HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Mạch vòng hiệu chỉnh dòng điện : Được sử dụng trong phần lớn các hệ truyền động.. Trong một sốtrường hợp truyền động đặc biệt công suất nhỏ servomotor, động cơ vàmạch công suất bán dẫn đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

MỤC LỤC

Bài 1: Hướng dẫn sử dụng thiết bị và hệ thống hóa

lý thuyết liên quan

Bài 2: Hướng dẫn sử dụng phần mềm Syswin 3.3.

Bài 3: Hệ truyền động động cơ vận tốc động cơ

một chiều kích từ độc lập - bộ chỉnh lưu

Bài 4: Bộ khởi động mềm.

Bài 5: Hệ truyền động động cơ

không đồng bộ – Bộ biến tần áp

Bài 6: PLC – Programable Logic Control.

(Phần cơ sở)

Bài 7: PLC – Programable Logic Control.

(Phần nâng cao)

Phụ lục: Một số bài tập mẫu cơ bản (lập trình PLC)

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG

HÓA LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Giáo viên hướng dẫn cho sinh viên cách sử dụng, đặc tính của một sốthiết bị trong phòng thí nghiệm: Bộ biến tần, bộ khởi động mềm, cấu hìnhPLC, dao động ký, đồng hồ đo … Phổ biến nội quy phòng thí nghiệm.

Giáo viên hướng dẫn cho sinh viên hệ thống hóa các kiến thức có liênquan đến nội dung của các bài thí nghiệm Chuẩn bị cơ sở lý thuyết cho nộidung của phần thực hành

BÀI 2

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH SYSWIN 3.3

I HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH

Khi ta Click vào biểu tượng Syswin 3.3 trên cửa sổ windows, lập tức sẽxuất hiện màn hình giao diện của chương trình Syswin 3.3 như sau:

Trên menu bar có các chức năng bao gồm:

* File:

- New project : Tạo File mới

- Open project : Mở File

- Save project : Save file

- Save project as : Save file dưới tên mới

- Import : Xuất file

- Print : In chương trình

- Print setup : Cài đặt chế độ in

- Exit : Thoát

* Edit:

- Undo : Chức năng phục hồi thao tác cũ

- Cut : Cắt khối

- Copy : Copy khối

- Paste : Chèn khối

- Delete : Xóa khối

- Insert Row : Chèn hàng

- Insert Column : Chèn cột

- Delete Row : Xóa hàng

- Delete Column : Xóa cột

- Find : Tìm kiếm

- Replace : Thay thế

* Funtion:

Syswin 3.3 có các hàm chức năng (Function) được sắp xếp thành cácthư mục chức năng khác nhau Mỗi thư mục sẽ chứa những function với cáctính chất khác nhau Tùy theo đặc tính cần dùng mà ta sẽ tìm được Functionthích hợp.

* Block:

- Block\network manager : Hiệu chỉnh Block hay network

- Select block\network : Chọn lựa block\network

- Inser t block\network : Chèn block\network

- Delete block\network : Xóa block\network

- Test network : Kiểm tra network

- Restore network : Phục hồi network

- Cross reference : Tìm kiếm và hiệu chỉnh block

* Online:

- Connect : Kết nối với PLC.

- Up load program from PLC : Load chương trình từ PLC

- Down load program to PLC : Nạp chương trình vào PLC

- Verify program : Chỉnh sửa chương trình

- Protect program : Khóa chương trình

- Mode : Chọn chế độ hoạt động cho PLC

- Status : Trạng thaí của PLC

- Clear memory : Xóa bộ nhớ PLC

- Set clock : Cài đặt giờ

- Error log : Báo lỗi

- Memory card : Bộ nhớ của card

- Set : Cài đặt đầu vào

- Force : Cài đặt đầu vào

- I/O generate : Cài đặt I/O

- Online edit : Chỉnh sửa chế độ online

- Monitoring : Chế độ mô phỏng trên máy tính

*Edit:

- Data Display editor : Hiệu chỉnh phần hiển thị dữ liệu.

- Time chart monitoring : Phần mô phỏng dữ kiện theo thời gian

- Data tracing : Đồ thị dữ liệu

- Statement list editor : Hiệu chỉnh dưới dạng Statement

- Address symbol editor : Hiệu chỉnh theo địa chỉ

- Network symbol editor : Hiệu chỉnh theo network

- Block symbol editor : Hiệu chỉnh theo block

*Project:

- Project setup : Cài đặt chương trình

- Project information : Thông tin về chương trình

- Project preference : Cấu hình chương trình

- Project password : Mật mã chương trình

- Programe check : Kiểm tra về chương trình và hệ thống

- Project programe : Chọn cách thức chuyển đổi lập trình

- Comunication : Kết nối

- Hostlink setting : Cài đặt máy chủ.

- Routing table : Bảng routting

- Function mapping : Bản đồ hàm chức năng

- Allocate memory : Bộ nhớ chỉ định

- Edit I/O table : Hiệu chỉnh bảng I/O

- PLC setup : Cài đặt PLC

- Data link table : Bảng liên kết dữ liệu

* Data:

- Load data bar : Load dữ liệu

- Save data bar : Lưu dữ liệu

- Clear data bar : Xóa dữ liệu

* Preference:

- Drawing : Cài đặt hiển thị.

- Editting : Cài đặt phần hiệu chỉnh

- Windows : Cài đặt giao diện

- Options : Cài đặt chọn lựa

- Overview mode : Chế độ xem tổng thể

* Help: Trợ giúp.

II VIẾT CHƯƠNG TRÌNH TRÊN SYSWIN 3.3:

Trên màn hình giao diện của chương trình Syswin 3.3 có các thanhcông cụ dùng để viết, chạy chương trình dưới dạng ladder Các thanh công cụnày có từng chức năng độc lập đối với nhau

Để lấy các block trên các thanh công cụ này, ta click vào các biểutượng biểu thị cho các block khác nhau bên trái màn hình, sau đó rê chuột

kéo các biểu tượng này ra màn hình đến chổ cần đặt block, click để nhảblock và đặt địa chỉ, sau đó nhấn OK.

Tương tự như vậy đối với các hàm chức năng, các block khác nhau.Để kết nối các block này thành giản đồ ladder ta dùng biểu tượng gạch nối.Có 2 loại nối: Nối theo chiều dọc và chiều ngang

Sau khi nối tất cả các block thành chương trình dưới dạng ladder tiếnhành các thao tác sau để chạy chương trình với PLC:

- Kết nối máy tính với PLC: Chọn Online, Connect.(Phím tắt:Shift+F9)

- Chọn Mode cho PLC: Chọn Online, Mode.(Phím tắt: Shift+F10)

+ Để nạp chương trình từ máy tính xuống PLC trước tiên cầnphải chỉnh PLC ở chế độ Mode: Stop

+ Để chạy chương trình dưới dạng mô phỏng trên máy tính, chọnMode: Monitoring.

+ Để chạy chương trình trực tiếp trên bàn thí nghiệm thông qua giao diện của máy tính, chọn Mode: Run

Lưu ý:

Khi muốn hiệu chỉnh chương trình cần phải chỉnh PLC ở Mode: Stop.Sau khi hiệu chỉnh cần nạp lại chương trình từ máy tính xuống PLC, chọnMode: Run để chạy chương trình đã hiệu chỉnh

- Nạp chương trình: Online, Download programe to PLC, nhấn OK

- Chạy chương trình: Chọn Online, Mode: Run Tiến hành thí nghiệm

BÀI 3

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC ĐỘNG CƠ MỘT

CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÒNG KÍN

A Điều chỉnh tốc độ:

Được xem là điều chỉnh cơ bản của truyền động điện động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập Ta có thể phân biệt các trường hợp là điều chỉnh tốc độvới khâu hiệu chỉnh ở vòng trong và điều chỉnh tốc độ không có hiệu chỉnhdòng điện Theo phương pháp điều khiển, có thể phân biệt điều khiển tốc độbằng cách thay đổi điện áp phần ứng hoặc bằng cách thay đổi điện áp phầnứng và thay đổi điện áp kích từ Tùy theo cơ chế hoạt động của tải, truyềnđộng có thể làm việc trong một, hai hoặc bốn phần tư của mặt phẳng tải.Phương tiện thực hiện việc điều khiển có thể tạo thành từ kỹ thuật analoghoặc kỹ thuật số hoặc kết hợp cả hai Do đó tồn tại rất nhiều dạng hệ truyềnđộng điều khiển truyền động động cơ một chiều dựa trên cơ sở kết hợp cácnguyên lý vừa nêu ở trên

B Mạch vòng hiệu chỉnh dòng điện :

Được sử dụng trong phần lớn các hệ truyền động Lý do là khi ta thiếtlập giá trị giới hạn của dòng điện Imax, tính chất động học của hệ truyềnđộng sẽ được nâng lên Ngoài ra, bằng phương pháp đo, mạch hiệu chỉnh sẽkhông cho phép dòng điện tăng vượt quá giá trị thiết lập ngay cả trong trườnghợp động cơ bị giảm kích từ hoặc xảy ra ngắn mạch ở phía tải một chiều Hệtruyền động vì vậy có tính chất bảo vệ chống ngắn mạch Trong một sốtrường hợp truyền động đặc biệt công suất nhỏ (servomotor), động cơ vàmạch công suất (bán dẫn) được định mức với độ an toàn cao ( định mức dưthừa), dòng điện phát sinh có thể đạt đến giá trị hàng chục lần giá trị dòngđịnh mức mà không gây thiệt hại gì cho hệ truyền động, các truyền động nhưvậy không cần thiết khâu hiệu chỉnh dòng điện vòng trong và có thể đạt đượctính chất động học cao thông qua khâu hiệu chỉnh vận tốc

C Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển truyền động động cơ theo một chiều quay sử dụng khâu hiệu chỉnh dòng điện :

Hiệu

chỉnh

vận tốc

Hiệu chỉnh dòng

điện

Mạch tạo xung

kích

Bộ chỉnh lưu



Wyc, Wht : Vận tốc đặt ( yêu cầu), vận tốc đo (hồi tiếp).

Iyc, Iht : Dòng điện yêu cầu mạch phần ứng và dòng điện hồi tiếp.

Uđk : Tín hiệu điều khiển tương ứng với yêu cầu điện áp phần ứng.

M : Động cơ một chiều.

G : Máy phát một chiều.

ADCM,ADCG : Các ampe kế đo dòng điện một chiều qua phần ứng động cơ

M và máy phát G.

UDCG: Volt kế đo áp một chiều qua phần ứng máy phát G.

R : Điện trở làm tải cho máy phát G.

ADCktM, ADCktG : Các ampe kế đo dòng kích từ máy phát G và kích từ động cơ M

Hình 1: Hệ thống điều khiển vận tốc động cơ một chiều kích từ

độc lập vòng kín

Trong sơ đồ trên, mạch sử dụng cảm biến đo dòng điện đi qua mạchphần ứng Giá trị dòng điện một chiều này có thể đo trực tiếp thông qua việc

đo trực tiếp bằng cách mắc Shunt điện trở nối tiếp phần ứng Điện áp mộtchiều sau đó được đưa qua mạch điều chế (modulator-demodulator) cách lybằng máy biến áp Một biện pháp khác là dùng shunt cảm kháng (transdutor)mắc nối tiếp với phần ứng hoặc biến dòng mắc phía nguồn điện xoay chiều.Các cảm biến dòng ở trên đều thỏa mãn tính cách ly điện

Nguyên lý hoạt động của hệ khối trên có thể viết dưới dạng hàmtruyền

Hàm truyền của mạch dòng điện được mô tả dưới dạng:

Với KS =KBCl KI / KƯ là hệ số khởi động mạch dòng điện hở

a m m

m s

r

IS

p

p

K )

p ( U

) p ( U F

1

KI, I: Là hệ số khuếch đại cảm biến dòng và hằng số thời gian trễ của nó.

 = BCl + I

Để phân tích mạch hiệu chỉnh, ta có thể sử dụng phương pháp dùngđặc tính tần số F(w) Để tổng hợp mạch (thiết kế), ta có thể sử dụng phươngpháp hàm truyền kết hợp với phương pháp modul tối ưu hoặc tối ưu đối xứng.Phương trình đặc trưng của hàm truyền động cơ một chiều có thể phân tíchthành 2 thừa số và phương trình đặc trưng của mạch điều khiển dòng điện hởcó thể phân tích thành tích của 3 thừa số: (1+p).(1+ pM).(1+ pA), với M, A

là các hằng số thời gian Nếu m > a thì M  m và A  a và trong trình tựphân tích tiếp theo có thể sử dụng các hằng số m và a mà kết quả phân tíchcó thể cho đáp ứng chấp nhận được

Đặc tính F(w) với giá trị wm=1/m thấp sẽ không ảnh hưởng đến tínhchất động học của truyền động Phần tử 1/(1+p.m) có thể thay thế bằng giátrị 1/m và hàm truyền mạch dòng điện hở có thể viết lại dưới dạng:

Hàm truyền trên được thiết lập với giả thuyết bỏ qua tín hiệu hồi tiếpcủa sức điện động cảm ứng E Điều này có nghĩa là : Các biến đổi chậm của

E ảnh hưởng không đáng kể đến quá trình dòng điện mạch phần ứng Để quátrình mạch vòng dòng điện được hiệu chỉnh mang tính chất tắt dần, người tasử dụng khâu hiệu chỉnh loại PI Hằng số thời gian tích phân được chọn theophương pháp tối ưu đối xứng I = 4 Độ khuếch đại khâu hiệu chỉnh KR phảithỏa mãn yêu cầu chất lượng điều chỉnh

Hàm truyền khâu hiệu chỉnh dòng điện mạch vòng hở cho bởi hệ thức:

Trong đó khâu hiệu chỉnh dòng điện có dạng:

).p).(

.p(

K)

p(U

)p(UF

a

s r

IS SI

p (

p

p K

K

F

u S

R OI

4

4 1

p

p K

FRI R

Tốc độ diễn ra của đáp ứng đối với sự thay đổi tín hiệu dòng điện dạngnhảy bước khá nhanh và ta có tm4(BCL+I) Điều này có ý nghĩa tốt đối vớikhâu hiệu chỉnh vận tốc vòng ngoài.

Đối với động cơ công suất lớn, thỉnh thoảng ta cần thực hiện hạn chếhoặc điều chỉnh độ tăng dòng điện di/dt Lý do của nó là tạo điều kiện cảitiến hoặc thuận lợi cho quá trình chuyển mạch diễn ra trên cổ góp của động

cơ hoặc khống chế độ tăng di/dt qua Thysistor hoặc hạn chế khả năng phátsinh hiện tượng trượt Rotor trong các truyền động có liên kết đàn hồi nhưtruyền động dây cáp Để thực hiện giới hạn diư/dt, ta có thể sử dụng mạchkhống chế tác động trên tín hiệu ở ngõ vào

Trong trường hợp sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng, ta có thể thựchiện giới hạn độ tăng dòng điện bằng mạch bù trễ bậc 1 mắc nối tiếp với tínhiệu dòng điện đặc và hàm truyền của nó là:

Để tổng hợp mạch vòng hiệu chỉnh vận tốc , trước hết ta phải tìm hàmtruyền mạch hiệu chỉnh dòng điện Bởi vì kết quả phân tích hàm tần số chothấy chỉ có các tần số thấp và trung có tác dụng nên trong hàm truyền mạchhiệu chỉnh dòng điện có thể viết dưới dạng ngắn gọn:

Và trong trường hợp dùng phần tử bù trễ tính được sẽ là:

) K K (

p

p U

U F

S R Iyc

ht

1 4 1

4 1

) K K (

) K K (

S R S

R

1

1 1

4    1 



xung chứ không phải dạng liên tục Phương pháp tiếp cận trên chỉ áp dụngcho trường hợp dòng điện tải liên tục và trong trường hợp dòng điện tải giánđoạn cần phải điều chỉnh cấu hình.

Mạch hiệu chỉnh vận tốc động cơ một chiều theo phương pháp điềukhiển điện áp phần ứng :

Mạch cảm biến vận tốc thường sử dụng là máy phát tốc tachodynam.Điện áp máy phát tốc phải có quan hệ tuyến tính với vận tốc gốc của trụcrotor Mạch phần ứng máy phát tốc không được phép chịu quá dòng để tránhsai số Điện áp ra của máy phát tốc có thể xuất hiện hiện tượng dợn sóng củasóng hài bậc thấp do tác dụng nối trục với động cơ không chuẩn, sóng hàinày không thể dễ dàng lọc bỏ Phụ thuộc vào số thanh góp và số rãnh rotor,điện áp ra của máy phát tốc sẽ chứa đựng một số sóng hài bậc cao-dễ dànglọc Các thành phần sóng hài có thể có độ lớn đến 10% điện áp một chiều

Do đó cần thiết mắc mạch lọc ở ngõ ra của máy phát tốc để khử sóng hài

Đối với các truyền động ít đòi hỏi độ chính xác cao và các truyền độngcông suất nhỏ, có thể sử dụng cầu phân thế

Độ chính xác của phép đo mạch cầu phụ thuộc vào tính thay đổi mạchtừ và nhiệt độ của các điện trở mạch cầu

Để đạt độ chính xác cao, có thể sử dụng bộ biến đổi dạng xung Cảmbiến vận tốc dạng xung (encode) tạo ra xung điện áp ngõ ra với tần số xungtỷ lệ vận tốc góc:

Với z là tổng số xung đo được trong một vòng quay của rotor và  làvận tốc góc phải đo

Cảm biến xung thường thực hiện trên nguyên lý quang điện tử hoặcnguyên lý cảm ứng điện từ Để đạt được thông tin về giá trị thực của vận tốc

ở dạng số N thì tín hiệu ra của cảm biến xung được đưa vào mạch đo tần sốhoặc mạch đo chu kỳ xung Trong trường hợp đầu, mạch đếm cho ra giá trị:

N = Y.f = KI Với T là thời gian thực hiện phép đo tần số Trong trường hợp thứ hai,mạch đếm sẽ cho giá trị số:

z f

Tổng số xung fh được đo nằm giữa hai xung phát của bộ cảm biến xungvà khoảng cách hai xung này bằng chu kỳ T.

Hàm truyền mạch vòng hở của mạch hiệu chỉnh vận tốc có dạng:

Với:

là hệ số khuếch đại của hệ thống

Khi sử dụng khâu hiệu chỉnh vận tốc loại PI, hàm truyền khâu hiệuchỉnh vòng hở sẽ là:

Trong đó, hàm truyền khâu hiệu chỉnh vận tốc có dạng:

Rõ ràng, việc giảm hằng số thời gian m sẽ làm tăng hệ số Ko=KR.KS/

m.R và dịch chuyển đặc tuyến modul tăng lên làm tăng tốc độ hiệu chỉnhđồng thời giảm hệ số an toàn về pha và ngược lại Việc tăng hằng số n cũngdẫn đến hiện tượng giảm an toàn về pha (mất ổn định)

Trong quá trình điều chỉnh, nếu mạch hạn chế tín hiệu dòng yêu cầutác động, thì khâu hiệu chỉnh vận tốc không ảnh hưởng thời gian điều chỉnh.Lúc đó, khâu hiệu chỉnh dòng thực hiện quá trình điều chỉnh moment có độlớn moment cực đại tỷ lệ với độ lớn dòng điện khống chế sẽ tác động đếnthời gian quá độ của điều chỉnh vận tốc Khâu hiệu chỉnh vận tốc chỉ tácđộng khi tín hiệu dòng điện yêu cầu giảm dưới giá trị cực đại giới hạn Đốivới truyền động không đảo chiều, khi thực hiện khởi động động cơ, vận tốcđạt được có thể vượt vận tốc không tải lâu dài, do hệ không tác động tạomoment hãm khi vận tốc động cơ vượt vận tốc yêu cầu

) p (

p

K R

K p

p

K

K U

U F

n m

S u

m n I

p Iyc

S S

K

I

p S

) p (

p

) p (

K K F

F

F

n R

m

R S

R R

S O

R

R R

) p (

K F

Trong quá trình thí nghiệm, sinh viên thực hiện đo đạc, theo dõi vàquan sát các đại lượng vật lý mạch công suất như điện áp, dòng điện, vận tốcđộng cơ Quan sát và theo dõi các tín hiệu điều khiển như tín hiệu đặt, tínhiệu hồi tiếp, tín hiệu ngõ ra khâu hiệu chỉnh, tín hiệu điều khiển như các tínhiệu đặt, tín hiệu hồi tiếp, tín hiệu ngõ ra khâu hiệu chỉnh, tín hiệu điềukhiển, sóng đồng bộ răng cưa.

Trong vận hành sinh viên hiểu được tác dụng của các khâu hiệu chỉnh

B Phần đo:

Mô tả sơ đồ thí nghiệm (xem hình 1):

Mạch công suất hệ truyền động gồm động cơ một chiều M kéo tải máyphát điện G

Động cơ một chiều có mạch kích từ độc lập lấy từ nguồn kích từ mộtchiều điều chỉnh được UKTM, dòng điện kích từ được điều chỉnh đến giá trị

1,2A đo bởi ampe kế AktM Độ lớn dòng kích từ được điều chỉnh bằng núm

vặn NUMKTM

Phần ứng của động cơ một chiều (Uư M) được cấp nguồn từ bộ chỉnhlưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn bộ chỉnh lưu Điện áp và dòng điệnphần ứng động cơ đo bằng Volt kế VDC1 và ampe kế ADC1

Máy phát điện G có điện áp phần ứng Uư G được mắc vào tải trởkháng R Ngõ ra của máy phát G mắc nối tiếp với ampe kế ADC2 và điện trở

R, điện áp trên tải đo bằng Volt kế VDCG Mạch kích từ máy phát mắc vàonguồn điện một chiều điều chỉnh được bằng núm vặn NUM2

Mạch điều khiển vòng kín chứa hai khâu hiệu chỉnh đấu theo cấu trúccascade Khâu hiệu chỉnh dòng điện R1 nằm ở mạch vòng kín bên trong vàkhâu hiệu chỉnh vận tốc R ở vòng ngoài.

Khâu hiệu chỉnh dòng điện nhận hai tín hiệu ở ngõ vào gồm tín hiệudòng điện yêu cầu (đặt) Iyc và tín hiệu dòng điện hồi tiếp Iht (đo) Tín hiệudòng điện đặt lấy từ ngõ ra của khâu hiệu chỉnh vận tốc có giá trị khống chếtối đa Iycmax Dòng điện qua nguồn xoay chiều của mạch phần ứng sau khi quacảm biến dòng điện được đưa vào bộ chỉnh lưu không điều khiển, dòng điệnchỉnh lưu này tạo nên điện áp trên tải Rs Tín hiệu điện áp tỷ lệ dòng điệnqua mạch phần ứng Iht Để hạn chế các tác động nhiễu, tín hiệu dòng đo đượcxử lý bằng mạch lọc

Khâu hiệu chỉnh dòng điện tạo nên điện áp ngõ ra Uđk Tín hiệu nàycùng với sóng đồng bộ răng cưa Up được đưa vào mạch xử lý tín hiệu và tạoxung kích Ug để thực hiện kích đóng các thysistor SCR

Khâu hiệu chỉnh vận tốc R nhận hai tín hiệu ở ngõ vào gồm tín hiệuvận tốc yêu cầu (đặt) Wyc và tín hiệu vận tốc hồi tiếp Wht (đo) Tín hiệu vậntốc đặt được điều khiển thay đổi bằng núm vặn NUMW có giá trị giới hạn

Wycmax. Vậân tốc động cơ lấy từ điện áp phần ứng của máy phát tốc MPT quayđồng trục với động cơ một chiều M

Khâu hiệu chỉnh vận tốc tạo nên điện áp ngõ ra Iyc đưa vào khâu hiệuchỉnh dòng điện RI Tại đây, khâu hiệu chỉnh sẽ so sánh tín hiệu Iyc với tínhiệu dòng điện hồi tiếp Iht để tạo nên tín hiệu điều khiển Uđk ở ngõ ra Tínhiệu Uđk sau đó phối hợp với tín hiệu sóng đồng bộ răng cưa để xác định thờiđiểm đóng kích của các SCR

* Các thiết bị thí nghiệm:

- Động cơ một chiều: Uưđm=70V; Ukt=80V; Rư=5I; Rkt=25;nđm=960v/phút

- Nguồn AC cấp cho bộ chỉnh lưu phần ứng: 85V

- Nguồn AC cấp cho mạch kích từ động cơ : variac 1kVA

- Máy phát một chiều: Uưđm=70V; Ukt=80V; Rư=5I; Rkt=25;

- Nguồn AC cho mạch kích từ máy phát: Variac 1kVA; input=220V

- Tải của máy phát: R=7.5; 300W

- Cảm biến dòng điện: Ki=………V/A

- Cảm biến vận tốc: Kw=………V/(vòng/phút)

- Nguồn điện mạch điều khiển: 15VDC

C Các bước thí nghiệm:

1 Đấu dây theo sơ đồ (Hình 1).

Chú ý: Sau mỗi lần đấu dây, giáo viên kiểm tra xong mới được đóng điện.

2 Vận hành hệ truyền động trong động cơ không tải:

Khảo sát dạng sóng và đo các đại lượng, các tín hiệu trong điều kiệnhoạt động không tải của động cơ:

- Đóng CB 3 pha để cấp nguồn tổng cho bàn thí nghiệm

- Đóng công tắc KKTM để cấp nguồn cho mạch kích từ, chỉnh biến áp từngẫu ( núm vặn NUMKTM ) để dòng để dòng kích từ động cơ đạt gía trịlà 1A ( đọc trên Ampe kế ADCKTM trên panel thí nghiệm)

Chú ý: Giữ nguyên dòng điện kích từ trong suốt quá trình thí nghiệm.

- Đóng nguồn điện cho mạch điều khiển bằng công tắc KCTRL Điềuchỉnh vận tốc đặt cho động cơ bằng núm vặn NUMW, và dùng VOM để

đo vận tốc đặt Wyc sao cho Wyc có giá trị 6V, sau đó đo các đại lượngkhác như Wht, Iyc, Iht, Uđk và dùng Osilocope quan sát và ghi nhận cáctín hiệu điều khiển Wht, Iyc, Iht, Uđk, Up vào các bảng và đồ thị dướiđây:

Iyc(V)

Iht(V)

Uđk(V)ĐỘ

Dùng Osilocope ( cả 2 kênh ) để quan sát và vẽ trên cùng đồ thị cácđại lượng điều khiển như Wyc,Wht, Iht, Iyc, Uđk trong chế độ chạy khôngtải.

Đồ thị 1.3:

Nhận xét 1.3:

………

………

3 Vận hành hệ truyền động trong điều kiện mang tải:

Đóng tải cho máy phát G bằng cách bật công tắc KR sang vị trí ON vàđóng nguồn kích từ cho máy phát bằng công tắc KKTG = ON, điều chỉnhđiện áp kích từ dùng núm NUMKTG sao cho điện áp kích từ VDCKTG đạtgiá trị 0, và dòng kích từ đọc trên ADCKTG = 0 (A)

Chuyển hệ số của Probe = x10 và đặt probe của Osilocope đến vị tríđiện áp VDCM của bộ chỉnh lưu để theo dõi

Dùng núm vặn thay đổi dòng kích từ đến các giá trị trong bảng, ghinhận các giá trị đo được trên dụng cụ đo, chú ý theo dõi sự thay đổi của dạngsóng điện áp chỉnh lưu khi điện áp kích từ máy phát thay đổi Giá trị VDCMvà ADCM cho trực tiếp bởi dụng cụ đo, Wht (V) xác định nhờ VOM:

Bảng 1.4:

ADCKTG(A) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0VDCM (V)

Đặt Probe với hệ số x1, tỷ lệ 2V/DIV theo dõi dạng sóng ra của Iyc

(giữa Iyc và mass) Lần lượt thay đổi tải bằng cách điều chỉnh dòng kích từcủa máy phát ADCktG (núm ADCktG) theo các giá trị trong bảng, theo dõivà đo độ lớn điện áp ra của khâu hiệu chỉnh

Ghi kết quả và nhận xét:

Bảng 1.5:

ADCKTG(A) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Wyc (V)

bằng 1A Dùng núm vặn NUMW chỉnh lần lượt các giá trị Wyc theo bảng

Ghi kết quả và nhận xét:

4 Thực hiện ngắt tải:

Bằng cách chỉnh điện áp kích từ máy phát VKTG về 0, cắt tải máyphát bằng công tắc KR = OFF Ngắt nguồn phần ứng KM = OFF và sau đóchỉnh kích từ động cơ về 0 (VKTM = 0)

5 Kết thúc thí nghiệm, sinh viên dọn dẹp.

III CÂU HỎI CHUẨN BỊ TRƯỚC:

(Chú ý: Sinh viên phải chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm)

1 Các phương pháp điều khiển vận tốc động cơ một chiều? Đối với mỗiphương pháp điều khiển, hãy cho biết:

- Đặc tính cơ w(M)

- Phạm vi điều khiển

- Ưu khuyết điểm

- Biện pháp thực hiện( các điều kiện nguồn, thiết bị)

2 Bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho phần ứng của động cơ có thể điều khiển trongphạm vi điện áp bao nhiêu? Cấu hình trong mạch có thể thực hiện chế độhãm hay không? Nếu thay bộ chỉnh lưu điều khiển toàn phần bằng bộchỉnh lưu điều khiển bán phần, thì kết quả hệ thống truyền động sẽ đạtđược ưu khuyết điểm gì ?

3 Trong hệ truyền động thí nghiệm đã sử dụng các cảm biến vận tốc , dòngđiện loại gì? Cấu trúc cảm biến đó gồm những phần tử nào? Quan hệInput-Output của cảm biến?

4 Khâu hiệu chỉnh vận tốc thuộc loại gì ?

5 Khâu hiệu chỉnh dòng điện thuộc loại gì ?

6 Các ưu khuyết điểm của các khâu hiệu chỉnh P, I, D là gì ? Sự kết hợp củacác khâu hiệu chỉnh có tác dụng gì ?

7 Đưa ra vài phương pháp thiết kế khâu hiệu chỉnh vận tốc và dòng điện.Đối với phương pháp thiết kế được nêu trên, hãy xác định hàm truyềnkhâu hiệu chỉnh và thiết kế mạch hiệu chỉnh (Regulator) dùng kỹ thuậtđiện tử Analog

8 Mục đích của phương pháp hiệu chỉnh?

Uưđm=70V, Iưđm=13.6A, nđm=960v/phút, Rư = 5, nmax=960 v/phút,Lư= 100mH, moment quán tính của động cơ J=………kgm2, Iưmax=20 A.Mạch kích từ định mức: Rkt= 25, Ukt= 80V

Dòng điện yêu cầu Iưmax  8V

Vận tốc đặt Wycmax  nđm

Xác định:

a Hàm truyền mạch dòng điện vòng hở của động cơ

b Xác định hệ số khuyếch đại của cảm biến dòng điện

c Hàm truyền của bộ chỉnh lưu

d Hàm truyền khâu hiệu chỉnh dòng điện của động cơ

e Hàm truyền mạch vòng điều khiển dòng điện vòng kín của động cơ

f Thiết kế mạch hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện dùng kỹ thuậtanalog

g Hàm truyền vận tốc

h Xác định hệ số khuyếch đại của máy phát tốc và mạch lọc của nó

i Hàm truyền mạch điều khiển vận tốc vòng hở

j Hàm truyền mạch hiệu chỉnh vận tốc

k Hàm truyền mạch vòng điều khiển vận tốc vòng kín

l Thiết kế khâu hiệu chỉnh vận tốc dùng kỹ thuật analog

BÀI 4

BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU

I LÝ THUYẾT:

A Vấn đề khởi động động cơ:

1 Khởi động động cơ xoay chiều (ví dụ động cơ không đồng bộ ) côngsuất lớn sẽ làm phát sinh dòng điện khởi động lớn đáng kể dẫn đến sụtđiện áp lưới điện

2 Khởi động dùng các biện pháp cổ điển ( điện trở phụ, máy biến áp tựngẫu, đấu dạng sao-tam giác) có tác dụng hạn chế dòng khởi động dẫnđến moment không êm (các moment xung trong quá độ) Các xungmoment tạo nên lực cơ học lớn có thể làm hại động cơ hoặc các phầntử của hệ truyền động

3 Khởi động dùng bán dẫn (soft-starter) có tác dụng điều khiển quá trìnhcung cấp điện áp cho động cơ lúc khởi động Do đó quá trình các đạilượng vật lý như dòng điện, moment tỏ ra thuận lợi Vì thế sẽ giảm sốc

cơ học bảo vệ động cơ

4 Bộ khởi động bán dẫn tỏ ra có ưu thế vì gọn nhẹ, điều khiển linh hoạtdòng khởi động và moment của động cơ làm cho động cơ chạy êm

B Nguyên lý hoạt động :

Cấu trúc mạch – sơ đồ:

M

MkđTkđ

Nguồn AC 3 pha

Động cơ KĐB 3 pha

Bộ khởi động mềm cấu tạo gồm các modul bán dẫn với 3 Triac (côngsuất nhỏ) hoặc 3 cặp Thysistor (công suất lớn) và mạch điều khiển Bằng tácđộng xung kích của mạch điều khiển lên các linh kiện trong modul bán dẫn,điện áp nguồn xoay chiều với độ lớn trị hiệu dụng thay đổi từ từ và liên tụcđặt lên động cơ theo hàm điều khiển cho trước.

Có thể điều chỉnh thời gian khởi động (thông qua núm vặn time) vàmoment khởi động ( thông qua núm vặn torque)

Phương pháp điều khiển : Điều khiển pha, điều khiển trị hiệu dụngđiện áp ngõ ra cấp cho stator của động cơ thông qua điều khiển góc kích củabộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha

Các tham số đặc trưng cho Soft- Starter:

Thời gian khởi động (Soft-Starter-Times): Điện áp được đặt lên theotrình tự điều khiển giảm dần của góc kích  và tốc độ động cơ tăng dần lênđến giá trị xác lập

Thời gian tăng điện áp (Ram-up Times): Là thời gian tác động thay đổigóc kíck  đến giá trị bằng 0 ( tức điện áp bằng định mức)

Moment khởi động : Xác định bởi độ lớn ban đầu của góc điều khiển lúc mở máy

Quá trình khởi động động cơ không đồng bộ dùng bộ khởi động mềmcho thấy độ lớn dòng điện được khống chế và trạng thái moment tương đốiêm với thành phần moment xung nhỏ không đáng kể

Nguoàn AC

3 pha

R S T

L1,L2,L3STARTSTOP

2 Mô tả:

Mạch thí nghiệm gồm bộ khởi động mềm mắc vào áp nguồn 3 pha S-T qua các đầu vào L1-L2-L3 và các vị trí ra T1-T2-T3 của bộ khởi động mềmvào 3 vị trí tải pha U-V-W động cơ không đồng bộ

R-Việc cài đặt tham số hoạt động của bộ khởi động mềm thực hiện bằng

2 núm vặn trên mặt thiết bị Núm Torque dùng để chỉnh độ lớn moment khởiđộng ban đầu Núm Time dùng để thay đổi thời gian tăng điện áp đặt trênstator

Việc vận hành bộ khởi động mềm thực hiện qua các nút nhấn STARTvà STOP Khi thực hiện nhấn START, quá trình khởi động được tiến hành.Khi cần dừng động cơ lại ta nhấn nút STOP Các xung kích cho SCR (triac) bịkhóa và nguồn xoay chiều bị cắt khỏi động cơ bởi các khóa bán dẫn

3 Các tham số đặt trưng của bộ khởi động mềm dùng trong thí nghiệm :

Phương pháp cách ly: dùng Phototriac

Mạch điều khiển : nguồn 12-24 VDC, phạm vi hoạt động 10,2-26,4VDC; dòng tiêu thụ 50 mA max

Tín hiệu điều khiển ngõ vào: dạng hở mạch hoặc nối ngắn mạch

Áp dụng: động cơ 3 pha 380-400 V, 0,75 kW

4 Mạch công suất :

Điện áp định mức tải: 200-400 VAC (50/60 Hz)

Phạm vi thay đổi áp tải: 180-440 VAC (50/60 Hz)

Dòng tải định mức: 2,4 A ( T0=40OC)

Dòng tải tối thiểu: 0,5 A

Tải ứng dụng:

 Động cơ không đồng bộ 3 pha, 380-400 VAC; 0,75kW; 2,4A

 Tải thuần trở (lò điện trở): 200-4000 VAC; 2,4A

Thời gian khởi động :1-25 s

Moment khởi động: Thiết lập trong khoảng 200%- 450% In

Dòng rò: 10mA max nhiệt độ môi trường: -20oC > 60oC

B Các bước thí nghiệm:

1 Khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ:

Thực hiện đấu dây theo sơ đồ sau :

Chú ý: Sau mỗi lần đấu dây, giáo viên kiểm tra xong mới được đóng điện.

Trong quá trình thí nghiệm chú ý theo dõi kim chỉ thị các giá trị củacác đồng hồ đo điện áp và dòng điện qua cuộn dây Stator và dạng sóng điệnáp Stator trên Osilocope

Vận hành thí nghiệm:

a Đóng cầu dao nguồn 3 pha, kiểm tra tín hiệu đèn sáng báo hiệu cónguồn

b Nhấn nút khởi động ON Chú ý theo dõi giá trị dòng điện dao độngxuất hiện bên rìa phải của ampe kế và ghi nhận kết quả vào bảng.Khi động cơ đã chạy đều, ghi nhận độ lớn dòng điện không tải trênampe kế

Tính hệ số mở máy Kmm :

c Nhấn nút OFF để kết thúc quá trình

Chờ động cơ dừng hẳn lại.

d Ngắt cầu dao tổng

e Thực hiện tháo dây mạch điện

2 Khởi động động cơ không đồng bộ bằng khởi động mềm:

Thực hiện đấu dây theo sơ đồ sau :

a Sử dụng đầu dò (probe) của osilocope, ví dụ kênh 1, với tầm đo thiếtlập như sau: Time base 5ms/DIV, VOLT/DIV=5, chuyển hệ số khuếch đạiđầu dò sang vị trí x10 Đầu dò được mắc giữa các vị trí T3-N để đo tín hiệuđiện áp Stator của động cơ không đồng bộ.

b Trong quá trình đo, sinh vên sẽ theo dõi độ lớn dòng điện khởi độngcực đại xuất hiện trên ampe kế AAC1 và dạng sóng xuất hiện ( trênosilocope) của điện áp stator UT3N

c Chỉnh núm vặn thời gian khởi động (TIME) sang vị trí lớn nhất (vềbên phải)

d Chỉnh núm vặn moment khởi động (TORQUE) sang vị trí lớn nhấtvề bên phải)

Vận hành thí nghiệm:

a Đóng cầu dao tổng

b Nhấn nút ON

c Ghi nhận giá trị cực đại dòng khởi động xuất hiện, đồng thời quansát dạng điện áp trên Stator

d Ghi nhận gía trị dòng điện chạy không tải trên ampe kế (xác lập)

e Để động cơ chạy đều vài phút

Bảng 2.3:

ĐẠI LƯỢNG DÒNG ĐỈNH I mm (A) DÒNG KHÔNG TẢI Io (A)

ĐỘ LỚN

Tính hệ số mở máy Kmm :

Nhận xét về quá trình khởi động động cơ dùng khởi động mềm vớimoment khởi động là lớn nhất với quá trình khởi động trực tiếp động cơ :Nhận xét 2.3.1:

f Nhấn nút STOP, chú ý theo dõi trên osilocope quá trình điện ápstator.

g Nhấn nút OFF

h Cắt CB tổng để ngắt nguồn điện

Nhận xét về quá trình dừng động cơ :

Nhận xét 2.3.2:

………

………

Lặp lại thí nghiệm, chú ý chuyển vị trí TORQUE=MIN, TIME=MAX.

a Đóng cầu dao tổng

b Nhấn nút ON

c Nhấn nút START

d Ghi nhận giá trị cực đại dòng khởi động xuất hiện, đồng thời quansát dạng điện áp trên Stator

e Ghi nhận giá trị dòng điện chạy không tải trên ampe kế

f Để động cơ chạy đều khoảng vài phút

Bảng 2.4:

ĐẠI LƯỢNG DÒNG ĐỈNH I mm (A) DÒNG KHÔNG TẢI Io (A)

ĐỘ LỚN

Tính hệ số mở máy Kmm :

Nhận xét về quá trình khởi động động cơ dùng khởi động mềm:

Nhận xét 2.4.1:

………

………Nhấn nút STOP, chú ý theo dõi trên osilocope quá trình điện ápstator

g Nhấn nút OFF

h Dùng cầu dao tổng ngắt nguồn điện

Nhận xét về quá trình dừng động cơ :

c Nhấn nút START

d Ghi nhận giá trị cực đại dòng khởi động xuất hiện, đồng thời quansát dạng điện áp trên Stator

e Ghi nhận giá trị dòng điện chạy không tải trên ampe kế

b f Để động cơ chạy đều khoảng vài phút

Có nhận xét gì về việc sử dụng bộ khởi động mềm để khởi động động

cơ nối với máy công tác có moment quán tính lớn?

c h Nhấn nút OFF

d i Dùng cầu dao tổng ngắt nguồn điện

Kết thúc thí nghiệm, tháo các dây nối, dọn dẹp mạch

III CÂU HỎI CHUẨN BỊ TRƯỚC:

(Chú ý: Sinh viên phải chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm)

1 Bộ khởi động mềm dùng để điều khiển loại động cơ gì?

2 Rơle nhiệt được sử dụng trong cấu hình khởi động với bộ khởi động mềmcó tác dụng gì?

3 Mạch bảo vệ các linh kiện công suất của bộ khởi động mềm gồm cácphần tử nào? Chức năng của chúng?

4 Có thể đảo chiều quay của động cơ khi sử dụng bộ khởi động mềm đượckhông? Lúc đó mạch điều khiển cần được thiết lập như thế nào?

5 Sử dụng bộ biến tần để khởi động động cơ sẽ tạo nhiều xung ồn, điều nàycó xảy ra với bộ khởi động mềm không ?

6 Điểm khác biệt cơ bản giữa bộ biến tần và bộ khởi động mềm là gì?

7 Có thể sử dụng bộ khởi động mềm trong bài thí nghiệm để khởi độngđộng cơ không đồng bộ 1 pha được không? Tại sao?

8 Có thể sử dụng bộ khởi động mềm công suất nhỏ hơn 0.75 kW hoặc côngsuất 1,5kW được không ?

9 Độ lớn moment khởi động ban đầu được sử dụng khi nào?

10.Khi sử dụng bộ khởi động mềm, thời gian đóng ngắt các pha R,S,T thườngdiễn ra thế nào?

11.Một động cơ tiêu chuẩn phải chịu được giá trị 1,4 đến 1,6 dòng điện cựcđại cho phép ở ngõ vào của động cơ Bộ khởi động mềm có khả năngchịu được dòng lớn như vậy không?

12.Có thể sử dụng bộ khởi động mềm để khởi động ban đầu cho các lò điệntrở nhằm tăng tuổi thọ cho nó không ?

13.Có thể sử dụng bộ khởi động mềm thay thế mạch điều khiển đổi sao-tamgiác với rơle tạo thời gian trễ?

BÀI 5

HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

-BỘ BIẾN TẦN ÁP

I LÝ THUYẾT:

A Các nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ:

1 Điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ bằng cách điều khiển độ lớn điện áp nguồn xoay chiều:

Đặc tính cơ bản của biện pháp điều khiển này được vẽ trên hình 1.Theo đó, bằng cách thay đổi độ lớn trị hiệu dụng điện áp nguồn đặt trên cuộndây Stator của động cơ , vận tốc động cơ bị thay đổi

Tuy nhiên, phạm vi thay đổi vận tốc động cơ không lớn lắm khi điềukhiển điện áp đặt lên nó Theo các đồ thị đặc tính cơ, rất khó đạt vận tốcthấp trong điều kiện tải nhỏ Để điều khiển vận tốc động cơ, đòi hỏi phải sửdụng khâu hiệu chỉnh vòng kín

w

M

M(w)- tham số U1,U2

Hình 1: Đặc tính của phương pháp điều khiển độ

lớn điện áp

Cấu trúc hệ điều khiển vận tốc động cơ bằng phương pháp điều khiểnđiện áp stator được vẽ trên hình 1 Mạch công suất được dùng thường là bộbiến đổi điện áp xoay chiều 3 pha Hệ điều khiển sử dụng 2 khâu hiệuchỉnh : Hiệu chỉnh vận tốc vòng ngoài và hiệu chỉnh vòng dòng điện bêntrong.

a Điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần theo nguyên lý U/f không đổi

Về cơ bản, phương pháp này suy diễn từ nguyên lý giữ từ thông làmviệc không đổi Theo đó quan hệ điện áp Stator và tần số của nó tăng tỷ lệvới nhau theo quan hệ U/f=const

Hiệu chỉnh vận

tốc

Hiệu chỉnh dòng

Mạch tạo xung kích ControllerAC

M

Động cơ kđb

Đo vận tốc

Đo dòng điện

Hình 2: Hệ điều khiển vận tốc động cơ

Đặc tính cơ bản của nguyên lý được vẽ trên đồ thị 2 với giả thiết bỏqua ảnh hưởng của điện trở Stator Theo đó, khả năng tạo moment của động

cơ lớn trong suốt dãy điều chỉnh tốc độ Khi động cơ làm việc trong phạm vitốc độ có giá trị nhỏ, sức điện động cảm ứng không lớn, và như vậy độ sụt áptrên điện trở stator là đáng kể Do đó, đặc tính cơ thực tế có biên độ momentgiảm dần (xem đường biễu diễn đứt nét) Để tăng khả năng tạo moment chođộng cơ ở vận tốc thấp và bù sụt áp trên trên trở stator, đặc tính điều khiểnU(f) được biến đổi để tạo điện áp khác zero tại vận tốc bằng 0 (xem đườngvẽ đứt nét đồ thị 2)

Hệ truyền động điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ – bộ biếntần theo nguyên tắc U/f không đổi và sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xungsin có sơ đồ nguyên lý hoạt động vẽ trên hình 3 Giá trị cài đặt ở ngõ vàocủa bộ biến tần được dùng để tạo tần số yêu cầu Mạch quan hệ điện áp tầnsố U(f) xác định độ lớn điện áp điều khiển cần thiết tạo ra hệ áp 3 pha dạngsin lý tưởng đối xứng Các tín hiệu này qua khâu so sánh với điện áp đồng bộtam giác để tạo tín hiệu kích các linh kiện mạch công suất

b Điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần theo nguyên lý điều chỉnh tần số trượt của Rotor

Trong thực tế, tín hiệu với các khoảng kích đóng cho các linh kiện dựatheo nguyên lý analog nêu trên được xác định sẵn trong các mẫu nạp trongbộ nhớ ROM của máy tính hoặc thực hiện thông qua phép tính lập trình sẵn.Và phần cứng (Hardware) còn lại chỉ còn là khâu giao tiếp thiết bị ngoại vi,khâu khuếch đại tín hiệu kích và mạch công suất Các bộ biến tần thường

Hàm điều khiển Uf điều khiển Tạo sóng

3 pha

Mạch tạo xung kích Bộ nghịch

lưu áp 3 pha

M

Đo dòng điện

Sóng đồng bộ

U đặt

f đặt

Hình 3: Bộ biến tần SYSDRIVE