Chng 6 Tổng hợp và mô phỏng hệ điều khiển tự động truyền động điện I. mô tả động cơ. Khi đặt trên dây quấn kích từ một điện áp U k nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có một dòng điện i k và do đó mạch kích từ của máy sẽ có từ thông . Tiếp đó đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua. T-ơng tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành mômen điện từ có giá trị: M = I Np . 2 . = KI Trong đó: p là số đôi cực của động cơ N là số thanh dẫn phần ứng trên một cực từ a là số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng K là hệ số kết cấu của máy Mômen điện từ kéo cho phần ứng quanh trục, các dây quấn phần ứng quét qua từ thông và trong dây quấn này cảm ứng một sức điện động. E = . . 2 . a Np = K Trong đó: : tốc độ góc của rotor Trong chế độ xác lập, qua ph-ơng trình cân bằng điện áp phần ứng ta có: = K IRU u R - : điện trở mạch phần ứng của động cơ. II. chế độ quá độ của động cơ điện một chiều. Mạch kích từ có hai biến là dòng điện kích từ I k và từ thông là phụ thuộc phi tuyến bởi đ-ờng cong từ hoá lõi sắt. U k (P) = R k I k(P) + N k(P) (P) Trong đó: R k : điện trở cuộn dây kích từ N k : số vòng dây của cuộn kích từ Điện áp mạch phần ứng: U (P) = R - .I (P) + L -(P) I (P) + N NP (P) + E (P) Trong đó: R - : điện trở mạch phần ứng N N : số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp Ph-ơng trình chuyển động của hệ thống: M (P) M c(P) = J P Trong đó: J: mômen quán tính của các phần chuyển động quy đổi về trục động cơ. Từ các ph-ơng trình trên, thành lập đ-ợc sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều (hình 4.1) H4.1 Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện 1 chiều 1/Ru 1+p.Tu 1 J.p Mc K N N N k 1 pN k N k P k U U k Ta dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc so cấu trúc trên là phi tuyến mạnh. Tr-ớc hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính mômen tải. Độ dốc của đặc tính từ hoá và đặc tính cơ mômen tải t-ơng ứng là: K k = K I 0 ,I k0 B = C M CB , B Tải điểm làm việc xác lập có điện áp phần ứng U 0 , dòng điện phần ứng I 0 , tốc độ góc B , điện áp kích từ U k0 , từ thông 0 , dòng điện kích từ I k0 và mômen tải M CB . Biến thiên nhỏ của các đại l-ợng t-ơng ứng: U(p), I(p), (p), U k (p), I k (p) và M C (p). Nh- vậy điện áp mạch phần ứng: U 0 + U(p) = R - [I 0 + I(p)] + p.L - [I 0 + I(p)] + K[ 0 + (p)].[ B +(p)] Mạch kích từ: U k0 + U k (p) = R k [I k0 + I k (p)] + p.L k [I k0 + I k (p)] Ph-ơng trình chuyển động cơ học: K[ 0 + (p)][I 0 + I(p)] [M B + M C (p)] = J[ B + (p)] Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các ph-ơng trình trên có thể viết đ-ợc các ph-ơng trình của gia số: U(p) [K. B .(p) + K 0 (p)] = R - I(p).(1 + p.T - ) U K (p) = R k .I k (p).(1 + p.T k ) K.I 0 .(p) + K(p)I(p) - M C = J.p.(p) Nh- vật sơ đồ cấu trúc đ-ợc tuyến tính hoá của động cơ một chiều kích từ độc lập đ-ợc thể hiện trên hình 4-2: Hình 4-2 Sơ đồ cấu trúc đ-ợc tuyến tính hóa của động cơ Iii. Thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại l-ợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào các tác động của các đại l-ợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Bất cứ một hệ thống điều chỉnh nào cũng đòi hỏi đại l-ợng điều chỉnh bám theo chính xác tín hiệu điều khiển trong chế độ xác lập, tựa xác lập và quá độ. Trong đó, độ ổn định và độ chính xác điều chỉnh là hai chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của một hệ thốnh tự động. Khi thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực hiện đ-ợc tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu chất l-ợng và các yêu cầu kinh tế. Nh- vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu công nghệ trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện của hệ truyền động xe buýt chạy điện ta sử dụng hai mạch vòng điều chỉnh: + mạch vòng điều chỉnh dòng điện ổn định mômen 1/Ru 1+p.Tu 1 J.p U Uk B k KWBKWB k KK 1+p.Tu 1/Ru I M MC Ik + m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é - æn ®Þnh tèc ®é S¬ ®å cÊu tróc chung cña hÖ (h×nh 4-3). H×nh 4-3 S¬ ®å cÊu tróc chung cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng M C S ow S oi R I R w . nhất của một hệ thốnh tự động. Khi thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực hiện đ-ợc tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ. yêu cầu kinh tế. Nh- vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu công nghệ trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện của hệ truyền động xe buýt chạy điện ta sử dụng hai mạch vòng điều chỉnh: + mạch vòng. tính hoá của động cơ một chiều kích từ độc lập đ-ợc thể hiện trên hình 4-2: Hình 4-2 Sơ đồ cấu trúc đ-ợc tuyến tính hóa của động cơ Iii. Thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. Mục