THIẾT KẾ TRUYỂN ĐỘNG TỰ ĐỘNG

Bộ biến đổi Tiristor với chuyển mạch tự nhiên và có điện áp dòng điện ra là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều khiển được.. Phương trình

Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu cùng chủ đề của tác giả khác

Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây:

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

Thông tin liên hệ:

Yahoo mail: thanhlam1910_2006@yahoo.com

Gmail: frbwrthes@gmail.com

CHƯƠNG II

BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU TIRISTOR

Các bộ biến đổi điện áp và dòng điện

Trong các ngành công nghiệp thiết bị máy móc sử dụng năng lượng điện dưới những dạng khác nhau Trong khuôn khổ bản đồ án này chỉ chình bày các kỹ thuật biến đổi các dạng điện năng Biến năng lượng điện xoay chiều công nghiệp hay của máy phát điện xoay chiều sẵn có thành những năng lượng điện một chiều muốn có bằng phương pháp chỉnh lưu

Dạng biến đổi này được dùng rộng rãi nhất trong các dạng biến đổi năng lượng điện

Ngoài ra trong thực tế người ta còn sử dụng các quá trình biến đổi năng lượng điện khác như

- Kỹ thuật nghịch lưu

- Kỹ thuật biến tần

Trong các hệ truyển động 1 chiều Nguồn cung cấp thường là các bộ biến đồi (BBĐ) chỉnh lưu điều khiển Việc chọn được BBĐ phù hợp với yêu cầu của công nghệ và tối ưu về kinh tế là một việc quan trọng Vì vậy trong chương này ta

sẽ phân tích về chỉnh lưu Tiristor để chọn lựa được sơ đồ phù hợp và thiết kế mạch điều khiển nó

I./ KHÁI NIỆM CHUNG

Bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải

Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được cọi là một chiều nhưng thực sự là điện áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng do nguồn xoay chiều rất khác nhau

Bộ biến đổi Tiristor với chuyển mạch tự nhiên và có điện áp (dòng điện) ra

là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều khiển được

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có thể thực hiện được chuyển mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

Các bộ chỉnh lưu được chia làm hai loại: chỉnh lưu nửa chu kỳ còn gọi là chỉnh lưu nửa sóng; chỉnh lưu hai nửa chu kỳ còn gọi là chỉnh lưu toàn sóng

- Theo kiểu van sử dụng có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển

- Theo sơ đồ đấu có: Sơ đồ hình tia là khi chỉ có một nhóm van đấu chung (Anốt) Katốt; Sơ đồ hình cầu là khi dùng kết hợp cả hai nhóm trên

- Theo số pha nguồn có: Sơ đồ 1 pha, sơ đồ 3 pha, sơ đồ 6 pha, m pha

- Như vậy sơ đồ cầu sẽ có số van bằng 2 lần số van của sơ đồ hình tia khi có cùng số pha nguồn

23

Dạng được áp dụng ra tải sẽ được xác định nhờ luật mở van đối với các nhóm anốt (Katốt) chung Đối với chỉnh lưu điều khiển vì dùng van Tiristor cho nên phải căn cứ vào góc mở X và tính chất của tải Nhìn chung dạng điện áp ra tải

là nhấp nhô không bằng phẳng Độ đập mạch sẽ nhỏ đi khi số lần đập mạch tăng Nếu gọi số lần đập mạch trong một chu kỳ điện áp nguồn là P và số pha của nguồn cấp là m ta có nhận xét:

- Sơ đồ tia có: P = m

- Sơ đồ cầu có: P = 2m

- Dùng sơ đồ cầu 2 pha có P = m vì điện áp tổng cộng 2 pha là hình sin cùng tần số

Như vậy để nhận được dạng điện áp ra tải có tốc độ đập mạch thấp thì sơ

đồ chỉnh lưu 3 pha là tốt hơn

- Sử dụng điện áp 3fa rất thuận tiện vì có công suất ra tải lớn

- Dạng điện áp và dùng điện ra tải ít đập mạch, do đó vấn đề lọc sẽ đơn giản, rẻ tiền

Tuy nhiên mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Để chọn được sơ đồ chỉnh lưu thích hợp ta xem xét từng loại sơ đồ chỉnh lưu

II./ CÁC BỘ CHỈNH LƯU DÙNG TRONG HỆ T - Đ

1 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ

Hình II – 1: Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ

U1

Tải điện cảm

UL

Hình 1I-1: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển và các dạng sóng

Bộ chỉnh lưu điều khiển biểu diễn trên hình II-4 dùng toàn tiristor Trước lúc mồi các tiristor chưa dẫn điện và để có được dòng điện trên tải cần mở đồng thời tiristor I1 và T2, tương tự sẽ mở đồng thời tiristor T3 và T4 ở nửa chu kỳ sau Phải dùng một mạch mồi đồng thời cho tiristor T1 và T2 Máy biến áp xung có hai đầu ra cách ly, vì catốt của các tiristor có điện thế khác nhau trong mạch công suất Điện áp tải cũng giống như điện áp mô tả ở bộ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, trị

Các xung môi trên cực điều khiển

Dòng điện nguồn

V max = Đỉnh điện áp thuận

25

α π

θ θ π

α π

α

cos

2sin

max

U d U

U tb = ∫+ = trừ đi hai điện áp rơi trên tiristor Phương trình trên không dùng được nếu dòng điện tải là không liên tục

Hình 11-2: Sơ đồ nối đầu ra của mạch điều khiển

2- Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

Mạch

mới

Cực điều khiển đèn tiristor 1 Catốt

Cực điều khiển đèn tiristor Catốt

Đối với sơ đồ tia 3 pha: Giá trị trung bình điện áp tải:

π Cos2

U6

dòng trung bình qua van: Iv = Id/3, số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu :

P = 3; công suất máy biến áp: Sba = 1,34Pd

2-Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha :

Ở mạch này người thiết kế sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển được mắc theo sơ đồ cầu 3 pha đối xứng được biểu diễn ở (hình III-3) bao gồm 6 thyristor được chia thành 2 nhóm

θθθ

θ0

0

0

0

0

27

(Hình II-3) : Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha và dạng điện áp ra trên tải

Nguyên lý làm việc của sơ đồ cầu như sau :

Ở khoảng π/6 ; π/3 các sức điện động ea > eb > ec điện thế tại các điểm UA > UC >

UB

+ Với nhóm Ktôt chung thì có điện thế dương cao nhất nên khi có xung điều khiển với sóc mở α thì T1 sẽ mở ( thông ).Khi T1 mở thì T3 và T5 bị khoá do bị phân cực ngược

+ Về nhóm anôt chung T6 có điện thế âm nhất nên khi có xung điều khiển với góc mở α => T6 sẽ mở => T6 dẫn làm cho T2 và T4 khoá vì phân cực ngược

=> ở khoảng π/6 ÷ π/3 thì T1 và T6 dẫn dòng

Nguồn Æ T1 Æ phụ tải Æ T6 Æ Nguồn

Ở khoảng 3π/6 ÷ 5π/6 thì các sức điện động Ca > Cb >Cc

-Với nhóm Ktốt chung T1 vẫn có thể dương cao nhất nên vẫn dẫn còn T3 và T5

bị phân cực ngược nên vẫn bị khoá

-Với nhóm Anôt chung T2 có thể Ktôt âm thấp nhất nên khi có xung điều khiển

T2 sẽ dẫn, T4 và T6 do phân cực ngược nên bị khoá lại => dòng điện sẽ dẫn từ nguồn đến tải qua T1 và T2

Khoảng 5π/6 ÷ 7π/6 lúc này eb > ea > ec

-Với nhóm Ktôt chung T3 có thể Anôt dương cao nhất nên khi có xung điều khiển thì T3 sẽ bị dẫn Khi T3 dẫn làm cho T1 đang dẫn bị khoá lại

-Với nhóm anốt chung Æ T2 vẫn có thể Ktôt âm nhất nên vẫn dẫn dòng, còn T4

và T6 bị khoá lại do phân cực ngược

Dòng điện phụ tải được dẫn từ nguồn đến tải qua T3 và T2 xét tương tự như trên trong các khoảng (7π/6 ÷ 9π/6)( 9π/6 ÷ 11π/6)…ta có được bản kết quả toàn

bộ quá trình làm việc của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng như sau :

Giá trị tức thời điện áp trên phụ tải : U0=VP -VN

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu

Hoặc U0 = Ud1-Ud2 trong đó

Ud1 = giá trị trung bình của Ud1 do nhóm Ktốt chung tạo nên

Ud2 = giá trị trung bình của Ud2 do nhóm Anốt chung tạo nên

απ

θθ

63

sin2

πθ

63

2sin2

Điện áp ngược đặt nên mỗi thyristor có giá trị cực đại là :

Ungượcmax = √6E2 = 2,45E2

+ Xét trường hợp trùng dẫn ta có sơ đồ và dạng điện áp ra trên tải như hình vẽ III

πθθ

63

sin22

6

2 2

2

29

HìnhII-4

+ Chỉnh lưu cầu 3 pha khi có hiện tượng dây dẫn

+ Dây điện áp ngược đặt lên T1

Trong thời gian xẩy ra hiện tượng trùng dẫn điện áp trên phụ tải bị giảm nên điện

áp chỉnh lưu trung bình nhỏ hơn so với trường hợp cảm kháng nguồn bằng không

4 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha dùng cuộn kháng cân bằng

Đối với sơ đồ 6 pha dùng cuộn kháng cân bằng:

- Điện áp chỉnh lưu trên tải:

U6

- Dòng điện trung bình qua van Iv = Id/6

- Số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu P = 6

- Công suất máy biến áp: P = 1,26Pd

Nhận xét:

Đối với cả 2 sơ đồ đều có số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu như nhau Song công suất máy biến áp dùng với sơ đồ chỉnh lưu cần có công suất nhỏ hơn máy biến áp dùng với sơ đồ 6 pha

- Dòng điện trung bình qua van đối với sơ đồ cầu: Id/3 còn đối với sơ đồ 6 pha là Id/6 Do đó khi làm việc khả năng quá tải dùng đối với van của sơ đồ 6 pha

là cao hơn Nên không đảm bảo khi làm việc

Kết luận: Dùng sơ đồ cầu 3 pha để điều khiển thay đổi giá trị điện áp ra Udbằng cách thay đổi điện áp điều khiển Udk dùng trong hệ thống truyền động T - Đ

là kinh tế và đảm bảo được độ chính xác, an toàn khi làm việc

III MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỞ TIRISTOR

Mạch diều khiển là phần mạch quan trọng nhất của chỉnh lưu điều khiển tại

đó các xung mở van được phát ra theo một trật tự đã định Quy lưuật hoạt động của mạch điều khiển được xác định bởi loại chỉnh lưu (đảo chiều, không dảo chiều, ) và bởi các đặc tính phụ tải

Thường có 02 phương pháp xung mở Tiristor:

- Phương pháp đồng bộ với lưới

- Phương pháp không đồng bộ với lưới

Trong đó phương pháp không đồng bộ thường chỉ được dùng trong mạch phản hồi kín Các xung điều khiển có thể được phát tiếng cho từng pha ta được hệ thống nhiều kênh Hoặc các xung phát ra bằng cách làm trễ một xung cơ bản duy nhất ta có hệ thống một kênh

Trong thực tế truyền động điện hay dùng nhất là các hệ thống nhiều kênh đồng bộ Trong đó việc đồng bộ được thực hiện nhờ việc đồng bộ hoá điện áp tựa với điện áp lưới Điện áp tựa thường có dạng răng cưa quét ngược hoặc hình sin

1 - Chức năng hệ thống điều khiển

Chức năng của hệ thống điều khiển là tạo ra các xung đủ để mở các Tiristor Muốn vậy các xung phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Các xung phát ra phải có công suất đủ lớn

+Nguyên tắc thẳnh đứng ARCCOS

A-Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (ARCCOS)

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp

- Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp A-K của thyristor một góc bằng π/2 (nếu UAK = A sin ωt thì Ur = B cos ωt )

- Điện áp điều khiển UC là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng ( dương và âm )

Ur

ωt

Ur

UC

31

Hình IV – 4 : Đồ thị điện áp theo phương pháp điều khiển ARCCOS

Trên hình IV- 4 ta thấy đường nét đứt là điện áp A-K của thyristor Từ điện

áp này người ta tạo ra Ur Tổng đại số Ur + UC = 0 ta nhận được một xung ở đầu

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

theo nguyên tắc này người ta dùng 2 điện áp

+ Điện áp đồng bộ (Ur có dạng răng cưa ) đồng bộ với điện áp trên A-K của thyristor

+ Điện áp điều khiển (UC là điện áp một chiều ) có thể điều chỉnh biên độ

Hình IV – 5 : Đồ thị điện áp theo phương thẳng đứng tuyến tính

Dạng đồ thị điện áp đồng bộ Ur điện áp điều khiển UC được trình bày trên hình IV – 5 như vậy bằng cách thay đổi giá trị của UC ta có thể điều chỉnh được góc α

Khi UC = 0 ta có α = 0

Khi Uc < 0 ta có α > 0

Vậy ta có mối quan hệ giữa α và Uc như sau : α = π

Nếu ta lấy UCmax = Urmax

2 – Các yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc vào dạng các phần tử, các chế độ hoạt động của chúng và đặc tính của tải Vì vậy các

yêu cầu chính của một hệ thống điều khiển sẽ là :

A-Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển

Mỗi thyristor đều có một đặc tính đầu vào là điện áp cực điều khiển và dòng điện chạy qua các cực điều khiển

Uđk = f(iđk) dạng đặc tính được biểu diễn trên hình IV – 7

Hình IV – 7 : Đặc tính U đk = f(i đk ) của thyristor

Do các sai lệch về các thông số chế tạo và điều kiện làm việc ngay cả các thyristor cùng loại cũng có đặc tính đầu vào khác nhau Với mỗi loại thyristor các đặc tính này dao động giữa hai đặc tính quan hệ a và b ( Hình IV – 7 ) yêu cầu về

độ lớn điện áp và dòng điện điều khiển sẽ là :

+Giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép của nhà sản xuất

+Giá trị nhỏ nhất phải đảm bảo mở được thyristor trong mọi điều kiện làm việc +Tổn hao phảo nhỏ hơm giá trị cho phép

Giá tri cực đại I đk cho phép

max

r

C

U U

33

Thường độ lớn của U = 10 ÷ 20 V và I = 20 ÷ 200 mA

B-Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển

Thời gian mở của thyristor chia thành hai giai đoạn :

+Giai đoạn dòng tăng trưởng chậm ( ký hiệu t1 ) là thời gian cần thiết để làm cho

J2 chuyển dịch thuận

(J2 là tiếp giáp giữa hai lớp bán dẫn P2 và n2 của thyristor )

+Giai đoạn dòng tăng trưởng nhanh( ký hiệu là t2 ) hình IV-8

Hình IV – 8 : Đồ thị dòng I đk (a) và dòng qua thyristor (b)

Trên đồ thị trên ta nhận thấy độ rộng xung điều khiển phải lớn hơn hoặc bằng thời gian mở của thyristor tx ≥ tm

C-Yêu cầu về độ dốc của xung điều khiển

Độ dốc của xung điều khiển càng cao thì việc mở thyristor càng tốt, đặc biệt mà trong khi mạch có nhiều thyristor nối song song và nối tiếp

Thông thường độ dốc xung điều khiển là :

D-Yêu cầu bảo đảm đối xứng trong các kênh điều khiển

Nếu không đảm bảo sự đối xứng của các xung điều khiển các thyristor của bộ biến đổi nhiều pha sẽ gây ra sự không cân bằng gái trị trung bình dùng qua

thyristor đó

E-Yêu cầu về độ tin cậy

Mạch điều khiển phải đảm bảo độ tin cậy trong mọi hoàn cảnh như khi nhiệt độ thay đổi, tín hiệu nhiễu tăng …Do vậy :

+ Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ để thyristor không tự mở khi có dòng

dò tăng

+ Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điều kiện nguồn + Cần khử được nhiễu cảm ứng ( ở các khâu so sánh, biến áp xung ) để tránh mở nhầm

Hệ thống điều khiển phải tác động nhanh và trong nhiều trường hợp phải đạt tới tốc độ một phầm trăm giây ( 10-6 s )

F-Yêu cầu về lắp ráp và vận hành

+ Thiết bị dễ dàng thay thế, dễ lắp ráp và điều chỉnh

+ Dễ lắp lẫn và mọi khối có khả năng làm việc độc lập

Nguyên tắc này được sử dụng rộng rãi trong thực tế

3- Sơ đồ khối của mạch điều khiển thyristor

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển được trình bày trên hình sau

Hình IV- 9: Sơ đồ khối mạch điều khiển

+ ĐF : Khối đồng pha là khối tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp trên A-K của thyristor

+ RI & Rω : Khối điều chỉnh Regurlator, việc thay đổi giá trị Uđk sẽ điều

chỉnh được góc α

+ SS : Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu Uđk và Utựa

+ TX : Tạo xung điều khiển

+ Dao động : Tạo xung cao tần đưa vào khối TX ( đa hài )

+ KĐ : Khối khuyếch đại xung tạo ra xung có chất lượng theo yêu cầu + BAX : Khối biến áp xung

Xuất phát từ các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển ta chọn nguyên tắc(phương pháp) điều khiển thẳng đứng

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các khâu

BAKĐ

a Khâu đồng pha

Tín hiệu tự biến áp đồng pha qua khâu chỉnh lưu nửa chu kỳ (các điốt D32,

D33) qua phân áp R43 - R93 được đưa vào cổng (+) của Q6 Cổng (-) của Q6 nhận tín hiệu một chiều qua phân áp R41 và R11 Kết quả là từ rạng hình Sin ở đầu vào thì ở đầu ra của Q6 nhận được các xung vuông đồng bộ có chu kỳ là 10ms Điều chỉnh chiết áp P11 sao cho phần xung

dương càng hẹp càng tốt

Hình: Khâu đồng pha

b Khâu tạo xung răng cưa

Q7 là mạch tính phân Các đầu vào của nó nhận điện áp + E(+15V) và các xung đồng bộ xuất phát từ đầu ra của Q6 Khi đầu ra của Q6 còn ở mức cao thì điốt

D37 ngăn không cho tín hiệu từ Q6 tác động lên mạch tích phân Tụ C19 được nạp điện từ nguồn +E thông qua điện trở R45 và chiết áp P12 Khi xung âm đồng bộ từ

Q6 tới thì điốt D37 cho phép đi qua và tụ C19 phóng điện qua điện trở R46 có trị số nhỏ Do vậy đầu ra của Q7 xuất hiện các xung răng cưa có chu kỳ 10ms

D37 P12

0

Điốt D35 là đi ốt ổn áp (9V), D36 có nhiệm vụ ngăn không cho bão hoà, chiết áp P12 cho phép điều chỉnh độ rộng xung răng cưa Điều chỉnh P12 sao cho T1

= 6,6ms; T2 = 3,4ms

c Khâu so sánh

Các răng cưa ở đầu ra của Q7 được đưa tới đầu vào (-) của Q8 còn đầu vào (+) của Q8 nhận điện áp một chiều Uđk lấy từ bộ điều chỉnh Đầu ra của Q8 là các xung chữ nhật có đặc tính sườn xuống là cố định còn sườn lên là di động Nghĩa là khi thay đổi Uđk sẽ thay đỏi được độ rộng của xung chữ nhật tức là thay đổi được góc mở α

Hình : Khâu so sánh

d Khâu tạo xung

Q9 là mạch dao động tạo xung cao tần có tần số lớn cỡ 5KHZ dùng transistor T8 Khi có xung đồng hồ âm đến thì mở cho xung âm qua và khuyếch đại nó Các xung chữ nhật từ Q8 trộn với xung đồng hồ từ T8 (xung âm) và kết hợp với điện áp đồng pha qua điốt D34 và D38 để tạo thành các xung mở luân phiên cặp Transistor T4 - T5 và T6 -T7 Các cặp T4 - T5, T6 - T7 là các cặp Transistor ghép Darlington mà tải của nó là (BAX) để khuyếch đại các xung điều khiển đủ để mở các Tiristor cùng 1 pha Quá trình điều khiển mở cho 2 cặp Tiristor còn lại cũng tương tự Như vậy các xung dương với tần số lớn được đưa vào để mở T1 hay T2 tăng theo cực tính của điện áp nguồn Khi đó có dòng từ Ucơ

0

T 1 T 2 T

Ura Q8

0

t

U đk

UTm

T

tα

0

HỆ TRUYỀN ĐỘNG TỰ ĐỘNG T - Đ

I MÔ TẢ TOÁN HỌC CÁC PHẦN TỬ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T - Đ:

1.1 Đặt vấn đề:

Để xây dựng và thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động cần có mộ mô hình

mô tả chính xác đến tối đa đối tượng điều chỉnh Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện được rõ ràng các đặc tính thời gian của đối tượng điều chỉnh Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng các thuật toán điều chỉnh hệ thống

1.2 Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển:

Trong truyền động điện đa số các trường hợp chỉnh lưu được điều khiển bằng tín hiệu biến thiên chậm Trong trường hợp này ảnh hưởng của tính chất xung và tính chất bán điều khiển đến quá trình quá độ là nhỏ và do đó có thể coi chỉnh lưu là mạch điều chỉnh liên tục với sơ đồ thay thế (H3-1)

cosα Với Eđ = Edo

Edo = KSd U~

với U~: Giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều

Ksd: phụ thuộc sơ đồ mạch chỉnh lưu

K+Thông thường T = 10-2S, đối với lưới điện f = 50HZ

Rb

RT

Id

Ed

39

Nhưng do tính chất xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời điểm thay đổi tín hiệu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc α Độ dài khoảng thời gian trễ này có đặc tính ngẫu nhiên Theo kinh nghiệm chọn khoảng thời gian trễ τ = 1/2mf = Tvo được tính từ góc (α ⇒ T)

- Hệ số chỉnh lưu:

KCL =

dk d

Nhưng do có khoảng thời gian trễ τ nên:

KCL x e-Pτ Uđk = Eđ Vậy hàm truyền của khâu chỉnh lưu

CL dk

d

e.K)p(U

)p(

!2

1PTvo1

1

2 vo

++

Và khi này có thể thay thế hàm trễ bằng một khâu quán tính

Nên: WCL(P) =

vo

CL

PT1

K+Mặt khác khi điều khiển thì tín hiệu điều khiển cũng có thời gian trễ nênkhâu quán tính của quá trình điều khiển: (1 + PTđk)

Từ đó: WCL(P) =

)PT1)(

PT1(

K

vo dk

CL

++

Đây là biểu thức mô tả khâu chỉnh lưu có điều khiển

KCL(1 + PTđk)(1 + PTvo)

Eđ

Uđk

là phương tì

h phần ứng:

U - E = IRHay U(P)

Tư = Lư/Rư

I (P) =

1(1

là phương tr

ơng trình chu

M - Mc =+ JM là mô

R/1

rình mô tả tuyển động

= J dTdω

oán học của

T

k

(P) Rư ⎜⎜⎝⎛1+ thời gian đ(p) - E(p)}

toán học dâcủa hệ thốn

tính của cá

cơ

y sản xuất

Rk,LkCKD

a dây quấn k

⎟⎟

⎠

⎞PR

R/1+ không thay đổi nên sơ đồ cấu trúc có dạng H3-6

Hình III-6: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều

II XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG T - Đ:

2.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động T - Đ:

Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động T - Đ được xây dựng dựa trên cấu trúc sau: (H3-7)

ωX

K

1(1 + PT u )

R

1

u

(1 +PT K)R

Hình III-7: Cấu trúc chung của hệ T-Đ

Trong đó:

M: Động cơ truyền động quay máy sản xuất

ĐL: Thiết bị đo lường

Mx: Máy sản xuất

R: Thiết bị điều chỉnh

BĐ: Bộ biến đổi Tiristor

Khi thiết kế một hệ truyền động tự động cần phải đảm bảo là hệ đó thực hiện được các yêu cầu đặt ra Đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu về kinh

tế Chất lượng của hệ thống được đánh giá cả trong trạng thái động và tĩnh

- Trong trạng thái tĩnh thì yêu cầu quan trọng nhất đối với hệ thống là phải đảm bảo được độ chính xác điều chỉnh

- Trong trạng thái động thì phải đảm bảo được các yêu cầu về độ ổn định

và các chỉ tiêu về chất lượng động là: Độ quá điều chỉnh δmax%; tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh Tqđ; số lần dao động

Ở các hệ điều chỉnh tự động truyền động điện thì cấu trúc của mạch điều khiển, luật điều khiển và tham số của các bộ điều khiển có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ thống Do đó khi thiết kế hệ thống ta phải thực hiện các bài toán tổng hợp để tìm ra cấu trúc hệ điều khiển hợp lý nhất nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống đáp ứng được yêu cầu của hệ thống Với đối tượng điều chỉnh của hệ được chọn là động cơ điện 1 chiều thì đại lượng ra chính là mômen (dòng điện) và tốc độ Đây là hai đại lượng độc lập tuyến tính với nhau nên khi điều chỉnh ta phân thành hai mạch vòng điều chỉnh nối cấp với nhau:

- Mạch vòng điều chỉnh dòng điện có bộ điều chỉnh dòng điện RI

Như vậy ưu điểm của mạch vòng theo kiểu nối cấp các bộ điều chỉnh là mỗi giá trị của lượng đặt (Uiđ) được hạn chế bởi đoạn bão hoà của đặc tính của bộ điều chỉnh Rω Và các giá trị hạn chế này có thể được thay đổi hoặc giữ nguyên

2.2 Tổng hợp hệ thống:

2.2.1 Đặt vấn đề:

43

Trong các hệ điều chỉnh tự động nói chung luôn tồn tại các phần tử có chứa các hằng số thời gian lớn như hằng số thời gian điện cơ, hằng số thời gian điện từ, hằng số thời gian của dây quấn kích từ v.v và một phần chứa các hằng số thời gian nhỏ như hằng số thời gian của các xen xơ, hằng số thời gian của mạch điều khiển Tiristor v.v

Nên việc tổng hợp các bộ điều chỉnh được thực hiện theo từng mạch vòng

để sao cho bù được các khâu có hằng số thời gian lớn để qua đó giảm được cấp cho mạch hở nhằm giảm sai lệch điều chỉnh và cải thiện chất lượng điều chỉnh của

hệ thống là một việc rất quan trọng Trong hệ thống truyền động điện điều chỉnh thường sử dụng các phương pháp hàm chuẩn tối ưu để tổng hợp thông số các bộ điều chỉnh cho các mạch vòng

2.2.2 Các phương pháp tổng hợp dùng hàm chuẩn tối ưu:

a Phương pháp tổng hợp dùng hàm tối ưu môđul

Hàm chuẩn tối ưu môđun có dạng:

P62P621

1τ+τ

Xét hệ hữu sai có hàm truyền

So(p) =

)PT1)(

PT1(

K

2 1

p(S

1]

P621P621

11

[p(S

P621P621

1

o 2 2 o

2 2

τ+τ

=τ

++τ+

−

τ++τ+

Chọn τ6 = min {T1; T2} = T1 và thay So(p) (3-2) vào ta có:

PTK2

PT1

1 1 2

+

(3-4) Với hàm truyền R(p) thì sẽ bù được khoảng thời gian lớn T2

Nhân cả từ và mẫu số của biểu thức (2-4) với T2 ta có:

)p(F

MC o

MC

−

+

PT

11KPT

1PT.KT2

T

R R

2 2

1 1 2

Với KR =

1 1

2

KT2

T

; TR = T2Dùng mạch sau để thực hiện hàm truyền khâu R(p) (3-5)

Với KR = R2/R1 là hệ số khuếch đại

TR = R2C2: hằng số thời gian

Tuy nhiên bộ điều

R2 Sau đó chỉnh định hệ số khuếch đại bằng việc chỉnh định giá trị α trên chiết áp

45

1: Phần tỷ lệ (p)

PT

PT1(

Kx

PTK2

PT1

2 1

1

1 1

2

++

+

=

)PT1(PT2

1)

(1

)(

2 2 1

T

x p F

p F

o

o

++

1

1

+ và khi đó quá trình quá

độ ứng với hàm quán tính F9p) gần đúng là đường nét đứt trên đặc tính H3-10

2

±

02T1 4,7T

(t)1

0,63