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 độngT- Đ đảochiều.
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 7ÌU và xenxơ dòng Sị|, Jỉj2 và xenxơ dòng điện Sj2 tạo thành hai mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
Hình 14-24. Sơ đ& khối.
Phàn tử phi tuyến HCD là 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
Hp) l 1
\—--- —- (4-39)
[7jd(p) Kị 1 + 27>(1 + Tfp)
Để thuận tiện trong tính toán tiếp theo, ta có thể thay (4-39) bởi biểu thức gàn đúng tính hàm truyền của mạch vòng dòng điện:
I(p) 1 1
—— =—--- — , (4-40)
uư<p) Kị 1 + 2Tsp
Hoặc nếu mạch vòng dòng điện được tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì :
I(p) 11
- = — • —— (4-41)
Ưlđ(p) Kị 1 + 4TSP
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\ = 2TS + Tw, đối
tượng điều chỉnh có hàm truyền:
RtíKítí 1
So2(p) - z r_. - --- (4-42)
KịK4> Tc P(2T'SP + 1)
Theo tiêu chuẩn tối ưu môđun, có thể xác định được hàm truyền cùa bộ điều chỉnh tđc độ là khâu tỷ lệ:
KịK&T. 1
R^íp) = 7' . —— = K (4-43)
RịệịKoỉ 2T s-°2
Hình 4-25. Sơ đS khối cúa hỆ điều chinh tốc độ.
trong đó thường lăy a-2 = 2.
K3 K1
Kp ~ ; K(ư = K’w ,
^2
K'm là hệ số truyền của bản thân xenxơ tốc độ,
_ K0T- K, KVT(. Kị'.R4R2 4rs =-3—?. —- = ——1 . J _4 4
Bu ^p-^cu a>R 2^3
„ *4
*1 =K\-^- , R 2
K\ là hệ só truyền của bản thân xenxa dòng điện.
Hình 4-26. CẨUtrúc bộ điêu chỉnh.
Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tổc độ là:
to(p) 1 1
—— =--- --- --- --- (4-44) ưvá(p) Kw 47ịp(27> + 1) + 1
Sau đày ta kiểm tra ảnh hưởng của nhiễu phụ tải đến độ quá điều chỉnh và độ chính xác tĩnh của hệ thống vừa nêu. Theo sơ đồ khối hình 4-24, tính được-.
[Z(p) - Ic(p)]Kư Kư7c(p) líp)
Aa>(p) =--- — --- - --- —— [1 - ] (4-45) K<Ỉ>TCP ĨMỊT' p ỉc(p)
Mặt khác [ZQO - Zc(p)]. F0(p) = - ỉ(p)t I(p> F*(p)
do đó: --- =--- r zc(p) 1 + Fo(p)
trong đó F0(p) là hàm truyền mạch vòng của hệ điều chỉnh tốc độ.
Khi Ic = lí], A thì:
RJc 1 4T’Jc®u 2Tịp + 1
Aw(p) = - — - , --- --- --- ——. --- - --- . (4-46) Kd>.Tcp 1 + Fo(p) Kd>.Tc 4T;p(2T^p + 1) + 1
Từ biểu thức (4-46) thấy rằng độ sụt tốc độ tỉnh Au> = ZeJỉư/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 dạng:
(4-48) và hàm truyền mạch hở sẽ là:
1 + Top RưKW 1
* •• - ——
KTOP KịK<ĩ>.Tc p(2Tỳp + 1)
(4-49) từ (4-49) có thể tỉm được hàm truyền mạch kín F(p), đòng nhất F(p) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tỉm được tham số của bộ điều chỉnh.
Nếu chọn = Ts thì:
A = 8TS,
8(27^ )2 RưKw K = „ L -TZT = - --11 -4TV
KVKQ>.TZ • 87ị KjK<l>.Tc 1 1
Ãw(p) ~ - -—Z-. (1 + ) .(4-50)
R\i-Kw 4Tj 87;’ P
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.
Hàm truyền mạch kín cùa hệ thống:
„ _ U^ịp) 1 + 8T^P
Fjp) =——- = --- --- - --- (4-51) . 8T'SP[47>(1 + 2Ts’p) + 1] + 1
Càn cứ vào các biểu thức đã néu trên ta có thể tính được hàm truyền đối với tín hiệu nhiễu loạn lã dòng điệĩi tài:
A/(p) 1 + 87’ p
Fị(p) =—— = —--- - --- (4-52) A7c(p) 8T;p[4T;p(l + 2ĩ;p) + 1] + 1
và cũng tính được sai só tóc độ tương ứng khi nhiễu tải ctí dạng hằng số:
[Z<p) - Zc(p)J Ao/p) = ---- 7' _ - *ư
K<t>.Tc.P
4T’s7ĩưIc 87’7(1 + 27’p)
= - ... ---- 7---- : (4-53) • Kd>.7c 87s’ 7Ị47S’ 7(1 + 27’s7) + 1] + 1
Kết quả là, mạch vòng điều chỉnh tốc độ là vô sai cấp hai đối với tín hiệu điều khiển (4-51) và là vô sai cấp một đối VỚỊ tín hiệu nhiễu (4-53). Như vậy khi đã 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 7C > 4Tư thi hàm truyền của đối tượng sẽ là:
So2(p) = —--- ■ _ --- Ks —---— , (4-54) (1 + p7b) (1 + p7ew)(l + p7j)(l + p72)
Hình 4-28. Sơ đồ cẩu trúc hệ Ihổng tốc độ.
trong đo' Ks = Kb AD.Kw.
Giả thiết rằng T2 > Tị và Tj, T2 lớn hơn nhiều so với Tb, TM thì theo tiêu chuẩn mổđun tối ưu ta tổng hợp được bộ điều chỉnh tóc độ kiểu PID cơ hàm truyền như sau:
(1 + pTi)(l + pT2)
= : > rs= + rw.
2T&.Ks.p.a
với hộ sổ a bàng một thì hàm truyền hệ kín sẽ là:
w , 1
Ưwd(p) ~ 2TsJp(l + 2Tsp) + 1
Hệ thống đạt vô sai cấp một đổi với tín hiệu điều khiển, Nếu hệ thống co* hằng số thời gian cơ học Tc 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 :
w 1 1 + pTv
— • .. ... . 1 "11 J (4 - 55) w (1 + pTk) (1 + pTsk)
. trong đó :
Ĩ7k - giá trị trung binh điện áp ra của bộ biến đổi;
/ỉk, 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 Tk, 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 :
T (p) Kv
trong đơ Kv là hệ số khuếch đại vi phán, túc là độ nghiêng của đặc tính tù hóa 7k(p) ~ ỉ + pTv'
Hình 4-29. Sơ đồ khơi điều chinh dòng điện kích từ.
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:
E(p) w
= 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 Nt có thể được thực hiện' bàng mạch khuếch đại kiều thõng sổ. Trên hinh 4-30 khối Sok(p!) có hàm truyền của mạch kích tìti
, 1 1 + pTv
s^p' = „
ôk (1 + pTk) (1 + pTsk)