BÀI GIẢNG TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 1 CHƯƠNG 1

Bài giảng môn học Tổng hợp hệ điện Khoa Điện - Bộ môn TĐH Trờng Đại học KTCN Thái Nguyên Giới thiệu môn học Chng I: Những khái niệm tiêu hệ điện Chng II: Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động điều khiển tốc độ động chiều Chng III: Hệ ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu sư dụng nhiều mạch vòng Chng IV: Hệ Chng V: thống truyền động đảo chiều Hệ thống truyền động động mét chiỊu sư dơng BB§ mét chiỊu - mét chiỊu (Xung điện áp) Chng VI: Hệ thống tùy động Giới thiệu môn học Chng VII: Các loại hình hệ điều tốc động không đồng hệ thống điều tốc điều chỉnh điện áp Chng VIII: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng phơng pháp thay đổi tần số Chng IX: Hệ thống điều tốc nối cấp động không đồng rotor dây quấn Chng X: Hệ thống điều tốc biến tần động đồng - Sách, giáo trình : Giáo trình Tổng hợp hệ điện môn Tự động hoá - Khoa Điện 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] Bïi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi; Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [3] Bùi 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 Шинянский; Chơng 1: Những khái niệm tiêu hệ điện 1.1 Khái niệm chung hệ điện 1.1.1 Khái niệm chung Hệ điện hệ thống dùng để biến đổi điện thành khống chế tự động Phần hệ điện hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện (ĐCTĐTĐĐ) Mục tiêu hệ ĐCTĐTĐĐ phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc tác động đại lợng Chơng 1: Hệ thống ĐCTĐTĐĐ có cấu trúc chung đợc trình bày hình 1.1 NL (Nhiễu loạn) THĐ R BĐ M - ĐL Hình 1.1: Cấu trúc chung hệ ĐCTĐTĐĐ MX Chơng 1: 1.1.2 Phân loại hệ điện Việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện thờng có nhiều cách, tuỳ vào mục đích Phân loại theo động truyền động: - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động chiều - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động xoay chiều không đồng - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động xoay chiều đồng - Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động bớc Chơng 1: 1.1.2 Phân loại hệ điện Phân loại theo điều chỉnh tín hiệu vào điều chỉnh: - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh tơng tự (analog) - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh số (digital) - Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều chỉnh lai tơng tựsố (analog- digital) Phân loại theo cấu trúc thuật toán điều khiển: - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển thích nghi Chơng 1: 1.1.2 Phân loại hệ điện Phân loại theo nhiệm vụ chung: - Hệ ĐCTĐTĐĐ trì đại lợng điều chỉnh (đại lợng ra) theo lợng đặt trớc không đổi Ví dụ: Hệ trì tốc độ, - Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động (hệ bám), hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều khiển tự động lợng theo lợng đặt biến thiên tùy ý Các hệ thờng gặp các hệ truyền động quay anten, đa, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, Chơng 1: 1.1.2 Phân loại hệ điện Phân loại theo nhiệm vụ chung: - Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chơng trình, thực chất hệ điều khiển vị trí nhng đại lợng điều chỉnh đợc điều khiển tự động tuân theo l ợng đặt biến thiên theo chơng trình định trớc Đại lợng điều chỉnh hệ thống th ờng quỹ đạo chuyển động phức tạp không gian, cho nªn cÊu tróc cđa nã thêng nhiỊu trơc Chơng trình điều khiển đợc mà hóa ghi vào bìa, băng từ, đĩa từ, Chơng 1: 1.1.2 Phân loại hệ điện Phân loại theo nhiệm vụ chung: Chúng ta thờng gặp hệ điều khiển chơng trình trung tâm gia công cắt gọt kim loại, dây chuyền sản xuất có robot Hệ điều khiển chơng trình có cấu trúc phức tạp thờng đợc thiết kế dạng điều khiển số (NC) điều khiển số có sử dụng máy tính (CNC Computer Numeric Control) Chơng 1: 1.2 Các toán tổng hợp hệ thống 1/ Bài toán tổng hợp chức năng: thực trờng hợp đà biết cấu trúc tham số mạch điều khiển, ta cần phải xác định luật điều khiển đầu vào để hệ đảm bảo chất lợng 2/ Bài toán tổng hợp tham số: thực đà biết cấu trúc lợng tác động đầu vào hệ, ta cần xác định tham số điều khiển 3/ Bài toán tổng hợp cấu trúc - tham số: thực đà biết qui luật biến thiên lợng đầu vào hệ, ta cần xác định cấu trúc Chơng 1: 1.3 Các tiêu 1.3.1 Các tiêu chung Để đánh giá hệ điều chỉnh tự ®éng trun ®éng ®iƯn ngêi ta thêng dùa vµo mét số tiêu chung nh sau: Đặc tính phụ tải n max Phạm vi điều chỉnh tốc độ D  n n i 1  §é trơn (độ phẳng) điều chỉnh ni n 0i n i Sai lÖch tÜnhs t  n oi  n i st %  100% n oi n 0i Chơng 1: 1.3 Các tiêu 1.3.2 Độ xác hệ thống ĐCTĐTĐĐ chế độ xác lập tựa xác lập 1.3.2.1 Các hệ số sai lÖch N1 N2 Nn R(t), e(t), C(t) … R(s) E(s) F0(s) C(s) C(t ) R(t) TM (-) t a e(t ) b Hình 1.2: Sơ đồ khối (a) đặc tính độ (b) Chơng 1: 1.3.2.1 Các hệ sè sai lÖch C  s   F  s  R  s   �Fi  s  N i  s  - F(s) lµ hµm truyền kín hệ theo THĐ đợc xác định theo biÓu thøc sau: F0  s  F s   F0  s  e  t   R  t   C  t   C0 R  t   C1 dR  t  dt +C N1 N1  t   C1 N1   Ci dN1  t  dt di R  t  dt   Ci N1  d i N1  t  dt  + +C Nn N n  t   C1 Nn +  t  dN n  t  dt   Ci N n di N n  t  dt Chơng 1: 1.3.2.1 Các hệ số sai lệch Ci, CiNj víi i =1  , j = n số, (t) thặng d Khi giả thiết bỏ qua tác động tín hiệu nhiễu thặng d , sai lệch ®ỵc biĨu dR  thƯ d i R  t  diÔn gän  e  t   R  t   C  t   C R  t   C1   C i dt dt lại: Các số C0, C1, , Ci, đợc gọi hệ sè sai lƯch C0: HƯ sè sai lƯch vÞ trÝ C1: HƯ sè sai lƯch tèc ®é C2: HƯ sè sai lệch gia tốc Một hệ có tất hệ số sai lệch Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định hệ số sai lệch a/ Xác định hệ số Ci theo hàm truyền sai lƯch: R(s) E(s) C(s) F0(s) (-) H×nh 1.3 E  s Hµm trun sai lƯch theo tÝn hiƯu vµo: Fe  s   E  s  R  s  C  s  R  s  R  s   Fe  s    F0  s   F0  s   F0  s   F0  s  1  F0  s  Fe  s   C0  C1s  C 2s   Ci s i  R s Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định hệ số sai lệch a/ Xác định hệ số Ci theo hàm truyền sai lệch: Kt hợp (1.5) với (1.8), rút ra: C0  lim Fe  s  � s �0 � � � � C1  lim � � Fe  s   C0 � � � � � s �0 s � � � � �1 � C2  lim �2 � Fe  s    C0  C1s  � � � � s �0 s � � � � � i  � � � � �1 � j � Ci  lim �i � Fe  s   �C js � � � s �0 s j � � � � � (1.9) Chơng 1: 1.3.2.2 Các biểu thức xác định hệ số sai lệch b/ Xác định hệ số Ci theo hµm trun hƯ thèng kÝn Ta cã thĨ xác định hàm truyền sai lệc hệ R s  C  s theo hµm trunFhƯ kÝn:  1 F  s e  s  R  s (1.10) b0 vµ b1.s(1.10)  b 2s nÕu b mF(s) s Dựa vào (1.9) có dạng: F  s   a1.s  a 2s   a n s m n m n (1.11) Kết hợp biểu thøc (1.9), (1.10) víi (1.11) ta rót Ch¬ng 1: KÕt hợp biểu thức (1.9), (1.10) với (1.11) ta rút ra: C0   b (1.12) � � C1  a1  C0 a1  b1 � � C  a   C0 a  C1a1   b � � C3  a   C0 a  C1a  C 2a1   b � � � � �i 1 � Ci  a i  � C z a i  z �  bi � � �z 0 � � Chó ý: =  i > n, cßn bi =  i > m Khi mét hƯ cã víi hµm trun kín dạng (1.11) có m = n b0 = 1, b1 = a1, b2 = a2, … vµ bm = am hệ Chơng 1: 1.3.3 Các tiêu chuẩn sai lệch Tiêu chuẩn tích phân bình phơng sai lệch (ISE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng hệ đợc đánh giá tích phân sau: (1.14) T 0 I� e  t  dt �� e  t  dt  Tiªu chuẩn tích phân tích thời gian với giá trị tuyệt đối sai lệch (ITAE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng hệ đợc đánh giá tích phân sau:phân sau: � T I� t e  t  dt  � t e  t  dt  (1.16) Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với bình phơng sai lệch (ITSE) Theo tiêu chuẩn này, chất lợng hệ đợc đánh giá tích ph©n sau: � T I� te  t  dt �� te  t  dt 0  (1.18) ... s (1. 10) b0 vµ b1.s (1. 10)  b 2s nÕu  b mF(s) s Dựa vào (1. 9) có dạng: F s   a1.s  a 2s   a n s m n  m n (1. 11) Kết hợp biểu thức (1. 9), (1. 10) với (1. 11) ta rút Chơng 1: Kết hợp. .. hợp biĨu thøc (1. 9), (1. 10) víi (1. 11) ta rót ra: C0   b (1. 12) � � C1  a1  C0 a1  b1 � � C  a   C0 a  C1a1   b � � C3  a   C0 a  C1a  C 2a1   b � � � � �i ? ?1 � Ci  a i ... niệm chung hệ điện 1. 1 .1 Khái niệm chung Hệ điện hệ thống dùng để biến đổi điện thành khống chế tự động Phần hệ điện hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện (ĐCTĐTĐĐ) Mục tiêu hệ ĐCTĐTĐĐ