giáo trình thực hành truyền động điện

Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Các thông số mạch điện Các thông số mạch được định rõ trực tiếp Tuy nhiên, tốc độ hoặc dòng điện được đo gián tiếp qua điện áp Các biến A/div hay min-1/div được định qua biểu đồ dao động Có nghĩa là các biến cần được biến đổi chuyển từ thiết bị đo sang biểu đồ Khởi động máy đo dao động Việc điều khiển đóng ngắt bảng PID thường được sử dụng đo điện áp ứng nhảy Khi đó khỏi động máy đo dao động bên ngoài từ ngõ xung của bộ điều khiển đóng ngắt Điều chỉnh chu kỳ đo T cho phù hợp với tỉ lệ thời gian máy đo dao động sau: - Chọn tỷ lệ thời gian mong muốn máy đo dao động, Chắc chắn rằng tia sáng bắt đầu ở dòng kẻ ô bên tay trái , Sau đó khởi động bộ điểu khiển đóng ngắt và đầu tiên chọn tần số cao’ Cài đặc máy đo dao động để máy hoạt động đáng tin cậy, Thay đổi tần số của bộ điều khiển đóng ngắt để tính hiệu xung màng hình bắt đầu sau ô phân lưới và kết thúc sau ô phân lưới Các vấn đề liên quan đến kỹ thuật đo lường Các bài thí nghiệm được thông qua việc kết nối các mạch điện tử bằng dây dẫn Sự nhiễu các dây dẫn rất lớn đó để chống nhiễu ở tần số cao (HF), ta có thể: - Nối máy đo dao động với dây nối theo tiêu chuẩn thay vì sử dụng cáp đồng trục Vì cáp khả nhiễu đường dây( có điện dung của các dây dẫn) - Chắc chắn rằng bạn đã nối đất cẩn thận, - Chắc chắn rằng cầu phân áp cấp cho P-T1 bảng PID không nằm ở vị trí dừng bên trái Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện BÀI THÍ NGHIỆM Các thông số của hệ thống điều khiển tốc độ Giới thiệu Thiết bị đo lường được thiết kế để giải thích các đáp ứng ở trạng thái tĩnh và động của cả hệ thống điều khiển tốc độ Về bản, hệ thống bao gồm hai động được kết hợp giống và một hai động hoạt động một máy phát Trên cửa sổ hiển thị cho phép ta quan sát được chuyển động quay, ví dụ trục động có thể bị khóa nếu được yêu cầu điều khiển dòng của động Mục đích chính của thí nghiệm là giúp ta có thể nắm được đáp ứng của động trùn đợng ở góc ¼ hay ở bớn góc ¼ Hơn nữa, kết quả đo được cũng cho ta biết chi tiết về độ lớn của các thông số và các giá trị vận hành của động loại nhỏ Động DC có chổi than - Các thông số của động DC - Điện áp định mức: 12 V - Dòng điện không tải: 20 mA - Tốc độ không tải: 7800 min-1 - Bộ đếm suất điện động tốc độ là 1000 min-1: 1.55 V - Momem khởi động: 14.9 mNm - Hằng số momem Km: 11.8 mNm/A - Điện trở dây nối: 11.9 - Dòng làm việc rec.max: 0.58A Hình 1.1a Mô tả sơ đồ mạch tương đương của động sự dụng thí nghiệm Hình 1.1b Minh họa các chức bản dạng giản lược Cuộn dây phần ứng được cấp điện thông qua các chổi than gắn đầu trục động Cuộn dây được đặt từ trường vĩnh cữu Ngay dòng điện phần ứng qua cuộn dây, ở phần ứng sẽ phần ứng sẽ sinh một từ trường Sự kết hợp của hai từ trường này sẽ sinh một lực làm cho phần ứng quay Khi nam châm vĩnh cữu được cho trước thì lực động (momen) sẽ phụ thuộc trực tiếp vào đợ lớn của dòng điện a) b, Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Hình 1.1 Sơ đồ mạch điện tương đương và các chức bản của động Bộ đếm suất điện động( Counter-EMF) Theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây phần ứng quay sẽ tạo một suất điện động cảm ứng có giá trị điện áp là Um Không có sự khác biệt trục động được tác động từ bên ngoài hay dòng điện phần ứng Ia Bộ đếm suất điện động (Counter-EMF) phụ thuộc theo tốc độ động Ví dụ phần ứng quay ở tốc độ 1000 vòng/ phút sẽ sinh điện áp là Um=1.55 V Nếu động DC hoạt động máy phát thì giá trị suất điện động có thể đo tại đầu cực của máy phát ở trạng thái không tải Nếu ngược lại hoạt động động cơ, thì giá trị suất điện động sẽ chống lại điện áp phần ứng Sai lệch điện áp giữa Ua và Um sẽ rơi Ra Điện áp phần ứng Điện áp phần ứng Ua là điện áp cấp cho động Điện trở phần ứng Ra là điện trở dây nối ( điện trở cuộn dây ) và điện trở tiếp xúc chổi than Điện trở phần ứng Ra của động là 11.9ꭥ Momen khởi động Nếu trục động đứng yên và cấp cho động một giá trị điện áp định mức , dòng điện phần ứng Ia=Ua/Ra=1.01A suất điện động EMF không được tạo ra) Khi đó động tạo ngẫu lực M=kM IA=14.9mNm chính là ngẫu lực khởi động Dòng điện không tải Nếu động không tải, dòng sẽ tang khởi động Khi tốc độ tăng giá trị suất điện động ( couter -EMF) sẽ tăng và dòng điện sẽ giảm đến giá trị không tải Điều này cần thiết để chống lại sự ma sát ở đầu trục động Vận hành động với điện áp phần ứng hằng sớ Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Nếu điện áp phần ứng là không đổi, tốc độ sẽ phụ thuộc nhiều vào tải trục động Ngay có một lực hãm trục động cơ, tốc độ giảm, Um giảm và dòng tăng Sự tăng dòng thì cần thiết để động có thể chống lại lực hãm này Vận hành với điện áp phần ứng không đổi chỉ xảy hệ thống điều khiển, ở tốc độ là hằng số không quan trọng  Vận hành động với tốc độ hằng số Trong mạch điều khiển tốc độ động cơ, giá trị suất điện động-UM (counter-EMF) và tốc độ thì không đổi Nếu có một lực tác động lên trục động cơ, đó điện áp phần ứng sẽ tăng thì dòng điện phần ứng sẽ tăng theo Khi tải thay đổi thì điện áp phần ứng thay đổi thay vì tốc độ  Vận hành động với tốc độ không đổi : m Ngẫu lực tăng tốc có ưu thế lớn động được vận hành ở giá trị dòng điện ( phần ứng) nào đó mà không có tải gắn đầu trục Tốc độ và giá trị counter-EMF sẽ tăng lên và chỉ được giới hạn của giới hạn của điện áp phần ứng Khi kết quả làm việc tăng tốc và tốc độ là việc xen kẻ moomen  Các thành phần thiết bị phụ trợ - bảng điều khiển động - bảng điều khiển PID - bộ tạo dao động - đồng hồ vạn Đối với loạt thí nghiệm đồng hồ đo điện áp đặt bảng điều khiển PID được nối đến điện áp DC +10V đới với loạt thí nghiệm lại được nối đến điều khiển ngắt Thật thích hợp để khởi động máy đo dao động ở bên ngoài từ ngõ của xung bộ điều khiển ngắt Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Hình 1.2 Mạch đo lường nối với bộ khuếch đại thông qua điốt và có thể từ đó hoạt đợng ở góc ¼ Ơ đầu B, đợng được nối trực tiếp đến ngõ của bộ khuếch đại và từ đó cho phép hoạt động ở bốn góc ¼  Lưu ý với điều kiện ngắt: Các chân RESET SINGLE được mở ra!!  Loạt thí nghiệm 1: Các thông số tĩnh của hệ thống điều khiển tốc độ Động được nối trực tiếp đến ngõ của bộ khếch đại (đầu nối B) Đầu tiên đo các giá trị biến thiên động chạy không tải và tải L được nối theo bảng 1.1 và 1.2 - Điện áp phần ứng UA - Dòng động IA gián tiếp tại ngõ của bộ khuếch đại 1V tương ứng 0.1A - Điện áp tachmometer UTG với 2V tương ứng 1000rpm Nhập các giá trị dòng điện và tốc độ đã được tính toán từ giá trị điện áp ở bảng 1.1 và 1.2 Từ các giá trị đã cho, tính toán ngẫu lực sinh Từ đó ta có thể sử dụng hằng sớ ngẫu lực KM= 14.8mNm/A Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Vẽ đường cong tốc độ và dòng điện theo đáp ứng ở hình 1.3 cho cả loạt thí nghiệm  Loạt thí nghiệm2: các thông số động lực của hệ thống điều khiển tốc độ Máy đo điện áp đặt lấy điện áp từ bộ điều khiển ngắt, điện áp phần ứng là 6v Trong một số phép đo để dạng tín hiệu các biến hiển thị tốt hơn, việc quét của máy đo dao động được cài đăt cho tổng thời gian của bộ điều khiển ngắt không được hiển thị  Phép đo 1: Máy phát không tải Động lấy điện áp từ đầu A qua điốt và hoạt động ở góc một phần tư Khoảng thời gian cho bộ điều khiển ngắt T= 2s Sử dụng máy đo dao động đọ các biến sau:  Điện áp phần ứng UA Dòng của động IA Điện áp từ máy đo tốc độ góc UTG Phép đo 2: Đèn sợi đốt L1 được gắn vào máy phát, các dữ liệu khác và các biến cần đo tương tự phép đo Tăng thời gian của bộ điều khiển ngắt lên cực đại  Phép đo 3: Khối ly tâm được gắng vào máy phát, không có đèn sợi đốt Máy đo điện áp được bật sang nút dừng bên trái Thực hiện đo các biến tương tự phép đo  Phép đo 4: Giống phép đo 3, khối ly tâm được gắng vào máy phát Động được nối đến ngõ của bộ khuếch đại đầu B, hoạt động ở góc bốn phần tư Khoảng thời gian của bộ điều khiển ngắtT=2s, thực hiện đo các biến tương tự phép đo Hình 1.3 Tốc độ và dòng điện theo điện áp phần ứng Giáo trình thực hành truyền động điện Điện áp phần ứng UA [V] Tốc độ n [1/s] Khoa điện Dòng cua động IA [mA] Ngẫu lục M [mNm] 0.25 25 0.022 0.5 0.5 20 0.029 560 30 0.414 Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện 880 48 0.474 2360 60 0.88 3500 96 1.776 Bảng 1.1: Các thông số tĩnh của động chạy không tải Điện áp phần ứng UA [V] Tốc độ n [1/s] Dòng cua động IA [mA] Ngẫu lục M [mNm] 0.25 0.25 0.02 0.5 0.4 0.024 0.6 0.4 0.024 1.5 0.8 0.808 3.4 1.4 1.726 4.4 1.8 1.96 Bảng 1.2: Các thông số tĩnh của động chạy mang tải L1  Kết quả của loạt thí nghiệm 1: Các thông số của hệ thống điều chỉnh tốc độ  Đánh giá:  Câu hỏi 1: tốc độ của động phụ thuộc vào điện áp của phần ứng thế nào? Nêu lý do? Động bắt đầu quay ở điện áp phần ứng khoảng 1V Tốc độ sẽ quay theo điện áp tuyến tính Do đó, tốc độ bị khóa vào điện áp phần ứng  Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện  Câu hỏi 2: nhận xét giá trị dòng điện của động IA UA thay đổi từ → 1V, Tại giá trị của dòng điện ở lại tương đối cao và lại giảm động quay ? Đối với động không tải: điện áp tăng thì dòng tăng, nhiên điện áp bằng thì dòng điện giảm Đối với động có tải: điện áp tăng thì dòng tăng Vì khởi động động cần dòng mở máy nên dòng điện sẽ giảm động quay  Kết quả của loạt thí nghiệm 2: Các thông số động lực của hệ thống điều khiển tốc độ  Phép đo : Vận hành ở góc ¼ Đợng chạy khơng tải Hình 1.4 Điện áp chỉnh UA:2V/div Giáo trình thực hành truyền động điện Điện áp chính UTG:2V/div Thời gian: 0.25s/div Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 4.4 Dòng động IA: 0,2A/div Thời gian: 0,25s/div  Phép đo 2: Quá trình hoạt động có điều khiển Điều khiển bằng bộ điều khiển Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 4.5 Tớc đợ n: 1000min-1/div Điện áp đặt Uw: 2V/div Thời gian: 0,25s/div Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 4.6 Điện áp phần ứng UA: 5V/div Dòng động IA: 0,5V/div Thời gian: 0,25s/div Hoạt động với điều khiển PI Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 4.7 Tốc độ n: 1000min-1/div Điện áp đặt Uw: 2V/div Thời gian: 0,25s/div Hoạt động với bộ điều khiển PID Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Hình 4.8 Tốc độ n: 1000min-1/div Điện áp đặt Uw: 2V/div Thời gian: 0,25s/div  Lưu ý biểu đồ dao động: Cả điện áp được trình bày một cách có chú ý với cùng chung đường zero Điều này có ý nghĩa rằng: Điểm đặt bằng giá trị thực  Đánh giá  Câu hỏi 5: Có sự khác biệt gì ở điện áp phần ứng hoạt động không có điều khiển và có điều khiển lúc động hoạt động? Điều này làm ảnh hưởng tới thời gian khởi động của động thế nào? Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Trong hoạt động không điều khiển, điện áp phần ứng tương ứng với điện áp cài đặt Độ lớn của điện áp này xác định giá trị cuối cùng của tốc độ mà động chạy với thời gian liên tục Trong hoạt động có điều khiển, động có điện áp đầy đủ sau bật và sự khác biệt điều khiển tại thời điểm này vẫn tương ứng với điện áp đặt vào và được truyền cho động khuếch đại bởi KP Điều này không ảnh hưởng đến hằng số thời gian của động nó không hướng tới một tốc độ cao lúc đầu sự quá tải Do đó, tốc độ đạt đến giá trị cuối cùng được xác định bởi điểm đặt nhanh  Câu hỏi 6: Mô tả kết quả hoạt động của bộ điều khiển hệ thống có điều khiển (lưu ý rằng các kết quả có thể không giống lắm, phụ thuộc vào dung sai của các thành phần) Bộ điều khiển P làm cho tốc độ chạy nhanh đến tốc độ cuối cùng được mô tả ở Tuy nhiên, độ lệch kiểm soát còn lại được tạo với giá trị được chọn cho KP Một phần I bổ sung sẽ loại bỏ sự sai lệch này Phần D cũng phần lớn loại bỏ sự chênh lệch này  Câu 7: Thí nghiệm với khối tải ly tâm và bộ điều khiển PI (không có thành phần D) và cố gắng loại bỏ dung sai số động biên điều khiển Giải thích các mối liên hệ (lưu ý rằng các kết quả có thể không giống lắm, phụ thuộc vào dung sai của các thành phần) Lúc đầu, khối tải ly tâm có ảnh hưởng giảm chấn động; vượt ngưỡng lớn nhiều nếu không có khối tải ly tâm Nếu vượt qua được, cho thấy mạch điều khiển hoạt động với khuếch đại quá cao, giảm KP hoặc tăng TI nên mang lại một số cải tiến Thử nghiệm một phần khẳng định điều này Nếu KP được giảm nhẹ (khoảng hoặc 3), sẽ giảm xuống Sự gia tăng TI không có tác động khá rõ ràng vậy KP = và TI = 0.07 s là một sự kết hợp tốt cho phản ứng tạm thời của tốc độ đến giá trị cuối cùng Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT  Giới thiệu Ơ các bài đo sau, nhóm máy phát động hoạt động MF, điện áp U G phải được giữ không đổi độc lập với tải Loạt bài đo khảo sát trạng thái tĩnh của máy phát và nội trở của nó Loạt bài đo giải quyết trạng thái động bằng bộ điều khiển P và PI  Các phận thiết bị phụ - Một bảng điện động - Một bảng điện PID - Một máy hiện sóng kênh chuẩn - bộ tạo dao động - đồng hồ vạn Điểm đặt cầu phân áp phải được nối với +10V để đo được trạng thái tĩnh ở loạt bài đo Trong trường hợp này MF được nối trực tiếp qua tiếp điểm chuyển mạch Để khảo sát trạng thái động ở loạt bài đo 2, điểm đặt cầu phân áp cũng được nối +10V bây giờ relay được nối với đầu điều khiển và đóng mở tải L1 vào MF theo chu kỳ bằng giá trị trung bình của NOC  Chú ý: điện trở để đo dòng điện không lắp vào mạch động lắp vào mạch máy phát, vậy dòng tải có thể được đo tại  Điện áp điều khiền thay đởi UG trơn láng đưa vào kênh giá trị có hằng số thời gian 0.05s qua đảo (đảo dấu) với độ khuếch đại  Lưu ý với điều khiển ngắt  Nút RESET phải được giữ chốt lại chân single phải được mở ra!! Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 5.1 Mạch đo lường  Loạt đo 1: Trạng thái tĩnh của hệ thống MF  Phép đo 1: Hoạt động không điều khiển Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Đầu cuối của động lấy điện áp trực tiếp từ điện áp đặt UW theo đường nối B mạch đo Tải nối trực tiếp với máy phát Đặt U W=6V Đo các biến được liệt kê ở bảng 5.1 và điền các giá trị vào bảng  Phép đo 2: Hoạt động có điều khiển Mạch điều khiển hoàn chỉnh được đưa vào bằng cách nối với A, vậy bộ điều khiển P và PI được dùng đến UW đặt ở 6V ( UW=6V) Đặt các giá trị sau cho các bộ điều khiển: - Bộ điều khiển P: KP=5 - Bộ điều khiển I: TI=0.005s Đo lại các biến cần thiết cho bảng 5.1  Loạt đo 2: Trạng thái động của hệ thống máy phát Ơ loạt bài đo này điểm đặt vẫn giữ không đổi Bộ điều khiển ngắt đóng mở tải vào MF theo chu kỳ tuần hoàn qua rờ le bảng mạch PID và đó tạo một biến thay đổi nhiều đoạn có chu kỳ Đặt thời gian cho bộ điều khiển ngắt là T=1s Lấy cùng chung giá trị ở loạt bài đo cho bộ điều khiển ( bộ điều khiển P và PI)  Bài đo số 1: Hoạt động không điều khiển Mạch đo nối theo đường B Đầu cuối của động lấy điện áp trực tiếp từ điện áp đặt với UW= 6V Dùng náy hiện sóng để đo - Điện áp đặt UW - Xung điện áp UQ của bộ điều khiển ngắt - Điện áp MF UG Vẽ các biều đồ dạng song song vào hình 5.2  Bài đo số 2: Hoạt động có điều khiển Hãy lắp mạch đo theo đường nối A để cho hệ thống bây giờ được điều khiển Dùng máy hiện sóng để đo - Chỉ có bộ điều khiển P - Và có bợ điều khiển PI Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Với các biến trên, hãy vẽ các biểu đồ dao động vào hình 5.3 và 5.4 Khảo sát bằng bộ điều khiển P và các giá trị K P khác Quan sát hiệu quả tác động của các giá trị này hoạt động điều khiển  Các kết quả đo được ở loạt đo 1: Trạng thái tĩnh của hệ thống MF Điện áp Tốc độ đặt UW Hoạt động Tải Điện áp MF Dòng UG[V] LG[mA] 8.2 6.5 8.4 6.6 14 0.5 14 8.5 0.5 Không tải Không điều khiển L1 Điều Không tải khiển bằng bộ điều khiển L1 P Điều Không tải khiển bằng bộ điều khiển L1 PI Bảng 5.1 MF Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện  Đánh giá  Câu 1: Sự thay đổi điện áp ∆U thế nào không tải – có tải, và phần trăm điện áp không tải ở chế độ hoạt động? Nội trở Ri của máy phát ở chế độ hoạt động thế nào? Hoàn thành bảng 5.2 MF không điều khiển có MF được điều MF được điều khiển bằng bộ khiển bằng bộ điều khiển P điều khiển PI ∆U[V] 2.7 0.6 ∆U[%] 43.6 12 Ri[Ω] 27  Các kết quả đo được ở loạt đo 2: Trạng thái động của hệ thống MF  Bài đo số 1: Hệ thống không có điều khiển Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Hình 5.2 Điện áp đăt UW: 1V/div Điện áp máy phát UG: 1V/div Xung điện áp UQ: 10V/div Thời gian: 0,1s/div  Bài đo số 2: Hệ thống có điều khiển có điều khiển P Giáo trình thực hành truyền động điện Hình 5.3 Điện áp đăt UW:1V/div Điện áp máy phát UG: 1V/div Xung điện áp UQ: 10V/div Thời gian: 0,1s/div  Với điều khiển PI Khoa điện Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Hình 5.4 Điện áp đăt UW:1V/div Điện áp máy phát UG: 1V/div Xung điện áp UQ: 10V/div Thời gian: 0,1s/div  Lưu ý: Đôi giá trị điện áp được biểu diễn các biều đồ khác Điều này rất hữu ích, các kết quả cho biết rằng bộ điều khiển làm việc thích hợp hay không, giá trị đặt và giá trị thực có bằng không?  Đánh giá  Câu 2: Sụt áp của MF không có điều khiển bằng tải thay đổi đột ngột? Các yếu tố nào gây sự thay đởi điện áp? Giáo trình thực hành truyền động điện Khoa điện Lý do: điện trở nội của máy phát Tốc độ và điện áp giảm tải, phụ thuộc vào sơ đồ mạch tương đương của máy phát điện hoạt động điện kháng tăng lên  Câu 3: Với bộ điều khiển P có giá trị khác sẽ có hiệu quả tác động gì vào điện áp MF tải thay đổi? Sự chênh lệch vẫn rất cao với KP = Nếu KP tăng lên khoảng 100, sự chênh lệch sẽ giảm đáng kể, vượt ngưỡng lớn tại các điểm chuyển mạch; Hệ thống trở nên không ổn định  Câu 4: Bộ điều khiển PI ảnh hưởng đến điện áp MF thế nào? Bộ điều khiển PI mất để điện áp hoàn toàn bằng phẳng tải thay đổi đột ngột? Bộ điều khiển PI đảm bảo biến số được điều khiển phù hợp với giá trị cài đặt độc lập với tải ... của động không tăng nhanh đến mức tốc độ khọng thể theo kịp Lý do: quá dòng xảy trường hợp thay đổi nhanh điện áp động chỉ vì tốc độ không tăng đủ nhanh  Câu 2: Bộ tích... xuống mức Bộ tích phân đặt có nhiệm vụ chuyển đổi sự thay đổi điện áp ngõ vào nhanh thành tín hiệu xung lên hay xuống chậm  Cần ý đến điều khiển ngắt:  Các chân Reset... Trong hoạt động của một tải làm giảm tốc độ của động cơ, nghĩa là tải có hiệu ứng phanh  Câu hỏi 7: khối tải ly tâm ảnh hưởng đến đáp ứng của động thế nào? Nêu lý do?