TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP Trang bi dien dien tu tuan 1

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Đại Học Bách Khoa Khoa Cơ Khí Bộ Mơn Cơ Điện Tử Môn Học: Trang Bị Điện-Điện Tử Chương I Mạch Điện Một Chiều TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nội Dung Bài Giảng Hôm Nay  Giới thiệu môn học  Khái niệm mạch điện  Phần tử nguồn & tải  Các định luật  Phương pháp giải mạch TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Giới Thiệu Về Môn Học Địa Chỉ Liên Hệ ► Văn Phịng: ▪ Bộ mơn Cơ Điện Tử-Khoa Cơ Khí ▪ Trường đại học Bách Khoa Tp HCM ▪ 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10 ► Giảng viên: TS Ngô Hà Quang Thịnh ▪ Di động: 0961382007 ▪ Mail: nhqthinh@hcmut.edu.vn TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Design of Global Sliding-Mode AC Servo Controller Based on Expotinental Acceleration/Deceleration Algorithm TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Design of Global Sliding-Mode AC Servo Controller Based on Expotinental Acceleration/Deceleration Algorithm PID Controller TS Ngơ Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Design of Global Sliding-Mode AC Servo Controller Based on Expotinental Acceleration/Deceleration Algorithm TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Implementation of The Intelligent Algorithm into FPGA-based Motion Control System o To provide interfacing to data convertors, to positioning encoders and for real-time applications o The stability of a motor control loop depends on system gains, accuracy computations, processing time or latency TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Implementation of The Intelligent Algorithm into FPGA-based Motion Control System TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hướng Nghiên Cứu Chính ● Fuzzy PID Control for AC Servo System Based on Stribeck Friction Model TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Phương Pháp Giải Mạch Cơ Bản Điện trở đấu song song cầu phân dịng Cho mạch điện hình vẽ Gọi I1, I2 I3 dòng điện qua nhánh chứa điện trở Áp dụng định luật Kirchhoff 1, ta có quan hệ sau: I= I1+I2+I3 (33) Từ định luật Ohm, ta có: I=(V/R1+V/R2+V/R3) Khi thay điện trở R1, R2 R3 điện trở tương đương Rtd, ta có: I=V/Rtd Suy biểu thức xác định điện trở tương đương: 1/Rtd = 1/R1+ 1/R2 + 1/R3 Từ đó, ta có: 1 I1 R1 R1 R2 R3 I; I R1 R2 R2 R3 I; I R1 R3 R2 R3 I (34) Trường hợp tổng quát: In Rn I n i Rn (35) Mạch điện gọi mạch chia dịng hay cầu phân dịng TS Ngơ Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Phương Pháp Giải Mạch Cơ Bản Thí dụ: Cho mạch hình vẽ, gồm R1=1Ω, R2=2Ω, R3=4Ω Dòng từ nguồn I=14A Xác định: a./ Dòng qua điện trở b./ Áp đặt ngang qua hai đầu nguồn dòng Giải a./ Xác định dòng điện: Áp dụng điện trở tương đương, ta có I1 R1 I i Rn 8A; I R1 R2 R2 R3 I 4A; I R1 R3 R2 b./ Điện áp VAB hai đầu nguồn: VAB = R1I1 = [V] TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn R3 I 2A Biến Đổi Từ Dạng Y Sang Dạng Δ R AB R BC R CA RA RB RC RA RB RC (36) RC RB RC RA (37) RA RCR A RB (38) RB Trường hợp đặc biệt: Nếu tải đấu Y cân (RA = RB = RC = R) tải quy đổi đấu Δ cân Kết sau: RAB = RBC = RCA = RΔ = 3R TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn (39) Biến Đổi Từ Dạng Y Sang Dạng Δ Thí dụ: Cho mạch điện hình vẽ Tìm điện trở tương đương nhìn mạch từ hai nút AD (a) (b) (c) Giải Bước 1: Tại nút A, B D, ta có điện trở 6Ω đấu theo mạch hình Y Áp dụng công thức biến đổi Y sang Δ, giá trị điện trở tương đương (hình a) là: RΔ = 3.6 = 18Ω Bước 2: Tại cặp nút AB, BD DA ta có hai điện trở 9Ω 18Ω đấu song song Thay cặp điện trở song song điện trở tương đương (hình b) có giá trị 6Ω Bước 3: Kết nhận hai nút A, D ta hai điện trở 6Ω 12Ω ghép song song (hình c) Từ suy điện trở tương đương hai nút AD 4Ω (d) TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Biến Đổi Từ Dạng Δ Sang Dạng Y RA RB RC R AB R AB R CA R BC R CA (40) R AB R AB R BC R BC R CA (41) R AB R CA R BC R BC R CA (42) Trường hợp đặc biệt: Nếu tải đấu Δ cân (RAB = RBC = RCA = R) tải quy đổi đấu Y cân Kết sau: RA = RB = RC = R / TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn (43) PT Điện Thế Nút & PT Nút Trường hợp mạch nút chứa điện trở nguồn dòng: Đầu tiên, ta chọn nút A B làm nút chuẩn Nút chuẩn quy ước có điện V=0V Như hình bên chọn B làm nút chuẩn Điện áp A B là: VAB=VA-VB=VA-0=VA Mục đích phương pháp giải mạch xác định điện nút A điện áp VAB Giả sử dòng điện có chiều hình vẽ Ta có kết sau: I3 Tại nút A, ta có quan hệ: I1 VA ; I4 R3 I2 VA R4 I3 (44) I4 hay I1 I2 VA R3 VA R4 (45) Điện VA nút A, hay điện áp VAB xác định sau: VA I1 R3 I2 R4 TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn (46) PT Điện Thế Nút & PT Nút Trường hợp mạch nút chứa điện trở nguồn áp: Từ nút A nhìn nguồn áp nhánh 2, ta nhận xét: nguồn V1 có cực (+) nằm gần nút A, nguồn áp V2 có dấu (-) nằm gần nút A Chọn B làm nút chuẩn, chiều dòng điện nút A đổ khỏi nút nhánh Dòng điện qua nhánh xác định sau: VA V1 ; I2 R1 I1 Phương trình Kirchhoff nút A, ta có Hay VA V1 R1 I1 VA V2 R2 I2 I3 VA R3 VA V2 ; I3 R2 I4 VA R4 0 TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn VA ; I4 R3 VA R4 (47) (48) (49) PT Điện Thế Nút & PT Nút Thí dụ Cho mạch điện hình vẽ Áp dụng phương trình điện nút tính dịng qua điện trở 8Ω Giải Chọn B làm nút chuẩn, chiều dòng điện đổ khỏi nút A nhánh Viết phương trình điện nút A Thu gọn, ta có: VA Hay VA 10 VA VA 50 10 VA 720 47 Dòng điện qua điện trở 8Ω xác định sau I VA 90 [ A] 47 TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn PT Điện Thế Nút & PT Nút Trường hợp mạch có nhiều nút: Bước 1: Xác định tổng số nút chứa mạch điện, chọn nút có làm chuẩn (điện nút chuẩn 0V) Bước 2: Tại nút nút chuẩn cần xây dựng phương trình điện nút Khi viết phương trình nút, giả thiết nút khảo sát dòng điện đổ từ nút nhánh Với mạch điện có n nút, cần xây dựng (n-1) phương trình Bước 3: Giải hệ phương trình nhiều ẩn số để có nghiệm số TS Ngơ Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn PT Điện Thế Nút & PT Nút Thí dụ (a) Cho mạch hình bên Áp dụng phương trình điện nút, xác định dịng điện qua điện trở 2Ω Giải Bước 1: Mạch điện có nút, chọn C làm nút chuẩn Như cần thực phương trình điện nút A B Gọi VA, VB điện nút A B so với nút chuẩn Bước 2: Viết phương trình nút A B Phương trình điện nút A: Giả sử dịng I1, I2 I3 có chiều hình (a), riêng nguồn dòng hướng điểm A Áp dụng định luật Kirchhoff A: I1 + I2 + I3 = Phương trình cân áp cho nhánh hội tụ nút A sau: VA-VC=VA-0=VA=4I1 + 24 VA=4I2 VA-VB=2I3 Dòng điện nhánh: I1=(VA-24)/4 I2=VA/4 I3=(VA-VB)/2 Phương trình điện nút: (VA-24)/4 + VA/4 + (VA-VB)/2 = Thu gọn, ta có: VA – VB/2 = (*) TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn PT Điện Thế Nút & PT Nút Phương trình điện nút B: Giả sử dịng I4, I5 I6 có chiều hình (b), riêng nguồn dịng từ B đổ Áp dụng định luật Kirchhoff B: I4 + I5 + I + = Phương trình cân áp cho nhánh hội tụ nút B sau: VB-VC=VB-0=VB=4I5 + VB=4I4 VB-VA=2I6 (b) Dịng điện nhánh: I5=(VB-8)/4 I4=VB/4 I6=(VB-VA)/2 Phương trình điện nút: (VB-8)/4 + VB/4 + (VB-VA)/2 + = Thu gọn, ta có: VB – VA/2 = (**) Bước 3: Từ (*) (**), ta có hệ phương trình VA VB VA VB VA 10V VB 6V Dòng điện qua điện trở 2Ω nhánh từ nút A đến nút B: I = (VA-VB)/2 = 2A TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn PT Dòng Mắt Lưới Phương pháp dòng mắt lưới phương pháp giải mạch áp dụng định luật Kirchhoff nhằm xây dựng phương trình cân áp dọc theo mắt lưới Xét mạch hình bên ▪ Trong mắt lưới, tự chọn tùy ý dòng điện hướng dòng điện ▪ Xem phần tử nhánh biên chịu ảnh hưởng dòng điện mắt lưới ▪ Gọi I1, I2 dòng qua mắt lưới Như dòng điện qua phần tử R3 gồm hai thành phần I1 I2 ▪ Chọn chiều dịng I3 hình bên, ta có: I3 = I1 – I2 Bước 1: Xác định tổng số mắt lưới chứa mạch Chọn dòng mắt lưới cho mắt lưới, hướng dòng điện qua mắt lưới ý Tổng số phương trình dịng mắt lưới cần xây dựng = Tổng số mắt lưới Bước 2: Xác định dòng nhánh theo dòng mắt lưới Suy điện áp phần tử điện trở tùy theo dòng nhánh chọn, cần ý dấu (+,-) điện áp Bước 3: Xây dựng phương trình cân áp (theo định luật Kirchhoff 2) cho mắt lưới Bước 4: Giải hệ thống phương trình tuyến tính để suy dịng mắt lưới TS Ngơ Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn PT Dòng Mắt Lưới VR1 = R1I1 VR2 = R2I2 VR3 = R3I3 = R2(I1 – I2) Phương trình cân áp (theo định luật Kirchhoff 2) cho mắt lưới 1: V1 = VR1 + VR3 (50) hay R1I1 + R3(I1 – I2) = V1 Phương trình cân áp (theo định luật Kirchhoff 2) cho mắt lưới 2: VR3 = VR2 + V2 (51) hay R3(I1 – I2) = R2I2 + V2 Từ (50) (51), ta có hệ phương trình (R1 R )I1 R3I R 3I1 (R R )I V1 V2 R11I1 R 21I1 R12 I R 22 I Vs1 Vs R11: tổng điện trở mắt lưới R22: tổng điện trở mắt lưới R12=R21=R3: tổng tất điện trở chung (phần tử biên) mắt lưới mắt lưới Vs1=V1: tổng điện áp mắt lưới theo hướng I1 Vs2=-V2: tổng điện áp mắt lưới theo hướng I2 TS Ngơ Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn (52) PT Dịng Mắt Lưới Cho mạch điện hình bên, áp dụng phương trình dịng mắt lưới, tính cơng suất tiêu thụ điện trở 20Ω Giải Chọn dòng mắt lưới I1 I2 hình vẽ Áp dụng phương pháp viết phương trình dịng mắt lưới, ta có hệ phương trình sau: R11I1 R 21I1 R12 I R 22 I Vs1 Vs Trong đó, R11 tổng điện trở mắt lưới 1: R11=R1+R3+R4=4+20+1=25Ω R22 tổng điện trở mắt lưới 2: R22=R2+R3+R5=10+20+2=32Ω R12=R21=R3=20Ω Vs1=V1=40V Vs2=-V2=-64V Giải hệ phương trình, ta có kết quả: I1=0A I2=-2A Suy dòng nhánh qua điện trở R3 I3 = I1 – I2 = – (-2) = 2A Vậy, hướng dòng điện qua điện trở R3 theo hướng dịng nhánh I3 hình vẽ Cơng suất tiêu thụ điện trở R3 P = R3 I3 I3 = 800 (W) TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn The End 59