tổng quan về dây truyền tráng nhựa

Tổng quan về dây truyền tráng nhựa
1.1 Giới thiệu chung
Dây truyền tráng nhựa gồm ba bộ phận chính sau:
Bộ phận cấp liệu:
Bộ phận này là nơi cung cấp nguyên liệu đã trộn sẵn với đầy đủ các
thành phần đáp ứng yêu cầu của sản phẩm. Bơm hút nguyên liệu đ ợc
lai bởi động cơ xoay chiều ba pha có một cấp tốc độ, lai một lò xo
trong ống dẫn liệu để tải nguyên liệu đ a đến cửa đẩy của bơm đến
phễu cấp liệu, nằm ngay trên máy tráng, nguyên liệu từ bơm đ ợc hút
đến và chờ ở đây
Bộ phận đùn nhựa:
Có nhiệm vụ làm nóng các hạt nhựa thành dạng màng mỏng phục vụ
cho bộ phận tráng nhựa. Động cơ truyền động chính cho bộ phận này
là động cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ này truyền động cho vít
xoắn để đảy nhựa nóng chảy ra miệng đùn.
Bộ phận tráng nhựa:
Bộ phận tráng nhựa có nhiệm vụ tráng lớp nhựa nóng chảy lên bề mặt
của vật liệu cần tráng. Động cơ truyền động chính cho bộ phận này là
động cơ một chiều kích từ độc lập để lai hai quả lô tráng
1.2 Bộ điều khiển cho động cơ chính máy tráng nhựa
A.Bộ điều khiển BKD:
Là thiết bị dùng để điều khiển cầu chỉnh lu ba pha, từ đó thay đổi
điện áp ra của cầu cấp cho phần ứng của động cơ một chiều, để thay
đổi tốc độ động cơ.
Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển này nh sau: Phần ứng của động cơ
đợc cấp nguồn một chiều sau cầu chỉnh l u có điều khiển. Phần kích từ
đợc cấp nguồn một chiều sau cầu chỉnh l u ba pha không có điều khiển.
Tốc độ của động cơ đợc thay đổi bằng cách thay đổi góc mở của
tiristo trong bộ điều khiển, từ đó thay đổi điện áp cấp cho phần ứng
động ứng động cơ. Để thay đổi góc mở cho tiristo, ta thay đổi thời
điểm phát xung mở các tiristo trong khi dòng điện kích từ là không

đổi. Việc tự động điều khiển tốc độ động cơ đ ợc thực hiện bằng hai
mạch vòng: mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện
A, Nguyên lý làm việc:
Tốc độ đặt trớc n
D
đợc lấy từ chiết áp trên điều khiển.
Cuộn dây kích từ của động cơ đợc cấp nguồn từ lới điện xoay chiều
một pha qua bộ chỉnh lu cầu không điều khiển( cầu chỉnh lu diot).
Phần ứng của động cơ đợc cấp nguồn từ nguồn xoay chiều ba pha, qua
cầu chỉnh lu ba pha có điều khiển gồm có 6 tiristo. Bộ biến đổi có đảo
chiều tự nhiên này có nhiệm vụ nhận điện xoay chiều 3 pha, biến đổi
thành nguồn 1 chiều cấp cho phần ứng động cơ.
1
Động cơ một chiều lai máy phát tốc đa về để phản hồi âm tốc độ. Khi
sử dụng khâu phản hổi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính
cơ của động cơ U
G
= k.n
Phản hồi tốc độ do máy phát tốc đa về phản hồi âm tốc độ. Khi sử
dụng khâu phản hồi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính cơ
của động cơ sẽ cứng hơn và hệ thống làm việc ổn định hơn.
Điện áp trung bình phần ứng quyết định tốc độ quay của động cơ. Tốc
độ quay của động cơ chỉ phụ thuộc vào góc mở của tiristo
Bộ biến đổi có điều chỉnh góc mở của tiristo tới một giá trị điện áp
phần ứng đợc dùng để khắc phục điện áp rơi trên điện trở mạch phần
ứng đó chính là giới hạn của góc mở

. Góc mở

đợc mở dần để tốc

độ tăng lên cho tới khi bằng đúng tốc độ đặt, để giới hạn điện áp đặt
vào phần ứng. Tránh trờng hợp dòng phần ứng tăng đến một giá trị
lớn, gây quá dòng khi mở góc

quá nhỏ, đó chính là giới hạn dới của
góc mở

(10
o
<

<150
o
).
Để điều khiển các tirito, thì phải đủ các điều kiện mở. Tại mỗi thời
điểm đều có hai tiristo ở hai pha khác nhau đều dẫn một góc là 120
o

Trong đó 60
o
dẫn với tiristo này và 60
o
dẫn với tiristo khác. Việc mở
tiristo theo nguyên tắc sau: Khi điện áp trên hai van có cùng một giá
trị, thì van nào có điện thế tăng sẽ dẫn, van nào có điện thế giảm sẽ
ngừng dẫn. Mặt khác tại cùng một thời điểm, van nào có điện thế cao
hơn thì van đó sẽ dẫn. Giá trị điện áp trung bình giữa các cực của cầu
chỉnh lu giảm dần khi góc mở

tăng từ 0

o
-180
o
và điện áp trung bình
sau chỉnh lu U
đTB
=0 khi

=90
o
và đổi khi

=90
o
B Quá trình điều chỉnh tốc độ:
1.Mạch vòng tốc độ
Tốc độ đặt lấy từ chiết áp trên bàn điều khiển, đa qua khâu khuyếch
đại và so sánh với tốc độ thực của động cơ do máy phát tốc đ a về.
Nếu n
D
=n
TT
thì

n=n
D
-n
TT
=0 không có tín hiệu điều khiển qua các
khâu tiếp theo và động cơ làm việc ổn định ở tốc độ này.

Nếu n
D
>n
TT
thì

n=n
D
-n
TT
>0 khi đó có tín hiệu điều chỉnh qua khâu
điều khiển tốc độ. Tín hiệu điều khiển này sẽ điều khiển các triger
phát xung mở các tiristo sớm hơn tơng ứng với góc


. Do đó điện áp
phần ứng của động cơ tăng lên, dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên khi
đạt tốc độ đặt. Máy phát tốc sẽ đo tốc độ này và phản hồi trở lại.Tín
hiệu phản hồi sẽ tăng trong khi tín hiệu đặt lại không thay đổi nên tín
hiệu điều khiển phải giảm dần

n
1
=n
D
-n
TT
<

n. Do đó tín hiệu điều khiển phát xung mở tiristo giảm

dần và tốc độ động cơ tăng với lợng nhỏ hơn ban đầu để dần với tốc
độ đặt.
2
Khi n
T 1
=n
D
thì tín hiệu điều khiển =0 khi đó động cơ công tác ở tốc
độ đặt. Nhng do quán tính n
T T
có thể sai lệch nhỏ so với tốc độ đặt và
qua trình điều khiển trong thực tế có thể dao động nhỏ.
Khi n
D
<n
T T
thì tín hiệu điều khiển sẽ điều khiển các triger phát xung
mở các tiristo muộn hơn ứng với góc


. Do đó điện áp phần ứng
động cơ giảm, kéo theo sự giảm của tốc độ đến khi bằng tốc độ đặt thì
hệ thống điều khiển dừng lại.
2.Mạch vòng dòng điện
Do mạch vòng tốc độ có các sai lệch một cách liên tục và thay đổi tốc
độ một cách đột ngột sẽ dẫn đến sự thay đổi nhảy vọt của dòng điện
phần ứng gây ảnh hởng xấu tới các tiristo.
Vì vậy để tự động hạn chế dòng điện, ta sử dụng mạch phản hồi
dòng.Tín hiệu đầu ra của bộ khuyếch đại A1 sẽ đợc so sánh với các tín
hiệu phản hồi dòng điện lấy từ dòng tải của động cơ. Chênh lệch giữa

hai tín hiệu này cấp cho đầu vào của bộ khuyếch đại A2. Đầu ra của
bộ khuyếch đại A2 bị giới hạn.
Mạch phản hồi dòng có phần tử cảm biến dòng một chiều, để đo dòng
điện phần ứng của động cơ. Dòng tải của động cơ đ ợc lấy trớc bộ
chỉnh lu sau đó chỉnh lu thành dòng một chiều, đa về so sánh với tín
hiệu sau bộ giới hạn dòng.
Bộ giới hạn dòng thực chất là một bộ khuyếch đại có đầu ra bị giới
hạn. Do vậy tín hiệu tải đợc hạn chế ở trị số lớn nhất do bộ khuyếch
đại A1 quyết định. Nếu tín hiệu tải tăng và có xu h ớng vợt quá giá trị
lớn nhất, thì tín hiệu sai lệch có xu hớng giảm xuống. Do đó tín hiệu
điều khiển tác động vào bộ điều khiển giảm xuống. Dẫn tới tín hiệu
điều khiển phát xung mở tiristo giảm, t ơng ứng với tiristo mở trễ hơn(


). Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lu giảm kéo theo sự giảm dòng tải
của động
Nh vậy trong hạn chế dòng điện, khi dòng tải lớn, phản hồi dòng điện
đa về sẽ lớn hơn do đó làm giảm điện áp điều khiển và tăng góc mở ở
các chu kỳ sau.
3.Đo điện áp phần ứng
Trong sơ đồ chức năng còn bố trí thêm một phần tử khác là công tắc
chuyển đổi cho phép đo điện áp phần ứng hoặc điện áp ra của máy
phát tốc.Để tăng độ tin cậy làm việc cho hệ thống đề phòng tr ờng hợp
máy phát tốc có thể lấy tín hiệu phản hồi điện áp phần ứng và công tắc
chuyển mạch không đổi và sức điện động tỉ lệ với tốc độ quay. Đó là
phơng pháp đo điện áp phần ứng U
A
3
B. Bộ điều khiển BKF:
- Động cơ chính truyền động cho bộ phận tráng màng đợc điều khiển

bởi bộ biến đổi BKF đó là bộ biến đổi nguồn tĩnh. Thiết bị này hoạt
động với điện áp 3 pha 380V xoay chiều hoặc 500V xoay chiều tần số
50-60 Hz và cung cấp dòng trong phạm vi 30- 1000A.
Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển này nh sau: Bộ phận tráng nhựa đ-
ợc truyền động bởi động cơ điện một chiều, đ ợc cấp nguồn từ bộ biến
đổi tiristo. Đó là bộ chỉnh lu không đảo chiều có điều khiển gồm 12
tiristo mắc song song và ngợc nhau.
Phần ứng của động cơ đợc cấp nguồn từ bộ biến đổi BĐ1, bộ biến đổi
này làm việc ở chế độ chỉnh lu khi góc

=90
o
. Bộ biến đổi BĐ2 làm
việc ở chế độ chỉnh lu thực hiện hãm động cơ khi góc

<90
o
. Mỗi bộ
biến đổi này gồm có 3 tiristo mắc anôt chung và 3 tiristo mắc katot
chung. Cuộn kích từ của động cơ đợc cấp nguồn từ bộ chỉnh lu bán
điều khiển và cho phép điều khiển giảm từ thông khi có tốc độ v ợt quá
giới hạn (n>1800v/p). Hệ thống truyền động tiristo- động cơ đ ợc thực
hiện theo hệ thống kín. Mạch động lực của động cơ đ ợc cấp nguồn 380
từ biến áp động lực, đa đến bộ biến đổi để chỉnh lu thành dòng 1 chiều
cấp cho phần ứng động cơ. Điện áp điều khiển sẽ đ ợc cấp tới phần tử
điều khiển, bộ đảo logic sẽ khống chế cho phép biến đổi MR1 và MR2
hoạt động. Động cơ quay vòng, dòng điện có nhiệm vụ giảm dòng
phần ứng khi tải tăng để bảo vệ cho các tiristo và cho toàn hệ thống.
- Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ
Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong quá trình khởi động làm việc và

hãm theo yêu cầu của phụ tải, ta điều chỉnh theo hai vùng.
Trong vùng tốc độ thấp n<n
Gb
= 1800v/p thì tiến hành điều chỉnh điện
áp phần ứng với mômen trên trục động cơ là không đổi. Do đó lực kéo
cũng thay đổi( M=const,P=var).
4
Từ phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập:
n=
M
KK
R
k
Ua
mE
A
E
2




Trong đó:
U
a
: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ
R
A
: Điện trở mạch phần ứng

M: Mô men quay của động cơ
K
E
,K
M
: Hệ số tỷ lệ
Nếu coi mômen quay của động cơ và dòng điện kích từ là không
đổi( M= const), thì việc thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động cơ sẽ
dẫn đến thay đổi tốc độ quay của nó U
a
=f(n) M=K
M

I
A
=const do
I
A
= I
đm
=const
Công suất động cơ P=
9650
.nM
Do đó P cũng thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ P =f(n). Vậy
khi thay đổi tốc độ trong vùng tốc độ thấp, thì điều chỉnh điện áp đặt
vào phần ứng khi mômen thay đổi. Trong vùng tốc độ thấp cho ta thấy
điện áp phần ứng Ua tăng tuyến tính từ 0 đến Uđm còn I
A
và I

F
hầu
nh không đổi và bằng giá trị định mức
Trong vùng tốc độ cao(n
Gh
<n<n
ma x
) thì tiến hành điều chỉnh từ thông
kích từ

khi P= const. Khi tốc độ tăng thì bắt buộc mômen phải
giảm, để đảm bảo P là không đổi. Tức là mô men và tốc độ tỉ lệ
nghịch với nhau: M= f(n
-1
)
M=K
M

I
A
=K
M
I
A
.
nK
Ua
1
Nếu bỏ qua điện trở phần ứng thì Ua= E
Ư

n=const
Vậy M=
var=
n
c
P =
const
cnM
==
96509650
.
Do đó đờng đặc tính mômen trong vùng tốc độ này có dạng hình
hypepol
1.Mạch vòng tốc độ
Tốc độ đặt lấy từ chiết áp trên bàn điều khiển, đa qua khâu khuyếch
đại và so sánh với tốc độ thực của động cơ do máy phát tốc đ a về.
Nếu n
D
=n
TT
thì

n=n
D
-n
TT
=0 không có tín hiệu điều khiển qua các
khâu tiếp theo và động cơ làm việc ổn định ở tốc độ này.
Nếu n

D
>n
TT
thì

n=n
D
-n
TT
>0 khi đó có tín hiệu điều chỉnh qua khâu
điều khiển tốc độ. Tín hiệu điều khiển này sẽ điều khiển các triger
phát xung mở các tiristo sớm hơn tơng ứng với góc


. Do đó điện áp
phần ứng của động cơ tăng lên, dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên khi
đạt tốc độ đặt. Máy phát tốc sẽ đo tốc độ này và phản hồi trở lại.Tín
5
hiệu phản hồi sẽ tăng trong khi tín hiệu đặt lại không thay đổi nên tín
hiệu điều khiển phải giảm dần

n
1
=n
D
-n
TT
<

n. Do đó tín hiệu điều khiển phát xung mở tiristo giảm

dần và tốc độ động cơ tăng với lợng nhỏ hơn ban đầu để dần với tốc
độ đặt.
Khi n
T 1
=n
D
thì tín hiệu điều khiển =0 khi đó động cơ công tác ở tốc
độ đặt. Nhng do quán tính n
T T
có thể sai lệch nhỏ so với tốc độ đặt và
qua trình điều khiển trong thực tế có thể dao động nhỏ.
Khi n
D
<n
T T
thì tín hiệu điều khiển sẽ điều khiển các triger phát xung
mở các tiristo muộn hơn ứng với góc


. Do đó điện áp phần ứng
động cơ giảm, kéo theo sự giảm của tốc độ đến khi bằng tốc độ đặt thì
hệ thống điều khiển dừng lại.
2. Mạch vòng dòng điện
Mạch vòng tốc độ đợc thực hiện nhờ máy phát tốc, cho phép điều
khiển tốc độ của hệ thống một cách chính xác cao. Nh ng nhợc điểm
của nó là sai lệch một cách liên tục. Do sự thay đổi tốc độ một cách
đột biến, nhảy vọt sẽ dẫn đến sự tăng giảm quá mức của dòng điện
phần ứng gây ảnh hởng xấu đến các tiristo. Vì vậy phải hạn chế dòng
điện phần ứng bằng mạch vòng dòng điện.
Dòng điện phần ứng đợc đo bằng các phần tử cảm biến dòng, đ ợc đa

trở lại so sánh với tín hiệu ra sau khâu giới hạn dòng. Do đó tín hiệu
dòng đợc hạn chế ở giá trị lớn nhất nhờ bộ giới hạn dòng này. Đó
cũng là giá trị điểm ngắt.
Nếu dòng tải tăng và có xu hớng vợt khỏi giá trị lớn nhất, thì tín hiệu
sai lệch có xu hớng giảm

I=I
GH
-I
T I
=const- I
T I
. Do đó tín hiệu điều
khiển(tín hiệu sai lệch) đặt vào bộ điều khiển dòng cũng giảm. Dẫn
đến tín hiệu điều khiển phát xung mở các tiristo giảm, t ơng ứng với
các tiristo mở trễ hơn(góc mở


) tức là đầu ra của bộ chỉnh lu giảm
và dòng tải của động cơ giảm đi
Nh vậy trong bộ hạn chế dòng điện, khi dòng tải lớn thì phản hồi dòng
điện lớn. Do đó giảm điện áp điều khiển và tăng góc mở các tiristo ở
các chu kỳ sau. Khi hệ thống điều chỉnh tốc độ có mạch vòng dòng
điện, thì độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm đi, nh ng trong đoạn làm việc lại
yêu cầu độ cứng đặc tính cơ để ổn định tốc độ.Do đó trong đoạn công
tác phải tìm đợc điểm thích hợp(điểm ngắt)để hệ thống công tác đến
điểm đó phải tự động giảm độ cứng đặc tính cơ. Khi bộ phận hạn chế
dòng làm việc thì mômen trên trục động cơ sẽ giảm đi cho đến khi
mômen cản giảm, thì động cơ lại phải tăng tốc độ đến tốc độ định mức
6

C. Bộ điều khiển kích từ
1. Chức năng
Động cơ lai quả lô tráng là loại động cơ một chiều kích từ độc lập.
Mạch kích từ cung cấp một giá trị dòng kích từ ổn định trong vùng tốc
độ thấp n > n
Gh
, động cơ làm việc chủ yếu ở tốc độ này. Mạch kích từ
chỉ điều khiển giảm dòng kích từ giá trị định mức xuống giá trị I
F
.
Trong khi điện áp phần ứng và công suất của động cơ không thay đổi.
Khi tốc độ động cơ vợt quá giá trịvà dòng điện phần ứng giảm xuống
và công suất động cơ giảm xuống
2.Nguyên lý hoạt động
Trong vùng tốc độ thấp thì động cơ làm việc với giá trị dòng kích từ
không đổi I
Fđm
, đó là giá trị lớn nhất. Khi tốc độ động cơ v ợt quá giá
trị n
đm
thì hệ thống bắt đầu giảm từ trờng kích từ. Giá trị của điện áp
phần ứng U
Ama x
đợc quyết định bởi điện trở R
3 1
. Giá trị lớn nhất của
dòng điện đợc quyết định bởi điện trở R
2 8
và giá trị nhỏ nhất của dòng
điện đợc quyết định bởi điện trở R

3 9
Nguồn điện áp 380V cấp cho biến áp T1 để cấp tín hiệu đồng bộ đến
bộ tạo xung, kết hợp với bộ biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn
một chiều để cấp nguồn 24V hoặc 15V đến mạch kiểm tra và mạch
điều khiển. Đồng thời nguồn điện áp này còn cấp cho cầu chỉnh l u 1
pha không đối xứng, để cấp nguồn 1 chiều cho cuộn kích từ độc lập
F
1
F
2
của động cơ. Cầu chỉnh lu không đối xứng này gồm có 2 điod và
tirito và chỉ có thể làm việc ở chế chỉnh lu mà không thể hoạt động đ-
ợc ở chế nghịch lu.
Điện áp phần ứng U
A
của động cơ đợc đa tới chân 1,2 của bộ khuếch
đại V
1
. Sau đó đợc khuếch đại và đổi dấu, do đó tín hiệu điện áp phầ
ứng bây giờ là [-U
A
]. Tín hiệu này sẽ đợc đa đến mạch cộng đảo V
1

7
(Bộ điều chỉnh điện áp phần ứng) cùng với các tín hiệu khác nh tín
hiệu cho phép giảm từ trờng kích từ tới Ifmin và tín hiệu Uamax từ
điện trở R
3 4
đa về.

Giả sử động cơ cha quay (U
A
=0). Rơ le khởi động 3K
1
cha có điện,
tiếp điểm 3K
1
(4.5)=1. Nguồn điện áp mang giá trị âm đ a đến trớc đầu
vào chân 8 của V
1
. Vì U
Ama x
> [-U] nên tín hiệu vào mang dấu + do đó
tín hiệu ra của chân 10 của V
1
mang giá trị âm.
Khâu phản âm dòng kích từ có nhiệm vụ ổn định dòng kích từ trong
vùng làm việc không đổi với giá trị dòng kích từ không đổi I
max
(I
đm
),
đợc điều chỉnh bởi chiết áp R
2 8
. Giá trị này đợc so sánh với giá trị
kích từ thực tế đợc đa về qua V
40
đóng vai trò là khâu phản hồi âm
dòng.
Nếu I

F
= I
ma x
thì toàn bộ tín hiệu điều khiển sẽ đợc đặt lên chân 1 và
V
2
. Giá trị điện áp điều khiển và giá trị dòng kích từ là không đổi.
Nếu I
F
< I
ma x
thì tín hiệu điều khiển đặt vào chân 1 của V
2
tăng. Do đó
U
st
cũng tăng về giá trị (âm hơn) và V
3
phát xung sớm hơn. Tức là điện
áp sau chỉnh lu sẽ tăng và dòng kích từ tăng cho đến khi bằng I
max
thì
hệ thống làm việc ổn định tại giá trị dòng kích từ này.
Rơle K
1
khống chế sự hoạt động của mạch phần ứng. Khi ch a có dòng
kích từ thì động cơ cha đợc phép hoạt động và cha điều khiển điện áp
đặt vào phần ứng động cơ.Tiếp điểm của K
1
chỉ đóng khi giá trị dòng

kích từ đã thỏa mãn điều kiện I
F
> I
Fmin
. Khi K
1
cha đóng tiếp điểm
thì A3:3 và X3:4 sẽ hở mạch, do đó rơle 3K
4
mất điện. Rơle 3K
1
mất
điện và động cơ không hoạt động đợc.
Nếu tốc độ động cơ vợt quá giới hạn cho phép n > n
G h
, lúc này động
cơ sẽ làm việc với công suất không đổi. Khi đó điện áp phần ứng tăng
tới giá trị U
A
= U
ma x
. Nên tín hiệu tại chân 8 của V
1
có giá trị bằng 0,
tín hiệu tại chân 10 của V
1
có giá trị bằng không. Do đó tín hiệu vào
chân 1 và V
2
giảm đi(bớt âm hơn), giá trị điện áp điều khiển U

st
bớt
âm. Nh vậy xung điều khiển phát ra sẽ muộn hơn và điện áp đặt vào
cầu chỉnh lu không đối xứng sẽ giảm đi, dẫn đến dòng kích từ sẽ giảm
đi.
Trong vùng tốc độ cao khâu phản hồi âm dòng không còn tác dụng và
dòng kích từ sẽ tiếp tục giảm cho tới khi đạt giá trị nhỏ nhất cho phép,
đợc điều chỉnh bởi chiết áp R
3 9
(I
Fmin
< I
Fmin
=I
F
const) thì hệ thống làm
việc xác lập tại giá trị này.
Nguyên tắc tạo xung điều khiển đặt vào cuộn kích từ, để giảm dòng
kích từ nh sau:
8
Trong vùng tốc độ n > n
Gh
tín hiệu đã đợc giảm này đóng vai trò là
điện áp một chiều U
S D
điều khiển cho bộ phát xung V
3
. Tín hiệu điện
áp đồng bộ qua biến áp T
1

(tín hiệu này đồng bộ với điện áp đặt trên
Anôt- Katôt của Tiristo G
1
, G
2
cũng đợc đa tới V
3
. Tại đây tín hiệu
điện áp đồng bộ đợc so sánh với tín hiệu điều khiển. Xung điều khiển
này sẽ đợc đặt lên cực bazơ của Tranzito V
4
, V
5
một điện áp Tranzito
này dẫn. Tức là đặt lên cực điều khiển của tiristo một xung điều khiển
và tiristo dẫn. Lúc này giá trị của tín hiệu điện áp cấp cho cuộn kích
từ độc lập là U
KT
< U
KT đm
của động cơ. Do vậy giá trị dòng kích từ này
có giá trị nhỏ hơn dòng kích từ định mức I
F
<
IFđm
. Giả sử tại thời điểm
t góc điều khiển là

, là thời điểm phát xung mở tiristo G
1

và G
2
sẽ
dẫn dòng khép mạch qua +E

G
1

F
1
F
2

D
2

E.
Khi điện áp bắt đầu đổi dấu(ở chu kỳ âm) và trong phạm vi 0-

thì D
1
dẫn ngay và G
1
khoá lại. Dòng sẽ khép kín qua G1

F
1
F
2

D
2

G
1
,
nên coi nh là ngắn mạch nguồn và điện áp chỉnh lu U
d
=0. Đến thời
điểm

+=
phát xung điều khiển mở tiritos G
2
, dòng tải
-E

D
1

F
1
F
2

G
2

+E và diod D
2

bị khoá lại. Nh vậy góc dẫn của
mỗi tiristo là


.
Bằng cách thay đổi giá trị điện áp điều khiển, có thể thay đổi thời
điểm phát xung điều khiển. Từ đó thay đổi điện áp đặt vào cầu chỉnh
lu, nghĩa là kích từ trong động cơ trong vùng tốc độ cao mà vẫn đảm
bảo công suất động cơ không đổi
Mô hình toán học của động cơ điện một chiều
Phần ứng động cơ đợc biểu diễn bởi vòng tròn có sức điện động E,
CKD: Cuộn dây kích từ độc lập
CF: Dây quấn cực từ phụ
CB: Cuộn bù
9
U: Điện áp phần ứng
U
1
: Điện áp kích từ

: Tốc độ góc
M: Mô men quay
I: Dòng điện phần ứng
M
c
: Mô men cản
1. Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên cuộn dây kích từ một điện áp U
k
thì trong dây kích từ sẽ

có dòng điện I
k
và do đó trong mạch từ của máy sẽ có từ thông

.
Tiếp đó đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng, thì trong cuộn
dây phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua. Tơng tác giữa dòng điện
phần ứng và từ thông kích từ tạo lên mômen điện từ (mô men quay) đ -
ợc quay nh sau:
M
E
= k

I (1)
Trong đó:
k: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào cấu trúc của máy.
Mô men điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các cuộn dây phần
ứng quét qua từ thông và trong các dây dẫn cảm ứng sức điện động:
E = k


(2)
Trong chế độ xác lập có thể tính đợc tốc độ qua phơng trình cân bằng
điện áp phần ứng nh sau:



=
k
IRU

(3)
Trong đó:
R: Điện trở mạch phần ứng của động cơ
Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều
10
2.Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều
Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì ta có thể viết đ ợc các
phơng trình sau:
Phơng trình cân bằng điện áp kích từ
U
k
= R
k
.I
k
(4)
R
k
: Là điện trở mạch kích từ
Phơng trình cân bằng điện áp mạch phần ứng
U = RI + L
dt
dI

+ E (5)
Hoặc dạng dòng điện
I =
][

1
1



EU
pT
R

+
(6)
L: Điện cảm mạch phần ứng
T =


R
L
: Hằng số thời gian mạch phần ứng. T có giá trị rất lớn so với
các hằng số thời gian khác.
Phơng trình chuyển động của hệ thống.
M
E
- M
c
= JP

= J
dt
d

(7)
J: Mô men quán tính của các phần tử chuyển động quy đổi về trục
động cơ
M
c
: Mô men cản động của hệ thống.
M
c
=kx
2
(8)
2. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh
1,Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
i
(p)
Để thực hiện tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có sơ đồ khối của
mạch vòng dòng điện:
Mạch vòng dòng điện
- Hàm truyền hệ hệ của mạch vòng dòng điện là:
11
S
oi
(p) = R
i
(p)x
pT
R
x
pTpT
K

dkvo
cl
.1
1
).1)(.1(


+++
(1.7)
R: Điện trở mạch phần ứng.
T: Hằng số thời gian mạch phần ứng.
T
vo
: Hằng số thời gian sự chuyển mạch chỉnh l u.
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh l u.
- Hàm truyền hệ kín mạch vòng dòng điện:
S
i
(p) =
pT
K
x
pS
ps
i
i
oi
oi

.1)](1[
.
++
(1.8)
Thay (1.7) vào (1.8) ta có:
S
i
(p) =
).1)(.1).(.1(/).(1
).1)(.1).(.1.(/).(


pTpTpTRKpRK
pTpTpTRKpRK
idkvoclii
dkvoclii
++++
+++
Do T
đk
, T
i
rất nhỏ so với T: Đặt T
đk
+T
vo
+T
i
=T
s

và bỏ qua thành phần
bậc cao ta có:
S
i
(p) =
icliSi
clii
KKpRRpTpT
KpRK
.).() 1).(.1(
).(

+++
Giả sử mạch vòng tốc độ ổn định theo tiêu chuẩn Modul tối u ta có:
S
i
(p) =
icliSi
clii
KKpRRpTpT
KpRK
.).() 1).(.1(
).(

+++
=F
Mo
(p)
R
i

(p) =
iclMo
SiMo
KKpF
RpTpTpF
.)).(1(
) 1).(.1)((


++

R
i
(p) =
iclMo
Si
KKpF
RpTpT
.).1)(/1(
) 1).(.1(


++
Theo tiêu chuẩn tối u ta có:1/F
Mo
= 1 + 2T.p + 2T
2
.p
2
R

i
(p) =
icl
Si
KKpTpT
RpTpT
.) 1(.2
) 1).(.1(

+
++
Đặt T = T
si
Suy ra:
R
i
(p) =
iclSi
KKpT
RpT
2
) 1(

+


R
i
(p) =
iclSi

KKT
RT
2
.

+
p
x
KKT
R
iclSi
1
2

Vậy bộ điều chỉnh dòng là khâu tích phân PI.
2, Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ R

(p)
12
Dể thực hiện tổng hợp mạch vòng tốc độ ta đ a sơ đồ khối của mạch
vòng dòng điện về dạng sau:
Mạch vòng tốc độ
Hàm truyền hệ hở của mạch vòng tốc độ là:
S
o

(p) =
).1(
.

Sci
TppTKK
KR
+
(1.9)
Với T

S
= 2T
Si
+ T

= T

+ 2(T
dk
+ T
v
+ T
i
)

k
: Hệ số truyền của sensor tốc độ.
T

: Hằng số thời gian lọc.
U
d

: Điện áp đặt (tỷ lệ với tốc độ động cơ)
R

: Hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh tốc độ.
K
i
: Hệ số truyền của sensor dòng điện.
R = R
b
+ R
k
+ R
Ud
+ R
S
(K
i
= R
S
: điện trở của sensor)
T
C
: Hằng số thời gian điện cơ
2
)(
.

=
K

JR
T
U
C
Hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là:
S

(p) =
)(1
)(.
pSR
pSR
o
o


+
(1.10)
Thay (1.9) vào (1.10) ta có:
S
o

(p) =
).1(
.
1
).1(
.
.

Sci
Sci
TppTKK
KR
R
TppTKK
KR
R
+
+
+

áp dụng tiêu chuẩn tối u đối xứng:
F
oĐ
=
33
2
.88.41
.41
pp
p

+++
+
13
R
)(p

=
ooo
o
SFS
F
.
Đ
Đ


R
)(p

=
]
.88.41
.41
1[
).1(
.
.88.41
.41

33
2
33
2
pp
p
TppTKK
KR
pp
p
Sci













+++
+

+
+++
+

Chọn


=

S
T
Ta có:
R
)(p

=
pT
TKK
KR
pT
S
Ci
S
.8

.
.41
2




+

R
)(p

=
p
x
TKR
TKK
TKR
TKKT
S
Ci
S
CiS
1
8.

8.
4
22




+

Vậy R

là khâu tỷ lệ tích phân (PI).
Chơng trình mô phỏng

1.Tìm các thông số R

, R
i
Nguồn đợc lấy từ đầu ra chỉnh lu có giá trị la U.
J.
=
dt
d

M
e
- M
c
(1)
Phơng trình cân bằng mô men:
M
e
: Mô men quay của động cơ
M
c
: Mô men cản của cơ cấu thực hiện
J : Mô men quan tính.
Phơng trình cân bằng điện áp:
U = r
a
.i
a
+ L
a

.
a
a
E
dt
di
+
(2)
L
a
: Điện cảm phần ứng.
E
a
: Sức điện động sinh ra ở phần ứng
r
a
: Điện trở và điện cảm phần ứng.
M
e
= C
M
.
T

.i
a
(3)
Mômen quay:
C
M

: Hệ số, phụ thuộc vào kết cấu của động cơ.
T

: Từ thông tổng của mạch từ động cơ( gồm từ thông kích từ và từ
thông phần ứng).
i
a
: Dòng điện phần ứng.
E
a
= C
e
.
T


(4)
Sức điện động phần ứng:
C
e
:Hệ số, phụ thuộc vào kết cấu động cơ.
14
Ta có:
60
.2
dm
dm
n

=
Trong chế độ xác lập phơng trình cân bằng điện áp phần ứng(3) có
dạng.
U=R.i
đm
+ C
e
.
dm

dm
dmU
e
iRU
C


= .
+ M
đm
=
dm
dm
P

60
2 n
dm

=
n
p
n
P
M
dmdm
dm
9550.
.2
60.
=

+ M
e
M
c
= J
dt
d

Đa hệ phơng trình của động cơ một chiều kích từ độc lập về đại l -
ợng tơng đối:
Điện áp:
U
b
= U
n
U
b

: Đại lợng so sánh cơ bản.
U
n
: Giá trị định mức của điện áp nguồn.
I
b
= i
n
Dòng điện:
U
n
: Đại lợng so sánh cơ bản:
i
n
: Giá trị định mức của dòng điện

b

=
n

Tốc độ:
b

: Đại lợng so sánh cơ bản.
n

: Giá trị định mức của tốc độ.
Mô men:
M

b
= C
M
.
b

.i
b
Từ thông:

b

=
be
b
C
U

.

b
X
X
X =
*
Ký hiệu:
15
Tõ ph¬ng tr×nh (1) ta cã:
T
M

: H»ng sè thêi gian c¬ khÝ.
J
b
ω
.
**
*
(
ceb
MMM
dt
d
−=
ω
)
)(.
**
*
ce
b
b
MM
dt
d
M
J −=⇔
ω
ω
T
a

: H»ng sè ®iÖn tõ cña ®éng c¬.
T
c
: H»ng sè thêi gian ®iÖn c¬.
K
cl
=
dk
d
U
U
Ud: §iÖn ¸p phÇn øng.
T
si
= T
i
+ T
vo
+ T
®k
<< T
T
ω
S
= 2.T
si
+ T
ω
R
i

(p) =
iclSi
KKpT
RpT
2
) 1(
‚‚
+

⇒
R
i
(p) =
iclSi
KKT
RT
2
.
‚‚
+
p
x
KKT
R
iclSi
1
2
‚
T
M

= J
b
b
M
ω
⇒
J =
b
bM
MT
ω
.
+T
c
=
2
‚
).(
.
φ
M
C
RJ
+T
a
=
‚
‚
R
L

R
)(p
ω
=
pT
TKK
KR
pT
S
Ci
S
.8

.
.41
2
ω
ϕ
ω
ω
+
⇒
R
)(p
ω
=
p
x
TKR
TKK

TKR
TKKT
S
Ci
S
CiS
1
8.

8.
4
22
ωω
ϕ
ωω
ϕω
+
TÝnh to¸n m« pháng
*Víi c¸c ®¹i lîng:
- H»ng sè thêi gian c¬ khÝ T
M
=1.5(s).
- H»ng sè ®iÖn tõ cña ®éng c¬ T
a
=0.1(s).
- H»ng sè thêi gian:
+ T
®k
= 0.0001(s).
+ T

vo
= 0.0025(s).
- T
i
= T
ω
= 0.002(s).
- T
si
= T
i
+ T
vo
+T
®k
<<T
16
- T

S
= 2.T
si
+T

- R = R
b
+R
k
+ R
d

+T
s
= R
- K

= Cu = C
M

Các thông số của động cơ:
U
đm
= 380V
I
đm
= 86A
P
đm
= 30 KW
n
đm
= 1400(v/p)
R =1(

)
Ta có:

===
60
1400*2
60

2



dm
dm
n
146,6(rad/s)
Trong chế độ xác lập phơng trình cân bằng điện áp phần ứng có
dạng.
U = R.i
đm
+ C
e
dm

2
6,146
86*1380
.

=

=

=
dm
dm
e
iRU

C


+M
đm
=
dm
dm
P

60
2 n
dm


=
64,204
1400
9550*30
1490
9550.
2
60.
====
dmdm
dm
P
n
P
M

+ M
e
M
c
= J
dt
d

+ K
cl
=
68.1

==
dkdk
d
U
U
U
U
Ud: Điện áp phần ứng.
T
si
=T
i
+T
vo
+T
đk

<<T=0.0001+0.0025+0.002=0.0046(s)
- T

S
= 2.T
si
+T

=2*0.0046+0.002=0.0112(s)
b
b
M
M
JT

=
09,2
6.146
64.204*5.1
.
===
b
bM
MT
J

+M
e
= C
M

T

i
a

37,2
86
64.204
. ===
a
e
M
i
M
C

+ K

= Cu = C
M

=2,37
+
372,0
)37.2(
09.2*1
)((
.
22

===

M
c
C
RJ
T
17
+
1,0
‚
‚
==
R
L
T
a
+
6,146
1
6,146,1 =⇒==
ω
ωω
k
dmd
+
86
1
86,1 =⇒==
idmd

kii
R
i
(p) =
iclSi
KKT
RT
2
.
‚‚
+
p
x
KKT
R
iclSi
1
2
‚
R
i
(p) =
0046.0*86/1*68.1*2
1.0*1
+
p
x
1
0046.0*86/1*68.1*2
1

R
i
(p) = 566,5 + 5667,4
p
1
R
)(p
ω
=
p
x
TKR
TKK
TKR
TKKT
S
Ci
S
CiS
1
8.

8.
4
22
ωω
ϕ
ωω
ϕω
+

⇒
R
)(p
ω
=
p
x
1
)0112.0(*8*6.146/1*1
408.0*14.2*86/1
)0112.0(*8*6.146/1*1
408.0*14.2*86/1*0112.0*4
22
+
⇒
R
)(p
ω
=71,7 + 1604.6
p
1
Ch¬ng tr×nh m« pháng:
M« h×nh tÝn hiÖu ®Æt:
18
M« h×nh bé ®iÒu khiÓn:
M« h×nh ®éng c¬:
19
Giá trị các thông số mô phỏng:
- Bộ điều chỉnh

R
: P=50, I=20, D=0
- Bộ điều chỉnh Ri: P=2, I=1, D=0
- Bộ điều chỉnh điện áp phần ứng R: P=1, I=0.5, D=0
- Bộ điều khiển dòng kích từ Rik: P=1, I=0.5, D=0
- Xensor tốc độ S

: K

=1, T

=0.001
Vì các hằng số thời gian T
đk
và T
vo
rất nhỏ, nên ta có thể coi bộ điều
chỉnh điện áp phần ứng và bộ điều chỉnh dòng kích từ có dạng hàm
truyền bậc nhất với hằng số thời gian T
B Đ 1
=0.001, K
CL
=1
-Xensor dòng điện S
i
: K
i
=1, T
i
=0.001

-K
4
= 2.8, K
2
= 3, K
1
= 0.3
-Xensor từ thông S

: K
v
= 1, T
v
= 0.001
-Hằng số thời gian mạch kích từ T
k
= 0.05
-Hằng số thời gian mạch phần ứng T

= 0.005
-Điện trở phần ứng R

= 0.1
I
k m a x
= 0.8, I
k m in
= 0.2, U
a ma x
= 2, E

db
= -0.1, U

d
= 1/10
-Khối saturation: giới hạn trên =1, giới hạn d ới =-0.5
-Khối saturation: giới hạn trên =1, giới hạn d ới =-0.5
-Khối saturation: giới hạn trên =1, giới hạn d ới =-0.5
-Khối saturation: giới hạn trên =1, giới hạn d ới =-0.5
-Khối saturation: giới hạn trên =1, giới hạn d ới =-0.5
-Khối DeadZone: giá trị đầu =-0.5, giá trị cuối =1.45
-Mô men cản động M=k
3
u
2
với k
3
=0.1
-Mô men quán tính J=1
Nhận xét:
Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập, truyền
động cho bộ phân tráng nhựa mà ta thực hiện điều chỉnh hai thông số:
Điện áp phần ứng, và dòng kích từ
20
Trong phạm vi tốc độ thấp thì ta thực hiện điều chỉnh điện áp phần
ứng với mô men trên trục động cơ là không thay đổi. Khi thay đổi
điện áp phần ứng, Ua tăng tuyến tính từ 0- đm còn Ia và If hầu nh
không đổi và bằng giá trị định mức.
Trong vùng tốc độ cao thì thực hiện điều chỉnh dòng kích từ
21