động Emf.
Trên sơ đồ tương đương Hình 2 2, bộ biến đổi điện áp một chiều IGBT được xem như một khâu quán tính với hằng số thời gian trễ tương ứng với thời gian đáp ứng của mạch điện tử công suất Hàm truyền đạt của bộ biến đổi này sẽ có dạng nhất định.
K ktmf là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi điện áp một chiều, được xác định bằng tỉ số giữa điện áp định mức kích thích Uđmktmf và điện áp điều khiển kích thích U dkkt.
Hệ số truyền động của mạch kích từ
Điện áp định mức cuộn dây kích từ máy phát (Uđmktmf) và điện áp điều khiển định mức (Uđkkt) đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hiệu suất của máy phát Hệ số khuếch đại bộ biến đổi (Kf) ảnh hưởng đến khả năng khuếch đại tín hiệu Hằng số thời gian của mạch điện áp kích từ máy phát (Tktmf = Tdt = 0,01s) cho thấy thời gian cần thiết để điện áp kích thích được áp dụng lên cuộn dây, từ đó tạo ra dòng điện cần thiết cho hoạt động của máy phát.
Trong máy phát, điện áp kích từ và từ thông tương ứng có thể được biểu diễn qua sơ đồ tương đương Phương trình cân bằng dòng điện trên mạch kích từ của máy phát được thể hiện bằng công thức: \(u_{ktmf} \approx R_{ktmf} i_{ktmf}\).
Thực hiện biến đổi Laplace với biểu thức (2 3) ta được u ktmf (s) i ktmf (s)[R ktmf sL ktmf ] (2 4)
Rktmf là điện trở kích từ của máy phát, trong khi Lktmf là điện trở kháng kích từ của máy phát Sức điện động cảm ứng trên stator của động cơ được xác định bởi công thức e mf ≈ Kφ mf ≈ ω mf.
Nếu coi máy phát làm việc ở vùng tuyến tính với tốc độmf là không đổi thì: e mf K mf mf K mf i ktmf (2 6)
Từ (2 4) và (2 6) ta có hàm truyền đạt của máy phát được xác định bởi:
(2 7) Trong đó T ktmf là hằng số thời gian của mạch kích từ máy phát được xác định bởi:
2 3 Mô hình toán học hệ máy phát động cơ a Cấu tạo máy điện một chiều b Sơ đồ thay thế tương đương
Hình 2 3 Cấu tạo và sơ đồ tương đương của máy điện một chiều
Máy điện một chiều, bao gồm động cơ và máy phát, được cấu tạo từ hai phần chính: phần tạo từ trường kích thích và phần tương tác với từ trường để tạo ra mô men quay cho động cơ.
Phần kích từ của động cơ điện một chiều bao gồm các cuộn dây quấn quanh các cực từ trên phần tĩnh của động cơ Khi có dòng điện một chiều chạy qua, các cuộn dây này tạo ra một từ trường tĩnh, được tập trung ở các khe hở quanh cực từ Trong sơ đồ tương đương, phần kích từ được biểu diễn bằng một mạch RL, tương ứng với điện trở và điện cảm của cuộn dây kích từ.
Phần ứng của động cơ bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi thép kỹ thuật Khi dòng điện i chạy qua cuộn dây, nó tương tác với từ trường, tạo ra lực từ vuông góc với hướng của từ trường và dòng điện theo quy tắc bàn tay trái Các lực từ này sinh ra mô men khiến rotor quay, tạo ra từ trường biến thiên trong khung dây phần ứng, từ đó cảm ứng một sức điện động eu Sơ đồ mạch điện tương đương của phần ứng động cơ điện một chiều được thể hiện dưới dạng mạch RLE.
Hình 2 4 Sơ đồ tương đương mạch phần ứng
Hệ thống truyền động điện máy phát động cơ được mô tả qua mạch điện thay thế, trong đó phần ứng của máy phát được kết nối nối tiếp với phần ứng của động cơ, như thể hiện trong Hình 2 4.
Theo đó phương trình cân bằng điện áp trên mạch điện thay thế của hệ máy phát động cơ được thể hiện bởi: e umf e udc i u R u L u
Trong hệ thống điện, Rumf là điện trở phần ứng của máy phát, trong khi Rudc là điện trở phần ứng của động cơ Lumf đại diện cho điện cảm phần ứng của máy phát, còn Ludc là điện cảm phần ứng của động cơ Sức điện động trên mạch phần ứng của động cơ tỉ lệ thuận với tốc độ làm việc của nó, với Ce là hằng số sức điện động và CM là hằng số mô men của động cơ.
Trong thực tế hằng số sức điện động (Ce) và hằng số mô men (CM) của
1 u s động cơ là sấp xỉ nhau và được gọi chung là hằng số cấu tạo của động cơ (C)
Đối với các hệ truyền động điện máy phát động cơ, khi sức điện động máy phát được cung cấp cho nhiều động cơ mắc nối tiếp, hằng số C được xác định theo công thức: C = Ce = CM.
Với n là số động cơ được mắc nối tiếp với máy phát
Dựa vào cấu trúc điều khiển Hình 2 1, Hàm truyền đạt của hệ máy phát động cơ được xác định theo công thức:
Từ phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng (2 9) có:
Thay vào (2 15) thu được hàm truyền đạt trên mạch phần ứng của máy phát, động cơ:
2 4 Hàm truyền đạt của tải cơ học
MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 82
3 1 Tính toán các thông số của máy xúc ЭΚΓ 4,6ΚΓ 8И
Máy xúc ЭKΓ 12ΚΓ 8И được nghiên cứu để phân tích các đặc tính của hệ thống điều khiển truyền động Ward Leonard, sử dụng kích từ bằng IGBT Nghiên cứu tập trung vào khả năng điều khiển hệ thống trong chế độ nâng/hạ gầu Các thông số kỹ thuật của cơ cấu cũng được khảo sát để đánh giá hiệu suất hoạt động.
Bảng 3 1 Thông số máy phát động cơ của cơ cấu nâng / hạ [36]
BẢNG THÔNG SỐ TÍNH TOÁN MÁY XÚC ЭΚΓ 4,6КГ8И
STT Tên các thông số phần tử truyền động Phương trình Ký hiệu và Số liệu Ghi chú
1 Hệ số khuếch đại của mạch kích từ
(2 2) KΓ [18] kt 38,5 các thông số tính toán tra bảng 3 1
2 Hệ số mỏy phỏt U ủmmf nU ủmdc
3 Điện trở cuộn dây kích từ máy phát (Ω))
4 Hàm truyền của cuộn dây kích từ máy phát
T ktmf xác định bằng đường cong từ hóa của máy phát
5 Hàm truyền kích từ máy phát
6 Điện trở phần ứng động cơ
R uủc 0,0115 cỏc thụng số tính toán tra
Bảng 3 2 Thông số tính toán thu được của máy xúc ЭΚΓ 4,6ΚΓ 8И [36]
7 Điện trở phần ứng máy phát điện
8 Điện trở tổng của mạch phần ứng R u n R udc R umf R u = 0,0355 Ω)
9 Điện cảm phần ứng động cơ
10 Điện cảm phần ứng máy phỏt U ủmmf
11 Điện cảm tổng của máy phát và động cơ L u n L udc L umf L u 0 0037859 H
12 Hằng số thời gian của mạch phần ứng
13 Hàm truyền hệ thống máy phát động cơ
14 hằng số sức điện động của động cơ
15 Hệ số phản hồi dòng kích từ máy phát
16 Hàm truyền của mạch điều khiển kích từ
17 Hàm truyền kích từ kín (2 32) 2,9
18 Hệ số phản hồi máy phát U tcpu k omf
19 Hàm truyền điều khiển phần ứng
20 Hàm truyền kín của mạch phần ứng
21 Hệ số phản hồi tốc độ U tcủc k on
22 Hàm truyền điều khiển của mạch tốc độ
23 Hàm truyền tốc độ (2 42) 1 Nm
24 Momen cản của tải P ủm
3 2 Mô phỏng hệ thống điều khiển truyền động với PID kinh điển
3 2 1 Xây dựng mô hình mô phỏng
Mục đích của việc mô phỏng:
Việc phân tích hệ thống thực tế thường gặp nhiều phức tạp, do đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp hạn chế việc khảo sát trên thiết bị đang hoạt động Phần mềm này cho phép dễ dàng khảo sát và thực hiện các thay đổi khi cần cải tiến thiết bị, mà không gây ảnh hưởng đến máy móc thực tế trong quá trình sản xuất.
Kiểm tra, tinh chỉnh thiết bị khi lựa chọn phương án và đưa thiết bị vào sử dụng;
Đánh giá đặc tính làm việc trong điều kiện dự kiến trước, hoặc ngay trong giai đoạn hệ thống còn đang trong giai đoạn thiết kế, khảo sát;
So sánh, lựa chọn được giải pháp tối ưu
Với mục đích đó sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển truyền động điện máy xúc được thực hiện bằng Matlab Simulink được xây dựng như trên Hình
Mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên cấu trúc hệ truyền động điện máy phát - động cơ của máy xúc, đã được phân tích trong chương 2 Mô hình này bao gồm hai phần chính: mô hình đối tượng điều khiển (máy phát - động cơ và bộ biến đổi điện áp kích từ) và mô hình các bộ điều chỉnh P, PI Hệ thống tạo thành ba mạch vòng điều khiển: mạch vòng điện áp kích từ, mạch vòng dòng điện phần ứng và mạch vòng điện áp phần ứng Đặc biệt, trong mạch vòng dòng điện, để đạt được đặc tính của máy xúc, một cấu trúc giới hạn dòng điện phần ứng đã được triển khai, như minh họa trong Hình 3.1.
-K- Dien ap KT k_kt t_kt s+1
May phat TFTu thong BH
PHẦN ĐIỀU KHIỂN koc ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
Hình 3 1 Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển nâng hạ gầu sử dụng PID
Tín hiệu tốc độ phản hồi được sử dụng để xác định giới hạn dòng điện theo đặc cơ điện của máy xúc Giá trị giới hạn này sẽ được so sánh với giá trị tham chiếu dòng điện từ bộ điều chỉnh tốc độ; nếu giá trị vượt quá giới hạn, bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh về giá trị giới hạn Ngoài ra, trong cấu trúc hệ thống, đạo hàm của tốc độ cũng được tính toán và đưa vào mạch phản hồi nhằm chống lại hiện tượng dao động cơ học Các tham số mô hình đã được tính toán dựa trên dữ liệu và số liệu được trình bày ở mục 3.2.
Hình 3 2 Cấu trúc giới hạn dòng điện theo đặc tính máy xúc
3 2 2 Kết quả mô phỏng với bộ điều chỉnh PID
Sử dụng mô hình mô phỏng trong Hình 3.1, các mô phỏng cho hệ thống truyền động điện của máy xúc đã được thực hiện với nhiều trường hợp tải khác nhau.
Khởi động động cơ với điện áp điều khiển 10V, điều chỉnh từ trạng thái non tải (mô men cản 50% định mức) đến quá tải (mô men cản 150% định mức) cho thấy các kết quả đáng chú ý như được trình bày trong Hình 3.7, Hình 3.9 và Hình 3.13.
Khởi động động cơ với điện áp điều khiển 10V cho phép thay đổi từ định mức (mô men cản 100% định mức) đến quá tải (mô men cản 150% định mức) Các kết quả thu được được trình bày trong các hình 3.5, 3.6, 3.11 và 3.14.
Khởi động động cơ sử dụng điện áp điều khiển 10V, khi thay đổi từ trạng thái quá tải (mô men cản 150% định mức) đến định mức (mô men cản 100% định mức), chúng ta thu được các kết quả như được trình bày trong Hình 3.3, 3.8 và 3.12.
Khởi động động cơ với điện áp điều khiển 10V cho phép thay đổi từ trạng thái quá tải, với mô men cản đạt 150% định mức, đến trạng thái non tải, khi mô men cản giảm xuống còn 50% định mức Kết quả thu được được thể hiện qua các hình 3 4 và 3 10.
Các kết quả thu được sau khi thực hiện mô phỏng
Hình 3 3 Sức điện động máy phát thay đổi từ quá tải đến định mức
Hình 3 4 Sức điện động máy phát thay đổi từ quá tải đến non tải
Hình 3 5 Sức điện động máy phát thay đổi từ định mức đến quá tải
Hình 3 6 Dòng điện phần ứng thay đổi từ định mức đến quá tải
Hình 3 7 Dòng điện phần ứng thay đổi từ non tải đến quá tải
Hình 3 8 Dòng điện phần ứng thay đổi từ quá tải đến tải định mức
Hình 3 9 Tốc độ động cơ thay đổi từ non tải đến quá tải
Hình 3 10 Tốc độ động tốc cơ thay đổi từ quá tải đến non tải
Hình 3 11 Tốc độ động tốc cơ thay đổi từ định mức đến quá tải
Hình 3 12 Dòng điện kích từ máy phát thay đổi từ quá tải đến tải đinh mức
Hình 3 13 Dòng điện kích từ máy phát khi thay đổi từ non tải đến quá tải
Hình 3 14 Dòng điện kích từ máy phát thay đổi từ tải định mức đến quá tải
Hình 3 15 Sai lệch khi non tải
Hình 3 16 Sai lệch khi tải định mức
Hình 3 17 Sai lệch khi quá tải
Tải Non tải Định mức Quá tải
Sức điện động máy phát Eu (V) 520 514 0
Dòng điện kích từ máy phát Ikt (A) 35 5 33 4 6
Tải Non tải Định mức Quá tải
Sai lêch Tốc độ (rad / s) 0 25 0 3 10 5
Sai lệch dòng điện phần ứng (A) 0 05 0 03 0
Sai lệch Dòng điện kích từ (A) 1 76 2 884 3
Kết quả thu được từ đặc tính mô phỏng trên các Hình 3 3; 3 4; 3 5; 3 6 ÷
3 14 được tổng hợp trong Bảng 3 1
Bảng 3 3 Thông số các thành phần ứng với momen khác nhau
Bảng 3 4 Sai lệch e khi tải khác nhau
Khi tăng tải tốc độ giảm, sức điện động phần ứng giảm, dòng điện phần ứng tăng, dòng điện kích từ giảm
Các giá trị đọc được từ các hình 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 đến 3.14 đều nằm trong giới hạn cho phép của máy xúc ЭKΓ 12ΚΓ 8И Khi máy hoạt động quá tải, giá trị dòng điện phần ứng có thể lên đến 2.5 lần dòng định mức, nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
Khi sử dụng các bộ điều khiển P, PI, PID cổ điển, khả năng điều khiển và đáp ứng của hệ thống truyền động đã đạt yêu cầu Tuy nhiên, để cải thiện tốc độ đáp ứng, cần áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại hơn.
Dựa vào các Hình 3.15, 3.16 và 3.17, chúng ta đã ghi nhận các thông số trong Bảng 3.2 Những giá trị thu được cùng với các sai lệch sẽ là cơ sở để nghiên cứu thuật toán điều khiển mờ, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống truyền động điện chính của máy xúc.
3 3 Thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển truyền động điện máy xúc
NCS đã trình bày việc ứng dụng bộ điều khiển PID để mô hình hóa ba mạch vòng trong hệ thống máy phát - động cơ, sử dụng ba bộ điều khiển PID khác nhau.
+ Mạch vòng điều chỉnh điện áp phần ứng (tốc độ động cơ)
+ Mạch vòng điều chỉnh dòng điện phần ứng
+ Mạch vòng điều chỉnh dòng kích từ máy phát
Để điều chỉnh và kiểm soát tốc độ động cơ, hai mạch vòng bên trong đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và ổn định của hệ thống truyền động Mặc dù các bộ điều khiển PID đã đáp ứng yêu cầu cho hệ truyền động điện trong máy xúc, nhưng trong môi trường khắc nghiệt và có độ nhiễu cao, việc sử dụng nhiều bộ điều chỉnh sẽ cải thiện hiệu quả điều khiển Đặc biệt, trong hệ thống truyền động điện máy phát - động cơ trong ngành khai thác mỏ, việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến và thông minh vẫn chưa được nghiên cứu sâu bởi các nhà khoa học trong nước.
Các bộ điều khiển PID truyền thống và các bộ điều khiển hiện đại như tối ưu, thích nghi, bền vững, cùng với các hệ thống điều khiển tiên tiến như điều khiển mờ và điều khiển bằng mạng nơron, đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Những công nghệ này đã được các nhà khoa học trong nước và quốc tế nghiên cứu và áp dụng vào nhiều lĩnh vực công nghiệp.