Điều khiển, giám sát hệ thống mạng PLC điều khiển lò mở lò nhiệt và máy xếp hàng tự động, chương 13 doc

Chương 13 : LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ DC VÀ LÝ THUYẾTĐIỀU KHIỂN 6.1.Tìm hiểu đặc tính của động cơ 6.1.1 Các thông số điều kiển của động cơ : Động cơ một chiều hay động cơ DC được sử dụng rộng rã

Chương 13 : LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ DC

VÀ LÝ THUYẾTĐIỀU KHIỂN

6.1.Tìm hiểu đặc tính của động cơ

6.1.1 Các thông số điều kiển của động cơ :

Động cơ một chiều hay động cơ DC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền động nhờ đặc tính có thể thay đổi vận tốc và chiều quay dễ dàng Thường dùng

trong hệ thống truyền động của các xe điện, máy công cụ vận chuyển, máy cán, máy nghiền( trong công nghiệp giấy) …

Nguyên lý làm việc của động cơ DC :

R

B,J

L

U

Hình 6.1 : sơ đồ tương đương động cơ DC

Khi ta đặt điện áp 1 chiều U hai đầu chổi điện thì trong cuông dây phần ứng sẽ xuất hiện dòng điện Iư

Khung quay sẽ bị tác dụng bởi từ trường của nam châm vĩnh cửu và quay quanh trục Khi rô to quay nó sẽ cảm ứng

trên cuộn dây một sức điện động E có chiều ngược với chiều của dòng điện, còn gọi là sức phản điện

Do đó phương trình điện áp sẽ là : U = E + RưIư (6.1)

Các phương trình cơ bản của động điện cơ 1 chiều

U = E + RưIư (6.3)

M = KIư (6.4) Trong đó :

 : Từ thông trên mỗi cực từ (Wb)

Iư : dòng điện phần ứng (A)

U : Điện áp phần ứng(V)

 : Tốc độ của động cơ (rad/s)

M : Mômen do động cơ sinh ra(N/m)

K : hằng số phụ thuộc cấu trúc động cơ

Từ các phương trình trên ta có sự phụ thuộc của tốc độ động cơ

DC theo các đại lượng như sau :  = 

K

U - 

K RuIu

6.1.2Sai số tĩnh tốc độ:

Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt Nó là giá trị tương đối của độ sụt tốc ứng với tốc độ đặt khi không lý tưởng

 = Mc/β (6.5) S% = Mc/(β.od) (6.6) Như vậy sai số tốc độ phụ thuộc và độcứng của đặc tính cơ β, tốc độ đặt khi không tải lý tưởng od và phụ tải trên trục động cơ

6.1.3 Phạm vi điều khiển :

Phạm vi điều khiển (ký hiệu là D) là tỉ số giữa tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ứng với phụ tải đã cho

D = MAX/MIN (6.7) Tốc độ lớn nhất MAX thường bị giới hạn bởi độ bền

cơ của phần quay của động cơ Một số máy điện một chiều

MAX bởi đièu kiện chuyển mạch vì tốc độ lớn làm tia lửa điện phát sinh trên cổ góp Vì vậy thông thường chỉ cho phép điều khiển MAX  (2 – 3).đm

Tốc độ nhỏ nhất MIN trong dãy điều khiển bị chặn bởi yêu cầu khắc phục moment quá tải cho phép, bảo đảm độ chính xác điều chỉnh(s%)

MAX = 0 – Mđm/β (6.8)

MIN = (Kqt.Mđm – Mđm ).tg (6.9) 6.1.4 Hiệu suất của động cơ :

Nếu bỏ qua các tổn hao bất biến trong hệ thì phần tổn hao chủ yếu sẽ nằm trong mạch phần ứng, nên hiệu suất của hệ là :

=

1

2

P

P =

u R EIu

EIu

2

I.

 =

2

) ( 





K

MR

 (6.10)

6.2.Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ dc

Trong thực tế điều khiển động cơ , người ta cần điều khiển nhiều cấp tốc độ khác nhau, tùy yêu cầu và mục đích điều

khiển Để điều khiển tốc độ người ta có thể dùng các bộ truyền động và thay đổi tỉ số truyền nhưng phương pháp này có nhiều khuyết điểm Ngày nay để điều khiển tốc độ người ta dùng các phương pháp điện

Từ phương trình phụ thuộc của tốc độ vào các đại lượng khác ( = 

K

U - 

K

RuIu) ta có các phương pháp điều khiển động cơ sau :

1 Điều khiển khiển điện áp phần ứng ( thay đổi đại lượng U) bằng cách tạo ra điện áp 1 chiều thay đổi được và cấp cho động cơ

2 Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng để làm thay đổi dòng điện phần ứng Iư Thường sử dụng cho động cơ có công suất nhỏ

3 Điều chỉnh từ thông  bằng cách thay đổi dòng kích từ Phương pháp 2 và 3 làm giảm đặc tính cơ của động cơ nên độ chính xác không cao, phạm vi điều chỉnh hẹp, độ tinh chỉnh kém Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ

tăng và moment ngắn mạch giảm, nghĩa là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém

Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp (phương pháp 1) cung cấp cho động cơ hiện nay được sữ dụng rộng rãi nhất, nó được coi là phương pháp triệt để.Ta có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳvùng tải nào, kể cả khi

không tải lý tưởng.Đặc tính cơ điều chỉnh sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn Dãi điều chỉnh rộng và tổn hao năng lượng thấp Tuy mềm hơn so với đăc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn phương pháp điều chỉnh thông số ( , Iư) Mặc khác vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ nên tinh chỉnh cao, nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín

Khuyết điểm : là phải dùng bộ biến đổi điện áp DC nên chi phí vận hành và thiết kế cao

Ưu điểm : phương pháp này cho ta năng suất cao, tổn hao thấp

6.3.Phương pháp điều khiển điện áp 1 chi