Luận văn Điều khiển động cơ bằng vi xử lý AT89C51

CHÖÔNG 1 KHAÛO SAÙT ÑAËC TÍNH CUÛA ÑOÄNG CÔ I/ PHÖÔNG TRÌNH ÑAËC TÍNH CÔ ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ ÑOÄC LAÄP: 1/ Sô ñoà noái daây: Sô ñoà noái daây ñoäng cô kích töø ñoäc laäp U = var Iö E Rf Ukt = const Rkt Ikt ckt Hình 1-1 : Sô ñoà noái daây ñoäng cô kích töø ñoäc laäp Khi nguoàn moät chieàu coù ñieän aùp thay ñoåi thì maïch phaàn öùng vaø maïch kích töø maéc vaøo hai nguoàn khaùc nhau goïi laø ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp söû duïng nguoàn ñieän moät chieàu, coù nguoàn kích töø ñöôïc caáp töø nguoàn phuï beân ngoaøi, do ñoù töø thoâng luoân luoân laø haèng soá ( fñm = const) ( khoâng phuï taûi ), doøng ñieän phaàn öùng Iu = I chæ phuï thuoäc doøng kích töø. Ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc söû duïng roäng raûi trong truyeàn ñoäng nhö : maùy caùn theùp, thang maùy, maùy naâng caåu vaø caùc maùy coâng cuï chính xaùc khaùc … Ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù ñaët tính cô töông ñoái öùng töùc moment taûi bieán thieân nhieàu, toác ñoä ñoäng cô bieán thieân beù neân coù theå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô baèng nhieàu phöông phaùp khaùc nhau. Noù coù khaû naêng quaù taûi lôùn veà moment vaø khaû naêng khôûi ñoäng toát. 2/ Ñaëc tính cuûa ñoäng cô ôû cheá ñoä xaùc laäp : Töø sô ñoà trong nhö (hình 1-1), ta vieát ñöôïc phöông trình ñieän aùp phaàn öùng : U1 = E + (Rö + Rf )I (1.1) Trong ñoù : U1 laø ñieän aùp phaàn öùng (V) E laø söùc ñieän ñoäng phaàn (V) Rö laø ñieän trôû phaàn öùng, goàm ñieän trôû phaàn öùng, ñieän trôû cöïc töø phuï, ñieän trôû cuoän töø buø, ñieän trôû tieáp xuùc. Rö = rö + rcf + rcb + rtf Rf laø ñieän trôû phuï theâm vaøo maïch phaàn öùng (W) Söùc ñieän ñoäng cuûa phaàn öùng ñöôïc tính theo coâng thöùc : E == Ke =K (1.2) Trong ñoù : P laø soá ñoâi cöïc töø chính. N laø soá thanh daãn taùc duïng cuûa cuoän daây phaàn öùng. a laø soá maïch nhaùnh song song. f laø töø thoâng döôùi daïng cöïc (wb) . laø toác ñoä goùc. Ke = laø heä soá caáu taïo cuûa ñoäng cô. Kef = L heä soá töø thoâng cuûa ñoäng cô Söùc töø ñoäng quay trong moät phuùt E = Kfm = Kfm Vôùi : = = rad/s Töø (1.1) vaø (1.2) ta ñöôïc : = - (1.3) Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Ñaët K = Ke fm laø haèng soá ôû cheá ñoä ñònh möùc. Moment ñieän töø cuûa ñoäng cô ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : Tdt = = K fI (1.4) Töø (1.4) ta ruùt ra ñöôïc doøng ñieän : I = Theá vaøo (1.3) ta ñöôïc : = - Tdt (1.5) Neáu boû qua toå thaát do ma saùt trong oå truïc, toån thaát trong loãi theùp thì moment cuûa ñoäng cô chính baèng moment ñieän töø. Ta coù : Tñt = Tcô = T Luùc naøy (1.5) seõ trôû thaønh : = - T (1.6) Phöông trình (1.6) laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. Neáu khoâng xeùt ñeán phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc laøm giaûm töø thoâng cuûa ñoäng cô, töùc coi f = const thì caùc phöông trình (1.4) vaø (1.6) laø tuyeán tính theo I vaø T töùc laø ñaëc tuyeán ñoaïn thaúng. Hình 1-2 : Ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp w w0 0 I Iñm wñm wñm Hình 1-3 : Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp w w0 0 T Tñm wñm wñm Töø ñaëc tuyeán treân, khi I = 0 hoaëc T = 0, ta ñeàu coù = o = U/Kf, goïi laø ñaëc tuyeán khoâng taûi lyù töôûng cuûa ñoäng cô Khi = 0 I = = Inm (1.7) T = Kf Inm = Tnm (1.8) Inm, Inm laø doøng ñieän , moment ngaén maïch (khoâng taûi) Töø (1.5) vaø (1.6) coù : = - = - D D laø ñoä suït doác töông töôùng giaù trò cuûa T. Daïng ñaëc tính cô ôû treân chæ laø quan heä = f(Tñt) coøn moment cô do coù toån thaát neân ta coù : Tcô = Tñt DT Trong ñoù : Daáu “-” töông öùng quay chieàu döông. Daáu “+” töông öùng quay chieàu aâm. Do ñoù quan heä = f(Tcô) coù daïng nhö hình 1-4.Trong tính toaùn Tcô ñöôïc xaùc ñònh theo coâng xuaát treân truïc : Tco = Ôû cheá ñoä ñònh möùc thì Pcô chính laø coâng xuaát ñònh möùc ghi treân nhaõn maùy. moment ñieän töø ñöôïc xaùc ñònh theo chieàu doøng ñieän phaàn öùng vaø töø thoâng nhö bieåu thöùc (1.4). Quan heä = f(Tñt) vaø = f(Tcô) Hình 1-4: Quan heä w=f(Tñt) vaø w = f(Tcô) cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp khi coù tính ñeán toån hao w w0 0 T Tñt wñm (F)Tcô (Ñ) Tcô 2 T TÑ TF Thöïc teá : Neáu khoâng duøng ñeán bieän phaùp ñaëc bieät ñeå khöû phaûn öùng phaàn öùng thì tkhi doøng ñieän phaàn öùng taêng, phaûn öùng phaàn öùng ngang truïc seõ taêng laøm töø thoâng giaûm, do ñoù toác ñoï ñoäng cô taêng leân vaø ñaëc tính coù daïng ñöôøng neùt ñöùt treân ( hình 1-4) maø ôû vuøng I < I ñm, T < Tñm phaûn öùng phaàn öùng khoâng ñaùng keå, maïch töø maùy ñieän ñang baõo hoaø neân ñaët tính vaàn coøn ôû daïng ñöôøng thaúng. Trò soá Inm khoâng phuï thuoäc vaøo töø thoâng neân khoâng bò aûnh höôûng phaûn öùng phaàn öùng cuûa ñoäng cô, Tnm giaûm do töø thoâng giaûm. Maët khaùc döôùi taùc duïng phaûn öùng phaàn öùng ñoäng cô bò khöû töø neân ñaët tính cô coù theå coù ñoaïn ñoä cöùng döông ( ñoaïn neùt ñöùt treân hình 1-3). Ñeå khöû phaûn öùng phaøn öùng trong caùc maùy ñieän moät chieàu, ngöôøi ta quaán daây cuoän buø. Do trong haàu heát maùy ñieän moät chieàu ñeàu thieát keá cuoän daây buø neân ta xem ñaëc tính ñoäng cô laø ñöôøng thaúng. II/ CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ VOØNG HÔÛ : Thöïc teá thöôøng söû duïng moâ hình toaùn hoïc cuûa ñoäng cô ôû xaùc laäp vaø keát quaû cuûa moâ hình thöôøng laø ñaëc tính ñieàu khieån. Töø phöông trình (1.6) ta thaáy ñieåm laøm vieäc cuûa ñaëc tính cô tuyø thuoäc vaøo moment taûi.Noù ñöôïc söû duïng treân cô sôû laø giao ñieåm cuûa ñaëc tính cô vôùi ñaëc tính taûi, do ñoù muoán ñieàu chænh toác ñoä ta phaûi thay ñoåi ñaëc tính cuûa ñoäng cô. 1/ Khôûi ñoäng ñoäng cô : Tö øphöông trình ñaëc tính cô (1.3) vaø coâng thöùc (1.7) ta thaáy : Ôû nhöõng ñoäng cô coâng söùc nhoû,thöông Rö töông ñoái lôùn, doøng khôûi ñoäng ban ñaàu töông ñoái lôùn, doøng khôûi ñoäng ban ñaàu khoâng lôùn laém, do ñoù coù theå khoûi ñoäng tröïc tieáp ñoäng cô. Ôû nhöõng ñoäng cô coâng söùc trung bình vaø lôùn Rö coù giaù trò raát nhoûûneân doøng khoûi ñoäng ban ñaàu töôgn ñoái lôùn Inm = (20 - 25)Tñt (saùch TÑÑ) seõ khoâng cho veà maët chuyeån maïch,phaùt noùng cuõng nhö gaây suït aùp treân löôùi ñieän. Ñeå giaûm doøng khoûi ñoäng ta coù theå duøng moät trong nhöõng bieän phaùp sau: A / Duøng ñieän trôû phuï maéc noái tieáp maïch phaøn öùng Phöông phaùp naøy chæ aùp duïng cho nguoàn aùp coá ñònh.Ñieän trôû phuï luùc khoûi ñoäng ñöôïc ñaáu vaøo maïch phaàn öùng, sau ñoù caét boû daàn daàn baèng coâng taéc töï ñoäng cho ñeán khi khoûi ñoäng xong . B/ Duøng phöông phaùp giaûm ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng Duøng chænh löu ñieàu khieån, maïch bieán ñoåi xung aùp. Phöông phaùp cho pheùp ñieàu chænh ñieän aùp taêng töø töø cho ñeán khi ñoäng cô ñaït ñeán toác ñoä ñònh möùc. 2/ Caùc phöông phaùp ñieàu khieån : a/ Ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp maïch phaàn öùng : Phöông trình ñaëc tính cô ñieän : = - = - D. Ñeå thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô, ta giôõ ñieän aùp phaàn öùng U = Uñm vaø F = Fñm Theâm ñieän trôû phuï Rf maéc noái tieáp cuoän daây phaàn öùng o = = const b = = - = var(=12) Khi ñieàu chænh Rf caøng lôùn thì toác ñoä ñoäng cô caøng giaûm vaø ngöôïc laïi Rf caøng nhoû thì toác ñoä ñoäng cô caøng taêng. Khi Rf = 0, toác ñoä ñoäng cô baèng toác ñoä ñònh möùc. Baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû ta coù moät hoï ñaëc tuyeán : Ñaëc tuyeán khi thay ñoåi Rf maïch phaàn öùng. Hình 1-5: Ñaëc tuyeán cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp khi thay ñoåi Rf maïch phaàn öùng w w0 0 M Mc Rf2 Rf1 TN(Rn) Vôùi moät moät moment phuï taûi nhaát ñònh, Rf caøng lôùn thì toác ñoä ñoäng cô,doøng ñieän ngaén maïch,moment ngaén maïch cuûa ñoäng cô caøng giaûm. Phöông phaùp ñieàu chænh naøy ñöôïc duøng ñeå khoûi ñoäng ñoäng cô nhaèm haïn cheá doøng khoûi ñoäng luùc ban ñaàu. Chæ ñieàu chænh toác ñoä döôùi toác ñoä ñònh möùc, ñoäng cô coâng söùc nhoû,hieäu suaát thaáp, phöông ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng vaø töø maïch kích khoâng ñoåi. b/ Ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng: F = Fñm = const, R = const. = - T (1.10) o = = var = - = const. Khi thay ñoåi ñieän aùp ñaëtvaøo phaàn öùng cuûa ñoäng cô, ta ñöôïc hoï ñaëc tuyeán cô song song vôùi ñaëc tuyeán cô töï nhieân Ñaëc tuyeán khi thay ñoâi Rf maïch phaàn öùng Hình 1-6: Ñaëc tuyeán cuûa ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp khi thay ñoåi ñieän aùp vaøo phaàn öùng ñoäng cô w w0 0 M Mc Rf2 Rf1 TN(Rn) Ta thaáy raèng öùng moät phuï taûi nhaát ñònh, khi thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng doøng ngaén maïch, mometnngaén maïch,toác ñoä ñoäng cô cuõng thay ñoåi theo. Phöông tieän ñeå ñieàu khieån ñieän aùp phaàn öùng : Duøng chænh löu ñieàu khieån, laøm thay ñoåi goùc kích daãn ñieän cuûa phaàn töû bieán ñoåi ñieän aùp ra seõ thay ñoåi theo, duøng nguoàn moät chieàu vaø boä bieán ñoåi xung aùp … chæ thay ñoåi ñieän aùp töø ñieän aùp ñònh möùc trô xuoáng, vì yeâu caàu caùch ñieän cuûa ñoäng cô ñöôïc cheá taïo theo ñieän aùp ñònh möùc.Caùc phöông phaùp naøy chæ ñöôïc aùp duïng cho caùc yeâu caàu truyeàn ñoäng ñieän khoâng chính xaùc. c/ Ñieàu chænh töø thoâng maïch kích töø Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô theo töø thoâng KF kích töø ta phaûi giöõ ñieän aùp phaàn öùng luoân baèng ñònh möùc (U = Uñm) vaø khoâng theâm ñieän trôû phuï ñeå ñaûm baûo ñaëc tính laø tuyeán tính. Phöông trình ñaëc tính cô baûn : = - T (1.11) o = = var b = - = var. Khi giaûm töø thoâng kích töø, toác ñoä ñoäng cô taêng leân, do ñoù ñeå taêng > ñm khoâng theå taêng ñieän aùp phaàn öùng ñeå U > Uñm vì khi gaây ra quaù aùp cho caùch ñieän cuûa daây quaán phaàn öùng ñoäng cô. Khi yeâu caàu KF phaûi ñaûm baûo yeâu caàu khoáng cheá nhieät, ñieàu kieän ñònh möùc ñeå thieát bò laøm vieäc an toaøn, phaûi giöõ U = Uñm = const, R= const, ñieàu khieån giaûm doøng kích töø. Ñaûm ñieàu kieän nhieät khi > ñm thì vuøng laøm vieäc cuûa ñoäng cô phaûi naèm trong giôùi haïn : < (Pcô = M < Pmax ) Khi khoâng taûi : ox = = var b = - = var. Töø thoâng thay ñoåi thì doøng ngaén maïch : I = = const Moment ngaén maïch Tox = KFx Inm = var Ñaëc tuyeán cô ñieän khi F giaûm Hình 1-7: Ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp khi töø thoâng giaûm w w1 0 T Tnm wñm w2 Ñaëc tuyeán cô khi F giaûm Hình 1-8 : Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp khi töø thoâng giaûm w w1 0 T Tnm1 wñm w2 nm2 nm1 nm Tnm2 Tnm T 3/ Ñaëc tính cô trong caùc traïng thaùi haõm : Haõm laø traïng thaùi maø ñoäng cô sinh ra moment quay ngöôïc chieàu toác ñoä quay.Trong taát caû caùc traïng thaùi haõm cuûa ñoäng cô ñeàu laøm vieäc ôû cheá ñoä maùy phaùt.Ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp coù 3 traïng thaùi haõm : haõm taùi sinh, haõm ngöôïc vaø haõm ñoäng naêng. a/Haõm taùi sinh (traû naêng löôïng veà löôùi) Haõm taùi sinh xaûy ra khi toác ñoä quay cuûa ñoäng cô lôùn hôn toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng (taûi theá naêng). Khi haõm taùi sinh Eö > Uö ñoäng cô laøm vieäc nhö moät maùy ñieän song song vôùi löôùi.So vôùi cheá ñoä ñoäng cô, doøng ñieän vaø moment haõm ñoåi chieàu nhöng toác ñoä khoâng ñoåi chieàu. Doøng haõm ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : Ih = = < 0 Th = KFIh < 0 Trò soá haõm lôùn daàn cho ñeán khi caân baèng vôùi moment phuï taûi cô caáu saûn xuaát thì heä thoáng laøm vieäc oån ñònh vôùi toác ñoä oñ > 0. Vì sô ñoà ñaáu daây cuûa maïch khoâng thay ñoåi neân phöông trình ñaëc tính cô : = - T Nhöng moment coù giaù trò aâm neân >0.Ñaëc tính cô ôû traïng thaùi haõm naèm röû phaàn tö thöù 2 vaø thöù tö maët phaúng toaï ñoä. Ñaëc tính cô haõm taùi sinh w woâñ Tc 0 T E u Ih Hình 1-9: Ñaëc tính cô haõm taùi sinh cuûa ñoäng cô kích töø ñoäc laäp u I E Trong traïng thaùi haõm taùi sinh, doøng ñieän haõm ñoåi chieàu vaø coâng suaát ñöôïc traû veà löôùi ñieän coù giaù trò P = (E -U)I > 0.Ñaây laø phöông trình haõm kinh teá nhaát vì ñoäng cô sinh ra ñieän naêng höõu ích. + Khi taûi theá naêng : uci -->uc0 Thöïc teá cô caáu naâng haï caàn truïc , khi naâng taûi ñoäng cô ñöôïc caáu vaøo theo cöïc tính thuaän vaø laøm vieäc treân ñaëc tính cô ôû goùc phaàn tö thöù nhaát.Khi haï taûi, ta phaûi ñaûo chieàu ñieän aùp ñaëc vaøo phaàn öùng ñoäng cô. Luùc naøy do moment taûi trong lôùn hôn moment ñieän töø trong ñoäng cô, ñoäng cô seõ laøm vieäc ôû traïng thaùi haõm taùi sinh, ñaëc tính nhö treân hình veõ : w woâñ 0 T Haï taûi Tkñ Hình 1-10 : Ñaëc tính haõm taùi sinh khi haï taûi troïng ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp Naâng taûi w0 - ω0 Tc w w T Tc T Tc Ñaëc tính cô haõm taùi sinh khi haï taûi troïng Khi nguoàn bieán thieân haõm taùi sinh baèng caùch ñieàu khieån caùc boä chænh löu ñieàu khieån, boä chopper. b/ Haõm ngöôïc: Traïng thaùi haõm ngöôïc cuûa ñoäng cô xaõy ra khi toác ñoä ñoäng cô khoâng taûi ban ñaàu w0 ngöôïc chieàu toác ñoä khoâng tæa luùc haõm w’0 ( phaàn öùng döôùi taùc duïng cuûa ñoäng naêng tích luyõ trong caùc boä phaän chuyeån ñoäng hoaëc do mometn theá naêng quay ngöôïc chieàu vôùi moment ñieän töø cuûa ñoäng cô.Moment sinh ra bôûi ñoäng cô, khi ñoù choáng laïi söï chuyeån ñoäng cuûa cô caáu saûn xuaát ). Coù hai tröôøng hôïp haõm ngöôïc : + Ñöa ñieän trôû phuï vaøo maïch phaàn öùng : Khoâng ñaûm baûo chieàu ñieän aùp phaàn öùng, theâm ñieän trôû phuï vaøo maïch phaàn öùng. Phöông phaùp thöôøng duøng cho taûi theá naêng (w < 0) Phöông trình ñaëc tính cô : = - T Giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieä naâng taûi vôùi toác ñoä xaùc laäp öùng vôùi ñieåm a.Ta ñöa moät ñieän trôû phuï ñuû lôùn vaøo maïch phaàn öùng, ñoäng cô seõ chuyeån sang laøm vieäc taïi ñieåm b treân ñaëc tính bieán trôû. Taïi ñieåm b moment ñoäng cô sinh ra nhoû hôn moment caûn neùn ñoäng cô giaûm toác ñoä nhöng taûi vaãn theo chieàu naâng leân.Khi ñeán ñieåm c toác ñoä baèng 0 nhöng vì moment ñoäng cô nhôû hôn moment taûi neân döôùi taùc ñoäng taûi troïng, ñoäng cô quay theo chieàu ngöôïc laïi.Taûi troïng ñöôïc haï xuoáng vôùi toác ñoä taêng daàn.Ñeán ñieåm d moment ñoäng cô caân baèng vôùi moment caûn neân heä thoáng oån ñònh vôùi toác ñoä haï khoâng ñoåi oñ, cd laø ñoaïn ñöôïc tính haõm ngöôïc. Khi haõm ngöôïc vì toác ñoä ñoåi chieàu, Sññ ñoåi daáu neân : Ih = = > 0 (1.14) T = Kf Ih > 0 (1.15) Nhö vaäy ôû ñaëc tính haõm ngöôïc söùc ñieän ñoäng taùc duïng cuøng chieàu ñieän aùp löôùi.Ñoäng cô laøm vieäc nhö moät maùy phaùt noái tieáp vôùi löôùi ñieän bieán ñieän naêng nhaän töø löôùi vaø cô naêng treân truïc thaønh nhieät naêng ñoát noùng ñieän trôû toång cuûa maïch phaàn öùng vì vaäy toån thaát naêng löôïng lôùn. Vì sô ñoà noái daây cuûa ñoäng cô khoâng thay ñoåi neân phöông trình ñaëc tính cô laø phöông trình ñaëc tính bieán trôû. Khi haõm ngöôïc toác ñoä ñoåi chieàu, söùc ñieän ñoäng ñoåi daáu neân vaän toác laøm vieäc vaø vaän toác khoâng taûi ngöôïc daáu nhau. Ñaëc tính cô haõm ngöôïc khi ñöa ñieän trôû phuï vaøo maïch phaàn öùng vôùi taûi theá naêng w woâñ c 0 T,I Haï taûi Hình 1-11 : Ñaëc tính cô haõm ngöôïc khi ñöa Rf vaøo maïch phaàn öùng vôùi taûi theá naêng a Naâng taûi w0 Tc w u I E b T Tc d + Ñaûo chieàu ñieän aùp phaàn öùng : Ñaûo chieàu ñieän aùp phaàn öùng, ñoàng thôøi theâm ñieän trôû phuï Rf vaøo maïch phaàn öùng. Phöông phaùp thöôøng duøng laø taûi thöôøng. Giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieäc taïi ñieåm a treân ñaëc tính töï nhieân vôùi taûi Tc ta ñoåi chieàu ñieän aùp phaàn öùng vaø ñöa theâm ñieän trôû phuï Rf vaøo maïch. Ñoäng cô chuyeån sang laøm vieäc taïi ñieåm b treân ñaëc tính bieán trôû, taïi b moment ñoåi chieàu choáng laïi chieàu quay cuûa ñoäng cô neân toác ñoä giaûm theo ñoaïn bc. Taïi c toác ñoä baèng 0, neáu ta caét phaàn öùng khoûi ñieän aùp nguoàn thì ñoäng cô seõ döøng laïi, coøn neáu vaãn giöõ ñieän aùp nguoàn ñaëc vaøo ñoäng cô vaø taïi ñieåm c moment ñoäng cô lôùn hôn moment caûn Tc thì ñoäng cô seõ quay laïi vaø laøm vieäc oån ñònh taïi ñieåm d.Ñoaïn bc treân laø ñaëc tính haõm ngöôïc. Doøng haõm ñöôïc tính : Ih = = < 0 (1.16) T = Kf Ih < 0 (1.17) Khi ñaûo chieàu ñieän aùp phaàn öùng ñeå haõm ngöôïc vaän toác laøm vieäc vaø vaän toác khoâng taûi ngöôïc chieàu nhau vaø doøng haõm ngöôïc raát lôùn vaø ngöôïc chieàu doøng laøm. Ñaëc tính cô haõm ngöôïc chieàu khi ñaûo cöïc tính ñieän aùp Vaøo maïch phaàn öùng vôùi taûi theá naêng w woâñ c 0 T Hình 1-12 : Ñaëc tính cô haõm ngöôïc baèng caùch ñaûo ngöôïc cöïc tính ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô a w0 Tc I E b d U -w0 Tc c/ Haõm ñoäng naêng: Haõm ñoäng naêng laø traïng thaùi ñoäng cô laøm vieäc nhö moät maùy phaùt maø naêng löôïng cô hoïc cuûa ñoäng cô ñaõ tích luyõ ñöôïc trong quaù trình laøm vieäc tröôùc ñoù bieán ñieän naêng tieâu taùn trong quaù trình haõm döôùi daïng nhieät. Khi ñoäng cô quay, muoán thöïc hieän haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp ta caét phaàn öùng ñoäng cô khoûi löôùi ñieän moät chieàu vaø ñoùng vaøo moät ñieän trôû haõm coøn maïch kích töø vaãn noái vôùi nguoàn nhö cuõ. Neáu nguoàn ñieän caáp cho ñoäng cô laø caùc linh kieän baùn daãn, tröôùc khi haõm ta ñieàu khieån cho doøng ñieän phaàn öùng veà 0. Sau ñoù môùi caét ñoäng cô ra khoûi nguoàn DC ñeå traùnh gaây quaù ñieän aùp, hö tieáp ñieåm ñoùng caét do doøng quaù lôùn. Maïch ñieän ñoäng cô haõm ñoäng naêng nhö hình veõ (hình 1-13): Sô ñoà ñieän khi haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp U ckt Rfk Hình 1-13 : Sô ñoà ñieän haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Rh Ih E Ñaëc tính cô haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp w woâñ2 c1 0 T Hình 1-14 : Ñaëc tính cô haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp. a w0 Tc b2 b1 Thñ2 Thñ1 woâñ1 c2 Rh1 Rh2 Doøng ñieän ban ñaàu : Ihd = = < 0 (1.19) Moment haõm ban ñaàu: T = Kf Ihd < 0 (1.20) Bieåu thöùc (1.19 ) vaø (1.20) chöùng toû Ihd vaø Thd ngöôïc chieàu vôùi toác ñoä ban ñaàu cuûa ñoäng cô khi haõm ñoäng naêng Uuw =0 neân coù caùc phöông trình ñaëc tính sau : = - Iu (1.21) = - T (1.22) Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñieän vaø ñaëc tính cô khi haõm ñoäng naêng kích töø ñoäc laäp ñöôïc bieåu dieãn treân (hình 1-13), ta cuõng nhaän xeùt raèng : Khi f =const thì ñoä cöùng ñaëc tính cô haõm phuï thuoäc vaø Rh.Khi Rh caøng nhoû,ñaëc tính cô caøng lôùn,moment haõm caøng lôùn,haõm caøng nhanh. Trong ñieàu chænh toác ñoä voøng hôû thöôøng keùm chính xaùc, khoâng oån ñònh do khoâng ñaùp öùng kòp thôøi nhöõng bieán ñoåi treân ñaëc tính cô khi yeâu caàu.Do ñoù thöôøng duøng caùc bieän phaùp ñieàu khieån coù phaûn hoài tính hieäu (doøng,aùp,toác ñoä) qua boä hieäu chænh ñeå phaùt tính hieäu ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô.Phöông phaùp ñieàu khieån töï ñoäng voøng kín. III/ NGUYEÂN LYÙ ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG – HEÄ BIEÁN ÑOÅI – ÑOÄNG CÔ : Caùc boä bieán ñoåi – ñoäng cô taùc ñoäng theo nguyeân taéc thay ñoåi thoâng soá nguoàn cuûa ñoäng cô DC hoaëc thay ñoåi taàn soá cuûa ñoäng cô AC.Khi toác ñoä cuûa ñoäng cô ñöôïc ñieàu chænh, nhôø thay ñoåi tooùc ñoä khoâng taûi lyù töôûng 0 coøn ñoä cöùng ñaëc tính cô giöõ khoâng ñoåi. Sô ñoà nguyeân lyù bieán ñoåi - ñoäng cô U õ Eb Hình 1-15 : Sô ñoà nguyeân lyù cuûa heä thoáng bieán ñoåi – ñoäng cô Boä bieán ñoåi Ikt Ñaëc tính cô cuûa heä thoáng bieán ñoåi – ñoäng cô w MI 0 Hình 1-16 : Ñaëc tính cô cuûa heä thoáng bieán ñoåi -ñoäng cô. w01 Mñm Eb 1’ 1 b Eb0 Eb(M’) Eb0 Eb1 Eb2 bm w0min wmin w'min MI Giaû söû ñaëc tính cô cuûa heä hôû coù ñoä cöùng laø b vaø khi ñieàu chænh saâu ñeán toác ñoä min sai soá tính vöôùt quaù trò soá cho pheùp S = > Scp Khi ñoù ta phaûi coù bieän phaùp oån ñònh toác ñoä, nghóa laø phaûi ñieàu chænh Eb sao cho khi taûi taêng Eb taêng ñeå buø löôïng suït toác D. Neáu nhö khoâng taûi söùc ñieän ñoäng cuûa boä bieán ñoåi laø Ebo töông öùng toác ñoä ñoäng laø 0min thì khi taûi ñònh möùc söùc ñieän ñoäng bieán ñoåi laø Eb1 phaûi taêng leân moät löôïng (Eb1 - Ebo) nhaèm buø löôïng suït toác.Nhôø ñoù ñieåm laøm vieäc khoâng phaûi laø I’ maø laø (1) töông öùng toác ñoä min. Möùc ñoä bieán ñoåi cuûa Eb phaûi ñaûm baûo sao cho = Scp Neáu ñieåm omin.vôùi ñieåm (1) ta ñöôïc ñöôøng ñaëc tính mong muoán.Phöông trình cuûa ñaëc tính naøy laø :(hình 1-16) = o - (1.23) Trong bm laø ñoä cöùng mong muoán.Noù ñöôïc xaùc ñònh theo sai soá cho pheùp bm =. Trong ñoù : D laø daõy ñieàu chænh. Giao ñieåm cuûa ñaëc tính cô mong muoán vôùi ñaëc tính cô cuûa heä môû cho ta bieát nhöõng giaù trò Eb khi thay ñoåi moment taûi . Do ñoù ta coù theå ñieàu khieån heä thoáng theo ba phöông phaùp : + Ñieàu khieån Eb theo doøng ñieän phaàn öùng. + Ñieàu khieån Eb theo ñieän aùp phaàn öùng. + Ñieàu khieån Eb theo toác ñoä ñoäng cô. Ta chæ xeùt ñieàu khieån Eb theo toác ñoä ñoäng cô trong heä thoáng boä bieán ñoåi ñoäng cô voøng kín. 1/ Ñieàu khieån theo toác ñoä ñoäng cô : Trong heä bieán ñoåi – ñoäng cô, ñaëc tính cuõng ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình ñaëc tính cô trong heä môû = - (1.24) Taïi giao ñieåm ñaëc tính cô mong muoán vôùi ñaëc tính cô naøy, toác ñoä vaø moment phaûi baèng nhau.Caân baèng hai phöông trình (1.23) vaø (1.24), ta ñöôïc : o - = - Suy ra : Eb = kfdm (1.25) Thay Ebo = kfdm o : giaù trò ñaëc cuûa söùc ñieän ñoäng boä bieán ñoåi öùng luùc khoâng taûi. M = kfdm Idm K’d = (kfdm)2 Vaøo (1.25) ta ñöôïc : Eb = Ebo – K’d Iu (1.26) Maët khaùc ta coøn coù : Iu = (1.27) Thay (1.24) vaøo (1.25), ta ñöôïc Eb = (1.28) Thay K’t vaø ñaët b’ = vaøo (1.28) E’bo = Ebo Vaø ñaët : K’t = Thì (1.28) trôû thaønh : Eb = E’bo – K’t (1.29) (Truyeàn ñoäng ñieän – trang 152 – Buøi Quoác Khaùnh, Nguyeãn Vaên Lieãu, Nguyeãn Thò Hieàn – NXB Khoa Hoïc kyõ thuaät – HaNoäi -1996 ) Ñaëc tuyeán quan heä Eb = f() öùng vôùi caùc giaù trò K’t khaùc nhau : Ñaëc tính cô Hình 1-17 : Ñaëc tính cô w 0 E’bo2 K’t = 1 T E’bo1 E’bo Eb K’t = 0 K’t = ¥ Nhö vaäy söùc ñieän ñoäng cuûa boä bieán ñoåi ñöôïc ñieàu khieån theo haøm baäc nhaát suy giaûm theo toác ñoä. Ñeå thöïc hieän phöông phaùp naøy, ngöôøi ta duøng maïch hoài tieáp aâm theo toác ñoä.Tín hieäu hoài tieáp Uht tæ leä toác ñoä ñoäng cô ñöôïc laáy töø caûm bieán vaø cho taùc duïng ngöôïc chieàu vôùi tín hieäu ñaët Udk. Theo sô ñoà nguyeân lyù heä ñieàu khieån CL – DDC voøng kín sau : Sô ñoà nguyeân lyù khi duøng hoài tieáp aâm toác ñoä U õ Eb Hình 1-18 : Sô ñoà nguyeân lyù heä CL(BBÑ) töï ñoäng voøng kín hoài tieáp aâm toác ñoä Boä bieán ñoåi Uñaëtw Kb Uhtw Töø sô ñoà treân vieát ñöôïc : Eb = Kb (1.30) Trong ñoù : = : heä soá hoài tieáp toác ñoä Kb = :heä soá khueách ñaïi boä bieán ñoåi So saùnh (1.29) vaø (1.30) ta ñöôïc : E’bo = KbUd K’t = K’d (1.31) 2/ nguyeân lyù cô cuûa heä CL(BBÑ) – DDC töï ñoäng voøng kín hoài tieáp aâm : Töø sô ñoà nguyeân lyù ta vieát ñöôïc phöông trình sau : Udk = (1.32) Eb = KbUdk (1.33) M = Kfdm Iu (1.34) Eb = E + RIu (1.35) Ñaëc Cd = giaûi phöông trình töø (1.32 ) ñeán (1.35) ta ñöôïc : = (1.36) Ñaëc tính cô cuûa (1.36) theo Kb: Ñaëc tính cô khi duøng hoài tieáp aâm 0 Hình 1- 19 : Ñaëc tuyeán cô heä DC - DDC khi duøng hoài tieáp aâm w w0 M,I Kht w Kb.Kht.w = ¥ Ta thaáy raèng toác ñoä khoâlyù töôûng trong tröôøng hôïp naøy cuõng phuï thuoäc vaøo heä soá hoài tieáp . = ñoä tính ñaëc tínhcô phuï thuoäc vaøo . b = =bm (1+KbCd ) +Khi thay ñoåi töø (0.. ¥) thì b seõ thay ñoåi töø bm ñeán ¥. + Muoán heä thoáng thoaû maõn ñieàu kieän oån ñònh toác ñoä caùc thoâng soá phaûi choïn sao cho : bkín > bm Kb = (Truyeàn ñoäng ñieän – trang 152 – Buøi Quoác Khaùnh, Nguyeãn Vaên Lieãu, Nguyeãn Thò Hieàn – NXB Khoa Hoïc kyõ thuaät – HaNoäi -1996 )