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. Giáo trình gồm 10 chương theo chương trình môn học của ngành Chương1: Những khái niệm và chỉ tiêu cơ bản của hệ điện cơ Chương 2: Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động cơ một chiều Chương 3: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng nhiều mạch vòng Chương 4: Hệ thống truyền động đảo chiều Chương 5: Hệ thống truyền động động cơ một chiều sử dụng BBĐ một chiều một chiều (Xung điện áp) Chương 6: Hệ thống tùy động vị trí Chương 7: Các loại hình cơ bản của hệ điều tốc động cơ không đồng bộ hệ thống điều tốc điều chỉnh điện áp Chuơng 8: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi tần số Chương 9. Hệ thống điều tốc nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn Chương 10. Hệ thống điều tốc biến tần của động cơ đồng bộ
Khoa Điện - Bộ môn TĐH Tr ờng Đại học KTCN Thái Nguyên Bài giảng môn học Tổng hợp hệ điện cơ 1 Giới thiệu môn học Ch ng I: Những khái niệm và chỉ tiêu cơ bản của hệ điện cơ Ch ng II: Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động cơ một chiều Ch ng III: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng nhiều mạch vòng Ch ng IV: Hệ thống truyền động đảo chiều Ch ng V: Hệ thống truyền động động cơ một chiều sử dụng BBĐ một chiều - một chiều (Xung điện áp) Ch ng VI: Hệ thống tùy động Giới thiệu môn học Ch ng VII: Các loại hình cơ bản của hệ điều tốc động cơ không đồng bộ hệ thống điều tốc điều chỉnh điện áp Ch ng VIII: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng ph ơng pháp thay đổi tần số Ch ng IX: Hệ thống điều tốc nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn Ch ng X: Hệ thống điều tốc biến tần động cơ đồng bộ - Sách, giáo trình chính : Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ do bộ môn Tự động hoá - Khoa Điện biên soạn - Sách tham khảo: [1]. Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,2004 [2]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, D ơng Văn Nghi; Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2002. [3]. Bùi Đình Tiếu; Cơ sở truyền động điện tự động; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1984. [4]. Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh; Giáo trình Kỹ thuật biến đổi; Tr ờng đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 1998. [5]. Cyril W. Lander; Power Electronics; 1993. [6]. . . , . . , . . , . . ; ; , , 1974. Ch ơng 1: Những khái niệm và chỉ tiêu cơ bản của hệ điện cơ 1.1. Khái niệm chung về hệ điện cơ 1.1.1. Khái niệm chung Hệ điện cơ là các hệ thống dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng và khống chế tự động cơ năng đó. Phần cơ bản của hệ điện cơ là hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện (ĐCTĐTĐĐ). Mục tiêu cơ bản của hệ ĐCTĐTĐĐ là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại l ợng điều chỉnh mà không phụ thuộc tác động của các đại l ợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Ch ¬ng 1: HÖ thèng §CT§T§§ cã cÊu tróc chung ® îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.1. B§ M M X R §L - H×nh 1.1: CÊu tróc chung cña hÖ §CT§T§§ NL (NhiÔu lo¹n) TH§ Ch ơng 1: 1.1.2. Phân loại hệ điện cơ Việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện th ờng có nhiều cách, tuỳ vào mục đích. Phân loại theo động cơ truyền động: - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ một chiều - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều đồng bộ - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ b ớc Ch ơng 1: 1.1.2. Phân loại hệ điện cơ Phân loại theo bộ điều chỉnh và tín hiệu vào bộ điều chỉnh: - Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh t ơng tự (analog) - Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh số (digital) - Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh lai t ơng tự-số (analog- digital) Phân loại theo cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển: - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển thích nghi - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển mờ Ch ơng 1: 1.1.2. Phân loại hệ điện cơ Phân loại theo nhiệm vụ chung: - Hệ ĐCTĐTĐĐ duy trì đại l ợng điều chỉnh (đại l ợng ra) theo l ợng đặt tr ớc không đổi. Ví dụ: Hệ duy trì tốc độ, - Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động (hệ bám), là hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều khiển tự động l ợng ra theo l ợng đặt biến thiên tùy ý. Các hệ này th ờng gặp ở các các hệ truyền động quay anten, ra đa, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, Ch ơng 1: 1.1.2. Phân loại hệ điện cơ Phân loại theo nhiệm vụ chung: - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển ch ơng trình, thực chất cũng là hệ điều khiển vị trí nh ng đại l ợng điều chỉnh đ ợc điều khiển tự động tuân theo l ợng đặt biến thiên theo một ch ơng trình định tr ớc. Đại l ợng điều chỉnh trong hệ thống này th ờng là các quỹ đạo chuyển động phức tạp trong không gian, cho nên cấu trúc của nó th ờng nhiều trục. Ch ơng trình điều khiển ở đây đ ợc mã hóa ghi vào bìa, băng từ, đĩa từ, [...]... 1: 1.3 Các chỉ tiêu cơ bản 1.3.1 Các chỉ tiêu chung Để đánh giá các hệ điều chỉnh tự động truyền động điện ngời ta thờng dựa vào một số chỉ tiêu chung nh sau: 1 Đặc tính phụ tải 2 Phạm vi điều chỉnh tốc độ n max D= 3 Độ trơn (độ bằng phẳng) điều chỉnh n min 4 Sai lệch tĩnh n oi n i st = n 0i n i +1 = ni n 0i n i st % = 100% n oi Chơng 1: 1.3 Các chỉ tiêu cơ bản 1.3.2 Độ chính xác của hệ thống ĐCTĐTĐĐ... trúc và tham số của mạch điều khiển, ta cần phải xác định luật điều khiển đầu vào để hệ đảm bảo chất lợng 2/ Bài toán tổng hợp tham số: thực hiện khi đã biết cấu trúc và lợng tác động đầu vào của hệ, ta cần xác định các tham số của các bộ điều khiển 3/ Bài toán tổng hợp cấu trúc - tham số: thực hiện khi đã biết qui luật biến thiên của lợng đầu vào và ra của hệ, ta cần xác định cấu trúc của hệ và đặc... m Khi một hệ có với hàm truyền kín dạng (1.11) có m = n và b0 = 1, b1 = a1, b2 = a2, và bm = am thì hệ sẽ có tất cả các hệ số sai lệch đều bằng không, tức hệ chính xác tuyệt đối Chơng 1: 1.3.3 Các tiêu chuẩn sai lệch 1 Tiêu chuẩn tích phân bình phơng sai lệch (ISE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng của hệ đợc đánh giá bởi tích phân sau: T I = e 2 ( t ) dt e 2 ( t ) dt min 0 (1.14) 0 2 Tiêu chuẩn... 1.3.2.1 Các hệ số sai lệch Ci, CiNj với i =1 ữ , j = 1 ữ n là các hằng số, (t) là thặng d Khi giả thiết bỏ qua tác động của các tín hiệu nhiễu và thặng d , sai lệch của hệ đợc biểu diễn gọn lại: e ( t ) = R ( t ) C ( t ) = C0 R ( t ) + C1 dR ( t ) dt + + Ci di R ( t ) dt + Các hằng số C0, C1, , Ci, đợc gọi là các hệ số sai lệch C0: Hệ số sai lệch vị trí C1: Hệ số sai lệch tốc độ C2: Hệ số sai lệch... min 0 (1.14) 0 2 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với giá trị tuyệt đối của sai lệch (ITAE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng của hệ đợc đánh giá bởi tích phân sau:phân sau: T I = t e ( t ) dt = t e ( t ) dt 0 min (1.16) 0 2 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với bình phơng sai lệch (ITSE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng của hệ đợc đánh giá bởi tích phân sau: T I = te ( t ) dt te ( t ) dt 2 0... Độ chính xác của hệ thống ĐCTĐTĐĐ trong chế độ xác lập và tựa xác lập 1.3.2.1 Các hệ số sai lệch N1 N2 Nn R(t), e(t), C(t) R(s) E(s) F0(s) C(s) C(t ) R(t) TM (-) t e(t) a Hình 1.2: Sơ đồ khối (a) và đặc tính quá độ (b) b Chơng 1: 1.3.2.1 Các hệ số sai lệch C ( s ) = F ( s ) R ( s ) + Fi ( s ) N i ( s ) - F(s) là hàm truyền kín của hệ theo THĐ và đợc xác định theo biểu thức sau: F( s) = F0 ( s ) 1... 1.1.2 Phân loại hệ điện cơ Phân loại theo nhiệm vụ chung: Chúng ta thờng gặp các hệ điều khiển chơng trình ở các trung tâm gia công cắt gọt kim loại, các dây chuyền sản xuất có robot Hệ điều khiển chơng trình có cấu trúc phức tạp nhất và thờng đợc thiết kế ở dạng điều khiển số (NC) hoặc điều khiển số có sử dụng máy tính (CNC - Computer Numeric Control) Chơng 1: 1.2 Các bài toán tổng hợp hệ thống 1/ Bài... lệch vị trí C1: Hệ số sai lệch tốc độ C2: Hệ số sai lệch gia tốc Một hệ có tất cả các hệ số sai lệch đều bằng không thì đ ợc gọi là hệ chính xác tuyệt đối Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định các hệ số sai lệch a/ Xác định các hệ số Ci theo hàm truyền sai lệch: R(s) E(s) C(s) F0(s) (-) Hình 1.3 Hàm truyền sai lệch theo tín hiệu vào: E ( s) = R ( s) C ( s) = R ( s) R ( s) Fe ( s ) = 1 F0 (... định các hệ số sai lệch a/ Xác định các hệ số Ci theo hàm truyền sai lệch: Kt hp (1.5) vi (1.8), rỳt ra: C0 = lim Fe ( s ) s0 1 C1 = lim Fe ( s ) C0 s 0 s 1 C2 = lim 2 Fe ( s ) ( C0 + C1s ) s 0 s i 1 1 j Ci = lim i Fe ( s ) C js s 0 s j= 0 (1.9) Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định các hệ số sai lệch b/ Xác định các hệ số Ci theo hàm truyền hệ thống... (1.9) Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định các hệ số sai lệch b/ Xác định các hệ số Ci theo hàm truyền hệ thống kín Ta có thể xác định hàm truyền sai lệc của hệ theo hàm truyền hệ kín: Fe ( s ) = R ( s) C ( s) R ( s) = 1 F( s) (1.10) Dựa vào (1.9) và (1.10) nếu F(s) có dạng: b0 + b1.s1 + b 2s 2 + + b ms m F ( s) = 1 + a1.s1 + a 2s 2 + + a n s n ( m n) (1.11) Kết hợp các biểu thức (1.9), (1.10) với