Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, bộ môn Tự động hóa XNCN Khoa Điện tiến hành biên soạn giáo trình môn học Tổng hợp hệ điện cơ.
Bài giảng môn học Tổng hợp hệ điện Khoa Điện - Bộ môn TĐH Trường Đại học KTCN Thái Nguyên Giới thiệu môn học Chng I: H thng tuỳ động Chương II: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động xoay chiều hệ thống điều chỉnh tốc độ phương pháp thay đổi điện áp Chương III: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số nguồn Chương IV: Hệ Chương V: thống điều tốc động không đồng rotor dây quấn Hệ thống truyền động điện điều tốc biến tần - động đồng Chương VI: Hệ truyền động điện điều chỉnh vị trớ - Sách, giáo trình : Giáo trình Tổng hợp hệ điện môn Tự động hoá XNCN Khoa Điện biên soạn (đang biên soạn) - Sách tham khảo: [1] Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi,2004 [2] Bïi Quèc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi; §iỊu chØnh tù ®éng trun ®éng ®iƯn; NXB Khoa häc kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [3] Bùi Đình Tiếu; Cơ sở truyền động điện tự động; NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1984 [4] Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh; Giáo trình Kỹ thuật biến đổi; Trường đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 1998 [5] Cyril W Lander; Power Electronics; 1993 [6] Μ Γ Чиликин, Μ Μ Соклов, В Μ Терехов, А В Шинянский; ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО Москва, 1974 ЭЛЕТРОПРИВОДА; Энергия, Chương HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 6.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 6.1.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động y ==0 =x+ Hệ thống tùyyyđộng, thực chất hệ thống ĐCTĐTĐĐ thực điều khiển vị trí với y =x 401 lượng đặt trước biến thiên tùy ý Hệ thống tuỳ động ứng dụng rộng rãi thực tiễn Nhiệm vụ hệ thực điều khiển cấu chấp hành bám sát xác lượng đặt vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường vị trí khơng gian cấu sản xuất, lúc lượng đặt thay đổi trình làm việc hệ thống làm cho đại lượng điều khiển bám sát trì một cách xác vị trí cấu sản xuất theo yêu cầu Ví dụ điều khiển cấu ép trục cán, trình cán kim loại, phải làm cho khe hở hai trục tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia cơng máy cắt điều khiển số điều khiển bám máy chép hình; cấu lái tự động tàu thuyền; cấu điều khiển anten rađa cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm mục tiêu; điều khiển động tác người máy Những ví dụ ứng dụng cụ thể hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí 6.1.2 Các phận chủ yếu hệ thống tuỳ động vị trí nguyên lý làm việc y401=x+ y ==0 y y0 = x 6.1.2 Các phận chủ yếu hệ thống tuỳ động vị trí nguyên lý làm việc y401=x+ y ==0 y y0 = x (1) Bộ đo kiểm vị trí: chiết áp RP1 RP2 tạo thành đo kiểm vị trí (góc), trục quay chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trước (góc đặt), trục quay chiết áp RP2 thông qua cấu nối với phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai chiết áp cấp điện nhờ nguồn điện chiều U, chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện đầu (2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: khuếch đại 1A, 2A tạo thành, khuếch đại 1A làm nhiệm vụ đảo pha, cịn 2A có tác dụng so sánh khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu làm tín hiệu điều khiển khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả nhận biết cực tính điện áp (phương vị âm dương góc pha) (3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: để cung cấp cho động chấp hành hệ thống tuỳ động có khuếch đại điện áp chưa đủ, cịn phải khuếch đại công suất, khuếch đại công suất thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung động truyền động động chiều, trường hợp dùng động xoay chiều khuếch đại cơng suất thường biến tần (4) Cơ cấu chấp hành: động bám Đ (động điện chiều, từ trường vĩnh cửu) để truyền động cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten đa), động phụ tải thường có phận truyền lực (hộp giảm tốc) Bốn phận phận chủ yếu, thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, có linh kiện thiết bị cụ thể khác nhau, ví dụ, dùng đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động điện chiều xoay chiều v.v 6.1.3 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc Qua phân tích dễ dàng nhận chỗ khác giống hệ thống tuỳ động vị trí (sau gọi tắt hệ thống tuỳ động) hệ thống điều tốc Cả hai hệ thống kín (có phản hồi), tức thơng qua việc so sánh lượng đầu hệ thống với lượng cho trước (lượng đặt) để tạo tín hiệu điều khiển hệ thống, nguyên lý hai hệ thống giống Đại lượng cho trước hệ thống điều tốc số, mức độ nhiễu nào, mong đại lượng đầu ổn định, chất lượng chống nhiễu hệ thống tỏ quan trọng Cịn hệ thống tuỳ động tín hiệu đặt vị trí thường xuyên thay đổi, đại lượng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lượng đầu bám xác theo thay đổi lượng cho trước, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính xác thích nghi đầu trở thành đặc trưng chủ yếu hệ thống tuỳ động Hay nói cách khác chất lượng bám tiêu chủ yếu hệ thống Từ hình 6.1 thấy, hệ thống tuỳ động xây dựng sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vịng vị trí, mạch vịng vị trí đặc trưng cấu trúc chủ yếu hệ thống tuỳ động Vì hệ thống tuỳ động thường phức tạp hệ thống điều tốc 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.1 Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh điều chỉnh) − U r (s) (R1R + R R + R 3R1 )C1C 2s + [(R + R )C1 + (R + R )C ]s + WR p (s) = = U v (s) R v C1s(R 3C2s + 1) NÕu R1R2 + R2R3 + R3R1 >> R22, R1R2 + R2R3 + R3R1 cã thÓ dïng R1R2 + R2R3 + R3R1 + R22 để thay gần (R1R2 + R2R3 + R3R1≅R1R2 + R2R3 + R3R1 + R22), ®ã: [(R1 + R )C1s + 1][(R + R )C 2s + 1] WR p (s) ≅ R v C1s(R 3C 2s + 1) (τ1s + 1)(τ2s + 1) = τ0s(τ3s + 1) 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.1 Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh điều chỉnh) τ0 = RvC1; τ1 = (R1 + R2) C1; τ2 = (R2 + R3) C2; τ3 = R3C2 WR p θ* (s) m ∆θm (s) (τ1s + 1)( τ2s + 1) θm(s) τ0s(τ3s + 1) Wđt θm(s) K t s(Tps + 1)(Tms + 1) Hình 6.27: Sơ đồ cÊu tróc hƯ thèng t ®éng hiƯu chØnh nèi tiÕp b»ng bé PID 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.1 Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh điều chỉnh) Với việc chọn τ3 nhỏ so với Tm, thay khâu quán tính bậc với số thời gian τ3 Tp khâu quán tính với số thời gian TΣ = τ3+Tp; chọn τ1=Tm đặt K=Kđt/τ0 cấu trúc hệ là: θ* (s) m ∆θm (s) θm(s) K(τ2s + 1) s (TΣs + 1) θm(s) 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song phản hồi âm tốc độ θ (s) * m m (s) m(s) Khuếch đại nhạy pha Wt(s) m(s) Ws(s) Hình 6.28: Hệ thống động có hiệu chỉnh mắc song song 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song phản hồi õm tc Sensin khuếch đại nhạy pha * (s) m Khuếch đại công suất m (s) K θm(s) Tph s + - Kb τs + §éng c¬ n(s) 1/ Ce Tm Tes + Tes + Bé gi¶m tèc K g θm(s) s γ Ton s + Hình 6.29: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống tuỳ động có phản hồi âm tốc độ quay 6.4 HiU CHNH TRNG THI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song phản hồi âm tốc độ Khi bỏ qua τ, Te, Ton hàm truyền mạch vịng là: K đt Wđt (s) K đt s(Tms + 1) Wkn (s) = = = K đt K c s(Tms + + K đt K c ) + Wđt (s)Wc (s) + Tms + K đt + K đt K c K kn = = Tm s( s + 1) s(Tk s + 1) + K đt K c K kn K đt = + K đt K c Tm Tk = + K đt K c = 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 6.4.2.2 Hiệu chỉnh song song phản hồi âm vi phân tốc độ RP FT uFT C uFT R un Hình 6.30: Mạch lấy tín hiệu vi phân tốc độ quay Tcs U n (s) R γRCs =γ = = RCs + Tcs + U FT (s) R+ Cs U n (s) γK c Ts Wdn (s) = = θm (s) Tcs + T2 τ 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 6.4.2.2 Hiệu chỉnh song song phản hồi âm vi phân tốc độ K1K kn (Tcs + 1) W1 (s)Wkn (s) ≈ s(Tls + 1)(Tph s + 1)(Tss + 1)(Tk s + 1) HiÖu chỉnh song song bng phn hồi vi phân tốc độ quay tương đương với cài đặt thêm vào khâu hiệu chỉnh mắc nối tiếp cú hàm số truyền tương đương là: (Tms + 1)(Tcs + 1) (T1s + 1)(Tk s + 1) 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3 Điều khiển phức hợp (bù theo lượng điều khiển) F(s) + θ* (s) m + W1(s) m(s) + W2(s) m(s) Hình 3.33: Sơ ®å cÊu tróc hƯ thèng t ®éng ®iỊu khiĨn phøc hợp (bù theo lượng điều khiển đầu vào) m (s) W1 (s)W2 (s) + W2 (s)F(s) Wtđm (s) = * = θm (s) + W1 (s)W2 (s) 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3 Điều khiển phức hợp (bù theo lượng điều khiển) 6.4.3.1 Nguyên lý bất biến θm (s) W1 (s)W2 (s) + W2 (s)F(s) Wtđm (s) = * = θm (s) + W1 (s)W2 (s) F(s) = W2 (s) Thì: Wt®m(s) = 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3 Điều khiển phức hợp (bù theo lượng điều khiển) 6.4.3.1 Nguyên lý bất biến FT PR uFT SSF SST Chỉnh lưu nhạy pha Rv0 Hình 6.34: Tín hiệu bù đưa vào khuếch đại 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3 Điều khiển phức hợp (bù theo lượng điều khiển) 6.4.3.2 Phương pháp hàm số truyền tương đương θm (s) W1 (s)W2 (s) + W2 (s)F(s) Wtđm (s) = * = θm (s) + W1 (s)W2 (s) đặt W1(s) = 1, W2(s) = W(s), ta cã: Wtđm (s) = W(s) [ + F(s) ] + W(s) W(s) [ + F(s) ] Wtđm (s) Wh (s) = = − Wtđm (s) − F(s)W(s) 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3.2 Phương pháp hàm số truyền tương đương Giả thiÕt hÖ thèng ban đầu hệ thống loại I, hàm số truyền mạch vòng hở là: Kv W(s) = s(T1s + 1) Khi tín hiệu vào dạng tuyến tính phận bù lấy đạo hàm bậc nhất, chọn hàm truyền F(s) = τ1s hàm số truyền mạch vòng hở tương đương biến thành: K (τ s + 1) Wh (s) = NÕu τ1 = Kv ta cã: v T1s + (1 − τ1K v )s K v (τ1s + 1) Wh (s) = T1s 6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 6.4.3.2 Phương pháp hàm số truyn tng ng 1Kv = 0,9 ữ 0,95 Lúc hàm số truyền mạch vòng hở tương đương trở thành: Kv (τ1s + 1) K v (τ1s + 1) 0, 05 ÷ 0,1 Wh (s) = = T1 T1s + (0, 05 ÷ 0,1)s s( s + 1) 0, 05 ÷ 0,1 ... tuỳ động vị trí - Hệ thống tuỳ động điều khiển góc pha kiểu số 6.1.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí - Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số 6.1.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí - Hệ thống. .. yếu hệ thống tuỳ động Vì hệ thống tuỳ động thường phức tạp hệ thống điều tốc 6.1.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hình 6.2: Cấu trúc điển hình hệ tùy động kiĨu m« pháng 6.1.4 Phân loại hệ thống. .. ЭЛЕТРОПРИВОДА; Энергия, Chương HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 6.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 6.1.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động y ==0 =x+ Hệ thống tùyyyđộng, thực chất hệ thống ĐCTĐTĐĐ thực điều khiển vị trí với y =x