Nghiên cứu hệ thống điều khiển cân băng dosimat

Ch­¬ng II: §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu 2-1 : §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu (§M) 2-1-1 :Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: H×nh 2-1: S¬ ®å nèi d©y cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp CK§ : cuén d©y kÝch tõ (W). U­ : dßng ®iÖn ®­a vµo ®éng c¬ (V). I­ : dßng ®iÖn phÇn øng (A). E : S . ® . ® (V). R­ : ®iÖn trë d©y quÊn phÇn øng (W). Rf : ®iÖn trë phô: (W). Theo s¬ ®å h×nh 2-1 ta viÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p phÇn øng cã d¹ng: U­ = E +I­ ( R­ + Rf). Søc ®iÖn ®éng E­ cña phÇn øng cña ®éng c¬ ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: E­ = w = Kw. Trong ®ã: P : lµ sè ®«i cùc tõ chÝnh. N : sè thanh dÉn t¸c dông cña cuén d©y phÇn øng. a : sè ®èi m¹ch nh¸nh song song cña cuén d©y phÇn øng. : tõ th«ng d­íi mét cùc tõ. w : tèc ®é gãc Rad/s. K = hÖ sè cÊu t¹o cña ®éng c¬. NÕu biÓu diÔn søc ®iÖn ®éng theo tèc ®é quay n (vßng / phót). Ta cã: E­ = Ken. w = = v× vËy E­ = Fn. Trong ®ã Ke = : hÖ sè søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬: Ke = 0,105 K. Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ ta kÕt hîp víi biÓu thøc x¸c ®Þnh. Søc ®iÖn ®éng E¦ cña phÇn øng ®éng c¬ ta ®­îc ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ mét chiÒu nh­ sau: w = - .I­ §©y còng lµ ph­¬ng tr×nh quan hÖ gi÷a tèc ®é (w) vµ dßng ®iÖn. PhÇn øng cña ®éng c¬ (I­) hay lµ ph­¬ng tr×nh tèc ®é. MÆt kh¸c m« men ®iÖn tõ M®t gåm m«men c¬ häc vµ m« men ma s¸t: M®t = K I­. M®t = M + DM Trong ®ã: DM lµ lùc ma s¸t. Gi¶ thiÕt nÕu bá qua DM 0 th× M= M®t. Suy ra: I­ = Thay I­ vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn ta ®­îc ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ nh­ sau: w = - .M Gi¶ thiÕt ph¶n øng phÇn øng ®­îc bï ®ö, tõ th«ng = const th× ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn vµ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ lµ ph­¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh. H×nh 2-2 vµ h×nh 2-3 lµ ®Æc tÝnh cña chóng. w®m w0 w I®m Imn I w®m w0 w M®m Mmn I H×nh2-2: ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ H×nh2-3: ®Æc tÝnh c¬ cña ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. ®éng c¬ ®iÖn kÝch tõ ®éc lËp. Theo ®å thÞ trªn th× khi I­ = 0 hoÆc M = 0 ta cã : = w0 w0 ®­îc gäi lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng khi w = 0 ta cã: I ­ == Imn M= KImn = Mmn Imn, Mmn ®­îc gäi lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ m« men ng¾n m¹ch. 2-1-2: XÐt ¶nh h­ëng cña c¸c tham sè ®Õn ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn mét chiÒu. a) ¶nh h­ëng cña ®iÖn trë phÇn øng. Gi¶ sö : U­ = U®m = const vµ = ® = const muèn thay ®æi ®iÖn trë phÇn øng ta nèi thªm ®iÖn trë phô Rf vµo m¹ch phÇn øng. Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng lµ. w0 = = const ®é tÝnh ®Æc tÝnh c¬. = = =var TN Rf1 Rf2 Rf3 MC M w0 Khi Rf cµng lín, cµng nhá nghÜa lµ ®­êng ®Æc tÝnh c¬ cµng dèc. øng víi Rf = 0 ta cã ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. TN =- H×nh 2-4 c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi thay ®æi ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng. (Rf3 > Rf2 > Rf1) Nh­ vËy khi thay ®æi ®iÖn trë phô Rf ta ®­îc mét hä ®Æc tÝnh c¬ biÕn trë. øng víi mét phô t¶i Mc nµo ®ã, nÕu Mc cµng lín th× tèc ®é ®éng c¬ cµng gi¶m. Ng­êi ta th­êng sö dông ph­¬ng ph¸p nµy ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn vµ ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ phÝa d­íi tèc ®é c¬ b¶n. b) ¶nh h­ëng cña ®iÖn ¸p phÇn øng. Gi¶ sö khi tõ th«ng = ®m = const. Khi thay ®æi ®iÖn ¸p theo h­íng gi¶m so víi U®m ta cã tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: w0 = = var §é cøng cña ®Æc tÝnh c¬:= const Nh­ vËy khi thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ ta ®­îc mét hä ®­êng ®Æc tÝnh c¬ song song víi ®­êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn. Nh­ h×nh vÏ 2-5 ta thÊy r»ng: w0 U®m TN w0 w1 w2 w3 MC U3 U2 U1 M H×nh 2-5: c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ (U3<U2 <U1 <U®m). Khi thay ®æi ®iÖn ¸p (gi¶m ¸p ) th× m« men ng¾n m¹ch, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cña ®éng c¬ gi¶m vµ tèc ®é ®éng c¬ còng gi¶m øng víi phô t¶i nhÊt ®Þnh. Dã ®ã ph­¬ng ph¸p nµy còng ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn khi khëi ®éng. c) ¶nh h­ëng cña tõ th«ng: Gi¶ sö U­ = U®m = const. Muèn thay ®æi tõ th«ng ta thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ Ikt cña ®éng c¬. Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng: §é cøng ®Æc tÝnh c¬: =var Do cÊu t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn, thùc tÕ th­êng ®iÒu chØnh gi¶m tõ th«ng nªn khi tõ th«ng gi¶m th× w0 sÏ t¨ng, cßn sÏ gi¶m ta cã mét hä ®­êng ®Æc tÝnh c¬ ë h×nh vÏ 2-6 víi w0 t¨ng dÇn vµ ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ gi¶m dÇn khi gi¶m tõ th«ng. w02 w01 w0 f2 f1 f®m Inm I w02 w01 w0 f2 f1 f®m TN Mnm Mnm1 Mnm M w a) b) H×nh 2-6: ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn (a), ®Æt tÝnh c¬ (b) cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp khi gi¶m tõ th«ng. Ta thÊy r»ng khi thay ®æi tõ th«ng th×: Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: Imn = = const. M« men ng¾n m¹ch: Mmn = K. Víi d¹ng m« men phô t¶i Mc thÝch hîp víi chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ khi gi¶m tõ th«ng th× tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lªn ( H×nh 2-6b). 2-2 : Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬. H×nh 2-7: S¬ ®å khèi vµ s¬ ®å thay thÕ ë chÕ ®é x¸c lËp Eb : lµ S . ®. ® cña bé biÕn ®æi. Rb : ®iÖn trë bé biÕn ®æi. R­ : ®iÖn trë ®éng c¬. E­ : S .® .® cña ®éng c¬. w0max wmax w0min wmin M®m Mnm min Eb3 Eb2 Eb1 Eb®m w M,I §Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng cña ®éng c¬ th× tõ th«ng nªn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ còng kh«ng ®æi, cßn tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng th× tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k cña hÖ thèng do ®ã cã thÓ nãi ph­¬ng ph¸p nµy lµ triÖt ®Ó. H×nh 2-8 X¸c ®Þnh ph¹m vi ®iÒu chØnh. §Ó x¸c ®Þnh ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ thèng bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ b¶n, lµ ®Æc tÝnh øng víi ®iÖn ¸p phÇn øng ®Þnh møc vµ tõ th«ng còng ®­îc gi÷ ë gi¸ trÞ ®Þnh møc. Tèc ®é nhá nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ m« men khëi ®éng khi m« men t¶i lµ ®Þnh møc th× c¸c gi¸ trÞ lín nhÊt vµ nhá nhÊt lµ: wmax =w0max- wmin =w0min- Ph­¬ng ph¸p nµy gäi lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh d­íi c¬ b¶n hay d­íi ®Þnh møc (®iÒu chØnh tõ d­íi w0min ®Õn M®m). + Sai sè tèc ®é: Khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng th× ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ toµn d¶i ®iÒu chØnh lµ nh­ nhau, do ®ã ®é sôt t­¬ng ®èi sÏ ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh. S% =.100% = .100% + TÝnh m« men cho phÐp Mcf: Trong suèt qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng th× tõ th«ng kÝch tõ ®­îc gi÷ nguyªn kh«ng ®æ do ®ã m« men t¶i cho phÐp cña hÖ sÏ lµ kh«ng ®æi. Mcf = K = h»ng sè kh«ng phô thuéc vµo . VËy Mcf (w) = const. Mcf (w) = Mc(w). Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng lµ rÊt thÝch hîp víi t¶i cã m« men kh«ng ®æi trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. 2-3 : HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn chØnh l­u- ®éng c¬. Trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn chØnh l­u ®iÒu khiÓn - §éng c¬ mét chiÒu(CL - §), bé biÕn ®æi ®iÖn lµ m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn cã S®® Ed phô thuéc vµo gi¸ trÞ pha xung ®iÒu khiÓn (gãc ®iÒu khiÓn). chØnh l­u cã thÓ lµ nguån ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng hoÆc dßng ®iÖn kÝch thÝch ®éng c¬. ChÕ ®é lµm viÖc cña chØnh l­u phô thuéc vµo ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn vµ vµo c¸c tÝnh chÊt cña t¶i, trong truyÒn ®éng ®iÖn t¶i cña chØnh l­u th­êng lµ cuén kÝch tõ (L-R) hoÆc lµ m¹ch phÇn øng ®éng c¬ (L- R- E). ChÕ ®é dßng liªn tôc: Khi dßng ®iÖn chØnh l­u nÕu lµ liªn tôc th× søc ®iÖn ®éng chØnh l­u lµ nh÷ng ®o¹n h×nh sin nèi tiÕp nhau, gi¸ trÞ trung b×nh cña søc ®iÖn ®éng chØnh l­u s¬ ®å chØnh l­u 3 pha ®­îc tÝnh nh­ sau: Ed == Ed = Ed0. cosa = U2 cosa = 1,17 U2cosa. C«ng thøc trªn ®óng víi s¬ ®å chØnh l­u h×nh tia víi s¬ ®å h×nh cÇu 3 pha th× ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i lµ Ed0 =U2. Ed = 2,34 U2 . cosa. Víi s¬ ®å cÇu mét pha ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i ®­îc tÝnh lµ: Ed0U2= 0,9U2 ChÕ ®é dßng gi¸n ®o¹n: HiÖn t­îng gi¸n ®o¹n dßng ®iÖn chØnh l­u xÈy ra do n¨ng l­îng ®iÖn tõ tÝch luü trong m¹ch khi dßng ®iÖn kh«ng ®ñ duy tr× tÝnh chÊt liªn tôc cña dßng ®iÖn khi nã gi¶m. Lóc nµy gãc dÉn cña van trë lªn nhá h¬n 2p/p dßng ®iÖn nµy qua van trë vÒ 0 tr­íc khi van kÕ tiÕp b¾t ®Çu dÉn trong kho¶ng dÉn cña van th× S.®.® chØnh l­u b»ng S.®.® cña ®éng c¬ ®iÖn. ed =UL, 0£ q £ a 0+ a Khi dßng ®iÖn b»ng 0 , S.®.® chØnh l­u b»ng S.®.® cña ®éng c¬ ®iÖn. ed = E, a 0+ a < q £ 2 HiÖn t­îng chuyÓn mach: Khi ph¸t xung nh»m ®Ó më mét hoÆc hai van th× ®iÖn ¸p an«t cña pha ®ã ph¶i d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña pha cã van trong ®ang dÉn (®iÖn ¸p nguån kh«ng ®æi dÊu), do ®ã mµ dßng ®iÖn cña nhãm van ®ang dÉn gi¶m dÇnvÒ 0, cßn dßng ®iÖn cña van kÕ tiÕp sÏ t¨ng dÇn lªn do cã ®iÖn c¶m trong m¹ch, mµ qu¸ tr×nh xÈy ra tõ tõ. Cïng t¹i mét thêi ®iÓm cã c¶ c¸c van ®Òu dÉn dßng vµ chuyÓn m¹ch gi­a c¸c van (hiÖn t­îng trïng dÉn) do cã qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn ®iÖn ¸p chØnh l­u nã kh«ng ®­îc ®Ñp nh­ tr­íc n÷a mµ nã thay ®æi d¹ng ®iÖn ¸p (bÞ mÐo ®i) dÉn ®Õn ®iÖn ¸p chØnh l­u bÞ suy gi¶m mét l­îng lµ DUg trÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh ®­îc tÝnh cho s¬ ®å tia 3 pha: DUg = XaId Xa = wLa = 2La S¬ ®å cÇu 3 pha: DUg = XaId S¬ ®å cÇu 1 pha: DUg = XaId VËy sau khi cã hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch th× ®iÖn ¸p chØnh l­u ®­îc tÝnh tæng qu¸t theo c«ng thøc: Ed = Ed0 cosa - D Ug 2-4: S¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha. H×nh 2-9: s¬ ®å nguyªn lý chØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha. Nguyªn lý lµm viÖc: ë nöa chu kú ®Çu cña ®iÖn ¸p nguån U2 xoay chiÒu th× (+) ë A vµ ë (-) B, Thyrist¬ cã ®iÒu kiÖn ®Ó dÉn dßng. T¹i thêi ®iÓm q =q1 cho xung ®iÒu khiÓn vµo cùc G cña T1, T3 lóc nµy T1, T3 dÉn dßng, dßng ®iÖn ®­îc khÐp kÝn tõ (+) A T3 Ld Zt T1 (-) B. ë nöa chu kú sau th× ®iÖn ¸p nguån ®æi dÊu (+) ë B, (-) ë A Hai Thyrist¬ nµy tù nhiªn bÞ kho¸ l¹i v× UL =0 vµ Thyrist¬ T2, T4 cã thÓ dÉn. T¹i thêi ®iÓm q =p+a ta cho xung ®iÒu khiÓn më vµo cùc G cña T2, T4 dÉn ®Õn T2,T4 më cho dßng ®iÖn ch¹y qua, dßng ®iÖn ®­îc ®i tõ +B ®T2 ®Ld ®Zt ®T4 ®-A kú sau th× nguyªn lý l¹i ng­îc l¹i ®­îc lÆp l¹i nh­ ban ®Çu. Tuú theo tÝnh chÊt cña t¶i mµ dßng Id cã thÓ lµ liªn tôc hoÆc gi¸n ®o¹n. T¶i thuÇn trë R. a q Ud p+a p q1 q 2pHEÄ THOÁNG p q1 id iT1,3 q1 p q q iT2,3 2pHEÄ THOÁNG p+a q H×nh 2-10: §å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn chØnh l­u cÇu 1 pha khi t¶i lµ R Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i Ud = (1+cosa) Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i Id = Khi q = q1 cho xung ®iÒu khiÓn T1,T3 :Ud = UL hai Tirist¬ nµy sÏ tù nhiªn bÞ kho¸ l¹i khi UL = 0 , Khi q = p+a cho xung ®iÒu khiÓn më T2 vµ T4 : Ud = UL Dßng t¶i Id lµ dßng gi¸n ®o¹n v× Id cã kho¶ng thêi gian b»ng kh«ng. T¶i trë c¶m (R + L) Dßng t¶i qua T1 ,T3 ë thêi ®iÓm (p+p) lµ ch­a gi¶m vÒ 0 khi hai van nµy kho¸ l¹i v× do tÝnh ®iÖn c¶m cña m¹ch Nh­ vËy dßng t¶i sÏ tiÕp tôc tån t¹ivµ chuyÓn sang hai van võa më ra T2,T4 v× thÕ ta cã chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc v× víi mäi thêi ®iÓm ®Òu cã Id > 0 Ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i sin qd q= Rid + x qdq= gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p t¶i lµ Ud = gi¸ trÞ trung b×nh cña van ITB = Ta cã ®å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p dßng ®iÖn ë h×nh (2-11) p a 2pHEÄ THOÁNG Ud q iT1,3 id iT2,4 p+p q1 p+a 2pHEÄ THOÁNG q1 p+a 2pHEÄ THOÁNG q q q1 p+a q1 q H×nh 2-11: ®å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn chØnh l­u cÇu 1 pha khi t¶i lµ (R - L) HiÖn t­îng chuyÓn m¹ch: gi¶ thiÕt khi T1,T3 ®ang më cho dßng ®iÖn ch¶y qua , iT1,3 = Id khi q = q2 cho xung ®iÒu khiÓn më T2, T4 v× sù cã mÆt cña Ld nªn dßng TT1,3 kh«ng thÓ gi¶m ®ét ngét tõ Id xuèng 0, mµ dßng iT2,4 còng kh«ng thÓ t¨ng ®ét ngét tõ 0 ®Õn Is . Lóc nµy th× c¶ 4 Tirist¬ còng më cho dßng ch¶y qua gäi lµ hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch (trïng dÉn), phô t¶i bÞ ng¾n m¹ch, Ud = 0 nguån eLcòng bÞ sinh ra dßng ng¾n m¹ch ic . Ta cã ph­¬ng tr×nh: NÕu chuyÓn gãc to¹ ®é tõ 0 sang q2 ta cã ic = ®Æt ic = ic1+ ic2 víi ic1= ic2= ic1 lµm t¨ng dßng trong T4 vµ lµm gi¶m dßng trong T3. ic2 lµm t¨ng dßng trong T2 vµ lµm gi¶m dßng trong T1. iT1,3 =Id - do hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch nªn ®iÖn ¸p chØnh l­u bÞ suy gi¶m 1 l­îng DUg DUg = khi Ld ¹ 0, gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i sÏ lµ: q a U2 q2 q3 Ud 0 g iT1 q a id id iT2 0 U’d = Ud - víi Ud = H×nh 2-12a: s¬ ®å nguyªn lý tr­êng hîp trïng dÉn H×nh 2-12b: ®å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn tr­êng hîp trïng dÉn.