Bài giảng tổng hợp hệ điện cơ (chương 6)

Giíi thiÖu m«n häcChương I: Hệ thống tuỳ động Chương II: Các phương pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều và hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện áp Chư

Trang 1

Khoa §iÖn - Bé m«n T§H

Tr êng §¹i häc KTCN

Th¸i Nguyªn

Bµi gi¶ng m«n häcTæng hîp hÖ ®iÖn c¬ 2

Trang 2

Giíi thiÖu m«n häc

Chương I: Hệ thống tuỳ động

Chương II: Các phương pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều và hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện áp

Chương III: Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn

Chương IV: Hệ thống điều tốc động cơ không đồng bộ rotor dây quấn

Chương V: Hệ thống truyền động điện điều tốc biến tần - động cơ đồng

bộ

Chương VI: Hệ truyền động điện điều chỉnh vị trí

Trang 3

- Sách, giáo trình chính : Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ do bộ môn Tự động hoá XNCN - Khoa Điện biên soạn (đang biên soạn)

- Sách tham khảo:

[1] Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động

điện; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,2004

[2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, D ơng Văn Nghi; Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2002.

[3] Bùi Đình Tiếu; Cơ sở truyền động điện tự động; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1984.

[4] Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh; Giáo trình Kỹ thuật biến đổi; Tr ờng đại học kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 1998.

[5] Cyril W Lander; Power Electronics; 1993.

Trang 4

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Trang 5

6.1.2 Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và

nguyên lý làm việc của nó

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Trang 6

6.1.2 Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và

nguyên lý làm việc của nó

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Trang 7

(1) Bộ đo kiểm vị trí: do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị trí (góc), trong đó trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trước (góc đặt), trục quay của chiết áp RP2 thông qua

cơ cấu nối với bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ chiết áp đều được cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U, như vậy có thể chuyển

tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện ở đầu ra

(2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo thành, trong đó bộ khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn 2A có tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp (phương vị âm dương của góc pha)

Trang 8

(3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: để cung cấp cho động cơ chấp hành của hệ thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải khuếch đại công suất, các bộ khuếch đại công suất này thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung nếu động cơ truyền động là động cơ một chiều, trường hợp dùng động cơ xoay chiều thì bộ khuếch đại công suất thường là biến tần.

(4) Cơ cấu chấp hành: động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều,

từ trường vĩnh cửu) để truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten ra đa), giữa động cơ và phụ tải thường có bộ phận truyền lực (hộp giảm tốc)

Trang 9

Bốn bộ phận trên là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ, có thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều v.v

6.1.3 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc

Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ động) và hệ thống điều tốc Cả hai đều là hệ thống kín (có phản hồi), tức

là thông qua việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống với lượng cho trước (lượng đặt) để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của hai hệ thống này là giống nhau.

Trang 10

Đại lượng cho trước của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho mức độ nhiễu như thế nào, đều mong đại lượng đầu ra ổn định, vì thế chất lượng chống nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất Còn trong hệ thống tuỳ động thì tín hiệu đặt vị trí là thường xuyên thay đổi, là đại lượng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lượng đầu ra bám chính xác theo sự thay đổi của lượng cho trước, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi đầu ra trở thành đặc trưng chủ yếu của hệ thống tuỳ động Hay nói cách khác chất lượng bám là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này.

Từ hình 6.1 có thể thấy, hệ thống tuỳ động có thể xây dựng trên

cơ sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vòng vị trí là đặc trưng cấu trúc chủ yếu của hệ thống tuỳ động Vì vậy hệ thống tuỳ động thường phức tạp hơn hệ thống điều tốc

Trang 11

6.1.4 Phõn loại hệ thống tuỳ động vị trớ

Hình 6.2: Cấu trúc điển hình của hệ tùy động kiểu mô phỏng

Trang 12

6.1.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí

- Hệ thống tuỳ động điều khiển góc pha kiểu số

Trang 13

- Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số

Trang 14

- Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số

Trang 15

6.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ

6.2.1 Sensin (SS)

Trang 16

6.2.1 Sensin (SS)

u ss = U ssm sin(ωt - ϕ + 90 0 ) cos(θ1 -θ2 ) (6.1)

Trang 17

6.2.1 Sensin (SS)

u ss = U ssm sin∆θ sin(ωt - ϕ + 90 0 ) (6.2)

Trang 18

6.2.2 Bộ biến áp quay (Br)

Trang 20

6.2.2 Bộ biến áp quay (Br)

ubr(t) = m[u1(t)cosθ + u2(t)sinθ] = mUm cos(ωot +θ) (6.3)

Ubrm = kUfm cos(∆θ - 90o) = kUfm sin∆θ (6.4)

Trang 21

6.2.3 Bộ đồng bộ cảm ứng (BIS)

Trang 22

6.2.4 Đĩa mã quang điện

6.2.4.1 Đĩa mã kiểu gia số

Hình 6.12: Nguyên lý làm việc đĩa mã quang kiểu gia số

a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đồ thị lượng ra

Trang 23

6.2.4 Đĩa mó quang điện

6.2.4.2 Đĩa mó kiểu trị tuyệt đối

Hình 613: Đĩa mã quang điện trị tuyệt đối

a) Đĩa mã chế độ nhị phân b) Đĩa mã chế độ tuần hoàn

Trang 24

6.2.4 Đĩa mã quang điện

6.2.4.2 Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối

Trang 25

6.3 HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG VỊ TRÍ SENSIN VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ NÓ

6.3.1 Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin

6.3.1.1 Sensin

Trang 26

6.3 HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG VỊ TRÍ SENSIN VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ Nể

6.3.1 Cấu tạo và mụ hỡnh toỏn học của hệ thống tuỳ động vị trớ sensin

6.3.1.1 Sensin

Khuếch

đại công suất đảo chiều

Bộ điều chỉnh

Chỉnh l u nhạy pha

Uss SST

SSF

uf

Bộ giảm tốc Phụ tải

θm

Hình 6.14: Hệ thống tuỳ động vị trí sensin

Trang 27

6.3.1.1 Sensin

Trang 28

6.3.1.2 Khuếch đại nhạy pha

Trang 29

6.3.1 Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí

sensin

6.3.1.3 Khuếch đại công suất đảo chiều

Có thể là bộ chỉnh lưu điều khiển có đảo dòng hoặc các bộ xung điện áp đảo chiều,…

Với là chỉnh lưu điều khiển thì hàm truyền của bộ KĐCS:

b

K

s 1

τ +

Trang 30

sensin

6.3.1.4 Cơ cấu chấp hành

Là động cơ truyền động, còn gọi là động cơ bám.

Thường sử dụng động cơ một chiều, xoay chiều, các động cơ đặc biệt, khi dùng động cơ một chiều thì hàm truyền của động cơ là:

Đơn giản hóa gần đúng là:

e 2

1/ C

e m

1/ C

T s 1 +

Trang 31

n(s) Kg θm(s)

s

Trang 32

6.3.1 Cấu tạo và mụ hỡnh toỏn học của hệ thống tuỳ động vị trớ sensin

Mụ hỡnh cấu trỳc trạng thỏi động

Hình 6.18: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống tùy động vị trí

sensin

θm(s)

Kss

θm(s) -

Rp(s)

Uss(s) Uph(s) Uđk(s) Ud(s) n(s)

ph ph

*

m (s)

θ ∆θm(s)

Trang 33

Mô hình cấu trúc trạng thái động

m

Trang 34

6.3.2 Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin

6.3.2.1 Sai số đo kiểm

Trang 35

6.3.2.1 Sai số nguyên lý (sai số hệ thống)

Trang 36

Các dạng tín hiệu vào

Trang 37

Sai số hệ thống với hệ loại I

Trang 38

Sai số hệ thống với hệ loại II

Trang 39

Hệ số phẩm chất tốc độ K v và hệ số phẩm chất gia tốc K a

* m v

m 2

1 lim s

s 0

1 lim s

Trang 40

6.3.2.3 Sai số nhiễu

Trang 41

6.3.2 Phõn tớch sai số trạng thỏi ổn định và tớnh toỏn tham số của hệ thống tuỳ động vị trớ sensin

6.3.2.3 Sai số nhiễu

θm(s)

θm(s) -

Khuếch

đại nhạy pha

Bộ

điều chỉnh

vị trí

KĐ công suất đảo chiều

Động cơ

Bộ giảm tốc

Thay đổi của nguồn

Sự trôi điểm không

Dao động của mạng điện

Nhiễu của phụ tải

Ma sát khô

Hình 6.21: Tác động của nhiễu lên hệ thống tùy động

*

m (s)

θ ∆θ m (s)

Trang 42

Trang 43

6.3.2 Phõn tớch sai số trạng thỏi ổn định và tớnh toỏn tham số của hệ thống tuỳ động vị trớ sensin

Hình 6.22: ảnh h ởng của nhiễu phụ tải

đối với hệ thống tùy động vị trí

Hình 6.23: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động ở trạng thái nhiễu phụ

tải

θm(s)

θm(s) -

Trang 44

1

I R e

K

= −

Trang 45

6.4 HiỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ

6.4.1 Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh)

Sơ đồ cấu trúc

Trang 46

Sơ đồ cấu trúc

θm(s)

θm(s) -

Trang 47

Làm gần đúng mẫu số hàm truyền đối tượng điều khiển:

Trang 48

Hình 6.26: Bộ điều chỉnh PID a) Sơ đồ mạch điện; b) Đặc tính tần biên logarit

Trang 49

Trang 50

p

2

1 2 2 3 3 1 1 2 1 2 1 2 3 2

r R

Trang 51

τ0 = RvC1; τ1 = (R1 + R2) C1; τ2 = (R2 + R3) C2; τ3 = R3C2

θm(s)

θm(s) -

p

R

W

Trang 52

Với việc chọn τ3 rất nhỏ so với T m , vì vậy có thể thay 2 khâu quán tính bậc nhất với hằng số thời gian là τ3 và T p bằng một khâu quán tính với hằng số thời gian là TΣ = τ3 +T p ; chọn τ1= T m và đặt K=K đt /τ0 thì cấu trúc của hệ là:

θm(s)

θm(s) -

Trang 53

6.4.2 Hiệu chỉnh song song (phản hồi)

6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi õm tốc độ

Hình 6.28: Hệ thống động có hiệu chỉnh mắc song

song

θm(s)

θm(s)-

Khuếch đại

Ws(s)-

*

m(s)

θ ∆θm(s)

Trang 54

6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi õm tốc độ

θm(s)

-Bộ giảm tốc

Hình 6.29: Sơ đồ cơ cấu trúc trạng thái động hệ thống tuỳ

động có phản hồi âm tốc độ quay

Động cơ

Khuếch đại công suất

Sensin và khuếch

đại nhạy pha

n(s)-

on

T s 1

γ +

Trang 55

6.4.2.1 Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi âm tốc độ

Khi bỏ qua τ, T e , T on thì hàm truyền mạch vòng trong là:

T s(T s 1)s( s 1)

đt c

K K

1 K K

=

+

m k

đt c

TT

1 K K

=+

Trang 56

6.4.2.2 Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi õm vi phõn tốc độ

Hình 6.30: Mạch lấy tín

hiệu vi phân tốc độ quay

FT

C RP

R

uFT

c n

2 c

n dn

Trang 57

T 2 τ

Trang 58

6.4.2.2 Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi âm vi phân tốc độ

Trang 59

6.4.3 Điều khiển phức hợp (bự theo lượng điều khiển)

θm(s)

θm(s)-

W2(s)+

W1(s)F(s)

Hình 3.33: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tuỳ động điều khiển phức hợp (bù theo l ợng điều khiển đầu vào)

++

Trang 60

6.4.3 Điều khiển phức hợp (bù theo lượng điều khiển)

6.4.3.1 Nguyên lý bất biến

2

1 F(s)

Trang 61

Trang 62

6.4.3.2 Phương pháp hàm số truyền tương đương

Trang 63

Gi thiÕt hÖ thèng ban ®Çu lµ hÖ thèng lo¹i I, hµm sè truyÒn m¹ch vßng ả

hë cña nã lµ:

v 1

K W(s)

s(T s 1)

=

+

Khi tín hiệu vào dạng tuyến tính thì bộ phận bù có thể lấy đạo hàm bậc

nhất, chọn hàm truyền F(s) = τ1 s thì hàm số truyền mạch vòng hở tương đương sẽ biến thành:

Trang 64

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	1,32 MB