Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, bộ môn Tự động hóa XNCN Khoa Điện tiến hành biên soạn giáo trình môn học Tổng hợp hệ điện cơ.
Chư ngư4: Hệ thống truyền động đảo chiều 4.1.ưCácưsơưđồưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưdùngưhệưthốngưT-Đ 4.1.1.ưĐảoưchiềuưápưdòngưtrongưmạchưphầnưứngưđộngưcơ Trong hệ thống điều tốc đảo chiều, yêu cầu động điện thay ®ỉi chiỊu quay cđa nã Nhng mn thay ®ỉi chiều quay bắt buộc phải thay đổi chiều mômen điện từ động M đt Từ công thức mômen quay động điện chiều Mđt = KmId thấy, chiều Mđt đợc thay đổi hai cách, đổi chiều dòng điện mạch phần ứng động cơ, thực tế thay đổi cực tính điện áp mạch điện phần ứng, hai đổi chiều từ thông kích từ động cơ, tức thay đổi chiều dòng điện kích từ Tơng ứng với chúng, mạch điện đảo chiều hệ thống tiristor - động có hai phơng thức: đảo cách đấu đầu biến đổi (BBĐ) với mạch phần ứng đảo cách đấu đầu BBĐ kích từ với cuộn dây kích từ động Chư ngư4: 4.1.ưCácưsơưđồưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưdùngưhệưthốngưT-Đ 4.1.1.ưĐảoưchiềuưápưdòngưtrongưmạchưphầnưứngưđộngưcơ 4.1.1.1 Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng động BBĐ sử dụng sơ đồ chỉnh lu + T Ud BĐ - N CK ∼ § CK§ + T1 CK T § Ud BĐ T3 T4 CKĐ + T2 Hình 4.1: Mạch điện đảo chiều dùng Hình 4.2: Mạch điện đảo chiều dùng bộ đóng cắt có tiếp điểm T N đóng cắt không tiếp điểm tiristor 4.1.1.ưĐảoưchiềuưápưdòngưtrongưmạchưphầnưứngưđộngưcơ 4.1.1.2 Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng độngcơ sử dụng BBĐ có đảo dòng máy công tác yêu cầu đổi chiều quay thờng xuyên, đặc biệt máy có yêu cầu thời gian trình độ CL1 đảo ngắn thờng sử dụng hệ truyền độ T-Đ với biến đổi Đ có đảo dòng BBĐ có đảo dòng đợc xây dựng từ hai sơ đồ chỉnh CKĐ lu điều khiển dùng tiristor mắc song song ngợc đấu chéo (hình 4.3) Id CK CL2 Hình 4.3: Hệ thống truyền động đảo chiều động chiều dùng BBĐ có đảo dòng hai sơ đồ chỉnh lu mắc song song ng ợc 4.1.2.ưĐảoưchiềuưdòngưkíchưtừưđộngưcơ Do công suất kích từ chiếm khoảng 1ữ5% công suất định mức, rõ ràng công suất của thiết bị đóng cắt sơ đồ chỉnh tiristor dùng để đảo chiều dòng cung cấp cho cuộn dây kích từ nhỏ nhiều thực đảo chiều dòng phần ứng, động công suất lớn dùng phơng án đảo chiều dòng kích từ tơng đối rẻ tiền Tuy nhiên, trình đổi chiều dòng kích từ xẩy chậm nhiều so với đổi chiều dòng điện mạch phần ứng, động có công suất trung bình, số thời gian mạch kích từ chiếm khoảng vài giây, cho dòng điện kích từ tăng giảm tự nhiên, việc đổi chiều dòng điện chiếm khoảng 10 giây Trong thực tế, việc đảo chiều quay động phơng pháp đảo chiều từ thông thờng áp dụng cho hệ thống truyền động điện công suất trung bình lớn diễn trình đảo chiều nh hệ thống truyền động trục cán máy cán liên tục Chư ngư4: 4.2.ưHÃmưtáiưsinhưcủaưhệưthốngưtiristorư-ưđộngưcơ 4.2.1.ưChếưđộưchỉnhưlư ưvàưnghịchưlư ưcủaưchỉnhưlư ưcóưđiềuưkhiển u u u Để có chế độ nghịch lu cần có điều kiện nh sau: > 900 E < EĐ > Ud Tõ biểu thức kết luận: Để sơ đồ chỉnh lu làm việc chế độ nghịch lu cần có điều kiện là: góc điều khiển sơ đồ chỉnh lu phải lớn 900, sức điện động tải (s.đ.đ ngợc) phải đổi chiều có giá trị lớn giá trị tuyệt đối điện áp chỉnh lu trung bình 4.2.1.ưChếưđộưchỉnhưlư ưvàưnghịchưlư ưcủaưchỉnhưlư ưcóưđiềuưkhiển u u u 4.2.ưHÃmưtáiưsinhưcủaưhệưthốngưtiristorư-ưđộngưcơ 4.2.2.ư HÃmư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tốcư hoặcưdừng Có nhiều máy công tác thực tế yêu cầu tăng giảm tốc dừng máy cách nhanh chóng, biện pháp rẻ tiền dùng cách hÃm động theo phơng pháp hÃm tái sinh, cho động làm việc đờng đặc tính góc phần t thứ HÃm tái sinh quay ngợc với tải hÃm tái sinh giảm tốc dừng máy với tải phản kháng khác điểm sau: (1) HÃm tái sinh điều chỉnh giảm tốc dừng máy, động làm việc góc phần t thứ hai, chiều tốc độ quay dơng, mô men quay đổi chiều thành âm; hÃm tái sinh quay ngợc động mang tải có tính chất động làm việc góc phần t thứ 4, chiều quay biến thành âm, chiều mômen động không đổi 4.2.2.ư HÃmư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tốcư hoặcưdừng (2) HÃm tái sinh quay ngợc động mang tải có tính chất trạng thái làm việc ổn định, hÃm tái sinh điều chỉnh giảm tốc dừng máy thờng trình độ, cuối phải trở góc phần t thứ ổn định đợc, cuối phải trở gốc tọa độ (động dừng) (3) HÃm tái sinh quay ngợc động mang tải có tính chất cực tính s.đ.đ động thay đổi theo chiều quay động để trì dòng điện động theo chiều ban đầu; hÃm tái sinh điều chỉnh giảm tốc dừng máy, từ góc độ động mà xem xét, dù phụ tải trình hÃm giảm tốc s.đ.đ động không thay đổi cực tính, muốn trả lại điện bắt buộc phải tìm cách làm cho dòng điện đổi chiều 4.2.2.ư HÃmư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tèc hcdõng Rd Rd n + ∼ + Ud1 CL1 n01 Id + E§ - - + E§ Id ∼ Ud2 - n02 C B - CL2 a A b Ic Id c Hình 4.5: Sơ đồ thay hệ T-Đ sử dụng BBĐ có đảo dòng chế độ làm việc: a) Động chế độ động cơ, BBĐ chế độ chỉnh lu Ud1>EĐ b) Động chế độ hÃm tái sinh, BBĐ chế độ nghịch lu E Đ c) Đặc tính điện trình điều chỉnh giảm tốc từ điểm A điểm B 4.3.ưCácưphư ngưphápưđiềuưkhiểnưBBĐưcóưđảoưdòng Các biến đổi có đảo dòng dùng hai sơ đồ chỉnh lu mắc song song ngợc đấu chéo hệ truyền động T-Đ có đảo chiều có hai ph ơng pháp điều khiển: điều khiển độc lập (còn gọi điều khiển riêng) điều khiển phối hợp (còn gọi điều khiển chung) 4.3.1.ưPhư ngưphápưđiềuưkhiểnưđộcưlập Là phơng pháp điều khiển mà hệ thống làm việc, chế độ, thời điểm có van sơ đồ làm việc, van sơ đồ chỉnh lu không đợc cấp xung điều khiển không làm việc Khi cần đảo chiều dòng (đảo chiều quay điều chỉnh giảm tốc), ngời ta tác động vào mạch điều khiển để ngắt dòng qua van sơ đồ làm việc, cắt xung điều khiển van trì khoảng thời gian dòng qua tất van không (để van vừa khóa khôi phục tính chÊt ®iỊu ®iỊu khiĨn) råi thùc hiƯn cÊp xung cho van sơ đồ cần đa vào làm việc để đảo chiều dòng động 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.2 Khối xư lý logic TÝn hiƯu vµo: NhËn biÕt cùc tÝnh mômen: M > 0, tức lúc < 0, uM = "1", M < 0, tøc lµ lóc > 0, uM = "0" Kiểm tra trạng thái khóa van: có dòng điện (các van mở), uz = dòng điện không (các van khóa), uz = "1" Tín hiệu : Khoá mạch phát xung sơ đồ chỉnh lu thuận FXT, uT = "0"; Mở mạch phát xung sơ đồ chỉnh lu thuận FXT, uT = "1"; Khoá mạch phát xung sơ đồ chỉnh lu ngợc FXN, uN = "0"; Mở mạch phát xung sơ đồ chỉnh lu ngợc FXN, uN = 1" 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.2 Khối xử lý logic 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.2 Khối xử lý logic Sau lợc bỏ đại lợng trùng lặp bảng 4.1 đợc bảng 4.2 Căn vào bảng giá trị thực, dựa vào điều kiện đóng ngắt phản xung đa đại số logic sau đây: u T = u N (u M u z + u M u z + u M u z ) = u N u M (u z + u z ) + u M u z = = u N (u M + u z ) = u N (u M u z ) Hay: u T = u N (u M u z ) Một cách tơng tự xác định đợc uN: u N = u T (u M u z ) 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.3 Mạch điện kéo dài thời gian (tạo thời gian trễ) Sau mạch xử lý logic phát lệch chuyển đổi u N uN, cần phải trì khoảng thời gian cho phép tín đầu LG u LGT uLGN thay đổi theo uT uN Khoảng thời từ lúc có lệnh khóa mạch phát xung đầu khối XLLG đến lúc có lệnh khóa mạch phát xung gọi thời gian trễ cắt xung, ký hiệu tc thờng chọn (không có trễ); khoảng thời từ lúc có lệnh cho phép mạch phát xung họat động ®Çu khèi uv XLLG ®Õn lóc cã lƯnh më mạch phát xung gọi thời gian trễ phát xung, ký hiệu tf, khoảng thời gian cần thiết để tránh tợng ngắn mạch đổi chiỊu dßng u c = (U − U c0 )(1 − e −t / τ R ur C H×nh 4.9: M¹ch t¹o thêi gian trƠ dïng m¹ch R- ) + U c0 C 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.3 Mạch điện kéo dài thời gian (tạo thời gian trễ) Nếu giả thiết U1 giá trị cực tiểu điện áp ứng với mức logic đầu vào phần tử logic (thực tế giá trị U phụ thuộc vào loại phần tử logic giá trị nguồn nuôi chiều), xác định đợc thời gian trễ t f m¹ch R-C t¹o (thay uc=U1): U − U c0 t f = RC ln U − U1 Thêng th× Uc0=0, nên thời gian trễ tf đợc viết lại là: U t f = RC ln U − U1 Gi¸ trị C là: C= tf U R ln U U1 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.3.4 Mạch điện bảo vệ liên động Khi làm việc bình thờng, hai lợng đầu u LGT uLGN mạch logic đảo chiều thờng có giá trị logic ngợc nhau, có mức logic (giá trị tín hiệu khóa mạch phát xung) Nếu phát sinh cố, hai đại lợng đồng thời trạng thái "1 xẩy tợng hai sơ đồ cchinhr lu đồng thời làm việc, gây ngắn mạch nguồn điện Để tránh cố xẩy ra, phần cuối điều khiển logic thờng bố trí thêm mạch điện bảo vệ liên động "1" tăng cờng Trong nhiều sơ đồ thờng không cần sử dụng mạch này, khối xử lý logic đà thùc hiƯn tèt nhiƯm vơ nµy 4.4.3.5 Mét vÝ dơ mạch logic đảo chiều Tín hiệu báo xung lấy từ đầu mạch so sánh sửa xung ux1 NOT1 IC3 IC2 IC4 &1 &9 &2 TÝn hiÖu khống chế chiều dòng tải &5 &6 &7 &11 &8 uLGT &10 &12 NOT2 R1 - IC1 &3 uM + &4 -U +U uT uN NOT3 uLGN uz Khèi lÊy tín hiệu ui0 chuyển đổi thành uz (trong khung nÐt ®øt) A Ra CL1 TO1 R2 B C Rb Rc CL2 TO2 CL3 TO3 Đầu nối chung nhóm van (Một đầu điện áp chỉnh lu) Tr1 uz R4 Tín hiệu khống chế cắt xung trớc đảo chiều D1 Tr2 D2 R3 C1 C2 Hình 4.10: Một ví dụ mạch logic đảo chiều 4.4.3.ưThiếtưkếưmạchưlogicưkhốngưchếưđảoưchiềuưdòngư 4.4.4 Ưu nhợc điểm hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển độc lập Hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển độc lập sử dụng mạch logic để điều khiển trình đổi chiều dòng có số u nhợc điểm sau: Ưu điểm: Do có sơ đồ chỉnh lu làm việc nên không xuất dòng cân bằng, nhờ không cần dùng phần tử hạn chế giảm tổn thất công suất Nhợc điểm: Do xuất khoảng thời gian dòng điện không giai đoạn đảo chiều dòng nên làm xấu chất lợng trình độ Hệ thống đổi chiều dòng điều chỉnh giảm tốc đảo chiều xuất xung dòng điện lớn, giai đoạn chờ tín hiệu LG cho phép mạch phát xung làm việc, giá trị phản hồi dòng điện ui coi nh không, tín hiệu đặt dòng điện có giá trị lớn có tác dụng định 4.5.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợp ZCB1 ZCB2 ZCB1 id id Zd V1 M V2 M ∼ E§ Zd V1 V2 N ud1 ZCB2 N E§ ud2 = a) Ud1 ud2∼ ∼ Ud2 ud1 = b) ưưưưưưư Hình 4.11: Sơ đồ thay phần mạch lực hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp: a) Dạng chung; b) Khi phân tích điện áp chỉnh lu thành hai thành phẫn xoay chiều chiều 4.5.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợp ZCB1 ZCB2 Id Rd V1 V2 M ud1 = N E§ Ud1 Ud2 = Hình 4.12: Sơ đồ thay phần mạch lực hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp thành phần chiều 4.5.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợp 4.5.1.ư Hệư thốngư truyềnư độngư đảoư chiềuư điềuư khiểnư phốiư hợpư tuyếnưtính 4.5.1.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lu Nh đà phân tích trên, điều khiển phèi hỵp tun tÝnh, ta cã UMN = 0, tøc lµ: Ud1 + Ud2 = 0, hay Ud1 = - Ud2 Với giả thiết sơ đồ chế độ dòng liên tục thì: Ud1 = Ud0.cos1 Ud2 = Ud0.cos2, với Ud0 điện áp chỉnh lu trung bình sơ đồ góc điều khiển không Từ ta có: + = 1800 hay = 1800 - Biểu thức quy lt vỊ gãc ®iỊu khiĨn cđa hƯ thèng trun ®éng đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính 4.5.1.2 Các chế độ làm việc hệ thống điều khiĨn phèi hỵp tun tÝnh Id Rd V1 M + ud1 = Id + E§ Ud1 - V2 N + Ud2 - + = - Rd V1 M ud1 = + E§ Ud1 - b Id ud1 = - = a + Ud2 - Hình 4.13: Sơ đồ thay thÕ hƯ trun Rd V1 M V2 N + EĐ Ud1 + Ud2 c tuyến tính thành phần = động đảo chiều điều khiển phối hợp V2 N + chiều 1900: a) Khi EĐ > EĐ < Ud1 = -Ud2 b) Khi EĐ > EĐ > Ud1 = -Ud2 c) Khi EĐ < 4.5.1.2 Các chế ®é lµm viƯc cđa hƯ thèng ®iỊu khiĨn phèi hỵp tun tÝnh Id Rd V1 M - ud1 = Id E§ Ud1 + V2 N Ud2 + = + Rd V1 M ud1 = E§ Ud1 + + b Id ud1 = + Rd + E§ Ud1 - V2 N Ud2 = + c = a - Ud2 + V1 M V2 N - H×nh 4.14: Sơ đồ thay hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính thành phần chiều 1>900 U d = U d c) Khi E§ > 4.5.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợp 4.5.2.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợpưphiư tuyến 4.5.2.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lu phối hợp phi tuyến Nh đà phân tích trên, điều khiĨn phèi hỵp phi tun UMN < , tøc lµ: Ud1 + Ud2 < 0, hay Ud1 < - Ud2 Cã thĨ rót quan hƯ: α1 + α2 > 1800 hay α1 + α2 = 1800 + 2θ với >00 Biểu thức quy luật góc điều khiển hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính 4.5.2.2 Các chế ®é lµm viƯc cđa hƯ thèng ®iỊu khiĨn phèi hỵp phi tun Id V1 M + Id Rd + E§ ud1 Ud1 = - V2 N + Ud2 - + = - V1 M Rd + E§ ud1 Ud1 = - b Id Id Rd + E§ ud1 Ud1 = - = a + Ud2 - V1 M V2 N + - V2 N + Ud2 + Rd E§ ud1 Ud1 = = - V1 M - + Ud2 = - c V2 N + d Hình 4.14: Sơ đồ thay hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính thành phần chiều < 900 > 900: a) Khi EĐ > EĐ < Ud1 < -Ud2; b) Khi EĐ > -Ud2 >EĐ > Ud1; c) Khi EĐ > EĐ > -Ud2 > Ud1 ; d) Khi E§ < ... trúc hệ thống truyền động đảo chiều động chiềuhai mạch vòng dùng BBĐ có đảo dòng điều khiển độc lập 4.4.? ?Hệ? ?thống? ?truyền? ?động? ?đảo? ?chiều? ?điềuưkhiểnưđộcưlập 4.4.2.ư Yêuư cầuư củaư hệ? ? thống? ? đảo? ? chiều? ?... thay phần mạch lực hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp thành phần chiều 4.5.? ?Hệ? ?thống? ?truyền? ?động? ?đảo? ?chiều? ?điềuưkhiểnưphốiưhợp 4.5.1.ư Hệ? ? thống? ? truyền? ? động? ? đảo? ? chiều? ? điềuư khiểnư... đoạn đảo chiều dòng có khoảng thời gian hai có mức 0, 4.4.? ?Hệ? ?thống? ?truyền? ?động? ?đảo? ?chiều? ?điềuưkhiểnưđộcưlập 4.4.2.ư Yêuư cầuư củaư hệ? ? thống? ? đảo? ? chiều? ? đốiư vớiư bộư điềuư khiểnư logic? ?đảo? ?chiều