hệ thống điều khiển đồng bộ tốc độ nhiều động cơ

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:
- 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.
- 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).
- Một số dây truyền yêu cầu chất lợng sản phẩm cao nh độ đồng đều vật
liệu cao sai số ít. Nh vậy hệ truyền động phải đảm bảo độ chính xác điều
chỉnh cao.
-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 đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh phụ thuộc vào loại liên kết
cơ giữa các động cơ thành phần.
+ Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính
cơ của từng động cơ phải tuyệt đối cứng.
+ Các động cơ liên kết mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện
lớn, lực cân bằng truyền 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.
+ Ơ các vật liệu băng của nó không truyền đợc lực kéo. Nh vậy

truyền động chính trong hệ sẽ 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
1
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.
+ 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.
+ 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.
+ 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
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:

2
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 cấu trúc ta có hàm truyền của hệ hở:
II. Trình tự tiến hành mô phỏng.
2.1 Tổng Hợp Mạch Vòng Dòng Điện
Sơ đồ cấu trúc:
3
Trong đó:
T =
u
u
R
L
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng
Sơ đồ tơng ứng:
Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tợng :
S
oi
(p) =
)1)(1)(1)(1(
/.
)(
)(
uVidk
uicl
dk

i
pTpTpTpT
RKK
pU
pU
++++
=
ứng với điều kiện
T
si
= T
i
+ T
V
+T
đk
<<T
Bỏ qua các thành phần bậc cao ta có
S
oi
(p) =
)1)(1(
/.
usi
uicl
pTpT
RKK
++
Theo tiêu chuẩn Modul đối xứng ta có hàm truyền hệ kín nh sau:
3322

.8 8.41
41
ppp
p
F
OD





+++
+
=
Mặt khác ta có
F
ODo
(p) =
SoipRi
SoipRi
).(1
).(
+
4
332
3322
8 8.41
41
1[
).1.(.) (

.
8.8 41
41
)1(
)(
ppp
p
TppTKK
KR
ppp
p
FS
F
pR
sCi
u
OMo
OD

+++
+

+
+++
+
=

=
Chọn


S
T=
ta có:
p
TKK
KR
p
pR
Ci
u
S
8.
) (
.
41
)(

2







+
=
Vậy nó là khâu tỉ lệ tích phân (PI)
2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ.
Cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc 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:
5
Trong đó S
o

=
)1(.).(
.



sci
u
pTpTKK
KR

+
Với
T
S

= 2T
si
+ T

rất nhỏ
áp dụng tiêu chuẩn modul đối xứng có:
3322
.8 8.41
41
ppp
p
F
OD





+++
+
=
332
3322
8 8.41
41

1[
).1.(.) (
.
8.8 41
41
)1(
)(
ppp
p
TppTKK
KR
ppp
p
FS
F
pR
sCi
u
OMo
OD

+++
+

+
+++
+
=

=
Chọn


S
T=
ta có:
p
TKK
KR
p
pR
Ci
u
S
8.
) (
.

41
)(
2







+
=
Vậy nó là khâu tỉ lệ tích phân (PI)
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.
6
2.3 Tính toán và mô phỏng hệ đồng tốc độ.
Các thông số cho trớc:
P
đm
: công suất địng mức của động cơ 1.5 kw
U
đm
: Điện áp định mức phần ứng 220 V
n
đm
: Tốc độ quay định mức 1500 V/ph
dm

: Hiệu suất danh định của động cơ 90%

L : Điện cảm phần ứng 0,2 H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng 0,002 S
T
V
: Hằng số tời gian bộ chỉnh lu 0,0025 S
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lu 0,0001S
T

: Hắng số thời gian máy phát tốc 0,001S
Ta có:

55,9
1500
55,960
2
==>==
dm
nn



= 157 rad/s
M
đm
=
157

1500
=
dm
dm
P

=9,55 Nm
I
đm
=
220
1500
=
dm
dm
U
P
= 6,82 A
82,6
55,9
==
dm
dm
I
M
K

= 1,4
Tính R

gần đúng theo công thức
R = 0,5(1-
82,6
220
)9,01(5,0) =
dm
dm
dm
I
U

= 1,6

7
T =
6,1
2,0
=
u
u
R
L
= 0,125S
Mặt khác ta có:
U
đ
= U
đk
.K
cl

Chọn U
đk
= 10V => K
cl
=
==
10
220
dk
dm
U
U
22
Hàm truyền của bộ điều chỉnh:
p
TKK
KR
p
pR
Ci
u
S
8.
) (
.
41
)(
2

+
=
Có T
si
= T
i
+ T
v
+T
đk
= 0,002 + 0,0025 + 0,0001 = 0,0046 S
Chọn U
iđ
= 7V
=> K
i
=
82,6
7
=
dm
id
I
U
= 1,02

T
c
=
22
42,1
6,1.45,2
)(
=

K
JR
u
= 2 S
2.4,1
6,1
).(
=
C
u
TK
R

=0,5714
U
d

=


K.

Chọn U
d

= 10 V
=>K

=
064,0
157
10
=
Với
T
S

= 2T
si
+ T

= 2.0,0046 +0,001 = 0,01 S
Với
T
S

= 2T
si
+ T

= 2.0,0062 +0,0001 = 0,0125 S
R

(p) =
1394
00001.0.868,2
1
00001.0.868,2
04,01
.01,0.8.
2.4,1.02.1
064,0.6,1
.01,0.41
2
+=
+
=
+
pp
p
p
p
8
S¬ ®å m« pháng
M« h×nh ®éng c¬ 1
9
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:
10
- Dßng ®iÖn:
* NhËn xÐt:
11
Từ kết quả mô phỏng ta thấy trên mô phỏng khi ta tổng hợp bộ điều
khiển theo môdun đối xứng 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 đã đáp ứng đợc yêu cầu của hệ truyền động nhiều động cơ: Cần
đồng bộ tốc độ hoặc điều chỉnh tốc độ sau có 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
12
13