Bài giảng tổng hợp hệ điện cơ (chương 3)

Chơng 3: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều nhiều mạch vòng 3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Trong chơng 2 đ chỉ rõ, hệ thống điều chỉnh tốc độ vòng kín ã đơn dùng phản hồi âm tốc độ và bộ điều chỉnh PI có thể đảm bảo hệ thống ở trạng thái ổn định thực hiện không có sai lệch. Đối với hệ thống có yêu cầu chất lợng động cao, ví dụ yêu cầu khởi động. phanh h m nhanh, sai lệch tốc độ ở chế độ động nhỏ, thì hệ thống ã một mạch vòng khó thoả m n yêu cầu. Điều này chủ yếu do trong hệ ã thống một mạch vòng không thể hoàn toàn khống chế dòng điện và mô men của quá trình động theo yêu cầu. 3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Hình 3.1: Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của động cơ trong quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a/ Quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ một mạch vòng với phản hồi âm dòng điện có ngắt b/ Quá trình khởi động tăng tốc lý tởng I d t n 0 n I dmax I ng I c I d a I d t n 0 n I dmax I c I d b 3.1.2. CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng tèc ®é quay vµ dßng ®iÖn Hình 3.2: Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện: R ω - Bộ điều chỉnh tốc độ quay; R I - Bộ điều chỉnh dòng điện; FT - Máy phát tốc; FX - Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ; CBD - Cảm biến dòng điện, u cđ - Điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ); u n (u n = γ n) - Điện áp phản hồi tốc độ, u * i - Điện áp đặt dòng điện; u i (u i = β I) - Điện áp phản hồi âm dòng điện U d Đ = CKĐ + - ∼ BĐ FX CK FT u cđ CL1 CBD R ω R I - - I n u n u i n ∆u v 3.1.2. CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng tèc ®é quay vµ dßng ®iÖn Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng sử dụng các bộ điều chỉnh PI : Biểu tượng biểu thị tác dụng giới hạn biên độ U d Đ = CKĐ + - ∼ BĐ FX CK FT + - R v02 R v3 R pi OA 2 C i CL1 R v4 CBD + + - R v01 R v1 R pn u cđ OA 1 C n R v2 -γn βI d u đk - 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh I d Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện γ - Hệ số phản hồi tốc độ quay β - Hệ số phản hồi dòng điện u cđ K b γ 1 C e R d I d - nu đk E b E Đ - ∆u vđ R d R ω β - R I 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh Trên thực tế, khi làm việc bình thờng, bộ điều chỉnh dòng điện không bao giờ đạt tới trạng thái b o hoà. Vì vậy, đối với đờng ã đặc tính mà nói, chỉ có hai vùng ứng với hai trờng hợp là bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoà và không b o hoà.ã ã 3.1.3.1. Bộ điều chỉnh tốc độ quay không b o hoà ã Lúc này, cả hai bộ điều chỉnh đều không b o hoà, khi ổn định, điện ã áp chênh lệch đầu vào đều bằng 0. Vì vậy: u cđ =u n = n và: Từ quan hệ thứ nhất ta có: * i i d u u I = = c 0 u n n = = 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoàã Lúc này, đầu ra của R đạt tới giá trị giới hạn biên độ , mạch vòng ngoài của tốc độ quay trở thành mạch hở, sự thay đổi của tốc độ quay không còn ảnh hởng đối với hệ thống. Hệ thống hai mạch vòng biến thành hệ thống một mạch vòng không có sai lệch tĩnh đối với dòng điện. Lúc ổn định: trong đó: dòng điện lớn nhất I dmax là do ngời thiết kế chọn, phụ thuộc vào năng lực quá tải cho phép của động cơ và và trị số lớn nhất gia tốc cho phép của hệ thống truyền động điện. Đờng đặc tính tĩnh lúc này là đoạn A - I dmax trên hình 3.5. * i max d d max U I I = = 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoàã Đờng đặc tính thẳng đứng nh vậy chỉ phù hợp với tình huống n < n 0 , bởi vì nếu n > n 0 thì , R sẽ ra khỏi trạng thái b o hoà.ã Hình 3.5: Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng 0 n n 0 A I dmax I d I đm 3.1.4. Tính toán các tham số ở trạng thái ổn định Từ hình 3.4 có thể thấy, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín ở trạng thái làm việc ổn định, khi hai bộ điều chỉnh đều không b o hoà, giữa các đại lợng có các mối quan hệ sau:ã u cđ = u n = n * i i d c u u I I = = = b e d d e c c d k b b b E C n I R C u / I R u K K K + + = = = ở đây E b là s.đ.đ. đầu ra BBĐ, với BBĐ là sơ đồ chỉnh lu cũng th ờng ký hiệu là U d Hệ số phản hồi tốc độ quay: c max max u n = Hệ số phản hồi dòng điện: * i max d max U I = 3.2. ChÊt lîng ®éng cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng 3.2.1. M« h×nh to¸n häc tr¹ng th¸i ®éng I d H×nh 3.6: S¬ ®å cÊu tróc tr¹ng th¸i ®éng cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng U c® γ R d T m s I c - n E b E § - β - - U n U i R W (s) ω I R W (s) b K s 1 τ + d e 1/ R T s 1+ e 1 C * i U [...]... động của hệ thống điều tốc a/ Hệ thống một mạch vòng; b/ Hệ thống hai mạch vòng Ud - dao động của điện áp mạng được phản ánh trên điện áp chỉnh lưu n 2)Chống nhiễu điện áp mạng điện (lưới) Do nhiễu của điện áp mạng bị bao bọc bởi mạch vòng dòng điện, lúc điện áp dao động, có thể thông qua phản hồi dòng điện để được điều chỉnh kịp thời, không cần phải chờ sau khi có phản hồi tốc độ tác động hệ thống... khởi động Giai đoạn đầu, đoạn 0 ữt1, là giai đoạn điện áp tăng lên Sau khi tác động điện áp đặt ucđ dạng nhảy cấp, thông qua tác động điều khiển của hai bộ điều chỉnh làm cho uđk, Eb (hay Ud), Id đều tăng lên, khi Id > Ic động cơ điện bắt đầu tăng tốc Do quán tính cơ của động cơ, quá trình tăng của tốc độ động cơ không thể đột biến, cho nên chênh lệch điện áp đầu vào uv = ucđ - un của bộ điều chỉnh tốc... phản hồi tốc độ tác động hệ thống mới có phản ứng Vì vậy trong hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín, lượng sụt tốc độ ở trạng thái động của hệ thống giảm đi nhiều so với hệ thống một mạch vòng 3.2.3.3 Tác dụng của hai bộ điều chỉnh Tổng hợp các phân tích trên, tác dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay và bộ điều chỉnh dòng điện trong hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín được quy về mấy điểm... chất lượng của hệ thống điển hình loại I Sau khi đã xác định được cấu trúc của hệ thống điển hình (như hệ thống loại I và loại II), việc đầu tiên là phải tìm được mối quan hệ giữa tham số và chỉ tiêu chất lượng của hệ thống, nghĩa là, phải tìm được công thức tính toán tham số và các bảng biểu thể hiện chất lượng của hệ thống để tiện cho việc ứng dụng thiết kế kỹ thuật Bây giờ ta hãy xem xét hệ thống điển... động hệ thống điều tốc hai mạch vòng có 3 đặc điểm: 1/ Điều khiển bão hoà phi tuyến 2/ Điều khiển tối ưu chuẩn thời gian 3/ Quá điều chỉnh tốc độ quay 3.2.2 Phân tích quá trình khởi động Cần phải lưu ý, dòng Id n Id n điện đầu ra của bộ chỉnh lưu bán dẫn tiristor chỉ đi theo một chiều, do vậy, với hệ thống điều tốc T-Đ không đảo chiều dòng thì khi dừng dòng điện động cơ 0 t Hình 3.8: Đồ thị dòng điện. .. không đảo chiều và động cơ động không tải của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng không làm việc ở trạng thái hãm (nếu không sử dụng các biện pháp khác) Vì vậy hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tuy có quá trình khởi động rất nhanh, nhưng khi dừng máy, sau khi dòng điện hạ về không thì hệ thống chuyển sang hãm tự do Nếu muốn dừng nhanh phải dùng hãm động năng hoặc phanh điện từ 3.2.3 Tính năng... III vòng dòng điện Giai đoạn III: sau thời điểm t2 là 0 giai đoạn điều chỉnh tốc độ quay ở Id t Idmax giai đoạn này, tốc độ quay đã đạt đến trị số cho trước, đại lượng cho trước (tín hiệu đặt hay điện áp chủ đạo) và Ic điện áp phản hồi của bộ điều chỉnh 0 t1 t2 t3 t4 t cân bằng nhau, chênh lệch điện áp Hình 3.7: Đồ thị tốc độ quay và đầu vào bằng 0, nhưng đầu ra do tác dòng điện của hệ thống điều dụng... động số biên, cho nên động cơ với dòng điện cực đại vẫn tăng tốc, làm cho tốc độ quay vượt quá giá trị đặt (quá điều chỉnh) Sau khi tốc độ quay vượt quá giá trị đặt, ở đầu ra của R xuất hiện chênh lệch điện áp âm, làm cho nó thoát khỏi trạng thái bão hoà, điện áp đầu ra của u* nó (cũng là điện áp cho trước i của R ) cũng lập tức từ giá trị biên I (bão hòa) giảm xuống, dòng điện mạch chính Id cũng theo... thức tính đơn giản rõ ràng, dễ nhớ, hết sức tránh rư ờm rà, (3) Không những đưa ra công thức tính tham số, mà còn chỉ rõ xu hướng điều chỉnh, (4) Ngoài hệ thống tuyến tính, cũng có thể xem xét bão hoà phi tuyến, đồng thời đưa ra công thức tính đơn giản, (5) Có thể thích hợp cho hệ thống điều khiển tốc độ thông dụng, hệ thống tuỳ động và cả những hệ thống có phản hồi tương tự 3.3 Phương pháp thiết kế kỹ... Nhưng vì Id vẫn lớn hơn dòng điện phụ tải Ic trong một khoảng thời gian nên tốc độ quay vẫn tiếp tục tăng Đến lúc I d = Ic, mô men động cơ M cân bằng mô men cản Mc (M = Mc), thì dn/dt = 0, tốc độ quay n đạt tới giá trị cực đại (tại thời điểm t = t3) Tiếp sau, dư ới tác dụng của mô men phụ tải, động cơ điện bắt đầu giảm tốc, tư ơng ứng với nó, xuất hiện một giai đoạn ngắn dòng điện Id nhỏ hơn 3.2.2 Phân