Giáo trình Tổng hợp điện cơ

Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 1 Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 2 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 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 – Khoa Điện đã biên soạn xong giáo trình học phần Tổng hợp hệ điện cơ 1 và đã được sử dụng có hiệu quả cho việc giảng dạy của giáo viên và việc học tập của sinh viên đại học và học viên cao học. Học phần Tổng hợp hệ điện cơ này là học phần thứ 2 của môn học, học phần này được phân bố chương trình là 3 tín chỉ với nội dung gồm 5 chương. Với thời gian ngắn, điều kiện về tài liệu tham khảo bị hạn chế nên giáo trình này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, mong bạn đọc và các đồng nghiệp thông cảm và cho ý kiến đóng góp để chúng tôi hoàn thiện nội dung của giáo trình này được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 3 Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 4 - S¸ch, gi¸o tr×nh chÝnh: Gi¸o tr×nh Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ do bé m«n Tù ®éng ho¸ XNCN - Khoa §iÖn biªn so¹n (®ang biªn so¹n). - S¸ch tham kh¶o: [1]. TrÇn Thä, Vâ Quang L¹p (biªn kh¶o); C¬ së ®iÒu khiÓn tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2004 [2]. Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, Ph¹m Quèc H¶i, D¬ng V¨n Nghi; §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2002. [3]. Bïi §×nh TiÕu; C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 1984. [4]. Vâ Quang L¹p, TrÇn Xu©n Minh; Gi¸o tr×nh Kü thuËt biÕn ®æi; Trêng ®¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp, Th¸i Nguyªn, 1998. [5]. Cyril W. Lander; Power Electronics; 1993. [6]. Μ. Γ. Чиликин, Μ. Μ. Соклов, В. Μ. Терехов, А. В. Шинянский; ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕТРОПРИВОДА; Энергия, Москва, 1974. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 5 1.1. Khái quát về hệ thống tuỳ động 1.2. Đo kiểm tín hiệu vị trí 1.3. Hệ thống tuỳ động vị trí sensin và phương pháp thiết kế 1.4. Hiệu chỉnh trạng thái động của hệ thống tùy động vị trí Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 6 1.1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG 1.1.1. Ứng dụng của hệ thống tuỳ động Hệ thống tùy động, thực chất là hệ thống ĐCTĐ TĐĐ thực hiện điều khiển vị trí với lƣợng đặt trƣớc biến thiên tùy ý. Hệ thống tuỳ động đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong thực tiễn. Nhiệm vụ cơ bản của hệ là thực hiện điều khiển cơ cấu chấp hành bám sát chính xác đối với lƣợng đặt vị trí, đại lƣợng điều khiển (lƣợng đầu ra) thƣờng là vị trí không gian của cơ cấu sản xuất, lúc lƣợng đặt thay đổi trong quá trình làm việc thì hệ thống có thể làm cho đại lƣợng điều khiển bám sát và duy trì một một cách chính xác vị trí của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán, trong quá trình cán kim loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục có thể tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia công của máy cắt điều khiển số và điều khiển bám của máy chép hình; cơ cấu lái tự động trên tàu thuyền; cơ cấu điều khiển anten rađa của cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển động tác của ngƣời máy. Những ví dụ trên đây đều là những ứng dụng cụ thể về hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 7 1.1.2. Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và nguyên lý làm việc của nó Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 8 (1) Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị trí (góc), trong đó trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm góc cho trƣớc (góc đặt), trục quay của chiết áp RP2 thông qua cơ cấu nối với bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ chiết áp đều đƣợc cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U, nhƣ vậy có thể chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lƣợng điện ở đầu ra. (2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo thành, trong đó bộ khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn 2A có tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp (phƣơng vị âm dƣơng của góc pha). Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 9 (3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để cung cấp cho động cơ chấp hành của hệ thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chƣa đủ, còn phải khuếch đại công suất, các bộ khuếch đại công suất này thƣờng dùng chỉnh lƣu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung nếu động cơ truyền động là động cơ một chiều, trƣờng hợp dùng động cơ xoay chiều thì bộ khuếch đại công suất thƣờng là biến tần. (4) Cơ cấu chấp hành: Động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều, từ trƣờng vĩnh cửu) để truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten ra đa), giữa động cơ và phụ tải thƣờng có bộ phận truyền lực (hộp giảm tốc). (1), (2), (3), (4): Là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ, có thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều v.v... Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 10 1.1.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ động) và hệ thống điều tốc. Cả hai đều là hệ thống kín (có phản hồi), tức là thông qua việc so sánh lƣợng đầu ra của hệ thống với lƣợng cho trƣớc (lƣợng đặt) để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của hai hệ thống này là giống nhau. Đại lƣợng cho trƣớc của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho mức độ nhiễu nhƣ thế nào, đều mong đại lƣợng đầu ra ổn định, vì thế chất lƣợng chống nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất. Còn trong hệ thống tuỳ động thì tín hiệu đặt vị trí là thƣờng xuyên thay đổi, là đại lƣợng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lƣợng đầu ra bám chính xác theo sự thay đổi của lƣợng cho trƣớc, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi đầu ra trở thành đặc trƣng chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Hay nói cách khác chất lƣợng bám là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 11 Từ hình 6.1 có thể thấy, hệ thống tuỳ động có thể xây dựng trên cơ sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vòng vị trí là đặc trƣng cấu trúc chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Vì vậy hệ thống tuỳ động thƣờng phức tạp hơn hệ thống điều tốc. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 12 1.1.3. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hình 1.2: Cấu trúc điển hình của hệ tùy động kiểu mô phỏng Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 13 1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển góc pha kiểu số: Số liệu cho trước D A Bộ Nhận diện pha Bộ Điều khiển tốc độ Động cơ chấp hành Bàn máy Đo vị trí (Thiết bị đồng bộ cảm ứng) Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống tùy động điều khiển góc pha Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 14 1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số: Số liệu cho trước D A Bộ Thuật toán đảo chiều Bộ Điều khiển tốc độ Động cơ chấp hành Bàn máy Đo kiểm vị trí (Thiết bị quang trở) Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển xung số D* D Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 15 1.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số: Số liệu cho trước D A Bộ Thuật toán đảo chiều Bộ Điều khiển tốc độ Động cơ chấp hành Bàn máy Đo kiểm vị trí (Đĩa mã quang điện) Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển mã số D* D Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 16 1.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ 1.2.1. Sensin (SS) Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo sensin Cuộn dây rotor Cuộn dây stator Sensin là một bộ cảm biến chuyển vị góc S, trong hệ thống tuỳ động thƣờng dùng theo từng cặp đối nhau. Sensin có rotor nối với bộ phận điều khiển thì đƣợc gọi là sensin phát (máy phát tin), còn sensin có rotor nối với trục cơ cấu chấp hành thì có tên là sensin thu (máy phát tin). Sensin một pha: Gồm một cuộn dây kích từ một pha và một bộ cuộn dây chỉnh bƣớc, cuộn dây kích từ lắp đặt trên rotor, cực từ kích thích thƣờng làm thành dạng cực ẩn, nhƣ vậy có thể làm cho trở kháng đầu vào không thay đổi theo vị trí của rotor, cuộn dây chỉnh bƣớc là cuộn dây 3 pha, thƣờng đƣợc quấn rải, bố trí trên stator, lệch pha nhau 120o, đấu theo kiểu Y. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 17 1.2.1. Sensin (SS) Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý nối sensin kiểu điều khiển uss = Ussm sin(t -  + 90 0) cos(1 -2 ) (6.1) uss = Ussm sin sin(t -  + 90 0) (6.2) Hình 1.8: Vị trí góc của máy tự chỉnh góc Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 18 1.2.2. Bộ biến áp quay (Br) Hình 1.9: Bộ biến áp quay Ubr  R1 R2 S1 S2 U2 U1 Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 19 1.2.2. Bộ biến áp quay (Br) ubr(t) = m[u1(t)cos + u2(t)sin] = mUm cos(ot +) (6.3) Ubrm = kUfm cos( - 90 o) = kUfm sin (6.4) Hình 1.10: Thiết bị đo kiểm sai số góc do biến áp quay tạo thành Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 20 1.2.3. Bộ đồng bộ cảm ứng (BIS) Hình 1.11: Bộ đồng bộ cảm ứng kiểu đường thẳng Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 21 1.2.4. Đĩa mã quang điện 1.2.4.1. Đĩa mã kiểu gia số Hình 6.12: Nguyên lý làm việc đĩa mã quang kiểu gia số a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đồ thị lượng ra Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 22 1.2.4. Đĩa mã quang điện 1.2.4.2. Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối Hình 1.13: Đĩa mã quang điện trị tuyết đối a) Đĩa mã chế độ nhị phân b) Đĩa mã chế độ tuần hoàn Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 23 1.2.4. Đĩa mã quang điện 1.2.4.2. Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối Bảng 1.1: Bảng đối chiếu vị trí trục đĩa mã quang điện và mã số Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 24 1.3 HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG VỊ TRÍ SENSIN VÀ PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.1.1. Sensin Hình 1.14: Hệ thống tuỳ động vị trí sensin Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 25 1.3.1.1. Sensin a) Quan hệ giữa biên độ điện áp đầu ra với m; b) Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của sensin Hình 1.15: Khâu đo kiểm sai số góc bằng sensin Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 26 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.1.2. Khuếch đại nhạy pha Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 27 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.1.3. Khuếch đại công suất đảo chiều Có thể là bộ chỉnh lƣu điều khiển có đảo dòng hoặc các bộ xung điện áp đảo chiều, Với chỉnh lƣu điều khiển thì hàm truyền của bộ KĐCS: bK s 1  Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 28 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.1.4. Cơ cấu chấp hành Là động cơ truyền động, còn gọi là động cơ bám. Thƣờng sử dụng động cơ một chiều, xoay chiều, các động cơ đặc biệt, khi dùng động cơ một chiều thì hàm truyền của động cơ là: Đơn giản hóa gần đúng là: e 2 m e m 1/ C T T s T s 1  e m 1/ C T s 1 Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 29 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.1.5. Bộ giảm tốc Khâu nối giữa động cơ và cơ cấu sản xuất, nếu cơ cấu sản xuất chuển động tịnh tiến thì nó còn có nhiệm vụ biến đổi dạng chuyển động. Cấu trúc và hàm truyền của bộ giảm tốc từ tốc độ góc sang góc quay là: Hình 1.17: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động bộ giảm tốc Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 30 1.3.1. Cấu tạo và mô hình toán học của hệ thống tuỳ động vị trí sensin Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của toàn bộ hệ thống tùy động vị trí sensin đƣợc mô tả trên hình 1.18, trong đó Rp là bộ điều chỉnh vị trí. Cách thiết kế nó cùng các tham số của nó sẽ đƣợc trình bày cụ thể ở phần sau. Hình 1.18: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống tùy động vị trí sensin Mô hình cấu trúc trạng thái động Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 31 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.1. Sai số nguyên lý (sai số hệ thống) Hình 6.19: Cấu trúc hệ thống tùy động Bảng 6.2: Phạm vi sai số các loại linh kiện đo kiểm Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 32 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.1. Sai số nguyên lý (sai số hệ thống) Hình 1.20: Các dạng tín hiệu vào điển hình a) đầu vào là vị trí b) đầu vào là vận tốc c) đầu vào là gia tốc Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 33 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.1. Sai số nguyên lý (sai số hệ thống) Sai số hệ thống với hệ loại I: Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 34 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.1. Sai số nguyên lý (sai số hệ thống) Sai số hệ thống với hệ loại II: 2 s 2 2s 0 1 s D(s) e lims 0 s s D(s) KN(s)    2 sv 2 2s 0 1 s D(s) e lims 0 s s D(s) KN(s)      2 sa 3 2s 0 1 s D(s) 1 e lims s s D(s) KN(s) K      Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 35 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.1. Sai số nguyên lý (sai số hệ thống) Hệ số phẩm chất tốc độ Kv và hệ số phẩm chất gia tốc Ka: * m v sv K e   * m a sa K e     * m v * s 0 m 2s 0 K lims 1 W(s) 1 lims s 1 W(s)             * 2m a * s 0 m 2s 0 K lims 1 W(s) 1 lims s 1 W(s)           Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 36 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.2. Sai số nhiễu Hình 1.21: Tác động của nhiễu lên hệ thống tùy động Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 37 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.2. Sai số nhiễu Ta có: m 2 c d e 1 2 (s) W (s) I (s)R (T s 1) 1 W (s)W (s)      Hình 1.22: Ảnh hưởng của nhiễu phụ tải đối với hệ thống tùy động vị trí Hình 1.23: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động ở trạng thái nhiễu phụ tải Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 38 1.3.2. Phân tích sai số trạng thái ổn định và tính toán tham số của hệ thống tuỳ động vị trí sensin 1.3.2.2. Sai số nhiễu Sai số do nhiễu phụ tải Ic=const Hệ thống loại I: Hệ thống loại II: ec = 0 c d c 1 I R e K   Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 39 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) Sơ đồ cấu trúc Hình 1. 25: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tuỳ động một mạch vòng vị trí Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 40 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) Làm gần đúng mẫu số hàm truyền đối tƣợng điều khiển: TmTes 2 + Tms + 1  TmTes 2 + (Tm + Te)s +1 = (Tms + 1)( Tes + 1) Điều kiện gần đúng là: Te  Tm / 10 Hàm truyền đối tƣợng đơn giản hóa: đt đt p m K W (s) s(T s 1)(T s 1)    Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 41 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) a) Sơ đồ mạch điện Hình 1.26: Bộ điều chỉnh PID b) Đặc tính tần biên logarit Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 42 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) Ta có phƣơng trình viết cho mạch điện ở dạng toán tử Laplace: Trong đó: Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 43 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) Sau khi biến đổi, ta tìm đƣợc hàm số truyền của bộ điều chỉnh vị trí: Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 44 Hình 1. 27: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tuỳ động hiệu chỉnh nối tiếp bằng bộ PID 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.1. Hiệu chỉnh nối tiếp (hiệu chỉnh bằng bộ điều chỉnh) Do đó: Trong đó: Ta có cấu trúc hệ thống tuỳ động có bộ điều chỉnh vị trí PID: Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 45 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.2. Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 1.4.2.1. Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi âm tốc độ Ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái động: Hình 1.28: Hệ thống động có hiệu chỉnh mắc song song Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 46 1.4. HIỆU CHỈNH TRẠNG THÁI ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TÙY ĐỘNG VỊ TRÍ 1.4.2. Hiệu chỉnh song song (phản hồi) 1.4.2.1. Hiệu chỉnh song song bằng phản hồi âm tốc độ Ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái động: Hình 1. 29: Sơ đồ cơ cấu trúc trạng thái động hệ thống tuỳ động có phản hồi âm tốc độ quay Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 47 2.1. Loại hình cơ bản của hệ điều tốc động cơ không động bộ 2.2. Hệ thống kín điều tốc bằng điều chỉnh điện áp xoay chiều - hệ thống điều tốc kiểu tiêu hao công suất trượt Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 48 2.1. LOẠI HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỘNG BỘ Các loại hệ thống điều tốc động cơ không đồng bộ: 1. Điều tốc giảm điện áp; 2. Điều tốc sử dụng bộ ly hợp trƣợt điện từ; 3. Điều tốc điện trở nối tiếp mạch rotor động cơ dây quấn động cơ không đồng bộ; 4. Điều tốc nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn; 5. Điều tốc thay đổi số đôi cực; 6. Điều tốc biến tần v.v... Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 49 2.1. LOẠI HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ ĐIỀU TỐC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỘNG BỘ Các hệ điều tốc động cơ không đồng bộ theo góc độ chuyển đổi năng lượng: 1. Hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trƣợt - toàn bộ công suất trƣợt chuyển thành nhiệt năng tiêu hao mất. 2. Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh - một bộ phận của công suất trƣợt bị tiêu hao đi, phần lớn còn lại nhờ có thiết bị chỉnh lƣu đƣợc trả về mạng điện hoặc chuyển hoá thành dạng cơ năng để dùng vào việc có ích khác. 3. Hệ thống điều tốc công suất trƣợt không thay đổi - trong hệ thống này không tránh khỏi tiêu hao công suất trên vòng đồng rotor, nhƣng sự tiêu hao công suất trƣợt hầu nhƣ không phụ thuộc vào tốc độ cao hay thấp, vì thế hiệu suất khá cao. Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 50 2.2. HỆ THỐNG KÍN ĐIỀU TỐC BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC KIỂU TIÊU HAO CÔNG SUẤT TRƢỢT Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý điều tốc biến áp động cơ không đồng bộ BATN - Biến áp tự ngẫu; KBH - Bộ điện kháng bão hoà; BĐXC - Bộ điều áp xoay chiều dùng triac Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 51 2.2. HỆ THỐNG KÍN ĐIỀU TỐC BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC KIỂU TIÊU HAO CÔNG SUẤT TRƢỢT Các hệ điều tốc động cơ không đồng bộ theo góc độ chuyển đổi năng lƣợng: Hình 2.2: Mạch điện tương đương trạng thái ổn định động cơ điện cảm ứng Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 52 2.2. HỆ THỐNG KÍN ĐIỀU TỐC BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC KIỂU TIÊU HAO CÔNG SUẤT TRƢỢT 2.2.1. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp Phƣơng trình đặc tính cơ điện: Phƣơng trình đặc tính cơ: 1 1 2 2 2 22 1 1 1 2 U I I R (R ) (L L ) s       2 p p 1 22m 2 đt 2 2 2 21 1 2 1 1 1 1 2 3n 3n U R / sP R M I s R (R ) (L L ) s            Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 53 2.2. HỆ THỐNG KÍN ĐIỀU TỐC BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC KIỂU TIÊU HAO CÔNG SUẤT TRƢỢT 2.2.1. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp Hệ số trƣợt tới hạn: Mô men tới hạn (mô men cực đại): 2 t 2 2 2 1 1 1 2 R s R (L L )     2 p 1 t 2 2 2 1 1 1 1 1 2 3n U M 2 R R (L L )         Th¸i Nguyªn, 3/22/2013 54 2.2. HỆ THỐNG KÍN ĐIỀU TỐC BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC KIỂU TIÊU HAO CÔNG SUẤT TRƢỢT 2.2.1. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp Hình 2.3: Đường đặc tính cơ của động cơ điện cảm ứng với các giá trị khác nhau của điện áp trên stator Hình 2.4: Đường đặc tính cơ của động cơ điện cảm ứng với rotor điện trở