Điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần

Chia sẻ: Đinh Văn Mạnh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:33

Thêm vào BST

Báo xấu

200
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý... các hệ thuyền động ngày nay thường sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều. Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì vậy tăng độ chính...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điều khiển tốc độ động cơ sử dụng biến tần

®å ¸n m«n hoc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Lêi nãi ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y cã sù ra ®êi vµ ngµy cµng hoµn thiÖn cña c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn tö c«ng suÊt, víi kÝch thíc gon nhÑ, ®é t¸c ®éng nhanh cao, dÔ dµng ghÐp nèi víi c¸c thiÕt bÞ vi sö lý... c¸c hÖ thuyÒn ®éng ngµy nay thêng sö dông nguyªn t¾c sö dông vÐc t¬ cho c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu. PhÇn lín c¸c ®iÒu khiÓn nµy th¬ng dïng kÜ thuËt sè víi ch¬ng tr×nh phÇn mÒn linh ho¹t, dÔ dµng thay ®æi cÊu tróc tham sè hoÆc luËt ®iÒu khiÓn. V× vËy t¨ng ®é chÝnh x¸c vµ t¸c ®éng nhanh cho hÖ truyÒn ®éng. 2 . §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ K§B b»ng ph¬ng ph¸p tÇn sè: Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn nguån ¸p, cho phÐp më réng ph¹m vi sö dông ®éng c¬ K§B trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp. Nã cho phÐp më réng d¶i ®iÒu chØnh vµ n©ng cao tÝnh chÊt ®éng häc cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu nãi chung vµ ®éng c¬ K§B nãi riªng. Tríc hÕt chóng ta øng dông cho c¸c thiÕt bÞ cÇn thay ®æi tèc ®é nhiÒu ®éng c¬ cïng mét lóc nh c¸c truyÒn ®éng cña nhãm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¸nh l¨n ... ph¬ng ph¸p nµy cßn ®îc øng dông cho c¶ c¸c thiÕt bÞ ®¬n lÎ nhÊt lµ nh÷ng c¬ cÊu cã yªu cÇu tèc tèc ®é cao nh m¸y ly t©m , m¸y mµi . §Æc biÖt lµ hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch biÕn ®æi nguån cung cÊp sö dông cho ®éng c¬ K§B r«to lång sãc sÏ cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n v÷ng ch¾c gi¸ thµnh h¹ cã thÓ lµm viÖc trong nhiÒu m«i trêng Nhîc ®iÓm c¬ b¶n cña hÖ thèng nµy lµ m¹ch ®iÒu khiÓn rÊt phøc t¹p §èi víi hÖ thèng nµy ®éng c¬ kh«ng nhËn ®iÖn tõ líi chung mµ tõ mét bé biÕn tÇn. Bé biÕn tÇn nµy cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi tÇn sè vµ ®iÖn ¸p ra mét c¸ch ®éc lËp víi nhau . Trong phÇn nµy ®Ò cËp ®Õn hai néi dung : Nguyªn lý ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ K§B b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè vµ c¸c lo¹i biÕn tÇn dïng trong hÖ truyÒn ®éng biÕn tÇn - ®éng c¬ K§B a . Nguyªn lý ®iÒu chØnh tÇn sè: Nguyªn lý ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ K§B b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè fi cña ®iÖn ¸p stato ®îc rót ra tõ biÓu thøc x¸c ®Þnh ®éng c¬ K§B ωs = 2.π.fs 1
VËy søc ®iÖn ®éng cña d©y quÊn stato cña ®éng c¬ tû lÖ víi tÇn sè ra vµ tõ th«ng Es = C.φ.fs MÆt kh¸c nÕu bá qua ®é sôt ¸p trªn tæng trë d©y quÊn stato tøc coi ∆Us=Is R2+ X 2 ≈0⇒Us≈Es=Cφfs s s VËy ®ång thêi víi viÖc ®iÒu chØnh tÇn sè ta ph¶i ®iÒu chØnh c¶ ®iÖn ¸p nguån cung cÊp. Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi ®iÒu chØnh tÇn sè mµ gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p nguån Us kh«ng ®æi th× tõ th«ng ®éng c¬ sÏ biÕn thiªn *Khi ƒs gi¶m tõ th«ng φ cña ®éng c¬ lín lªn lµm cho m¹ch tõ b·o hoµ vµ dßng ®iÖn tõ ho¸ lín lªn. Do c¸c chØ tiªu n¨ng lîng xÊu ®i vµ ®«i khi nhiÒu ®éng c¬ cßn ph¸t n¨ng lîng qu¸ møc cho phÐp. *Khi ƒs t¨ng tõ th«ng φ cña ®éng c¬ gi¶m xuèng vµ nÕu m«men phô t¶i kh«ng ®æi th× theo biÓu thøc M = k.φ.I.n.cosφ ta thÊy dßng ®iÖn r«to Ir ph¶i t¨ng lªn.VËy trong trêng hîp nµy d©y quÊn ®éng c¬ chÞu qu¸ t¶i cßn lâi thÐp th× ph¶i non t¶i. Ngoµi ra còng v× lý do trªn m«men cho phÐp vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña ®éng c¬ gi¶m xuèng. V× vËy ®Ó tËn dông kh¶ n¨ng ®éng c¬ mét c¸ch tèt nhÊt lµ khi ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ph¬ng ph¸p biÕn ®æi tÇn sè ngêi ta cßn ph¶i ®iÒu chØnh c¶ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn theo hµm cña tÇn sè vµ phô t¶i ViÖc ®iÒu chØnh nµy chØ theo hµm cña tÇn sè cã ®Æc m¸y s¶n xuÊt cã thÓ ®îc thùc hiÖn trong hÖ kÝn . Khi ®ã nhê c¸c m¹ch håi tiÕp ®iÖn ¸p øng víi mét tÇn cho tríc nµo ®ã sÏ biÕn ®æi theo phô t¶i Yªu cÇu chÝnh ®èi víi ®Æc tÝnh cña truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tÇn sè ®¶m b¶o ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i trong toµn bé d¶i ®iÒu chØnh tÇn sè vµ phô t¶i ngoµi ra cßn cã thÓ cã vµi yªu cÇu vÒ ®iÒu chØnh tèi u trong chÕ ®é tÜnh b. C¸c lo¹i biÕn tÇn : gåm hai lo¹i: BiÕn tÇn trùc tiÕp BiÕn tÇn gi¸n tiÕp I.BiÕn tÇn trùc tiÕp: U 1 ,f 1 BT U 2 ,f 2 §iÖn ¸p vµo BT cã ®iÖn ¸p U1 vµ tÇn sè f1 chØ qua mét m¹ch van lµ ra ngay t¶i víi tÇn sè f2,U2. §Æc ®iÓm: HiÖu suÊt biÕn ®æi n¨ng lîng cao do chØ cã mét lÇn biÕn ®æi ®iÖn n¨ng .Thùc hiÖn h·m t¸i sinh n¨ng lîng mµ kh«ng cÇn m¹ch ®iÖn phô. HÖ sè c«ng suÊt thÊp,tÇn sè ®IÒu chØnh bÞ giíi h¹n trªn bëi tÇn sè nguån cung cÊp.Thêng dïng cho hÖ truyÒn ®éng c«ng suÊt lín,tèc ®é lµm viÖc thÊp. 2
II.BiÕn tÇn gi¸n tiÕp: α BiÕn tÇn nguån ¸p: L CL NL U 1 ,f 1 C U 2 ,f 2 §Æc ®iÓm lµ ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®îc ®Þnh h×nh s½n cßn d¹ng dßng ®iÖn t¶i l¹i Ýt phô thuéc vµo tÝnh chÊt t¶i .ViÖc ®iÒu chØnh tÇn sè ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®îc thùc hiÖn dÔ dµng b»ng ®iÒu khiÓn qui luËt më van cña phÇn nghÞch lu .Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy thay ®æi dÔ dµng tÇn sè mµ kh«ng phô thuéc vµo líi α BiÕn tÇn nguån dßng : L U 1 ,f 1 CL NL U 2 ,f 2 S¬ ®å ®¬n gi¶n, lµm viÖc tin cËy, ®· tõng ®îc sö dông réng r·i ®Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu 3 pha, r«to lång sãc .S¬ ®å gåm mét cÇu chØnh lu vµ mét cÇu biÕn tÇn, mçi tiristor ®îc nèi tiÕp thªm mét mét ®i«t gäi lµ ®i«t chÆn. MTKb 512.8 380/220V 50Hz T§ 25% P®m = 37 kW M th M dm = 3,6 M kd M dm =3,3 U®m=380 V;n®m = 720v/p Istdm = 104 A Ω ; Rs=0,08 ;Xs=0,17 Ω Ω Ω ;Rr=0,19 ;Xr=0,16 2 J = 1,32 kgm 1. TÝnh to¸n c¸c phÇn tö m¹ch nghÞch lu 6 I .π I s1 = I d ⇒ I d = s1 = 116,7 A π 6 π Ud U 3 6 cos ϕ U s1 = ⇒ U d = s1 = 370V 3 6 cos ϕ 1 π 3
* Dßng ch¶y qua c¸c van T1 → T6 vµ D1 → D6 chÝnh b»ng dßng ch¶y qua c¸c pha cña stato ®éng c¬ I = 91A. * §iÖn ¸p ngîc më van ph¶i chÞu = Ud = 370 V * Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng vµ ¸p k = 2 I c = 2 × 91 = 182 A   Dïng ®Ó chän c¶ T vµ D U c = 2 × 370V = 740V  ⇒ Chän Di«t lo¹i B - 200 cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹I Itb(A) Uim(V) ∆U(V) Tèc ®é qu¹t(m/s) B- 200 100-1000 0.7 12 200 ⇒ Chän Tiristor lo¹i TL - 250 cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i I(A) Uim(V) ∆U(V) Toff(µs) Ig(V) Ug(V) du/dt(V/µs ) TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200 * Tô chuyÓn m¹ch C1 - C6 ®îc tÝnh theo c«ng thøc 2  I f U  C max = 0,666 0,91 m 1 L + 0,202 m − L    U m f max fnIm   Trong ®ã: - fn: tÇn sè ®Þnh møc = 50Hz - fmax: tÇn sè cùc ®¹i = 100Hz - Im: dßng tõ ho¸ I m = 91 1 − (cos ϕ) 2 = 63,5A - In: dßng ®Þnh møc = 91A - L: ®iÖn c¶m mét pha (r«to+stato) = 2x7,3.10 -3H - Um: biªn ®é cùc ®¹i ®iÖn ¸p d©y = 380V 2  63,5.50 380  ⇒ C max = 0,666 0,91 14,6.10 −3 + 0,202 − 14,6.10 −3  =212 µ F  380.100 63,5.50  Chän C = 200 µF * QuËn kh¸ng L π 0,134 × U d Ld = 3 Trong ®ã ∆Id=(0,05 - 0,1) Id ω .∆I d π 0,134 × × 370,5 ⇒L= 3 = 0,028( H ) 314 × 0,05 × 116,7 4
2. TÝnh to¸n c¸c phÇn tö m¹ch chØnh lu * Theo tÝnh to¸n phÇn trªn ta cã: Id = 116,7 (A); Ud = 370 (V) * Khi lÊy ®iÖn ¸p cung cÊp tõ tríc ~380V ⇒ cã thÓ kh«ng cÇn sö dông MBA. 3 6U 2 U ×π Ta cã: U d = cos α ⇒ cos α = d = 0,41 π 3 6U 2 ⇒ α=65,30 - Dßng trung b×nh ch¶y qua T1-T0 I d 116,7 I tb = = = 38,9(A) 3 3 - §iÖn ¸p ngîc ®Æt lªn mçi van: U ng = 6 U 2 = 930,8(V) - Chän KI=2; KU=1,6 IC=2x38,9=78,9≈ 80 (A) UC=1,6x930,8≈ 1500 (V) ⇒ Chän Tiristor Lo¹i T-250 cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i I(A) Uim(V) ∆U(V) Toff(µs) Ig(V) Ug(V) du/dt(V/µs ) T.250 250 100-2200 1 150- 0,3 5 20-500 250 3. TÝnh to¸n c¸c tham sè cÇn thiÕt cho tæng hîp. Rs σLs I sd I sq U L ωs s m Rr ωr UN=220V PN=37kW n=720v/p IN=91A f=50Hz cosϕ=0,78 1. TÝnh dßng kÝch tõ danh ®Þnh. I sdN = 2 I N 1 − cos ϕ = 2 × 91 1 − 0,72 = 68,1( A) 2.TÝnh dßng danh ®Þnh t¹o m«men quay IsqN. I sqN ≈ 2 I N − I sdN = 109,2( A) 2 2 3. H»ng sè thêi gian roto Tr ë chÕ ®é danh ®Þnh. 5
I sqN 113,7 Tr = = = 0,01822s ω rN I sdN 87,9 × 68,1  3n  ω rN = 2π  f N −  = 87,9rad / s  60  4. TÝnh ®iÖn kh¸ng phøc tiªu t¸n toµn phÇn Xσ ë chÕ ®é danh ®Þnh.  I  U X σ =  sin ϕ − cos ϕ sdN  N  I sqN  3I N     68,1   220 =  0,62 − 0,72    = 0,342Ω   109,2   3.91 5.TÝnh ®iÖn kh¸ng phøc Xh. 2 UN 2 .220 Xh = − Xσ = − 0,342 = 2,296Ω 3 I sdN 3.68,1 X 2,7 X h = ω s .Lm ⇒ Lm = h = = 0,022( H ) ω s 314 / 3 6. TÝnh hÖ sè tiªu t¸n tæng σ vµ Ts. X σ 0,342 σ= = = 0,149 X n 2,296 Xn Ls = = 0,0073( H ) 2πf N ω rN I sdN X n 87,9 × 68,1 × 2,296 R s ≈ Rr = = = 0,08(Ω) 2πf N I sqN 314 × 109,2 Ls 0,0073 Ts = = = 0,09125s Rs 0,08 7.§iÖn c¶m t¶n stato ®éng c¬ X s 0,17 Lsσ = = = 0,00054( H ) ϖ e 314 4 . TÝnh c¸c thiÕt bÞ ®o: a, M¸y ph¸t tèc: M¸y ph¸t tèc lµ thiÕt bÞ ®o tèc ®é trong hÖ truyÒn ®éng . M¹ch nguyªn lý ®o tèc ®é b»ng m¸y ph¸t tèc mét chiÒu. R C RT W Uω = Kω .ω 6
Khi tõ th«ng m¸y ph¸t tèc kh«ng ®æi ®iÖn ¸p ®Çu ra m¸y ph¸t tèc Khi cã bé läc ®Çu ra th× hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc Kω hÖ sè tû lÖ Kω = Uω/ω Uω = 10V U (P ) = (P ) = ω Kω F fF ω P 1 + jω τ P τfω lµ h»ng sè thêi gian cña bé läc vµ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña OA b»ng: 7
Chän R1=1kΩ => R2=133kΩ Ch¬ng V: Tæng hîp hÖ ®iÒu khiÓn I. LuËt ®iÒu chØnh tõ th«ng kh«ng ®æi. Is/Is®m ws O wsth Tõ c¸c quan hÖ tÝnh m«men cã thÓ kÕt luËn r»ng nÕu gi÷ tõ th«ng m¸y Ψ hoÆc tõ th«ng stator Ψs kh«ng ®æi th× m«men sÏ kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè vµ m«men tíi h¹n sÏ kh«ng ®æi trong toµn bé d¶i ®iÒu chØnh. NÕu coi RS = 0 th×: U S U sdm ΨS = = = const ω 0 ω 0 dm Tuy nhiªn ë vïng tÇn sè lµm viÖc thÊp khi mµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë stator cã thÓ so s¸nh ®îc sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m m¹ch stator khi ®ång thêi tõ th«ng còng gi¶m ®i vµ do ®ã m«men tíi h¹n còng gi¶m ®i. Cã thÓ thiÕt lËp ®îc chiÕn lîc ®iÒu chØnh ®Ó gi÷ biªn ®é tõ th«ng rotor kh«ng ®æi: Ψr = const . ë phÇn m« t¶ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, hoÆc dùa vµo s¬ ®å thay thÕ ta cã thÓ tÝnh ®îc tõ th«ng rotor vµ 8
ph¬ng tr×nh c©n b»ng m¹ch rotor ë d¹ng c¸c thµnh phÇn vector trªn c¸c trôc to¹ ®é ox vµ oy: Ψrx = L m i sx + L rδ .i rx Ψ = L i + L .i  ry m sy rδ ry  0 = R r .i rx + pΨrx + ωs Ψry 0 = R .i + pΨ + ω Ψ  r ry ry s rx NÕu gi÷ ®îc biªn ®é vector tõ th«ng Ψr = const th× p Ψr =0 vµ pΨrx = pΨry = 0, vµ ta cã ph¬ng tr×nh c©n b»ng m¹c rotor:  1 0 = Tr (Ψix − L m i sx ) + ωs Ψry   0 = 1 (Ψry − L m i sy ) − ωs Ψrx   Tr L rδ trong ®ã: Trδ = Rr T¸ch c¸c sè h¹ng dßng ®iÖn sang mét vÕ, sau ®ã b×nh ph¬ng 2 vÕ cña tõng ph¬ng tr×nh vµ céng hai ph¬ng tr×nh víi nhau, ®ång thêi ®Ó ý r»ng: i sx + i sy = I1  2 2 2  2 Ψrx + Ψry = Ψp 2 2  Ta cã thÓ rót ra biÓu thøc cuèi cïng: Ψrdm Is = 1 + (Trδ .ωs ) 2 Lm VËy khi gi÷ biªn ®é tõ th«ng rotor kh«ng ®æi th× vector tõ th«ng rotor lu«n vu«ng pha víi vector dßng ®iÖn rotor vµ do ®ã momen ®iÖn tõ cña ®éng c¬ hoµn toµn tû lÖ víi biªn ®é dßng ®iÖn rotor. §iÒu chØnh tõ th«ng lµ trêng hîp gi÷ tõ th«ng lu«n kh«ng ®æi vµ b»ng gi¸ trÞ tõ th«ng ®Þnh møc, nh vËy cã thÓ khai th¸c hÕt c«ng suÊt m¹ch tõ cña ®éng c¬ K§B. * Trong thiÕt kÕ m«n häc nµy chän ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tÇn sè th«ng qua tõ th«ng ®éng c¬ cô thÓ lµ ®iÒu chØnh tõ th«ng kh«ng ®æi qua quan hÖ dßng chÝnh lu Id vµ tÇn sè trît f2. - B¶n chÊt cña ph¬ng ph¸p nµy lµ th«ng qua viÖc duy tr× quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn stato I1 vµ tÇn sè trît f2 sao cho tõ th«ng cña m¸y ®iÖn ®îc gi÷ kh«ng ®æi. • S¬ ®å cÊu tróc hÖ ®iÒu khiÓn tÇn sè ®éng c¬ K§B qua quan hÖ I1 (f2). 9
- S¬ ®å cÊu tróc ®iÒu khiÓn gåm hai kªnh ®iÒu khiÓn: * Kªnh ®iÒu khiÓn biªn ®é bao gåm hai m¹ch vßng ®iÒu chØnh: m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é vµ m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. TÝn hiÖu ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn tèc ®é R ω lµ tÝn hiÖu ®Æt cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. TÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn biªn ®é a dßng Id. * Kªnh ®iÒu khiÓn tÇn sè thùc hiÖn quan hÖ: f1 = ±f 2 + f m 10
Trong®ã f m: tÇn sè quay ωr f 2: tÇn sè trît TÝn hiÖu tØ lÖ víi dßng ®iÖn lÊy ra tõ ®Çu ra bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω ®îc ®a qua kh©u ®¹o hµm phi tuyÕn I d = f ( f 2 ) → f 2 Ta cã quan hÖ: ω1dm .L 2 ϕ2 = 1 + f 2 * ϕ2 R2 I1 = trong ®ã 1 + σ 2ϕ2f 2 2 * L2m 2 σ = 1− L1 L 2 - §Ó ®¬n gi¶n trong viÖc tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn R i vµ tèc ®é Rω ta gi¶ thiÕt r»ng: Kªnh ®iÒu chØnh tÇn sè do phÇn cøng ®¶m nhiÖm sÏ ®îc ®Ò cËp ®Õn ë ch¬ng 5. V× vËy ta sÏ tiÕn hµnh tæng hîp bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn Ri vµ bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω theo kªnh 1. C¨n cø vµo biÓu thøc tÝnh to¸n m«men vµ dßng ®iÖn ta cã thÓ thµnh lËp ®îc s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng: Ψrdm IS = 1 + Tr2 ωs = Fi (ωs ) 2 Lm 3 L2m ωs .I s2 M= = K M .FM (ωs ).I S 2 2 R r 1 + ωs Tr 2 2 II. S¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. 11
- §Ó tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ ®îc bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn R1, ngêi ta dïng s¬ ®å ®¬n gi¶n sau: Ld Rd 2L1t 2R1 2L2t 2R2/ S0 CL+§K Ud Id U®k Ri I®o Ir® Trong ®ã Ld, Rd: ®iÖn c¶m, ®iÖn trë cuén kh¸ng läc L1t, R1: ®iÖn c¶m t¶n, ®iÖn trë 1 pha stato L2t, R2: ®iÖn c¶m t¶n, ®iÖn trë 1 pha roto quy ®æi vÒ stato s: hÖ sè trît * Ta cã hµm truyÒn ®¹t bé chÝnh lu Ud K CL Wcr + dk = = U : ®iÖn ¸p ®Çu ra CL U dk 1 + pTCL d Udk: ®iÖn ¹p ®iÒu khiÓn chÝnh lu KCL, TCL: hÖ sè ®iÒu khiÓn vµ h»ng sè t 12
- ViÖc tæng hîp chÝnh x¸c m¹ch vßng dßng ®iÖn rÊt phøc t¹p v× thµnh phÇn ®iÖn trë cña m¹ch vßng dßng ®iÖn phô thuéc vµo S => Mét c¸ch gÇn ®óng ta bá qua c¸c thµnh phÇn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng t¸n. Ta ®îc: Ui®+ ∑ = R ir + 2R R Ud Uu®k K CL Uud 1/ R ∑ Uid R L ∑ =-L d + 2L i1t 1 + pTCL 1 + pT∑ U ∑U 1/ R ∑ L Ta cã: oI r = R + pL = 1 + pT .U d trong ®ã T∑ = R i® d ∑ ∑ ∑ ∑ => S¬ ®å cÊu tróc d¹ng khai triÓn m¹ch vßng dßng ®iÖn. K®o III. Thµnh lËp s¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng tèc ®é. * M«men ®iÖn tõ ë chÕ ®é tÜnh cã d¹ng 2 2 3 Lm ωs I s M= p' . ωs: tèc ®é truyÒn cña ®éng c¬ 2 R 2 1 + ωs 2 Tr 2 Tr: h»ng sè thêi gian m¹ch roto => S¬ ®å cÊu tróc d¹ng khai triÓn c¸c m¹ch vßng dßng ®iÖn, tèc ®é Kdo Ui® Uω® K CL / R ∑ 2 3 Ri X (1 + pTCL ) (1 + pT∑ ) I Rω IS2 d π IS -Uω ωS FM X MC 3 L2m - 1 2 Rr + Jp 13 Kω 1 + pTω
Trong ®ã: 3 L2m ωs I s2 M= = K M .FM (ωs ) I s 2 2 R r 1 + ωs Tr 2 2 - Kh©u phi tuyÕn Id(f2) hay Id(ws) cã thÓ ®îc tuyÕn tÝnh ho¸ thµnh kh©u khuÕch ®¹i ®¬n gi¶n I sdm KF = ωsdm - TuyÕn tÝnh ho¸ biÓu thøc tÝnh m«men ®éng c¬ (t¹i ®iÓm ®Þnh møc) ∂M ∂M ∆M = ∆ωs + ∆I s t¹i (M®m, ws®m, I1®m) ta cã ∂ωs ∂I s ∂M 3 Lm 2 2 1 − ωsdm Tr2 2 = I sdm =A ∂ωs 2 R r (1 + ωsdm Tr2 ) 2 2 ∂M 3 Lm 2 2I sdm ωsdm = =B ∂I s 2 R r 1 + ωsdm Tr2 2 * S¬ ®å cÊu tróc d¹ng khai triÓn c¸c m¹ch vßng dßng ®iÖn vµ tèc ®é sau khi ®· tuyÕn tÝnh ho¸ (bá qua hÖ sè thêi gian ®iÖn tõ) r2 id r1 _ r sun 75mV + 10v Kdo Uω®t + - K CL / R I 2 3 ∆IS Rω Fi RI - ( 1 + pTCL )( 1 + pTΣ ) Id π Kω ∆ωS + + B A 1 + pTω 14 MC ω 1 - Jp
IV. TÝnh to¸n c¸c tham sè trong s¬ ®å tuyÕn tÝnh ho¸. 1. HÖ sè m¸y biÕn dßng ®iÖn (®o dßng mét chiÒu) Ui 10 K do = = = 0,08569 I ddm 116,7 Ud 370,5 K CL = = = 37,5 U cCL 10 2. M¸y ph¸t tèc. Kω 0,1326 Ftt ( p ) = = 1 + pTω 1 + 0,01 p 3. Kh©u khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh Fi I sdm K Fi = Isdm: dßng ®iÖn ®Þnh møc Id®m = 117 A (khi Is = ®m = ωsdm 91A) ωsdm = ω e − ω dm = Sω e 2πf ωe = = 104,7 rad / s 3 n 720 ω= = = 75,4rad / s 9,55 9,55 ⇒ ω sdm = 104,7 − 75,4 = 29,3rad / s 91 ⇒ K Fi = = 3,12 29,3 4. Kh©u chØnh lu K CL K CL = 37,5 WCL = 1 + pTCL TCL = 0,005( s ) 1/ R Σ R Σ = R d + 2R 1 Ir = Ud trong ®ã 1 + pTΣ L Σ = L d + 2L1δ 15
RΣ = 2R1 = 2 0,08 = 0,16Ω LΣ = Ld + 2L1σ = 0,028 + 2 0,00054 = 0,02908 L T = = 0,18175 R KCL 1/ R 37,5 6,25 WT = . = 1 + pTCL 1 + pT 1 + 0,005 p 1 + 0,18175 p 5. TÝnh c¸c hÖ sè A, B. - Chän ®iÓm tuyÕn tÝnh ho¸ lµ ®iÓm ®Þnh møc, ta cã: 3 L2 2 1 − ω sdmTr2 2 *A= m J sdm 2 Rr ( 1 + ω sdmTr2 2 2 ) 3 0,022 2 1 − 29,12.0,01822 2 A= × 912 = 13,86 2 0,19 ( 1 + 29,12.0,01822 2 2 ) 3 L2 2.I sdmω sdm 3 0,022 2 2.91.29,1 *B = m = = 15,79 ( 2 Rr 1 + ω sdmTr 2 2 ) ( 2 0,19 1 + 29,12.0,01822 2 ) 6. TÝnh T quy ®æi hÖ thèng. Tqd = 1,8kgm 2 V. Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn. - Ta cã s¬ ®å tæng hîp bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn R r: Uid Uir Ri Uu®k Ki Uud - (1 + pTCL )(1 + pTΣ ) 1 Víi K i = K CL . R .K do = 20,887 2 => Hµm truyÒn cña ®èi tîng ®iÒu chØnh: Ki 0,44 Wir = = (1 + pTCL ) (1 + pT∑ ) (1 + p.0,005)(1 + p.0,18175) * ¸p dông tiªu chuÈn m«dun tèi u víi hµm truyÒn: 1 WKi (p) = 1 + 2Ts p + 2T22 p 2 => Hµm truyÒn ®¹t bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn R i lµ kh©u tØ lÖ tÝch ph©n (PI): 16
T∑ 1 + pT∑ 0,18175 1 + 0,18175 p Wir = . = . 2 K i TCL pT∑ 2 × 20,887.0,005 0,18175 p 1 + 0,18175 p Wir = 0,8702. 0,18175 p  1 + 0,18175 p  Ri ( p) = 0,8702  0,18175 p   VËy hµm truyÒn   Ts = min(TCL , T∑ ) = 0,005 => Hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn: 1 S KI ( p) = 1 + 2.0,005 p + 2.0,05 2 p 2 *kiÓm nghiÖm bé ®iÒu chØnh dßng Ri b»ng Matlab-Simulink: §Æc tÝnh qu¸ ®é cña dßng ®iÖn: VI. Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é. ë trªn, ta dïng tiªu chuÈn m«dun tèi u ®Ó tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn: 1 1 WKi (p) = . K do 1 + 2pTCL + 2p 2 TCL 2 17
- Khi tiÕn hµnh tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é, ta coi gÇn ®óng hµm truyÒn hÖ kÝn m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt. Ki WKi = 1 + pTi 1 1 Ki = = = 11,7 K do 0,08569 trong ®ã Ti = 2.TCL = 2 × 0,005 = 0,01 11,7 ⇒ K Ki = 1 + 0,01 p • Ta cã m¹ch vßng tèc ®é sau khi ®· tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn. U®ω Rω KF Wi(p) 2 3 π Uω Kω A + + B 1 + pT ω 1 + - MC Jp - Khi bá qua MC ta cã s¬ ®å t¬ng ®¬ng sau: U®ω 1 ω Rω Wi(p).C.KF+A - Jp Uω Kω 1 + pTω * Hµm truyÒn cña ®èi tîng cÇn ®iÒu khiÓn: 18
 1  1 Kω S oω =  .C.K F + A . 1 + Ti p  Jp 1 + pTω ( CK F K ir + A + ATi p ) Kω 1 S oω = . (1 + Ti p )(1 + pTω ) Jp * ¸p dông tiªu chuÈn m«dun tèi u ®èi xøng víi hµm truyÒn: 1 + 4τ σ p S kω = FDX ( p) = 1 + 4τ σ p + 8τ σ p 2 + 8τ σ p 3 2 3 1 + 4τ σ p 1 + 4τ σ p + 8τ σ p 2 + 8τ σ p 3 2 3 Rω ( p ) =  1 + 4τ σ p  S oω 1 −  1 + 4τ p + 8τ 2 p 2 + 8τ 3 p 3    σ σ σ  1 + 4τ σ p Rω ( p ) = ( CK F K ir + A + ATi p ) Kω 1 . (1 + τ σ p ) 8τ σ p 2 2 (1 + Ti p )(1 + pTω ) Jp Ta thÊy Ti.Tω = 2 × 0,005 × 0,001 = 0,00001 nhá => cã thÓ bá qua (1 + 4τ σ p ) Rω ( p ) = => ( CK F K ir + A + ATi p ) Kω 1 . .(1 + τ σ p )8τ σ p 2 2 [1 + ( Ti + Tω ) ] Jp víi Tsω = Ti + Tω = 0,011 lµ h»ng sè thêi gian bÐ. Chän Tσ ≥ Tsω = 0,011 1  4Tsω pJ J  ⇔  +  ATi 8 K T ( B '+ A') 8K ω Tsω ( B '+ A' ) p )  2 2 + 1  ω sω CK F K ir + A 1  J J  ⇔  +  ATi  2 K ω Tsω ( CK F K ir + A) 8 K ω Tsω ( CK F K ir + A) p )  2 1+ CK F K ir + A 1  1  ⇔  K Rω +   1 + TTR p  Tω p   Ta thÊy hµm truyÒn Rω(p) cã d¹ng mét kh©u trÔ nèi tiÕp víi mét kh©u PI. Ta cã: ATi 2 × 13,86 × 4 × 0,005 Ttre = = = 0,0002139 CK F K ir + A 2. 3 1 15,79.3,12. + 13,86 π 0,08569 Ta thÊy thêi gian trÔ nhá cã thÓ bá qua. 19
J K Rω = = 0,9525 2 K ω Tsω ( CK F K ir + A) 1 Tω = = 0,04619 J 8 K ω Ts2 ( CK F K ir + A) p ) ω  1  ⇒ Rω ( P ) =  0,9525 +   0,04619 P  §Ó gi¶m ®é qu¸ ®iÒu chØnh 1 => Dïng thªm mét kh©u läc cã hµm truyÒn WL = 1 + 0,044 p *KiÓm nghiÖm bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω b»ng Matlab-Simulink §å thÞ qu¸ ®é cña tèc ®é tríc vµ sau khi cã bé läc §Æc tÝnh qu¸ ®é cña m«men ®éng c¬ víi t¶I ®Þnh møc vµ kh«ng ®Þnh møc 20