Thiết kế mạch tổng hợp và khuếch đai tín hiệu

Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện phần iv xây dựng đặc tính tĩnh Lớp K35IA 1 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Đ4-1: khái niệm Đặc tính tĩnh có bản chất là mô tả chất lợng tĩnh, sai số tốc độ, độ trơn điều chỉnh của một hệ thống thông qua giá trị độ cứng đặc tính . Việc xây dựng đặc tính dựa trên quan hệ giữa tốc độ và dòng điện: n = f(I)vì M = K I mà K = const. Do hệ thống của ta có các phần tử làm việc ở vùng phi tuyến và vùng tuyến tính cho nên khi xây dựng đặc tính cơ cần phải có các giả thiết sau: - Động cơ làm việc với mạch từ cha bão hoà (chế độ định mức). - Đã bù đủ phản ứng phần ứng. - Hệ số khuyếch đại của BBĐ là hằng số. - Tiristor là phần tử không có quán tính điện từ. - Điện trở R = const trong suốt quá trình làm việc. ở đây ta xây dựng đặc tính với dòng tải là liên tục (điều này mới có ý nghĩa cho việc khảo sát chất lợng tĩnh). Lớp K35IA 2 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Đ4-2: xây dựng đặc tính tĩnh I. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Để xây dựng đợc đặc tính cơ tĩnh ta phải thiết lập đợc sơ đồ cấu trúc của hệ thống nhờ việc thay thế từng khâu bởi hàm truyền của chúng. Vì đây là chế độ tĩnh nên các thông số biến đổi (toán tử) p = 0, nh vậy hàm truyền của các khâu là hằng số. Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống nh sau: II. Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống. Từ sơ đồ cấu trúc ta có: {[( U cđ - n).K n - .[I].K I .K - I.R }.K Đ . n = K K.K.K.1 KRI]I.[K.K.KU.K.K.K.K ĐnI Đ\\ĐIcdĐIn + . Với I = I - I ng . Khi khâu phản hồi âm dòng có ngắt cha tác động suy ra I < 0. n = K1 K.R.IK.U Đ\\cd . + . Đây là phơng trình đặc tính cơ tĩnh của hệ thống. III. Xây dựng đặc tính Tốc độ lớn nhất của động cơ bị giới hạn bởi độ bền cơ học và liên kết giữa các phần tử quay. Khi ở tốc độ cao các phần tử này phải chịu một lực điện và lực ly tâm lớn có thể làm vỡ, bung động cơ và dây quấn động cơ. Mặt khác khi tốc độ quá lớn, do động cơ lấy điện qua vành góp nên tại cổ góp sẽ phát sinh ra các tia lửa điện có thể làm hỏng vành góp. Lớp K35IA 3 K I K n K K Đ R \ I \ I ng n U cđ Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Để đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị tín hiệu thì đặc tính cơ cao nhất phải đợc xây dựng ứng với đờng có n đm = 3000 v/ph. 1. Đờng đặc tính cơ cao nhất Khi này ta coi hệ thống nh không có khâu phản hồi âm dòng có ngắt. Phơng rình đặc tính cơ: n = K + 1 KRIU.K Đ\\cd . Trong đó: K: Hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống. R : Tổng trở mạch phần ứng. K Đ : Hệ số khuyếch đại của động cơ. Để dảm bảo cho hệ thống làm việc lâu dài tín hiệu thì đờng đặc tính cơ cao nhất khi này có điện áp chủ đaọ lớn nhất. Ta có: U cđmax = K )KRI()1(n Đ\\dm K ++ = 3000 1 0 003 95837 9 14 7384 34 343 95837 9 07883 ( , . ,23) . , . , ,23 , + + = (V). Đờng đặc tính này đi qua điểm định mức B 1 (9; 3000) và điểm không tải lý tởng A 1 (0, n 0max ). Với n 0max = K1 U.K 1 KRIU.K maxcdĐ\\maxcd K + = + . 8,3015 23,95837.003,01 07883,9.23,95837 = + = (v/ph). A 1 (0; 3015,8); B 1 (9; 3000) 2. Đặc tính cơ khi có cả hai khâu cùng tác động +) Xác định điểm C 1 (I ng ; n ngmax ) Khi phụ tải tăng tới giới hạn I = 1,5.I đm thì khâu hạn chế dòng sẽ làm việc. Khi này khâu phản hồi âm tốc độ vẫn làm việc trong vùng tuyến tính. Ta có phơng trình đặc tính cơ: n = K K + 1 KRIK.K).II.(U.K Đ\\ĐngIcd . I ng1 = 1,5.I đm = 1,5.9 = 13,5 (A). Lớp K35IA 4 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Tại thời điểm I = I ng I = 0. n ng = K + 1 KRIU.K Đ\1ngcd . = 1,2992 23,95837.003,01 343,34.7384,14.5,1307883,9.23,95837 = + (v/ph). Vậy điểm C 1 (13,5; 2992,1). +) Xác định điểm làm việc bão hoà D 1 (I bh ; n bh ): Căn cứ vào mạch khuếch đại thuật toán và căn cứ vào mạch IC sử dụng ta có nhận xét: khi IC làm việc ở chế độ bão hoà: U bh = U cc - (1,5 ữ 2) (V) Với loại IC của hệ thống U bh = 13 (V) Khi phản hồi âm tốc độ bão hoà chỉ có phản hồi âm dòng có ngắt tham gia. n=[[U bh - .(I-I ng )].K I .K -I.R ].K Đ (1) - Xác định giá trị : I d = ( 2,2 ữ 2,5 ).I đm (A) Ta chọn: I d = 2,5.I đm = 2,5.9 = 22,5 (A) Tại điểm dừng n = 0, I = I d thay vào phơng trình (1) ta có: [[U bh - .( I d - I ng )].K I .K - I d .R ].K Đ = 0 K = 58,235 Mà ta có: K TG = K n .K I = 47,9195 - Xác định K n và K I : Chọn K I = 0,5 suy ra K n = 84,95 5,0 9195,47 K K I TG == = ngd I d bh II K.K R.I U u = = 5,135,22 235,58.5,0 7384,14.5,22 13 0,179 Vậy = 0,179 - Xác định điểm ứng với tốc độ bão hoà: áp dụng phơng trình khi sảy ra bão hoà: Lớp K35IA 5 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện U bh = ( U cđmax - .n bh ).K n n bh = n bh maxcd K U U = 2981 003,0 84,95 13 07883,9 = (v/ph) - Xác định dòng điện bão hoà ứng với tốc độ bão hoà chỉ còn phản hồi âm dòng có ngắt tham gia: Tại n = n bh thì I = I bh từ phơng trình: n bh = [[U bh - .( I bh - I ng )].K I .K - I bh .R ].K Đ Với n bh = 2981(v/ph) I d = 22,5(v/ph) = 0,179 K Đ =34,343 I ng = 13,5 (A) K I = 0,5 U bh = 13 (V) R = 14,7384() I bh = u RK.K. K n K.K.I.K.K.U I Đ bh IngIbh + + = 7384,14235,58.5,0.179,0 343,34 2981 235,58.5,0.5,13.179,0235,58.5,0.13 + + =17,75 (A) Vậy điểm bão hoà là: D 1 ( 17,75; 2981) 4. Xây đựng đờng đặc tính cơ thấp nhất (I = I đm , n = n min , U đk = U đkmin ) Với dải điều chỉnh D = 10/1, nên tốc độ định mức ứng với đờng đặc tính cơ thấp nhất là: n đmmin = 300 10 3000 D n maxdm == (v/ph). I đm = 9 (A). U cđmin = K K.R.I)1(n Đ\dmmindm K ++ 9506,0 23,95837 343,34.7384,14.9)23,95837.003,01(300 = ++ = 6 (V). Tốc độ không tải lý tởng nhỏ nhất là: Lớp K35IA 6 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện n 0min = 789,315 23,95837.003,01 95066,0.23,95837 1 .U.K mincd = + = + K (v/ph). Vậy B 2 (I đmmin ,n đmmin ) = B 2 (9; 300). A 2 (0; 315,789). - Xác định điểm C 2 trên đờng đặc tính cơ thấp nhất. Khi dòng điện I = 1,2I đm thì khâu ngắt dòng bắt đầu tham gia ứng với tốc độ n ngmin trên đờng đặc tính cơ thấp nhất. ở tốc độ thấp nhất khi đó bộ điều chỉnh tốc độ cha bão hoà và khâu ngắt dòng tham gia: Ta có phơng trình: n = {[(U cđ - .n).K n - I.].K I .K - I.R }.K Đ Trong đó: U cđ = U cđmin = 0,95066(V) ; R = 14,7384() K = 95837,23 ; K I = 0,5 = 0,003 ; K = 58,235 I = 1,5I đm = 13,5(A) ; K Đ = 34,343 = 0,179 n ngmin = 23,95837.003,01 343,34.7384,14.5,13343,34.5,0.179,0.5,1323,95837.95066,0 + = 291,96(v/ph). Vậy điểm C 2 (13,5; 291,96) - Điểm D 2 (n bhmin ; I bhmin ) trên đồ thị đợc xác định. Khi tốc độ nhỏ thì bộ điều chỉnh tốc độ bão hoà khi đó chỉ có mình khâu ngắt dòng tác động. Ta có: U bh = (U cđmin - .n bhmin ).K n n bhmin = n n .K UK.U bhmincd Trong đó: U bh = 13(V) ; K n = 95,84 Lớp K35IA 7 1+.K 1+.K U cđ .K .K I .K .K Đ + R \ .K Đ n = .I \ - Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện U cđmin = 0,95066(V) ; = 0,003 n bhmin = ( ) ph/v67,271 003,0.84,95 1384,95.95066,0 = Mặt khác khi khâu ngắt dòng và đầu ra của khâu điều chỉnh bão hoà ta có phơng trình: n = [(U bh - .I).K I .K -I.R ].K Đ = U bh .K I .K .K Đ - I(.K I .K .K Đ + R .K Đ ) I bhmin = ĐĐI minbhĐIbh K.RK.K.K. nK.K.K.U + Trong đó: U bh = 13(V) ; R = 14,7384() K I = 0,5 ; K = 58,235 K Đ = 34,343 ; = 0,179 I bhmin = 343,34.7384,14343,34.235,58.5,0.179,0 67,271343,34.235,58.5,0.13 + I bhmin = 18,57(A) Vậy điểm D 2 (18,57; 271,67) Lớp K35IA 8 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện phần iv xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Lớp K35IA 9 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Bất kỳ một hệ thống nào cũng đầu có những trạng thái ổn định hoặc không ổn định. * Một hệ thống ổn định là khi mà trạng thái xác lập cũ bị phá vỡ thì hệ thống sẽ trải qua một qúa trình quá độ với thời gian nhất định, sau đó định ra một chế độ xác lập mới. * Một hệ thống không ổn định là khi chế độ xác lập cũ bị phá vỡ thì các đại lợng trong hệ sẽ biến đổi liên tục: Tăng hoặc giảm tới giá trị vô cùng lớn hoặc vô cùng bé mà không tự định ra chế độ xác lập mới cho mình đợc. 4 - 1. chế độ ổn định tĩnh ở chế độ này sự chuyển biến của hệ từ trạng thái này sang trạng thái khác là tơng đối chậm, đến mức vai trò của các khâu quán tính và khâu điện cảm của hệ thống gần nh không còn có ý nghiã. Nh vậy mọi nguồn năng l- ợng tich luỹ trong hệ thống đợc bỏ qua và coi nh không có sự biến thiên. Việc xét ổn định tĩnh đợc căn cứ vào chế độ xác lập ban đầu và cuối cùng của hệ thống. Các trạng thái này đợc xác định bởi sự tơng quan giữa đặc tính cơ của hệ và đặc tính cơ của maý sản xuất (Đặc tính phụ tải). Trong một hệ thống nếu sử dụng hệ số góc của đặc tính cơ của hệ nhỏ hơn của đặc tính phụ tải thì hệ thống đảm bảo sự ổn định tĩnh. Với máy mài có M c = const, phụ tải phản kháng nên điều kiện trên đợc đảm bảo, do vậy ta không cần xét tới đặc tính tĩnh nữa mà chỉ xét tới đặc tính động. Đ 4 - 2. chế độ ổn định động Một hệ thống đợc gọi là ổn định nếu quá trình quá độ khi chuyển từ trạng thái xác lập cũ sang trạng thái xác lập mới tắt dần theo thời gian. Để khảo sát đợc sự ổn dịnh của hệ thống ta cần thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống sau đó sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để áp dụng cho hệ thống xem có ổn định hay không, nếu không ổn định ta phải hiệu chỉnh lại hệ thống cho ổn định, nếu đã ổn định nhng có độ dự trữ ổn định thấp thì ta hiệu chỉnh cho hệ thống có mức ổn định cao hơn. Lớp K35IA 10 [...]... Phần II Thiết kế mạch Chơng I Phân tích và lựa chọn phơng án truyền động II.1.1 Mục đích - ý nghĩa II.1.2 Phân tích và lựa chọn phơng án truyền động II.1.3 Xây dựng và chọn mạch động lực II.1.4 Chọn chế độ hãm cho động cơ Chơng II Thiết kế mạch điều khiển II.2.1 Mục đích - ý nghĩa II.2.2 Sơ đồ khối và chức năng của chúng II.2.3 Khai triển sơ đồ khối Phần III Tính chọn thiết. .. Lớp K35IA 18 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Làm nhiệm vụ lấy tín hiệu để duy trì và ổn định tốc độ đặt của động cơ nâng cao đặc tính cơ thông qua mạch điều khiển 7 Động cơ một chiều kích từ độc lập: Dùng để truyền động quay cho hệ thống và là đối tợng điều chỉnh 8 Bộ khuyếch đại trung gian: Làm nhiệm vụ tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu điều khiển, làm tăng độ nhạy, độ ổn định, mở rộng phạm vi điều... J.p k. k Hình 4 - 5: Sơ đồ hiệu chỉnh hệ thống 1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện theo Môdul tối u: Khi bỏ qua sức điện động phần ứng động cơ thì mạch vòng tổng hợp dòng điện có dạng nh sau: (-) UI Lớp K35IA (-) kP 1+TP.p 1 Rư(1+Tưp) Iư 14 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Hình 4 - 6: Sơ đồ mạch vòng phản hồi âm dòng điện có ngắt Để tính toán mạch hiệu chỉnh ta chuyển sơ đồ 4 - 6 về dạng sơ đồ cấu trúc... các thiết bị sau: 1 Máy biến áp động lực: Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp thích hợp cho bộ chỉnh lu ba pha hình tia, có tác dụng biến đổi điện áp và tạo ra số pha phù hợp với yêu cầu của bộ biến đổi 2 áptômát AB: Dùng để bảo vệ cắt mạch động lực khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch 3 Cầu dao CD: Làm nhiệm vụ cách ly khi sửa chữa hệ thống 4 Khởi động từ: Làm nhiệm vụ đóng cắt mạch khi đa hệ thống vào sử... Phần III Tính chọn thiết bị III.1 Mục đích - ý nghĩa III.2 Chọn thiết bị mạch động lực III.3 Chọn thiết bị mạch điều khiển Phần IV Xây dựng đặc tính tĩnh IV 1 Khái niệm IV.2 Xây dựng đặc tính tĩnh Phần V Xét ổn định & hiệu chỉnh hệ thống V.I Chế độ ổn định tĩnh V.2 Chế độ ổn định động V.3 Hiệu chỉnh hệ thống trang Phần VI Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tài... đã ổn định Đ 4 - 3 hiệu chỉnh hệ thống I khái niệm Hiệu chỉnh - đó là viện nâng cao chất lợng hệ thống từ hệ không ổn định đến hệ ổn định và từ hệ có dự trữ ổn định thấp lên hệ có dự trữ ổn định cao Nó đợc thực hiện bằng cách thay đổi cách đấu nối hoặc đa thêm các thiết bị phụ vào nhằm đa hệ thống về trạng thái ổn định Có nhiều cách hiệu chỉnh hệ thống, nhng ở đây để đơn giản ta hiệu chỉnh hệ thống... Đóng áptômat AB thì mach động lực và mạch điều khiển có điện Khi có tín hiệu điều khiển đến các Thyristor, làm cho các Thyristor mở Khi đó động cơ đợc cung cấp nguồn và làm việc Quá trình khởi động động cơ bắt đầu III- Nguyên lý điều chỉnh tốc độ: Ta điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp dặt vào phần ứng động cơ Với bộ biến đổi van động cơ, để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta thay đổi... (àF) Nh vậy hàm tối u sau khi đã hiệu chỉnh của mạch vòng dòng điện nh sau: FRI = 1 1 + 2 p + 2 2 p 2 = FR Với t = TP 1 + FR 2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ: Sơ đồ cấu trúc mạch phản hồi nh sau: Ucđ R() 1 1 + 2tp + 2t2p2 k. 1 J.p n (-) ` Hình 4 - 9: Sơ đồ mạch hiệu chỉnh mạch vòng phản hồi âm tốc độ Lu ý rằng trong biểu thức FRI do có thành phần bậc cao t2 rất bé nên ta có thể bỏ qua Vậy: 1 FRI = 1... bé và bỏ qua (không bù) Phơng pháp này dùng sơ đồ hiệu chỉnh nối cấp Ưu thế của loại sơ đồ này là: ứng với mỗi giá trị đoạn bão hoà của đặc tính của bộ điều chỉnh W(p) R(p) (-) Hình 4 - 4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sau khi hiệu chỉnh Cấu trúc cấu hệ thống theo các mạch vòng điều chỉnh: (-) Ucđ Ic R(w ) R(i) (-) 1 Rư(1+Tưp) kP 1+TP.p (-) (-) 1 J.p k. k Hình 4 - 5: Sơ đồ hiệu chỉnh hệ thống 1 Tổng. .. là phơng pháp hiệu chỉnh gần đúng II nội dung phơng pháp Lớp K35IA 13 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Để hiệu chỉnh theo phơng pháp này ta cần có giả thiết sau: Các mạch điều chỉnh của mỗi đại lợng có chứa một phần các hằng số thời gian lớn nh: Hằng số thời gian điện cơ, hằng số thời gian của cuộn kích từ và một phần có chứa các hằng số thời gian nhỏ Với phơng pháp này sẽ bù đợc 1 vài hằng số thời . theo các mạch vòng điều chỉnh: Hình 4 - 5: Sơ đồ hiệu chỉnh hệ thống. 1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện theo Môdul tối u: Khi bỏ qua sức điện động phần ứng động cơ thì mạch vòng tổng hợp dòng. (13,5; 2992,1). +) Xác định điểm làm việc bão hoà D 1 (I bh ; n bh ): Căn cứ vào mạch khuếch đại thuật toán và căn cứ vào mạch IC sử dụng ta có nhận xét: khi IC làm việc ở chế độ bão hoà: U bh . tĩnh đợc căn cứ vào chế độ xác lập ban đầu và cuối cùng của hệ thống. Các trạng thái này đợc xác định bởi sự tơng quan giữa đặc tính cơ của hệ và đặc tính cơ của maý sản xuất (Đặc tính phụ tải). Trong