Điều khiển, giám sát hệ thống mạng PLC điều khiển lò mở lò nhiệt và máy xếp hàng tự động, chương 13 doc

Chương 13 : LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ DC
VÀ LÝ THUYẾTĐIỀU KHIỂN
6.1.Tìm hiểu đặc tính của động cơ
6.1.1 Các thông số điều kiển của động cơ :
Động cơ một chiều hay động cơ DC được sử dụng
rộng rãi trong hệ thống truyền động nhờ đặc tính có thể
thay đổi vận tốc và chiều quay dễ dàng. Thường dùng
trong hệ thống truyền động của các xe điện, máy công cụ
vận chuyển, máy cán, máy nghiền( trong công nghiệp
giấy) …
Nguyên lý làm việc của động cơ DC :

R
B,J
L
U
Hình 6.1 : sơ đồ tương đương động cơ DC
Khi ta đặt điện áp
1 chiều U hai đầu chổi điện thì
trong cuông dây phần ứng sẽ xuất hiện dòng điện Iư.
Khung quay sẽ bò tác dụng bởi từ trường của nam châm
vónh cửu và quay quanh trục. Khi rô to quay nó sẽ cảm ứng
trên cuộn dây một sức điện động E có chiều ngược với
chiều của dòng điện, còn gọi là sức phản điện.
Do đó phương trình điện áp sẽ là :
U = E + RưIư
(6.1)
Các phương trình cơ bản của động điện cơ 1 chiều
E = K
 (6.2)
U = E + RưIư (6.3)

M = K
Iư (6.4)
Trong đó :
 : Từ thông trên mỗi cực từ (Wb)
Iư : dòng điện phần ứng (A).
U : Điện áp phần ứng(V)
 : Tốc độ của động cơ (rad/s)
M : Mômen do động cơ sinh ra(N/m).
K : hằng số phụ thuộc cấu trúc động cơ.
Từ các phương trình trên ta có sự phụ thuộc của tốc độ động cơ
DC theo các đại lượng như sau :
 =

K
U
-

K
RuIu
6.1.2Sai số tónh tốc độ:
Sai số tónh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính
xác duy trì tốc độ đặt. Nó là giá trò tương đối của độ sụt tốc
ứng với tốc độ đặt khi không lý tưởng.
 = Mc/β (6.5)
S% = Mc/(β.od) (6.6)
Như vậy sai số tốc độ phụ thuộc và độcứng của đặc
tính cơ
β, tốc độ đặt khi không tải lý tưởng od và phụ tải
trên trục động cơ.
6.

1.3 Phạm vi điều khiển :
Phạm vi điều khiển (ký hiệu là D) là tỉ số giữa tốc độ
làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ứng với phụ tải đã cho.
D =
MAX/MIN (6.7)
Tốc độ lớn nhất
MAX thường bò giới hạn bởi độ bền
cơ của phần quay của động cơ. Một số máy điện một chiều
MAX bởi đièu kiện chuyển mạch vì tốc độ lớn làm tia
lửa điện phát sinh trên cổ góp. Vì vậy thông thường chỉ cho
phép điều khiển
MAX  (2 – 3).đm.
Tốc độ nhỏ nhất
MIN trong dãy điều khiển bò chặn
bởi yêu cầu khắc phục moment quá tải cho phép, bảo đảm
độ chính xác điều chỉnh(s%).
MAX = 0 – Mđm/β (6.8)
MIN = (Kqt.Mđm – Mđm ).tg (6.9)
6.1.4 Hiệu suất của động cơ :
Nếu bỏ qua các tổn hao bất biến trong hệ thì phần tổn
hao chủ yếu sẽ nằm trong mạch phần ứng, nên hiệu suất
của hệ là :
=
1
2
P
P
=
u
R

EIu
EIu
2
I
.

=
2
)(



K
MR

(6.10)
6.2.Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ dc
Trong thực tế điều khiển động cơ , người ta cần điều khiển
nhiều cấp tốc độ khác nhau, tùy yêu cầu và mục đích điều
khiển. Để điều khiển tốc độ người ta có thể dùng các bộ truyền
động và thay đổi tỉ số truyền nhưng phương pháp này có nhiều
khuyết điểm. Ngày nay để điều khiển tốc độ người ta dùng các
phương pháp điện.
Từ phương trình phụ thuộc của tốc độ vào các đại lượng
khác (
 =

K
U
-


K
RuIu
) ta có các phương pháp điều khiển động cơ
sau :
1 Điều khiển khiển điện áp phần ứng ( thay đổi đại lượng
U) bằng cách tạo ra điện áp
1 chiều thay đổi được và
cấp cho động cơ.
2 Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng để làm thay đổi
dòng điện phần ứng Iư. Thường sử dụng cho động cơ có
công suất nhỏ.
3 Điều chỉnh từ thông  bằng cách thay đổi dòng kích từ.
Phương pháp 2 và 3 làm giảm đặc tính cơ của động cơ
nên độ chính xác không cao, phạm vi điều chỉnh hẹp, độ
tinh chỉnh kém. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ
tăng và moment ngắn mạch giảm, nghóa là độ chính xác
duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém.
Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp (phương
pháp
1) cung cấp cho động cơ hiện nay được sữ dụng rộng
rãi nhất, nó được coi là phương pháp triệt để.Ta có thể
điều chỉnh tốc độ trong bất kỳvùng tải nào, kể cả khi
không tải lý tưởng.Đặc tính cơ điều chỉnh sai số tốc độ
nhỏ, khả năng quá tải lớn. Dãi điều chỉnh rộng và tổn hao
năng lượng thấp. Tuy mềm hơn so với đăc tính cơ tự nhiên
nhưng cứng hơn phương pháp điều chỉnh thông số (
 , Iư).
Mặc khác vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển
của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ nên tinh chỉnh

cao, nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động
vòng kín.
Khuyết điểm : là phải dùng bộ biến đổi điện áp DC
nên chi phí vận hành và thiết kế cao.
Ưu điểm : phương pháp này cho ta năng suất cao, tổn
hao thấp.
6.3.Phương pháp điều khiển điện áp 1 chi