Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Bởi: unknown Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Khái niệm chung: Các định nghĩa: Hệ thống truyền động điện không làm nhiệm vụ biến đổi điện thành năng, mà điều khiển trình làm việc cấu công tác theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất Yêu cầu công nghệ đảm bảo hệ có khả đặt trước thông số gia công cho tứng công đoạn, trì thông số với độ xác (như tốc độ, mômen, gia tốc, ví trí cấu công tác …), cưỡng thay đổi giá trị theo ý muốn, hạn chế giá trị chúng theo mức cho phép trình công nghệ theo khả độ bền, độ tải máy Các thông số gia công nói có liên quan đến mômen M tốc độ ? động điện, có mối quan hệ định nghĩa: a) Các thông số đầu hay gọi thông số điều chỉnh: Đó mômen (M), tốc độ (?) động cơ, … Do M ? trục mặt phẳng tọa độ đặc tính [M, ?], nên việc điều chỉnh chúng thường gọi “điều chỉnh tọa độ” b) Các thông số đầu vào hay gọi thông số điều chỉnh: + Đối với động điện chiều, thông số đầu vào điện trở phần ứng Rư (hoạc Rưf), từ thông ? (hoặc điện áp kích từ Ukt; dòng điện kích từ Ikt) điện áp phần ứng Uư 1/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện + Đối với động điện không đồng bộ, thông số đầu vào điện trở mạch rôto R2 (hoạc R2f), điện trở mạch stato R1, điện kháng stato x1, điện áp stato u1 vàtần số dòng điện stato f1 + Đối với động điện đồng bộ, thông số đầu vào tần số dòng điện stato f1 c) Các phần tử điều khiển: Là thiết bị dụng cụ làm thay đổi thông số đầu vào Chú ý, người ta thường gọi việc điều chỉnh thông số đầu “điều khiển động điện” Mục đích điều chỉnh thông số đầu động cơ: Tùy theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất, việc điều chỉnh M, ? nhằm thực mục đích sau: + Đặt giá trị làm việc trì mức đạt đó, ví dụ trì tốc độ làm việc phụ tải thay đổi ngẫu nhiên + Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ thời gian khởi động tăng tốc động thang máy từ lên đến tốc độ ổn định, mômen lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau giữ không đổi, cuối giảm tuyến tính M = Mc + Hạn chế thông số mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dòng điện khởi động Ikđ ? Icp + Tạo quy luật chuyển động cho cấu công tác (tức cho trục động cơ) theo quy luật cho trước đầu vào với độ xác Điều chỉnh không tự động điều chỉnh tự động: a) Điều chỉnh không tự động: Là việc thay đổi thông số đầu cách tác động lên thông số đầu vào cách rời rạc Mỗi lần tác động ta có giá trị không đổi thông số đầu vào tương ứng ta đường đặc tính (nhân tạo) Khi động làm việc, nhiễu loạn (như phụ tải thay đổi, điện áp nguồn dao động, …) tác động vào hệ, thông số đầu vào giữ không đổi nên điểm làm việc động di chuyển đường đặc tính 2/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Người ta gọi dạng điều chỉnh “điều chỉnh tay” hay “điều chỉnh không tự động” “điều chỉnh vòng hở” Phương pháp điều chỉnh đơn giản nên dùng hệ truyền động điện đại, nhiên không đảm bảo yêu cầu cao chế độ công nghệ b) Điều chỉnh tự động: Được thực nhờ thay đổi liên tục thông số đầu vào theo mức độ sai lệch thông số đầu so với giá trị định trước, nhằm khắc phục độ sai lệch Như có tác động nhiễu làm ảnh hưởng đến thống số đầu ra, thông số đầu vào thay đổi động có đường đặc tính khác, điểm làm việc động dịch chuyển từ đường đặc tính nhân tạo sang đặc tính nhân đạo khác vạch đường đặc tính hệ điều chỉnh tự động Vì định nghĩa: “đặc tính hệ điều chỉnh tự động quỹ tích điểm làm việc động vô số đặc tính hệ điều chỉnh vòng hở” Hay gọi “quỹ đạo pha tọa độ đặc tính cơ” Việc thay đổi tự động thông số đầu vào thực nhờ mạch phản hồi, mạch lấy tín hiệu từ thông số đầu thông số liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành hệ có liên hệ kín đầu đầu vào Vì người ta gọi hệ hệ “điều chỉnh vòng kín” Hệ điều chỉnh tự động phức tạp đảm bảo tiêu chất lượng cao c) Nhiễu thông số đầu ra: Đối với hệ truyền động động điện, có hai thông số đầu chủ yếu mômen tốc độ Có nhiều loại nhiễu gây tác động lên thông số điện áp nguồn, tần số lưới điện, nhiệt độ môI trường, hệ số tự cảm cuộn dây, … ta quan tâm đến tác động nhiễu loạn chủ yếu Khi điều chỉnh tốc độ, thông số điều chỉnh ?, thông số điều chỉnh thông số tạo đặc tính nhân tạo, chủ yếu phụ tải biểu thị mômen cản Mc, dòng tải Ic Ngược lại, điều chỉnh mômen dòng điện, thông số điều chỉnh M I, nhiễu loạn chủ yếu lại tốc độ ? Sự ảnh hưởng qua lại hai đại lượng M ? thể đường đặc tính phương trình 3/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Các tiêu chất lượng: Chỉ tiêu chất lượng động (chế độ độ): * Độ điều chỉnh (max ((max ( 40% nhỏ hơn) * Thời gian độ Tqđ (Tqđ nhỏ tốt) * số lần dao động n ( n = 2(3 tốt) Chỉ tiêu chất lượng tĩnh (chế độ xác lập): Sai số tĩnh tốc độ s% : Là đại lượng đặc trưng cho xác trì tốc độ đặt ((đ): s= ω0 − ω ω0 100 = Δωc = β (3­1) ( ­ tốc độ làm việc thực động (0 ­ tốc độ không tải động ??c ­ độ sụt tốc độ mômen tải thay đổi Mc = ? Mđm Sai số nhỏ, điều chỉnh xác, lí tưởng ta có hệ điều chỉnh tuyệt đối xác S% = Thực tế người ta phải thiết kế hệ truyền động diều chỉnh có độ xác đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất, truyền động máy cắt gọt kim loại yêu cầu S% ? 10%, tryuền động ăn dao : S% ? 5%, … Phạm vi điều chỉnh tốc độ D: D= wmax wmin (3­2) 4/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện D lớn tốt Tuy nhiên, giá trị (max bị hạn chế độ bền học động cơ, điều kiện chuyển mạch Tốc độ (min bị chặn yêu cầu mômen khởi động, khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép * Ví dụ hình 3­2: Cũng có trường hợp phối hợp hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động diện như: thay đổi điện áp phần ứng động chiều điều chỉnh tốc độ từ ?min đến ?đm, phương pháp thay đổi từ thông kích từ điều chỉnh tốc độ từ ?đm đến ?max Khi ta có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” đạt dải điều chỉnh rộng: D= ωđm ωmin ⋅ ωmax ωđm = DU.DΦ (3­3) Giả thiết đặc tính tuyến tính, có độ cứng không đổi (1 (2 = (1, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ tưng ứng là: s1 = Mc ω01.β1 100;s2 = Mc ω02.β2 100 (3­4) Nếu gọi bội số mômen khởi động Knm2 = Mnm2/Mc thì: s2 = Knm2 100; ( hays2 = − ⇒ wmin = (1 − s2) Mc.Knm2 β2 ωmin ω02 ).100 (3­5) (3­6) Qua (3­6) ta thấy quan hệ D, s%, ( Knm 5/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Theo khả tải, ta xác định phạm vi điều chỉnh: D= ωmax ωmin = (βtn − 1) (βmin − 1) ⋅ βmin βtn (3­7) Trong đó: ?min = Kqt.Mđm / ?0 ; Ġ; Kqt = Mnm.min / Mđm Độ trơn điều chỉnh tốc độ ( : Là chênh lệch cấp tốc độ liền nhau: j= wi + wi (3­8) Trong đó: (i ­ tốc độ ổn định đạt cấp i (i+1­ tốc độ ổn định đạt cấp (i+1) Hệ số ( nhỏ tốt, lý tưởng ( ( 1: hệ điều chỉnh vô cấp Còn hệ điều chỉnh có cấp nếu: ( ( Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh đặc tính tải: Với động chế độ làm việc tối ưu thường chế độ định mức động Để sử dụng tốt động điều chỉnh tốc độ cần lưu ý đến tiêu như: dòng điện động không vượt dòng định mức nó, đảm bảo khả tải mômen (trong khoảng thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu ổn định tĩnh có nhiễu v.v toàn giải điều chỉnh Vì thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người ta thường chọn hệ truyền động phương pháp điều chỉnh, cho đặc tính điều chỉnh hệ bám sát yêu cầu đặc tính tải Nếu đảm bảo điều kiện tổn thất trình điều chỉnh nhỏ Chỉ tiêu kinh tế: Nhiều trường hợp, tiêu kinh tế tiêu định lựa chọn phương án truyền động Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp, giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, sửa chữa ít, đặc biệt tổn thất lượng điều chỉnh vận hành nhỏ Năng suất máy sản xuất hệ điều chỉnh mang lại Tổn thất lượng bao gồm tổn thất nhiệt tổn thất cơ: 6/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện ΔW=ΔWj + ΔWc.t ω2 t2 = ∫ JΣ.(ω0 − ω)dω+ ∫ Mc.(ω0 − ω)dt (3­9) t1 ω1 Việc tính toán cụ thể tiêu liên quan nêu cho thấy hiệu kinh tế, thời gian hoàn vốn lợi ích nhờ việc sử dụng hệ điều chỉnh chọn Thường người ta tiêu kỹ thuật để đề xuất vài phương án điều chỉnh, sau tính toán kinh tế để so sánh hiệu định chọn hệ thống phương pháp điều chỉnh thông số đầu động phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều thay đổi thông số: Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: Từ phương trình đặc tính tổng quát: ω= U­ Kφ − R­+R­f (Kφ)2 M (3­10) Ta thấy thay đổi Rưf (0 = const (( thay đổi, ta đường đặc tính điều chỉnh có (0 dốc dần Rưf lớn, với tải tốc độ thấp (hình 3­3): Như vậy: < Rưf1 < Rưf2 < (đm > (1 > (2 > , ta tăng Rưf đến giá trị làm cho M ( Mc động không quay động làm việc chế độ ngắn mạch, ( = Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf tốc độ 7/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện không, nghĩa không điều chỉnh tốc độ động nữa, phương pháp điều chỉnh phương pháp điều chỉnh không triệt để Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi từ thông kích từ động cơ: Từ phương trình đặc tính tổng quát: w= U­ Kf − R­S (Kf)2 M (3­11) ⇒ w = w0 − Dw Ta thấy thay đổi ( (0 (( thay đổi, ta đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng ( giảm) cao đặc tính tự nhiên ( nhỏ, với tải tốc độ cao giảm từ thông ( (hình 3­4): Như vậy: (đm > (1 > (2 > (đm < (1 < (2 < , giảm ( nhỏ làm cho tốc độ động lớn giới hạn cho phép, làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu dòng phần ứng tăng cao, để đảm bảo chuyển mạch bình thường cần phải giảm dòng phần ứng làm cho mômen cho phép trục động giảm nhanh, dẫn đến động bị tải Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ: Từ phương trình đặc tính tổng quát: 8/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện w= U­ Kf − R­ (Kf)2 M (3­12) ⇒ w = w0 − Dw Ta thấy thay đổi Uư (0 thay đổi (( = const, ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Nhưng muốn thay đổi Uư phải có nguồn chiều thay đổi điện áp ra, thường dùng biến đổi (hình 3­5): Các biến đổi là: Bộ biến đổi máy điện: dùng máy phát điện chiều (F), máy điện khuếch đại (MĐKĐ); Bộ biến đổi từ: khuếch đại từ (KĐT) pha, ba pha; Bộ biến đổi điện tử - bán dẫn: chỉnh lưu (CL) dùng tiristor, băm điện áp (BĐA) dùng tiristor, transistor, … * Ví dụ 3­1: Cho ĐMđl có thông số: Pđm = 29KW; Uđm = 220V; Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph; Rư = 0,07?; hệ số tảI Kqt = Hảy xác định tốc độ cực tiểu dải điều chỉnh theo khả tải yêu cầu ? * Giải: Điện trở định mức động cơ: 9/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Rđm = Uđm / Iđm = 220V / 151A = 1,45? Giá trị tương đương điện trở phần ứng: Rư* = Rư / Rđm = 0,07? /1,45? = 0,048 Độ cứng đặc tính tự nhiên: ?tn* = 1/Rư* = 20,8 Độ cứng đặc tính thấp nhất: ?min* = Kqt = Giá trị tương đối tốc độ cực đại (tức tốc độ định mức động cơ) là: ĉ= ­ Rư* = ­ 0,048 = 0,0952 Tốc độ không tải lý tưởng: n0 = nđm nđm = 1000vg/ph 0,0952 = 1050 vg/ph Giá trị tương đối tốc độ cực tiểu: nmin = ωmin = − βmin =1− = 0,5 Vậy tốc độ quay cực tiểu động là: nmin = nmin.n0 = 0,5.1050 vg/ph = 525 vg/ph Từ giá trị tốc độ cực đại tốc độ cực tiểu, ta rút phạm vi điều chỉnh tốc độ: D= nmax nmin = 1000 525 = 1,9 Từ biểu thức (3­7) thay ?*min = Kqt = 2; ?*tn = 20,8; ta kết D = 1,9 10/11 Điều chỉnh thông số đầu hệ thống truyền động điện Qua ví dụ ta thấy phạm vi điều chỉnh hep Tuy nhiên, xét theo yêu cầu sai số tốc độ cho phép dảI điều chỉnh hẹp chí điều chỉnh tốc độ Thực vậy, ta biết: s% = ??c* = R*ư? ?min = ?0 ­ ?c.cp ; ?*min = ­ s% = ­ R*ư? Nếu s%cp = 10% D = 1,05 ? 1, nghĩa điều chỉnh 11/11 [...].. .Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ thống truyền động điện Qua ví dụ trên ta thấy phạm vi điều chỉnh như vậy là rất hep Tuy nhiên, nếu xét theo yêu cầu về sai số tốc độ cho phép thì dảI điều chỉnh còn hẹp hơn nữa hoặc thậm chí còn không thể điều chỉnh được tốc độ Thực vậy, ta biết: s% = ??c* = R*ư? ?min = ?0 ­ ?c.cp ; và... nữa hoặc thậm chí còn không thể điều chỉnh được tốc độ Thực vậy, ta biết: s% = ??c* = R*ư? ?min = ?0 ­ ?c.cp ; và ?*min = 1 ­ s% = 1 ­ R*ư? Nếu s%cp = 10% thì D = 1,05 ? 1, nghĩa là hầu như không thể điều chỉnh được 11/11 ... thông số đầu hệ thống truyền động điện Người ta gọi dạng điều chỉnh điều chỉnh tay” hay điều chỉnh không tự động điều chỉnh vòng hở” Phương pháp điều chỉnh đơn giản nên dùng hệ truyền động điện. .. hiệu từ thông số đầu thông số liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành hệ có liên hệ kín đầu đầu vào Vì người ta gọi hệ hệ điều chỉnh vòng kín” Hệ điều chỉnh. .. không tự động điều chỉnh tự động: a) Điều chỉnh không tự động: Là việc thay đổi thông số đầu cách tác động lên thông số đầu vào cách rời rạc Mỗi lần tác động ta có giá trị không đổi thông số đầu vào