Kỹ thuật truyền động điện: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Kỹ thuật truyền động điện tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Điều chỉnh tự động hệ thống truyền động động cơ một chiều; Điều chỉnh tự động truyền động động cơ không đồng bộ; Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ ba pha; Hệ truyền động nhiều động cơ;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

được biểu diễn bởi vòng tròn bên trong cố súc điện động E, ở phần stato co' thể

có vài dây quấn kích tù: dây quấn kích từ độc lậpCKĐ, dây quăn kích từ nối tiếp

CKN, dây quấn cực từ phụ CF và dày quăn bù CB, Hệ thống các phương trình

mô tả £> thưồng là phi tuyến, trong đó các đại lượng đàu vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng u, điện áp kích thích tzk , tín hiệu ra thường là tốc

độ góc của động cơ ữì, môrnen quayM, dòng điện phần ứng ỉ, hoặc trong mốt số

trường hợp là vị trí của rỗto y> Mômen tảiMc là mữmen do cơ cấu làm việc truyền

về trục động cú, mômen tải là nhiễu loạn quan trọng nhẩt của hệ truyền điện tự

động.

Hình 4-1. Giản đồ thay thế động cơ một chiều Hĩnh 4-2. Đặc tính cơ động cơ điện một chỉẽu4.1.1 Chề độ xác lập cùa động c® điện một chiều

Khỉ đạt lẽn dãy quãn kích, tù một điện ốp uk nào đó thì trong dây qu£n kích

tĩí sẽ có dòng điện ik và do đố mạch từ của máy sê ctí từ thông 4> Tiếp đó đặt

một giá trị điện áp ulên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần úng sẽ cố dòng điện chạy qua Tương tác giữa dòng điện phàn ứng và tù thông kích tù tạo

thành mômen điện tù, giá trị của mômen điện tư được tính như sau:

a - sổ mạch nhánh song song của dãy quấn phần ứng;

k = pNỊ2jĩa - hệ số kết cáu của máy.

Mômen điện tư kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quân phần ứng

quét qua tù thông và trong các dãy quán này cảm ứng sức điện độnệ (s.đ.đ):

2ĩta

trong đtí co - tốc độ góc cùa rô to.

Trong chế độ xác lập, cổ thể tỉnh được tốc độ qua phương trình cán bàng điện

áp phàn ứng:

U-RJ

trong đó lìư - điện trỗ mạch phần ứng của động cơ.

Với các phương trỉnh (4-1) và (4-3) ctí thể vẽ được hạ đặc tính cơ M(a>) của động cơ một-chiều khi tư thông khũng đớì, hình 4-2.

4.1.2 Chề độ quá độ của động co điện một chiều

1 Mứ tả chung

Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì cố thể viết được các phương trình mô tả sơ đồ thay thế hỉnh 4-1,a như sau :

Mạch kích tư cố hai biến dòng đỉện kích tư i k và tư thdng máy ỉà phụ thuộc

phi tuyến bởi đường cong tư hổa của lối sất :

ukịp) = RJ k (p) + Nk.p.o>(p), (4-5)

trong đơ - số vòng dãy cuộn kích từ;

.R k - điên trô cuộn dây kích tư.

Tìí các phương trình trôn thành lập được sơ đ& cáu trúc của động cơ một chiều

(hình 4-3) Tháy rằng 8Ơ đồ cđu trúc này là phì tuyến mạnh, trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hìnhẾ tuyến tính hđa quanh điểm làm việc Trước hết chọn

điềm làm việc ổn định và tuyến tính htía đoạn đặc tính tù hốa và đặc tính mômen tải như hình 4-4 Độ dốc của đặc tính từ hóa và đặc tính cơ mômen tải tương ứng là: (bỏ qua hiện tượng từ trễ); ■■■■’

A<b

A4

B = &MC

A co

Tại điểm lảm việc xác lập ctí: điện áp phần ứng ư Qt dòng điện phần ứng I 0!

tốc độ quay a>8, điện áp kích tií Ĩ7ko, tù thông <I>0, dòng điện kích từ /ko và mômen tải Afcg Biến thiên nhô của cốc đại lượng trên tương ứng là : AỈ7(p), AI(p), A<o(p) AZ/k(p), AZk(p), Aí>(p) và AMc(p).

Hình 4-4. Tuyến tính hóa đoạn đặc tính từ hóa và đặc tính tải.

Đổi với động cơ một chiều kích từ độc lập ÚVN = 0) thỉ có thể viết các phương trình sau:

Mạch phần úng:

ư0 + AƯ(P) = Ru[/O + AZ(p)] + p Lu [ĩo + AZ(p)] +

+ + A<ĩ»(p)] [<Wg + Aa>(p)] (4-8) Mạch kích từ:

Ưko + AỈ7k(p) = Rk[lk0 + AZk(p)] +p£k[lko + A7k(p)] (4-9) Phương trình chuyển động cơ học:

K[<X>0 + A4>(p)].[Zo +rA7(p)] - [Mg + AMc(p)] = Jp[a>B + Aw(B)] (4-10) Nếu bỏ qua các vũ cùng bé bộc cao thì từ cốc phương trình trên có thể viết được các phương trình của gia sỗ:

ACZ(p) - [K uig.A<l>(p) + R-.<I>0;.Aú>(p)] = Rư.AZ (p).(l + pTu) (4-11)

K.I o à&íp) + K.<ĩ>oAZ(p) - AMe = J-P&M (p) (4-13) Hlnh 4-5 trình bày sơ đồ cáu trức đã được tuyến tính hóa theo các phương trình (4-11) - (4-13) của động cơ một chiều kích từ độc lập.

Hình 4-5. Sơ đồ cẩu trúc tuyến tính hóa.

2 Trường hợp khi từ thông kích từ không dổi

Khi dòng điện kích từ động cơ khổng đổi,hoặc khi động cơ được kích thích bàng nam châm vĩnh cửu thỉ từ thững kích tù là hàng só :

= const = C u

Ỉ7(p) = «ư I (p)(l + pTu) + c u.a>(p)

cu-I(p) - Mc(p) = Jptuip)

(4-14) (4-15)

Hình 4-ộ. Scr đồ cấu trúc khi từ thông không đòi.

Sơ đồ cẩu trúc đống cơ khỉ tù thông không đổi được thể hiện trên hình 4'6.

Bàng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta cơ sơ đồ thu gọn hình 4-7, trong đó đặt:

hệ số khuếch đại động cơ: = 1/C U,

CẠp)p.T c Mẹịp)

c a ĩ(p) = - - - (4-17)

T ư T cp2 + Tcp + 1

Hình 4~7. Các sơ đồ cấu trúc thu gọn:

a) Tbeo tốc độ; b) Theo dòng điện.

4.1.3 Trường hợp đlộn áp phin úng không dổí

Khỉ giữ điên áp phần ứng khổng đổi và điều chỉnh điện áp kích từ thì do tính

chất phi tuyến của mạch tù nên tđt nhất là sử dụng sơ đố tuyến tính hóa quanh điểm, lồm việc Sơ đồ cáu trúc khi này sẽ là hình 4-5, trong đó tín hiệu điện áp

phần úng ăưịp) = 0, hãm truyền của động co sẽ cố dạng:

Nếu so sánh với phương pháp điều chỉnh điện áp phàn ứng thì phương pháp

điều chỉnh từ thông có các lợi thế và nhược điểm sau: lợi thế ở chỗ là chì điều

chỉnh phãn công suất rắt nhỏ so vớỉ công suất định mức của truyền động, nhược điểm là hàng số thời gian cuộn dây kích từ T k lớn, đặc tính tư hóa là phi tụyến

mạnh, phạm vi điều chỉnh hẹp và bị ảnh hưỏng rất mạnh của nhiễu Ịphụ tải Afc,

mặt khác tù dư của động cơ cố ảnh hưdng xấu đến chất lượng các hệ truyền động

đảo chiều bằng kích từ.

4.1.4 Động co một chiẾư ’kíchtù độc lộp trong vùng gián đoạn của dừng điện phần úng

Khi nối động cơ một chíèu kích từ độc lập vào các bộ biến đổi bán dẫn thì

trong các điều kiện nhất định cúa tốc độ và mũmen và của gốc điều khiển sẽ xảy

ra hiện tượng dòng điện phần ứng bị gián đoạn Khi này các đặc tính tĩnh và

động của động cơ sẽ khác biệt BO vởi trong chế độ dòng điện liên tục, mặc dù các phương trỉnh (4-14) và (4-T5) đđi với cảc giá tộ tức thời vân đúng trong vùng

dòng điện gián đoạn.

Trong khoảng thời gian tồn tại xung dòng điện, tốc độ động cơ tăng lên do có xung mômen điện tù khi dòng điện (và niômen) bằng khổng thỉ tốc độ động cơ

giảm xuống Sự gián đoạn của dòng điện phàn ứng gày ra đập mạnh tốc đổ đông

cơ, nếu hệ truyền động cố mflmen quán tính đủ lón thì đập mạch tốc độ sẽ là nhỏ

và ngược lạị Do giấ trị đàu và giá trị cuối của mối xụng dòng trong một chu kỳ

đều là zêrô nẽn khống cơ Bự gia tăng giá trị trung bỉnh của dòng điện theo thời

gian, nghĩa là điện Qảm mạch phàn ứng trong chế độ dòng điện gián đoạn khống

có tác dụng hạn chế giá trị trung bình của dòng điện phần ứng.

Tù cảc phương trình (4-14), (4-15) và các nhận xét trẽn có thể viết được các phương trình cho các giá trị trung bình trong một chu kỳ xung dòng điện:

Hình 4-8. Các giá trị tức thời cùa điện áp và dòng điện phân ứng trong chể độ dòng điện gián đoạn

của mạch chỉnh luni một pha, một nửa chu kỳ.

Điện áp u là hàm số của độ rộng xung dòng Ằ và góc điều khiển a của bộ biến đổi chuyển mạch tự nhiên Như sẽ trình bày ở các chương sau, độ rộng Ằ phụ thuộc vào góc điều khiển a và vàos.đ.đ động cơ (cũng tức là tổc độ động cơ tờ)

Do đo' giá trị trung bình trong một chu kỳ xung sẽ lã hàm s6 của góc điều khiển

a và tốc độ quay tư' ỉ = f (a, a>).

Thường trong các bộ chỉnh lưu gổc điều khiển a phụ thuộc tuyến tính vào điện

áp điều khiển u đị.:

Hinh 4-9 Sa đồ khối của dộng cơ một chiều trong chí độ dòng điện gián đoạn.

a = a - bUđk, (4-21), trong đó a, b là cốc hàng sổ phụ thuộc chu kỳ điện áp lưổi và biên độ xung răng

cưa của điện áp tựa Mô hình củá đổng cơ từ thỗng không đổi, trong chế độ dòng điện gián đoạn được trình bày ở hình 4-9.

Có thể tuyến tính hóa khâu phi tuyến fịa, (u) bàng cách tuyến tính hóa quanh

điểm làm việc:

Áỉ = - Á a -I - Aa> ■ (4-22)

da 9<u

Đê’ tính các đạo hàm riêng trong (4-22) cà thể dùng biểu thức giá trị trung

bỉnh của dòng điện trong vùng gián đoạn và đặc tính biên liên tục - chi tiết hơn được mô tả trong phần về chỉnh lưu bán dản.

Ị =— { —— [sin(a - A) - sin(a - )] - - } (4-23)

Biên giới tồn tạí dòng điện gián đoạn

[ -cos ỊP.COB (a - h A • ịp)] e e = — - C03 yj.cos (a - y>) (4-24)

trong đrì:

ưm - biên độ điện áp pha của lưới;

Cũng có thể xác định được các giá trị của các đạo hàm riêng trong (4-22) bàng

đo lường thực nghiệm, khi này căn đo và vẽ được các hàm sau:

í — /|(ot) Ị ty=const và / — tì:= const.

Hỉnh 4-10. Đồ th| đề xác đựih các đạo hàm riêng

trong đó quan hệ giữa dòng điện và góc điều khiển có thể được thay thế bàng quan hệ giữa dòng điện và diện áp điều-khiển vỉ giữa góc điều khiển và điện áp

điều khiển có quan hẹ hàm sỗ đơn trị (4-21) Trong vùng dòng điện liên tục, các

quan hệ hàm số là tuyến tính còn trong vùng dòng điện gián đoạn, các quan hệ

này là phi tuyến, đặt

Hình 4-11. Cấu trúc tuyến tính của động cơ một chiều từ thông không đồi trong vùng

dòng điện gián đoạn.

Trong chế độ dõng điện gián đoạn động cơ có cău trúc thông số biến thiên tùy thuộc vào điểm làm việc Nổi chung hệ số khuếch đại của động cơ bị giảm còn

hệ SỖ khuếch đại với tín hiệu nhiễu phụ tàỉ Af c và hằng số thời gian điện Cữ tăng lên so với trong chế độ dòng điện liên tục.

Các giá trị biên của các hệ só í], #2 là:

4.2.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chắp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bàn Chức nàng cơ bàn cùa mạch vòng dòng điện trong các hệ thống truyền động một chiều và xoay chiều là trực tiếp (hoặc gián tiếp) xác định nxôtnen kéo cùa đông cơ, ngoài ra còn có chức náng bảo VỀ, điỀu chinh gia tổc v.v

Một khái niệm đơn giản nhăt để điều chỉnh dòng điện cứ cấu trúc như hình 4-12a dùng bộ điều chỉnh tóc độ hoặc điện óp R có dạng bộ khuếch dại tổng và mạch phản hôi dòng điện phi tuyến p. Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ để khău phi tuyến ra khỏi vùng kém nhạy thì bộ điều chỉnh làm việc như bộ điều chỉnh tốc

độ (hay điện áp) mà không có sự tham gia của mạch phản hồi dòng điện Khi dòng điện đủ lớn, khâu p sẽ làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính và phát huy tác dụng hạn chê' dòng của bộ điều chỉnh R.

Khái niệm thứ hai được mô tả trên hình 4-12b Có hai mạch vòng với hai bộ điều chính riêng biệt 2ìâ, R 2, trong đtí R2 là bộ điều chinh dòng điện với gíá trị đặt 7đ Cấu trúc kiểu này cho phép điều chỉnh độc lập từng mạch vòng.

Hình 4-12. Các cấu trúc mạch vòng điêu chỉnh dòng điện.

Khái niệm điều chính dòng điện được sử dụng rộng răi nhỗt trong truyền động điện tự động như trên hlnh 4-12c, trong đó P, là bộ điều chỉnh dòng điện, Rw là

bộ điều chỉnh tốc độ Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng được tổng hợp từ dổi tượng riềng và theo các tiêu chuẩn riêng.

4.2.2 Tổng họp mạch vừng dòng điện khi bỏ qua súc điện đông động co

Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện như trên hình 4-13, trong do'

F là mạch lọc tín hiệu, Rj là bộ điều chinh dòng điện, BĐ lả bộ biến đổi một chiều,

là xenxơ dòng điện.

Xenxơ dòng điện có thể thực hiện bằng các biến dòng ồ mạch xoay chiều hoặc bàng điện trở sun hoặc các mạch do cách ly trong mạch một chiều.

Hirĩh 4-ỉỉ. So đ& khối của mạch võng citing điện.

^f’ Tvo, ^ư> Tị ■ các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển

chỉnh lưu, sự chuyến mạch chinh lưu, phần ứng và xenxơ dòng điện;

Hàm truyền cùa mạch dòng điện (hàm truyền của đổi tượng điều chỉnh) là như sau:

(1 + PTf)(l + PTdk)(l + PTVO)(1 + PTư)(l + PTị)

trong đo' các hằng số thời gian Tị, Tdk, Tvtl, Tị là rất nhỏ so với hàng số thời gian điện tù Tư Đạt = Tị + Tdk + Tvo + Tị thì co' thể viết lại (4-25) ở dạng gần đúng sau:

K cl Xi/B u

(1 + PspKl + Tưp) trong đo' 7’s < < Ta.

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu Pĩ

1 + T ư p aTp

do tính chăt càn dịu của nó mà trong nhiều trường hợp không xảy ra quá điều chỉnh dòng điện;

4.2.3 Tổng họp mạch vừng dừng điện có tính dãn ảnh hướng của s.đ.đ dộng co

Bổ sung vòng sức điện động vào sơ đồ hình 4-13 ta được sơ đò hình 4-14a và sau khi thực hiện vài phép biến đổí đơn giàn ta được sơ đồ hlnh 4-14b, trong đó /{J^ là thành phần dòng điện động và Ic là thành phàn dòng điện tinh của động cơ.

Khi không tải: Mc = 0 ta có hàm truyền cùa mạch vòng điều chỉnh như sau:

Tc 1 + TựP

w ” 2TS ■ (1 + !»(! + Tc p + TưTcp2)

Thấy rằng mạch vòng điều chỉnh là hữu sai, vớĩ hệ số sai lệch tỉnh bàng :

Tc + 2T S Tc + 2TS Nếu hàng thời gian điện cơ Tc càng lón thỉ hệ số sai lệch tĩnh càng nhỏ.

Để mạch vòng điều chỉnh đạt tiêu chuẩn môduĩi tối ưu thl ta phải tổng hợp

lại cấu trúc và tham sổ của bộ điều chỉnh, cụ thể là:

T&P2 + T„p + 1

—— ,2TSP 2

Hỉnh 444.Mạch đièu chinh dòng điện có tính đến sđđ động cơ.

Trong trường hợp nếu thông sỗ của đđi tượng thỏa mẫn điều kiện T c > 4T ư,

nghĩa là Ĩ^TỊp 2 + Tẻp + 1 - (1 + TịpKI + T2P) thỉ có thể dùng hai bộ đíèu chỉnh PI nối cấp để thỏa măn biểu thức (4-27) j với các hệ thống có yêu cằu khổng

cao lấm về chất lượng, có thể dùng một bộ điều chinh Pỉ để bù hằng số thời gian lón và chấp nhận sai lệch tĩnh của hệ.

4.2.4 Tống họp mạch vòng điều chỉnh dòng điện có tính đến vùng gián đoạn cúa dòng điện phần úng

Đặc tính và hàm truyền cùa động cơ một chiều thay đổi rất mạnh khi chuyển

từ vùng dòng diện liên tục sang vùng dòng điện gián đoạn, điều này làm phức tạp cho công việc tổng hợp các bộ điều chỉnh của hệ Giảỉ pháp thông thường là

sử dụng các bộ điều chỉnh thích nghi, cổ khả nâng thay đổi được cấu trúc và thõng sổ, giúp cho hệ đạt được các đật tính điêu chỉnh tổt hơn.

Xét sơ đồ cấu trúc cơ bản của mạch như trên hỉnh 4-13 Trong vùng dòng điện gián đoạn hệ số khuếch dại của bộ chỉnh lưu Thiristor giảm rất mạnh và có giá trị thay đổi tùy thưộc vào điện áp điều khiển udk và sđđ E. Trong vùng dòng điện gián đoạn không tồn tại khái niệm hằng số thời gian điện từ Tu, do giữa các xung

dòng điện thỉ Lu —= 0 Hàm truyền của đổi tượng bây giờ là:

flir (TCP + l)(7\p + 1) Trong đa số các trường hợp ta đều co' Tt > > Ts nên có thể làm gàn đúng:

= K - hệ số khuếch đạì của đối tượng, VI K phụ thuộc

vào udt và E nên tá viết

E). Theo tiêu chuẩn

mốđun tổì ưu ta tính được

hàm truyẽn của bộ điều chinh

là khâu tích phân:

1 1

ỉtịíp) ~~ - —

K(udk, E) 21}p

đo' là bộ điều chỉnh kiểu tích

phân có hệ só khuếch đại thay

đổi.

Trên hình 4-15 dẫn ra mệt

họ đặc tính của hệ thống ở

vùng dòng điện liên tục và ở

vùng dòng điện gián đoạn với

Hình 4-Ỉ5. Họ đặc tính điều chỉnh dòng điện trong vùng

liên tục (1) và gián đoạn (2).

thông số là sđđ quay của động cơ, từ đó co' thế dẵn ra dược quan hệ hàm số

^=/0^,5) Đây họ1đặc tính của các giá trị trung bỉnh nên có thể dể dàng đo lường và dụng chúng trẽn đồ thị

.Như vậy lằ trong vùng dòng điện liên tục thỉ bộ điều chinh nên có cău trúc kiểu Pĩ còn trong vùng dòng điện giản đoạn thi bộ điều chỉnh cần có cău trúc

kiểu I và để hệ có thế đáp úng được tính chất động tốt hơn thì hệ số khuếch đại của bộ điều chinh phải tự động thay đổi.

4.2.5 Bộ điều chỉnh dửng diện thích nghĩ với tửng xung dòng

Câu trúc hợp lý hơn cả của bộ điều chỉnh dòng điện kiểu thích nghi là nhờ vào thông tin tù xenxơ về tính liên tục của dòng điện khỉ chiếu tù vùng dòng điện

liên tục aang vùng dòng điện gián đoạn mà thay đổi cấu trúc bộ điều chỉnh từ kiểu PI sang ỉ và ngược lại Tròng vùng cấu trúc kiểu I, bộ điều chỉnh ctí hệ sổ khuếch đại tự động thay đđi tùý thuộc vào tình trạng gián đoạn của dòng điện Một giải pháp khác đơn giản hơn là áp dụng thích nghỉ cho tùng xung dòng điện, trong thời gian có dòng thì bộ điều chỉnh có cẩu trúcPI và trong thòi gian

Hình 4-16. Các phương án thay đồi cấu trúc bộ đtĩu chinh.

Hỉnh 4-17. Sơ đồ chức năng bộ điều chinh thích nghi

gián đoạn đòng điện thì bộ điều chỉnh cổ cấu trúc ĩ.

Sơ đồ khối chức năng bộ điều chinh thích nghi với tùng xung dòng điện như trên hình 4-17 Khi chuyển mạch CM ở vị trí trên thỉ bộ điêu chỉnh gồm nổi tiếp

khâu tỷ lệ p vớỉ khâu tích ph&n ỉ vả ta được bộ điều chỉnh co' cáu trúc kiểu ỉ

Khi chuyển mạch CM ở vị trí dưới thì bộ điều chỉnh gồm kháu tỷ lệ đạo hàm PD

nói tiếp với khâu tích phânỉvà ta được bộ điều chỉnh có cđu trúc kiểuPỊ. Khâu

so sánh ss đứng vai trò xenxơ phát hiện tính liên tục của dòng điện bàng cách

so sánh giá trị dòng điện sau xenxũ dòng với giá trị zêrô (0) và phát lệnh lôgic

u o điều khiển chuyển mạch CM.

Hình 4-18. Sơ đồ ngựyên lý cũa bộ điỄu chinh thích nghi.

Trong sơ đồ nguyên lý, chuyển mạch CMđược thực hiện bằng transistor trường

T có điện trở trong thay đổi rất mạnh trong các trạng thái khóa và báo hòa, giả thiết điện trỡ của trasistor T là JÌT = 00 khi no' khóa và R] >> R2. Hàm truyền

PD sẽ ỉà:

ĩ^ip) 2R2 pR2C,

Ro 2

khỉ transistor T bão hòa thì R ỵ < <R2 và ta có hàm truyền P:

Trong chế độ dòng điện, gián đoạn bộ điẽu chỉnh sẽ có hệ số khuếch đại thích

nghi Cho ràng tín hiệu vào Ỉ7j trong chế độ dòng gián đoạn có dạng các xung chữ nhật tương đương àỉ/.

ĐỒ thị thời gian của điện áp Uỵ đặt vào đầu vào của phàn tử tích phân sẽ như sau:

Trong khoảng thời gian í ị khóa T ồ trạng thái khóa (không dẫn) Do tác dụng của thành phần đạo hàm mà khuếch đại A] bão hòa trong khoảng thời gian tn:

Aư 2R2

um R„

trong đó ỈTỊn - điện áp bao hòa và r = -

2

Sau đổ điện áp ƯỊ có giá trị theo (4-29)

2fí 2

LTi ® àư

-Trong khoảng thời gian í 2 Khóa T dẫn và điện áp Uj sẽ là:

Hình 4-19. Mô tả gần đúng quá trinh hoạt động của bộ đièu chinh dòng thích nghỉ (hình 4-18).

Giã trị trung bình của điện áp 17 L trong một chu kỳ dòng điện phần ứng sẽ được tính theo hình 4-19:

và bởi vì íĩ 2 << n$ n 27i2 - < 0

Hệ số khuếch đại điều chỉnh trong chế độ đống điện gián đoạn giàm xuống khi

độ rộng xung , dòng (fj) tâng lên, bàng cách đó mà bù được tùng phần sự biến

thiên phi tuyến của hê số khuếch đại của hệ thống (đối tượng) điều chỉnh.

Hinh 4-20. Đặc tính hệ sốkhuếch đại trong đtẼu chinh thích nghi.

4.2.6 Bộ điều Chỉnh dòng diện thtch nghi cá khâu tiền chinh phi tuyến Úng dụng lý thuyết về hệ bát biến có thể có giâi pháp đơn giản hơn cho mạch điều chỉnh thích nghi dòng điện - hỉnh 4-21’ trong đó Fx là khđĩ phi tuyến chưa biết cấu trúc, jRj(p) co' cấu trúc PI.

Phần Solip) có hàm truyền theo (4-29)

Mục tiêu của tổng hợp là nếu bỏ qua thành phàn p2 thì :

mà sđđ E thay đổi nhiều,

càn bù được ảnh hưởng của

dòng điện gián đoạn thỉ nên

dùng bộ biến đổi là bộ băm

xung với tần số băm xung đủ cao.

4.3 Tổng hợp hê thõng truyền đông điều chinh tỗc độ

Hệ thống điều chỉnh tốc đô là hệ thổng mà đạỉ lượng được điều chỉnh là tốc

độ góc của động cơ điện, các hệ này rất thường gặp trong thực tế kỹ thuật Hệ

thống điều chỉnh tâc độ được hỉnh thành tù hệ thống điều chỉnh dòng điện Các

hệ thống này có thể là đảo chiều hoặc khống đào chiều Do các yêu càu công nghệ

mà hệ cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp hai Nhiễu chính của hệ là mômen

tải Àfc.

Hình 4-23. Hệ truyền động T- Đ đảo chiều.

Tùy theo yêu càu cửa cống nghệ mà các bộ điều chỉnh tổc độ Rw cứ thể được

tổng hợp theo hai tỉn hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc. Trong trường hợp chung hệ thống phải có đặc tính điêu chỉnh tđt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn

tù phía tín hiệu nhiễu loạn.

Kết cấu cơ băn của một hệ truyền động đăo chiều như trên hỉnh 4-23 Để đảo

chiều quay, trong hệ thống sử dụng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 nối song song ngược Các máy phát xung íXị và phát xung điều khiển hai bộ biến đổi này.

Các bộ điều chỉnh dòng điện 7Ì U và xenxơ dòng Sị|, Jỉj 2 và xenxơ dòng điện Sj2 tạo thành hai mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

Hình 14-24. Sơ đ& khối.

Phàn tử phi tuyến HCDlà phân tử hạn chế dòng điện trong quá trình quá độ, Xenxơ tốc độ đóng vai trò khâu phản hồi tổc độ Sơ đồ khối chức nâng được

trình bày trên hình 4-24.

4.3.1 Hệ thống điều chinh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ

Ỏ chương trước đã tổng hợp được mạch dòng điện, trong phần này sẽ sử dụng biểu thúc kết quả trong đổ đã bỏ qua ảnh hưởng của sđđ của động cơ ỉ

Sơ đồ khối cáu trúc của hệ điều chỉnh tớc độ như trẽn hình 4-25, trong đó

lã xenxơ tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ số truyền Kw và hằng

số thời gian (Lọc) TfJj. Thưòng có giá trị nhỏ, khi đó đặt 2T\ = 2T S + T w , đối tượng điều chỉnh có hàm truyền:

trong đó thường lăy a-2 = 2.

độ chính xác tĩnh của hệ thống vừa nêu Theo sơ đồ khối hình 4-24, tính được-.

Từ biểu thức (4-46) thấy rằng độ sụt tốc độ tỉnh Au> = ZeJỉ ư/KC ’ trong hệ thống

hô sẽ được giảm đí làn trong hệ kín Trên hình 4-27 mô tà quá trình thay

đổi dòng điện và tốc độ khi

có đột biến nhiễu tải Mạch

vòng tốc độ này là vô sai cấp

1 đối vối tín hiệu điều khiển

và là hữu sai đối với tín hiệu

nhiễu.

Giá trị của saỉ lệch tỉnh

tùy thuộc vào các thống số

trong biểu thức (4-46);

(4-47)

Hệ số khuếch đại cùa bộ

điều chỉnh tốc độ Kp có thể Hìn/t 4'27 - Ouá trìnỉl dòn8 đ^ n vả tổc độ khi 00 nhlỗu ‘ ải' thay đổi thông qua tham số

a2 theo (4-43).

4.3.2 Hệ thống điều chỉnh tóc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ Pl

Trong nhiều thiết bị cổng nghệ thường co' yêu cầu hệ thống điều chỉnh vô sai

cấp cao, khi này co' thể sử dụng phương pháp tối ưu đồi xứng để tổng hợp các bộ

điều chinh Vối mạch vông điều chỉnh tđc độ hàm truyền của bộ điêu chỉnh có

Thẵy ràng thành phàn tỷ lệ của bộ đifeu chính (4-50) đúng bàng hê só khuếch

đại của bộ khuếch đại (4-44).

Khi tổng hợp hệ thống theo phuong pháp tối ưu đối xứng thường phải dùng

thẽm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh quá điều chỉnh Khâu tạo tín hiệu đạt này

thương có hàm truyền của khâu ỉọc thông thấp bậc nhất, cổ hàng thòi gian lọc

tùy thuộc vào gỉa tốc cho phép của hê thống Tất nhiên khâu tạo tín hiệu đặt này phải đặt bên ngoài mạch vòng điều chỉnh tốc độ.

Ổn định thi saỉ lệch tốc độ.sẽ bàng không.

4.3.3 Hệ thống điều chinh tốc độ khi khừng cá mạch vòng dòng điên

Khi cả bộ biến đổì và động cơ đều có khả năng quá dòng lởn lại không có yêu

càu cao VỄ điều chỉnh gia tốc, hoặc khi sử dụng các truyền động cồng suất nhỏ dùng bộ bam xung áp có tôn sđ làm việc lớn đến mức khống xuất hiện vùng dòng điện giản đoạn thỉ có thể không cần xây dựng mạch vòng điều chỉnh dòng đỉện Trong trường hợp 7 C > 4T ư thi hàm truyền của đối tượng sẽ là:

Hệ thống đạt vô sai cấp một đổi với tín hiệu điều khiển, Nếu hệ thống co* hằng

số thời gian cơ học T c nhô thì tương ứng nên giăm hệ số khuếch đại của mạch

vòng điều chỉnh, nghĩa là nén chọn hằng số a lớn hơn một.

4.3.4 Hệ Ihổng điều chỉnh tâc độ điều chỉnh hai thông số

ỉ Điều chỉnh từ thông

Trong trường hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền của đối tượng

cơ dạng sau đây :

— • 1 " 11 J (4 - 55)

w (1 + pTk) (1 + pT sk) trong đó :

Ĩ7 k - giá trị trung binh điện áp ra của bộ biến đổi;

/ỉ k , Tk - thông só dây quấn kích tìí;

Tv - hàng sô thòi gian dòng xoáy;

Tsk - tổng các hàng số thời gian nhỏ trong mạch kích tìí.

Các hầng số thời gian T k , Tv phụ thuộc vào điểm lảm việc trên đặc tính tù hơa, do đó chúng là phi tuyến, tuy nhiên tỷ số giũa chúng là không đổi Trong trường hợp điều chỉnh tìí thông thì càn có xenxơ từ thòng :

Việc tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích tìí để điều chỉnh tốc độ động cơ gặp nhiều khó khăn do các thông số của mạch kích ttí thay đổi rất mạnh khi điều chỉnh Giải pháp chính xác hơn cả là sử dụng các bộ điều chinh thích nghi hoặc các bộ điều chỉnh phi tuyến

Điêu chỉnh dòng điện kích từ đóng vai trò quan trọng trong các hệ thổng truyền động câng suất không đổi hoậc khi càn điều khiển đòng bộ tóc độ nhi^u động cơ trên một dây chuyền công nghệ.

2 Diều chỉnh sức điện dộng

Việc điều chỉnh sức điện động E của động cơ được đặt ra trong các hệ thống lién quan đến điều chỉnh sức căng trong các hệ thống trục quân, trục tháo ở các dây chuyền trong công nghiệp giấy, dệt, v.v

Để gìữ được giá trị sức điện động là hàng só cần phải phổi hợp điều chình tốc

độ và từ thông Bởi vì sức điện động là hàm của hai biến (E = Kdku) nên chắc chấn trong hệ thống điều chỉnh phái chúa các khâu chức nãng phi tuyến.

Dể thực hiện xenxơ sức điện động thỉ đơn giản hơn cả là dùng các mạch đo điện áp và dòng điện phàn ứng :

= UẠp) - (1 + pTư)./(p), Khi tốc độ thay đổi, qua xenxơ tốc độ vả khôi trị tuyệt đối N2 sẽ đưa tín hiệu điêu chỉnh độ dốc của phần tuyến tinh cùa khối Bởi vỉ:

= K<u = K.wdm

-do đó độ dốc của khối N| sẽ phải là í

ụ ình 4-30. Hệ thống điêu chinh sức điện động.

Khối N t có thể được thực hiện' bàng mạch khuếch đại kiều thõng sổ Trên hinh 4-30 khối S ok(p! ) có hàm truyền của mạch kích tìti

s^p' = „

«k (1 + pT k ) (1 + pT sk )

3 Điều chỉnh hai thông sổ

Trong các hệ truyền động đạc biệt, cần điều chình cậ hai đại lượng điện áp

phần ứng và dòng điện kích thích, thí dụ như trong các máy phát hãm trong hệ

thòng điều chỉnh sức căng Có thể đièu chỉnh làn lượt hoặc đông thời cả diện áp

và từ thông Càn chú ý rằng khỉ điều chỉnh tử thông thl mòmen cho phép cùa

động cơ cũng bị giảm.

Một trong các phương án xâý dựng cáu trúc hê thống điều chỉnh hai thống số

là ghép nói đòng thời hai sơ dồ điều'chỉnh tốc độ và sức điện dộng, như trên hình

4-31, trong đó khói N I có độ đổc khỗng đổi.

Đàu vào của bộ đièu chỉnh sức điện động là giá trị định mức của tín hiệu

đặt E đ. Trong vùng điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản thì giá trị đặt của dòng điện

Hình 431 Sơ đồ khối hệ thống điều chinh hai thông số hằng hai bộ biến đòi Bt)ị và íiĩ)?

kích tù z kd là khống đổi, tương úng vói giá trị khổng đổi của từ thông Khi sức điện đống đạt đến giá trị đặt thỉ qua khau lôgic LOG giá trị này được so sánh với giá trịEđ, sai lệch được xử lý bởi bộ điều chỉnh fí E tạo dòng điên z kd sao cho

khi tang tốc độ thì từ thông giảm, Trong chế độ xác lập ta luôn có :

CHƯƠNG 5

5.1 MÔ tả chung

Nếu động cơ không đồng bộ (ĐK) là đối xứng, mạch tìí còn tuyến tính và khe

hở không khí là đóư, thì mỗi một (trong số sâu) dây quấn pha có phương trình điện

áp như sau:

dự'k

d/

trong dó, chỉ sô Ả’ chỉ dây quấn pha.

Tìr thông móc vòng của mỗi dây quấn:

trong đo' j cũng chỉ dây quấn pha, khi j - k ta có điện cảm tự cảm, khi j * ta co* điện cảm hỗ cảm.

Nếu lấy các chữ thường {a, b, c) chỉ d&y quăn pha stato, chữ in hoa (A, B, C)

chỉ dây quấn pha rôto thì ta có:

k = a, b, (?, A, B, c

j a, b, c, A, B, c

Mômen điện tií tức thời của một pha của động cơ không dõng bộ bàng:

Gọi góc quay của rôto là 0^ w là tốc độ quay cùa rôto ta có:

Dạt L là điên cảm chính của dây quấn pha động cơ không đồng bộ.

LrỊ là diện cảm tản.

là sổ vòng dây quăn stato.

IV là so vòng dây quấn rôto.

thì có thè’ viết dược biểu thức tù thòng cùa các dây quấn pha cho cả sáu cuộn dây Thí dụ viết cho pha a (A) như sau:

V’;t = r;l;i + V’|,:, + V'C;i + V’A;1 + V’n: + V'C;|

V ’a = V’aa + V'HA + V’ CA + V' aA + V'bA + V'cA

COSỜ m

4x cos(ớm + “)

5.1.1 Mô hình động cơ khống đồng bộ qui đổi về stato

Trong truyền động điện hay dùng mô hình qui dổi các dây quấn rôto về stato đẽ’ có được một mạch điện chung, trong đó công suẵt cơ học của động cơ được qui đổi thành tổn thãt trên điện trở giả tưàng, mô hlnh này chỉ cho phép tính toán các đặc tính và các đại lượng cùa động cơ ở ché' độ xác lập.

Để có được mò hình chung, ta coi ráng khi qui đổi dây rôto về stato, tức là các dây quấn rôto này đứng yên, trong khi đó tìí thông râto lại quay và do đd thành phàn ngang trục của từ thõng rôto sẽ cảm ứng trên các pha dây quấn rôto các sức điện động quay Mạt khác do*dây quấn rôto là đứng yên và trùng với trục dây quẩn stato nên hỗ cảm giữa chúng luôn là cực đại:

Có thể tính toán được tđt cả các đại lượng điện từ và cơ học của động cơ, căn

cứ vào cấn trúc mỏ hình, thí dụ có thê’ tính được tỉí thông của rôto đã qui đổi:

V ’ Ar ~ Ltĩỉ i A1 + -í-n/ias + í' Ar) = V' „A + V ’mA

V ' Br = Br + ^m^bs + ’’bc* = V’ </B + ^ ’ nlB

V Cr = Cr + ^m^cs +íy = V ưC + V' m c

Súc điện động quay của rôto tỉ lệ vối tích so giữa tốc độ quay của trục râto (w)

và thành phàn ngang trục tương ứng của từ thông rô to Với máy điện đổi xứng ta ró:

(’ăn cứ vào mô hình và các kí hiệu quỉ ước, có thể dẫn ra được các phương trình

Mô hình trên hình 5.2 rãt thuận tiện cho việc sỏ dụng các phân niêm mô phỏng,

do động cơ là đổi xứng nên ta co':

3.,

E* = 4 +■

L, = E m + L ‘„

5.1.2 Chuyền vị tuyến tính các hệ tọa độ

1 Vectơ không gian

Trong mây điện ba pha thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời thành các vectơ không gian, vectơ này nằm ộ mặt phẳng vuông góc với trục rôto (mặt cát ngang máy điện) Nếu chọn trục tọa độ như sau: trục thực -trùng với trục dây quấn pha a, thì bâ't kỳ một đại Iqợng nào đó của mạch stato (us, V’s, i s ) mà sau đây ta

kí hiệu lã K, với:

K,(0 + K h (t) + K c (t) = 0 thỉ có thế xác định được một vectơ định nghĩa như sau:

K - I [K.,(í) + aJf„(t) + ư2.Kc(í)l, trong đó a ỉà toán tử quay:

« = exp{ýÝl= 2+>V

kbCi).a KĩtỴa 2 Kctì^a.ụt) + a^Kit)

Hình 53 Dựng vectơ không gian stato

Vectơ không gian Kk quay trong mặt phẳng vởi tốc độ bằng tốc độ của tìí trường

quay, có thể xác định được các thành phần khi chiếu vectơ này lên hệ tọa độ trực giao.

jVs > JVt - số vòng dây quấn một pha stato, rờto;

i9m = fi chỉnh lã vị trí góc của rôto.

Co' thế xác định dược vectơ tù thông stato và vectơ tù thông rôto như sau:

í/'s - Lm( 2 + ƠN)‘Í!i + ã’Ặ^ m

ự’r = 2n íí'L ™'Ì*' & m + Lm( 2 + ơ0 ‘r

ìlinìi 5-4. Mô hình vectơ của động cơ điện không đòng bộ

2 Vectơ không gian trong hệ trục tọa độ quay

Bây giờ ta chiếu vectơ K lên một hệ trục tọa độ trực giao quay cùng chiều với vectơ K, với tốc độ quay là wk, hệ trục tọa độ này được kí hiệu là (u, ỡ, 0).

Do dây quấn róto quay với góc fl nên các vectơ rôto trong tọa độ quay sẽ là:

điện động quay ỉ)ể ý rằng CÁC. biểu

thức trong dấu ngoặc đơn chính là

từ thông State, do đó có thể viết

vectơ điện áp stato ở dạng ngắn

gọn trong hệ trục tọa độ quay (ti, f),

0j như sau:

V dV’sk

-"sk = fis-‘«k + at, + j^k-V’sk

LẠp luẠn tương tự ta có thể tim

được biếu thức cho các vectơ rôto:

3 Qui đổi các dại lượng rôto về st.a to

Có thô' coi mò hỉnh vectơ là động cơ không đong bộ một pha, trên rôto và state chỉ co' một dây quấn, vỉ vậy có thể qui đổi mạch rôto v'ê stato Thí dụ:

ỉMk = í~sk 4- ĩ ’rk - vectơ dòng điện từ hóa

ỹ^k = LMJMk ■ vectơ tù thống máy điện.

ự'VJk = L 7 k - vectơ từ thông tản stato.

V'rok ^t»»Jrk - vectơ từ thòng tàn rõto qui đổi về stato,

ta có thể viết til thõng stato và rôto như sau:

'/sk - ^ơsÁk + ^M^Mk

^,r, V'rk - TT^iv’rk +

hệ phương trình (5-15) và có sơ đồ thay thế hình

dạng phương trình tương tự như

T quen thuộc như trên hình 5- 6:

trong đó đạt: Wj — Lơk — p’.tu,

Công suât tức thời của động cơ không đong bộ ba pha tính theo các đại lượng trong hệ trục (w, tì, 0) như sau:

5.1.3 Mô hình động cơ không dõng bộ trong các hệ tọa độ I

1 Hệ tọa dộ gán vái stato

Hệ trục này gọi tên là («, fì,

0) được gán với stato trong đó

tìí đây trở đi sã không dùng dẩu phẩy (’) để kí hiệu các đại lượng rõto qui dổi về stato, tức là các đại lượng rôto trong các phương trình và hình vẽ mặc nhiên được coi là đã được qui dổi vẽ phía stato Cũng can để ý ràng các trục tọa độ là trực giao, nên thành phân sức điện động hỗ cảm giữa chúng là bằng không, và thành phan từ thông trẽn trục này ]à thành phần hgang trục, tạo sức điên động quay cho trục kia,

dv*s

+ ——— ; d/