Hình 4.14: Hệ thống điều tốc nối cấp điều khiển hai mạch vòng kín
Thái Nguyên, 10/27/15 204
4.4.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển mạch vòng kín
Trong hệ thống trên hình 9.14, bộ chỉnh lưu có điều khiển, bộ điều chỉnh và sơ đồ cấu trúc trạng thái động của khâu phản hồi giống như trong hệ thống điều tốc một chiều, vì thế ở đây không trình bày lại. Nhưng một phần mạch điện một chiều rotor của động cơ vì có liên quan tới hệ số trượt nên phải xử lý riêng.
4.4.2.1. Hàm số truyền của mạch một chiều rotor
Dựa vào sơ đồ tương đương như trên hình 9.12 có thể đưa ra phương trình cân bằng điện áp trạng thái động của mạch điện một chiều rotor trong hệ thống điều tốc nối cấp:
d
d0 d2 d
sU U L dI R I
β Σ dt Σ
− = +
4.4.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển mạch vòng kín 4.4.2.1. Hàm số truyền của mạch một chiều rotor
Thái Nguyên, 10/27/15 206
4.4.2.1. Hàm số truyền của mạch một chiều rotor
Biến đổi Laplace cho hai vế của biểu thức (*), có thể tìm được hàm số truyền cho mạch điện một chiều rotor:
Với:
Và:
d Lr
d0 Lr
d0 d2
0
I (s) K
U T s 1
U n(s) U (s)
n β
= +
− × −
Lr
T L
R
Σ Σ
=
Lr
K 1
RΣ
=
4.4.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển mạch vòng kín 4.4.2.1. Hàm số truyền của mạch một chiều rotor
Cần phải chỉ ra rằng hằng số thời gian TLr và hệ số khuếch đai KLr trong hàm số truyền của mạch điện một chiều rotor trong hệ thống điều tốc nối cấp đều là hàm số của tốc độ quay n, chúng không phải là hằng số xác định.
Hình 4.15: Sơ đồ cấu trúc mạch điện một chiều rotor
Thái Nguyên, 10/27/15 208
4.4.2.2. Hàm số truyền của động cơ không đồng bộ
Mô men điện từ của động cơ không đồng bộ là:
Trong đó:
Phương trình chuyển động của hệ thống truyền động điện:
Hoặc:
trong đó Ic là dòng điện phụ tải tương ứng với mô men phụ tải Mc.
đt d0 D0 d d M d
0
3X
M = Ω1 U − π I I÷ =C I
M d0 D0 d
0
1 3X
C = Ω U − π I ÷
2
đt c
GD dn
M M
375 dt
− = ×
2
M d c
GD dn
C (I I )
375 dt
− = ×
4.4.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển mạch vòng kín 4.4.2.2. Hàm số truyền của động cơ không đồng bộ
Ta có:
Trong đó:
Cần chú ý, hệ số CM là hàm số của dòng điện Id, cho nên KM cũng là hàm số của Id.
M 2
d c
M
K
n(s) 1
GD 1
I (s) I (s) s
375 C s
= =
− ×
M 2
M
K 1
GD 1
375 C
=
×
Thái Nguyên, 10/27/15 210
4.4.2.3. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống
Hình 4.16: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc nối cấp
4.4.3. Xác định các tham số bộ điều chỉnh của hệ thống điều tốc 4. 4.3.1. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
Bộ điều chỉnh dòng điện có thể thiết kế theo hệ thống điển hình loại I hoặc hệ thống điển hình loại II. Nếu thiết kế theo hệ thống loại I sẽ có đặc điểm là độ tác động nhanh cao, lượng quá điều khiển nhỏ, còn theo hệ thống loại II thì có khả năng chống nhiễu tốt. Dựa vào yêu cầu chung, mạch vòng dòng điện thường thiết kế theo hệ thống điển hình loại I.
Theo sơ đồ hình 9.16 có thể viết ra hàm số truyền mạch hở của mạch vòng dòng điện là:
i i i Lr
i i Lr
K ( s 1) K K W(s) s T s 1 T s 1
Σ Σ
= τ + × ×
τ + +
Thái Nguyên, 10/27/15 212
4. 4.3.1. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
Hàm số truyền đ ợc biểu diễn bằng công thức trên, nếu chọn đúng các tham số (chẳng hạn lấy τi =TLr) chính là cấu trúc của hệ thống điển hình loại I. Nh ng bởi vì
tính bất định của TLr, nên cách làm thông th ờng ấy là không thể chấp nhận đ ợc.
Trong công thức trên, nếu trị số TLr khá lớn, và thoả mãn điều kiện TLr > hTΣi (h là
độ rộng trung tần), thì có thể chọn τi=hTΣi, khi đó có thể thiết kế mạch vòng dòng
điện theo hệ thống điển hình loại II. Có thể chứng minh nh sau:
Do TLr là khá lớn, có thể coi gần đúng hàm số truyền của mạch điện chính một chiều nh là một khâu tích phân, công thức hàm truyền mạch vòng dòng điện có thể viết thành:
i i i Lr I i
k 2
i i Lr i
K ( s 1) K K K ( s 1) W (s)
s T s 1 T s s (T s 1)
Σ
Σ Σ
τ + τ +
= × × =
τ + +
4.4.3. Xác định các tham số bộ điều chỉnh của hệ thống điều tốc 4. 4.3.1. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
Trong đó:
là hệ số KĐ mạch vòng dòng.
Nếu không thoả mãn điều kiện TLr > hTΣi, thì thực hiện thiết kế hệ theo hệ thống
điển hình loại I. Dựa vào việc phân tích các t liệu và số liệu thực nghiệm liên quan đã cho thấy lúc đó có thể dựa vào cận d ới của phạm vi điều tốc, tức là xác
định giá trị của KLr và TLr theo s0max, hoặc theo s0max/2, sau đó coi mạch vòng dòng
điện là hệ thống xác lập để đi thiết kế các tham số bộ điều chỉnh dòng điện.
i i Lr i i
I
i Lr i
K K K K K
K T hT L
Σ Σ
Σ Σ
= =
τ
Thái Nguyên, 10/27/15 214
4.4.3.2. Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ
Để có được khả năng kháng nhiễu tốt, mạch vòng tốc độ đều thiết kế theo hệ thống điển hình loại II. Vì hệ số KM của khâu động cơ chưa xác định, nên khi thiết kế có thể chọn một trị số TM ứng với dòng điện làm việc thực tế Id, sau đó thiết kế theo hệ thống đã xác lập. Như vậy hệ thống sau khi được hiệu chỉnh có khả năng nhận được đặc tính động gần như mong muốn.