25/05/2018, 00:43

Hệ thống điều khiển tự động

Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc của cơ cấu sản xuất ... Xuất phát từ chế độ làm việc của HT ĐKTĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ, hãm, đảo chiều, dừng máy ... Xuất phát từ ...

Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc của cơ cấu sản xuất ...

Xuất phát từ chế độ làm việc của HT ĐKTĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ, hãm, đảo chiều, dừng máy ...

Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn định, chính xác cao, an toàn... và kinh tế.

Từ đó cần có những nguyên tắc ĐKTĐ để thực hiện được các yêu cầu trên, đồng thời tự động hạn chế các đại lượng cần hạn chế: dòng điện cho phép, mô men cho phép, tốc độ cho phép, công suất cho phép, ...

Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian

. Nội dung

Có đồ thị khởi động ĐMđl với 2 cấp điện trở phụ:

- Trên hình 7-1, trình bày đặc tính khởi động: ((Iư), ((t), I(t) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, có 2 cấp khởi động (dùng điện trở phụ hạn chế dòng khởi động).

- Qua đồ thị khởi động ở trên, ta thấy: việc ngắn mạch các cấp điện trở phụ có thể xảy ra sau những khoảng thời gian nhất định:

+ Cấp thứ nhất được ngắn mạch sau khoảng thời gian t1 kể từ khi bắt đầu khởi động.

+ Cấp thứ 2 được ngắn mạch sau khoảng thời gian t2 kể từ khi bắt đầu ngắn mạch cấp 1...

- Các tín hiệu điều khiển ở các thời điểm trên được tạo ra nhờ các rơ le thời gian. Thời gian duy trì của các rơ le thời gian hiện nay có thể đạt: td.tr = 0,05s ( 2 h, và lớn hơn.

- Thời gian thực hiện các cấp khởi động (tdtr.kđ) được xác định theo tính toán quá trình quá độ của hệ thống TĐĐ TĐ.

Khi M(() [ hay I(() ] là tuyến tính thì thời gian quá trình quá độ giữa hai cấp tốc độ là:

tôđ=TcilnMđgiMđgi+1=JβlnMđgiMđgi+1=Jωi+1−ωiMđgi−Mđgi+1lnMđgiMđgi+1alignl { stack { size 12{t rSub { size 8{ ital "ôđ"} } =T rSub { size 8{ ital "ci"} } "ln" { {M rSub { size 8{ ital "đgi"} } } over {M rSub { size 8{ ital "đgi"+1} } } } = { {J} over {β} } "ln" { {M rSub { size 8{ ital "đgi"} } } over {M rSub { size 8{ ital "đgi"+1} } } } } {} # " "=J { {ω rSub { size 8{i+1} } - ω rSub { size 8{i} } } over {M rSub { size 8{ ital "đgi"} } - M rSub { size 8{ ital "đgi"+1} } } } "ln" { {M rSub { size 8{ ital "đgi"} } } over {M rSub { size 8{ ital "đgi"+1} } } } {} } } {} (7-1)

- Thời gian chỉnh định của rơ le thời gian để thực hiện gia tốc từ tốc độ thứ i đến tốc độ thứ i+1 là:

tcđ = tqđ - to (7-2)

Trong đó: tqđ - là thời gian quá độ giữa 2 cấp tốc độ.

to - là thời gian tác động của các thiết bị, khí cụ trong mạch có liên quan đến sự tác động của rơ le thời gian.

Các mạch điển hình:

* Mở máy động cơ điện một chiều 2 cấp điện trở phụ

1) Sơ đồ:

2) Nguyên lý làm việc:

* Khởi động động cơ:

- Đóng các cầu dao 1CD, 2CD, dẫn đến cuộn dây rơ le thời gian 1RTh(11-10) có điện, tiếp điểm 1RTh(13-15) mở ra, đảm bảo cho các cuộn dây công tắc tơ 1G(15-10), 2G(17-10) không có điện, và như vậy các điện trở phụ Rưf1 , Rưf2 , sẽ đều tham gia trong mạch phần ứng.

- ấn nút M thì cuộn dây K(9-10) có điện, các tiếp điểm K(1-3), K(6-8) đóng lại, dẫn đến động cơ Đ được khởi động với toàn bộ điện trở phụ trong mạch phần ứng: Rưf( = Rưf1 + Rưf2 , theo đặc tính 1. Tiếp điểm K(7-9) đóng lại để duy trì cho công tắc tơ K khi thôi ấn M. Các tiếp điểm K(1-3), K(6-8) đóng lại, làm cho cuộn dây 2RTh(4-6) có điện, tiếp điểm 2RTh(15-17) mở ra, đảm bảo cho cuộn dây 2G(17-10) không có điện.

K(5-11) mở, K(5-13) đóng, làm 1RTh(11-10) mất điện, sau thời gian chỉnh định của 1RTh (( t1) thì 1RTh(13-15) đóng, làm cho 1G(4-6) đóng, ngắn mạch Rưf1 , động cơ Đ khởi động sang đặc tính 2, tương ứng với Rưf2 .

Tiếp điểm 1G(4-6) đóng lại, làm 2RTh(4-6) mất điện, sau thời gian chỉnh định của 2RTh (( t2 - t1), thì 2RTh(15-17) kín lại, làm 2G(17-10) có điện, và 2G(2-4) đóng lại, ngắn mạch Rưf2 , động cơ Đ chuyển sang đặc tính cơ tự nhiên và sẽ tới làm việc ở điểm xác lập XL .

* Dừng động cơ:

- ấn nút D làm cuộn dây K(9-10) mất điện, và K(1-3) mở, K(6-8) mở, làm phần ứng Đ mất điện, và 2RTh(4-6) mất điện; K(7-9) mở ra, K(5-13) mở, K(5-11) kín lại, làm 1RTh(11-10) có điện lại, chuẩn bị khởi động lần sau.

* Phương trình đặc tính cơ:

ω=UKΦ−R+RfΣ(KΦ)2M size 12{ω= { {U} over {KΦ} } - { {R rSub { size 8{} } +R rSub { size 8{fΣ} } } over { ( KΦ ) rSup { size 8{2} } } } M} {} (6-3)

* Phương trình đặc tính quá trình quá độ khi khởi động:

Trang 205

( = (XL + ((bđ + (XL).e-t/Tc (7-4)

M = M_c + (M₁ - M_c).e^-t/Tc (7-5)

* Thời gian khởi động:

tkđ =Ġ (7-6)

* Thời gian chỉnh định của các rơ le thời gian:

RTh: tcđ.1RTh = tkđ.1 - [t(k) + t(1G)] (7-7)

2RTh: tcđ.2RTh = tkđ.2 - [t(2G)] (7-8)

Vì [t(K) , t(1G) , t(2G)] << tkđ , nên: tcđ ( tkđ . Đồ thị: hình 7 -31.

Nhận xét

1) ảnh hưởng của mômen tải Mc (khi UL =const, R= const):

- Ví dụ: Có đồ thị khởi động ĐMđl với 2 cấp điện trở phụ:

- Khi Mc tăng thì Mđộng tăng, quá trình quá độ tăng.

- Khi mô men tải Mc hay dòng tải Ic tăng, mô men động giảm, thời gian quá độ tăng (quá trình quá độ bị giảm gia tốc).

- Vì Mc( > Mc (hay Ic( > Ic) nên M(động = (M - Mc() < Mđộng do đó quá trình gia tốc chậm lại. Ban đầu ( tăng đến (1( ((1( < (1), tức là cấp 1 ở điểm b1 thì đã hết thời gian chỉnh định của RTh nên phải chuyển sang cấp 2, tức sang điểm c1, cứ như vậy chuyển đổi từ d1 sang e1, v.v... Như vậy, khi khởi động mà Mc (hay Ic) tăng lên, sẽ dẫn đến quá tải, hay quá dòng cho phép.

- Phương trình đặc tính quá độ lúc này:

(b1 = (XL + ((bđ - (XL).e-t1/ Tc (7-9)

M = M_c + (M₁ - M_c).e^{-t/ Tc} (7-10)

Tc = J.((XL - (bđ) / (M1 - Mc() (7-11)

2) ảnh h ưởng của mô men quán tính J (hay GD2):

- Khi J tăng thì Tc cũng tăng và như vậy (b1, (d1, ... giảm, tương tự trường hợp Mc tăng.

Tc = J.((XL - (bđ) / (M1 - Mc) (7-12)

3) ảnh h ưởng của áp lưới UL (khi Mc = const, R = const):

- Đối với động cơ điện một chiều:

Khi UL giảm thì (0 = (UL / K() cũng giảm xống, nếu phụ tải Mc = const thì mô men động cơ sẽ giảm, gia tốc giảm, quá trình quá độ sẽ kéo dài (hay thời gian khởi động, hãm, ... tăng).

Nếu giữ cho (0 = const thì mô men M = K(I ( const, và dòng điện I sẽ tăng, có thể I > Icp .

- Đối với động cơ không đồng bộ: f = const, M ( U2 , nên UL giảm thì M giảm mạnh, mô men động giảm, tốc độ chuyển đổi giảm, và thời gian quá độ tăng (thời gian khởi động, hãm, đảo chiều, ... tăng).

4) ảnh hưởng của điện trở R (khi UL = const, Mc = const):

- Các điện trở dây quấn của khởi động từ, công tắc tơ, rơ le, động cơ, ... khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở sẽ bị thay đổi, thời gian chỉnh định thay đổi, nhất là các quá trình khởi động, hãm, đảo chiều ... mà dùng điện trở phụ thì khi nhiệt độ tăng, điện trở tăng, thời gian chỉnh định giảm, mô men động tăng có thể lớn hơn mô men cho phép.

5) Ưu, khuyết điểm

- Ưu điểm: Khống chế được thời gian mở máy, hãm máy, đảo chiều, ...

Thiết bị đơn giản, làm việc tin cậy, an toàn, nên phương pháp ĐKTĐ theo nguyên tắc thời gian này được sử dụng rộng rãi.

- Nhược điểm: Mô men (dòng điện) động cơ thay đổi theo Mc, J, to, UL, ..., nên có thể vượt quá trị số cho phép, cần phải có biện pháp bảo vệ.

Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ

Nội dung

- Có đồ thị khởi động ĐMđl với 2 cấp điện trở phụ:

- Điều khiển theo tốc độ là dựa trên cơ sở kiểm tra trực tiếp hoặc gián tiếp sự thay đổi của tốc độ.

- Kiểm tra trực tiếp có thể dùng rơ le kiểm tra tốc độ kiểu ly tâm. Cách này ít dùng vì dùng rơ le kiểm tra tốc độ phức tạp, đắt tiền và làm việc kém chắc chắn.

- Có thể kiểm tra tốc độ gián tiếp qua máy phát tốc.

Máy phát tốc (FT) là một máy điện một chiều có: ( = const và EFT ( (, loại này hay dùng đối với động cơ điện một chiều.

- Đối với động cơ không đồng bộ, thường kiểm tra tốc độ gián tiếp theo sức điện động rôto và tần số rôto.

Tại những tốc độ cần điều khiển ((1, (2, ...), các rơ le kiểm tra tốc độ hoặc kiểm tra điện áp FT, Erôto, frôto, sẽ tác động tạo ra tín hiệu điều khiển.