đồ án điện cơ_điều chỉnh tốc độ động cơ kđb bằng phương pháp tần số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (498.41 KB, 27 trang )
đồ án môn hoc
Tổng hợp hệ điện cơ
Lời nói đầu
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 thớc gon nhẹ, độ tác động nhanh cao,
dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày nay th-
ờng sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều. Phần
lớn các điều khiển này thơng dùng kĩ thuật số với chơng trình phần mền linh
hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì vậy tăng độ
chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.
2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng ph ơng pháp tần số:
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học
của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ
KĐB nói riêng. Trớc hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc
độ nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng
tải, bánh lăn phơng pháp này còn đợc ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ
nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao nh máy ly tâm , máy mài . Đặc
biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp
sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá
thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trờng
Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lới chung mà từ một bộ biến
tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc
lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh
tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong
hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của
điện áp stato đợc rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
s = 2..fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ
thông Es = C..fs
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn
cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện
áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên
*Khi s giảm từ thông của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và
dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lợng xấu đi và đôi khi nhiều
động cơ còn phát năng lợng quá mức cho phép.
*Khi s tăng từ thông của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không
đổi thì theo biểu thức M = k..I.n.cos ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng
lên.Vậy trong trờng hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì
1
fsCEsUs
X
s
R
s
IsUs
=+=
0
22
phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải
của động cơ giảm xuống.
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc
độ bằng phơng pháp biến đổi tần số ngời ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và
dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể đợc
thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần
cho trớc nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ
cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và
phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối u trong chế độ tĩnh
b. Các loại biến tần :
gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
Điện áp vào BT có điện áp U
1
và tần số f
1
chỉ qua một mạch van là ra ngay tải
với tần số f
2
,U
2
.
Đặc điểm:
Hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thực
hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần mạch điện phụ.
Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung
cấp.Thờng dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.
II.Biến tần gián tiếp:
Biến tần nguồn áp:
Đặc điểm là điện áp ra trên tải đợc định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ít
phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thực
hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lu .Phơng pháp
điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lới
Biến tần nguồn dòng :
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng đợc sử dụng rộng rãi để điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu
chỉnh lu và một cầu biến tần, mỗi tiristor đợc nối tiếp thêm một một điôt gọi là
điôt chặn.
MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
P
đm
= 37 kW
2
BT
U
1
,f
1
U
2
,f
2
U
2
,f
2
U
1
,f
1
L
C
CL
NL
L
CL
NL
U
1
,f
1
U
2
,f
2
dm
th
M
M
= 3,6
dm
kd
M
M
=3,3
U
đm
=380 V;n
đm
= 720v/p
I
stdm
= 104 A ; R
s
=0,08 ;X
s
=0,17 ;R
r
=0,19 ;X
r
=0,16
J = 1,32 kgm
2
1. Tính toán các phần tử mạch nghịch l u
V
U
U
U
U
A
I
III
s
d
d
s
s
dds
370
cos63
cos
63
7,116
6
.
6
1
1
1
1
1
===
===
* Dòng chảy qua các van T
1
T
6
và D
1
D
6
chính bằng dòng chảy qua các
pha của stato động cơ I = 91A.
* Điện áp ngợc mở van phải chịu = U
d
= 370 V
* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2
=ì=
=ì=
VVU
AI
c
c
7403702
182912
Dùng để chọn cả T và D
Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:
LoạI I
tb
(A) U
im
(V)
U(V)
Tốc độ quạt(m/s)
B-200 200 100-1000 0.7 12
Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
U(V) T
off
(às)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/às)
TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200
* Tụ chuyển mạch C1 - C6 đợc tính theo công thức
2
mn
m
maxm
1m
max
L
If
U
202,0L
fU
fI
91,0666,0C
+=
Trong đó:
- f
n
: tần số định mức = 50Hz
- f
max
: tần số cực đại = 100Hz
- I
m
: dòng từ hoá
A5,63)(cos191I
2
m
==
- I
n
: dòng định mức = 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10
-3
H
- U
m
: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
2
33
max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C
+=
=212
à
F
Chọn C = 200
à
F
3
* Quận kháng L
d
d
d
I
U
L
ì
=
.
3
134,0
Trong đó I
d
=(0,05 - 0,1) I
d
)(028,0
7,11605,0314
5,370
3
134,0
HL =
ìì
ìì
=
2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh l u
* Theo tính toán phần trên ta có:
I
d
= 116,7 (A); U
d
= 370 (V)
* Khi lấy điện áp cung cấp từ trớc ~380V
có thể không cần sử dụng
MBA.
Ta có:
41,0
63
coscos
63
2
2
=
ì
==
U
U
U
U
d
d
=65,3
0
- Dòng trung bình chảy qua T
1
-T
0
)A(9,38
3
7,116
3
I
I
d
tb
===
- Điện áp ngợc đặt lên mỗi van:
)V(8,930U6U
2ng
==
- Chọn K
I
=2; K
U
=1,6
I
C
=2x38,9=78,980 (A)
U
C
=1,6x930,81500 (V)
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
U(V) T
off
(às)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/às)
T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-500
3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.
sq
I
r
s
r
R
U
N
=220V P
N
=37kW n=720v/p
I
N
=91A f=50Hz cos=0,78
1. Tính dòng kích từ danh định.
)(1,6872,01912cos12 AII
NsdN
=ì==
2.Tính dòng danh định tạo mômen quay I
sqN
.
)(2,1092
22
AIII
sdNNsqN
=
3. Hằng số thời gian roto T
r
ở chế độ danh định.
4
s
R
s
L
I
sd
L
m
U
s
s
I
I
T
sdNrN
sqN
r
01822,0
1,689,87
7,113
=
ì
==
srad
n
f
NrN
/9,87
60
3
2 =
=
4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần X
ở chế độ danh định.
N
N
sqN
sdN
I3
U
I
I
cossinX
=
=
= 342,0
91.3
220
2,109
1,68
72,062,0
5.Tính điện kháng phức X
h
.
=== 296,2342,0
1,68.3
220.2
3
2
X
I
U
X
sdN
N
h
)(022,0
3/314
7,2
. H
X
LLX
s
h
mmsh
====
6. Tính hệ số tiêu tán tổng
và T
s
.
s
R
L
T
If
XI
RR
H
f
X
L
X
X
s
s
s
sqNN
nsdNrN
rs
N
n
s
n
09125,0
08,0
0073,0
)(08,0
2,109314
296,21,689,87
2
)(0073,0
2
149,0
296,2
342,0
===
=
ì
ìì
==
==
===
7.Điện cảm tản stato động cơ
)(00054,0
314
17,0
H
X
L
e
s
s
===
4 . Tính các thiết bị đo:
a, Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên
lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
K hệ số tỷ lệ K = U/ U = 10V
5
=
.
K
U
( )
( )
Pj
K
P
P
P
fF
U
F
+
==
1
R
C
R
T
W
f là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
Chọn f = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:
b.Phản hồi dòng:
Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo đợc trình bày trên hình vẽ
Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lu đợc cho qua đIện trở
Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện áp
vi sai này đợc đa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạo
ra đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.
Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.
điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V
=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1k => R2=133k
6
1326,0
4,75
10
/4,75
60
.2
===
Ksrad
ndm
dm
( )
P
p
F
ft
001,01
1326,0
+
=
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
1
2
133
075.0
10
R
R
Uv
Ur
K ====
Chơng V: Tổng hợp hệ điều khiển
I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
I
s
/I
sđm
w
sth
O
w
s
Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy
hoặc từ thông stator
s
không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần
số và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi R
S
=
0 thì:
const
UU
dm0
sdm
0
S
S
=
=
=
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator
có thể so sánh đợc sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông
cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập đợc chiến lợc điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rotor
không đổi:
const
r
=
. ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa vào sơ
đồ thay thế ta có thể tính đợc từ thông rotor và phơng trình cân bằng mạch
rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:
++=
++=
+=
+=
rxsryryr
rysrxrxr
ryrsymry
rxrsxmrx
pi.R0
pi.R0
i.LiL
i.LiL
Nếu giữ đợc biên độ vector từ thông
const
r
=
thì
r
p
=0 và
,0pp
ryrx
==
và ta có phơng trình cân bằng mạc rotor:
=
+=
rxssymry
r
ryssxmix
r
)iL(
T
1
0
)iL(
T
1
0
trong đó:
r
r
r
R
L
T
=
Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phơng 2 vế của
từng phơng trình và cộng hai phơng trình với nhau, đồng thời để ý rằng:
=+
=+
2
p
2
ry
2
rx
2
1
2
sy
2
sx
Iii
Ta có thể rút ra biểu thức cuối cùng:
2
sr
m
rdm
s
).T(1
L
I +
=
7
Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotor
luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động
cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.
Điều chỉnh từ thông là trờng hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng
giá trị từ thông định mức, nh vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của
động cơ KĐB.
* Trong thiết kế môn học này chọn phơng pháp điều khiển tần số thông qua từ
thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng
chính lu I
d
và tần số trợt f
2
.
- Bản chất của phơng pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng
điện stato I
1
và tần số trợt f
2
sao cho từ thông của máy điện đợc giữ không đổi.
Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I
1
(f
2
).
- Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển:
* Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng
điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ
8
điều khiển tốc độ R
là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín
hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng I
d
.
* Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ:
m21
fff +=
Trongđó f
m
: tần số quay
r
f
2
: tần số trợt
Tín hiệu tỉ lệ với dòng điện lấy ra từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ R
đợc đa
qua khâu đạo hàm phi tuyến
( )
22d
fffI =
Ta có quan hệ:
2*
2
2
2
2
22
1
f1
*f1
I
+
+
=
trong đó
21
2
m
2
2dm1
2
LL
L
1
R
L.
=
=
- Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và tốc độ R
ta giả thiết rằng:
Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ đợc đề cập đến ở
chơng 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và bộ
điều chỉnh tốc độ R
theo kênh 1.
Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lập
đợc sơ đồ cấu trúc của hệ thống:
)(FT1
L
I
si
2
s
2
r
m
rdm
S
=+
=
2
SsMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I).(F.K
T1
I.
R
L
2
3
M =
+
=
II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
9
- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế đợc bộ điều chỉnh dòng điện R
1
, ngời ta
dùng sơ đồ đơn giản sau:
Trong đó L
d
, R
d
: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc
L
1t
, R
1
: điện cảm tản, điện trở 1 pha stato
L
2t
, R
2
: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về stato
s: hệ số trợt
* Ta có hàm truyền đạt bộ chính lu
CL
CL
dk
d
dkcr
pT1
K
U
U
W
+
==
+
U
d
: điện áp đầu ra CL
U
dk
: điện ạp điều khiển chính lu
K
CL
, T
CL
: hệ số điều khiển và hằng số t
- Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phần
điện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng ta
bỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán.
Ta đợc:
t1d
d
L2LL
R2RR
+=
+=
Ta có:
d
d
r
U.
pT1
R/1
pLR
U
I
+
=
+
=
trong đó
=
R
L
T
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện.
10
I
rđ
U
d
U
đk
CL+ĐK
R
i
L
d
R
d
2L
1t
2R
1
2L
2t
2R
2
/ S0
I
d
I
đo
U
ud
U
uđk
U
ir
U
iđ
+
+ pT1
R/1
-
U
iđo
U
id
i
R
CL
CL
pT1
K
+
K
đo
III. Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.
* Mômen điện từ ở chế độ tĩnh có dạng
2
r
2
s
2
ss
2
2
m
T1
I
.
R
L
'p
2
3
M
+
=
s
: tốc độ truyền của động cơ
T
r
: hằng số thời gian mạch roto
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ
Trong đó:
2
ssMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I)(F.K
T1
I
R
L
2
3
M =
+
=
- Khâu phi tuyến I
d
(f
2
) hay I
d
(w
s
) có thể đợc tuyến tính hoá thành khâu khuếch
đại đơn giản
sdm
sdm
F
I
K
=
- Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức)
s
s
s
s
I
I
MM
M
+
=
tại (M
đm
, w
sđm
, I
1đm
) ta có
11
I
S
2
+
-
M
C
I
S
-U
U
iđ
I
d
S
U
đ
R
i
R
( )
( )
++ pT1pT1
R/K
CL
CL
32
F
M
X
X
r
2
m
R
L
2
3
Jp
1
+ pT1
K
K
do
B
T1
I2
R
Lm
2
3
I
M
A
)T1(
T1
I
R
Lm
2
3M
2
r
2
sdm
sdmsdm
r
2
s
22
r
2
sdm
2
r
2
sdm
2
sdm
r
2
s
=
+
=
=
+
=
* Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi đã
tuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ)
IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá.
1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều)
08569,0
7,116
10
===
ddm
i
do
I
U
K
5,37
10
5,370
===
cCL
CL
U
Ud
K
2. Máy phát tốc.
ppT
K
pF
tt
01,01
1326,0
1
)(
+
=
+
=
3. Khâu khuếch đại tuyến tính F
i
sdm
sdm
F
I
K
i
=
I
sdm
: dòng điện định mức I
dđm
= 117 A (khi I
s
= đm = 91A)
s/rad4,75
55,9
720
55,9
n
s/rad7,104
3
f2
S
e
edmesdm
===
=
=
==
12
-
-
+
-
+ +
I
S
I
d
M
C
S
U
đt
K
do
R
I
R
( )( )
++ pT1pT1
R/K
CL
ICL
32
B
F
i
A
+
pT1
K
Jp
1
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
12,3
3,29
91
/3,294,757,104
==
==
i
F
sdm
K
srad
4. Khâu chỉnh lu
CL
CL
CL
pT1
K
W
+
=
)(005,0
5,37
sT
K
CL
CL
=
=
dr
U
pT1
R/1
I
+
=
trong đó
+=
+=
1d
1d
L2LL
R2RR
1
1
2 2 0,08 0,16
2 0,028 2 0,00054 0,02908
0,18175
1/
37,5 6,25
.
1 1 1 0,005 1 0,18175
d
CL
T
CL
R R
L L L
L
T
R
R
K
W
pT pT p p
= = ì =
= + = + ì =
= =
= = ì
+ + + +
5. Tính các hệ số A, B.
- Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có:
( )
( )
( ) ( )
79,15
01822,0.1,291
1,29.91.2
19,0
022,0
2
3
1
.2
2
3
*
86,13
01822,0.1,291
01822,0.1,291
91
19,0
022,0
2
3
1
1
2
3
*
22
2
22
2
2
22
22
2
2
2
22
22
2
2
=
+
=
+
=
=
+
ì=
+
=
rsdm
sdmsdm
r
m
rsdm
rsdm
sdm
r
m
T
I
R
L
B
A
T
T
J
R
L
A
6. Tính T quy đổi hệ thống.
2
qd
kgm8,1T =
V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
- Ta có sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
r
:
Với
887,20.
1
.
2
==
doCLi
K
R
KK
=> Hàm truyền của đối tợng điều chỉnh:
( )
( )
( )( )
18175,0.1005,0.1
44,0
11 pppTpT
K
W
CL
i
ir
++
=
++
=
* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u với hàm truyền:
22
2s
Ki
pT2pT21
1
)p(W
++
=
13
U
ud
U
uđk
U
ir
U
id
-
R
i
)pT1)(pT1(
K
CL
i
++
=> Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện R
i
là khâu tỉ lệ tích phân (PI):
p
p
W
p
p
pT
pT
TK
T
W
ir
CLi
ir
18175,0
18175,01
.8702,0
18175,0
18175,01
.
005,0.887,202
18175,0
1
.
2
+
=
+
ì
=
+
=
Vậy hàm truyền
005,0),min(
18175,0
18175,01
8702,0)(
==
+
=
TTT
p
p
pR
CLs
i
=> Hàm truyền của mạch vòng dòng điện:
22
05,0.2005,0.21
1
)(
pp
pS
KI
++
=
*kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dòng Ri bằng Matlab-Simulink:
Đặc tính quá độ của dòng điện:
VI. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
ở trên, ta dùng tiêu chuẩn môdun tối u để tổng hợp mạch vòng dòng điện:
2
CL
2
CL
do
Ki
Tp2pT21
1
.
K
1
)p(W
++
=
- Khi tiến hành tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta coi gần đúng hàm truyền hệ kín
mạch vòng điều chỉnh tốc độ là khâu quán tính bậc nhất.
i
i
Ki
pT1
K
W
+
=
14
trong đó
p
K
TT
K
K
Ki
CLi
do
i
01,01
7,11
01,0005,02.2
7,11
08569,0
11
+
=
=ì==
===
Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện.
- Khi bỏ qua M
C
ta có sơ đồ tơng đơng sau:
* Hàm truyền của đối tợng cần điều khiển:
( )
( )( )
JppTpT
KpATAKCK
S
pT
K
Jp
AKC
pT
S
i
iirF
o
F
i
o
1
.
11
1
.
1
1
1
++
++
=
+
+
+
=
* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u đối xứng với hàm truyền:
( )
( )( )
( )
22
3322
3322
3322
81
1
.
11
41
)(
8841
41
1
8841
41
)(
8841
41
)(
pp
JppTpT
KpATAKCK
p
pR
ppp
p
S
ppp
p
pR
ppp
p
pFS
i
iirF
o
DXk
+
++
++
+
=
+++
+
+++
+
=
+++
+
==
15
U
đ
Jp
1
-
U
R
W
i
(p).C.KF+A
+
pT1
K
+
+
+
-
U
đ
U
W
i
(p)
pT1
K
+
Jp
1
M
C
R
32
KF
A
B
Ta thấy
00001,0001,0005,02. =ìì=
TTi
nhỏ => có thể bỏ qua
=>
( )
( )
( )
[ ]
( )
22
81.
1
.
1
41
)(
pp
JpTTi
KpATAKCK
p
pR
iirF
+
++
++
+
=
với
011,0=+=
TTT
is
là hằng số thời gian bé.
Chọn
011,0=
s
TT
( ) ( )
( )
( )
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
pT
K
pT
pAKCKTK
J
AKCKTK
J
AKCK
AT
pABTK
J
ABTK
pJT
AKCK
AT
R
TR
irFs
irFs
irF
i
ss
s
irF
i
1
1
1
)8
2
1
1
)''8''8
4
1
1
2
22
Ta thấy hàm truyền R
(p) có dạng một khâu trễ nối tiếp với một khâu PI.
Ta có:
0002139,0
86,13
08569,0
1
.12,3.79,15
3.2
005,0486,132
=
+
ììì
=
+
=
AKCK
AT
T
irF
i
tre
Ta thấy thời gian trễ nhỏ có thể bỏ qua.
( )
( )
+=
=
+
=
=
+
=
P
PR
pAKCKTK
J
T
AKCKTK
J
K
irFs
irFs
R
04619,0
1
9525,0)(
04619,0
)8
1
9525,0
2
2
Để giảm độ quá điều chỉnh
=> Dùng thêm một khâu lọc có hàm truyền
p
W
L
044,01
1
+
=
*Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh tốc độ R bằng Matlab-Simulink
16
Đồ thị quá độ của tốc độ trớc và sau khi có bộ lọc
Đặc tính quá độ của mômen động cơ với tảI định mức và không định mức
17
6.25
0.18175s+1
Transfer Fcn6
1
0.044s+1
Transfer Fcn5
0.1326
0.001s+1
Transfer Fcn4
1
1.8s
Transfer Fcn3
37.5
0.005s+1
Transfer Fcn2
0.18175*0.8702s+0.8702
0.18175s
Transfer Fcn1
0.044s+1
0.04619s
Transfer Fcn
Step
Scope2
Scope
K
Matrix
Gain3
K
Matrix
Gain2
K
Matrix
Gain1
K
Matrix
Gain
0
Constant
18
Chơng 5: Mạch điều khiển
Sơ đồ khối mạch điều khiển:
A. Mạch điều khiển chính lu
* Mạch điều khiển đợc sử dụng để dóng mở các thyristor đúng theo góc mở
yêu cầu, tạo dòng điện và điện áp ra tải đúng với mục đích điều khiển. Mạch điều
khiển quyết định độ tin cậy, chất lợng của toàn bộ biến đổi. Với yêu cầu điều
khiển hệ chính lu cần 3 pha thyristor, yêu cầu phải có 2 thyristor cùng dẫn trong
1 thời điểm. Điều kiện mở là:
- Xung điện áp dùng đờng đa vào cực phải đủ lớn về biên độ và độ rộng.
- Có điện áp dơng đặt lên thyristor từ A->K.
Để thay đổi điện áp, dòng điện => phải thay đổi góc mở nghĩa là thay đổi thời
điểm phát xung hay góc . Ta áp dụng phơng pháp điều khiển số
1. Sơ đồ mạch điều khiển (một kênh).
- Điện áp các pha A, B, C đợc đa qua bộ đồng bộ với lới đợc 6 tín hiệu đồng bộ
+A, +B, +C, và -A, -B, -C tạo ra các xung tơng ứng với góc mở =0 của 6
thyristor.
- Mỗi xung ra từ bộ đồng bộ với lới đợc đặt vào trigơ RS để tạo ra tín hiệu đồng
pha (C).
- Đa xung vuông vào bộ đếm cho phép bộ đếm hoạt động trong khi xung cao tần
liên tục đợc cấp vào chân CLK của bộ đếm.
19
Vi mạch đếm sẽ thực hiện đúng 16 xung và đa ra 1 xung vuông (F). Xung này
xác định thời điểm mở thyristor. Vậy khoảng thời gian đếm 16 xung chính là góc
mở .
- Tần số bộ phát xung có thể thay đổi do đó thời gian đếm 16 xung có thể thay
đổi hay có thể thay đổi góc mở .
- Thời gian đếm 16 xung:
)rad(
f
1
16t
x
ì==
- Ta thấy trong khoảng
ữ= 0
nếu tần số f
x
càng lớn và số bit bộ đếm càng lớn
thì độ chính xác càng cao nhng tuy nhiên nó bị hạn chế bởi mặt công nghệ và giá
trị kinh tế. Vì vậy ở đây chọn bộ đếm môdun 16.
- Khi tần số tăng thì thời gian đếm hết 16 giảm do đó bé và ngợc lại. Khi góc
biến thiên từ 0-180 với tần số ??? f=50Hz => thời gian t tơng ứng từ 0->0,01s
Hz6,1
t
16
f
min
==
chọn f
min
=2Hz.
- Khi tần số f càng cao thì càng nhỏ => chọn
lHz64f
max
=
khi góc nhỏ nhất
min
:
oo5
3
min
0014,0)rad(10.25
10.64
1
16 ==ì=
- Sau khi đếm song 16 đầu ra của bộ đếm cho một xung vuông (F). Khi có xung
vuông F => D đạt mức logic 1 cho đến khi xung từ ???(khoá) đồng pha thay đổi
mức logic và nó đợc đa về khoá không cho bộ đếm hoạt động.
- Xung ra từ (D) đợc đa tới cổng AMD cùng với xung tần số cao đợc phát ra từ
mạch tự dao động 555 để tạo ra xung (E) đa đến biến áp xung để tạo xung điều
khiển mở thyristor tại thời điểm (góc ) đã định.
Sơ đồ điều khiển một kênh và biểu đồ dạng xung đợc trình bày nh hình vẽ
20
S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn mét kªnh chØnh l
16 14 13 12 11 10
L D0 D1 D2 D3 Vss
Vdd Q0 Q1 Q2 Q3 CEP
M/m
E
CLK
9 3 4 5 6 8
HEF40163
4047
7 8 9
12
13
11
10
4
5 6 14
2
1
3
+15
+15
R
R
C
D1 R
R
G
K
555
8
4
7
6
2
3
5
C
+15
S
R
T
A
A
B
B
C
C
A
B
C
_
+
+
+
_
_
Q
Q
OCS
B. Mạch điều khiển nghịch lu
- Chức năng của mạch điều khiển là tạo ra những xung có biên độ, độ rộng và
thời điểm thích hợp để điều khiển mở các Tiristor của mạch động lực sao cho các
Tirisitor của bộ nghịc lu dòng 3 pha đợc đóng mở thứ tự từ T
1
-T
6
lẹch nhau /3.
1. Sơ đồ khối chức năng.
fx
ffx
tx kđ
dđ
b
c
c'
e
f
d
s
e
a
a+
a- a+ a-
t
t
22
FX: Bộ phát chủ đạo, phát xung có tần số thích hợp với yêu cầu của tần số bộ
biến tần.
FFX: Phân phối xung từ FX đến các Tiristor.
TX: Trộn giữa xung của FFX với xung của DĐ để tạo xung chùm.
DĐ: Bộ tạo xung dao động có tần số không đổi.
KĐ: Khuyếch đại xung có biên độ thích hợp để mở Tiristor.
2. Yêu cầu đối với mạch điều khiển.
a. Bộ FX: Tự động phát ra xung có tần số thay đổi đợc.
Chu kỳ dòng điện ra của bộ biến tần nguồn dòng:
f
1
T =
f: tần số ra của BBT 3 pha.
Chu kỳ bộ FX:
f6
1
6
T
T
fx
==
b. Bộ DĐ: Phát ra xung có tần số không đổi cung cấp cho TX.
RC4,1
1
f =
Thay đổi R trong mạch sẽ đợc tần số ra thay đổi.
c. Bộ FFX:
- Nhận 6 xung từ FX (trong 1 chu kỳ) để phân phối đi mở 6 Tiristor theo thứ tự
T1, T2, T3, T4, T5, T6 cách nhau lần lợt
3/
để bảo đảm góc dẫn của mỗi
Tiristor là 120
o
hay trong một thời điểm chỉ có 2 Tiristor cùng dẫn.
- Để thực hiện đợc yêu cầu trên, ta thấy: Bộ FFX là sử dụng thanh ghi dịch 6 bit.
Thời gian để 1 bit của thanh ghi trở về trạng thái ban đầu phải bằng chu kỳ của
dòng điện ra. Thực hiện mạch này bằng 3 D-FF đợc mắc nh hình vẽ.
CLK Q1 Q2 Q3
1Q
2Q
3Q
0 0 0 0 1 1 1
Q1
Q1
Q1
Q1
D1
CLK
PR
D2
CLK
Q2
Q2
PR
PR
CLK
D3
Q3
Q3
Q2
Q2
Q3
Q3
23
1 1 0 0 0 1 1
2 1 1 0 0 0 1
3 1 1 1 0 0 0
4 0 1 1 1 0 0
5 0 0 1 1 1 0
6 0 0 0 1 1 1
Để tạo ra xung phát lần lợt vào T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
cách nhau /3 hay góc dẫn
của mã Tiristor là 120
o
=> Tạo ra 3 xung A, B, C lệch nhau 120
o
. Dịch các xung này đi 60
o
ta đợc các
xung A, B, C tơng ứng. Để tạo đợc xung phát T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
ta chỉ việc đa
các xung ban đầu và các xung đã dịch đi 60 của nó vào mạch AND => Thoả mãn
dạng xung cần có.
Từ nhận xét trên và qua bảng trạng thái ngõ ra của thanh ghi dịch 6 bit ta thấy:
- Các tín hiệu A, B, C lần lợt đợc lấy từ các đầu ra Q1, Q3 và
2Q
.
- Các tín hiệu A, B, C lần lợt đợc lấy ra từ các đầu ra Q2,
1Q
và
3Q
- Xung phát T1=Q1 AND Q2
T2=Q2 AND Q3
T3=Q3 AND
1Q
T4=
1Q
AND
2Q
T5=
2Q
AND
3Q
T6=
3Q
AND Q1
- Bộ FFX ngoài nhiệm vụ phát xung tuần tự đến các Tiristor nh trên còn có nhiệm
vụ phân phối xung trong các chế độ tơng ứng của động cơ đó là: Động cơ quay
thuận, động cơ quay ngợc, chế độ hãm tái sinh.
- Giả sử giản đồ phát xung đã trình bày ở trên là dùng để phát cho BBĐ cung cấp
dòng cho Động cơ làm việc ở chế độ chạy thuận. Để động cơ quay ngợc ta chỉ
cần đổi thứ tự phát xung vào các Tiristor bằng cách đổi pha B cho pha C. Việc
này đợc thực hiện dễ dàng bằng MUX 74157 đợc trình bày nh trên hình vẽ.
- Để hãm tái sinh năng lợng, phải ??? (trang 28) chậm các Tiristor của bộ nghịch
lu do đó làm giảm tần số của bộ nghịch lu sao cho động cơ quay quá tốc độ đồng
bộ và trở thành máy phát. Trong chế độ hãm tái sinh ta chỉ cần đảo các xung A,
B, C. Việc này cũng đợc thực hiện bằng vi mạch ??? kênh MUX 74157 đợc
trình bày nh hình vẽ.
d. Bộ trộn xung.
Xung từ bộ FFX đợc trộn với xung đến từ bộ dao động bằng mạch AND để đi tới
bộ KĐX.
e. Bộ KĐX:
- Bộ KĐX làm nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiển có biên độ, độ rộng thích
hợp cho việc điều khiển mở Tiristor.
- Mạch KĐX đợc thực hiện bằng BAX.
Q1
Q1
D1
CLK
D2
Q2
Q2
CLK
PRPR
D3
Q3
Q3
CLK
PR
CLK
12
13
MUX
115
2
3
4
56
7
1110
9
14
AE
MUX
115
2
3
4
56
7
1110
9
14
AE
12
13
A A C B B C C C B B A A
' '
' '
'
'
T1 T2 T3 T4 T5 T6
PR
24
1 2 3 4 5 6
CLK
Q1
Q3
Q2
Q1
Q3
Q2
T1
T2
T3
T4
T5
T6
S
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t
25
