điều chỉnh tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cung cấp riêng từng động cơ

Mục Lục
Trang
I.

Hệ truyền động nhiều động cơ.

2

Yêu cầu công nghệ ®èi víi hƯ trun ®éng nhiỊu ®éng c¬. 2
Híng ®Ị tài nghiên cứu.
II.

3

Trình tự tiến hành mô phỏng.

5

Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

5

Tổng hợp mạch vòng tốc độ.

7

Tính toán và mô phỏng hệ đồng tốc độ.

9

Kết quả và nhận xét.

12

III.

Tài liƯu tham kh¶o.

15

1


i. Hệ truyền động nhiều động cơ
1.1 Yêu cầu công nghệ đối với hệ truyền động nhiều động cơ.
Truyền động nhiều động cơ thờng đợc sử dụng trong dây truyền sản xuất
liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của
nhiều thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với tốc độ
thích hợp hoặc tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ.
Tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thớc, vật liệu cũng nh yêu cầu chất lợng đòi
hỏi các cấu trúc của hệ truyền động điện đơn giản hay phức tạp.
Trong sản xuất công nghiệp, chúng ta thờng gặp ở các máy cán liên tục,
máy xeo giấy, trong công nghiệp dệt và sản xuất thuỷ tinh, v.v
Đặc tính của truyền động nhiều động cơ cho các dây truyền công nghệ sản
xuất liên tục gồm các yêu cầu cơ bản:
1.

Tất cả truyền động thành phần đều phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi
trong cả chế độ tĩnh và động, ta gọi là yêu cầu đồng bộ hoá tốc độ.

2.

Đối với dây chuyền sản xuất các vật liệu thay đổi, hoặc bề dày vật
liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc thờng tỷ lệ này
thay đổi không lớn, vùng điều chỉnh tốc độ O(2:1 đến 6:1).

3.

Một số dây truyền yêu cầu chất lợng sản phÈm cao nh ®é ®ång ®Ịu
vËt liƯu cao sai sè ít. Nh vậy hệ truyền động phải đảm bảo độ chính
xác điều chỉnh cao.

4.

Một số vật liệu đợc sản xuất trong dây truyền liên tục có yêu cầu về
chủng loại, tính chất đặt ra yêu cầu phải giữ sức căng không đổi. Vì
vậy yêu cầu hệ truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và cả lực kéo.

Đối với hệ ®ång bé ho¸ tèc ®é viƯc ®iỊu chØnh phơ thc vào loại liên kết
cơ giữa các động cơ thành phần.
a)

Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc
tính cơ của từng động cơ phải tuyệt ®èi cøng.

2


b)

Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vËt liƯu cã tiÕt

diƯn lín, lùc c©n b»ng trun qua vật liệu cứng nh vậy việc
đồng bộ hoá tốc độ có thể dùng đặc tính cơ của các động cơ
thành phần mềm.

c)

Ơ các vật liệu băng của nó không truyền ®ỵc lùc kÐo. Nh vËy
trun ®éng chÝnh trong hƯ sÏ điều chỉnh tốc độ và phát tín
hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền động cơ còn lại, các
truyền động này có nhiệm vụ điều chỉnh gi mômen không đổi.
Tốc độ của tất cả các truyền động chạy theo băng còn lực căng
giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh xác định.

d)

Nếu không đo đợc mạch vòng trực tiếp lực kéo, ngời ta phải
tạo mạch vòng nhân tạo trong dây chuyền bằng tín hiệu tỷ lệ
với chiều dài, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng
động cơ trong truyền động.

e)

Ơ dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt nh giấy, vật liệu
tổng hợp, v.v thì tất cả các truyền động thành phần phải đợc
giữ tốc độ không đổi. Ơ đây ta dùng phơng pháp đồng bộ bám
tức là điều chỉnh tất cả các truyền động có tỷ lệ tốc độ không
đổi theo chiều chuyển động của vật liệu.

f)

Đối với truyền động có cuộn cuốn cuộn nhả yêu cầu tốc độ
truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đờng kính các cuộn
vật liệu, hay nói cách khác là giữ tốc độ dài băng vật liệu
không thay đổi.

1.2 Hớng đề tài nghiên cứu.
Vấn đề đồng bộ hoá tốc độ trong các dây truyền công nghệ nêu trong mục
1.1 chúng ta thấy là rất rộng, rất nhiều vấn đề phải nghiên cứu và có rất nhiều
hớng nghiên cứu giải quyết khác nhau ở đây em tập trung nghiên cứu và mô

3


phỏng việc đồng bộ hoá tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cấp
riêng từng động cơ.
Phơng pháp dùng nguồn cung cấp điện áp phần ứng chung có u điểm đơn
giản, nhng đối với dây truyền công nghệ có sản phẩm thay đổi nh vật liệu
hay bề dày thay đổi, nh vậy tốc độ đầu vào và đầu ra một trục có sự khác
biệt, cho nên cần có sự chỉnh định riêng và phơng án dùng nguồn cấp riêng
cho từng động cơ thích hợp hơn.
Sơ đồ nguyên lý hệ dùng nguồn cấp riêng biệt:

Để đo tín hiệu sai lệch tốc độ, ta dùng triết áp P L, lúc đó bộ đo sai lệch tốc
có hàm truyền là khâu tích phân. Bộ điều chỉnh về tốc độ dài phải là P hoặc
PD nếu dùng bộ điều chỉnh có thành phần tích phân thì hệ không ổn định. Từ
sơ đồ cÊu tróc ta cã hµm trun cđa hƯ hë:

4

II. Trình tự tiến hành mô phỏng.
2.1 Tổng Hợp Mạch Vòng Dòng Điện
Sơ đồ cấu trúc:

Trong đó:
T=

Lu
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng
Ru

Sơ đồ tơng ứng:

Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng :
Soi(p) =

U i ( p)
K cl .K i / Ru
=
U dk ( p) (1 + pTdk )(1 + Ti p )(1 + pTV )(1 + pTu )

5


øng víi ®iỊu kiƯn
Tsi = Ti + TV +T®k <Bá qua các thành phần bậc cao ta có

Soi(p) =

K cl .K i / Ru
(1 + Tsi p )(1 + pTu )

Theo tiêu chuẩn Modul tối u ta có hàm truyền hÖ kÝn nh sau:
1

FMoi = 1 + 2τ . p + 2 2 . p 2


Mặt khác ta có
FMoi(p) =

Ri ( p).Soi
1 + Ri ( p ).Soi

=> Ri(p) =

FMoi
Soi (1 − FMoi )

1

=> Ri(p) = 2τ p(1 + 2τ p).S
σ
σ
Oi

=> Ri(p) =

(1 + pTsi )(1 + pTu )

2τ σ pK cl K i / Ru (1 + 2τ σ p )

Chọn = min(Tsi,Tu) = Tsi
Rút gọn ta đợc hµm trun

6


Ri(p) =

1 + pTu
Ru .Tu
1
=
(1 +
)
2 pK cl .K i .Tsi / Ru 2 K cl .K i .Tsi
pTu

VËy Ri(p) là khâu tỉ lệ tích phân (PI)
2.2 Tổng hợp bộ ®iỊu chØnh tèc ®é.
CÊu tróc cđa hƯ ®iỊu chØnh tèc độ :

Trong đó lấy hàm truyền của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính
bậc nhất, bỏ qua các thành phần bậc cao.
Viết gọn sơ đồ ta có:

7

Trong ®ã So ω =

Ru .K ω
K i .( Kφ )Tc . p (1 + pTsω )

Víi
TS ω = 2Tsi + T ω rÊt nhá
Theo tiªu chuÈn Modul tèi u ta cã hµm trun hƯ kÝn nh sau:
1

FMoω = 1 + 2τ . p + 2τ 2 . p 2
σ
σ
MỈt kh¸c ta cã
Rω ( p).Soω

FMoω(p) = 1 + Rω ( p).Soω
FMoω

=> Rω(p) = Soω (1 − F )
Moω
1

=> R(p) = 2τ p(1 + 2τ p).S
σ
σ
Oω
K i .( Kφ )Tc . p (1 + pTsω )

=> Rω(p) = 2τ pR .K (1 + 2τ p)

σ
u
ω
σ
Chän τ σ = Tsω
Rót gän ta đợc hàm truyền
K i .( K )Tc

R(p) = 2T R .K
s u

Vậy R(p) là khâu tỉ lệ tích phân (P)

8


Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ
thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều nh hình vẽ.

2.3 Tính toán và mô phỏng hệ đồng tốc độ.
Các thông số cho trớc:
Pđm : công suất địng mức của động cơ 1.5 kw
Uđm : Điện áp định mức phần ứng

220 V

nđm : Tốc độ quay định mức

1500 V/ph

dm : Hiệu suất danh định của động cơ 90%

L : Điện cảm phần ứng

0,2

Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng

0,002 S

TV : H»ng sè têi gian bé chØnh lu

H

0,0025 S

T®k : Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lu 0,0001S
T : Hắng số thời gian máy phát tèc 0,001S
Ta cã:
ω=

M®m =

2πn
n
1500
=
=> ω dm =
= 157 rad/s
60 9,55

9,55

Pdm 1500
=
=9,55 Nm
ω dm 157

9


I®m =

Pdm 1500
=
= 6,82 A
U dm
220

Kφ =

M dm 9,55
=
= 1,4
I dm
6,82

Tính R gần đúng theo công thức
R = 0,5(1- dm )
T=

U dm
220
= 0,5(1 − 0,9)
= 1,6 Ω
I dm
6,82

Lu 0,2
=
= 0,125S
Ru 1,6

Mặt khác ta có:
Uđ = Uđk.Kcl
Chọn Uđk = 10V => Kcl =

U dm 220
=
= 22
U dk
10

Hàm truyền của bộ điều chØnh:
Ri(p) =

Ru .Tu
1
(1 +
)
2 K cl .K i .Tsi

pTu

Cã Tsi = Ti + Tv+T®k = 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chän Ui® = 7V
=> Ki =

U id
7
=
= 1,02
I dm 6,82

=> Ri =

1,6.0.125
1
1
(1 +
) = 0,968(1 +
)
2.22.1,02.0,0045
0,125 p
0,22 p

Tc =

JRu
2,45.1,6
=
=2S

2
( Kφ )
1,42 2

Ru
1,6
=
=0,5714
( Kφ ).TC 1,4.2

U ωd = ω.K ω
Chän U ωd = 10 V

10


=>K ω =

10
= 0,064
157

Víi
TS ω = 2Tsi + T ω = 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S
R ω (p) =

1,02.1,4.2
= 3045
1,6.0,0637.2.0,0046

M« hình mô phỏng

Mô hình động cơ 1

11


Mô hình động cơ 2

2.4 Kết quả và nhận xét.
*Kết quả:
Kết quả mô phỏng khi động cơ 1 đặt tải là xung chữ nhật, động cơ2
đặt tải ngẫu nhiên.
* Khi 2 động cơ đặt cùng tốc độ:
- Tốc độ:

12


- Dòng điện:

* Khi tốc độ động cơ 2 = 0,75 lần tốc độ động cơ 1
- Tốc độ:
13


- Dòng điện:

* Nhận xét:

14


Từ kết quả mô phỏng ta thấy trên mô phỏng khi ta tổng hợp bộ điều
khiển theo môdun tối u và tổng hợp hệ đồng tốc theo nguyên tắc điều chỉnh
tốc độ hệ truyền động nhiều động cơ với nguồn cung cấp riêng từng động cơ
thì đà đáp ứng đợc yêu cầu của hệ truyền động nhiều động cơ: Cần ®ång bé
tèc ®é hc ®iỊu chØnh tèc ®é sau cã thể nhanh hơn hoặc chậm hơn động cơ
trớc một đại lợng cần thiết, khi đó khắc phục đợc nhợc điểm của hệ dùng phơng pháp bù điện áp phần ứng.

Tài liệu tham khảo
Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn
Nghi.
điều chỉnh tự động truyền động điện.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật
Năm 2004

15