LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I KHÁI NIỆM CHUNG: I Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:  Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất  Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng I Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: I a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên I b Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh I c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng: β = ∆M/∆n Khi β lớn tức ∆M lớn ∆n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác β lớn tốt I d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ γ đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: γ = ni/ni+1 Trong đó: - ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i - ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment γ tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay gọi điều chỉnh tốc độ vơ cấp γ ≠ : Hệ thống điều chỉnh có cấp I e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động η cao tổn hao lượng ∆Pphụ mức thấp I f Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP ĐẶT VÀO PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dòng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo u cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc n= R +Rf U − u M K E Φ K E K M Φ2 lập: Ta có tốc độ khơng tải lý tưởng: n = Uđm/KEΦđm Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính β= dM K K Φ2 =− E M dn Ru + R f không thay đổi Như vậy, ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( Uđm ) U U Uđm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 M MC U thay đổi điện áp đặt vào phần ứng Hình I Họ đặc tính động Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc độ nhỏ tốc độ ncb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D = ∞ Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập khơng có biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép: U mincp = Uđm/10, nghĩa phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umincp phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ ncb   Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể khơng tải lý tưởng  Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỪ THƠNG: • + • - Iư Đ + • U CKĐ RKĐ UKT • • - Hình I Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = K MφIư sức điện động quay động Eư = KEφn Thông thường, thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện cơng suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thông tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện cơng suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi van… Thực chất phương pháp giảm từ thông Nếu tăng từ thơng dòng điện kích từ I KT tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dòng kích từ tức giảm nhỏ từ thơng so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = U/KEΦ Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KMφIn nên φ giảm làm cho Mn giảm theo Độ cứng đường đặc tính cơ: β =− K E K M Φ2 R Khi φ giảm độ cứng β giảm, đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thông sau: n Φ1 n nnc b Φ2 Φ đm MC M2 M1 φ đm > φ > φ2 ncb < n1 < M n2 Mn Hình I Họ đặc tính thay đổi từ Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông thông điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn Theo lý thuyết từ thơng giảm gần 0, nghĩa tăng đến vô Nhưng thực tế động làm việc với lớn nhất: tốc độ tốc độ tốc độ nmax = 3ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/ncb = 3/1 Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động khơng thể đổi chiều dòng điện chịu hồ quang điện Do đó, động khơng làm việc q tốc độ cho phép Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn n cb Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào giường Do trình điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ nên tổn thất lượng ít, mang tính kinh tế Thiết bị đơn giản IV ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ TRÊN MẠCH PHẦN ỨNG: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng dùng cho tất động điện chiều Trong phương pháp điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý sau: + • Iư E CKĐ + • • U Rf RKĐU KT • • • - Hình I Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ta có phương trình đặc tính động điện chiều kích từ n= Ru + R f U − M K E Φ K E K M Φ2 độc lập: Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R f ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: độ cứng đường đặc tính cơ: n0 = U dm = const K E Φ dm ; β = − KE KM Φ dm Ru + R f thay đổi giá trị R f thay đổi Khi Rf lớn, β nhỏ nghĩa đường đặc tính dốc Ứng với giá trị Rf = ta có độ cứng đường đặc tính tự nhiên tính theo cơng thức sau: βTN = − K E K M Φ2 dm Ru Ta nhận thấy βTN có giá trị lớn nên đường đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có đóng điện trở phụ mạch phần ứng Vậy thay đổi giá trị R f ta họ đặc tính sau: n n0 nc n1 b TN Rf1 n2 Rf2 n3 MC < Rf1 < Rf2 < Rf3 ncb > n1 > n2 > M, I n3 R Hình I Họ đặc tính cơf3khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng giải thích sau: Giả sử động làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, tốc độ động quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng I giảm làm cho moment động giảm theo tốc độ giảm xuống, sau làm việc xác lập tốc độ n với n2 > n1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực tế dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp cho tốc độ nhảy cấp tức độ phẳng γ xa tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3… Khi giá trị nmin tiến gần đến phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin ≈ ∞ Trong thực tế, Rf lớn tổn thất lượng phụ tăng Khi động làm việc tốc độ n = n cb/2 tổn thất chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta điều chỉnh cho phạm vi điều chỉnh: D = ( → )/1 Khi giá trị Rf lớn tốc độ động giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch In moment ngắn mạch Mn giảm Do đó, phương pháp dùng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ tốc độ Và tuyệt đối không dùng cho động máy cắt kim loại Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng cho tốc độ nhảy cấp nhỏ ncb  Ưu điểm: Thiết bị thay đổi đơn giản, thường dùng cho động cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép  Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh thấp giá trị điện trở phụ đóng vào lớn, đặc tính mềm, độ cứng giảm làm cho ổn định tốc độ phụ tải thay đổi Tổn hao phụ điều chỉnh lớn, tốc độ thấp tổn hao phụ tăng  V ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH RẼ MẠCH PHẦN ỨNG: Động điện chiều kích từ độc lập điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý sau: + U • • • RS • Rn IS E CKĐ - • Iư • In • R KĐ Hình I Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng Một hệ thống điều chỉnh cần tốc độ nhỏ n cb điều chỉnh nhảy cấp Hệ thống có độ cứng tương đối lớn thiết bị vận hành đơn giản người ta dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay gọi phân mạch Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng phần ứng động nối song song với điện trở nối nối tiếp với điện trở khác Phương pháp giống với phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng điện áp phần ứng lại khơng thay đổi Do đó, phương pháp đòi hỏi phải: - Điện áp đặt vào phần ứng động khơng thay đổi - Vì dòng kích từ khơng thay đổi nên điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làm cho moment phụ tải cho phép giữ không đổi trị số định mức Ta có phương trình đặc tính cơ: R S Rn RS R S + Rn U n= − M K E Φ R S + Rn KE KM Φ2 R S Rn Ru + RS R S + Rn n = n0 − M R S + Rn KE K MΦ2 Ru + RS ⇒ n' = n0 < n0 R S + Rn Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động n Đ < ncb Mặt khác ta có: Ru + Rn > Ru + RS > Ru R S + Rn β R f = β Rn < β PM < β TN Độ cứng đường đặc tính rẽ mạch phần ứng βPM nhỏ độ cứng đặc tính tự nhiên βTN lại lớn độ cứng đặc tính có điện trở phụ βRf với điện trở phụ Rn Để điều chỉnh tốc độ động trường hợp ta tiến hành sau:  Giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS: - Khi RS = 0: Đây trạng thái hãm động với tốc độ hãm động nHĐN = U − Khi : R S = ∞ : I A = dm Rn Ta có họ đặc tính sau sau: n n0 TN RS2 n RS1 n2 n1 IA MC RS1 < RS2 n1 < n2 I • RS = =∞ R S Hình I Họ đặc tính Rn = const, RS thay đổi Như vậy, giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế modun độ lớn đặc tính tăng dần tốc độ giảm  Giữ nguyên RS, thay đổi giá trị Rn: - Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính Lúc ta xem RS tải nối song song với động Ta có đường đặc tính tự nhiên - Khi Rn = ∞: Động điện bị hở mạch nên khơng có điện áp rơi phần ứng động Đây trạng thái hãm động với R HĐN = RS Ta có : IB = Uđm/RS Ta có họ đặc tính sau: n n0 nc n b n2 TN ( RN = 0) Rn1 < Rn1 < Rn2 < Rn = ∞ Rn2 n2 < n1 < ncb I MC Rn = Hình I.8 Họ đặc tính R0S = const, Rn thay đổi IB Vậy, giữ nguyên RS thay đổi Rn phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế trường hợp Nhưng tốc độ giảm xuống độ cứng đường đặc tính lại bị giảm xuống  Ngồi có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị R S Rn: Phương pháp thường sử dụng thực tế So với phương pháp điều chỉnh cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta nhận thấy: Khi tốc độ moment động nghĩa công suất dòng điện nhận từ lưới sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn lớn sơ đồ điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng lượng dòng điện chạy qua R S Phương pháp dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép Đồng thời tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại  Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng điều chỉnh tốc độ nhảy cấp cho tốc độ nhỏ n cb  Ưu điểm: - Với tốc độ yêu cầu độ cứng đường đặc tính phân mạch có độ cứng lớn đặc tính dùng điện trở phụ mạch phần ứng - Thiết bị vận hành đơn giản  Nhược điểm: - Phương pháp dùng tiếp điểm để đóng cắt điện trở nên độ tinh chỉnh khơng cao, điều chỉnh tốc độ có cấp, phạm vi điều chỉnh: D = ( → )/1 - Do tổn thất công suất sơ đồ lớn nên phạm vi ứng dụng bị hạn chế Phương pháp áp dụng cho động có cơng suất nhỏ, thời gian làm việc ngắn với tốc độ thấp VI ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ ( F - Đ ): VI Sơ đồ nguyên lý: Với hệ thống điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối rộng Cần tốc độ lớn hay nhỏ so với tốc độ cần điều chỉnh liên tục truyền động số máy bào giường có suất thấp, truyền động quay trục cán thép có cơng suất trung bình nhỏ, truyền động đúc ống phương pháp đúc liên tục… người ta dùng hệ thống F - Đ có sơ đồ nguyên lý sau: I TC = I d = 300= 245 (A) Trị hiệu dùng dòng điện qua cuộn sơ cấp : ISC = K.ITC = 0.047x245 = 11.515 (A) Công suất biểu kiến cuộn thứ cấp : STC = 3.UTC.ITC =3x18x245=13230 (W) Công suất biểu kiến cuộn sơ cấp : SSC = 3.USC.ISC = 3x380x11.515=13127 (W) Công suất biểu kiến máy biến áp : ST = SSC + STC 13127+ 13230 = = 13178 (W) 2 Hệ số sử dụng máy biến áp kT = 1.05 Khối nguồn + lệch pha + tách zero: a Khối lệch pha: α=0 π/6 7π/6 Khoaû ng xuấ t hiệ n p khó a trê n SCR Đối với mạch cầu chỉnh lưu ba pha, góc kích α khơng tính từ thời  π 7π  điểm áp khố xuất linh kiện từ góc pha  ,  nên 6  góc kích α = thời điểm π Mạch lệch pha: tính chất nguồn ba pha thứ tự thuận sơ đồ tia áp dây AC chậm áp pha A góc 30 , mạch lệch pha thực đơn giản cách sử dụng áp dây đưa vào mạch điều khiển O b Khối nguồn : tạo điện áp DC 5V 24V làm nguồn nuôi cho mạch vi điều khiển, mạch khuếch đại, mạch hồi tiếp mạch khác Mạch nguồn : +18 +9 380VAC TA1 -18 Vcc = 5V LM 7805C IN C D TA2 -9 D 1000uf Vcc O U T G N D Ñ i e än a ùp d a ây A C C C u f 100uf 0 D D C Vur = 24V 1000uf Ở mạch ta dùng chỉnh lưu điểm nên ta sử dụng biến áp có điểm ± 9V ± 18V Hai tín hiệu TA1, TA2 dùng cho mạch tách zero c Khối tách zero : xác định thời điểm góc kích α = để đưa vào vi điều khiển AT89C52 dùng làm mốc để phát xung kích Ta dùng mạch sau: Vcc R Vcc 1k R D 330 TA1/TA2 R D + INT0/INT1 LM 358 10k Ở mạch ta sử dụng OP-AMP LM358 dùng nguồn đơn Hai diode có nhiệm vụ xén áp vào LM358, ngõ đưa vào ngõ interupt vi điều khiển Dạng sóng ngõ vào : Ngõra LM358 Khối vi xử lý : Vi điều khiển 89C52 sẽnhận tín hiệu đặt, tín hiệu hồi tiếp xử lý phát xung kích để ổn định tốc độ cho động IC 74LS393 tạo tần số hoạt động MHz cho ADC 0809 cách lấy tần số thạch anh đưa vào 74LS393 chia ta tần số 2MHz IC ULN2004 dùng làm đệm điện áp 5V qua 15V ngõ Port vi xử lý ngõ ULN2004 phải dùng điện trở kéo lên Công dụng port vi điều khiển AT89C52 : + Port : P1.1 – P1.6 sáu ngõ kích xung cho SCR theo thứ tự từ SCR1 đến SCR6 + Port : dùng xuất nhập liệu Sơ đồ mạch : /W R /R D 30pf C 12 19 18 X2 Vcc 30pf C LK12 R 100 Vcc 31 C 14 SW 1 P P P P P P P P 3 3 3 3 R 21 k VC C /R XD /T XD /IN T O /IN T /T O /T /W R /R D P P P2 P2 P2 P2 P2 P2 /A /A /A /A 1 /A /A /A /A P /T P 1 /T -E X P P P P P P XTA L1 XTA L2 R ST PSEN A L E /P R O G E A /V P P 10uf 21 22 23 24 25 26 27 28 A A A A A A A A D D D D D D D D 10 11 12 13 14 15 U 19 U LN 2004 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 K H O ÁI V I X Ö ÛL Y Ù O6 U O5 U O4 U O3 U O2 U O1 U 10 T1 T2 T3 T4 T5 T6 29 30 Vcc U 32 A T89C 52 O O O O O O O AD 13 AD 14 AD 15 Vcc A B C 16 C 13 10 11 12 13 14 15 16 17 D D D D D D D D Y Y Y Y Y G Y G 2BY G 2AY VC C P P IN T IN T /A /A /A /A /A /A /A /A G N D 74LS393 0 0 0 0 1 1 1 C C C C C C C C S S S S S S S S 74LS138 6C L K P P P P P P P P C O MM O N G N D A B C D 39 38 37 36 35 34 33 32 G N D C LR VC C Q Q Q Q G N D U 33A C LK12 A D D D D D D D D 20 14 Vcc Vcc 40 U 16 Mạch giải mã địa IC 74LS138; ta có bảng phân vùng địa sau: CHIP SELECT CS0 CS1 CS2 CS3 CS4 CS5 CS6 CS7 BẢNG PHÂN VÙNG ĐỊA CHỈ 0000H – 1FFFH 2000H – 3FFFH 4000H – 5FFFH 6000H – 7FFFH 8000H – 9FFFH A000H – BFFFH C000H – DFFFH E000H - FFFFH Mạch tạo xung dao động cho vi xử lý gồm thạch anh X2 12 MHz hai tụ C12, C13 Như vậy, vi điều khiển AT89C52 hoạt động với chu kì máy µs Mạch reset: gồm R7, R21, C14 SW1 tạo xung reset khoảng lần chu kì máy để reset vi điều khiển AT89C52 Khối khuếch đại cách ly: Do tín hiệu phát từ vi xử lý khơng đủ lượng để kích SCR ta phải dùng mạch khuếch đại, ta phải điều chỉnh tín hiệu kích vùng kích Và yêu cầu mạch điều khiển phải cách ly với mạch động lực ta dùng optron biến áp xung Ta sử dụng biến áp xung mạch biến áp xung đơn giản optron không cần sử dụng nguồn riêng Mạch khuếch đại cách ly: VU R BAX G D R 11 3 k D 39 R hd D K 2 O U T1 M1 Điện trở R11 điện trở kéo lên ngõ vi mạch ULN2004 Diode D7, D8 dùng để ngăn áp âm đưa vào cổng kích GK Diode D39 làm tắt nhanh dòng từ hóa xung bị ngắt Điện trở Rhd hạn dòng qua MOSFET M1 Xác định áp, dòng kích SCR : Do ta kích xung có chiều dài 1ms 1/10 chu kì dòng điện lưới tần số 50Hz Cơng suất tổn hao trung bình cực cổng nằm ngồi vùng gạch chéo hình vẽ bên Theo hình vẽ vùng gạch chéo vùng đảm bảo kích; ta chọn điểm kích có UG= V IG=5 A Chọn tỷ số BAX giảm áp từ : để giảm dòng qua transitor nguồn cấp điện Ap ngõ vào BAX 20V dòng qua cuộn sơ 1,25 A điện trở cuộn sơ Rsơ = 20/1.25=16 Ohm Chọn lõi biến áp xung 0.8 cm2 Số vòng dây cuộn sơ 400 vòng, dây có tiết diện 0.02 mm Số vòng dây cuộn thứ 100 vòng, dây có tiết diện 0.07mm Chọn MOSFET: Dòng MOSET ID= 1.25A áp cực DS V DS = V Chọn hệ số khuếch đại dòng KI=3 ta chọn MOSFET có số hiệu BUZ 60 có tham số kỹ thuật sau: Type BSS 60 Kan al N VDS (V) 400 ID (A) 5.5 RDS(on) (Ohm) 1.0 Khối hồi tiếp : Vi mạch ADC 0809 chuyển đổi tín hiệu tương tự tín hiệu số (8 bit) Điện áp so sánh (V REF) 3,6V Tốc độ tối đa động 1760 RPM áp hồi tiếp 14,4 V ta phải giảm áp điện áp so sánh 3.6V, ta có hệ số tỷ lệ 3,6/14,4 ta chọn hai điện trở R9=820 Ohm R13=3,3K Tương tự, ta có dòng điện tối đa qua động Imax = 300 A Áp từ điện trở Shunt hồi tiếp 0.3V suy hệ số tỷ lệ 3,6/0,3; ta chọn điện trở R76=8,2K R77=680 Ohm Các điện trở R1 R5 làm cho OPAMP hoạt động ổn định Sơ đồ mạch: 2K + - C 27 0 - 3 K A0 A1 A2 C LK 7 O E EO C S TA R T ALE I1 1 1 2 D D D D D D D D 1 P 25 24 23 22 STAR T AD C 0809 + R L Vcc JH D D D D D D D D 13 O E P R R EF+ R EF- C LK 10 0 L M /S O R 13 J7 IN IN IN IN IN IN IN IN 12 16 1u 820 U 22 26 27 28 L M /S O V I1 I2 VC C R G N D VU R Vcc 11 Vcc 10K P H A ÛN H O ÀI A ÙP R 76 JH R /R D C S2 A1 B1 O A2 B2 O A3 B3 O L M /S O I2 V c c1 VC C G N D STAR T O E 13 C H 10 74AC 02 U 5A Vcc 10K 0 680 O + - R 77 U 37 A0 B0 /W R 1 C S7 12 K J8 /W R C S2 P H A ÛN H O ÀI D O ØN G Khối nhập liệu: nhập giá trị đặt cho tốc độ moment.ta sử dụng phím nhấn hình sau: Vcc 1 1 1 1 14 Vcc C S1 / R 2D 74AC 32 SL 19 B B B B B B B B G D IR U A A A A A A A A 8 D D D D D D D D PORT G N D R VC C 74LS245 10 20 Vcc SW IC 74LS245 74AC32 dùng để mở rộng port R1 điện trở kéo lên nguồn Hoạt động mạch: SW2 ngắt, điện áp ngõ vào 74lS245 ln 5V; SW2 đóng điện áp 0V Khối xuất liệu: hiển thị giá trị đặt giá trị tốc độ hồi tiếp Ta sử dụng đèn LED dùng phương pháp chốt Sử dụng chốt 74LS573 có ngõ vào nối với port vi điều khiển Điện trở 330 giảm dòng vào LED IC 74AC02 tạo tín hiệu chọn chip cho chốt 74LS573 Sơ đồ mạch hiển thị: 20 Vcc O C C 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 330 VC C H 5 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q Vcc 7SEG A B C D E F G D P G N D C D D D D D D D D V1 V2 74H C 573 /WR CS3 CH5 74AC 02 Giải thuật vi điều khiển: Ý tưởng giải thuật: 2π=20ms α π/3 π/3=3333µ s π/3 α π/3 π/3 2π Khi vi điều khiển nhận tín hiệu interupt INT0 INT1 khởi động timer0 với thời gian alpla, giá trị nhập từ bàn phím (hiệu chỉnh vòng hở) tính phần hiệu chỉnh PI (hiệu chỉnh vòng kín với giá trị đầu π = 5ms để áp chỉnh lưu 0) Khi timer0 tràn chương trình thực : khởi động Timer1 với thời gian cố định 1/6 chu kì 2π = 3333 µs; nguồn ngắt INT0 vi điều khiển phát xung kích 1ms cho SCR1 Khi timer1 tràn chương trình thực lại việc khởi động timer1 kích cho SCR2 tương tự cho SCR3 đợi timer tràn chuẩn bi cho lần kích Chương trình thực tương tự cho INT1 Lưu đồ giải thuật vòng hở : N h a äp g o ùc k í c h a l p h a T h i e át l a äp c h e ñ o ä n g a ét n g o a øi c a ïn h x u o án g c h o I N T v a øI N T ; t i m e r v a ø ô ûc h e ñ o ä i = j= no c o ù n g a ét yes K h ûi đ o än g t i m e r d e l a y g o ùc k í c h a l p h a no ti m e r t r a øn yes K h ûi đ o än g t i m e r d e lay /6 c h u k ì n g a ét n g o a øi no yes K ích S C R i i = i + no k ích S C R j j = j + j=6 i=3 yes i = yes j=4 Hiệu chỉnh vòng kín: Bộ điều khiển số : vi xử lý, hạt nhân điều khiển, thông dụng hệ thống điều khiển công nghiệp Sức mạnh vi xử lý cung cấp đặc điểm tự điều chỉnh, điều khiển đa biến, hệ chuyên gia Khả giao tiếp vi xử lý qua đường bus mạng cục lý khác mà điều khiển số chấp nhận Bộ điều khiển số dùng cho điều khiển vòng kín gồm kiểu (mode) điều khiển PI, PD, PID Lấy mẫu (Sampling): Một điều khiển số đo biến điều khiển thời điểm xác định, phân thành khoảng thời gian (time interval), gọi thời gian lấy mẫu, ∆t Mỗi lần lấy mẫu (hay đo lường) biến điều khiển chuyển đổi thành số binary làm input cho máy vi tính số microcomputer Máy tính trừ tín hiệu lấy mẫu với tín hiệu đặt (setpoint) để xác định sai số (error samples) e1 = sp –cm1 = sai số lần lấy mẫu e2 = sp –cm2 = sai số lần lấy mẫu thứ hai e3 = sp –cm3 = sai số lần lấy mẫu thứ ba en = sp –cmn = sai số lần lấy mẫu Giải thuật điều khiển (control algorithms): Sau tính sai số, điều khiển PID theo thủ tục gọi giải thuật PID để tính ngõ điều khiển dựa sai số : e 1, e2, e3, …,en Giải thuật PID có hai loại, cấp bậc (positional version) gia tăng (incremental version) Bản cấp bậc (positional version) xác định vị trí valve, dựa tín hiệu sai số Phương trình (4.1) version đơn giản giải thuật cấp bậc n = Pen + PI.∆t.∑ ej + PD j=1 với ∆en ∆t (4.1) = vi trí valve tại, percent of full scale P = độ lợi điều khiển en= sai số tại, percent of full scale ∆t = thời gian lấy mẫu, second I = integral action rate, second-1 D =derivative action time constant, second ∆en = en − en−1 = thay đổi theo tín hiệu sai số Lưu đồ giải thuật sau: LẤ Y DỮLIỆ U C TỪADC mn Cmn=MẪ U THỨn CỦ A BIẾ N ĐIỀ U KHIỂ N TÍNH SAI SỐ e =sp - C mn n SP =ĐIỂ M ĐẶT e n=SAI SỐTHỨn ĐI LẦ N LẤ Y MẪ U KẾTIẾ P TÍNH HỆSỐP P =P * e n n I n =INTEGRAL MODE ACTION TÍNH HỆSỐI I n=I n-1 + P*I*DELTA* en P n= PROPORTIONAL MODE ACTION Dn =DERIVATIVE MODE ACTION DELTA =THỜ I GIAN LẤ Y MẪ U DÙ NG TÍNH HỆ ÄSỐD TÍNH HỆSỐD ∆ en =en- en-1 D =P*D*∆ en /DELTA Vn= Pn +In+Dn ĐƯA Vn RA DAC Bản gia tăng (incremental version) xác định thay đổi vị trí valve, ∆vn = − vn−1 , dựa vào sai số Giải thuật gia tăng (incremental algorithm) xác định cách sử dụng phương trình (4.1) để xác định vn-1 sau thực phép trừ phương trình (4.2) n−1 vn−1 = Pen−1 + PI∆t∑ ej + PD j=1 với ∆en−1 ∆t  ∆e − ∆en−1  ∆vn = P∆en + PI∆ten + PD n  ∆t   ∆vn = − vn−1 ∆en = en − en−1 ∆en − ∆en−1 = en − 2en−1 + en−2 (4.2) Giải thuật gia tăng (incremental) đặc biệt thích hợp với thiết bị đầu gia tăng động bước (stepper motor) Giải thuật cấp bậc (positional) tự nhiên có thuận lợi điều khiển có nhớ vị trí valve Nếu thời gian lấy mẫu, ∆t , ngắn số thời gian tích phân (integral action time constant) nhiều, T i = 1/I, giải thuật cấp bậc (positional) làm việc điều khiển analog Hiệu chỉnh tích phân (the integral mode): Hiệu chỉnh tích phân tính phương trình 4.1 cho kết khơng thỏa mãn Hệ số tính theo phương trình 4.1 sau: n Integral− tern= PI∆t∑ ej (4.3) j=1 ví dụ, hiệu chỉnh tích phân phải thay đổi lượng tính integral mode change = PI ∆t ej (4.4) Khi giá trị PI ∆t nhỏ 1, điều thuận lợi để sử dụng PI ∆t , lưu trữ máy tính dạng số nguyên (integer) Phương trình 4.4 sữa lại IDIV = PI∆t Integral mode change = ej I DIV (4.5) Nếu PI ∆t nhỏ, máy tính bỏ qua sai số nhỏ thiếu độ phân giải (insufficient resolution) Ví dụ, xét điều khiển số có chiều dài 12-bit Độ phân giải 12 bit binary 1/4096 Để minh hoạ điểm, ta giả sử số binary 12 bit tương ứng với khoảng sai số từ -2048 đến +2047 Nếu P=0.5, ∆t = 1s, I = 0.002 s-1 PI ∆t =(0.5)(1)(0.002) = 0.001 IDIV = 1000 Bất kì giá trị sai số lớn -1000 nhỏ +1000 ( 48% khoảng full_scale ) cho kết integral mode change nhỏ 1, bỏ qua Thay đổi nhỏ sau trừ độ phân giải máy tính thay đổi ví dụ Kết cuối ln có sai số ofset mà hiệu chỉnh tích phân khơng thể triệt tiêu Một cách giải sai số ofset tăng chiều dài word máy tính Một word 16 bit có độ phân giải 1/65.536, biểu diễn khoảng sai số từ -32.768 đến 32.767 điều giảm sai số ofset khoảng 3% khoảng full-scale Một cách khác cộng phần không dùng đến tổng sai số với sai số tại, e n, trước tính integral mode change Ở ví dụ trước, sai số 900 xuất hai lần liên tục không tính integral mode change mẫu bé 1000 Tuy nhiên, mẫu giữ lại, tổng 1800 tính integral mode change 1800/1000 =1 dư 800 Số dư 800 giữ lại cộng với sai số lần lấy mẫu Mỗi lần số dư tích lũy cộng với sai số lớn 1000, số tăng khác cộng với integral mode change Hiệu chỉnh vi phân (dirivative mode) Hiệu chỉnh vi phân tính phương trình 4.1 cho kết khơng thoả mãn Một tín iệu biến đổi chậm, ví dụ, kết hiệu chỉnh vi phân “jumpy” Điều xuất điều làm để nhuyễn hoá hiệu chỉnh vi phân Hiệu chỉnh vi phân tính theo phương trình (4-1)  en − en−1   ∆t   Derivative tern = PD   en − en−1   thực dự đoán mức thay đổi sai số, ∆t   Phân số  de/dt ∆t cố định mức lấy mẫu, ta cần tập trung phần (en – en-1), thay est Hệ số vi phân tính est1 gọi D1 est1 = en – en-1 D1 = PD est1 ∆t Nếu P=6, ∆t = 1, D=100 s, 100 est1 = 600est1 D1= Bảng hệ số vi phân tính từ biến điều khiển giảm mức 0,5%/1s Chú ý D1 600, đốn, est 1, Để đoán tốt dùng mẫu trước để cải tiến đốn Ví dụ dùng bốn mẫu trước để đoán ∆e Ta gọi đoán est2 ,và hệ số vi phân D2 est2 = (en + en-1) – (en-2 – en-3) D2 = PD est2 22 ∆t Nếu P=6, ∆t = 1s,và D = 100s, 100 est2 = 150est2 D2= Bảng 1: est e D1 est D2 n c cm 9 0 0 9 0 0 8 1 60 15 30 7 5 0 60 30 0 30 60 30 30 30 30 6 5 0 60 0 Bảng đoán làm nhuyễn hệ số vi phân est2 ứng với chu kì lấy mầu 2s Nó dùng mẫu để đốn e n vả hai mẫu để đoán e n-2 Thành phần 22 tính D2 tăng chu kì lấy mẫu lên lầnvà dùng hai mẫu để để tính giá trị trung bình Ta mở rộng nhiều mẫu trước Một đoán est tăng lên dùng mẫu để dự đoán en vả mẫu để đoán en-5 est5 = (en + en-1+ en-2 + en-3 +en-4) – (en-5 – en-6 + en-7 + en-8 + en-9) = PD est5 52 ∆t TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Bộ Môn Kỹ Thuật Điện Tử Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh GIÁO TRÌNH VI XỬ LÝ TĨM TẮT BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PTS Nguyễn Văn Nhờ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT & BÀI TẬP Robert N.Bateson INTRODUCTION TO CONTROL SYSTEM TECHNOLOGY Dương Minh Trí SƠ ĐỒ CHÂN LINH KIỆN BÁN DẪN SÁCH TRA CỨU THYRISTOR A…Z…60000 Phạm Thị Cư – Trương Trọng Tuấn Mỹ – Lê Minh Cường MẠCH ĐIỆN Một Số Luận Văn Liên Quan Trường Đại Học Bách Khoa Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật ... Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp... xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn n cb Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào giường Do trình điều chỉnh tốc. .. tải thay đổi Tổn hao phụ điều chỉnh lớn, tốc độ thấp tổn hao phụ tăng  V ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH RẼ MẠCH PHẦN ỨNG: Động điện chiều kích từ độc lập điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng có