Chương 2: Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động cơ một chiều

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

Chơng 2: Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động cơ một chiều 2.1. Khái niệm chung Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có hai phơng pháp đợc sử dụng chủ yếu là điều chỉnh điện áp mạch phần ứng (mạch rotor) động cơ và điều chỉnh từ thông động cơ. Phơng điều chỉnh từ thông động cơ một chiều chỉ áp dụng cho loại tải có đặc tính mô men cản tỉ lệ nghịch với tốc độ và phạm vi điều chỉnh D5:1, và chiếm một tỉ lệ không đáng kể so với phơng pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ. Chơng 2: 2.2. Các nguồn điện và các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2.2.1. BBĐ máy điện và hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-) Hình 2.1: Hệ thống điều tốc một chiều dùng hệ máy phát - động cơ (F-Đ) + - + (-) - (+) U F Đ ĐK + - CKF Bộ khuếch đại FK CKĐ + - M n Trạng thái động cơ quay thuận Trạng thái hãm quay thuận Trạng thái động cơ quay ng#ợc Trạng thái hãm quay ng#ợc n 2 n 1 n 3 n 4 n 5 Hình 2.2: Đặc tính cơ hệ F-Đ M c Ch¬ng 2: 2.2.2. ChØnh lu ®iÒu khiÓn tiristor (BB§ van) vµ hÖ thèng truyÒn ®éng tiristor - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ T-§) H×nh 2.3: HÖ thèng ®iÒu tèc mét chiÒu dïng hÖ chØnh l%u tiristor - ®éng c¬ (T-§) U d § - = CK§ + - + ∼ CL FX CK Ch¬ng 2: 2.2.2. ChØnh lu ®iÒu khiÓn tiristor (BB§ van) vµ hÖ thèng truyÒn ®éng tiristor - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ T-§) H×nh 2.4: Ph¹m vi lµm viÖc cña hÖ thèng T-§ a) Lµm viÖc ë mét gãc to¹ ®é; b) Lµm viÖc ë hai gãc to¹ ®é; b) c) Lµm viÖc ë bèn gãc to¹ ®é Ch¬ng 2: 2.2.3. BB§ mét chiÒu-mét chiÒu (xung ®iÖn ¸p) vµ hÖ thèng truyÒn ®éng xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ XA-§) H×nh 2.5: HÖ thèng ®iÒu tèc mét chiÒu dïng xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ XA-§) u t § CK§ + - CK X§K - = + + T M¹ch khãa - U d D 0 Ch¬ng 2: 2.2.3. BB§ mét chiÒu-mét chiÒu (xung ®iÖn ¸p) vµ hÖ thèng truyÒn ®éng xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ XA-§) u t t U d 0 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 U TB H×nh 2.6: D¹ng ®iÖn ¸p trªn ®éng c¬ cña hÖ thèng ®iÒu tèc mét chiÒu dïng xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (hÖ XA-§) t ® T ck đ TB d dđ d ck t U U U t fU T = = γ = Các phơng pháp điều khiển BBĐ xung áp (1) Giữ chu kỳ xung T ck không đổi, chỉ điều chỉnh thời gian mở t đ của tiristor T trong mỗi chu kỳ, tức là điều chỉnh độ rộng xung. Ph# ơng pháp này đ#ợc gọi là ph#ơng pháp điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation), gọi tắt là PWM, (2) Giữ thời gian mở t đ của tiristor T trong mỗi chu kỳ không đổi, chỉ điều chỉnh chu kỳ xung T ck , tức là điều chỉnh tần số xung. Ph#ơng pháp này đ#ợc gọi là ph#ơng pháp điều chế tần số (Pulse Frequency Modulation), gọi tắt là PFM. (3) Điều khiển kiểu hai điểm: Lúc dòng hoặc điện áp phụ tải nhỏ hơn một trị số tối thiểu nào đó, khống chế mở T; lúc dòng hoặc điện áp đạt tới môt trị số cực đại nào đó, thực hiện khóa T. Thời gian mở và khóa đều không xác định. Ưu điểm của hệ thống PWM so với hệ thống T-Đ: (1) Do tần số đóng cắt của hệ thống PWM khá cao, nên chỉ cần điện cảm cuộn dây rotor đã đủ để dòng điện động cơ t#ơng đối bằng phẳng, cho phép tăng chất l#ợng và phạm vi điều tốc khá rộng, có thể đạt tới xấp xỉ 10000:1. Do chất l#ợng dòng điện hệ PWM-Đ tốt hơn hệ thống T-Đ, cùng một giá trị dòng điện trung bình tức là cùng một giá trị mômen điện từ đầu ra nh# nhau, thì tổn hao và phát nhiệt của động cơ trong hệ PWM-Đ đều khá nhỏ. (2) Nhờ tần số đóng cắt cao, nên có thể đạt đ#ợc độ tác động nhanh cao. (3) Bởi vì các linh kiện điện tử công suất có thể làm việc ở trạng thái đóng mở, tổn hao của mạch điện chính khá nhỏ, hiệu suất của thiết bị t#ơng đối cao. Chơng 2: 2.2.3. BBĐ một chiều-một chiều (xung điện áp) và hệ thống truyền động xung áp - động cơ một chiều (hệ XA-Đ) XĐK - = + Hình 2.7: Hệ thống điều tốc một chiều dùng chỉnh l%u đi ốt +xung áp - động cơ một chiều (hệ XA-Đ) U d Đ CKĐ + - CK Xung áp Lọc CL Chơng 2: 2.3. Những vấn đề đặc biệt của hệ thống chỉnh lu tiristor - động cơ (hệ T - Đ) (1) Mạch t#ơng đ#ơng hệ T-Đ (2) ảnh h#ởng của trạng thái gián đoạn của dòng điện, và biện pháp khống chế nó (3) Tính liên tục và gián đoạn của đồ thị dòng điện (4) Đặc tính cơ của hệ thống T-Đ. [...]... tính cơ hệ T-Đ khi làm việc trong hai góc phần tư (tải thế năng) Chương 2: 2.3.4 Đặc tính cơ của hệ thống tyristo - động cơ điện Chương 2: 2.4 Chế độ tĩnh của hệ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2.4.1 Chất lượng của hệ thống hở và những vấn đề tồn tại 2.4.2 Hệ điều tốc có phản hồi âm tốc độ và đặc tính tĩnh của hệ ucđ KĐ -n uđk + BĐ CKĐ - FT PR Hình 2.13: Hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ. .. Id Hình 2. 22: Đặc tính cơ điện của hệ ĐCTĐTĐĐ có phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt khi sử dụng khâu tổng hợp chung 2.4.6 Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6.4 Trường hợp khi các tín hiệu được tổng hợp riêng rẽ uv1 ucđ n (-) Kn uđk1 u v2 I KI uđk Kb Eb Ud (-) (-) Rb+Rs EĐ KĐ n (-) Rư Id Ing Hình 2.23: Sơ đồ khối của hệ ĐCTĐTĐĐ có phản hồi âm tốc độ và âm dòng... ngắt khi sử dụng khâu tổng hợp riêng rẽ Chương 2 2.4.7 Các bộ phận chủ yếu của hệ thống điều tốc có phản hồi và tính toán thiết kế các tham số ở trạng thái ổn định Tính toán tham số trạng thái ổn định là buớc đầu tiên của thiết kế hệ thống điều khiển tự động, nó được quyết định bởi cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển, sau đó phải thông qua thiết kế tham số trạng thái động để hệ thống càng hoàn thiện... 1, 46 2 Id min Đối với sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha: U2 Ld = 0, 693 Id min Chương 2: 2.3.3 Tính liên tục và gián đoạn của dòng điện id Id t 0 id a Id t 0 b Hình 2.10: Dạng dòng diện động cơ ở chế độ dòng liên tục (a) và dòng gián đoạn (b) Chương 2: 2.3.4 Đặc tính cơ của hệ thống tyristo - động cơ điện Trong chế độ dòng điện liên tục, phương trình đặc tính cơ điện của hệ thống T-Đ là: n= 1 1 q U... n = K Đ I đm 1 + K KĐ K b 2.4.6 Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ucđ -n KĐ uđk BĐ KN + CKĐ Rs + FT + -(Id - Ing) Hình 2.20: Hệ ĐCTĐTĐĐ có phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6 Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6.3 Trường hợp khi các tín hiệu được tổng hợp chung ở khối đầu vào ucđ uv... tác động n = K I K b K Đ U bh + K I K b K Đ I ng (K KĐ K b + R b + R ư )K Đ I d 2.4.6 Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6.4 Trường hợp khi các tín hiệu được tổng hợp riêng rẽ Dạng đường đặc tính cơ điện n ucđ1 ucđ1> ucđ2 >ucđ3 ucđ2 ucđ3 Id 0 0 Iđm Ing Ibh1 Idg Hình 2.24: Đặc tính cơ điện của hệ ĐCTĐTĐĐ có phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt khi sử dụng khâu tổng. . .Chương 2: 2.3.1 Mạch tương đương hệ T-Đ và việc điều chỉnh điện áp đầu ra BBĐ id Rd Ld di d u d = R did + Ld + Ed dt + ud EĐ - Hình 2.8: Mạch điện tư ơng đương của hệ T-Đ q U m sin cos = U do cos q q U do = U m sin q Ud = Chương 2: 2.3.1 Mạch tương đương hệ T-Đ và việc điều chỉnh điện áp đầu ra BBĐ Hình 2.9: Bộ chỉnh lưu liên hợp tạo bởi hai sơ đồ cầu 3 pha Ud = 2,34U2cos; Ud = 4,68U2cos Chương. .. nht khi b bóo hũa 2.4.6 Hệ điều tốc vòng kín với phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện có ngắt 2.4.6.4 Trường hợp khi các tín hiệu được tổng hợp riêng rẽ Phương trình đặc tính: + Vùng 1 (đoạn 1): Chỉ có phản hồi âm tốc độ tác động n= K KĐ K b K Đ u cđ K Đ (R b + R ư ).I d K.u cđ K Đ (R b + R ư ).I d = 1 + .K KĐ K b K Đ 1 + .K 1 + .K + Vùng 2 (đoạn 2): Có cả hai phản hồi tác động n= Ku cđ + K I K b... khi tải nhỏ và tốc độ thấp, thông thường cho trước dòng điện cực tiểu Id min (đơn vị đo A), sau đó dùng nó để tính lượng điện cảm tổng cộng Ld (đơn vị đo mH) Chương 2: 2.3.2 Sự đập mạch của dòng điện chỉnh lưu và các biện pháp hạn chế Giá trị điện cảm tổng cộng Ld (đơn vị đo mH) cần thiết: Đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn: U Ld = 2,87 2 Id min Đối với sơ đồ chỉnh lưu hình tia... thống T-Đ là: n= 1 1 q U d Id R d ) = ( U m sin cos I d R d ) ( Ce Ce q n n 1 2 3 4 0 5 M, Id Hình 2.10: Đặc tính cơ hệ T-Đ ở chế độ dòng tải liên tục 1