Cấu trúc điển hình của thiết bị điều khiển máy điện. Chương trình Cao học Bộ môn TBĐ- ĐT Viện Điện ĐHBK Hà Nội.
Trang 2M ụ c đ ích:
N ắ m v ữ ng các c ấ u trúc đ i ể n hình c ủ a các b ộ đ i ề u khi ể n các thi ế t b ị đ i ệ n
N ộ i dung:
H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n t ự độ ng máy đ i ệ n
Các ph ầ n t ử t ự độ ng trong đ i ề u khi ể n t ự độ ng Các b ộ bi ế n đổ i b ằ ng đ i ệ n t ử công su ấ t
M ộ t s ố ví d ụ đ i ể n hình
Trang 3Tài li ệ u tham kh ả o:
1) Trầ n V ă n Th ị nh, Hà Xuân Hoà, Nguy ễ n V ũ Thanh,T ự độ ng
hoá và đ i ề u khi ể n Thi ế t b ị đ i ệ n, NXB GD, 2008
2) Bùi Quố c Khánh, Nguy ễ n V ă n Li ễ n, Ph ạ m Qu ố c H ả i, D ươ ng V ă n Nghi, Đ i ề u ch ỉ nh t ự độ ng truy ề n độ ng đ i ệ n, NXB KH&KT, 2001
4) Bimal K Bose Power Electronis and Motor Drives, Advances and
Trends 2006 Elsevier.
5) John Chiasson Modeling and High-Performance Control of Electric
Machines 2005 John Wiley & Sons, Inc., Hopoken, New Jersey.
3) Lê Vă n Doanh, Nguy ễ n Th ế Công, Tr ầ n V ă n Th ị nh, Đ i ệ n t ử công
su ấ t, Tậ p 1 & 2 NXB KH&KT, 2004-2005
Trang 4Hiệu chỉnh(Regulator)
Bộ biến đổi(Convertor)
MáyĐiện
NLNL
X đ
Xph
X đ k
Trang 51.1.1 Ch ỉ tiêu đ ánh giá ch ấ t l ượ ng h ệ th ố ng
đ i ề u khi ể n máy đ i ệ n1) Chất lượng tĩnh:
Trang 61.1.3 Máy đ i ệ n - Đố i t ượ ng đ i ề u khi ể n (C ơ
c ấ u ch ấ p hành)1) Thiết bị điện nguồn:
- Máy phát đồng bộ
- Máy phát không đồng bộ
- Nguồn ổn áp, nguồn liên tục (UPS)
- Nguồn năng lượng tái tạo: Gió, mặt trời,
sinh học, thủy triều
2) Động cơ điện:
- Động cơ 1 chiều
- Động cơ xoay chiều: KĐB, ĐB
- Động cơ đặc biệt: ĐC bước, ĐC 1 chiều
không chổi than
Trang 71.1.4 Các h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n c ơ b ả n c ủ a
thi ế t b ị đ i ệ n ngu ồ nNguồn AC:
- Tần số + sai số cho phép, số pha
- Giá trị điện áp hiệu dụng, sai số cho phép
- Méo hài tổng (Total Harmonic Distortion -THD)Nguồn DC:
- Giá trị điện áp trung bình, sai số cho phép
Sử dụng máy phát xoay chiều hoặc nguồn DC + với các bộ biến đổi điện tử công suất để đảm bảo các thông số:
Sử dụng trực tiếp máy phát 1 chiều hoặc nguồn xoay chiều + bộ biến đổi điện tử công suất để đảm bảo các thông số:
Trang 81.1.5 Các h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n c ơ b ả n c ủ a độ ng c ơ
- Duy trì đại lượng đặt không đổi: tốc độ, mô men, công suất (máy cắt gọt kim loại, nâng vận chuyển, công
nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp giấy )
- Tùy động bám theo khi đại lượng đặt biến thiên:
điều khiển vị trí (hệ truyền động ăn dao, hệ quay
rada, anten )
- Điều khiển chương trình khi đại lượng đặt theo
chương trình cho trước (Dây truyền SX tự động có
robot, máy CNC - Computer Numeric Control )
Trang 91.1.6 Nguyên t ắ c xây d ự ng h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n
- Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật (máy phát, động cơ)
- Điều khiển đơn giản, hoạt động tin cậy
- Linh hoạt, an toàn và thuận tiện khi điều khiển
- Dễ dàng phát hiện và kiểm tra sự cố
- Thuận tiện cho lắp đặt, sửa chữa và vận hành
- Kích thước, giá thành hợp lý
Trang 10nhiễu loạn hoặc do trôi điểm không
- Từ đó lựa chọn các phương pháp điều khiển, bộ hiệu
chỉnh, bộ bù thích hợp
Trang 111.2.1 Các h ệ s ố sai l ệ ch:
Xét hệ thống tự động cơ bản:
F0(p)
MáySX
i
F p
: Hàm truyền hệ kín: Hàm truyền các nhiễu loạn
Trang 12Khi X(t) và Ni(t) thỏa mãn điều kiện Mc.Laurin thì
e(t) = X(t) – Y(t) có dạng chuỗi:
Trang 13Hàm truyền của hệ đối với sai lệch:
lim
1 lim
1 lim
1 lim
e p
e p
e p
Trang 14Hàm truyền của hệ đối với tín hiệu điều khiển:
0
( ) ( )
Trang 161.2.2 Tiêu chu ẩ n đ ánh giá sai l ệ ch:
1) Tiêu chu ẩ n tích phân bình ph ươ ng sai l ệ ch (ISE):
Công thức:
2 0
Ưu và nhược điểm:
- Đáp ứng nhanh để giảm thiểu sai lệch tqđ nhỏ
- Có tác dụng đối với sai lệch lớn
- Hệ dễ mất ổn định
- Ít tác dụng đối với sai lệch nhỏ
- Tính toán đơn giản theo giải tích hay thực nghiệm
Trang 172) Tiêu chu ẩ n tích phân c ủ a tích th ờ i gian v ớ i giá tr ị tuy ệ t
đố i c ủ a sai l ệ ch (ITAE):
Công thức:
Ưu và nhược điểm:
- Đáp ứng tốt cho các dao động quá độ giảm độ quá điều chỉnh và suy giảm nhanh các dao động
- Tính toán theo thực nghiệm dễ dàng
- Ít tác dụng với sai lệch lớn ban đầu
- Ít tác dụng đối với sai lệch nhỏ
Trang 181 ( )
1
m
i i
n
k k
( ) ( )
m
i i
- Nếu X(t) = const: K tăng, sai lệch tĩnh giảm
- Nếu X(t) = kt : sai lệch tĩnh tăng theo thời gian
Trang 22( )
1 0
'
1 ( )
d
m
T p j
Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh dạng tổng quát:
Td: Hằng số thời gian khâu trễ
Tk: Hằng số thời gian lớn cần bù trong các bộ hiệu chỉnhT’s: Hằng số thời gian nhỏ không cần bù
Một mạch vòng hiệu chỉnh gồm đối tượng S và mạch phụ:
1 01 1
1 01
( ) ( ) ( )
( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( )
Trang 231.3.1 Tiêu chu ẩ n t ố i ư u modun:
Đặc tính biên – tần: Khi , modun ω → ∞ → 0
ở dải tần thấp nhất, hàm truyền phải đạt: F j ( ω ) ≈ 1
Khi đó hàm chuẩn theo tiêu chuẩn có dạng:
1 ( )
Trang 24Ví d ụ :
R(p)
Xđ
S0(p)-
0 0
Trang 25Với R(p) là PI, ta có hàm truyền hệ hở:
Trang 26Hàm truyền khâu hiệu chỉnh: 2
1 1
1 ( )
Trang 271.3.2 Tiêu chu ẩ n t ố i ư u đố i x ứ ng:
Thường ứng dụng để hiệu chỉnh hệ có yêu cầu vô sai
cấp cao theo quan điểm nhiễu loạn (tải)
Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn có dạng:
1 4 ( )
Đặc điểm: FDX có thành phần vi phân (D) trên tử số
nên có độ quá điều chỉnh cao hơn so với tiêu chuẩn tối
ưu modun
Xét tiêu chuẩn để xác định hàm truyền R(p) theo các
dạng hàm truyền cơ bản của đối tượng S(p)
Trang 28+ Khi đối tượng có hàm truyền vô sai cấp 1:
Chọn khối hiệu chỉnh R(p) là khâu PI:
1 ( )
Trang 29( )
8
s s
Trang 30Khi đó quá trình quá độ X(t) có dạng đường (1):
Trang 31+ Khi đối tượng có khâu quán tính thứ 2 với hằng
+ Do có độ quá điều chỉnh lớn (43,4%) nên thông
thường có thêm khâu quán tính có hằng số thời
gian 4Ts vào tín hiệu đặt Xđ trước khi vào bộ
cộng tín hiệu phản hồi Khi đó đặc tính quá độ X(t)
sẽ có dạng đường (2) có độ quá điều chỉnh nhỏ
Trang 32P(p)
Trang 33- Theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng, nếu T1 >> Ts ta
coi S0(p) là khâu vô sai cấp 1, R(p) có dạng:
1
2 1
( )
8
s s
Trang 34- Theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:
Trang 35X(t) theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:
Trang 36- T1/Ts nhỏ nên tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu modun
- T1/Ts lớn nên tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng