Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, bộ môn Tự động hóa XNCN Khoa Điện tiến hành biên soạn giáo trình môn học Tổng hợp hệ điện cơ.
Chơng 3: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều nhiều mạch vòng 3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Trong chơng 2 đ chỉ rõ, hệ thống điều chỉnh tốc độ vòng kín ã đơn dùng phản hồi âm tốc độ và bộ điều chỉnh PI có thể đảm bảo hệ thống ở trạng thái ổn định thực hiện không có sai lệch. Đối với hệ thống có yêu cầu chất lợng động cao, ví dụ yêu cầu khởi động. phanh h m nhanh, sai lệch tốc độ ở chế độ động nhỏ, thì hệ thống ã một mạch vòng khó thoả m n yêu cầu. Điều này chủ yếu do trong hệ ã thống một mạch vòng không thể hoàn toàn khống chế dòng điện và mô men của quá trình động theo yêu cầu. 3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Hình 3.1: Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của động cơ trong quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a/ Quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ một mạch vòng với phản hồi âm dòng điện có ngắt b/ Quá trình khởi động tăng tốc lý tởng I d t n 0 n I dmax I ng I c I d a I d t n 0 n I dmax I c I d b 3.1.2. CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng tèc ®é quay vµ dßng ®iÖn Hình 3.2: Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện: R ω - Bộ điều chỉnh tốc độ quay; R I - Bộ điều chỉnh dòng điện; FT - Máy phát tốc; FX - Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ; CBD - Cảm biến dòng điện, u cđ - Điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ); u n (u n = γ n) - Điện áp phản hồi tốc độ, u * i - Điện áp đặt dòng điện; u i (u i = β I) - Điện áp phản hồi âm dòng điện U d Đ = CKĐ + - ∼ BĐ FX CK FT u cđ CL1 CBD R ω R I - - I n u n u i n ∆u v 3.1.2. CÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng tèc ®é quay vµ dßng ®iÖn Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng sử dụng các bộ điều chỉnh PI : Biểu tượng biểu thị tác dụng giới hạn biên độ U d Đ = CKĐ + - ∼ BĐ FX CK FT + - R v02 R v3 R pi OA 2 C i CL1 R v4 CBD + + - R v01 R v1 R pn u cđ OA 1 C n R v2 -γn βI d u đk - 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh I d Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện γ - Hệ số phản hồi tốc độ quay β - Hệ số phản hồi dòng điện u cđ K b γ 1 C e R d I d - nu đk E b E Đ - ∆u vđ R d R ω β - R I 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh Trên thực tế, khi làm việc bình thờng, bộ điều chỉnh dòng điện không bao giờ đạt tới trạng thái b o hoà. Vì vậy, đối với đờng ã đặc tính mà nói, chỉ có hai vùng ứng với hai trờng hợp là bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoà và không b o hoà.ã ã 3.1.3.1. Bộ điều chỉnh tốc độ quay không b o hoà ã Lúc này, cả hai bộ điều chỉnh đều không b o hoà, khi ổn định, điện ã áp chênh lệch đầu vào đều bằng 0. Vì vậy: u cđ =u n = n và: Từ quan hệ thứ nhất ta có: * i i d u u I = = c 0 u n n = = 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoàã Lúc này, đầu ra của R đạt tới giá trị giới hạn biên độ , mạch vòng ngoài của tốc độ quay trở thành mạch hở, sự thay đổi của tốc độ quay không còn ảnh hởng đối với hệ thống. Hệ thống hai mạch vòng biến thành hệ thống một mạch vòng không có sai lệch tĩnh đối với dòng điện. Lúc ổn định: trong đó: dòng điện lớn nhất I dmax là do ngời thiết kế chọn, phụ thuộc vào năng lực quá tải cho phép của động cơ và và trị số lớn nhất gia tốc cho phép của hệ thống truyền động điện. Đờng đặc tính tĩnh lúc này là đoạn A - I dmax trên hình 3.5. * i max d d max U I I = = 3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đờng đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay b o hoàã Đờng đặc tính thẳng đứng nh vậy chỉ phù hợp với tình huống n < n 0 , bởi vì nếu n > n 0 thì , R sẽ ra khỏi trạng thái b o hoà.ã Hình 3.5: Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng 0 n n 0 A I dmax I d I đm 3.1.4. Tính toán các tham số ở trạng thái ổn định Từ hình 3.4 có thể thấy, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín ở trạng thái làm việc ổn định, khi hai bộ điều chỉnh đều không b o hoà, giữa các đại lợng có các mối quan hệ sau:ã u cđ = u n = n * i i d c u u I I = = = b e d d e c c d k b b b E C n I R C u / I R u K K K + + = = = ở đây E b là s.đ.đ. đầu ra BBĐ, với BBĐ là sơ đồ chỉnh lu cũng th ờng ký hiệu là U d Hệ số phản hồi tốc độ quay: c max max u n = Hệ số phản hồi dòng điện: * i max d max U I = 3.2. ChÊt lîng ®éng cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng 3.2.1. M« h×nh to¸n häc tr¹ng th¸i ®éng I d H×nh 3.6: S¬ ®å cÊu tróc tr¹ng th¸i ®éng cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é hai m¹ch vßng U c® γ R d T m s I c - n E b E § - β - - U n U i R W (s) ω I R W (s) b K s 1 τ + d e 1/ R T s 1+ e 1 C * i U [...]... điện áp mạng điện (lưới) Do nhiễu của điện áp mạng bị bao bọc bởi mạch vòng dòng điện, lúc điện áp dao động, có thể thông qua phản hồi dòng điện để được điều chỉnh kịp thời, không cần phải chờ sau khi có phản hồi tốc độ tác động hệ thống mới có phản ứng Vì vậy trong hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín, lượng sụt tốc độ ở trạng thái động của hệ thống giảm đi nhiều so với hệ thống một mạch vòng. .. 3.2.3 Tính năng và tác dụng của hai bộ điều chỉnh ở trạng thái động Nói chung, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng có tính năng trạng thái động khá tốt 3.2.3.1 Tính năng bám trạng thái động Như trên đã phân tích, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng trong quá trình khởi động và tăng tốc, trong điều kiện bị giới hạn về năng lực quá tải, đã cho thấy độ tác động nhanh của chế độ động tốt, bám sát... phân tích chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng, trước tiên phải hiểu rõ quá trình khởi động của nó Để khảo sát hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng ta giả thiết: khi động cơ đang đứng yên đột ngột đặt vào đầu vào điện áp ucđ=conts để khởi động, quá trình quá độ của dòng điện và tốc độ quay được thể hiện trên hình 3.7 Bởi vì trong quá trình khởi động bộ điều chỉnh R trải qua... khởi động Giai đoạn đầu, đoạn 0 ữt1, là giai đoạn điện áp tăng lên Sau khi tác động điện áp đặt ucđ dạng nhảy cấp, thông qua tác động điều khiển của hai bộ điều chỉnh làm cho uđk, Eb (hay Ud), Id đều tăng lên, khi Id > Ic động cơ điện bắt đầu tăng tốc Do quán tính cơ của động cơ, quá trình tăng của tốc độ động cơ không thể đột biến, cho nên chênh lệch điện áp đầu vào uv = ucđ - un của bộ điều chỉnh tốc. .. khởi không đảo chiều và động cơ động không tải của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng không làm việc ở trạng thái hãm (nếu không sử dụng các biện pháp khác) Vì vậy hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tuy có quá trình khởi động rất nhanh, nhưng khi dừng máy, sau khi dòng điện hạ về không thì hệ thống chuyển sang hãm tự do Nếu muốn dừng nhanh phải dùng hãm động năng hoặc phanh điện từ 3.2.3... khởi động hệ thống điều tốc hai mạch vòng có 3 đặc điểm: 1/ Điều khiển bão hoà phi tuyến 2/ Điều khiển tối ưu chuẩn thời gian 3/ Quá điều chỉnh tốc độ quay 3.2.2 Phân tích quá trình khởi động Cần phải lưu ý, dòng Id n Id n điện đầu ra của bộ chỉnh lưu bán dẫn tiristor chỉ đi theo một chiều, do vậy, với hệ thống điều tốc T-Đ không đảo chiều dòng thì khi dừng dòng điện động cơ 0 t Hình 3.8: Đồ thị dòng điện. .. chức năng bảo vệ an toàn khi khởi động nhanh Nếu sự cố được giải trừ thì hệ thống tự động khôi phục sự làm việc bình thường 3.2.3 Tính năng và tác dụng của hai bộ điều chỉnh ở trạng thái động 3.2.3.4 Vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh Cũng giống như hiệu chỉnh trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ một mạch vòng đã trình bày ở trên, bộ điều chỉnh của mỗi mạch vòng điều khiển đều có thể dùng đồ thị... mạch vòng 3.2.3.3 Tác dụng của hai bộ điều chỉnh Tổng hợp các phân tích trên, tác dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay và bộ điều chỉnh dòng điện trong hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín được quy về mấy điểm sau đây: 1) Tác dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay: (a) Làm cho tốc độ quay n bám nhanh theo sự thay đổi điện áp cho trư ớc ucđ, không có sai lệch tĩnh, (b) Có tác dụng chống nhiễu đối với... 3.7: Đồ thị tốc độ quay và đầu vào bằng 0, nhưng đầu ra do tác dòng điện của hệ thống điều dụng của khâu tích phân vẫn duy trì trị chỉnh tốc độ hai mạch vòng 3.2.2 Phân tích quá trình khởi động số biên, cho nên động cơ với dòng điện cực đại vẫn tăng tốc, làm cho tốc độ quay vượt quá giá trị đặt (quá điều chỉnh) Sau khi tốc độ quay vượt quá giá trị đặt, ở đầu ra của R xuất hiện chênh lệch điện áp âm,... = t3) Tiếp sau, dư ới tác dụng của mô men phụ tải, động cơ điện bắt đầu giảm tốc, tư ơng ứng với nó, xuất hiện một giai đoạn ngắn dòng điện Id nhỏ hơn 3.2.2 Phân tích quá trình khởi động điều chỉnh tốt) Trong giai đoạn điều chỉnh cuối cùng, R và RI đều không bão hoà và tác động đồng thời Bởi vì mạch vòng điều chỉnh tốc độ quay là vòng ngoài, R đóng vai trò chủ đạo, còn tác dụng của RI là đảm bảo sao