hệ thống điều khiển đồng bộ tốc độ nhiều động cơ

Truyền động nhiều động cơ thờng đợc sử dụng trong dây truyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của nhiều thiết bị công nghệ, mỗi một truyền đ

i Hệ truyền động nhiều động cơ

1.1 Yêu cầu công nghệ đối với hệ truyền động nhiều động cơ.

Truyền động nhiều động cơ thờng đợc sử dụng trong dây truyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của nhiều thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ

Tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thớc, vật liệu cũng nh yêu cầu chất lợng đòi hỏi các cấu trúc của hệ truyền động điện đơn giản hay phức tạp

Trong sản xuất công nghiệp, chúng ta thờng gặp ở các máy cán liên tục, máy xeo giấy, trong công nghiệp dệt và sản xuất thuỷ tinh, v.v…

Đặc tính của truyền động nhiều động cơ cho các dây truyền công nghệ sản xuất liên tục gồm các yêu cầu cơ bản:

- Tất cả truyền động thành phần đều phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi trong cả chế độ tĩnh và động, ta gọi là yêu cầu đồng bộ hoá tốc độ

- Đối với dây chuyền sản xuất các vật liệu thay đổi, hoặc bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc thờng tỷ lệ này thay đổi không lớn, vùng điều chỉnh tốc độ O(2:1 đến 6:1)

- Một số dây truyền yêu cầu chất lợng sản phẩm cao nh độ đồng đều vật liệu cao sai số ít Nh vậy hệ truyền động phải đảm bảo độ chính xác điều chỉnh cao

-Một số vật liệu đợc sản xuất trong dây truyền liên tục có yêu cầu về chủng loại, tính chất đặt ra yêu cầu phải giữ sức căng không đổi Vì vậy yêu cầu hệ truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và cả lực kéo

Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh phụ thuộc vào loại liên kết cơ giữa các động cơ thành phần

+ Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của từng động cơ phải tuyệt đối cứng

+ Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn, lực cân bằng truyền qua vật liệu cứng nh vậy việc đồng bộ hoá tốc độ có thể dùng đặc tính cơ của các động cơ thành phần mềm + Ơ các vật liệu băng của nó không truyền đợc lực kéo Nh vậy truyền động chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền động cơ còn lại, các truyền động này có

nhiệm vụ điều chỉnh gi mômen không đổi Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực căng giữa các cơ cấu truyền động

do các mạch điều chỉnh xác định

+ Nếu không đo đợc mạch vòng trực tiếp lực kéo, ngời ta phải tạo mạch vòng nhân tạo trong dây chuyền bằng tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng động cơ trong truyền

động

+ Ơ dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt nh giấy, vật liệu tổng hợp, v.v… thì tất cả các truyền động thành phần phải đợc giữ tốc

độ không đổi Ơ đây ta dùng phơng pháp đồng bộ bám tức là điều chỉnh tất cả các truyền động có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động của vật liệu

+ Đối với truyền động có cuộn cuốn cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đờng kính các cuộn vật liệu, hay nói cách khác là giữ tốc độ dài băng vật liệu không thay đổi

1.2 Hớng đề tài nghiên cứu.

Vấn đề đồng bộ hoá tốc độ trong các dây truyền công nghệ nêu trong mục 1.1 chúng ta thấy là rất rộng, rất nhiều vấn đề phải nghiên cứu và có rất nhiều hớng nghiên cứu giải quyết khác nhau ở đây em tập trung nghiên cứu

và mô phỏng việc đồng bộ hoá tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cấp riêng từng động cơ

Phơng pháp dùng nguồn cung cấp điện áp phần ứng chung có u điểm đơn giản, nhng đối với dây truyền công nghệ có sản phẩm thay đổi nh vật liệu hay bề dày thay đổi, nh vậy tốc độ đầu vào và đầu ra một trục có sự khác biệt, cho nên cần có sự chỉnh định riêng và phơng án dùng nguồn cấp riêng cho từng động cơ thích hợp hơn

Sơ đồ nguyên lý hệ dùng nguồn cấp riêng biệt:

Để đo tín hiệu sai lệch tốc độ, ta dùng triết áp PL, lúc đó bộ đo sai lệch tốc

có hàm truyền là khâu tích phân Bộ điều chỉnh về tốc độ dài phải là P hoặc

PD nếu dùng bộ điều chỉnh có thành phần tích phân thì hệ không ổn định Từ sơ đồ cấu trúc ta có hàm truyền của hệ hở:

II Trình tự tiến hành mô phỏng.

2.1 Tổng Hợp Mạch Vòng Dòng Điện

Sơ đồ cấu trúc:

Trong đó:

T =

u

u

R

L

: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng

Sơ đồ tơng ứng:

Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng :

Soi(p) =

) 1

)(

1 )(

1 )(

1 (

/ )

(

) (

u V

i dk

u i cl dk

i

pT pT

p T pT

R K K p

U

p U











ứng với điều kiện

Tsi = Ti + TV +Tđk <<T

Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có

Soi(p) =

) 1

)(

1

(

/

u si

u i cl

pT p

T

R K K





Theo tiêu chuẩn Modul đối xứng ta có hàm truyền hệ kín nh sau:

3 3 2

8 4

1

4 1

p p

p

p

F OD





























Mặt khác ta có

FODo(p) =

Soi p Ri

Soi p Ri

).

( 1

).

(



3 3 2

3 3 2 2

8 8 4 1

4 1 1

[ ) 1 (

).

.(

.

8 8 4 1

4 1 )

1 ( )

(

p p

p

p T

p p T K K

K R

p p

p

p F

S

F p

R

s C

i

u OM

o

OD









































































Chọn   T S ta có:

p T

K K

K R

p p

R

C i

u

S

8 ).

.(

.

4 1 )

(

2



















Vậy nó là khâu tỉ lệ tích phân (PI)

2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ.

Cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ :

Trong đó lấy hàm truyền của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các thành phần bậc cao

Viết gọn sơ đồ ta có:

Trong đó So =

) 1

( ) (

.





i

u

pT p

T K K

K R



Với

TS = 2Tsi + T rất nhỏ

áp dụng tiêu chuẩn modul đối xứng có:

3 3 2

8 4

1

4 1

p p

p

p

F OD





























3 3 2

3 3 2 2

8 8 4 1

4 1 1

[ ) 1 (

).

.(

.

8 8 4 1

4 1 )

1 ( )

(

p p

p

p T

p p T K K

K R

p p

p

p F

S

F p

R

s C

i

u OM

o

OD









































































Chọn   T S ta có:

p T

K K

K R

p p

R

C i

u

S

8 ).

.(

.

4 1 )

(

2



















Vậy nó là khâu tỉ lệ tích phân (PI)

Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống

điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều nh hình vẽ

2.3 Tính toán và mô phỏng hệ đồng tốc độ.

Các thông số cho trớc:

Pđm : công suất địng mức của động cơ 1.5 kw

Uđm : Điện áp định mức phần ứng 220 V

nđm : Tốc độ quay định mức 1500 V/ph

dm

 : Hiệu suất danh định của động cơ 90%

L : Điện cảm phần ứng 0,2 H

Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S

TV : Hằng số tời gian bộ chỉnh lu 0,0025 S

Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lu 0,0001S

T : Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001S

Ta có:

260n 9,n55  dm 15009,55





Mđm =

157

1500



dm

dm

P

Iđm =

220

1500



dm

dm

U

P

= 6,82 A

82 , 6

55 , 9





dm

dm

I

M

Tính R gần đúng theo công thức

R =

0,5(1-82 , 6

220 ) 9 , 0 1 ( 5 , 0

dm

dm dm I U

T =

6

,

1

2

,

0



u

u

R

L

= 0,125S MÆt kh¸c ta cã:

U® = U®k.Kcl

Chän U®k = 10V => Kcl =  

10

220

dk

dm U

U

22 Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh:

p T

K K

K R

p p

R

C i

u

S

8 ).

.(

.

4 1 )

(

2



















Cã Tsi = Ti + Tv+T®k = 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S

Chän Ui® = 7V

=> Ki =

82 , 6

7



dm

id

I

U

= 1,02

42 , 1

6 , 1 45 , 2 )

(K 

JR u

= 2 S

2 4 , 1

6 , 1 ).

u

T

K

R

Ud =  K

Chän Ud = 10 V

=>K = 0 , 064

157

10



Víi

TS = 2Tsi + T = 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S

Víi

TS = 2Tsi + T = 2.0,0062 +0,0001 = 0,0125 S

1 00001

0 868 , 2

04 , 0 1

01 , 0 8 2 4 , 1 02

1

064 , 0 6 ,

1

01 , 0 4 1

2











p p

p p

p

Sơ đồ mô phỏng

Mô hình động cơ 1

Mô hình động cơ 2

2.4 Kết quả và nhận xét.

*Kết quả:

Kết quả mô phỏng khi động cơ 1 đặt tải là xung chữ nhật, động cơ2

đặt tải ngẫu nhiên

* Khi 2 động cơ đặt cùng tốc độ:

- Tốc độ:

- Dòng điện:

* Nhận xét:

Từ kết quả mô phỏng ta thấy trên mô phỏng khi ta tổng hợp bộ điều khiển theo môdun đối xứng và tổng hợp hệ đồng tốc theo nguyên tắc điều chỉnh tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cung cấp riêng từng

động cơ thì đã đáp ứng đợc yêu cầu của hệ truyền động nhiều động cơ: Cần

đồng bộ tốc độ hoặc điều chỉnh tốc độ sau có thể nhanh hơn hoặc chậm hơn

động cơ trớc một đại lợng cần thiết, khi đó khắc phục đợc nhợc điểm của hệ dùng phơng pháp bù điện áp phần ứng

Tài liệu tham khảo

Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn

Nghi

điều chỉnh tự động truyền động điện

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

Năm – 2004