Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1: Chương 3

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:141

Thêm vào BST

Báo xấu

195
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1- Chương 3: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều nhiều mạch vòng trình bày các nội dung chính vê hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện, hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện, sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng sử dụng các bộ điều chỉnh PI: Biểu tượng biểu thị tác dụng giới hạn biên độ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1: Chương 3

BÀI GIẢNG MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ 1 Khoa Điện - Bộ môn TĐH Trường Đại học KTCN Thái Nguyên
Chương 3: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều nhiều mạch vòng 3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Trong chương 2 đã chỉ rõ, hệ thống điều chỉnh tốc độ vòng kín đơn dùng phản hồi âm tốc độ và bộ điều chỉnh PI có thể đảm bảo hệ thống ở trạng thái ổn định thực hiện không có sai lệch. Đối với hệ thống có yêu cầu chất lượng động cao, ví dụ yêu cầu khởi động. phanh hãm nhanh, sai lệch tốc độ ở chế độ động nhỏ, thì hệ thống một mạch vòng khó thoả mãn yêu cầu. Điều này chủ yếu do trong hệ thống một mạch vòng không thể hoàn toàn khống chế dòng điện và mô men của quá trình động theo yêu cầu.
3.1. Hệ điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và dòng điện 3.1.1. Đặt vấn đề Id n Id n Idmax Idmax Id n n Id Ing Ic Ic a t b t 0 0 Hình 3.1: Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của động cơ trong quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a/ Quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ một mạch vòng với phản hồi âm dòng điện có ngắt b/ Quá trình khởi động tăng tốc lý tưởng
3.1.2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện  CL1 CBD CK ui I ucđ uv = BĐ + R RI Ud Đ CKĐ un n FX n FT Hình 3.2: Hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện: R Bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI Bộ điều chỉnh dòng điện; FT Máy phát tốc; FX Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ; CBD Cảm biến dòng điện, ucđ Điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ); un (un=n) Điện áp phản hồi tốc độ, u*i Điện áp đặt dòng điện; ui (ui=I) Điện áp phản hồi âm dòng điện
3.1.2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện  CL1 Id CBD Rpn Cn Rpi Ci + CK ucđ Rv1 Rv3 FX OA1 OA2 = BĐ + uđk n Rv2 + Rv4 + Ud Đ CKĐ Rv01 Rv02 FT Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng sử dụng các bộ điều chỉnh PI : Biểu tượng biểu thị tác dụng giới hạn biên độ
3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh Id  Rd R RI RdId ucđ uvđ uđk Eb n 1 Kb EĐ Ce  Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện  Hệ số phản hồi tốc độ quay  Hệ số phản hồi dòng điện
3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh Trên thực tế, khi làm việc bình thường, bộ điều chỉnh dòng điện không bao giờ đạt tới trạng thái bão hoà. Vì vậy, đối với đường đặc tính mà nói, chỉ có hai vùng ứng với hai trường hợp là bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà và không bão hoà. 3.1.3.1. Bộ điều chỉnh tốc độ quay không bão hoà Lúc này, cả hai bộ điều chỉnh đều không bão hoà, khi ổn định, điện áp chênh lệch đầu vào đều bằng 0. Vì vậy: ucđ =un= n và: Từ quan hệ thứ nhất ta có: u *  u i   Id i u cđ n  n0 
3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà Lúc này, đầu ra của R đạt tới giá trị giới hạn biên độ , mạch vòng ngoài của tốc độ quay trở thành mạch hở, sự thay đổi của tốc độ quay không còn ảnh hưởng đối với hệ thống. Hệ thống hai mạch vòng biến thành hệ thống một mạch vòng không có sai lệch tĩnh đối với dòng điện. Lúc ổn định: U*max Id  i  Id max trong đó: dòng điện lớn nhất Idmax là do người thiết kế chọn, phụ thuộc vào  năng lực quá tải cho phép của động cơ và và trị số lớn nhất gia tốc cho phép của hệ thống truyền động điện. Đường đặc tính tĩnh lúc này là đoạn A - Idmax trên hình 3.5.
3.1.3. Sơ đồ cấu trúc của hệ ở trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh 3.1.3.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà Đường đặc tính thẳng đứng như vậy chỉ phù hợp với tình huống n < n0, bởi vì nếu n > n0 thì , R sẽ ra khỏi trạng thái bão hoà. n A n0 0 Iđm Idmax Id Hình 3.5: Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng
3.1.4. Tính toán các tham số ở trạng thái ổn định Từ hình 3.4 có thể thấy, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín ở trạng thái làm việc ổn định, khi hai bộ điều chỉnh đều không bão hoà, giữa các đại lượng có các mối quan hệ sau: ucđ = un = n u*  u i  Id  Ic i E b Ce n  Id R d Ce u cđ /   I c R d u đk    Kb Kb Kb ở đây Eb là s.đ.đ. đầu ra BBĐ, với BBĐ là sơ đồ chỉnh lưu cũng thường ký hiệu là Ud Hệ số phản hồi tốc độ quay: u cđ max  n max U*max Hệ số phản hồi dòng điện:  i Id max
3.2. Chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng 3.2.1. Mô hình toán học trạng thái động U* Ic i - Ucđ Kb Eb 1/ R d Id - Rd 1 n W R  (s) W R I (s ) Tms s  1 Tes  1 EĐ Ce - - Un Ui   Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động Phần trước đã chỉ ra rằng, mục đích quan trọng của việc điều khiển hai mạch vòng kín chính là để nhận được quá trình khởi động gần với lý tưởng (hình 3.1b), vì vậy khi phân tích chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng, trước tiên phải hiểu rõ quá trình khởi động của nó. Để khảo sát hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng ta giả thiết: khi động cơ đang đứng yên đột ngột đặt vào đầu vào điện áp ucđ=conts để khởi động, quá trình quá độ của dòng điện và tốc độ quay được thể hiện trên hình 3.7. Bởi vì trong quá trình khởi động bộ điều chỉnh R trải qua ba giai đoạn: không bão hoà, bão hoà, thôi bão hoà, trên hình vẽ được đánh dấu bằng các đường I, II, và III.
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động Giai đoạn đầu, đoạn 0 t1, là giai đoạn điện áp tăng lên. Sau khi tác động điện áp đặt ucđ dạng nhảy cấp, thông qua tác động điều khiển của hai bộ điều chỉnh làm cho uđk, Eb (hay Ud), Id đều tăng lên, khi Id > Ic động cơ điện bắt đầu tăng tốc. Do quán tính cơ của động cơ, quá trình tăng của tốc độ động cơ không thể đột biến, cho nên chênh lệch điện áp đầu vào uv = ucđ - un của bộ điều chỉnh tốc độ quay R là khá lớn, đầu ra của nó nhanh chóng đạt tới giá trị biên (bão hòa), dòng điện Id cũng được cưỡng bức tăng lên nhanh chóng. Khi Id  Idmax thì , tác dụng của bộ điều chỉnh dòng điện làm cho Id không thể tiếp tục tăng mạnh, chứng tỏ quá trình này đang kết thúc. Trong giai đoạn này, R từ chưa bão hoà đã nhanh chóng đạt đến bão hoà, còn RI thường không bão hoà để đảm bảo cho tác dụng điều chỉnh của mạch vòng dòng điện.
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động Ở GIAI ĐOẠN II, TỪ T1 ĐẾN T2, n I II III DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI, TỐC ĐỘ n* TĂNG. MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN. GIAI ĐOẠN III: SAU THỜI 0 t ĐIỂM T2 LÀ GIAI ĐOẠN ĐIỀU CHỈNH Id TỐC ĐỘ QUAY. Ở GIAI ĐOẠN NÀY, Idmax TỐC ĐỘ QUAY ĐÃ ĐẠT ĐẾN TRỊ SỐ CHO TRƯỚC, ĐẠI LƯỢNG CHO Ic TRƯỚC (TÍN HIỆU ĐẶT HAY ĐIỆN ÁP 0 t1 t2 t3 t4 t CHỦ ĐẠO) VÀ ĐIỆN ÁP PHẢN HỒI Hình 3.7: Đồ thị tốc độ quay và CỦA BỘ ĐIỀU CHỈNH CÂN BẰNG dòng điện của hệ thống điều chỉnh NHAU, CHÊNH LỆCH ĐIỆN ÁP ĐẦU tốc độ hai mạch vòng VÀO BẰNG 0, NHƯNG ĐẦU RA DO TÁC DỤNG CỦA KHÂU TÍCH PHÂN
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động số biên, cho nên động cơ với dòng điện cực đại vẫn tăng tốc, làm cho tốc độ quay vượt quá giá trị đặt (quá điều chỉnh). Sau khi tốc độ quay vượt quá giá trị đặt, ở đầu ra của R xuất hiện chênh lệch điện áp âm, làm cho nó thoát khỏi trạng thái bão hoà, điện áp đầu ra của nó (cũng là điện áp cho trước của RI) cũng lập tức từ u * trị biên (bão hòa) giảm xuống, dòng giá i điện mạch chính Id cũng theo đó mà giảm xuống. Nhưng vì Id vẫn lớn hơn dòng điện phụ tải Ic trong một khoảng thời gian nên tốc độ quay vẫn tiếp tục tăng. Đến lúc Id = Ic, mô men động cơ M cân bằng mô men cản Mc (M = Mc), thì dn/dt = 0, tốc độ quay n đạt tới giá trị cực đại (tại thời điểm t = t3). Tiếp sau, dưới tác dụng của mô men phụ tải, động cơ điện bắt đầu giảm tốc, tương ứng với nó, xuất hiện một giai đoạn ngắn dòng điện Id nhỏ hơn Ic cho tới khi ổn định (giả thiết các tham số bộ điều chỉnh đã được
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động điều chỉnh tốt). Trong giai đoạn điều chỉnh cuối cùng, R và RI đều không bão hoà và tác động đồng thời. Bởi vì mạch vòng điều chỉnh tốc độ quay là vòng ngoài, R đóng vai trò chủ đạo, còn tác dụng của RI là đảm bảo sao cho Id nhanh chóng bám lượng đầu ra ui* của R. Tóm lại, quá trình khởi động hệ thống điều tốc hai mạch vòng có 3 đặc điểm: 1/ Điều khiển bão hoà phi tuyến 2/ Điều khiển tối ưu chuẩn thời gian 3/ Quá điều chỉnh tốc độ quay
3.2.2. Phân tích quá trình khởi động Id n Cần phải lưu ý, dòng điện Id n đầu ra của bộ chỉnh lưu bán dẫn tiristor chỉ đi theo một chiều, do vậy, với hệ thống điều tốc T-Đ không đảo chiều dòng thì khi dừng t dòng điện động cơ không đảo chiều 0 và động cơ không làm việc ở trạng Hình 3.8: Đồ thị dòng điện khi khởi động không tải của hệ thống điều chỉnh tốc độ thái hãm hai mạch vòng (nếu không sử dụng các biện pháp khác). Vì vậy hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tuy có quá trình khởi động rất nhanh, nhưng khi dừng máy, sau khi dòng điện hạ về không thì hệ thống chuyển sang hãm tự do. Nếu muốn dừng nhanh phải dùng hãm động năng hoặc phanh điện từ.
3.2.3. Tính năng và tác dụng của hai bộ điều chỉnh ở trạng thái động Nói chung, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng có tính năng trạng thái động khá tốt. 3.2.3.1. Tính năng bám trạng thái động Như trên đã phân tích, hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng trong quá trình khởi động và tăng tốc, trong điều kiện bị giới hạn về năng lực quá tải, đã cho thấy độ tác động nhanh của chế độ động tốt, bám sát đặc tính yêu cầu. Trong quá trình giảm tốc, vì đặc tính dòng điện động cơ không đảo chiều nên khả năng bám kém, bị sai lệch; đối với mạch vòng dòng điện, khi thiết kế bộ điều chỉnh cần phải có tính năng bám tốt.
3.2.3. Tính năng và tác dụng của hai bộ điều chỉnh ở trạng thái động 3.2.3.2. Tính năng chống nhiễu trạng thái động 1)Chống nhiễu phụ tải Từ sơ đồ cấu trúc trạng thái động hình 3.6 có thể thấy, nhiễu phụ tải tác động phía sau mạch vòng dòng điện, chỉ có thể dùng bộ điều chỉnh tốc độ quay để thực hiện chống nhiễu. Vì vậy, lúc đột ngột tăng tải (hoặc giảm tải), tất nhiên sẽ dẫn tới trạng thái giảm (hoặc tăng) tốc độ. Để giảm lượng sụt (hoặc lượng tăng) tốc độ ở trạng thái ổn định, khi thiết kế R cần phải yêu cầu hệ thống có chỉ tiêu chất lượng chống nhiễu tốt. Đối với việc thiết kế RI mà nói, chỉ cần mạch vòng dòng điện có chất lượng bám tốt là được.
2)Chống nhiễu điện áp mạng điện (lưới) Ud Ic Ucđ K b Ud - - EĐ 1 n W R I (s) 1/ R d Id R W R  (s) Tms s  1 Tes  1 Ce - - Un a  Ud Ic Ucđ - - EĐ 1 K b Ud 1/ R d Id R n W R  (s) W R I (s) Tms s  1 Tes  1 Ce - - Un Ui  b  Hình 3.9: Tác dụng chống nhiễu trạng thái động của hệ thống điều tốc a/ Hệ thống một mạch vòng; b/ Hệ thống hai mạch vòng Ud - dao động của điện áp mạng được phản ánh trên điện áp chỉnh lưu