Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ 2 - TS. Trần Xuân Minh

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:258

Thêm vào BST

Báo xấu

318
lượt xem 92
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ 2 có 6 chương: hệ thống tùy động, các phương pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều và hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện áp, hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn, hệ thống điều chỉnh tốc độ cơ KĐB robot dây quấn, hệ thống TĐĐ điều khiển tốc biến - động cơ đồng bộ, hệ truyền động điện điều chỉnh vị trí. Giáo trình hữu ích cho những học viên đang theo học chuyên ngành Tự động hóa ở các trường đại học kỹ thuật, công nghiệp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ 2 - TS. Trần Xuân Minh

Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 1
Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, Bộ môn Tự động hóa – Khoa Điện đã biên soạn xong giáo trình học phần Tổng hợp hệ điện cơ 1 và đã được sử dụng có hiệu quả cho việc giảng dạy của giáo viên và việc học tập của sinh viên đại học và học viên cao học. Học phần Tổng hợp hệ điện cơ này là học phần thứ 2 của môn học, học phần này được phân bố chương trình là 3 tín chỉ với nội dung gồm 5 chương. Với thời gian ngắn, điều kiện về tài liệu tham khảo bị hạn chế nên giáo trình này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, mong bạn đọc và các đồng nghiệp thông cảm và cho ý kiến đóng góp để chúng tôi hoàn thiện nội dung của giáo trình này được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 2
Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 3
- S¸ch, gi¸o tr×nh chÝnh: Gi¸o tr×nh Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ do bé m«n Tù ®éng ho¸ XNCN - Khoa §iÖn biªn so¹n (®ang biªn so¹n). - S¸ch tham kh¶o: [1]. TrÇn Thä, Vâ Quang L¹p (biªn kh¶o); C¬ së ®iÒu khiÓn tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2004 [2]. Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, Ph¹m Quèc H¶i, D¬ng V¨n Nghi; §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2002. [3]. Bïi §×nh TiÕu; C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 1984. [4]. Vâ Quang L¹p, TrÇn Xu©n Minh; Gi¸o tr×nh Kü thuËt biÕn ®æi; Trêng ®¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp, Th¸i Nguyªn, 1998. [5]. Cyril W. Lander; Power Electronics; 1993. [6]. Μ. Γ. Чиликин, Μ. Μ. Соклов, В. Μ. Терехов, А. В. Шинянский; ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕТРОПРИВОДА; Энергия, Москва, 1974. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 4
1.1. Khái quát về hệ thống tuỳ động 1.2. Đo kiểm tín hiệu vị trí 1.3. Hệ thống tuỳ động vị trí sensin và phương pháp thiết kế 1.4. Hiệu chỉnh trạng thái động của hệ thống tùy động vị trí Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 5
1.1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 1.1.1. Ứng dụng của hệ thống tuỳ động Hệ thống tùy động, thực chất là hệ thống ĐCTĐ TĐĐ thực hiện điều khiển vị trí với lƣợng đặt trƣớc biến thiên tùy ý. Hệ thống tuỳ động đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong thực tiễn. Nhiệm vụ cơ bản của hệ là thực hiện điều khiển cơ cấu chấp hành bám sát chính xác đối với lƣợng đặt vị trí, đại lƣợng điều khiển (lƣợng đầu ra) thƣờng là vị trí không gian của cơ cấu sản xuất, lúc lƣợng đặt thay đổi trong quá trình làm việc thì hệ thống có thể làm cho đại lƣợng điều khiển bám sát và duy trì một một cách chính xác vị trí của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán, trong quá trình cán kim loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục có thể tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia công của máy cắt điều khiển số và điều khiển bám của máy chép hình; cơ cấu lái tự động trên tàu thuyền; cơ cấu điều khiển anten rađa của cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển động tác của ngƣời máy. Những ví dụ trên đây đều là những ứng dụng cụ thể về hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 6
1.1.2. Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và nguyên lý làm việc của nó Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 7
(1) Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị trí (góc), trong đó trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trƣớc (góc đặt), trục quay của chiết áp RP2 thông qua cơ cấu nối với bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ chiết áp đều đƣợc cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U, nhƣ vậy có thể chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lƣợng điện ở đầu ra. (2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo thành, trong đó bộ khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn 2A có tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp (phƣơng vị âm dƣơng của góc pha). Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 8
(3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để cung cấp cho động cơ chấp hành của hệ thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chƣa đủ, còn phải khuếch đại công suất, các bộ khuếch đại công suất này thƣờng dùng chỉnh lƣu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung nếu động cơ truyền động là động cơ một chiều, trƣờng hợp dùng động cơ xoay chiều thì bộ khuếch đại công suất thƣờng là biến tần. (4) Cơ cấu chấp hành: Động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều, từ trƣờng vĩnh cửu) để truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten ra đa), giữa động cơ và phụ tải thƣờng có bộ phận truyền lực (hộp giảm tốc). (1), (2), (3), (4): Là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ, có thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều v.v... Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 9
1.1.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ động) và hệ thống điều tốc. Cả hai đều là hệ thống kín (có phản hồi), tức là thông qua việc so sánh lƣợng đầu ra của hệ thống với lƣợng cho trƣớc (lƣợng đặt) để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của hai hệ thống này là giống nhau. Đại lƣợng cho trƣớc của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho mức độ nhiễu nhƣ thế nào, đều mong đại lƣợng đầu ra ổn định, vì thế chất lƣợng chống nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất. Còn trong hệ thống tuỳ động thì tín hiệu đặt vị trí là thƣờng xuyên thay đổi, là đại lƣợng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lƣợng đầu ra bám chính xác theo sự thay đổi của lƣợng cho trƣớc, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi đầu ra trở thành đặc trƣng chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Hay nói cách khác chất lƣợng bám là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 10
Từ hình 6.1 có thể thấy, hệ thống tuỳ động có thể xây dựng trên cơ sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vòng vị trí là đặc trƣng cấu trúc chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Vì vậy hệ thống tuỳ động thƣờng phức tạp hơn hệ thống điều tốc. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 11
1.1.3. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hình 1.2: Cấu trúc điển hình của hệ tùy động kiểu mô phỏng Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 12
1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển góc pha kiểu số: Bàn máy Bộ Bộ Số liệu D Nhận diện Điều khiển Động cơ cho trước chấp hành A pha tốc độ Đo vị trí (Thiết bị đồng bộ cảm ứng) Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống tùy động điều khiển góc pha Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 13
1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số: Bàn máy Bộ Bộ Số liệu D* D Động cơ Thuật toán Điều khiển cho trước chấp hành đảo chiều A tốc độ D Đo kiểm vị trí (Thiết bị quang trở) Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển xung số Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 14
1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số: Bàn máy Bộ Bộ Số liệu D* D Động cơ Thuật toán Điều khiển cho trước chấp hành đảo chiều A tốc độ D Đo kiểm vị trí (Đĩa mã quang điện) Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển mã số Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 15
1.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ 1.2.1. Sensin (SS) Cuộn dây stator Sensin là một bộ cảm biến chuyển vị góc S, trong hệ thống tuỳ động thƣờng dùng theo Cuộn dây từng cặp đối nhau. Sensin có rotor nối với bộ rotor phận điều khiển thì đƣợc gọi là sensin phát (máy phát tin), còn sensin có rotor nối với trục cơ cấu chấp hành thì có tên là sensin thu (máy phát tin). Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo sensin Sensin một pha: Gồm một cuộn dây kích từ một pha và một bộ cuộn dây chỉnh bƣớc, cuộn dây kích từ lắp đặt trên rotor, cực từ kích thích thƣờng làm thành dạng cực ẩn, nhƣ vậy có thể làm cho trở kháng đầu vào không thay đổi theo vị trí của rotor, cuộn dây chỉnh bƣớc là cuộn dây 3 pha, thƣờng đƣợc quấn rải, bố trí trên stator, lệch pha nhau 120o, đấu theo kiểu Y. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 16
1.2.1. Sensin (SS) Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý nối sensin kiểu điều khiển Hình 1.8: Vị trí góc của máy tự chỉnh góc uss = Ussm sin(t -  + 900) cos(1 -2 ) (6.1) uss = Ussm sin sin(t -  + 900) (6.2) Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 17
1.2.2. Bộ biến áp quay (Br) Ubr  R1 U2 S2 R2 S1 U1 Hình 1.9: Bộ biến áp quay Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 18
1.2.2. Bộ biến áp quay (Br) ubr(t) = m[u1(t)cos + u2(t)sin] = mUm cos(ot +) (6.3) Ubrm = kUfm cos( - 90o) = kUfm sin (6.4) Hình 1.10: Thiết bị đo kiểm sai số góc do biến áp quay tạo thành Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 19
1.2.3. Bộ đồng bộ cảm ứng (BIS) Hình 1.11: Bộ đồng bộ cảm ứng kiểu đường thẳng Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 20