XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG

-WĐ WBĐ KTHKHCKTG -UCĐ HÌNH 5-1 V- 1 Mục đích và ý nghĩa Trong qúa trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể

XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG

XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG

-WĐ WBĐ

KTHKHCKTG

-UCĐ

HÌNH 5-1

V- 1 Mục đích và ý nghĩa

Trong qúa trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc

do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể bị mất ổn định Tính ổn định của hệ thống là tính hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi sau một khoảng thời gian nào đó hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi

Xét ổn định cho hệ thống là xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các yêu cầu mong muốn

Dựa vào đặc tính tĩnh của hệ thống ta thấy rằng các phản hồi âm dòng và âm tốc độ luôn có xu hướng làm ổn ddịnh hệ thống Chỉ có phần đặc tính làm việc có đặc tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả Do đó ta chỉ xét ổn định ở vùng này, trong vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng Sơ đồ khối của hệ thống lúc này được biểu diễn trên hình 5-1

v-2 xét ổn định của hệ thống

Hàm truyền của hệ thống là:

W K K K K W

= +

1 γ

Trong đó: WBĐ = KBĐ/ (1 + TBĐP ) là hàm truyền của bộ biến đổi

TBĐ = 1 / 2qf là hằng số thời gian của bộ biến đổi

q là tần số xung chỉnh lưu q = 3

f = 50 Hz là tần số lưới

TBĐ = 1 / (2.3.50) = 3,33 10-3s

+ Điện cảm phần ứng động cơ được tính:

Lư = ϒUđm / (P.Iđm.nđm) = 5,7.220/ (1,2.9.1600) = 0,0566 H

ϒ =5,7 là hệ số cấu tạo của động cơ

Lư ∑ =LCK + LCK1 + Lư = 125 + 200 + 56,6 = 381,6 mH

T∋ = l∑ / R∑ = 381,6 / 2,92 = 0,13 s

T T P T P

M

t B

D

D

M E M

P

2 2

2

2

2

375 9 55

0 75 2 92 7 8

1

621504

,

, , ( , )

γ

Trong đó:WĐ Là hàm truyền của động cơ

Rt Là điện trở tổng Rt = R∑

K =KTGKTHKHCKBĐKĐ Là hệ số khuyếch đại của hệ thống

TE = T∋

Lập bảng Raox:

159,58.10-7 405.10-449,58.10-4 4662,28389,994662,28

n W0 1/

UCĐ

-Ta thấy các số hạng trong cột thứ nhất của bảng Raox đều dương, như vậy hệ thống đã ổn định

VI - 3 hiệu chỉnh hệ thống

Ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống theo

đặc tính biên độ Lôgarit Muốn vậy trước hết ta đưa hệ thống về phản hồi

âm một đơn vị (Hình 5-2)

HÌNH 5-2

W K

T P T T P T P

T P T P T P

0

2 2

1

=

=

γ

γ

ξ

( )(

( !)(

Với T2 = TBĐ = 3,33.10-3s

ω2 = 1/ T2 = 300 rad/s ⇒ lgω2 = 2,4771 dec

T1 = T TM E = 69 5510, −3

s

ω1 = 1/ T1 = 14,38 ⇒ lgω1 = 1,1577 dec

20lgϒK = 73,37

ξ =

T T

M E

4 = 0 267 ,

Từ các số liệu trên ta vẽ được đặc tính L0 là đặc tính biên độ - lôga của hàm W0

* Tiến hành xây dựng Lm là dặc tính biên độ - logarit mong muốn dựa trên các chỉ tiêu chất lượng động:

δmax ≤ 30%

Tmax≤ 0,3 (s)

Từ chỉ tiêu δmax≤ 30% theo giáo trình tự động điều chỉnh, tra đường cong xác định tần

số cắt ωc ta có:

T

C

max = 4 π

ω

Với điều kiện Tmax ≤ 0,3 (s) ⇒ ωc = 13π Từ ωc = 13π kẻ đường có độ nghiêng -20db/dec Vùng trung tần của Lm giới hạn bởi ω2 và ω3 = ωc2/ ω2 = 5,559 rad/s

⇒ lgω3 = 0,745

Từ điểm ω3 vừa xác định trên Lm kẻ đường nghiêng -20db/dec , đường này cắt L0

tại ω4 và vùng hạ tần của Lm là ω÷ω4

Vùng tần số cực thấp của Lm trùng với L0 Bằng tính toán hình học ta tính được:

ω4 = 0,22 rad ⇒ lgω4 = - 0,656

Từ ω2 kẻ đường nghiêng -60 db/dec , vùng tần số lớn hơn ω2 là vùng cao tần của Lm

Qua L0 và Lm ta xác định được Lhc = Lm - L0

Từ đặc tính ta viết hàm hiệu chỉnh:

W

T P

T P T P

T P

1

1

4 2

3 1 2

Từ đây ta đưa ra hai loại khối hiệu chỉnh như sau:

+ Khối thứ nhất là một khuyếch đại thuật toán

kết hợp với tụ điện - điện trở

Hàm truyền của khối hiệu chỉnh này là:

W u

u K

T P

T P

P

r v

R

+

1 1

1 2

Với KR = R3/ R5 và T1 = R2C ; T2 = (R2 + R3)C

Loại này hiệu chỉnh cho dạng: T1 < T2

LG4 0 LG3 LG1 LGC LG2 LG

20LGK

-40DB/DEC

-20 DB/DEC

LHC

HÌNH 5-3: Đặc tính biên độ - logarit

C1 R5

R4

Hình 5-4: Khối hiệu chỉnh 2

+ Khối hiệu chỉnh thứ hai la các điện trở kết hợp với tụ điện:

W K T P

T P

P = R 1++

1

1 2

Với KR = R4/ (R4 + R5) ; T1 = R5C1

T2 = R4R5C1/ (R4+R5)

Loại này hiệu chỉnh cho các hàm có:

T1 > T2

Như vậy để tạo hàm Whc ta dùng ba

khâu hiệu chỉnh , hai khâu giống nhau

có dạng khối thứ nhất thực hiện hàm

1179,8K 5

1K

-+

R25

UR -+

1,49K 47F 95,2K 1,49K 47F 95,2K

R29R44 UCĐ-N

Hình 5-5: Sơ đồ mạch hiệu chỉnh

truyền

T P

hc1

1

2 4

2

1 1

+

( ) ( )

Chọn C = 47µF ⇒ R2 = 1,478 KΩ ; R3 = 95,2 KΩ

T P hc2

3 2

1 1

+

Chọn C1 = 1µF ⇒ R5 = 179,8 KΩ ; R4 = 1,086 KΩ

Trong sơ đồ nguyên lý ta tạo ra khâu hiệu chỉnh thứ nhất và thứ hai nhờ hai IC của khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian

Sơ đồ mạch hiệu chỉnh như hình vẽ

Khi mắc thêm khâu hiệu chỉnh thứ ba hệ số khuyếch đại của hệ thống bị giảm đi là:

R =

4

3 4

1 0186

1 018 179 80 00563

, , , ,

(lần)

Do đó khâu tổng hợp và khuyếch đại trung gian phải tính toán sao cho hệ số khuyếch đại của hai khâu này và khâu thứ ba phải đảm bảo:

KTG = KTHKKĐKR = 4000

1199,62 66,4 1+ 0,00033 P 0,342 1+ 0,13 P 64,1 P

0,1282

0,0075

n Ud

Ucđ

Từ đây ta chọn được: R29 = 100 Ω ; R25 = 63,7 Ω

* Khảo sát đặc tính quá độ bằng máy tính

Ứng dụng mô hình matlab khảo sát quá độ cho mô hình cấu trúc sau đây

V- 4 xét ổn định lại hệ thống

Hàm truyền của hệ thống hở mong muốn sau khi hiệu chỉnh là:

2 2

2 4

2 2

4

1

Ta có các đặc tính tần số pha - loga là:

ϕ1 ωξω

4 2 4 2

2 1

= −actg − T

T

ϕ2 = - 2arctgωT2

ϕ3 = arctgωT3

Từ đây ta vẽ được các đường đặc tính ϕω cộng các đặc tính lại ta được đường

ϕh ω của hệ

Qua đặc tính ϕω ta thấy: trong phạm vi Lω> 0 có một lần ϕω chuyển từ lớn hơn

(-π) xuống dưới đường (-π) và một lần chuyển từ dưới đường (-π) lên phía trên, tức là

số điểm chuyển đổi C+ = C- vì vậy hệ kín ổn định

20LGK

-20 DB/DEC

ω 4 0 ω 3 ω C ω 2 ω

ϕ ω

0

Hình 5-6 : Đặc tính biên độ - logarit (a) ,đặ

tính

Pha - logarit của hệ thống sau hi

-60DB/DEC -40DB/DEC

PHẦN VI

THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

VI -1 nguyên lý làm việc của mạch động lực

* Khi động cơ làm việc thuận:

Đóng cầu dao CD cung cấp điện áp ba pha cho máy biến áp động lực BA Khi

đó hai bộ biến đổi hình tia ba pha song song ngược sẽ được cấp điện áp Các van từ T1

÷ T6 lần lượt dược đặt các điện áp thuận theo chiều biến thiên của điện áp ba pha Các van T1 , T2 , T3 được điều khiển với góc mở α1 < 900 , còn các van T4 , T5 , T6 được điều khiển mở với góc mở α2 > 900 sao cho:

α1 + α2 = 1800 Lúc này điện áp chỉnh lưu của hai nhóm van là:

Ud1 = Ud0 cosα1 > 0

Ud2 = Ud0cosα2 < 0 Động cơ sẽ quay theo chiều thuận phù hợp với chiều của Ud1 Còn bộ biến đổi hai làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi

VI - 2 nguyên lý làm việc của mạch điều khiển

Mạch điều khiển của hệ thống truyền động ăn dao máy doa 2620B được thiết

kế theo các yêu cầu kỹ thuật là:

+ ổn định và điều chỉnh tốc độ

+ Tự động han ché phụ tải

+ Đảo chiều

+ Hãm dừng chính xác

Xuất phát từ những yêu cầu này ta sẽ phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống theo từng yêu cầu

1,nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ

Giả sử động cơ đang làm việc ở tốc độ đặt nào đó ở chiều quay thuận, lúc này tiếp điểm T đóng, Ucđ mang dấu dương khiến điện áp ra của khâu khuyếch đại trung gian IC3 có dấu dương và điện áp điều khiển sẽ có dấu dương Điện áp này sẽ làm cho

nhóm van katốt chung mở với góc mở α1 < 900 ; mặt khác , điện áp điều khiển của nhóm van anốt chung có dấu âm khiến nhóm van anốt chung mở với góc mở α2 > 900 , tức là làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi

Trong qúa trình làm việc nếu có sự thay đổi của tải, giả sử tải tăng khiến tốc độ động cơ giảm ⇒ ( Ucđ - ϒn) sẽ tăng ⇒ điện áp điều khiển sẽ tăng ⇒ góc mở α1 giảm

⇒ Ud1 tăng kéo tốc độ động cơ trở lại điểm làm việc yêu cầu Nếu tải giảm qúa trình diễn ra ngược lai Đó chính là nguyên lý ổn định tốc độ

Chất lượng của qúa trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu:

S* = 1,8 % Khi muốn thay đổi tốc độ ta điều chỉnh biến trở R30 khi đó điện áp chủ đạo sẽ thay đổi, dẫn đến điện áp điều khiển thay đổi ⇒ góc mở α thay đổi ⇒ điện áp chỉnh lưu thay đổi ⇒ tốc độ động cơ thay đổi theo Điện áp chủ đạo được điều chỉnh nhờ biến trở R30 là vô cấp do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh vô cấp

2, khả năng han chế phụ tải

Giả sử trong qúa trình làm việc tải của hệ thống tăng quá mức cho phép khi đó dòng phần ứng động cơ sẽ tăng quá mức cho phép, điều này là không cho phép Trong hệ thống có tính đến khả năng này Khi dòng phần ứng tăng quá giá trị ngắt thì khâu ngắt dòng sẽ tham gia tác động làm giảm điện áp điều khiển ⇒ góc mở α có xu hướng tiến tới 900 làm cho điện áp chỉnh lưu giảm và dòng phần ứng sẽ không tăng quá lớn

Mặt khác , khi điện áp chỉnh lưu giảm ⇒ tốc độ động cơ sẽ giảm (đủ nhỏ) lúc này khối cải thiện cất lượng động sẽ tác động tiếp tục hạn chế góc mở và dòng điện phần ứng sẽ được hạn chế nhỏ hơn mức cho phép, giá trị này là 18A

3, Quá trình đảo chiều động cơ

Để đảo chiều quay động cơ ta thay đổi đóng mở tiếp điểm T,N, tức là đảo chiều điện áp chủ đạo

Giả sử T đang đóng và động cơ đang quay theo chiều thuận nếu ta đồng thời mở

T và đóng N thì điện áp chủ đạo đảo từ dương sang âm ⇒ điện áp đầu ra của khâu khuyếch đại trung gian sẽ đảo dấu từ âm sang dương Tuy nhiên lúc này động cơ vẫn quay thuận nên khối cải thiện chất lượng động sẽ tham gia tác dụng làm cho động cơ được hãm tái sinh Khi tốc độ động cơ giảm dần thì diốt D7 khoá lại khiến điện áp điều khiển của nhóm van anốt chung có giá trị dương ⇒ động cơ chuyển từ hãm tái sinh sang hãm ngược Khi n = 0 động cơ sẽ được tự động khởi động theo chiều ngược lại

4, Hãm dừng

Muốn hãm dừng ta chỉ việc ngắt Ucđ bằng cách mở các tiếp điểm T hoặc N đang ở trạng thái đóng Lúc này qúa trình hãm diễn ra tương tự qúa trình đảo chiều

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

1 Giáo trình truyền động điện

BÙI QUANG KHÁNH - NGUYỄN VĂN LIÊN

2 Điện tử công suất

NGUYỄN BÍNH

3 Bài giảng kỹ thuật biến đổi

TRẦN XUÂN MINH

4 Tự động điều chỉnh truyền động điện

BÙI QUỐC KHÁNH - DƯƠNG VĂN NGHI PHẠM QUỐC HẢI - NGUYỄN VĂN LIÊN

5 Lý thuyết điều kiển tự động

ĐẶNG VĂN ĐÀO -LÊ VĂN DOANH

6 10,000 Trazito

7 Các mạch khuếch đại IC tuyến tính