Giáo trình thiết kế thiết bị điều khiển

Giáo trình thiết kế thiết bị điều khiển

Giới Thiệu Chung -TB điều khiển là hệ tự động cục bộ VD : - Máy phát : Thông số cần điều khiển U,f a) - ổn áp : U - Động cơ : I,M,W Suy ra nội dung : -Thiết lập sơ đồ nguyên lí thiết bị -Tính chọn phần tử trong hệ -Tính toán hệ thống Bài 1 Các loại thiết bị điều khiển ( TBTĐ ) Phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau VD : - Hệ duy trì x đặt = const - Hệ tuỳ động x đặt bất kì,ngẫu nhiên - Hệ phơng trình x đặt hàm cho trớc Suy ra chỉ học về các hệ điều khiển Đ ( hệ duy trì ).Từ đây suy ra các hệ khác. BàI 2 Các bớc tính toán thiết kế 1 thiết bị điều khiển Yêu cầu thiết kế - Đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ cho trớc. + Xuất phát từ địa chỉ sử dụng Đ ( dùng để làm gì ) + Chỉ tiêu, số liệu công nghệ : VD : P, w, D, I kđ , dw/dt. Sản phẩm Phần tử điều khiển Bộ biến đổi Phần tử CH Phản hồi 1 - Sơ đồ của thiết bị ( hệ thống ). - Chọn đợc, chế đợc các phần tử trong hệ - Thông số và đặc tính làm việc của hệ. VD : x đmax , x đmin ,x đặt dm ,x ramax ,x đm . Đặc tính cơ, đặc tính quá độ hệ thống điện. Các bớc tính toán : 1. Lấy số liệu : tìm hiểu yêu cầu tổng thế. - Số liệu máy sản xuất (M c (F c ), V máy ) suy ra I, W đc , P đc - Yêu cầu công nghệ. - Số liệu nguồn điện. - Những yêu cầu khác ( kinh tế, năng lực vốn, môI trờng ) 2. Tính chon Đ - Tính chọn P đ , W Đ đm , loại Đ, cấp điện áp,chế độ phụ tải 3. Dự kiến ( thiết kế sơ bộ ) sơ đồ nguyên lí chung của hệ thống (hở, không tự động ) VD: động cơ một chiều ,chọn hệ CL_Đ - công suất 100kW suy ra CL 3fa cầu_Đ - công suất 1kW suy ra CL 1fa cầu_Đ. Đa ra một sơ đồ suy ra so sánh suy ra chọn. (kế thừa: dựa vào những hệ đã có, lấy tơng tự ). 4. Tính chọn các phần tử trong sơ đồ ( chủ yếu Đ đã chọn trớc (bớc 2 ) suy ra ta chọn biến đổi phần tử điều khiển),có thể 2 phần này là một. 5. tính toán các thông số và đặc tính tĩnh của hệ tự động ( tính toán tĩnh ). a ,lập sơ đồ tự động ( có khâu đặt tín hiệu phản hồi các tín hiệu đầu ra và các tín hiệu trung gian).dự kiến loại hệ rự động. - Hệ duy trì có sai số tĩnh (hệ tĩnh ). - Hệ phi tuyến. b ,Tính toán hệ số phản hồi và chọn các phần tử trong mạch phản hồi. c ,Dựng đợc các đặc tính vào ra của phần tử điều khiển hoặc của bộ biến đổi. d ,Dựng đặc tính tĩnh của hệ tự động. e ,Đánh giá chất lợng tĩnh của hệ. - Các thông số biên của hệ. - Độ chính xác duy trì đại lợng đợc điều khiển. - Đ. Thông số biên: x đặt đm (U đặt ) suy ra W đm , I đm U đm. ,U phi (đm) . - x đặt max <=> x max . - x đặt min <=> x min . Độ chính xác quan tâm nhất là ss tốc độ w% = w o .u đm .100% /w 2 là cho trớc từ yêu cầu công nghệ. f ,kiểm nghiệm các số liệu đã tính ở trên. Nếu chất lợng khồng đạt yêu cầu thì phảI chọn lại hoặc tính lại các thông số trên. + X ph , k ph . + Hệ số khuếch đại của hệ thống. k = k bd .k đ .b ptđk (thờng để phát triển chất lợng thì b tăng ) VD :khi chất lợng (tĩnh) thấp thì phảI tăng b ph 6. Tính toán động lực hệ tự động a, Thiết lập sơ đồ chức năng hệ tự động b, Viết hàm truyền của các phần tử và tìm hàm truyền của hệ tự động. c, Khảo sát độ ổn định tĩnh của hệ tự động (dựa vào các tiêu chuẩn xét ổn định). d, Đối với trờng hợp không ổn định tính toán chọn khâu hiệu chỉnh ( có thể dùng các phơng pháp gián tiếp). e, Dựng đặc tính quá độ x = f(t) /x dat =const,đánh giá các chỉ tiêu chất lợng động. - Số lần dao động. - x max . - x max % = x max .100%/x 60%. x max 3 BàI 2 Tính toán công suất Đ điều chỉnh - Gồn hai loại Đ : + Loại Đ không điều chỉnh :chỉ làm việc ở một cấp độ. + Loại có điều chỉnh :làm việc ở nhiều cấp khác nhau, tốc độ đợc điều chỉnh bằng điện. *, Trớc hết tính toán công suất yêu cầu để chọn Đ ( thông thờng ) loại không điều chỉnh cho kết quả các thông số định mức của Đ. *, Kiểm nghiệm theo điều kiện điều chỉnh. => Chọn sơ bộ Đ kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, quá tảI, khởi độngkiểm nghiệm theo điều kiện điều chỉnh. 1. Lý thuyết phát nóng và làm nguội của Đ. - Tính toán nhiệt độ Đ khi làm việc, nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện trong Đ. - Đóng điện với công suất cơ P c Trong động cơ tổn thất p. p = P c . 1 Gây ra nhiệt độ theo hàm mũ ( thay nhiệt độ bằng ( t) hay nhiệt sai ) = ođ -( bđ - ođ )e -t/Tn Tn :hệ số thời gian nhiệt. ođ = A :hệ số tản nhiệt của D Tn = C A C :nhiệt dung riêng của D P c nn 4 P c Chia ra c¸c kho¶ng thêi gian t 1 , t 2 , t 3 - Trong t 1 ; τ o® = 1P∆ Α τ b®1 =0 τ (t) t¨ng t §ãng Ng¾t t 1 t 2 P c1 P c t p p 1 T 1 T 2 T 3 5 - Trong t 2 : ođ2 = 2P bđ2 = c1 , 2 (t) tăng - Trong t 3 : ođ3 = 3P bđ2 = c2 , 3 (t) giảm Khi P c (t) là đờng nhiều bậc (t) là một đờng răng ca. ở đó xuất hiện max cp với cp là nhiệt sai cho phép của Đ, đợc quyết định bởi vật liệu cách điện. - Nừu P c (t) với t đủ dàI max ; tb chọn công suất Đ có thể theo 1 trong 2 thông số này (t) P c (t) 2, Phân loại đồ thị phụ tảI : 3loại - DàI hạn - Ngắn hạn - Ngắn hạn lặp lại Tơng ứng 3 chế độ làm việc của Đ Để chọn công suất Đ căn cứ vào chế độ làm việc, loại phụ tải 3, VD : Tính chọn công suất Đ cho tait dàI hạn ( dùng Đ cho chế độ làm việc dàI hạn ). Giả thiết có một phụ tảI dàI hạn biến đổi P c (t) t ođ3 =p 3 t ođ2 =p 2 t ođ1 =p 1 p 6 *, Bớc 1: Chọn sơ bộ Đ ( nguồn điện cấp điện áp, yêu cầu để dự kiến đ ) - Tính toán công suất trung bình P ctb = Pci.ti ti Chọn P đm = 1,1 ữ 1,3 P ctb Tra ra P - Có trờng hợp đồ thị phụ tảI cho theo mô men M c = f(t) M ctb = Mci.ti ti Chọn M đm 1,1 ữ 1,3 M ctb Có Đ cùng các số liệu cần thiết đồ thị phụ tảI tĩnh Thông số P đm , M đm , I đm , M max , J *, Bớc 2: Kiểm nghiệm Đ theo điều kiện phát nóng - Xây dựng đồ thị phụ tảI toàn phần ( đồ thị phụ tảI chính xác ) gồm phụ tảI tĩnh( P c , M c )các phụ tảI xuất hiện trong quá trình quá độ (M kđ ,M hãm ) Tơng ứng với loại công suất đóng. Hoặc phảI hiệu chỉnh các khoảng thời gian do ảnh hởng của các thời gian quá trình quá độ . M động - J dw dt ( qua hệ M-M c = dw dt M= dw dt +M c ) Không hoặc khác xa đồ thị M c =f(t) P c =f(t) xác định lại công suất hoặc mômen Đ kiểm nghiệm lại công suất Đ. t t 1 t 2 P c1 P c (t) t 3 P c2 P c3 7 *, Kiểm nghiệm lại công suất Đ theo các phơng pháp sau : a, phơng pháp tính tổn thất ttrung bình, từ đồ thị phụ tảI toàn phần và quan hệ = f(p) vẽ quan hệ p=f(t) P tb = Pci. ti ti so sánh P đm của Đ P tb P đm tb cp phơng pháp này tơng đối chính xác vấn đề là phảI biết =f(t) b, Phơng pháp dùng đại lợng đẳng trị vì P i , P tb , P đm phụ thuộc vào I 2 M 2 P 2 P i I 2 , P đm I 2 đm M đẳng trị = Mi.Mi.ti ti M đt M đm P đẳngtrị = Pi.Pi.ti ti P đt P đm Chú ý: Trong một số trờng hợp khi có đủ số liệu hoặc do yêu cầu tính toán có độ chính xác cao nguời ta có thể suy từ đồ thị phụ tảI tính tĩnh ( P c , M c )và phụ tảI động Đ để lập nên đồ thị phụ tảI toàn phần theo dòng điện I=f(t). I đt = Ii.Ii.ti ti I đt I đm *, Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tảI và khởi động M maxD M cmax trong đó động cơ 1 chiều : M maxD = (2 ữ 2,5)M đm t t 1 t 2 J P c (M) t 3 P c2 P c3 J 8 ĐCKĐB có: M maxD ; M th =x.M đm 0,81M th nếu xét đến khả năng quá tảI 10% ĐCĐB coc : M max ; (2 ữ 2,5)M đm M cmax trong các máy cơ khí = 2 M đm M kđ M co với M co mômen cản lúc máy không quay. - Đa số máy cơ khí M co M đm - TảI nặng nh máy vận chuyển, máy ma sát nhớt M co M đm Động cơ 1 chiều : M kđ ; (2 ữ 2,5)M đm ĐCKĐB : M kđ =M nm =b M .M kđ *, Bớc 3: Kiểm nghiệm Đ đã chọn theo điều kiện điều chỉnh nhiệt độ - Tiêu chuẩn kiểm nghiệm : Đối với Đ đã chọn ở trên điều kiện thoả mãn yêu cầu nhiệt độ là : đặc tính momen tảI cho phép Đ phảI phù hợp với đặc tính máy sản xuất M ccp (w) ; M c (w) a, M c (w) là đặc tính cơ của máy sản xuất - Có 4 dạng M c = w q - q 0 =0 đặc tính cần trục - q=1 đặc tính ma sát nhớt - q=-1 đặc tính máy tiện - q=2 đặc tính quạt gió. b, Đặc tính mômen tảI cho phép của Đ, M ccp = f(w).M ccp :mômen tảI cho phép của Đ. - Định nghĩa : mômen tảI cho phép là mômen sinh ra khi dòng điện trong mạch bằng dòng điện định mức. Nếu đặt trên trục Đ mômen cản M c =M ccp dòng điện I đ =I đm . Nếu điều chỉnh tốc độ làm việc của Đ w lv =w đm M ccp =M đm q=0 q=1 q=-1 q=2 9 Nếu w lv w đm và I=I đm thì M ccp phơng pháp điều chỉnh. - Nói chung mỗi loại Đ và mỗi phơng pháp điều chỉnh cho ta 1 quan hệ M ccp = f(w). *, Đối với ĐC1C: M= k.I. M ccp =k. .I đm Điều chỉnh bằng điện trở phụ mạch phần ứng u=u đm =const R t =R+R f =var = đm = const M ccp = b. .I đm = M kđ = const không phụ thuộc vào w. Phù hợp với tảI cần trục Phơng pháp điều khiển điện áp phần ứng với : u=var; R t =const; = đm = const. M ccp =k.I đm . đm = M đm =const. Phơng pháp điều chỉnh từ thông với: u=u đm =const ; R t =R = const ; = var. M= k. I đm . biến thiên. Xem k. phụ thuộc vào w từ phơng trình cân bằng điện áp mạch phần ứng ta có: M ccp M dm w M 10 [...]... Của bản thiết kế bộ BĐ_Đ - Tính kb yêu cầu về KĐ hay không , có đảm bảo scp - Kpw có đảm bảo scp không - Kpi đảm bảo Icp - Chọn Ing :Xác định vùng cần hạn chế dòng và dựng ĐTC của hệ 26 Bài 5 : Tính toán và lựa chọn các phần tử chủ yếu trong hệ điều khiển Đ ( là bớc 3 trong bàI toán thiết kế điều khiển ) Để tính toán cần có sơ đồ tại thể VD hệ CL_Đ Ul=U1 BA U2 D KA KC 1, Bộ chỉnh lu điều khiển -... phơng pháp thay đổi: f, u(stato), Rf 11 2 M= 3 I 2 R 2 t Mccp= 3I22đm.R2t/ w0.s w0 s Phơng pháp điều khiển: R2t R2t=const ; s =const = 2 Mccp = 3I 2 dm R2 t w0 s = R2t S dm R2t= Rf + R2 A s w S=0 Mccp S=1 Phù hợp với tảI quạt gió *, Phơng pháp điều chỉnh f: Lúc thay đổi f để điều chỉnh w thì đều kết hợp với điều chỉnh điện áp = M th = const ( Mc= Mđm ) Mc u1 biến thiên theo 2 dấu hiệu : tần số và mômen... xoay chiều ( bộ điều chỉnh fa T ) 3 fa đối xứng và không đối xứng +, Loại 3fa đối xứng có thể dùng: - có dây trung tính - không có dây trung tính +, Loại 3fa không đối xứng có thể dùng : - 2fa có T song song ngợc, - 3fa mỗi pha dùng D-T ngợc A B C Udk A(b) Điều khiển tốc độ dảI điều chỉnh rộng hơn, đặc tính tốt hơn 33 A A C B C (d) (c) Dạng đặc tính không đối xứng nên không dùng để điều khiển tốc độ mà... sinh,động năng, quá trình quá độ, non tảI, ngắn mạch ) - Gía trị cần hạn chế Icp =( 2 ữ 2,5 )Iđm do điều kiện phát nóng Đ, điều kiện chuyển mạch ( bảo vệ cổ góp ) - Nếu quá tảI lâu dàI xét điều kiện phát nóng - Nếu quá dòng lớn xét điều kiện chuyển mạch VD: dòng khởi động, đảo chiều,ngắn mạch - Nếu Đ có điều chỉnh từ thông ( tức có nlv>nđm ) thì giảm Icp ( tuỳ loại Đ ) 2, Những dạng sơ đồ hạn chế dòng... sth M Mnmth Mnm Mth Nếu yêu cầu hạn chế Mkđ thì phảI cho trớc Mnm nhân tạo Mnmnt=Mnmtn( U1/U1đm)2 U1 cần thiết Nếu yêu cầu điều chỉnh tốc độ thì phảI cho toạ độ điểm công tác thì dựng đờng đặc tính công tác cơ có: Sth =sthtựnhiên Mth tìm ra từ phơng trình đặc tính cơ U1 cần thiết *, Phơng pháp điều chỉnh U1 thử tách ra 1 pha trong sơ đồ đối xứng và có dây trung tính Các pha làm việc độc lập với nhau... A,C điện áp giống ( a,b ) pha B giống điện áp lới (d) không đối xứng trong mỗi pha 34 2, Nguyên lí điều chỉnh điện áp trong hệ Ul =const DC_U Udk U1=var R2f co dinh - Xem dạng ĐTC nhân tạo khi biến thiên u1 : Mth ; U21 ; sth=const= sth tựnhiên ; Mmm ; U12 Xác định giá trị U1 cần thiết theo yêu cầu điều khiển Đ đã cho Pđm ; wđm ; Uđm ; nđm ;cos dm ; cos 0 ; cos kd =Mth/Mđm ; kM=Mnm/Mđm ; ki =Inm/Iđm... điều chỉnh tốc độ xác định kpw gần đúng nhanh wc wc Mdm 2, Sơ đồ thực tế - Với các hệ điều khiển Đ theo BĐ_Đ, bao giờ cũng xó mặt cả 2 khâu phản hồi theo II2( ngắt), theo w ( liên tục) R0 Udk Upw=Upww Cho trớc số liệu Đ, bộ biến đổi , Udkmax, kb , số liệu của quá trình công nghệ sản xuất máy,scp Mmax , Icp , Ing - Kết quả: Đặc tính tĩnh - 23 wc wdm wmin M(I) Idm Ing Vung 1 Idg Vung 2 Trớc hết tính... lúc bắn tự động hoặc hệ điều khiển rơle dùng điện trở phụ trong mạch phần ứng (3 ữ 5) cấp 1G 2G u RDC k kt Dùng công tắc tơ 1G và 2G và bộ rơle thời gian kèm theo Khi hoạt động k đóng (E) với toàn bộ Rf Uu Ikđ=Ikđmax= R + Ruf 2 ữ 2,5 Iđm u Rth kđ tính trễ ( đm ( trờng hợp Đ có điều chỉnh , lúc làm... khuếch đại thời gian Vùng 2: Tính toán khâu phản hôì dòng a, Viết phơng trình đặc tính vùng 2 với 2 khâu phản hồi Uđk =Uđăt kpw w kpi I + kpiIng Uđk =( Uđăt + kpiIng ) Kpw w kpiI Xác định kpi để cho Idg = Inm < Icp ( đã có k , kb , kpw ) - Viết phơng trình ĐTC khi có cả 2 khâu phản hồi Uđk = vào Ub=kbUđk thay Ub vào phơng trình tốc độ: w= bbbpi + Rut bb Uđăt + Ing I k b k b Rut bb k pi + bbb pi... + b pw ữ k k - Viết phơng trình ĐTC thấp nhất tính đợc s% max Uđăt min w= - Nếu tạo ra s% max < scp thì hệ sẽ đạt yêu cầu công nghệ cho trớc Thay vào w phng trình Uđăt= Uđmin , I=Iđm s% max= w . -Thiết lập sơ đồ nguyên lí thiết bị -Tính chọn phần tử trong hệ -Tính toán hệ thống Bài 1 Các loại thiết bị điều khiển. các hệ khác. BàI 2 Các bớc tính toán thiết kế 1 thiết bị điều khiển Yêu cầu thiết kế - Đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ cho trớc. + Xuất phát