Khảo sát hệ truyền động động cơ 1 chiều qua matlap

Khảo sát hệ truyền động động cơ 1 chiều qua matlap

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật con người có thể thiết kế được những hệ thống điều khiển tự động dựa trên những ứng dụng của các phần mềm tin học Bằng kết quả mô phỏng, ta có thể đi đến việc chế tạo là hết sức đơn giản mà lại không tốn kém kinh phí Việc tính chọn các thông số của linh kiện dựa trên thiết kế đó làm cho việc chế tạo được thuận lợi hơn rất nhiều

Khi nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động truyền động điện thì động cơ điện là phận không thể tách rời Đặc biệt là động cơ điện một chiều, vì động cơ điện một chiều có chất lượng khởi động và phanh hãm tốt, được sử dụng rộng dãi ở nhiều lĩnh vực, đòi hỏi cao về điều khiển truyền động điện như điều chỉnh

vô cấp tốc độ trong phạm vi rộng ví dụ máy cán thép, máy tời mỏ , máy khoan, máy xúc, máy cắt gọt kim loại, thang máy nhà cao tầng…và đặc biệt là hệ thống truyền động động cơ điện một chiều có sự hoàn chỉnh cả về lý thuyết lẫn thực tế

là cơ sở của hệ thống điều khiển xoay chiều

Trong các hệ truyền động động cơ điện một chiều thì việc điều khiển tốc độ quay là quan trọng nhất Tuy nhiên bất cứ hệ thống điều tốc nào cũng làm việc chưa đạt được đúng yêu cầu như mong muốn, bởi vậy để thoả mãn được các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng thì cần phải có bộ điều chỉnh để điều khiển hệ thống đạt được những yêu cầu cần thiết Có nhiều phương pháp để thiết kế bộ điều chỉnh tuy nhiên có một phương pháp đơn giản dễ thực hiện đó là việc xác định tham số của bộ điều chỉnh dựa trên kết quả mô phỏng với ứng dụng của phần mềm mô phỏng Matlab and Sumulink sẽ mang lại kết quả chính xác do vậy việc xác định các thông số sẽ đơn giản dễ thực hiện giảm được sự sai hỏng do đó giảm chi phí trong việc chế tạo

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Cho đến ngày nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều từ vài W đến hàng MW Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Để thiết kế một hệ thống điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều trước tiên ta xét:

1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 1-1 cấu tạo của động cơ điện một chiều

cổ góp điện ; 2 chổi than ; 3 rôto ; 4 cực từ ; 5 cuộn cảm (cuộn kích từ )

6 stato ; 7 cuộn ứng ; 8 quạt làm mát ; 9 nắp

Tuỳ theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia ra :

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hình 1.2a)

- Động cơ điện một chiều kích từ song song (hình 1.2b)

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (hình 1.2c)

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp (hình 1.2d)

Hình 1-2 sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập (a)

kích từ song song (b), kích từ nối tiếp ( c) ; kích từ hỗn hợp (d)

1.1.2 Nguyên lý

Hình 1.3 mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi cho

các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ Fđt

tác dụng làm rôto quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí ab, cd đổi chỗ cho nhau do có phiến góp đổi chiều dòng diện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo cho động cơ có chiều quay không đổi

Hình 1.3

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sđđ Eư, Chiều

chiều với dòng

Phương trình điện áp là:

U = Eư + Iư Rư

1.2 Đặc tính cơ cuả động cơ điện một chiều

Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau

Ta xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Hình 1.4 Sơ đồ thay thế động cơ một chiều.

Trong đó: Eư - Sức điện động phần ứng của động cơ

Rư - Điện trở phần ứng của động cơ

Từ sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều ta có các phương trình:

N p

: Hệ số phụ thuộc kết cấu của động cơ

p - Số đôi cực

N - Tổng số thanh dẫn của dây quấn phần ứng

a - Số đôi mạch nhánh song song

Từ hệ phương trình (1-1) ta có đặc tính cơ điện:

K

R K

R

Biểu thức (1-3) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều,

đặc tính tự nhiên của động cơ, có dạng đường thẳng

thay đổi tốc độ động cơ đơn giản nhưng nhược điểm là phải dùng nguồn riêng

Động cơ một chiều kích từ song song, cuộn kích từ mắc song song với

mômen tải nên động cơ này có đặc tính cơ rất cứng (tốc độ ít phụ thuộc vào tải)

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp, cuộn kích từ mắc nối tiếp với phần

làm hỏng động cơ về mặt cơ khí ví vậy tránh dùng động cơ điện một chiều ở không tải

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có tính chất như động cơ kích từ song song và động cơ kích từ nối tiếp

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 2.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điều chỉnh tốc độ

2.1.1 Dải điều chỉnh tốc độ

Dải điều chỉnh tốc độ (Hay phạm vi điều chỉnh tốc độ ) là tỉ số giữa các giá trị tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất của hệ ứng với một mômen tải đã cho (thường là định mức ).

D =

min min

max

n

n mac

=ω

ω

(2-1)

Dải điều chỉnh tốc độ càng lớn càng tốt Mỗi máy sản xuất yêu cầu một dải điều chỉnh nhất định và một phương pháp điều chỉnh tốc độ chỉ đạt được một dải điều chỉnh nào đó

2.1.2 Độ trơn khi điều chỉnh tốc độ

Độ trơn (hay độ phẳng) khi điều chỉnh tốc độ được biểu thị bởi tỉ số giữa hai giá trị của hai cấp kế tiếp trong dải điều chỉnh:

Hình 2-1 Hình 2-2

Ở hình2-2, đường đặc tính 1 cứng hơn đường 2 với cùng một biến động về tăng

tốc của đặc tính cơ 2 Nói cách khác đặc tính của động cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độc càng cao trước sự thay đổi của mômen cản

2.1.4 Tính kinh tế

Hệ điều chỉnh tốc độ sẽ có tính kinh tế khi vốn đầu tư nhỏ, tổn hao năng lượng ít, phí tổn vận hành, bảo dưỡng không nhiều …

2.1.5 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải

Khi chọn hệ điều chỉnh tốc độ với phương pháp điều chỉnh nào đó cho một máy sản xuất cần lưu ý sao cho các đặc tính điều chỉnh bám sát đặc tính tải của máy sản xuất Như vậy hệ sẽ làm việc đảm bảo các yêu cầu về chất lượng, độ ổn định

2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập với ưu điểm thay đổi tốc độ dễ dàng nhờ thay đổi dòng kích từ( dòng kích từ thường rất nhỏ) mà không ảnh hưởng đến dòng phần ứng và các chỉ tiêu kĩ thuật, kinh tế cao mà nó được sử

sao, ta xét các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều sau

2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ

a Nguyên lý điều chỉnh

Việc thay đổi từ thông có thể thực hiện nhờ biến trở hoặc một bộ biến đổi điện áp mắc vào mạch kích từ

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm= const Điện trở phần ứng Rư= const Muốn thay từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ.

Tốc độ không tải

x

dm x

R

Kφx

thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thông giảm thìω0x tăng, còn β sẽ

dần khi giảm từ thông

a) b)

Hình 2-3 Đặc tinh cơ điện(a) và đặc tính cơ( b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi giảm từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn trên hình 2-3a,b

thì giảm từ thông tốc độ động cơ sẽ tăng lên (xem H 2-3b)

b Các chỉ tiêu chất lượng

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

phép nâng dòng kích từ lên lớn hơn giá trị định mức Mặt khác, do mạch từ khi

từ thông định mức đã bão hoà nên nếu có cho phép tăng dòng kích từ đi nữa, thì

từ thông cũng không tăng đáng kể

Nói chung phương pháp điều chỉnh từ thông có giải điều chỉnh không rộng Tốc độ nhỏ nhất ωmin bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (khi Φ = Φđm) Tốc độ

cơ (và khi tốc độ lớn sẽ làm điện áp giữa các phiến góp lớn, có thể xuất hiện tia lửa điện) Những động cơ thông dụng chỉ cho phép ωmax≤ 1,5ωđm, nghĩa là

D ≤ 1,5 Các động cơ đặc biệt có thể có giải điều chỉnh D = 4 ÷ 8 nhưng loại này

to và đắt

Về mặt kinh tế thì phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao Nó không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp, công suất mạch điều chỉnh nhỏ và năng lượng tổn thất không nhiều

2.2.2 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phần ứng

Phương pháp này còn được gọi là “phương pháp biến trở” có thể dùng cho các động cơ một chiều kích từ nối tiếp, kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp

Sơ đồ điều chỉnh được vẽ trên hình 2-4a, các đặc tính cơ được vẽ trên hình 2-4b

a Nguyên lý điều chỉnh

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là Mc và tốc độ là ω1 Để điều chỉnh tốc độ ta đóng một điện trở Rf vào mạch phần ứng

điện động phần ứng (Eư = K.Φ.ω) giảm theo làm cho dòng Iư tăng lên Kết qủa là

ω2 < ω1 tương ứng với điểm làm việc a’ trên đặc tính điều chỉnh Rf

a

’

đttn (Rf=0) đtnt (Rf

Từ phương trình đặc tính cơ (1-3), ta dễ dàng xác định được phương trình các đặc tính điều chỉnh:

K

R R K

) Φ (

Khi điều chỉnh càng sâu (tốc độ càng thấp) thì sai số tốc độ càng lớn và momen ngắn mạch càng nhỏ, nghĩa là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải càng kém Cả hai nguyên nhân này đều hạn chế giải điều chỉnh Thông thường giải điều chỉnh D ≤ 2÷2,5 Vì độ chính xác duy trì tốc độ rất thấp nên phương pháp này chỉ dùng cho những động cơ không có yêu cầu cao về sai số tốc độ

Đối với máy điện một chiều nói chung, vì từ thông không biến đổi nên momen tải cho phép cũng không thay đổi:

Mc.cp = K.Φđm.Iđm = Mđm =const (2-3)Như vậy, đặc tính momen tải cho phép là đường thẳng song song với trục tung Do đó, trên quan điểm tận dụng khả năng chịu tải của động cơ, phương

Chỉ tiêu năng lượng của phương pháp biến trở cũng thấp Điện trở điều chỉnh nằm trong mạch động lực gây tổn thất lớn, điều chỉnh càng sâu thì điện trở lại càng phải lớn nên tổn thất năng lượng lại càng nhiều

2.2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện áp

nguồn

a Nguyên lý điều chỉnh

độ ω1 Để điều chỉnh tốc độ, ta thay đổi điện áp nguồn phần ứng Khi đó điện áp giảm đột biến, còn tốc độ do quán tính nên chưa kịp biến đổi Trên mặt phẳng

xuống

Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý Hình2-6 Họ đặc tính cơ điều chỉnh

Khi thay đổi điện áp nguồn

Tốc độ giảm xuống kéo theo sức điện động phần ứng tăng dần cho đến khi

M = Mc thì hệ trở nên xác lập với tốc độ ω2 < ω1 tương ứng với điểm làm việc a’ trên đặc tính điều chỉnh điện áp phần ứng

Phương trình đặc tính cơ của phương pháp biến trở có dạng:

) K (

R R K

2

Φ Φ

và tổn thất năng lượng ít

Mặt khác, vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi-là mạch có công suất nhỏ Do đó có độ tinh điều chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng sử dụng hệ tự động vòng kín

Phương pháp điều áp có giải điều chỉnh rộng hơn phương pháp biến trở Trong những điều kiện bình thường giải điều chỉnh của hệ chỉ đạt khoảng dưới

10 Nếu điều chỉnh thêm từ thông của động cơ thì có thể mở rộng giải điều chỉnh một cách đáng kể, có thể đạt được D = 2000 hoặc lớn hơn nữa

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp điều áp là phải dùng bộ điều khiển khá phức tạp, nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao Tuy nhiên, nhờ

những ưu điểm đã nêu, phương pháp này tạo ra cho máy sản xuất một năng suất cao, tổn thất năng lượng ít, nên thời gian hoàn vốn nhanh.

2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng hệ thống máy phát động cơ (F - Đ)

a Nguyên lý điều chỉnh

Hệ F-Đ là một trong các phương án điều tốc động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Sơ đồ nguyên lý của hệ F-Đ được vẽ trên hình 2-7

trượt trên biến trở tới các vị trí khác nhau sẽ làm thay đổi sức điện động của máy phát, nghĩa là thay đổi được điện áp phần ứng của động cơ Đ, kéo theo tốc độ động cơ Đ thay đổi tương ứng

trong mạch kích từ của nó (khi đó Iktđ hay Φđ thay đổi)

Để làm nguồn kích từ cho máy phát F và động cơ Đ người ta dùng một máy phát một chiều K nối đồng trục với động cơ sơ cấp

b Đặc tính điều chỉnh

Từ phương trình của động cơ điện một chiều, ta đã biết

R K

U

φφ

R K

R I - E

R R

K

φφ

Trong đó U là điện áp đặt vào phần ứng động cơ

RưF, RưĐ là điện trở phần ứng máy phát và động cơ

Iư là dòng điện phần ứng động cơ, cũng là dòng điện phần ứng máy phát

E F

Từ các biểu thức (2-6) và (2-7) ta thấy khi thay đổi dòng kích từ của máy

không đổi

2.2.5 Hệ biến đổi van điều khiển - động cơ (V-Đ):

a Bộ biến đổi van

Bộ biến đổi van điều khiển là một loại nguồn điều áp một chiều Sơ đồ tổng quát của một hệ truyền động van - động cơ (V-Đ) được vẽ trên hình 2-8

Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ V-Đ.

Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi van biến đổi trực tiếp dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều mà không qua một khâu trung gian

T1

KT

cơ học nào Điện áp xoay chiều đưa vào bộ biến đổi được biến đổi thành điện áp một chiều có trị số phù hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ.

b.Đặc tính cơ điều chỉnh

Ở trạng thái dòng liên tục, ta có sơ đồ thay thế của hệ V- Đ:

Từ sơ đồ hình 2-9, ta lập được các phương trình đặc tính:

dm

kh

­ b dm

v

k

R R R

k

U E

Φ Φ

U E

dm

kh b

dm

v

).(

­ΦΦ

dm

R R R

k

+ +

­

) Φ

(2-10)Tốc độ không tải lý tưởng:

ω =

dm

v b

k

U E

Φ

Δ

−

(2-11)Khi thay đổi góc mở van để điều khiển

một họ đường thẳng song song nhau (do

β∉Eb) và mềm hơn đặc tính tự nhiên

Khi tải đủ nhỏ, dòng Iư giảm đến giá trị

trung bình mà năng lượng điện tích lũy

trong điện kháng không đủ để duy trì

dòng một cách liên tục thì sẽ xuất hiện

trạng thái dòng điện gián đoạn Các đặc

tính cơ ở trạng thái dòng gián đoạn là

những đường cong rất dốc nằm trong

vùng elip như trên hình 2-10

Hình2-10 Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ V-Đ.

B

Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ phải qua một trạng thái giới hạn, gọi là trạng thái biên liên tục Trên đặc tính cơ ứng với góc điều khiển nào đó, trạng thái này được biểu diễn bằng điểm B Khi thay đổi góc điều khiển, điểm B sẽ dịch chuyển trên nửa đường elip trên hình2-

10 (đường nét đứt)

biểu thức (2-11) mà có trị số lớn hơn đáng kể

2.2.6 Hệ điều áp xung - động cơ (ĐAX-Đ)

a Bộ biến đổi xung điện áp

Bộ biến đổi xung điện áp là bộ nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Phần chủ yếu của nó là bộ nguồn áp và bộ khóa điều khiển

Hệ truyền động tương ứng được gọi là điều áp xung động cơ, có sơ đồ nguyên lý như hình 12-11 và các đường cong dòng điện, điện áp như hình 2-12

ĐiĐện áp trung bình đặt vào động

cơ phụ thuộc vào độ rỗng γ theo công

+) Giữ Tck = const và thay đổi t1

+) Giữ t1 = const và thay đổi Tck

k

r R k

.

Hay: ( ) 2

.

φ φ

γ ω

k

r R k

= ­

tốc độ góc không tải lý tưởng ωo , và độ cứng β là:

+

2

Φ

(2-12)Khi dòng điện đủ nhỏ, hệ sẽ chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn

Thực tế đoạn đặc tính này rất ngắn nên chỉ cần quan tâm tới hai điểm giới hạn của nó: điểm B khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn (trạng thái biên liên tục) là một nửa đường elip (nét đứt) trên hình2-13

giới hạn của sức điện động động cơ khi dòng tiến tới không:

CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG

ĐIỀU TỐC MẠCH VÒNG KÍN KHỐNG CHẾ PHẢN HỒI

Để phân tích tính ổn định và phẩm chất trạng thái động đối với hệ thống điều tốc, trước hết phải xây dựng được phương trình vi phân của hệ thống, tức là miêu tả mô hình toán học quy luật vật lý trạng thái độnh của hệ thống Các bước

cơ bản để xây dựng mô hình toán học trạng thái động của hệ thống tuyến tính là:

(1) Viết phương trình vi phân của quá trình trạng thái động của khâu cần

mô tả

(2) Tìm hàm số truyền của các khâu

(3) Tổ hợp sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống và tìm ra hàm số truyền của hệ

Hệ thống điều tốc bất kì nào cũng được cấu tạo bởi:

Từ hình3-1, ta có thể viết các phương trình vi phân:

Hình 3-1 Mạch điện tương đương của động cơ

Từ hình3-1, ta có thể viết các phương trình vi phân:

E dt

dI L RI

Trong đó: Te=Cm.Id (momen điện từ)

Hằng số thời gian được định nghĩa như sau:

Tl =L/R Hằng số thời gian điện từ mạch điện roto, đơn vị là s

m e m

C C

R GD

T

375

T I

dL

Trong đó: IdL = TL/Cm dòng điện phụ tải

3.1.2 Bộ chỉnh lưu bán dẫn tyristo - động cơ

Bộ phận chỉnh lưu bán dẫn tyristo cần điều khiển không bao giờ tách khỏi mạch điện phát xung, vì vậy khi phân tích hệ thống thường xem chúng như là

được coi là khâu khuếch đại thuần tuý chậm sau mà tác dụng chậm sau là do thời gian mất điều khiển của bộ bán dẫn gây ra Như mọi người đều biết bóng bán dẫn tyristo hễ được mở thông thì sự thay đổi của điện áp điều khiển sẽ không còn gây tác dụng với nó nữa, cho đến khi linh kiện chịu cắt bỏ điện áp ngược mới thôi, vì vậy xảy ra hiện tượng điện áp chỉnh lưu chậm so với điện áp điều khiển

Ưu điểm nổi bật của hệ tyristo - động cơ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn

và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

Chỉnh lưu điều khiển cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ truyền động điện một chiều với độ tự động hoá cao nên được sử dụng rộng rãi

Trong chỉnh lưu tyristo việc xác định thời gian mất điều khiển là việc cần thiết Ts, là tuỳ cơ ứng biến, độ lớn của nó thay đổi theo thời điểm phát sinh thay đổi của Uct, thời gian mất điều khiển lớn nhất có thể lớn nhất có thể xảy ra là thời

gian giữa hai lần thay đổi tự nhiên, liên quan tới tần số nguồn điện xoay chiều và hình thức mạch điện chỉnh lưu, xác định theo biểu thức: T sm· = mf1

Trong đó:

f- tần số dòng điện nguồn xoay chiều

m- số đầu sóng nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ

3 pha kiểu cầu, 6 pha nửa chu

) (

=

− T s

R s

E s U

s I

do

d

(3.1) Hàm truyền giữa dòng điện và sức điện động

s T

R s I s I

s E

m dl

d

=

− ( ) )

(

) (

s T s ct

do K e s

s U

s

= ) (

) (

Biểu thức này chứa hàm số mũ e−T s s, nó làm cho hệ thống không phải là là

hệ thống pha cực tiểu, việc phân tích và thiết kế khá phức tạp Để đơn giản hoá trứơc tiên ta khai triển e−T s s thành cấp số Taylo, và biểu thức trên trở thành :

s T s ct

do K e s

s U

s

= ) (

) (

1

! 2

1

1 + s + s2 + s3 +

s

T T

s T

K

Xét tới T s rất nhỏ, bỏ qua giá trị bậc cao của nó thì hàm truyền của bộ chỉnh lưu và phát xung bán dẫn tyristo, có thể coi một cách gần đúng là khâu quán tính bậc nhất

) (

) (

s U

s U

ct

do ≈

1 +

s T

K

s s

3.2.3 Bộ khuếch đại tỷ lệ và sensin độ

Sự thích nghi của bộ khuếch đại tỷ lệ và sen sin có thể coi là tức thời, vì vậy hệ số khuếch đại của chúng cũng chính là hàm số truyền tức là :

p n

s U

s U

=

∆ ( ) ) (

K

s n

s

U n =

)(

)(

(K là hệ số phản hồi)

3.3 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống

3.3.1 Động cơ điện một chiều

a

b

Hình3-3 sơ đồ trạng thái động động cơ điện một chiều

a Sơ đồ cấu trúc ứng với biểu thức 3.1

b Sơ đồ cấu trúc ứng với biểu thức 3.2

c Sơ đồ cấu trúc trạng thái động tổng thể của động cơ điện

a)

b)

Hình 3-4.Sự chuyển đổi và đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc trạng

thái động động cơ một chiều

a)Idl ≠ 0; b) Idl =0

3.3.2 Bộ chỉnh lưu bán dẫn tyristo

Hình 3-5 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của bộ phận chỉnh lưu và phát xung bán dẫn Tyristo

khi gần đúng.

Sở dĩ có thể coi bộ chỉnh lưu tyristo là khâu quán tính bậc nhất là vì :

Theo nguyên lý điều khiển tự động, chuyển tham số s từ công thức hàm truyền thành dạng jw ta có được biểu thức hàm truyền như sau :

) (

) (

s U

s U

) 24

1 2

1 1 ( T2w2 T4w4 j T w T3w3

K

s s

s s

s

− +

− +

s

T w T

w T

3 3

2 2

6 1

1 2

1

Vì vậy xem bộ phận chỉnh lưu tyristo gần như là khâu quán tính bậc nhất tức là điều kiện để biểu thức :

U U ((s s))

ct

do ≈

1 +

s T

K

s s

Thông thường vẽ được đường đặc tính tần số mạch vòng hở của hệ thống

với điều kiện gần tương tự có thể lấy

s

T

3

1

≤

của kỹ thuật công trình khi coi bộ phận bán dẫn tyristo là khâu quán tính bậc nhất

3.4 Mô hình toán học và hàm truyền của hệ thống điều tốc mạch vòng kín 3.4.1 Cấu tạo hệ thống điều tốc mạch vòng kín

Trên trục động cơ lắp đặt một sensin GT, từ đó dẫn ra điện áp phản hồi âm

Un tỉ lệ thuận với đại lượng đo - tốc độ quay, sau khi so sánh với điện áp *

n

với tốc độ quay cho trước sẽ tồn tại chênh lệch điện áp ∆U n, qua bộ khuếch đại

A, sinh ra điện áp điều khiển Uct của bộ phát xung GT, dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ Nhờ thế mà tạo nên hệ điều tốc mạch vòng kín điều khiển phẩn hồi; nguyên lý được thể hiện như hình sau:

Hình 3-6 Hệ thống điều tốc vòng kín dùng phản hồi âm tốc độ quay

Theo nguyên lý điều khiển tự động, hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lượng bị điều khiển thực hiện hệ thống điều khiển Chỉ cần lượng bị điều khiển xuất hiện độ chênh lệch, là nó sẽ

tự tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch Lượng giảm tốc độ quay chính

là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra Hiển nhiên, hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh độ giảm vận tốc

Sau đây sẽ phân tích đặc tính trạng thái ổn định của hệ thống điều tốc mạch vòng kín là Để làm rõ vấn đề chính, trước tiên phải đưa ra mấy giả thiết:

đầu vào đầu ra đều là tuyến tính

thống V-M

Như vậy, quan hệ trạng thái ổn định của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng kín có phản hồi âm tốc tốc độ quay được thể hiện như sau:

C

R I U

- Sensin U tg = α n, trong các biểu thức quan hệ kể trên:

Kp - hệ số khuếch đại điện áp của bộ khuếch đại:

Ks - hệ số khuếch đai điện áp của bộ chỉnh lưu tyristo và bộ phận phát xung: K- hệ số phản hồi đo tốc, đơn vị đo là Vph/vg:

Từ các công thức ở trên tìm cách triệt tiêu thông số trung gian, sau khi chỉnh lý sẽ nhận được phương trình đặc tính tĩnh của hệ thống kín điều chỉnh tốc

độ quay

) 1 ( )

1 ( )

/ 1

(

*

*

t e

d t

e

n s p e

s f e

d n s p

K C

RI K

C

U K K C

K K K C

R I U K K n

+

− +

= +

Giá trị 1 /C e =n/U là hệ số khuếch đại của khâu động cơ