Xõy dựng đặc tớnh thấp nhất

PHẦN 4 : KHẢO SÁT CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG

4.3. Xõy dựng đặc tớnh thấp nhất

4.3.1. Tớnh điện ỏp chủ đạo nhỏ nhất (ucđmin)

nmin = nđm/D= 1500/30 = 50 (v/ph)  min cdmin u d é n (1 .K) I .R .K u K     =

4.3.2. Xõy dựng đoạn đặc tớnh thứ nhất (từ Id=0 đến Id=Ing)

 Đoạn đặc tớnh sẽ đi qua 3 điểm: A2(0, n0min); B2(Iđm, nmin) và C2(Ing, nng2). Vậy ta chỉ cần tớnh hai tham số là n0min và nng2:

n0min = nng2 = - -

113

Vậy đoạn đặc tớnh thứ nhất đi qua 3 điểm cú tọa độ là: A2 (0 ; 52,49)

B2 (287 ; 50)

C2 (344,4 ; 48,53)

4.3.3. Xõy dựng đoạn đặc tớnh thứ 2 (từ n = nng2 đến n = nbh2).

 Đoạn đặc tớnh sẽ đi qua 2 điểm: C2(Ing, nng2) và D2(Ibh2, nbh2). Vậy ta chỉ cần tớnh hai tham số là nbh2 và Ibh2:

nbh2 là tốc độ mà khõu khuếch thứ nhất bắt đầu bóo hũa, khi đú: Kn(ucđmin – nbh2) = Ubh → ( - ) - Thay giỏ trị của nbh2 vào biểu thức 2.23 ta cú :

bh 2 bh ng I D b bh 2 d I b D (U .I ).K .K .K n I (R K .K . )K      = - Vậy đoạn đặc tớnh thứ 2 đi qua 2 điểm cú tọa độ là :

C2 (344,4 49,53)

D2 ( ; 28,5)

4.3.4. Xõy dựng đoạn đặc tớnh thứ 3 (từ n = nbh2 đến điểm dừng)

 Đoạn đặc tớnh sẽ đi qua 2 điểm : D2(Ibh2, nbh2) và E2(Idg, 0) Vậy đoạn đặc tớnh thứ 3 sẽ đi qua 2 điểm cú tọa độ là:

D2 ( ; 28,5) E2 (631,4 ; 0)

114 Vậy ta cú đặc tớnh tĩnh của hệ thống. 4.4. Kiểm tra chất lƣợng tĩnh. Ta cú : [

115

4.5. Khảo sỏt chất lƣợng động. 4.5.1. Sơ đồ cấu trỳc hệ thống. 4.5.1. Sơ đồ cấu trỳc hệ thống.

Từ sơ đồ nguyờn lý hệ thống ta thành lập được sơ đồ cấu trỳc hệ thống như sau:

Trong đú:

- Ucd là điện ỏp đặt tốc độ.

- Wn là hàm truyền điều chỉnh tốc độ. - WI là hàm truyền điều chỉnh dũng điện. - Wbbđ là hàn truyền bộ biến đổi.

bbd bbd b K W 1 T s   với: d bbd dk U K 89,38 U     b 1 1 1 T 0, 0017(s) 2mf 2.6.50 600     - Td là hằng số điện từ . u BBD u BA CK u sb d d BBD u BA T CK u d L L L L L L L 0, 004 T 0, 055(s) R R R R R R R R 0, 073               - Ke hệ số sức điện động động cơ e d 1 1 K 0,139 K 7, 2    - Km hệ số momen động cơ: Km9,55.Ke9,55.0,14 1,327 - GD2 là Momen vụ năng của động cơ: 2 2

GD 5,9(kg.m ) - Mụ men quỏn tớnh Jt=0.006 kg.m2

116

Vậy momen tớnh toỏn là:

 Mtt GD2 Jt 5,9 0,006 5,906  (kg.m2)

4.5.2. Thiết kế khõu hiệu chỉnh dũng điện.

 Tỏc dụng của bộ điều chỉnh dũng điện:

- Chống nhiễu kịp thời khi khởi động đối với dao động điện ỏp mạng. - Bảo đảm nhận được dũng điện lớn nhất cho phộp khi khởi động.

- Trong quỏ trỡnh điều chỉnh tốc độ quay, làm cho dũng điện bỏm theo sự thay đổi điện ỏp cho trước ucđ.

Lỳc động cơ bị quỏ tải thậm chớ bị kẹt, hạn chế được dũng điện lớn nhất của phần ứng, nhờ đú thực hiện được chức năng bảo vệ an toàn khi khởi động. Nếu sự cố được giải trừ thỡ hệ thống tự động khụi phục sự làm việc bỡnh thường.

Với mạch vũng dũng điện cú thời gian quỏ độ rất ngắn, vỡ vậy khi điều chỉnh dũng điện thỡ EĐK .ne đại lượng này quyết định bởi hằng số thời gian cơ học vỡ vậy trong tớnh toỏn bộ điều chỉnh dũng thỡ ưnờn khụng tham gia vào điều chỉnh Id, vỡ vậy gần đỳng bỏ qua. Khi mạch vũng dũng điện tỏc dụng đồng nghĩa Id Ing.

Sơ đồ cấu trỳc.

117

Tổng hợp bộ hiệu chỉnh theo phương phỏp Modul tối ưu. Theo phương phỏp modul tối ưu ta cú:

I(s) c(s) I I 1 W W 2. s.(1 s)     . Chọn thời gian quỏ độ I: tp=2s => tp tqd

0, 33 6  6  Với Tb 0, 0017 Td 0, 055 tp

6

   

Theo lý thuyết điều khiển tự động ta biết rằng thời gian quỏ độ thực gần đỳng bằng 6 lần I như vậy nếu ta cú I càng nhỏ thời gian quỏ độ càng nhỏ, chất lượng của hệ càng cao. Vậy ở đõy ta chọn chọn  I Tb=0,0017

. Với{ .

Ta thấy là một khõu cú luật là PI:

118 =>Wp=Ur Uv= R3 R1- 1 C3.R1s=0.013+ 8,1 s =0,013+ 1 0,123s  Chọn C3=10 àF  

4.5.3. Thiết kế khõu hiệu chỉnh tốc độ.

 Tỏc dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay:

- Làm cho tốc độ quay n bỏm nhanh theo sự thay đổi điện ỏp cho trước ucđ, khụng cú sai lệch tĩnh.

- Cú tỏc dụng chống nhiễu đối với sự thay đổi của phụ tải.

- Trị số biờn ở đầu ra của nú quyết định dũng điện lớn nhất cho phộp.

Sau khi thiết kế bộ điều chỉnh dũng điện ta cú toàn bộ mạch vũng dũng điện là hàm modul tối ưu với  đó chọn, ta được cấu trỳc mạch vũng tốc độ sau.

Sơ đồ biến đổi tương đương như sau:

Tớnh toỏn thiết lập khõu hiệu chỉnh tốc độ: Theo phương phỏp Module tối ưu:

Do => đó chọn trong mạch vũng dũng điện cú giỏ trị nhỏ rất nhỏ nờn bỏ qua2s2 0.

119 Ta thấy: Chọn . Ta thấy là một khõu cú luật là P

Thiết kế mạch điều chỉnh cho mạch vũng tốc độ:

120

4.6. Mụ phỏng và hiểu chỉnh hệ thống

- Ta sử dụng MatLap- Simulink để mụ phỏng hệ thống

4.6.1 Giới thiệu về MathLap-Simulink

Matlab là viết tắt từ "MATrix LABoratory", được Cleve Moler phỏt minh vào cuối thập niờn 1970, và sau đú là chủ nhiệm khoa mỏy tớnh tại Đại học New Mexico.

MATLAB, nguyờn sơ được viết bởi ngụn ngữ Fortran, cho đến 1980 nú vẫn chỉ là một bộ phận được dựng nội bộ của Đại học Stanford.

Năm 1983, Jack Little, một người đó học ở MIT và Stanford, đó viết lại MATLAB bằng ngụn ngữ C và nú được xõy dựng thờm cỏc thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp cụng cụ (tool box), mụ phỏng... Jack xõy dựng MATLAB trở thành mụ hỡnh ngụn ngữ lập trỡnh trờn cơ sở ma trận (matrix-based programming

language)

Simulink được phỏt triển bởi MathWorks, là một mụi trường lập trỡnh đồ họa để lập

mụ hỡnh, mụ phỏng và phõn tớch cỏc hệ thống động đa miền. Giao diện chớnh của nú là một cụng cụ sơ đồ khối đồ họa và một tập hợp cỏc thư viện khối tựy chỉnh. Nú cung cấp tớch hợp chặt chẽ với phần cũn lại của mụi trường MATLAB và cú thể điều khiển MATLAB hoặc được dũ liệu từ nú. Simulink được sử dụng rộng rói trong điều khiển tự động và xử lý tớn hiệu số cho mụ phỏng đa miền và thiết kế dựa trờn mụ hỡnh.

121 4.6.2 Thực hiện mụ phỏng  Sơ đồ cấu trỳc. Trong đú: + Hệ số hiệu chỉnh tốc độ: Wn=7,85 + Hệ số hiệu chỉnh dũng điện: Wi0, 013 8,1

+ Hàm truyền của cầu chỉnh lưu 6T: Wbbd 89,38 0, 0017s 1 



+ Giỏ trị điện ỏp chủ đạo: Ucd 0,356 10(V)

+ Giỏ trị dũng điện ngưỡng: Ing 1, 2.287344,3(A)

+ Giỏ trị dũng điện định mức: Idm 287(A)

+ Hệ số sức điện động của động cơ: Ke0,139

+ Hệ số phản hồi dũng điện:  0, 03

122

 Kết quả mụ phỏng với: Ucd 10(V).

 Khởi động khụng tải.

123

 Giả sử sau 2s hệ thống đó ổn định thỡ đưa tải vào bẳng định mức:

Giản đồ tốc độ (phớa trờn) và giản đồ dũng điện (phớa dưới).  Mạch vũng tốc độ:

 nmax 1600(v / p) ta cú lượng quỏ điều chỉnh max:

max 0 max 0 n n 1600 1500 % 100% 100 6, 6% n 1500         - Số lần giao động: n=6 lần.

- Thời gian quỏ độ: tqd=1,7 (s)

 Mạch vũng dũng điện:

124

 Imax 390(A)

 Số lần giao động: n=7 lần.

 Thời gian quỏ độ: tqd=1,3(s)

=> Ta thấy lượng quỏ điều chỉnh của hệ thống đó đạt yờu cầu nhưng số lần dao động cũn lớn cần tiến hành hiệu chỉnh đặc tớnh động.

 Kết quả mụ phỏng với: U _cd min 0,356(V).

 Khởi động khụng tải.

125

 Giả sử sau 2s hệ thống đó ổn định thỡ đưa tải vào bằng định mức:

Dựa vào đặc tớnh mụ phỏng trờn Matlab ta tớnh được sai lệch tĩnh.

Từ đặc tớnh đỏp ứng ở trạng thỏi xỏc lập nhận thấy độ sụt tốc độ  n 0(v / p). t t yc n 1,6 S % .100 .100 2,99% [S %] 5% n 53, 4       

Vậy hệ thống thiết kế đó đảm bảo cỏc chỉ tiờu chất lượng tĩnh.

4.3.3 Hiệu chỉnh hệ thống

- Ta thấy số lần giao động vũng tốc độ và dũng điện khỏ lớn lờn ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống.

126

- Qua lý thuyết điều khiển tự động ta biết: Khi điều chỉnh cỏc thụng số PID của bộ điều khiển thỡ cú mối quan hệ sau:

127

 Đặc tớnh tốc độ và dũng điện đầu ra hệ thống sau khi cú bộ điều chỉnh:

 Sau khi hiệu chỉnh:

 nmax 1500(v / p) ta cú lượng quỏ điều chỉnh max:

max 0 max 0 n n % 100% 0% n      . Ta cú: max%0% [ max%] 15% .  Số lần giao động: n=1 lần.

 Thời gian quỏ độ mạch vũng tốc độ: tqd=1,8 (s).

 Thời gian quỏ độ mạch vũng dũng điện: 0,7 (s). Vậy hệ thống thỏa món cả đặc tớnh tớnh và đặc tớnh động.

128

PHẦN V: THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYấN Lí 5.1. Giới thiệu sơ đồ nguyờn lý. 5.1. Giới thiệu sơ đồ nguyờn lý.

 Mỏy biến ỏp động lực: Làm nhiệm vụ cung cấp điện ỏp phự hợp cho bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Tạo ra số pha phự hợp cho bộ biến đổi.

 Aptụmỏt: Dựng để cắt nguồn, bảo vệ quỏ tải, ngắn mạch cho mạch động lực.  Mỏy phỏt tốc: Làm nhiệm vụ duy trỡ và ổn định tốc độ, lấy tớn hiệu mạch vũng

phản hồi õm tốc độ. Nõng cao độ cứng đặc tớnh cơ.

 Bộ khuếch đại trung gian:Tổng hợp tớn hiệu đặt và tớn hiệu phản hồi lượng dư được khuếch đại để điều khiển nhằm thay đổi giỏ trị điện ỏp ra của bộ biến đổi.  Bộ biến đổi cầu 3 pha (dựng 6 Tiristor): Dựng để biến điện ỏp xoay chiều thành

điện ỏp một chiều cung cấp cho động cơ, điều chỉnh điện ỏp mạch phần ứng.  Cuộn khỏng lọc: Dựng để lọc súng hài bậc cao sau chỉnh lưu, tạo ra dũng bằng

phẳng cấp cho động cơ.

 Động cơ chấp hành:Là đối tượng điều chỉnh đỏp ứng yờu cầu cụng nghệ.

 Cỏc bộ nguồn một chiều:Tạo ra nguồn một chiều ổn định tạo điện ỏp chủ đạo và nguồn nuụi cho toàn hệ thống điều khiển.

 Mạch tạo xung: Tạo ra cỏc xung thớch hợp về độ lớn cũng như về cụng suất, tạo độ lệch pha cần thiết đưa tới điều khiển cỏc van mạch động lực.

5.2. Thuyết minh nguyờn lý tự động ổn định tốc độ

Giả sử ở chiều quay động cơ đang làm việc ở một tốc độ quay nhất định, ứng với giỏ trị điện ỏp đặt tốc độ nào đú. Nếu vỡ một lý do nào đú tốc độ động cơ tăng nghĩa là tăng làm cho Uđk tăng do đú làm cho gúc mở tăng và điện ỏp đặt vào phần ứng động cơ giảm để động cơ trở về vị trớ ban đầu. Nếu vỡ một lý do nào đú làm cho tốc động cơ giảm thỡ tương tự như trờn sẽ giảm làm cho điện ỏp Uđk giảm tạo ra gúc mở giảm, điện ỏp đặt phần ứng động cơ tăng làm cho tốc độ động cơ trở về vị trớ ban đầu.

Vớ dụ: Khi tốc độ động cơ tăng, thỡ n tăng lờn UVIC3=-Ucđ + n bớt õm đi, URIC3 bớt dương URIC5 bớt õm và Tr mở ớt đi, Uđk tăng lờn, gúc mở tăng lờn dẫn đến Ud giảm nhỏ và tốc độ động cơ cũng giảm theo cho phự hợp lượng đạt ban đầu.

5.3. Thuyết minh nguyờn lý tự động hạn chế phụ tải.

Mạch vũng hạn chế dũng điện chỉ tỏc động khi dũng điện chạy trong mạch phần ứng của động cơ tăng lớn hơn trị số dũng điện cho phộp (Ing). Cũn khi hệ thống đang làm việc ổn định thỡ mạch hạn chế dũng điện khụng tỏc động.

- Khi Iư < Ing thỡ tớn hiệu phản hồi õm dũng chưa tỏc dụng vỡ điện ỏp đầu vào IC4 õm nờn tớn hiệu ra IC4 dương nờn dũng qua D bị chặn nờn D khúa. Khi đú điện ỏp điều khiển chỉ phụ thuộc vào tớn hiệu phản hồi õm tốc độ n .

129

- Khi Iư > Ing do Iư tăng dần đến đầu vào Ic4 dương nờn tớn hiệu ra IC4 õm vỡ vậy D mở và khõu hạn chế dũng điện tham gia vào và khi này ta cú:

URIC5 = K2.[ ( )]

Làm cho URIC5 bớt õm Tr mở ớt đi Uđk tăng lờn gúc tăng, Ud giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tớnh cơ. Nếu dũng điện phần ứng tăng quỏ lớn sẽ dẫn đến độ cứng đặc tớnh cơ rất dốc và hệ thống dừng làm việc.

5.4. Thuyết minh nguyờn lý quỏ trỡnh khởi động

Đúng ỏp tụ mỏt cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện ( mạch kớch từ, mỏy biến ỏp động lực, nguồn nuụi mạch điều khiển). Khi đú mạch tạo xung điều khiển tạo ra cỏc xung điều khiển. Để điều khiển cỏc xung này, chỳng được đưa tới mạch phỏt xung để điều khiển mở cỏc thyristor thụng qua mỏy biến ỏp xung. Để tạo ra cỏc xung điều khiển, ta phải tạo ra tớn hiệu điều khiển Uđk nhờ mạch khuếch đại trung gian tạo ra tớn hiệu Uđk nờn nú điều khiển được gúc mở của bộ chỉnh lưu. Khi khởi động dũng khởi động rất lớn nờn mạch vũng dũng điện tham gia vào để tự động hạn chế dũng điện đồng thời mạch vũng phản hồi õm tốc độ bọ bóo hũa do UVIC3 = -Ucđ + n rất õm ( do n nhỏ), động cơ được khởi động trờn đoạn đặc tớnh thứ 3, tốc độ tăng dần đến điểm D thỡ mạch vũng tốc độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tớnh cơ, động cơ được khởi động trờn đoạn đặc tớnh DC, đến điểm C ( ứng với Ing) mạch vũng dũng điện khụng tham gia nữa ( D khúa Iư giảm nhỏ hơn Ing ) và chỉ cũn mạch vũng tốc độ, động cơ được khởi động trờn đoạn đặc tớnh cơ tự nhiờn và tiến tới làm việc xỏc lập tại điểm ứng với tải định mức.

5.5. Thuyết minh nguyờn lý thay đổi tốc độ

Với giả thiết động cơ đang làm việc ở vựng khõu ngắt khụng tỏc động, lỳc này ta thay đổi điện ỏp trờn biến trở WR làm cho Ucđ thay đổi làm cho gúc thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi.

UVIC3 = -Ucđ + n

Khi thay đổi Ucđ sẽ thay đổi được gúc mở Ud thay đổi và tốc độ cũng thay đổi theo.

Vớ dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : UVIC3 sẽ õm nhiều lờn URIC3 sẽ dương nhiều lờn, Tr mở nhiều dẫn đến Uđk giảm nhỏ tức là gúc giảm nhỏ Ud tăng lờn và tốc độ tăng theo.

Quỏ trỡnh giảm tốc cũng xảy ra tương tự khi ta giảm Ucđ sẽ làm cho gúc tăng lờn và tốc độ giảm xuống.

130

5.6. Thuyết minh nguyờn lý khi dừng mỏy

Mắc cuộn dõy của Role Hóm song song với mạch phần ứng của động cơ. Đặt giỏ trị tỏc động của Rơ le theo giỏ trị sức điện động của động cơ khi tốc độ động cơ n=15%ndm . - Khi muốn dừng hệ thống ta ấn nỳt dừng. Do tốc độ động cơ lớn lờn Rơ le H tỏc động. Cụng tắc tơ K mất điện lờn tiếp điểm thường đúng của K trở về trạng thỏi ban đầu. Điện trở H được đưa vào mạch. Cỏc tiếp điểm thường mở K khụi phục trạng thỏi cũ cắt toàn bộ hệ thống ra khỏi nguồn cung cấp. Quỏ trỡnh hóm động năng diễn ra, năng lượng