bộ điều chỉnh gián tiếp

Những nét đặc trưng và phạm vi ứng dụng

Đặc điểm:

+ Dùng rộng rãi và phổ biến trong thực tế vì việc chuyển đổi các tín hiệu thành tín hiệu điện dễ dàng và đơn giản.

+ Việc thực hiện các qui luật điều chỉnh trong các bộ điều chỉnh điện có thể thực hiện một cách dễ dàng bởi một phần tử thụ động R, C. Do đó để thay đổi các thông số mạch điện thì ta chỉ cần thay đổi các trị số R, C.

+ Trong bộ điều chỉnh điện các thông tin ở đầu ra của phần tử đo lường tương đối nhỏ => phải có các bộ phận khuyếch đại để đưa thông tin đến các bộ phận khác. Do vậy cần có các mạch chuyển đổi từ điện 1 chiều thành điện xoay chiều và ngược lại, nên nhiều lúc hệ thống hơi cồng kềnh.

+ Để khắc phục nhược điểm trên ta sử dụng bộ khuếch đại có đặc tính kiểu rơle, kích thước bộ khuếch đại sẽ gọn đi, giá thành thấp mà cho bộ khuếch đại lớn và người có thể sử dụng các động cơ xoay chiều không đồng bộ.

+ Truyền động điện được sử dụng nên có các ưu điểm:

- Ta dễ dàng chuyển việc điều chỉnh tự động sang thao tác tay.

- Khi ta cắt các nguồn cung cấp năng lượng cho nó thì nó dừng ngay van điều chỉnh cũng dừng ngay.

+ Việc truyền tín hiệu đi xa trong hệ thống điện được thực hiện 1 cách đơn giản nên việc bố trí các bộ phận trong bộ điều chỉnh được dễ dàng.

+ Nguồn cung cấp của BĐC điện có thể được lấy ở lưới điện công nghiệp.

Ví dụ về một bộ điều chỉnh điện

* Khối đo:

Khi P_X thay đổi, lõi sắt non của bộ cảm biến xê dịch => gây nên điện áp U_X. Vậy U_X ~ P_X , ta có thể điều chỉnh con chạy VR₁ để lấy ra điện áp U_X thích hợp

Do điện áp rơi trên VR₁ chậm pha hơn U => cần mắc thêm tụ C₁

Điện áp U_o tỷ lệ với giá trị đặt trước thông số điều chỉnh P_o, do đó khi U_X ≠ U_o sẽ gây ra một sụt áp ΔU = U_X - U_o ở cuộn I của BA₂

Thông số điều chỉnh là P_X.

- Khi khởi động từ (KĐT) nhỏ làm việc, nó đóng điện cho động cơ xoay van điều chỉnh theo chiều đóng bớt lại.

- Khi khởi động từ KĐT lớn làm việc nó đóng điện cho động cơ xoay van điều chỉnh theo chiều mở ra (đổi thứ tự pha),

- VR₃ gọi là núm hiệu chỉnh để cân bằng 0 của khối.

- VR₄ gọi là núm định trị.

- Tùy thuộc dải thay đổi VR₂ thì ta thay đổi R₃

- Tín hiệu ΔU là xoay chiều và được đưa ra sơ đồ khuếch đại.

- Điện áp lấy từ cuộn IV nắn bởi D₁ và C₂ sau khi quaZ₁ thì được zener z₁ nắn thành đường thẳng (1 chiều) => giữa C và B của T₁ là điện áp 1 chiều gọi là thiên áp D₂ dùng tạo thiên áp và còn giữ ổn định nhiệt cho đèn.

- Thêm R₆ => tăng điện trở kháng của đầu vào và gây hồi tiết âm cho bóng => giữ nhiệt cho mạch được ổn định.

- Để cấp nguồn cho e - c ta lấy điện áp từ cuộn V qua 2 điốt ngược chiều => được điện áp xoay chiều hình thanh có biên độ ổn định và được nắn bởi cầu điốt => U_CC ổn định.

- Khi ΔU = 0 => độ dẫn điện của đèn không đổi bằng trong cả chu kỳ điện áp trên C₃ = 0

- Khi ΔU ≠ 0 (tức là P_X ≠ P_o ) => đầu tụ C₃ có điện áp cũng 1 chiều và dấu phụ thuộc vào dấu ΔU, còn trị số thì tỷ lệ ΔU.

- Tiếp theo tín hiệu sang mạch giảm chấn (đây là khâu quán tính bậc 1) điều chỉnh VR₁ => thay đổi biên độ dao động của tín hiệu sao cho nhỏ hơn vùng không nhạy của bộ điều chỉnh => ở đầu ra của khối đo có nhiễu không đổi.

* Khối điều khiển:

- Mạch khuếch đại điện áp được cấu tạo bằng đèn cực kép.

- Điện áp từ khối đo được đưa tới nửa đèn trái Đ^T₁

U_V1 ~ ΔU và có pha và dấu phụ thuộc (ΔU)

Đối với nửa trái ΔU^T = U_V1 + U_đt - U_ft^T (*)

nửa phải ΔU^f = U_LNH + U_đf - U_ft^P (**)

Điện áp cấp cho đèn từ các cuộn dây số II và III của BA3:

Toàn bộ đèn trái làm việc theo chế độ cân bằng dòng anốt:

U_c7 = U_ft^T và U_c8 = U_ft^T

=> U_ral = U_c7 - U_c8

- Khi U_vàol = 0 thì ta phải tính toán sao cho U_c7 = U_c8

(vì mạch cân bằng dòng anốt)

Nếu U_c7 ≠ U_c8 thì điều chỉnh VR₅ để nó bằng nhau.

- Khi U_V1 ≠ 0 => P_X ≠ P_o => U_c7 thay dổi => U_ra1 thay đổi

=> U_ra1 tỷ lệ với U_v1, còn dấu phụ thuộc dấu U_vào1 (phụ thuộc ΔU)

Sau khi có điện áp 1 chiều thì qua tầng khuếch đại tầng công suất, làm việc trên cơ sở đèn 3 cực kép Đ₂ gồm 2 nửa trái và phải.

- Điện áp nối lấy từ BA3 (cuộn V) được nắn và lọc bởi các điốt Đ₁₃ và Đ₁₂ và C₁₂ (mục đích mắc các điện trở 22, 21 để bảo vệ đèn khỏi bị đánh thủng).

Trong đoạn cd, dòng I_n^T và I_n^f ngược chiều nhau

- Ta tính toán sao cho khi U_ra1 = 0 thì I_n^T = I_n^f => I_cd= 0 => 2 rơle R₁ và R₂ tác động (tác động cái nào thì tùy thuộc vào dấu của U_ral)

Qua VR₆ ta điều chỉnh độ nhạy của tầng

Mạch liên hệ nghịch:

Điện áp lấy từ BA4 hạ xuống còn 30V được nắn bằng cầu điốt

- Khi ΔU = 0 thì 2 lơ re R₁ và R₂ đều ngắt cả.

- Khi P_X­ ≠ P_o và khi 1 trong 2 rơ le R₁ và R₂ đóng thì 1 trong 2 cụm khởi động từ lớn hoặc nhỏ đóng => động cơ quay theo những chiều nhất định.

- Còn trong mạch liên hệ nghịch gây các sụt áp trên VR₇ ngược chiều nhau, phụ thuộc vào dấu ΔU mà U_LHN có dấu khác nhau ta tính toán sao cho U_LHN = U_V1

- Khi dòng qua VR₇ => tích diện cho tụ C₁₃ => thế điểm A tăng lên => U_LHN tăng lên (do từ (*) và (**))

- Lúc đầu khi bắt đầu P_X ≠ P_o => U_V1 ≠ 0 còn U_LHN chưa có và sau đó U_LHN = U_V1

=> ΔU^T = ΔU^f => U_ra1 = 0

=> U_V2 = 0 => không cơ rơ le nào đóng cả => mất liên hệ nghịch => URV₇ = 0

=> Tụ phóng điện => Thế điểm A giảm => dòng giảm => U_ra1 ≠ 0 => 1 trong 2 rơle đóng => xuất hiện U_LHN quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy => đường biểu diễn U_LHN => điện áp cấp cho rơle là

các xung => Độ mở μ của van điều chỉnh theo qui luật (hình vẽ)

Vậy đây là đặc tính thời gian của hệ điều chỉnh ta đang xét . Đây chính là bộ điều chỉnh PI.

- Chế độ làm việc của bộ điều chỉnh như hình vẽ ta gọi là chế độ trượt, chính nhờ có chế độ trượt mà ta có qui luật gần luật lý tưởng.

- VR₇ dùng để thay đổi hệ số K_P củabộ điều chỉnh.

- R₂₄ dùng để thay đổi hằng số thời gian T_I của bộ điều chỉnh.

* Nếu đưa về sơ đồ cấu trúc thì ta có dạng

Đây chính là phương án sơ đồ 1 của bộ PI (không bao cơ chấp hành).

Cấu tạo chung của bộ điều chỉnh điện

Đặc điểm của bộ điều chỉnh khí nén

- Tín hiệu ra của các phần tử nhạy cảm trong bộ cảm biến khí nén thường dưới dạng chuyển dịch cơ khí hay sự thay đổi của lực có công suất nhỏ nên không thể truyền sang tới các thiết bị điều chỉnh. Vì vậy để truyền các tín hiệu bao giờ cũng có bộ khuếch đại khí nén.

- Các tín hiệu ra đều là dạng tín hiệu tiêu chuẩn nên thuận tiện cho việc ghép nối phần tử.

- Bộ định trị thực chất là các bộ giảm áp mà bên trong có các lò xo nhờ đó mà thay đổi giá trị áp suất đầu ra.

- Để hình thành các qui luật điều chỉnh thì ta cũng thực hiện tương tự như các BĐC khác tức là sử dụng các BKĐ và mạch liên hệ nghịch bao BKĐ đó.

- Cái khác ở đây là MLHN được thực hiện bằng các phần tử khí nén như: tụ nén khí, trở khí nén và trong 1 số trường hợp là các cánh tay đòn.

- Các qui luật điều chỉnh thực hiện khí nén rất đơn giản, giá thành thấp, công suất lớn, tác động nhanh.

- Các đường truyền tín hiệu sử dụng các ống dẫn (thường bằng kim loại hoặc bằng chất dẻo) và do tốc độ tín hiệu có vận tốc nhỏ hơn tốc độ âm thanh nên nó gây những ảnh hưởng như: méo, truyền kém => chậm trễ.

- Do đó ta thường chỉ sử dụng BĐC khí nén khi điều chỉnh đối tượng có quán tính nhỏ (hằng số thời gian T = 35s) và chiều dài của ống dẫn khí không lớn hơn 300m.

- Phải có nguồn cung cấp đặc biệt (trạm nén khí, lọc dầu, lọc hơi nước, lọc bụi, giảm áp suất ...)

- Độ tin cậy vận hành cao, kết cấu đơn giản, dễ dàng thuận tiện khi sử dụng

=> Đựơc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến dầu mỏ hóa chất, dầu khí và các ngành công nghiệp khác ngày càng đưa vào sử dụng BĐC khí nén (công nghiệp thực phẩm, luyện kim, năng lượng).

* Sơ đồ chức năng của các bộ điều chỉnh khí nén

Thông thường có dạng sau:

1. Bộ phận nhạy cảm (biến thông tin sự thay đổi thông số điều chỉnh-> áp suất)
2. Bộ khuếch đại khí nén
3. Mạch liên hệ nghịch
4. Phần tử so sánh
5. Phần tử điều khiển
6. Bộ khuếch đại khí nén
7. Phần tử liên hệ nghịch (dùng tạo qui luật điều chỉnh)
8. Đầu vào của CCCH
9. Phần khuếch đại
10. Phần tử ra
11. Liên hệ nghịch (thường sử dụng phương pháp cơ khí), do CCCH khí nén kiểu tỷ lệ nên không cần phải có mạch liên hệ nghịch bao CCCH như bộ điều chỉnh điện có kiểu tích phân).

Các nguyên tắc làm việc của BĐC khí nén

Dựa trên hai nguyên tắc:

- Bù trừ xê dịch : sử dụng khi qui luật đơn giản P, I (bộ chuyển đổi, bộ định trị)

- Bù trừ lực

Các phần tử chính của bộ điều chỉnh khí nén

Đặc điểm của các bộ điều chỉnh thủy lực

1. Năng lượng là dầu áp suất cao P = 1012KG/cm².
2. Các bộ cảm biến của bộ điều chỉnh thủy lực (để đo áp suất chân không, độ chênh lệch, mức nước ...) rất đơn giản và chúng không cần bộ khuếch đại bên trong.
3. Tín hiệu định trị cần phải được thể hiện dưới dạng giống đầu ra của bộ cảm biến, thường là lực hoặc bộ xê dịch và cơ cấu định trị thường được thực hiện bằng sự thay đổi độ nén của lò xo.
4. Khi hình thành của qui luật điều chỉnh người ta sử dụng yếu tố đặc biệt của hệ là: Bộ khuếch đại thủy lực + cơ cấu chấp hành cho ta khâu gần giống khâu tích phân (tức là để tạo thành bộ điều chỉnh tích phân I mà không cần mạch liên hệ nghịch).

- Để hình thành qui luật P và PI thì phải sử dụng mạch liên hệ nghịch thường thực hiện dưới dạng cơ khí và thủy lực

- Để thay đổi các TSĐC thì ta thay đổi các phần tử cơ khí (điểm đặt, tay đòn, van)

- Việc tạo nên các qui luật điều chỉnh tương đối phức tạp => trong thực tế ta không gặp bộ điều chỉnh PD và PID nếu có gặp thì bộ điều chỉnh đó không cho phép thay đổi các thông số trong vùng rộng.

1. Cơ cấu chấp hành:

- Có công suất lớn hơn vài lần so với bộ điều chỉnh điện và khí nén, nếu có cùng kích thước và khối lượng.

- Tác động nhanh vì quán tính các phần chuyển động nhỏ.

- Chúng có thể thực hiện các chuyển động thẳng mà không cần hệ thống truyền động.

- Tốc độ chuyển dịch của CCCH ta có thể thay đổi trong dải rộng mà không cần bộ giảm tốc.

1. Khoảng cách giữa các phần tử riêng biệt bị hạn chế vì tín hiệu ra của phần tử nhỏ; các bộ cảm biến và bộ định trị đặt (gần) trực tiếp với phần tử điều khiển (đường dài nhất là đến CCCH) tuy nhiên cũng có hạn chế là: dài 100150m và cao 2550m
2. Nguồn cấp là nguồn chất lỏng (dầu) dưới áp suất cao 81012 KG/cm² , đường ống yêu cầu phải kín. Do tính chất của dầu phụ thuộc và nhiệt độ, độ nhớt nên khi nhiệt độ và áp suất thay đổi -> tính chất điều chỉnh thay đổi
3. Kết cấu bộ điều chỉnh đơn giản: CCCH có độ tin cậy cao, nguyên nhân hỏng hóc chính chủ yếu là do lẫn chất bẩn vào đường ống dẩn đến tắc ngẻn => phạm vi sử dụng của bộ điều chỉnh thủy lực là những nơi cần có tác động nhanh, cần chuyển dịch với lực lớn và ở những nơi có sẵn nguồn chất lỏng làm việc. Cụ thể nhất là gặp trong tuabin (đã có hệ thống dầu sẵn với áp suất cao).

Để tận dụng những ưu việc của phần thủy lực và khắc phục những nhược điểm của nó ta thường ghép thành bộ điều chỉnh điện - thủy lực (điện đặt ở những phần tử trước).

Sơ đồ khối của bộ điều chỉnh thủy lực

Trong thực tế BĐC thủy lực gồm 2 loại:

- BĐC thủy lực

- BĐC điện - thủy lực

+ Sơ đồ bộ điều chỉnh thủy lực:

+ Sơ đồ bộ điều chỉnh điện - thủy lực:

Các phần tử chính của bộ điều chỉnh thủy lực

1. Phần tử đo lường: Cũng sử dụng để chuyển tín hiệu về độ sai lệch thành lực hay độ xê dịch.
2. Phần tử định trị: Dùng lò xo, thay đổi độ nén của lò xo ta thay đổi được giá trị đặt trướ.c
3. Bộ khuếch đại thủy lực: Có 2 dạng

1. Kiểu tia phun: (1 hoặc 2 tầng)

Xét bộ khuếch đại kiểu tia phun 1 tầng

1-Ống phun

d_tr = 4 6 mm

dài 70140 mm

2- Vòi phun d = 2  3 m

3- Các vòi hứng d = 1,5 2 mm

4- Đế, trên đó có khóet các rảnh

5- Trục quay

6-Cơ cấu chấp hành thủy lực

Vận tốc dầu ra khi vòi phun cao từ 3040 m/s và dầu qua các vòi hứng chụm nhau và cách nhau 0,45 0,5 mm, khoảng cách từ đầu vòi phun đến đế = 510 mm

Nếu ống phun nằm giữa => áp suất 2 vòi hứng bằng nhau => P₁ = P₂ và lượng dầu thừa thải ra ngoài.

Tùy giá trị của X mà sinh ra độ lệch của vòi phun khỏi trung tâm => chênh lệch giữa P₁ và P₂ => ΔP = P₁ - P₂ ≠ 0

=> Piston chuyển dịch

Vậy một sự thay đổi nhỏ của X => sự thay đổi lớn về độ lệch áp suất

Khối lượng môi chất phải sử dụng tương đối nhiều, kích thưóc bộ khuếch đại lớn nhưng cấu tạo đơn giản, không có bề mặt trượt và không có khe hở nên không bị bụi và độ nhạy cao => ta thường dùng kết cấu này.

b- Kiểu tiết lưu: có hai loại phổ biến

+ Van trượt: - Đặc tính là đường thẳng

- Kích thước nhỏ, tiêu hao dầu ít, công suất lớn, tác dụng nhanh được dùng nhiều trong hệ thống tuốcbin.

- Công nghệ chế tạo phức tạp, dễ hỏng do có bề mặt trượt.

+ Ống phun tấm chắn:

- Độ nhạy cao, cấu tạo đơn giản, dể chế tạo và sửa chữa, công suất nhỏ.

4- Cơ cấu chấp hành: Có 2 loại