Slide.Giáo Trình Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 2

1 Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tng hp h in môn học chuyên ngành ngành Tự động hóa, xem kiến thức tổng hợp nhiều học phần sở ngành chuyên ngành Trong nhiều năm qua, có nhiều tài liệu nước đề cập đến kiến thức thuộc lĩnh vực này, nhiên giáo trình chuẩn đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chun ngành Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp thiếu Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt đào tạo theo hệ thống tín chỉ, Bộ mơn Tự động hóa – Khoa Điện biên soạn xong giáo trình học phần Tổng hợp hệ điện sử dụng có hiệu cho việc giảng dạy giáo viên việc học tập sinh viên đại học học viên cao học Học phần Tổng hợp hệ điện học phần thứ môn học, học phần phân bố chương trình tín với nội dung gồm chương Với thời gian ngắn, điều kiện tài liệu tham khảo bị hạn chế nên giáo trình chắn nhiều thiếu sót, mong bạn đọc đồng nghiệp thông cảm cho ý kiến đóng góp để chúng tơi hồn thiện nội dung giáo trình tốt Xin chân thành cảm n! Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - Sách, giáo trình chính: Giáo trình Tổng hợp hệ điện môn Tự động hoá XNCN Khoa Điện biên soạn (đang biên soạn) - Sách tham khảo: [1] Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2004 [2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi; Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2002 [3] Bïi Đình Tiếu; Cơ sở truyền động điện tự động; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 1984 [4] Vâ Quang Lạp, Trần Xuân Minh; Giáo trình Kỹ thuật biến đổi; Trờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Thái Nguyên, 1998 [5] Cyril W Lander; Power Electronics; 1993 [6] Μ Γ Чиликин, Μ Μ Соклов, В Μ Терехов, А В ; ; , , 1974 Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.1 Khái quát hệ thống tuỳ động 1.2 Đo kiểm tín hiệu vị trí 1.3 Hệ thống tuỳ động vị trí sensin phương pháp thiết kế 1.4 Hiệu chỉnh trạng thái động hệ thống tựy ng v trớ Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 1.1.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động Hệ thống tùy động, thực chất hệ thống ĐCTĐ TĐĐ thực điều khiển vị trí với lƣợng đặt trƣớc biến thiên tùy ý Hệ thống tuỳ động đƣợc ứng dụng rộng rãi thực tiễn Nhiệm vụ hệ thực điều khiển cấu chấp hành bám sát xác lƣợng đặt vị trí, đại lƣợng điều khiển (lƣợng đầu ra) thƣờng vị trí không gian cấu sản xuất, lúc lƣợng đặt thay đổi trình làm việc hệ thống làm cho đại lƣợng điều khiển bám sát trì một cách xác vị trí cấu sản xuất theo yêu cầu Ví dụ điều khiển cấu ép trục cán, trình cán kim loại, phải làm cho khe hở hai trục tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia cơng máy cắt điều khiển số điều khiển bám máy chép hình; cấu lái tự động tàu thuyền; cấu điều khiển anten rađa cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm mục tiêu; điều khiển động tác ngƣời máy Những ví dụ ứng dụng cụ thể hệ thống điều khiển tu ng v trớ Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.1.2 Các phận chủ yếu hệ thống tuỳ động vị trí ngun lý làm việc Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (1) B o kim vị trí: Do chiết áp RP1 RP2 tạo thành đo kiểm vị trí (góc), trục quay chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trƣớc (góc đặt), trục quay chiết áp RP2 thông qua cấu nối với phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai chiết áp đƣợc cấp điện nhờ nguồn điện chiều U, nhƣ chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lƣợng điện đầu (2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do khuếch đại 1A, 2A tạo thành, khuếch đại 1A làm nhiệm vụ đảo pha, 2A có tác dụng so sánh khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu làm tín hiệu điều khiển khuếch đại cơng suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả nhận biết cực tính điện áp (phƣơng vị âm dng ca gúc pha) Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt (3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để cung cấp cho động chấp hành hệ thống tuỳ động có khuếch đại điện áp chƣa đủ, phải khuếch đại cơng suất, khuếch đại công suất thƣờng dùng chỉnh lƣu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung động truyền động động chiều, trƣờng hợp dùng động xoay chiều khuếch đại công suất thƣờng biến tần (4) Cơ cấu chấp hành: Động bám Đ (động điện chiều, từ trƣờng vĩnh cửu) để truyền động cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten đa), động phụ tải thƣờng có phận truyền lực (hộp giảm tốc) (1), (2), (3), (4): Là phận chủ yếu, thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, có linh kiện thiết bị cụ thể khác nhau, ví dụ, dùng đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động điện chiều hoc xoay chiu v.v Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 1.1.3 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc Qua phân tích dễ dàng nhận chỗ khác giống hệ thống tuỳ động vị trí (sau gọi tắt hệ thống tuỳ động) hệ thống điều tốc Cả hai hệ thống kín (có phản hồi), tức thông qua việc so sánh lƣợng đầu hệ thống với lƣợng cho trƣớc (lƣợng đặt) để tạo tín hiệu điều khiển hệ thống, nguyên lý hai hệ thống giống Đại lƣợng cho trƣớc hệ thống điều tốc số, mức độ nhiễu nhƣ nào, mong đại lƣợng đầu ổn định, chất lƣợng chống nhiễu hệ thống ln tỏ quan trọng Còn hệ thống tuỳ động tín hiệu đặt vị trí thƣờng xun thay đổi, đại lƣợng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lƣợng đầu bám xác theo thay đổi lƣợng cho trƣớc, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính xác thích nghi đầu trở thành đặc trƣng chủ yếu hệ thống tuỳ động Hay nói cách khác chất lƣợng bám tiêu chủ yu ca h thng ny Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 5.3.1 Nguyên lý làm việc 5.3.1.1 Mô men điện từ Hình 5.7: Mơ men quay pha có dũng in mt chiu chy qua Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com Hình 10.8: Mơ men quay sử dụng nghịch lưu ba pha hình tia: a) 0 = 00; b) 0 = 300 https://fb.com/tailieudientucntt 244 5.3.1 Nguyên lý làm việc 5.3.1.1 Mơ men điện từ Hình 5.9: Mơmen quay nghịch lưu ba pha kiểu cầu: a) 0 = 00; b) = 600 Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 245 5.3.1 Nguyên lý làm việc 5.3.1.2 Bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên Hình 5.10: Quá trình chuyển mạch tự nhiên van nghịch lưu làm việc với động đồng bộ: a) Mạch điện A, B đổi chiều tự nhiên b) Đồ thị sức điện động Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 246 5.3.1 Nguyờn lý lm việc 5.3.1.3 Khả tải Nhƣợc điểm chủ yếu động khơng có đổi chiều khả q tải khơng lớn, thƣờng có 1,5  lần, có động chí đạt đƣợc 1,25 lần Nguyên nhân làm cho lực tải khơng lớn q trình chuyển mạch Với nghịch lƣu sử dụng phƣơng pháp chuyển mạch tự nhiên nhờ sức điện động động cơ, đòi hỏi sau kết thúc chuyển mạch, dòng điện tiristor trƣớc mở giảm khơng, a nơt ka tơt phải tiếp tục trì điện áp ngƣợc với thời gian ngắn lớn thời gian khơi phục tính chất điều khiển tiristor toff (tk) để đảm bảo tránh mở trở lại van gây nên lật đổ nghịch lƣu Việc trì thời gian đặt điện áp ngƣợc lên tiristor khóa nhờ vào độ lớn góc vƣợt trƣớc  Thơng thƣờng góc chuyển mạch vƣợt trƣớc  không tải (ký hiệu 0) đƣợc khống chế 600 thƣờng đƣợc chỉnh định sẵn b o kim v trớ rotor Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 247 5.3.1 Nguyên lý làm việc 5.3.1.3 Khả tải Khi động mang tải, góc pha điện áp đầu động vƣợt trƣớc góc , gọi góc cơng suất động điện đồng bộ, làm cho góc chuyển mạch vƣợt trƣớc giảm xuống  = 0- Mặt khác, theo độ tăng dòng điện phụ tải, góc trùng dẫn  lại tăng lên dần Góc  = 0 -  -  =  -  gọi góc dự trữ chuyển mạch (còn gọi góc dƣ đổi chiều), thể thời gian đặt điện áp ngƣợc lên tiristor sau dòng qua giảm khơng, tƣợng trƣng độ tin cậy trình chuyển mạch Để đảm bảo trình chuyển mạch chắn cần phải đảm bảo:   0  (   )  K1t off (10.21) đó: K hệ số an tồn lớn 1; 1 tần số góc làm vic ca b nghch lu Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 248 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.1 Bộ đo kiểm vị trí rotor a) Bộ đo kiểm vị trí kiểu cảm ứng điện từ: Kết cấu đo kiểm vị trí kiểu cảm ứng điện từ tƣơng đối đơn giản, làm việc tin cậy đƣợc dùng rộng rãi Một kiểu số đo kiểm sử dụng linh kiện đo kiểm vị trí có góc điện cố định ba pha cách nhau1200 (hay gọi biến áp khung hở) Linh kiện đo kiểm thƣờng dùng lõi sắt từ kiểu chữ E, cuộn dây hai bên cuộn sơ cấp, cách quấn dây rõ nhƣ hình, cuộn dây gia l cun th cp Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 249 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.1 Bộ đo kiểm vị trí rotor a) Bộ đo kiểm vị trí kiểu cảm ứng điện từ: Nguyên lý hoạt động: a) Lõi sắt từ đối ứng với khối đĩa tròn; c) Đĩa tròn linh kiện đo kiểm b) Lõi sắt từ đối ứng với vùng khuyết đĩa tròn; Hình 5.12: Bộ đo kiểm vị trí rotor kiểu cảm ứng in t Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 250 5.3.2 H thống điều khiển 5.3.2.1 Bộ đo kiểm vị trí rotor a) Bộ đo kiểm vị trí kiểu cảm ứng điện từ: Ngun lý hoạt động: Hình 5.13: Tín hiệu xung đo kiểm mạch điện logic a) Tín hiệu xung chữ nhật linh kiện đo kiểm; b) Mạch logic; c) Tớn hiu xung u Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 251 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.1 Bộ đo kiểm vị trí rotor b) Bộ đo kiểm vị trí kiểu quang điện: Ở vành ngồi đĩa tròn có nhiều rãnh, có hai rãnh lớn, góc tâm rãnh dài tƣơng ứng 900 (tƣơng đƣơng với 1800 điện) Tất có bốn phần tử cảm quang cố định S1  S4 S4 cài đặt vành ngoài, S1, S2 S3 đặt chu vi rãnh lớn, cách 1200 góc điện Mỗi phần tử cảm quang đƣợc tạo thành đơi điơt phát quang bóng bán dẫn quang trở, phần tử quang trở vào rãnh phát tín hiệu logic “1”, S1  S3 sinh sóng hình chữ nhật chiều rộng 1800 điện cách 1200 điện, S4 tạo sóng chữ nhật cao tần, dùng để điều khiển van nghịch lƣu, dùng làm tín hiệu đo kiểm tốc độ Những tín hiệu đƣợc gia cơng mạch logic tạo xung điều khiển van nghịch lu Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 252 5.3.2 H thng điều khiển 5.3.2.1 Bộ đo kiểm vị trí rotor b) Bộ đo kiểm vị trí kiểu quang điện: Hình 10.14: Bộ đo kiểm vị trí rotor kiểu quang điện (dùng cho động cực) a) Bộ đo kiểm kiểu quang in; b) th súng u Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 253 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.2 Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thông tổng hợp () góc dự trữ chuyển mạch () khơng đổi Có nhiều phƣơng án điều khiển hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng bộ, nghiên cứu phƣơng án, nguyên lý nhƣ hình 5.15 Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng hình 5.15 hồn tồn giống với hệ thống điều tốc hai mạch vòng kín động chiều sử dụng chỉnh lƣu tiristor, tức mạch vòng ngồi vòng điều khiển tốc độ quay, mạch vòng vòng điều khiển dòng điện Id khâu chiều biến tần, Id tỉ lệ thuận với mô men điện t Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 254 5.3.2.2 H thng điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thơng tổng hợp () góc dự trữ chuyển mạch () khơng đổi Hình 5.15: Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thông tổng hợp () gúc d tr chuyn mch () khụng i Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 255 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.2 Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thông tổng hợp () góc dự trữ chuyển mạch () khơng đổi Dòng điện kích từ sử dụng điều khiển mạch vòng kín, số cho trƣớc dòng điện kích từ tỉ lệ thuận với sức từ động kích từ FK, giá trị cho trƣớc FK đƣợc tính tốn từ định lý cosin vector sức từ động hình 5.16, vi điều khiển thực tính tốn theo công thức (5.22) FK  F2  Fs2  2F Fs cos s  F2  Fs2  2F Fs sin  (5.22) Trong s = 900 + ,  góc hệ số cơng suất vƣợt trƣớc; Fs*  Ks U*id (5.23) FK*  KK U*iK (5.24) F*  const , để bảo đảm từ thông tng hp l hng s Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 256 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.2 Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thơng tổng hợp () góc dự trữ chuyển mạch () không đổi Khi sử dụng sức điện động động để thực chuyển mạch van u cầu dòng stator vƣợt trƣớc sức điện động góc  coi nhƣ gần góc đổi chiều vƣợt trƣớc  có tải (xem hình 5.11), thế:    Góc trữ chuyển mạch  vào thời gian phục hồi tính chất điều khiển (tính chất khóa) tiristor toff hệ số an tồn tính theo biểu thức (5.21) trì khơng đổi; góc trùng dẫn (góc chuyển mạch ) thay đổi theo phụ tải, đo đƣợc từ thực tế tính tốn Góc pha kích phát nghịch lƣu NL góc pha dòng điện pha stator tƣơng trục d rotor Từ hình 5.16 biết đƣợc góc pha dòng điện pha A (s+ K), sau pha lần lƣợt cách 600, đƣợc xác định từ tín hiệu đầu đo kiểm vị trí, K đo đƣợc t thc t hoc tớnh toỏn Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 257 5.3.2 Hệ thống điều khiển 5.3.2.2 Hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển - động đồng với từ thông tổng hợp () góc dự trữ chuyển mạch () khơng đổi Sử dụng cách điều khiển phối hợp kịp thời nhƣ thoả mãn quan hệ vector không gian thời gian hình 5.16 điều kiện phụ tải tốc độ quay Hình 5.16: Mơ tả vector khơng gian động đồng làm việc với hệ số cụng sut vt trc Thái Nguyên, 3/22/2013 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 258 ... cos(1 - 2 ) (6.1) uss = Ussm sin sin(t - + 900) (6 .2) Thái Nguyên, 3 /22 /20 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 1 .2. 2 Bộ biến áp quay (Br) Ubr  R1 U2 R2 S2 S1 U1 Hình... https://fb.com/tailieudientucntt 21 1 .2. 4 a mó quang điện 1 .2. 4 .2 Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối Hình 1.13: Đĩa mã quang điện trị tuyết đối a) Đĩa mã chế độ nhị phân b) Đĩa mã chế độ tun hon Thái Nguyên, 3 /22 /20 13 CuuDuongThanCong.com... https://fb.com/tailieudientucntt 22 1 .2. 4 a mã quang điện 1 .2. 4 .2 Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối Bảng 1.1: Bảng đối chiếu vị trí trục đĩa mã quang in v mó s Thái Nguyên, 3 /22 /20 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt