điều khiển logic trong truyền động điện

Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÒNG KÍN 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG: Để cải thiện tiêu chất lượng hệ thống truyền động điện điều chỉnh, người ta thường thực phương pháp điều chỉnh tự động, tạo khả biến đổi thông số điều chỉnh (thông số đầu vào Xđch) cách liên tục theo mức độ thay đổi thông số điều chỉnh đầu (đại lượng X) Muốn vậy, ta phải thiết lập hệ điều chỉnh vòng kín, lấy tín hiệu phản hồi từ đầu trực tiếp tỉ lệ với đại lượng X gián tiếp qua đại lượng liên quan đến X, cho tác động lên thông số đầu vào, làm cho thông số thay đổi tự động theo chiều hướng đưa đại lượng X đạt đến giá trị đặt trước Cấu trúc chung hệ điều chỉnh tự động vòng kín hình 5-1 Các tín hiệu điều khiển đầu vào thường điện áp: Uđ - tín hiệu đặt, tỷ lệ với giá trị đặt thông số điều chỉnh: tốc độ đặt đ (Uđ ≡ đ); Uph - tín hiệu phản hồi, tỷ lệ với giá trị thực thông số điều chỉnh  (Uph ≡ ); Uđ - Uph = Uđk - tín hiệu sai lệch, phản ánh mức độ sai lệch giá trị thực thông số  với giá trị mong muốn đặt trước đ Uđk tín hiệu dùng để điều khiển phần tử điều chỉnh ĐCh cho thông số tự động thay đổi, tác động vào động để đủ làm cho giá trị  tiến đến đ, tự động ổn định tốc độ Uđ Uđk Đ ĐCh  Uph Ph Hình 4-1: Hệ điều chỉnh tự động vòng kín Ổn định tốc độ hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có ý nghĩa lớn việc cải thiện tiêu chất lượng hệ ĐKLG TĐĐ Thường tăng độ cứng đặc tính để ổn định tốc độ cách dùng hệ thống điều khiển vòng kín Các đặc tính hệ hở có  = (k)2/R không đổi phạm vi điều chỉnh Đối với đặc tính thấp có s.đ.đ Eb0, mômen Mc = Mđm tốc độ làm việc  = ’min sai số tĩnh thường lớn giá trị cho phép: S= M ®m > S cp   0min Trang 61 (4-1) Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện Để S  Scp cần tìm biện pháp tăng tốc độ đến  = min Điểm làm việc [min, Mđm] nằm đặc tính khác hệ có o = o1 Eb1 = ko1 > Eb0 Nối điểm (omin, 0) với điểm (min, Mđm) kéo dài ta đặc tính mong muốn có độ cứng  m và:   o  M m (4-2) Giá trị m xác định theo công thức: S= M ñm  Scp m omin (4-3) Giao điểm đặc tính mong muốn với đặc tính hệ hở cho biết giá trị cần thiết Eb thay đổi mômen tải Đặc tính dựng góc bên trái hình 4-2   o1 omin min ’ m Eb0 Eb0 Eb Eb1 Mđm Eb2 M Eb(M) M Hình 4-2: Đặc tính hệ Biến đổi - Động 4.2 CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÓ PHẢN HỒI: 4.2.1 Điều chỉnh tự động tốc độ dùng phản hồi dương dòng điện tải: Qua hình 4-2, để nâng độ cứng lên m ta điều chỉnh Eb theo dòng điện tải Tại giao điểm đặc tính hệ hở hệ kín (mong muốn) tốc độ (mômen) có giá trị (h = k) nên: Eb M M - = 0 kñm  m  E b = E b0 + k ’d I Trang 62 (4-4) Ths Khương Công Minh Trong đó: Điều khiển logic truyền động điện 1 E b0 = kñm 0 ; k'd  (kñm )2 ( - ) ;  m (4-5) Nguyên lý điều chỉnh (4-4) thực mạch phản hồi dương dòng điện phần ứng hình 4-3a ~  m > m =  I Uđ Uđk BĐ Đ Rd + + Ckt - m < Ui M b) a) Mc Hình 4-3: Sơ đồ đặc tính phản hồi dương dòng điện tải Theo sơ đồ 4-3a, ta có: Eb = kb(Uđ + RdI)  Trong đó: k b U R + (1 - k b )R d I kñm kñm (4-6) (4-7) Uđ - điện áp đặt tốc độ, Ui = RdI - điện áp phản hồi dòng điện, Rd - điện trở sun mạch phần ứng So sánh (4-6) với (4-4) ta có: Eb0 = kb.Uđ ; Và từ (4-7) rút : m  - K’d = kb.Rd (kñm )2 (R + R d ) - k b R d (4-8) (4-9) Nếu chọn: kb.Rd < (R + Rd) đặc tính mong muốn có độ cứng âm (nghĩa m < 0), động làm việc ổn định, độ ổn định không cao Nếu chọn: kb.Rd = (R + Rd) m = , ta đặc tính cứng tuyệt đối Nếu chọn : kb.Rd > (R + Rd) đặc tính mong muốn có độ cứng dương, động làm việc không ổn định Trường hợp biết trước , m cần phải tính Rd, kb cho phù hợp, (hình 4-3b) Trang 63 Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện 4.2.2 Điều chỉnh tự động tốc độ dùng phản hồi âm điện áp phần ứng: Qua hình 4-2, để nâng độ cứng lên m ta điều chỉnh Eb cách dùng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng Dựa vào phương trình đặc tính tải biến đổi: Eb = U + RbI, Rb = R - Rư (E b - U) (kñm ) (  )  tn Nên: I Trong đó: tn  (4-10) (k ñm )2 độ cứng đặc tính tự nhiên Rö Thay (4-9) vào (4-4) đặt: 1 1 b = ( - )( - )  m  tn E 'b = E b Và đặt: (4-11) b ; k'a  ; 1 b 1 b (4-12) Ta có biểu thức tính s.đ.đ Eb theo điện áp phần ứng: Eb = E’b0 - k’aU (4-13) Nguyên lý điều chỉnh (4-13) thực mạch phản hồi âm điện áp phần ứng hình 4-4a:  ~ U Uđ Uđk BĐ - Ua r1 Đ r2 + o  m = tn Ckt - m I M b) a) Mc Hình 4-4: Sơ đồ đặc tính phản hồi âm điện áp phần ứng Bỏ qua dòng điện điện trở r1, r2 đặt ka = r2/(r2+r1): Eb = kb(Uđ - kaU) Trang 64 (4-14) Ths Khương Công Minh  Và độ cứng: Điều khiển logic truyền động điện k bU (1 + k b k a ).kñm m  - R- kbka Rb + k b ka M (kñm )2 (kñm )2 k k R - b a Rb + kb ka (4-15) (4-16) Nếu mạch có kbka >> (4-14) có dạng:  Uñ Rö M k a kñm (kñm )2   0 (U ñ , k a )  M tn (4-17) Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp ka (bằng trượt chiết áp r1, r2) tốc độ không tải lỷ tưởng lẫn độ cứng đặc tính thay đổi theo Trường hợp hệ có hệ số khuếch đại lớn độ cứng mong muốn đạt giá trị tối đa tn, (hình 4-4b) Nếu kb.ka   m  tn 4.2.3 Điều chỉnh tự động tốc độ dùng phản hồi âm tốc độ tải: Qua hình 4-2, để nâng độ cứng lên m ta điều chỉnh Eb cách dùng mạch phản hồi âm tốc độ động Dựa vào phương trình đặc tính điện Bộ biến đổi - Động chiều ta rút dòng điện phần ứng thay vào (4-4) ta có: Eb  k k (E b0 - d ñm ) - kdR R (4-18) Hay: Eb  m  E b0 - ( m  1).kñm    (4-19) Và: E b = E’b0’ - k’t  Trong đó: E'b' = E b (4-20)   m ; k'a   m  1.kñm ;     (4-21) Luật điều chỉnh (4-20) thực phản hồi âm tốc độ (hình 4-5a), tín hiệu tốc độ lấy máy phát tốc FT máy phát có điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ: U = kt  Trang 65 Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện  ~ Uđ Uđk + BĐ Đ U  o kbkt =  Ckt - kt M FT a) b) Mc Hình 4-5: Sơ đồ đặc tính phản hồi âm tốc độ động Ta có phương trình đặc tính hệ:  k b U  R.M / kñm (1 + k b k t /kñm ).kñm (4-22) Và độ cứng mong muốn: m  (kñm )2 (1 + k b k t /kñm ) R (4-23) Từ (4-23) tính hệ số khuếch đại yêu cầu hệ cho đặc tính thấp phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong muốn Khi kb.kt   đặc tính tuyệt đối cứng Trong trường hợp không dùng máy phát tốc dùng cầu tốc độ để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ (trong phần ứng động nhánh cầu) 4.2.4 Điều chỉnh tự động tốc độ dùng phản hồi âm dòng điện có ngắt: Quá trình làm việc hệ ĐKLG TĐĐ thường có yêu cầu ổn định tốc độ vùng biến thiên cho phép mômen dòng điện phần ứng, dòng điện mômen vượt phạm vi cần phải hạn chế dòng điện mômen tránh cho động bị tải lớn, gây cố hư hỏng động Muốn giảm dòng điện mômen ngắn mạch ta phải giảm độ cững đặc tính Tuy nhiên, để đẩm bảoyêu cầu ổn định tốc độ phạm vi biến thiên cho phép tải, ta giảm độ cứng dòng điện mômen vượt ngưỡng Ngưỡng gọi “điểm ngắt ” Tương ứng với ta có “dòng ngắt ” Ing, “mômen ngắt” Mng “tốc độ ngắt ” ng Thông thường I*ng  (1,52) Vậy, đặc tính hệ gồm hai đoạn: đoạn làm việc từ điểm không tải lý tưởng đến điểm ngắt (đoạn AB) đoạn ngắt từ điểm ngắt đến điểm dừng (đoạn BC) (xem hình 4-6a) Trang 66 Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện Vì đặc tính đặc trưng cho công nghệ máy xúc nên người ta gọi “đặc tính máy xúc ” Muốn tạo đoạn đặc tính dốc có độ cứng mong muốn ng bắt buộc phải thay đổi thông số điều chỉnh xđch cho tốc độ động giảm nhanh tải tăng lên giới hạn cho phép Như tải tăng hệ phải giảm Eb biến đổi  1  .( kñm )2 (I - I ng ) E b  E b0      ng    E b  E b  k ' ng.d (I  I ng ) Ta có: (4-24)  ~ A 0 BĐ Rđo đm Đ B ng Uh + Ckt - Vng Uđặt C Ing Inm Iđm Iư + U - - Us + b) a) Hình 4-6: a) Đặc tính hệ dùng khâu hạn chế dòng b) Sơ đồ hệ dùng khâu phản hồi ngắt dòng Để thực quy luật điều chỉnh này, ta dùng khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tác động mức ngưỡng Ing, sơ đồ nguyên lý hình 4-6b Điện áp so sánh: Us = Ing.Rđo, vậy: Eb = kb[Uđặt - Iư.Rđo + Us] = kb.Uđặt - kb.Rđo.(Iư - Ing); (4-25) So sánh với (3-67) ta thấy: Eb0 = kb.Uđặt ; k’ng.d = kb.Rđo = kb.kng.d; (4-26) Đoạn BC:  = CđkbUđặt - Cđ(kbkng.d + R)(I - Ing); Trang 67 (4-27) Ths Khương Công Minh Điều khiển logic truyền động điện CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Chương 4) Tại làm tăng độ cứng đặc tính (giá trị truyệt đối) hệ thống TĐĐ TĐ lại làm việc ổn định Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín dùng phản hồi dương dòng điện Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín dùng phản hồi âm điện áp phần ứng Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín dùng phản hồi âm tốc độ Hãy trình bày nguyên lý làm việc hệ “Bộ biến đổi - Động chiều” có điều chỉnh tốc độ tự động vòng kín dùng phản hồi âm dòng điện có ngắt Trang 68 ... Điều khiển logic truyền động điện 4.2.2 Điều chỉnh tự động tốc độ dùng phản hồi âm điện áp phần ứng: Qua hình 4-2, để nâng độ cứng lên m ta điều chỉnh Eb cách dùng mạch phản hồi âm điện áp phần... phản hồi âm điện áp phần ứng Bỏ qua dòng điện điện trở r1, r2 đặt ka = r2/(r2+r1): Eb = kb(Uđ - kaU) Trang 64 (4-14) Ths Khương Công Minh  Và độ cứng: Điều khiển logic truyền động điện k bU (1... Ths Khương Công Minh Trong đó: Điều khiển logic truyền động điện 1 E b0 = kñm 0 ; k'd  (kñm )2 ( - ) ;  m (4-5) Nguyên lý điều chỉnh (4-4) thực mạch phản hồi dương dòng điện phần ứng hình