Truyền động điện - Chương 3: Điều chỉnh các thông số đầu ra của truyền động điện
Khái niệm chung - các chỉ tiêu chất lượng - các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều - các phương pháp điều khiển động cơ - điều khiển động cơ đồng bộ - điều chỉnh tự động các thông số đầu ra của động cơ. Có rât nhiêu nhieu tác dong lên các thông sô dâu ra nh dien
áp nguôn, tân sô l7i dien, nhiet do môi tr2ng.
z
Truyền động điện
Chương 3
I U CH NH CÁC THÔNG S U RA C A
TRUY N NG I N
3.1 Khái ni m chung
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.3 Các phương pháp i u khi n ng cơ m t chi u
3.4 Các phương pháp i u khi n ng cơ không ng
b
3.5 i u khi n ng cơ ng b
3.6 i u ch nh t ng các thông s u ra c a ng
cơ
3.1 Khái ni m chung
3.1.1 Các nh nghĩa
a) Thông s u ra hay còn g i là thông s ư c i u ch nh
là mômen (M) và t c (ω) c a ng cơ.
Do M, ω là 2 tr c c a m t ph ng tr ng thái [M,ω], nên
vi c i u ch nh chúng thư ng ư c g i là “ i u ch nh t a
”.
b) Thông s u vào hay còn g i là thông s i u ch nh.
- i v i ng cơ m t chi u: Rư (ho c Rfư), φ(ukt, ikt), và Uư.
- i v i ng cơ K B: R2 (ho c Rf2), R1, x1, U1 và f.
- i v i ng cơ ng b : f.
1
3.1 Khái ni m chung
c) Nhi u i u khi n:
Có r t nhi u nhi u tác ng lên các thông s u ra như i n
áp ngu n, t n s lư i i n, nhi t môi trư ng,...Tuy nhiên
ta c bi t quan tâm n các nhi u ch y u:
- Khi i u ch nh t c , thông s ư c i u ch nh là ω, nhi u
ch y u là mômen c n (t i) Mc ho c dòng i n t i Ic.
- Khi i u ch nh mômen ho c dòng i n, thông s ư c i u
ch nh là M ho c I, thì nhi u ch y u là t c ω.
d) Ph n t i u khi n
là các thi t b ho c d ng c làm thay i các thông s u vào.
3.1 Khái ni m chung
3.2.2 M c ích i u ch nh các thông s u ra c a ng cơ
(m c ích i u khi n)
Tuỳ yêu c u công ngh :
- t giá tr làm vi c và duy trì m c t
ω
ó. Ví d duy trì t c làm vi c khi ph
t i thay i ng u nhiên.
- Thay i thông s theo quy lu t yêu t
c u. Ví d thay i t c theo quy lu t
hình bên.
- H n ch thông s m tm c cho phép. Ví d h n ch
dòng i n khi kh i ng
- T o ra m t quy lu t chuy n ng cho cơ c u công tác (tr c
ng cơ) theo quy lu t cho trư c u vào v i m t chính
xác nào ó.
2
3.1 Khái ni m chung
3.1.3 i u ch nh t ng
a) i u ch nh không t ng t a ng cơ là vi c thay i
thông s u ra b ng cách tác ng lên thông s u vào m t
cách r i r c. M i l n tác ng ta có m t giá tr không i c a
thông s u vào và tương ng ta ư c m t ư ng c tính
cơ (nhân t o). Khi ng cơ làm vi c, các nhi u s tác ng
vào h , nhưng thông s u vào v n gi không i nên i m
làm vi c c a ng cơ ch di chuy n trên m t ư ng c tính
cơ ⇒ h “ i u ch nh vòng h ”.
3.1 Khái ni m chung
3.1.3 i u ch nh t ng
b) i u ch nh t ng t a ng cơ ư c th c hi n nh s thay i
liên t c c a thông s u vào theo m c sai l ch c a thông s u ra
so v i giá tr nh trư c, nh m kh c ph c sai l ch ó. Như v y khi có tác
ng c a nhi u làm nh hư ng n thông s u ra, thì thông s u vào
s thay i và ng cơ s có m t c tính cơ khác, i m làm vi c c a
ng cơ s d ch chuy n t ư ng c tính cơ này sang ư ng c tính cơ
khác và v ch ra m t ư ng c tính cơ c a h i u ch nh t ng.
Như v y : “ c tính cơ c a h i u ch nh t ng là qu tích c a i m
làm vi c c a ng cơ trên vô s các ư ng c tính cơ c a h i u ch nh
vòng h ”.
Vi c thay i t ng thông s u vào ư c th c hi n nh m ch ph n
h i. Vì v y h này còn ư c g i là h “ i u ch nh vòng kín”.
3
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.1 chính xác duy trì i m t
X
X: thông s u ra, X giá tr t, Xtb giá tr trung bình c a
thông s u ra.
N: Nhi u; Ntb giá tr trung bình c a nhi u.
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.1 chính xác duy trì i m t
Khi nhi u bi n ng trong ph m vi N = Nmin ÷ Nmax thì
thông s u ra thay i trong kho ng X = Xmin ÷ Xmax.
chính xác i u ch nh ư c ánh giá b i sai s c c i
c a thông s ư c i u ch nh ∆Xmax so v i giá tr trung
bình Xtb trong ph m vi bi n ng cho phép c a nhi u.
∆X max
s% = .100%
X tb
X max − X min X max + X min
trong ó ∆X max = và X tb =
2 2
4
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.1 chính xác duy trì i m t
Khi i u ch nh t c , ơn gi n thay ω0 cho Xtb và ∆ωc
ng v i ph m vi thay i mômen t 0 n M m thay cho
∆Xmax, khi ó:
∆ωc 1
s% = .100% = ∆ω* % =
ω0 c
β*
Thông thư ng, s% < 10%, tuỳ
yêu c u công ngh .
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.2 D i i u ch nh (ph m vi i u ch nh Dx)
D i i u ch nh c a thông s X nào ó là t s gi a giá tr l n
nh t Xmax và giá tr nh nh t Xmin c a thông s ó trong cùng
m t i u ki n làm vi c (ví d cùng m t giá tr nhi u).
X
D X = max
X min
Dx càng l n càng t t. Xmax thư ng b gi i h n b i kh năng ch u
ng v cơ ho c i n. Xmin b gi i h n b i chính xác i u
ch nh cho phép và kh năng làm vi c n nh c a h th ng.
Khi i u ch nh t c ng cơ:
ωmax
D=
ωmin
5
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.3 tinh i u ch nh
Xi
ϕ= (ϕ>1)
X i −1
Lí tư ng ϕ → 1: h i u ch nh vô c p.
Công su t m ch i u ch nh càng nh thì i u ch nh càng
tinh.
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.4 M c phù h p gi a c tính t i cho phép c a ng
cơ và c tính cơ c a máy s n xu t (dùng cho i u
ch nh t c )
/n: Mômen t i cho phép c a m t ng cơ m t t c làm
vi c nào ó là mômen do ng cơ sinh ra khi cho dòng i n
trong m ch chính b ng I m.
Như v y n u ng cơ làm vi c t c nh m c thì momen
t i cho phép Mtcp = M m. Khi i u ch nh, t c làm vi c thay
i, do ó Mtcp có th b ng ho c khác nh m c Mtcp = f(ω).
Mtcp = f(ω) g i là c tính t i cho phép c a ng cơ.
6
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
M t h truy n ng i u ch nh ư c coi là t t n u c tính t i
cho phép c a ng cơ Mtcp = f(ω) bám sát (phù h p) v i c
tính cơ c a máy s n xu t Mc = f(ω).
+ Khi Mtcp (ω) trùng v i
Mc(ω) (lí tư ng): Trong
toàn b d i i u ch nh t c
ng cơ u làm vi c
v i I = I m.
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
+ Khi Mtcp(ω) không phù h p v i Mc(ω) như hình dư i, khi ó
ng cơ ch làm vi c t t (v i I = I m) t i m t t c (ω = ω2).
Trong vùng t c ω2 ÷
ω3, Mc Mtcp nên
ng cơ b quá t i, I > I m
và s gây hư h ng cho
ng cơ.
7
3.2 Các ch tiêu ch t lư ng
3.2.5 Các ch tiêu ch t lư ng ng
- n nh.
- quá i u ch nh.
- Th i gian quá ….
3.2.5 Tính kinh t c a h i u ch nh
- V n u tư ban u.
- Chi phí v n hành b o qu n và thay th thi t b .
- tin c y và tu i th .
- T n hao năng lư ng trong h khi i u ch nh.
- Năng su t c a máy s n xu t do h i u ch nh mang l i.
⇒ Hi u qu kinh t , th i gian hoàn v n,…
3.3 Các phương pháp i u khi n ng cơ m t chi u
Th c ch t c a vi c i u ch nh t a l i chính là làm bi n
d ng các c tính cơ, nghĩa là t o ra các c tính cơ nhân
t o. Vì v y các phương pháp i u khi n ng cơ cũng chính
là các phương pháp t o ra c tính nhân t o.
Uư Rfư φ
8
3.3 Các phương pháp i u khi n ng cơ m t chi u
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
U ®m R R + Rf − 1
ω= − −t .I − = ω0 − − .I − = ω0 − .M
kφ®m kφ®m kφ®m βr
βr =
( kφ®m )2 β* =
1
R − + Rf − r
R*
−t
Khi thay i Rfư ta có th thay i ư c c t c , dòng i n
và momen kh i ng ng cơ. Tuy nhiên, phương pháp này
có nhi u như c i m do ph n t i u khi n Rfư t trong m ch
l c và c ng c tính cơ th p.
9
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
+ Hi u su t h truy n ng t i nh m c M m:
Pc¬ M ®m .ω M .(ω − ∆ωRf ) M .∆ωRf
ηRf = = = ®m ®m = η®m − ®m
P®iÖn U ®m .I ®m U ®m .I ®m U ®m .I ®m
trong ó ∆ωRf s tt c do Rfư gây ra:
Rf − .I ®m
∆ωRf =
kφ®m
M ®m .∆ωRf kφ®m .I ®m R f − .I ®m R f − .I ®m
⇒ = . = = R*−
f
U ®m .I ®m U ®m .I ®m kφ®m U ®m
ηRf = η®m − R*−
f
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
10
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
a) ng d ng i u ch nh t c
+ Khi tăng Rfu, ω gi m ( 3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
a) ng d ng i u ch nh t c
+ Theo kh năng quá t i
trong ó:
∆M M nm. min K qt .M dm
β min = = =
∆ω ω0 ω0
và β min = K qt
*
V y d i i u ch nh t c xác
nh theo h s quá t i yêu c u
là:
ω * *
(βtn − 1) / βtn β* − 1 K qt
D = max = ⇒ D = tn .
ωmin (β* − 1) / β*
min min K qt − 1 β*
tn
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
a) ng d ng i u ch nh t c
+ Theo sai s t c cho phép:
Ta có: s% = ∆ωc* = Rưt*
N u cho trư c sai s t c cho phép s%cp thì ta có th xác
nh ư c ωmin:
ωmin = ωo - ∆ωc.cp
ho c ω*min = 1 – s%cp = 1 – Rut*
D i i u ch nh ư c xác nh:
ω ω *
1 − R * 1 − 1 / β* β* − 1
D = max = dm
= u
= tn
= * tn
ωmin ω *
min 1 − R ut 1 − s% cp β tn (1 − s% cp )
*
12
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
a) ng d ng i u ch nh t c
- c tính mômen t i cho phép Mtcp = f(ω)
Ta thay I = I m vào M = Mtcp = kφ.I :
Mtcp = kφ m.I m = M m = const
⇒ r t thích h p v i lo i t i c n tr c có Mc = const
Mc
Ví d 3-1
Xác nh t c c c ti u và d i i u ch nh theo kh năng
quá t i yêu c u và theo sai s t c cho phép. Bi t Kqt =
2, s%cp = 10%; ng cơ m t chi u kích t c l p có công
su t nh m c 29kW, 1000vg/ph, 220V, 151A, Rư =
0,07Ω.
áp án
13
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
b) ng d ng i u ch nh dòng i n và mômen trong quá
trình kh i ng và tăng t c
Rư *=0,04÷0,05 ⇒ I*nm = M*nm = 1/Rư* = 20÷25
⇒ phá h ng.
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
B t u kh i ng: Rưt3 = Rư + Rf1 + Rf2 + Rf3
m b o: I k®o =
U ®m
= I1 ≤ (2 ÷ 2,5)I ®m
R −t3
14
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
n b: I2 ≥ (1,1÷1,3)I m:
Rưt2 = Rư + Rf1 + Rf2
..........
V i dòng i n I1 ta th y:
Ru
∆ωTN = .I1 = 0g
kφ dm
R u + Rf1 ∆ω1 R + R f1 0e
∆ω1 = .I1 = 0e ⇒ = u =
kφdm ∆ωTN Ru 0g
∆ω1 − ∆ωTN 0e − 0g eg
⇒ R f1 = .R u = .R u = .R u
∆ωTN 0g 0g
dc − 0e ce ca
Rf 2 = .R u = .R u R f3 = .R u
0g 0g 0g
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
+ Tính toán b ng gi i tích:
Gi s i n tr ph có m
o n ng v i các giá tr
Rf1, Rf2,..., Rfm.
Ta t λ = I1/I2, khi ó:
Rutm = λ.Rut(m-1) = λm.Ru
R utm U U
λ=m = m ®m = m +1 ®m
R− R − .I1 R − .I2
log ( R −tm / R − ) log(U ®m / R − .I1 )
m= =
log λ log λ
15
3.3.1 i u khi n b ng i n tr ph trong m ch ph n ng
- N u yêu c u kh i ng
nhanh, nghĩa là c n Mnm
l n nh t có th thì ta ch n
trư c I1, tính ra λ r i
tính ra I2.
- N u yêu c u kh i ng bình thư ng, thì ta có th ch n
trư c I2 = (1,1÷1,2)Ic, tính ra λ r i tính ra I1.
T ó xác nh ư c các c p i n tr ph .
Ví d 3.2
Cho ng cơ kích t song song 25kW, 220V, 420vg/ph,
120A, Ru*=0,08. Kh i ng b ng 2 c p i n tr ph v i t n
su t 1 l n/1ca, làm vi c 3 ca, mômen c n qui i v tr c
ng cơ (c trong th i gian kh i ng) Mc = 410 Nm. Hãy
xác nh các c p i n tr ph .
Gi i:
- i n tr nh m c:
R m = U m/I m = 220/120 A = 1,83 Ω
- i n tr ph n ng:
Ru = Ru*.R m = 0,08.1,83 = 0,146 Ω
-T c nh m c:
ω m = n m/9,55 = 420/9,55 = 44 rad/s
16
Ví d 3.2
- T thông: U ®m − R − I ®m 220 − 0,146.120
kφ®m = = = 4, 6 Wb
ω®m 44
- Dòng i n ph t i:
Ic = Mc/kφ m = 410/4,6 = 89A ≈ 0,74.I m
- Ta ch n I2 = 1,1.Ic = 1,1.89 = 98A
V i s c p i n tr ph m = 2, ta có:
U ®m 220
λ = m +1 = 2 +1 = 2,5
R − .I2 0,146.98
⇒ I1 = λ.I2 = 2,5.98 = 245 A ≈ 2.I m.
(th p hơn giá tr cho phép, ch p nh n).
Ví d 3.2
- Các i n tr t ng:
Rut1 = λ.Ru = 2,5.0,146 = 0,365Ω
Rut2 = λ2.Ru = 2,52.0,146 = 0,912Ω
- i n tr c a t ng o n:
Rf1 = Rut1 – Ru = 0,365 – 0,146 = 0,219Ω
Rf2 = Rut2 – Rut1 = 0,912 – 0,365 = 0,547Ω
17
Bài t p
1. Quan h gi a s c p i n tr m và th i gian kh i ng?
m→∞?
2. Cho ng cơ kích t song song 33,5kW; 220V,
1580vg/ph, η m = 0,87. Yêu c u kh i ng nhanh b ng 3
c p i n tr ph . Mômen c n qui i v tr c ng cơ (c
trong th i gian kh i ng) Mc = 200Nm. Hãy xác nh các
c p i n tr ph .
3.3.2 i u khi n b ng t thông kích thích
U ®m R M
ω= − − .M = ω0 −
kφ ( kφ )2 βφ
βφ = (kφ)2/Rư
∆ω = Ru.Iu/kφ
φ2 < φ1 < φ m
Khi ta gi m φ thì t c ng cơ tăng,
nhưng Inm = cst, nên ta ch ng d ng i u ch nh t c .
18
3.3.2 i u khi n b ng t thông kích thích
Gi s M=Mc, khi i u ch nh
kφ thì ω(φ) có d ng:
R − .M c
kφo =
U ®m
1 U2
ωmax = . ®m
4 R − .M c
- D i i u ch nh:
T c nh nh t ωmin = ω m.
Thông thư ng ωmax ≈ (1,5÷2)ω m do ó D ≤ 2.
3.3.2 i u khi n b ng t thông kích thích
19
