Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNGNINH TS Đỗ Chí Thành Ths Nguyễn Văn Chung Ths Bùi Thị Thêm GIÁO TRÌNH TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ DÙNG CHO TR NH Đ ĐẠI HỌC QUẢNG NINH 2020 Lời mở đầu[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNGNINH TS Đỗ Chí Thành Ths Nguyễn Văn Chung Ths Bùi Thị Thêm GIÁO TRÌNH TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ DÙNG CHO TR NH Đ ĐẠI HỌC QUẢNG NINH - 2020 Lời mở đầu Giáo trình Tổng hợp điều khiển hệ điện biên soạn nhằm cung cấp tài liệu học tập cho sinh viên học trình độ đại học, tài liệu giảng dạy giảng viên ngành cơng nghệ điều khiển tự động hóa Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, phục vụ cho nghiệp đào tạo, cải cách giáo dục Bộ Giáo dục Đào tạo, đặc biệt đào tạo theo hệ thống tín cịn làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật, kỹ thuật viên công tác lĩnh vực Tự động hóa Để đáp ứng u cầu đó, giáo trình giới thiệu cách có hệ thống kiến thức bản, thể đầy đủ nội dung theo yêu cầu chương trình đào tạo, giáo trình gồm chương: Chương Những khái niệm tiêu hệ điện cơ; Chương Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động điên chiều; Chương Hệ điều chỉnh tốc độ động điện chiều nhiều mạch vòng; Chương Hệ thống truyền động tiristor - Động (T-Đ); Chương Hệ thống truyền động động chiều sử dụng biến đổi chiều - chiều (xung điện áp); Chương Các loại hình hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng - Hệ thống điều tốc điều chỉnh điện áp; Chương Hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều không đồng phương pháp thay đổi tần số Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả cố gắng bám sát đề cương chương trình học phần phê duyệt Trường, kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy môn học nhiều năm, đồng thời có ý đến đặc thù đào tạo ngành Trường Tuy nhiên, trình biên soạn điều kiện tài liệu tham khảo bị hạn chế nên chắn sách nhiều thiếu sót Rất mong bạn đọc góp ý xây dựng Xin chân thành cảm ơn Các tác giả CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA HỆ ĐIỆN CƠ 1.1 Khái niệm chung hệ điện 1.1.1 Khái niệm chung Hệ điện hệ thống dùng để biến đổi điện thành khống chế tự động Phần hệ điện hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện (ĐCTĐTĐĐ) Mục tiêu hệ ĐCTĐTĐĐ phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc tác động đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh Hệ thống ĐCTĐTĐĐ có cấu trúc chung trình bày hình 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc chung hệ ĐCTĐTĐĐ hình 1.1: M - động điện dùng để truyền động cho máy sản xuất (MSX) Động (M) khâu làm nhiệm vụ biến đổi điện thành để cung cấp cho máy sản xuất, động điện động điện chiều, động điện xoay chiều không đồng đồng bộ, loại động bước,… BĐ - biến đổi hệ thống thường có hai chức năng: Chức thứ biến đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác, thích ứng với động truyền động; chức thứ hai mang thông tin điều khiển để điều khiển tham số đầu biến đổi như: cơng suất P, điện áp U, dịng điện I, tần số f,…Bộ biến đổi là: Khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, máy phát điện chiều, biến đổi bán dẫn,… R - điều chỉnh nhận tín hiệu thơng báo sai lệch trạng thái làm việc hệ thống tự động thơng qua việc so sánh tín hiệu đặt THĐ tín hiệu đo lường đại lượng đầu hệ thống Tín hiệu sai lệch qua điều chỉnh R khuếch đại tạo hàm chức điều khiển (tích phân, vi phân) cho đảm bảo chất lượng động tĩnh hệ thống tự động Tín hiệu đầu điều chỉnh dùng để điều chỉnh biến đổi (BBĐ) ĐL - khâu đo lường có nhiệm vụ biến đổi dạng tín hiệu đầu dạng tín hiệu điện áp dịng điện phù hợp với tín hiệu đặt có giá trị tỉ lệ với đại lượng điều chỉnh đầu Trong thực tế, đại lượng điều chỉnh hệ thống truyền động tự động mơ men quay, tốc độ, vị trí Để đảm bảo chất lượng hệ, thường có nhiều mạch vòng điều chỉnh như: mạch vòng điều chỉnh điện áp, dịng điện, tốc độ, từ thơng, vị trí,… 1.1.2 Phân loại hệ điện Việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện thường có nhiều cách, tuỳ vào mục đích a) Phân loại theo động truyền động: - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động chiều; - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động xoay chiều không đồng bộ; - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động xoay chiều đồng bộ; - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động bước; … b) Phân loại theo điều chỉnh tín hiệu vào điều chỉnh: - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh tương tự (analog); - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh số (digital); - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh lai tương tự - số (analog - digital); c) Phân loại theo cấu trúc thuật toán điều khiển: - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển thích nghi; - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển mờ d) Phân loại theo nhiệm vụ chung: - Hệ ĐCTĐTĐĐ trì đại lượng điều chỉnh (đại lượng ra) theo lượng đặt trước khơng đổi Ví dụ: Hệ trì tốc độ, … - Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động (hệ bám), hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều khiển tự động lượng theo lượng đặt biến thiên tùy ý Các hệ thường gặp các hệ truyền động quay anten, đa, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, … - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chương trình, thực chất hệ điều khiển vị trí đại lượng điều chỉnh điều khiển tự động tuân theo lượng đặt biến thiên theo chương trình định trước Đại lượng điều chỉnh hệ thống thường quỹ đạo chuyển động phức tạp không gian, cấu trúc thường nhiều trục Chương trình điều khiển mã hóa ghi vào bìa, băng từ, đĩa từ,… Chúng ta thường gặp hệ điều khiển chương trình trung tâm gia cơng cắt gọt kim loại, dây chuyền sản xuất có robot Hệ điều khiển chương trình có cấu trúc phức tạp thường thiết kế dạng điều khiển số (NC) điều khiển số có sử dụng máy tính (CNC - Computer Numeric Control) 1.2 Các toán tổng hợp hệ thống Khi thiết hệ ĐCTĐTĐĐ ta cần phải đảm bảo thực tất các yêu cầu đặt ra, đáp ứng yêu cầu công nghệ, tiêu chất lượng tiêu kinh tế Chất lượng hệ ĐCTĐTĐĐ thường gồm chất lượng tĩnh động Trạng thái tĩnh, yêu cầu quan trọng bậc độ xác điều chỉnh Đối với trạng thái động có u cầu độ ổn định tiêu độ điều chỉnh, thời gian trình độ, tốc độ điều chỉnh, tần số dao động,…trong yêu cầu độ ổn định quan trọng Cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển tham số điều khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ Vì vậy, thiết kế hệ ta phải thực tốn phân tích tổng hợp hệ để tìm lời giải hợp lý, cho đáp ứng yêu cầu kĩ thuật kinh tế đặt Đối với toán tổng hợp hệ, người ta thường đưa ba loại toán: tổng hợp chức năng, tổng hợp tham số tổng hợp cấu trúc - tham số Bài toán tổng hợp chức năng: thực trường hợp biết cấu trúc tham số mạch điều khiển, ta cần phải xác định luật điều khiển đầu vào để hệ đảm bảo chất lượng Bài toán tổng hợp tham số: thực biết cấu trúc lượng tác động đầu vào hệ, ta cần xác định tham số điều khiển Bài toán tổng hợp cấu trúc - tham số: thực biết qui luật biến thiên lượng đầu vào hệ, ta cần xác định cấu trúc hệ đặc tính, tham số điều khiển Để thực tốn tổng hợp hệ, ta dùng phương pháp khác nhau, cụ thể, hệ có cấu trúc đơn giản ta dùng phương pháp đặc tính tần số, phương pháp phân bố nghiệm, phương pháp hệ điển hình loại hàm chuẩn mơ đun tối ưu, mơ đun đối xứng Đối với hệ có cấu trúc phức tạp, đặc biệt hệ nhiều chiều thường áp dụng phương pháp không gian trạng thái tổng hợp hệ dùng máy tính số với ngơn ngữ chun dụng Với hệ điều khiển số, có đặc thù riêng mơ tả tốn học, phương pháp tổng hợp hệ dựa phương pháp tổng hợp liên tục Riêng hệ phi tuyến cần có phương pháp tổng hợp riêng 1.3 Các tiêu 1.3.1 Các tiêu chung Để đánh giá hệ điều chỉnh tự động truyền động điện người ta thường dựa vào số đặc điểm tiêu chung sau: 1.3.1.1 Đặc tính phụ tải đặc tính hệ truyền động điện Đặc tính phụ tải mối quan hệ mơ men cản Mc tốc độ máy sản xuất Tùy thuộc vào loại máy mà đặc tính tải có dạng khác nhau: loại mô men tải số (không phụ thuộc vào tốc độ), loại mô men tải tỉ lệ thuận với tốc độ, loại mô men tải tỉ lệ với bình phương tốc độ, loại mơ men tải tỉ lệ nghịch với tốc độ,….Về tính chất, mơ men tải có hai loại: mơ men tải mang tính chất phản kháng mơ men tải mang tính chất Hệ truyền động điện phải thiết kế cho đặc tính mơ men cho phép động hệ phải phù hợp với đặc tính phụ tải để đảm bảo tối thiểu hóa cơng suất đặt 1.3.1.2 Phạm vi điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số tốc độ làm việc cao nmax (nmax tốc độ đặc tính cao ứng với mơ men tải (hoặc dịng điện) định mức) tốc độ làm việc thấp nmin (nmin tốc độ đặc tính thấp ứng với mơ men tải (hoặc dòng điện) định mức), phạm vi điều chỉnh thường kí hiệu D: D n max n (1.1) 1.3.1.3 Độ trơn (độ phẳng) điều chỉnh: Là tỉ số hai cấp tốc độ liền kề nhau: n i 1 ni (1.2) với ni ni+1 cấp tốc độ thứ i thứ i+1 Hệ điều chỉnh trơn hay vô cấp hệ có 1.3.1.4 Sai lệch tĩnh Sai lệch tĩnh sai lệch tốc độ trạng thái ổn định biểu diễn dạng tương đối tương đối phần trăm, với đặc tính thứ i có tốc độ không tải lý tưởng n0i tốc độ tải định mức ni, sai lệch tĩnh kí hiệu st st%: st n oi n i n 0i st % n 0i n i 100% n oi (1.3) Điều kiện đảm bảo sai lệch tĩnh: st [s], với [s] sai lệch tương đối cho phép Trong số trường hợp sai lệch tương đối gọi hệ số trượt 1.3.2 Độ xác hệ thống ĐCTĐTĐĐ chế độ xác lập tựa xác lập Các hệ điều chỉnh tự động nói chung hệ ĐCTĐTĐĐ nói riêng đặt yêu cầu đại lượng điều chỉnh phải bám theo tín hiệu đặt với độ xác chế độ xác lập tựa xác lập Độ xác hai tiêu kĩ thuật quan trọng hệ thống tự động nói chung hệ ĐCTĐTĐĐ nói riêng Độ xác đánh giá dựa sở phân tích sai lệch điều chỉnh hệ, sai lệch phụ thuộc nhiều yếu tố Trên sở phân tích sai lệch điều chỉnh ta chọn điều chỉnh, mạch bù thích hợp để nâng cao độ xác hệ thống 1.3.2.1 Các hệ số sai lệch Hình 1.2 Sơ đồ khối (a) đặc tính độ (b) Xét hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có sơ đồ cấu trúc tối giản hình 1.2 Với F0(s) hàm truyền hệ hở, hệ có phản hồi âm (phản hồi -1) Trong đó: - R(s), R(t) tín hiệu vào; - C(s), C(t) tín hiệu ra; - E(s), e(t) tín hiệu sai lệch, với e(t) = R(t) - C(t); - Ni (i = 1,…n) tín hiệu nhiễu tác dụng lên hệ; - TM thiết bị công nghệ (máy sản xuất) C s F s R s Fi s N i s (1.4) - F(s) hàm truyền kín hệ theo THĐ xác định theo biểu thức sau: - Fi(s) hàm truyền hệ tín hiệu nhiễu thứ i F s F0 s F0 s (1.5) Trong phương C(t) nghiệm phương trình vi phân không nhất, bao gồm hai thành phần thành phần nghiệm tự thành phần nghiệm riêng, thành phần nghiệm riêng C(t) theo R(t) chép lại R(t) với độ xác Các thành phần nghiệm riêng C(t) theo Ni(t) phải nhỏ tốt Khi giả thiết tín hiệu R(t) Ni(t) thỏa mãn điều kiện Mc.Laurin sai lệch điều chỉnh e(t) biểu diễn dạng chuỗi hàm sau: e t R t C t C0 R t C1 dR t dt +C0 N1 N1 t C1 N1 Ci dN1 t dt di R t dt Ci N1 d i N1 t dt + +C0 Nn N n t C1 Nn dN n t + t dt Ci Nn di N n t dt (1.6) Ci, CiNj với i = , j = n số, (t) thặng dư Khi giả thiết bỏ qua tác động tín hiệu nhiễu thặng dư, sai lệch hệ biểu diễn gọn lại: e t R t C t C0 R t C1 dR t dt Ci di R t dt (1.7) Các số C0, C1, …, Ci,…được gọi hệ số sai lệch C0- Hệ số sai lệch vị trí; C1- Hệ số sai lệch tốc độ; C2- Hệ số sai lệch gia tốc Một hệ có tất hệ số sai lệch khơng gọi hệ xác tuyệt đối 1.3.2.2 Các biểu thức xác định hệ số sai lệch a) Xác định hệ số Ci theo hàm truyền sai lệch: Với giả thiết bỏ qua tác động nhiễu, lúc sai lệch hệ thống phụ thuộc vào tín hiệu vào Khi bỏ qua nhiễu thì: C(s) = F(s).R(s) R(s) E(s) C(s) F0(s) (-) Hình 1.3 Sơ đồ khối bỏ qua nhiễu Hàm truyền sai lệch theo tín hiệu vào: Fe s E s (1.8) R s E s R s C s R s R s Suy ra: Fe s Từ (1.7), suy ra: F0 s F0 s 1 F0 s F0 s F0 s Fe s C0 C1s C2s Ci s i (1.9) (1.10) (1.11) Kết hợp (1.8) với (1.11) rút ra: C0 lim Fe (s) s 0 1 C1 lim Fe (s) C0 s 0 s 1 C2 lim Fe (s) (C0 C1s) s 0 s Ci lim i s 0 s (1.12) i 1 F (s) C js j e j b) Xác định hệ số Ci theo hàm truyền hệ thống kín Ta xác định hàm truyền sai lệch hệ theo hàm truyền hệ kín: Fe s R s C s R s F s (1.13) Dựa vào (1.12) (1.13) F(s) có dạng: F s b0 b1.s1 b 2s b ms m a1.s1 a 2s a n s n m n (1.14) Kết hợp biểu thức (1.12), (1.13) với (1.14) ta rút ra: C0 b C1 a1 C0 a1 b1 C2 a C0 a C1a1 b C3 a C0 a C1a C 2a1 b3 i 1 Ci a i Cz a i z bi z 0 Chú ý: = i > n, bi = i > m 1.15) Khi hệ có với hàm truyền kín dạng (1.14) có m = n b0 = 1, b1 = a1, b2 = a2, … bm = am hệ có tất hệ số sai lệch khơng, tức hệ xác tuyệt đối 1.3.3 Các tiêu chuẩn sai lệch 1.3.3.1 Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE) Theo tiêu chuẩn này, chất lượng hệ đánh giá tích phân sau: T 0 I e t dt e t dt (1.16) giá trị T chọn cho t > T e(t) đủ nhỏ bỏ qua Tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn lựa chọn cấu trúc tham số hệ để đảm bảo cho tích phân (1.16) cực tiểu, tức là: T I e t dt e t dt (1.17) Phương pháp tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn ISE áp dụng cho hệ có tín hiệu vào xác định (ví dụ loại tín hiệu vào dạng bước nhảy đơn vị), loại tín hiệu vào xác định theo phương pháp thống kê, dùng phương pháp giải tích lẫn phương pháp thực nghiệm để tính tích phân Tiêu chuẩn đánh giá nặng sai lệch lớn thường xuất giai đoạn đầu trình điều chỉnh, xem nhẹ sai lệch nhỏ giai đoạn sau Hệ thiết kế theo tiêu chuẩn ISE thường làm giảm nhanh sai lệch lớn giai đoạn đầu q trình điều chỉnh, tức hệ có tốc độ đáp ứng nhanh kết hệ ổn định Tiêu chuẩn thường dùng để tổng hợp hệ có yêu cầu cực tiểu hóa tiêu thụ lượng 1.3.3.2 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với giá trị tuyệt đối sai lệch (ITAE) Theo tiêu chuẩn này, chất lượng hệ đánh giá tích phân sau: T I t e t dt t e t dt (1.18) giá trị T chọn cho t > T e(t) đủ nhỏ bỏ qua Tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn lựa chọn cấu trúc tham số hệ để đảm bảo cho tích phân (1.18) cực tiểu, tức là: T 0 I t e t dt t e t dt (1.19) Tiêu chuẩn ITAE đánh giá nhẹ sai lệch lớn ban đầu, sai lệch nhỏ xuất giai đoạn sau trình độ (khi t lớn) lại bị đánh giá nặng Hệ thiết kế theo tiêu chuẩn ITAE cho đáp ứng độ với lượng điều chỉnh nhỏ có khả suy giảm nhanh dao động q trình điều chỉnh Việc tính tốn tích phân (1.19) khó khăn, nhiên đo lường thực nghiệm cách dễ dàng Đặc biệt sử dụng máy tính tổng hợp gần 1.3.3.3 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với bình phương sai lệch (ITSE) Theo tiêu chuẩn này, chất lượng hệ đánh giá tích phân sau: T I te t dt te t dt (1.20) giá trị T chọn cho t > T e(t) đủ nhỏ bỏ qua Tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn lựa chọn cấu trúc tham số hệ để đảm bảo cho tích phân (1.20) cực tiểu, tức là: T I te t dt te t dt (1.21) Hệ tổng hợp theo tiêu chuẩn có chất lượng tương tự hệ tổng hợp theo tiêu chuẩn ITAE CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1.1 Các thành phần hệ điện cơ? 1.2 Các dạng toán thực tổng hợp hệ điện cơ? 1.3 Các hệ số sai lệch phương pháp xác định chúng? 1.4 Xác định hệ số sai lệch C0, C1, C2 hệ điều chỉnh tự động SISO có hàm truyền kín sau: F(s) s3 2s 3s s 4s3 4s 2s 1.5 Các tiêu chuẩn sai lệch áp dụng tổng hợp hệ điều chỉnh tự động? 10 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU CHỈNH TỰ Đ NG ĐIỀU KHIỂN TỐC Đ Đ NG CƠ ĐIỆN M T CHIỀU 2.1 Khái niệm chung Điều chỉnh tốc độ nhiệm vụ TĐĐ tự động Khi thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động TĐĐ cần phải đảm bảo yêu cầu đặt ra, yêu cầu công nghệ, tiêu chất lượng tiêu kinh tế Trong trình làm việc TĐĐ tốc độ bị thay đổi nhiễu gây ví dụ mơ men cản tăng lớn làm cho dòng điện tải tăng tốc độ động giảm xuống ngược lại mô men tải giảm, tốc độ động tăng lên, Điều chỉnh tốc độ TĐĐ dùng phương pháp tuý điện tác động lên thân hệ thống TĐĐ (nguồn động cơ) để thay đổi tốc độ động cịn tải động khơng thay đổi Để tận dụng khả làm việc động cơ, q trình điều chỉnh dịng điện động khơng thay đổi thường dịng định mức (Iđm) Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều trình bày tài liệu truyền động điện Trong tài liệu tập trung nghiên cứu hệ thống kín điều khiển tốc độ Trong chương trọng nghiên cứu hệ thống điều khiển mạch vịng kín phương pháp phân tích, thiết kế Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ động chiều có hai phương pháp sử dụng chủ yếu điều chỉnh điện áp mạch phần ứng (mạch rotor) động điều chỉnh từ thông động Phương điều chỉnh từ thông động chiều áp dụng cho loại tải có đặc tính mô men cản tỉ lệ nghịch với tốc độ phạm vi điều chỉnh D 4:1, chiếm tỉ lệ không đáng kể so với phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động Để điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cần phải có nguồn chiều điều chỉnh Với lưới điện cung cấp hệ thống điện áp xoay chiều hình sin ba pha, để tạo điện áp chiều điều chỉnh được, từ trước tới thường dùng ba loại thiết bị biến đổi biến đổi (BBĐ) máy điện gồm động điện xoay chiều kéo máy phát điện chiều, BBĐ van (chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor) tổ hợp BBĐ gồm chỉnh lưu điốt + xung điện áp chiều Tương ứng với loại BBĐ ta có loại hệ thống truyền 11 động điện động điện chiều Các hệ ĐCTĐTĐĐ điều chỉnh tốc độ động yêu cầu điều chỉnh tốc độ phải thỏa mãn yêu cầu ổn định tốc độ, tự động hạn chế phụ tải chế độ tĩnh chế độ động, để đáp ứng yêu cầu hệ thống cần phải có phản hồi phù hợp Một nhiệm vụ trọng tâm chương thiết kế, tổng hợp điều chỉnh để hệ đáp ứng yêu cầu chất lượng hệ ĐCTĐTĐĐ điều chỉnh tốc độ động điện chiều 2.2 Các nguồn điện hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động chiều 2.2.1 BBĐ máy điện hệ thống máy phát - động (hệ F-Đ) 2.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát - động (hệ F-Đ) ĐK U Đ Đ KTĐ R KĐ RưF RưĐ UF = U Đ EĐ Hình 2.1c Cuộn kích từ cung cấp thơng qua khuếch đại 12 Trong hệ truyền động máy phát - động (hệ F-Đ), nguồn cấp cho phần ứng động biến đổi máy điện (máy phát điện chiều kích từ độc lập) Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ hình 2.1a; sơ đồ thay hình 2.1b; cuộn kích từ cung cấp thơng qua khuếch đại hình 2.1c Động Đ động điện chiều kích từ độc lập dùng để truyền động máy sản xuất (MSX) cấp điện phần ứng từ máy phát Động sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi động điện đồng ĐK Động ĐK kéo ln máy phát tự kích từ FK K để cấp điện kích từ cho động Đ máy phát F Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát tự kích K FK nghĩa để điều chỉnh điện áp phát cấp cho cuộn kích từ máy phát KKF (hoặc CKF) cuộn kích từ động KKĐ (hoặc CKĐ) Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F điều chỉnh điện áp phát máy phát F đặt vào phần ứng động Đ Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dịng kích từ động cơ, thay đổi tốc độ động nhờ thay đổi từ thông Khi yêu cầu không cao chất lượng điều khiển tốc độ hệ thống, iKF cấp điện trực tiếp nguồn điện kích từ (hình 2.2a) Khi có u cầu cao chất lượng điều tốc dạng mạch vịng kín thường phải sử dụng khuếch tiến hành điều khiển (hình 2.1c) Bộ khuếch đại dùng hệ thống F-Đ thường khuếch đại điện (như máy điện khuếch đại từ trường ngang) khuếch đại từ; cần nâng cao hệ số khuếch đại, bố trí thêm khuếch đại điện từ làm tiền khuếch đại 2.2.1.2 Phương trình đặc tính hệ máy phát - động (F- Đ) Từ phương trình đặc tính động điện chiều ta biết: (2.1) Khi thay: U = EF - Iư.RưF, ta có: (2.2) đó: U - điện áp đặt vào phần ứng động cơ, V RưF , RưĐ - điện trở phần ứng máy phát động cơ, 13 Iư - dòng điện phần ứng động dịng điện phần ứng máy phát, A Thay vào phương trình trên, ta có phương trình đặc tính hệ F - Đ: (2.3) Hay: = 0 - với tốc độ không tải lý tưởng động - độ sụt tốc động mô men động M 2.2.1.3 Các đặc tính hệ F - Đ Đặc tính tự nhiên của động đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức (UĐ = UĐđm) điện áp kích từ định mức (UKTĐ = UKTĐđm) nghĩa từ thông định mức Đặc tính tự nhiên hệ F - Đ đường nét đậm hình (2.2) để điều chỉnh tốc độ động vùng đặc tính tự nhiên, ta giữ từ thông động định mức điều chỉnh giảm điện áp đặt vào phần ứng động (UĐ giảm) Trường hợp này, tốc độ 0 thay đổi (giảm) cịn độ cứng đặc tính giữ ngun Các đặc tính song song với Thực điều nhờ điều chỉnh tăng điện trở RKF mạch kích từ máy phát, s.đ.đ EF giảm nên điện áp đặt vào phần ứng động Đ giảm Để điều chỉnh tốc độ động vùng đặc tính tự nhiên ta khơng thể tăng điện áp đặt vào động giá trị điện áp định mức UĐđm làm cháy động Do lúc phải giữ nguyên điện áp định mức tiến hành điều chỉnh tăng điện trở RKĐ mạch kích từ động để thay đổi giảm từ thông Đ động Trường hợp này, tốc độ khơng tải lý tưởng 0 tăng lên cịn độ cứng đặc tính giảm Đặc tính có tốc độ 0 lớn mềm Dạng đặc tính vùng đặc tính tự nhiên (vùng 1) vùng đặc tính tự nhiên (vùng 2) hình 2.2 Khi điều chỉnh tốc độ động từ định mức (đm) xuống thấp nhờ giảm s.đ.đ máy phát qua việc giảm dịng kích từ máy phát cách tăng điện trở RKF thực tế hệ F - Đ không điều chỉnh tốc độ thấp Lý muốn có tốc độ nhỏ điện áp đặt vào động phải nhỏ nghĩa điện áp máy phát hay từ thông kích từ máy phát F nhỏ Về nguyên tắc, tăng RKF dịng điện 14 kích từ nhỏ từ trường F yếu từ trường dư máy phát Ngay IKF = s.đ.đ từ dư máy phát tạo đạt khoảng (3 6)% trị số s.đ.đ định mức Do vậy, giới hạn min tốc độ hệ F - Đ bị hạn chế ω ω0 MC Giảm Đ U đm Giảm ΦF M - ω0 Hình 2.2 Họ đường đặc tính hệ thống F - Đ Ngồi ra, lúc từ thơng kích từ F nhỏ, tác dụng phản ứng phần ứng rõ rệt, điện áp rơi mặt tiếp xúc chổi than vành góp tăng lên, điện trở mạch lực trở lên có ý nghĩa nên khơng thể giảm q thấp EF Vì thế, phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng động không quá: DU = dm = 10:1 Khi điều chỉnh tốc độ động từ định mức (đm) lên cao nhờ giảm từ thông Đ từ định mức xuống thấp giới hạn phạm vi: D = ω max = 3:1 ω dm Dải điều chỉnh D bị hạn chế điều kiện đảo chiều quay động (nếu phương pháp đảo chiều quay động nhờ đảo chiều từ trường kích từ động …) điều kiện độ bền học kết cấu rotor 15 Kết quả, phạm vi điều chỉnh tốc độ chung hệ F - Đ thường không quá: ω max = 30:1 ω dm D= Khi động đảo chiều quay, đường đặc tính động cơ, nằm góc phần tư thứ III Việc đảo chiều quay động Đ hệ F - Đ hình 2.2 thực nhờ đảo chiều (đảo cực tính) điện áp máy phát đặt vào phần ứng động Đ thông qua việc đảo chiều dịng điện kích từ máy phát nhờ đóng tiếp điểm K1 K2 Để tiện lợi cho việc cấp điện kích từ dùng biến đổi chỉnh lưu có điều khiển hình 2.3 ~3 ĐK F UF UĐ Đ KKF MSX KKĐ U dKΦ UđkU BĐTKTF BĐTKTĐ ~3 ~3 Hình 2.3 Bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển 2.2.1.4 Hãm điện hệ F - Đ Ở chế độ động quay thuận quay ngược, đặc tính hệ F - Đ nằm góc phần tư thứ I thứ III Năng lượng nguồn chuyển qua động sơ cấp ĐK chuyển qua máy phát F tới động Đ phụ tải động S.đ.đ máy phát động ngược chiều với EF > EĐ 16 Iu Ih + EF Đ ω EĐ ω0 + Đ F _ _ EF < E Đ Chế độ động hãm tái sinh _ EF + tn Iu Đ + EĐ Đ F _ _ MĐ EF > EĐ Chế độ động quay thuận M MĐ tn ω EĐ Đ F + Đ _ _ E Đ Đ F EF Đ _ + Ih + + MĐ EF < EĐ Chế độ động hãm tái sinh EF > EĐ Chế độ động quay ngược Hình 2.4 Các đặc tính hệ F - Đ hãm tái sinh Ở chế độ hãm điện, đặc tính hệ nằm góc phần tư thứ II thứ IV Lúc hãm hệ có trước hãm chuyển thành điện để trả nguồn (hãm tái sinh) tiêu thụ điện trở hãm dạng nhiệt (hãm ngược hãm động năng) Iu Ih ω Đ + Đ EF E _ EF + Đ _ MĐ EF > E Đ Chế độ động quay thuận M _ Ih + Đ EĐ Đ EĐ Đ Iu F Đ _ F MĐ Đ + _ _ Hãm động + + MĐ EF < EĐ Chế độ động hãm tái sinh EF > E Đ Chế độ động quay ngược Hình 2.5 Đặc tính hãm động hệ F - Đ Khi hệ F - Đ hãm tái sinh (hình 2.4), > 0 nên động làm việc máy phát với EĐ > EF phát trả lượng điện nguồn Hãm tái sinh 17 cịn xẩy giảm tốc độ Sức điện động EF EĐ hãm tái sinh ngược chiều Hãm động hệ F - Đ (hình 2.5) xẩy cắt mạch kích từ máy phát giữ kích từ động Lúc E F nên phương trình (2.3) cho: (2.4) Đó phương trình đặc tính hãm động Dòng điện hãm xác định sau: (2.5) Động dự trữ hệ biến đổi thành điện tiêu thụ dạng nhiệt cuộn ứng động máy phát Khi hãm ngược, s.đ.đ máy phát đảo chiều trở lên chiều với sức điện động động Cũng giữ nguyên chiều sức điện động máy phát (hay cực tính điện áp đặt vào rotor động cơ) động bị kéo ngược tải (khi hạ tải máy trục nhờ hãm ngược để giảm chuyển động) nên s.đ.đ động bị đảo chiều trở thành chiều với s.đ.đ máy phát (hình 2.6) Các đường đặc tính hãm ngược nằm đặc tính hãm động trục hoành OM Iu Ih ω _ F + EF + Đ Đ ω + EF ED _ EF F + EF Đ Iu M M ω _ _ Chế độ động quay thuận Đ ED F _ MĐ _ ω + + + F _ _ Chế độ động quay ngược Hình 2.6 Đặc tính hãm ngược hệ F - Đ 18 ED Đ Ih ωĐ + ... BẢN CỦA HỆ ĐIỆN CƠ 1. 1 Khái niệm chung hệ điện 1. 1 .1 Khái niệm chung Hệ điện hệ thống dùng để biến đổi điện thành khống chế tự động Phần hệ điện hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện (ĐCTĐTĐĐ)... F s (1. 13) Dựa vào (1. 12) (1. 13) F(s) có dạng: F s b0 b1.s1 b 2s b ms m a1.s1 a 2s a n s n m n (1. 14) Kết hợp biểu thức (1. 12), (1. 13) với (1. 14) ta rút ra:... CHƯƠNG 1. 1 Các thành phần hệ điện cơ? 1. 2 Các dạng toán thực tổng hợp hệ điện cơ? 1. 3 Các hệ số sai lệch phương pháp xác định chúng? 1. 4 Xác định hệ số sai lệch C0, C1, C2 hệ điều chỉnh tự động