Ch 2: Đ
ặ
c tính chun
g
của các
p
hần tử
ặg p
•Các hệ thống điều khiển thường bao gồm các loại phần tử khác nhau – sự kết hợp
giữa những phần tử điện, lỏng, khí, nhiệt và cơ.
•Những loại phần tử này đều có thể được mô tả thông qua 4 đặc tính chung: trở kháng,
dung lượng
quán tính
và
thờigiantrễ
dung
lượng
,
quán
tính
và
thời
gian
trễ
.
•Bốn đặc tính chung này được định nghĩa dựa trên 3 thông số:
• Thôn
g
số 1: lượn
g
vật chất, năn
g
lượn
g
, hoặc khoản
g
cách
g g g g g
• Thông số 2: lực tác động hay thế năng để làm thay đổi những biến định lượng.
• Thông số 3: thời gian
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-1
Ch 2: Đ
ặ
c tính chun
g
của các
p
hần tử
ặg p
•Trở kháng: là sự ngăn cản chuyển động của vật thể hoặc năng lượng. Nó được đo
ằ ổ ế ầ ế ể ấ
b
ằ
ng t
ổ
ng các th
ế
năng c
ầ
n thi
ế
t đ
ể
tạo nên một đơn vị dòng điện, dòng lưu ch
ấ
t, dòng
nhiệt, hoặc vận tốc.
•Dun
g
lư
ợ
n
g
: là tổn
lư
n
v
t chất, năn
lư
n
, ha
khoản
cách cần thiết để t
o nên
gợg
sự thay đổi một đơn vị thế năng.
•Quán tính (độ tự cảm): là sự ngăn cản thay đổi trạng thái của chuyển động. Nó được
đobằng tổng các thếnăng cầnthiếtđể gia tăng mộtđơnvịdòng điện dòng lưuchất
đo
bằng
tổng
các
thế
năng
cần
thiết
để
gia
tăng
một
đơn
vị
dòng
điện
,
dòng
lưu
chất
,
dòng nhiệt, hoặc vận tốc trong một đơn vị thời gian (giây).
•Thời gian trễ: là khoảng thời gian giữa thời điểm xuất hiện tín hiệu vào và thời điểm
ấthiện tín hiệra t ơng ứng
xu
ất
hiện
tín
hiệ
u
ra
t
ư
ơng
ứng
.
fo(t) = fi(t-td)
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-2
2.1. Phần tử điện
•Điện trở: là tính chất của vật liệu, nó ngăn cản chuyển động của dòng điện. Vật liệu
dẫn điện tốt có giá trị điện trở thấp, còn vật liệu cách điện có giá trị điện trở rất cao.
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-3
2.1. Phần tử điện
Thí dụ: Một phần tử điện được biết là có đặc tính V-A tuyến tính. Xác định điện trở của
phần tử khi điện áp sử dụng là 24 Vsẽ gây ra một dòng 12 mA chạy qua phần tử.
Giải:
Giải:
Thí dụ: Bóng đèn là một phần tử điện có đặc tuyến V-A phi tuyến. Xác định điện trở của
phần tử khi bóng làm việc ở điện thế 6 Vvới những thông tin đo được như sau:
• 5.95 Vgây ra dòng 0.500 A
• 6.05 Vgây ra dòng 0.504 A
Giải:
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-4
2.1. Phần tử điện
•Điện dung: là lượng điện tích cần thiết để tạo nên sự thay đổi một đơn vị điện áp. Đơn
vị của điện dung là farad (F).
Lưu ý: nếu thì
và
Thí dụ: Cho một tín hiệu dòng điện có biên độ 0.1 mA chạy qua một tụ điện trong
khoảng thời gian 0.1 s, điện áp của tụ tăng từ 0 đến +25 V. Hãy xác định giá trị điện dung
ủtđiệ
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-5
c
ủ
a
t
ụ
điệ
n.
2.1. Phần tử điện
Giải:
•
Điệncảm
:làlượng điệnápcầnthiếtđể làm tăng mộtđơnvịdòng điệntrongmộtgiây.
Điện
cảm
:
là
lượng
điện
áp
cần
thiết
để
làm
tăng
một
đơn
vị
dòng
điện
trong
một
giây.
Đơn vị của điện cảm là Henry (H).
Lưuý:nếuthì
Lưu
ý:
nếu
thì
và
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-6
2.1. Phần tử điện
•Thời gian trễ: là khoảng thời gian cần thiết để truyền một tín hiệu từ điểm nguồn đến
điểm đích. Đối với phần tử điện, tốc độ truyền rất lớn (từ 2 ×108 đến 3 ×108m/s) so với
những phần tử khác trong hệ thống, vì thế sự ảnh hưởng của thời gian trễ này đối với hệ
thống điều khiển thường không xét đến.
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-7
2.1. Phần tử điện
Thí dụ: (a) xác định thời gian trễ cho một đường truyền dài 600 mvới vận tốc truyền là
2.3 ×108m/s.
(b) Phi thuyền trong không gian cách trái đất 2000 km truyền đi một tín hiệu với
v
ậ
n tốc 3 ×108m/s. Xác đ
ị
nh khoản
g
thời
g
ian để tín hi
ệ
u tru
y
ền đến m
ặ
t đất.
ậ
ịg g ệyặ
Giải: (a)
Giải:
(a)
(b)
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-8
2.2. Phần tử lỏn
g
g
•Trở kháng: trở kháng của chất lỏng là đặc điểm của ống, van, tiết diện … mà làm cản
trở chuyển động của dòng chảy. Nó được đo bằng sự thay đổi áp suất cần thiết để làm
tăng một đơn vị lưu lượng. Mối quan hệ này được thể hiện qua phương trình dòng chảy.
Có hai loại dòng chảy: chảy tầng và chảy rối - tùy thuộc vào trị số Reynolds.
Với
ρ
: khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)
v: vận tốc trung bình của dòng chảy (m/s)
d: đường kính trong của ống dẫn (m)
µ
: hệ số nhớt tuyệt đối của lưu chất (kg/m.s)
Dòng chảy tầng Re <2000
Dòng chảy rốiRe >4000
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-9
2.2. Phần tử lỏn
g
g
Ở dòng chảy tầng, mối quan hệ giữa áp suất và lưu lượng dòng chảy là tuyến tính. Do
đóiátịtởkhá là hằ ố Cò ởdò hả ốiốihệàlàhit ếKhi
đó
g
iá
t
r
ị
t
r
ở
khá
ng
là
hằ
ng s
ố
.
Cò
n
ở
dò
ng c
hả
y r
ối
, m
ối
quan
hệ
n
à
y
là
p
hi
t
uy
ế
n.
Khi
lưu lượng dòng chảy tăng, giá trị trở kháng tăng theo.
©C.B. Pham Kỹthuậtđiềukhiểntựđộng 2-10