1. CHƯƠNG 3 ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
  2. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.1. Khái niệm chung 3.1.1. Các định nghĩa Hệ truyền động điện không chỉ có nhiệm vụ biến đổi điện năng thành cơ năng, mà còn điều khiển quá trình làm việc của cơ cấu công tác theo yêu cầu của máy sản xuất. Yêu cầu công nghệ được đảm bảo nếu hệ có khả năng đặt: + Các thông số gia công cho từng công đoạn + Duy trì các thông số với một độ chính xác nào đó (tốc độ, mô men, gia tốc, ví trí của cơ cấu công tác …) + Cưỡng bức thay đổi các giá trị đó theo ý muốn: hạn chế giá trị của chúng theo mức cho phép của quá trình công nghệ hoặc theo khả năng về độ bền, độ quá tải của máy.
  3. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Các thông số gia công nói trên có liên quan đến mômen M và tốc độ ω của động cơ điện, có các mối quan hệ được định nghĩa: a) Các thông số đầu ra hay còn gọi là thông số được điều chỉnh: + Mômen (M) + Tốc độ (ω) của động cơ, … Do M và ω là 2 trục của mặt phẳng tọa độ đặc tính cơ [M,ω], nên việc điều chỉnh chúng thường gọi là “điều chỉnh tọa độ”.
  4. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA b) Các thông số đầu vào hay còn gọi là thông số điều chỉnh: + Đối với động cơ điện một chiều, thông số đầu vào là điện trở phần ứng Rư (hoặc Rưf), từ thông Φ (hoặc điện áp kích từ Ukt; dòng điện kích từ Ikt) và điện áp phần ứng Uư. + Đối với động cơ điện không đồng bộ, thông số đầu vào là điện trở mạch rôto R2 (hoạc R2f), điện trở mạch stato R1, điện kháng stato X1, điện áp stato U1 và tần số của dòng điện stato f1 + Đối với động cơ điện đồng bộ, thông số đầu vào là tần số của dòng điện stato f1. c) Các phần tử điều khiển: Các thiết bị hoặc dụng cụ làm thay đổi các thông số đầu vào.
  5. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.1.2. Mục đích điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ: + Đặt giá trị làm việc và duy trì mức đó, ví dụ duy trì tốc độ làm việc khi phụ tải thay đổi ngẫu nhiên. + Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ trong thời gian khởi động và tăng tốc động cơ thang máy từ 0 → tốc độ ổn định, mômen lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau đó giữ không đổi, và cuối cùng giảm tuyến tính cho đến khi M = Mc. + Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dòng điện khởi động Ikđ = Icp. + Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (tức cho trục động cơ) theo quy luật cho trước ở đầu vào với một độ chính xác nào đó.
  6. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.1.3. Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động a) Điều chỉnh không tự động Thay đổi thông số đầu ra bằng tác động lên thông số đầu vào một cách rời rạc. Mỗi tác động có một giá trị không đổi của thông số đầu vào và tương ứng một đường đặc tính cơ (nhân tạo). Khi động cơ làm việc, các nhiễu (phụ tải thay đổi, điện áp nguồn dao động, …) tác động vào hệ, nhưng thông số đầu vào vẫn giữ không đổi nên điểm làm việc của động cơ chỉ di chuyển trên một đường đặc tính cơ.
  7. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Dạng “điều chỉnh bằng tay” hay “điều chỉnh không tự động” hoặc “điều chỉnh vòng hở” (không có phản hồi). Phương pháp điều chỉnh này đơn giản nên vẫn được dùng trong các hệ truyền động điện hiện đại, tuy nhiên nó không đảm bảo được các yêu cầu cao về công nghệ của máy sản xuất
  8. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA b) Điều chỉnh tự động Thay đổi liên tục của thông số đầu vào theo mức độ sai lệch của thông số đầu ra so với giá trị định trước, nhằm khắc phục độ sai lệch đó. Khi có tác động của nhiễu làm ảnh hưởng đến thống số đầu ra, thì thông số đầu vào sẽ thay đổi và động cơ sẽ có một đường đặc tính cơ khác, điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ đường đặc tính nhân tạo này sang đặc tính nhân đạo khác và vạch ra một đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động. Vì vậy có thể định nghĩa: “đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động là quỹ tích của các điểm làm việc của động cơ trên vô số các đặc tính cơ của hệ điều chỉnh vòng hở”. Hay còn gọi là “quỹ đạo pha trên tọa độ đặc tính cơ”.
  9. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờ mạch phản hồi (hồi tiếp). Mạch phản hồi lấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặc một thông số nào đó liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữa đầu ra và đầu vào. Vì vậy, hệ điều khiển theo nguyên tắc phản hồi được gọi là hệ “điều chỉnh vòng kín”. Hệ điều chỉnh tự động tuy phức tạp nhưng đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng cao.
  10. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA c) Nhiễu của các thông số đầu ra Đối với các hệ truyền động và động cơ điện, hai thông số đầu ra chủ yếu là mômen và tốc độ. Các loại nhiễu gây tác động lên các thông số này như điện áp nguồn, tần số lưới điện, nhiệt độ môi trường, hệ số tự cảm của cuộn dây, … Khi điều chỉnh tốc độ: Thông số được điều chỉnh, ω, chỉ là một trong các thông số tạo ra đặc tính nhân tạo, các thông số khác là phụ tải biểu thị bằng mômen cản Mc, hoặc dòng tải Ic. Khi điều chỉnh mômen hoặc dòng điện: Thông số được điều chỉnh là M hoặc I, thì nhiễu loạn chủ yếu lại là tốc độ ω. Sự ảnh hưởng qua lại giữa hai đại lượng M và ω được thể hiện bằng đường đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ.
  11. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.2. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 3.2.1. Chỉ tiêu chất l-ợng động (chế độ quá độ) + Độ quá điều chỉnh σmax (σmax = 40% hoặc có thể nhỏ hơn). + Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt). + số lần dao động n ( n = 2 ÷ 3 là tốt)
  12. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.2.2. Chỉ tiêu chất lượng tĩnh (chế độ xác lập) a. Sai số tĩnh tốc độ s% Đại ượng đặc trưng cho sự chính xác duy trì tốc độ đặt (ωđ) 0   1 s%  100%  c %  * * 0  ω - tốc độ làm việc thực của động cơ. ω0 - tốc độ không tải của động cơ. Δωc - độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc = 0 → Mđm.
  13. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Sai số tĩnh tốc độ càng nhỏ → điều chỉnh càng chính xác, và trường hợp lí tưởng ta có hệ điều chỉnh tuyệt đối chính xác khi s% = 0. Trong thực tế, cần phải thiết kế các hệ truyền động diều chỉnh có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất: Truyền động chính của máy cắt gọt kim loại: s% = 10%; Truyền động ăn dao: s% = 5%, …
  14. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA b. Phạm vi điều chỉnh tốc độ D max D min Giá trị tốc độ ωmax bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ, và điều kiện chuyển mạch. Tốc độ ωmin bị hạn chế bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải và về sai số tốc độ làm việc cho phép.
  15. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Trường hợp phối hợp hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện: + Thay đổi điện áp phần ứng động cơ một chiều sẽ điều chỉnh tốc độ từ ωmin đến ωđm, + Thay đổi từ thông kích từ thì điều chỉnh tốc độ từ ωđm đến ωmax. Khi đó có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” và có dải điều chỉnh rộng: đm max D  D u D min đm
  16. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Giả thiết các đặc tính cơ là tuyến tính, có độ cứng không đổi β1 = β2, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ tương ứng: Mc Mc s1 %  100%; s 2 %  100% 011 022 Nếu gọi bội số mômen khởi động là Knm2 = Mnm2/Mc: 1  min  s2 %  100%;s 2 %  1  100% K nm2  02  M c K nm2  min  (1  s 2 ) 2
  17. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA Qua đó ta thấy được quan hệ giữa D, s%, β và Knm. Theo khả năng quá tải, ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh: max *tn  1 *min D  * min min  1 *tn Trong đó: k qt .Mđm M nm. min min  ; *min  k qt ; k qt  0 Mđm
  18. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.2.3. Độ trơn điều chỉnh tốc độ φ Là sự chênh lệch giữa 2 cấp tốc độ liền nhau: i1  i Trong đó: ωi - tốc độ ổn định đạt được ở cấp i. ωi+1 - tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1). Hệ số φ càng nhỏ càng tốt, lý tưởng là φ → 1: đó là hệ điều chỉnh vô cấp. Còn hệ điều chỉnh có cấp: φ ≠ 1.
  19. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.2.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải Với các động cơ thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độ định mức của động cơ. Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ cần lưu ý đến các chỉ tiêu: dòng điện động cơ không vượt quá dòng định mức, đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong khoảng thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu về ổn định tĩnh khi có nhiễu v.v... trong toàn dải điều chỉnh. Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh, sao cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải. Nếu đảm bảo được điều kiện này thì tổn thất trong quá trình điều chỉnh sẽ nhỏ nhất.
  20. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 3.2.5. Chỉ tiêu kinh tế Nhiều trường hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự 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 là tổn thất năng lượng khi điều chỉnh và vận hành nhỏ. Năng suất của máy sản xuất do hệ điều chỉnh mang lại. Tổn thất năng lượng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ: W  Wj  Wc.t 2 t2 W   J  (0  )d   M c (0  )dt 1 t1