Tài liệu Giáo trình thiết kế thiêt bị điều khiển

Giíi ThiÖu Chung -TB ®iÒu khiÓn lµ hÖ tù ®éng côc bé VD : - M¸y ph¸t : Th«ng sè cÇn ®iÒu khiÓn U,f a) - æn ¸p : U - §éng c¬ : I,M,W Suy ra néi dung : -ThiÕt lËp s¬ ®å nguyªn lÝ thiÕt bÞ -TÝnh chän phÇn tö trong hÖ -TÝnh to¸n hÖ thèng Bµi 1 C¸c lo¹i thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ( TBT§ ) PhÇn tö ®iÒu khiÓn Bé biÕn ®æi PhÇn tö CH Ph¶n håi Ph©n lo¹i theo nhiÒu dÊu hiÖu kh¸c nhau VD : - HÖ duy tr× x®Æt = const - HÖ tuú ®éng x®Æt bÊt k×,ngÉu nhiªn - HÖ ph¬ng tr×nh x®Æt hµm cho tríc Suy ra chØ häc vÒ c¸c hÖ ®iÒu khiÓn § ( hÖ duy tr× ).Tõ ®©y suy ra c¸c hÖ kh¸c. BµI 2 C¸c bíc tÝnh to¸n thiÕt kÕ 1 thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn  Yªu cÇu thiÕt kÕ - §¸p øng ®îc c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ cho tríc. + XuÊt ph¸t tõ ®Þa chØ sö dông § ( dïng ®Ó lµm g× ) + ChØ tiªu, sè liÖu c«ng nghÖ : VD : P, w, D, Ik® , dw/dt.  S¶n phÈm - S¬ ®å cña thiÕt bÞ ( hÖ thèng ). - Chän ®îc, chÕ ®îc c¸c phÇn tö trong hÖ - Th«ng sè vµ ®Æc tÝnh lµm viÖc cña hÖ. VD : x®max , x®min ,x®Æt dm ,xramax ,x®m . §Æc tÝnh c¬, ®Æc tÝnh qu¸ ®é hÖ thèng ®iÖn. 1  C¸c bíc tÝnh to¸n : 1. LÊy sè liÖu : t×m hiÓu yªu cÇu tæng thÕ. - Sè liÖu m¸y s¶n xuÊt (Mc (Fc), Vm¸y ) suy ra I, W®c, P®c - Yªu cÇu c«ng nghÖ. - Sè liÖu nguån ®iÖn. - Nh÷ng yªu cÇu kh¸c ( kinh tÕ, n¨ng lùc vèn, m«I trêng…) 2. TÝnh chon § - TÝnh chän P®, W§ ®m, lo¹i §, cÊp ®iÖn ¸p,chÕ ®é phô t¶i… 3. Dù kiÕn ( thiÕt kÕ s¬ bé ) s¬ ®å nguyªn lÝ chung cña hÖ thèng (hë, kh«ng tù ®éng ) VD: ®éng c¬ mét chiÒu ,chän hÖ CL_§ c«ng suÊt 100kW suy ra CL 3fa cÇu_§ c«ng suÊt 1kW suy ra CL 1fa cÇu_§. §a ra mét s¬ ®å suy ra so s¸nh suy ra chän. (kÕ thõa: dùa vµo nh÷ng hÖ ®· cã, lÊy t¬ng tù ). 4. TÝnh chän c¸c phÇn tö trong s¬ ®å ( chñ yÕu § ®· chän tríc (bíc 2 ) suy ra ta chän biÕn ®æi phÇn tö ®iÒu khiÓn),cã thÓ 2 phÇn nµy lµ mét. 5. tÝnh to¸n c¸c th«ng sè vµ ®Æc tÝnh tÜnh cña hÖ tù ®éng ( tÝnh to¸n tÜnh ). a ,lËp s¬ ®å tù ®éng ( cã kh©u ®Æt tÝn hiÖu ph¶n håi c¸c tÝn hiÖu ®Çu ra vµ c¸c tÝn hiÖu trung gian).dù kiÕn lo¹i hÖ rù ®éng. - HÖ duy tr× cã sai sè tÜnh (hÖ tÜnh ). - HÖ phi tuyÕn. b ,TÝnh to¸n hÖ sè ph¶n håi vµ chän c¸c phÇn tö trong m¹ch ph¶n håi. c ,Dùng ®îc c¸c ®Æc tÝnh vµo ra cña phÇn tö ®iÒu khiÓn hoÆc cña bé biÕn ®æi. d ,Dùng ®Æc tÝnh tÜnh cña hÖ tù ®éng. e ,§¸nh gi¸ chÊt lîng tÜnh cña hÖ. - C¸c th«ng sè biªn cña hÖ. - §é chÝnh x¸c duy tr× ®¹i lîng ®îc ®iÒu khiÓn. - §. Th«ng sè biªn: x®Æt ®m (U®Æt ) suy ra W®m , I®m U®m.,Uphi (®m). x®Æt max <=> xmax. x®Æt min <=> xmin. ð §é chÝnh x¸c quan t©m nhÊt lµ ss tèc ®é  w% = wo.u®m.100% /w lµ cho tríc tõ yªu cÇu c«ng nghÖ. f ,kiÓm nghiÖm c¸c sè liÖu ®· tÝnh ë trªn. NÕu chÊt lîng khång ®¹t yªu cÇu th× ph¶I chän l¹i hoÆc tÝnh l¹i c¸c th«ng sè trªn. + Xph, kph. + HÖ sè khuÕch ®¹i cña hÖ thèng. k  = kbd.k®.bpt®k (thêng ®Ó ph¸t triÓn chÊt lîng th× b t¨ng ) VD :khi chÊt lîng (tÜnh) thÊp th× ph¶I t¨ng bph 6. TÝnh to¸n ®éng lùc hÖ tù ®éng a, ThiÕt lËp s¬ ®å chøc n¨ng hÖ tù ®éng b, ViÕt hµm truyÒn cña c¸c phÇn tö vµ t×m hµm truyÒn cña hÖ tù ®éng. c, Kh¶o s¸t ®é æn ®Þnh tÜnh cña hÖ tù ®éng (dùa vµo c¸c tiªu chuÈn xÐt æn ®Þnh). 2 d, §èi víi trêng hîp kh«ng æn ®Þnh tÝnh to¸n chän kh©u hiÖu chØnh ( cã thÓ dïng c¸c ph¬ng ph¸p gi¸n tiÕp). e, Dùng ®Æc tÝnh qu¸ ®é x = f(t) /xdat=const,®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu chÊt lîng ®éng. - Sè lÇn dao ®éng. -  xmax. - xmax  xmax% =  xmax.100%/x ≤ 60%. BµI 2 TÝnh to¸n c«ng suÊt § ®iÒu chØnh - Gån hai lo¹i § : + Lo¹i § kh«ng ®iÒu chØnh :chØ lµm viÖc ë mét cÊp ®é. + Lo¹i cã ®iÒu chØnh :lµm viÖc ë nhiÒu cÊp kh¸c nhau, tèc ®é ®îc ®iÒu chØnh b»ng ®iÖn. *, Tríc hÕt tÝnh to¸n c«ng suÊt yªu cÇu ®Ó chän § ( th«ng thêng ) lo¹i kh«ng ®iÒu chØnh cho kÕt qu¶ c¸c th«ng sè ®Þnh møc cña §. *, KiÓm nghiÖm theo ®iÒu kiÖn ®iÒu chØnh. => Chän s¬ bé § ð kiÓm nghiÖm theo ®iÒu kiÖn ph¸t nãng, qu¸ t¶I, khëi ®éngð kiÓm nghiÖm theo ®iÒu kiÖn ®iÒu chØnh. 1. Lý thuyÕt ph¸t nãng vµ lµm nguéi cña §. - TÝnh to¸n nhiÖt ®é § khi lµm viÖc, nhiÖt ®é cho phÐp cña vËt liÖu c¸ch ®iÖn trong §. - §ãng ®iÖn víi c«ng suÊt c¬ Pc ð Trong ®éng c¬ tæn thÊt  p.  p = Pc . 1   ð G©y ra nhiÖt ®é theo hµm mò ( thay nhiÖt ®é b»ng  (  t) hay nhiÖt sai ) 3  = -(  b®-  o®)e-t/Tn Tn :hÖ sè thêi gian nhiÖt.   C Tn = A  o® o® A :hÖ sè t¶n nhiÖt cña D  = C :nhiÖt dung riªng cña D Pc nn Pc Pc Pc1 Ng¾t §ãng t t1 t2 4 p p1 t T1 T2 T3 Chia ra c¸c kho¶ng thêi gian t1, t2, t3 - Trong t1 ;  o® = P1   b®1  (t) t¨ng =0 to®3=p3 p   to®2=p2 to®1=p1 - Trong t2 :  o®2 = P 2   b®2 = c1 5 ,  2(t) t¨ng - Trong t3 :  o®3 = P 3   b®2 = c2 ,  3(t) gi¶m Khi Pc(t) lµ ®êng nhiÒu bËc   (t) lµ mét ®êng r¨ng ca. ë ®ã xuÊt hiÖn  max   cp víi  cp lµ nhiÖt sai cho phÐp cña §, ®îc quyÕt ®Þnh bëi vËt liÖu c¸ch ®iÖn. - Nõu Pc (t) víi t ®ñ dµI   max ;  tb  chän c«ng suÊt § cã thÓ theo 1 trong 2 th«ng sè nµy   (t)  Pc(t) 2, Ph©n lo¹i ®å thÞ phô t¶I : 3lo¹i - DµI h¹n - Ng¾n h¹n - Ng¾n h¹n lÆp l¹i  T¬ng øng 3 chÕ ®é lµm viÖc cña § §Ó chän c«ng suÊt § c¨n cø vµo chÕ ®é lµm viÖc, lo¹i phô t¶i 3, VD : TÝnh chän c«ng suÊt § cho tait dµI h¹n ( dïng § cho chÕ ®é lµm viÖc dµI h¹n ). Gi¶ thiÕt cã mét phô t¶I dµI h¹n biÕn ®æi Pc(t) Pc(t) Pc2 Pc3 Pc1 t t1 t2 t3 *, Bíc 1: Chän s¬ bé § ( nguån ®iÖn cÊp ®iÖn ¸p, yªu cÇu ®Ó dù kiÕn ® ) - TÝnh to¸n c«ng suÊt trung b×nh Pctb =  Pci.ti Chän P®m = 1,1  1,3 Pctb  ti  Mci.ti  Tra ra P - Cã trêng hîp ®å thÞ phô t¶I cho theo m« men Mc = f(t) Mctb =  ti Chän M®m  1,1  1,3 Mctb  Cã § cïng c¸c sè liÖu cÇn thiÕt “®å thÞ phô t¶I tÜnh” Th«ng sè P®m, M®m, I®m, Mmax, J 6 *, Bíc 2: KiÓm nghiÖm § theo ®iÒu kiÖn ph¸t nãng - X©y dùng ®å thÞ phô t¶I toµn phÇn ( ®å thÞ phô t¶I chÝnh x¸c ) gåm phô t¶I tÜnh( Pc, Mc )c¸c phô t¶I xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é (Mk®,Mh·m)  T¬ng øng víi lo¹i c«ng suÊt ®ãng. HoÆc ph¶I hiÖu chØnh c¸c kho¶ng thêi gian do ¶nh hëng cña c¸c thêi gian qu¸ tr×nh qu¸ ®é . dw dw dw ( qua hÖ M-Mc=  M= +Mc) dt dt dt  Kh«ng hoÆc kh¸c xa ®å thÞ Mc=f(t) Pc=f(t)  x¸c ®Þnh l¹i c«ng suÊt hoÆc m«men §  kiÓm nghiÖm l¹i c«ng suÊt §. M®éng - J Pc(M) Pc2 Pc3 J t t1 t2 J t3 *, KiÓm nghiÖm l¹i c«ng suÊt § theo c¸c ph¬ng ph¸p sau : a, ph¬ng ph¸p tÝnh tæn thÊt ttrung b×nh, tõ ®å thÞ phô t¶I toµn phÇn vµ quan hÖ  = f(p)  vÏ quan hÖ  p=f(t)  Ptb=  Pci.ti   ti  Ptb   P®m   so s¸nh  P®m cña §  tb   cp  ph¬ng ph¸p nµy t¬ng ®èi chÝnh x¸c vÊn ®Ò lµ ph¶I biÕt  =f(t) b, Ph¬ng ph¸p dïng ®¹i lîng ®¼ng trÞ v×  Pi,  Ptb ,  P®m phô thuéc vµo I2  M2  P2  Pi  I2 ,  P®m  I2®m M®¼ng trÞ =  Mi.Mi.ti  ti  M®t  M®m 7  P®¼ngtrÞ= Pi.Pi.ti  ti  P®t  P®m Chó ý: Trong mét sè trêng hîp khi cã ®ñ sè liÖu hoÆc do yªu cÇu tÝnh to¸n cã ®é chÝnh x¸c cao nguêi ta cã thÓ suy tõ ®å thÞ phô t¶I tÝnh tÜnh ( Pc, Mc )vµ phô t¶I ®éng § ®Ó lËp nªn ®å thÞ phô t¶I toµn phÇn theo dßng ®iÖn I=f(t). I®t=  Ii.Ii.ti  ti I®t  I®m *, KiÓm nghiÖm theo ®iÒu kiÖn qu¸ t¶I vµ khëi ®éng MmaxD  Mcmax trong ®ã ®éng c¬ 1 chiÒu : MmaxD= (2  2,5)M®m §CK§B cã: MmaxD ; Mth=x.M®m  0,81Mth nÕu xÐt ®Õn kh¶ n¨ng qu¸ t¶I 10% §C§B coc : Mmax ; (2  2,5)M®m  Mcmaxtrong c¸c m¸y c¬ khÝ = 2 M®m  Mk®  Mco víi Mco m«men c¶n lóc m¸y kh«ng quay. §a sè m¸y c¬ khÝ Mco  M®m T¶I nÆng nh m¸y vËn chuyÓn, m¸y ma s¸t nhít Mco  M®m §éng c¬ 1 chiÒu : Mk® ; (2  2,5)M®m §CK§B : Mk®=Mnm=bM.Mk® *, Bíc 3: KiÓm nghiÖm § ®· chän theo ®iÒu kiÖn ®iÒu chØnh nhiÖt ®é - Tiªu chuÈn kiÓm nghiÖm : §èi víi § ®· chän ë trªn ®iÒu kiÖn tho¶ m·n yªu cÇu nhiÖt ®é lµ : ®Æc tÝnh momen t¶I cho phÐp § ph¶I phï hîp víi ®Æc tÝnh m¸y s¶n xuÊt Mccp(w) ; Mc(w) a, Mc(w) lµ ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt - Cã 4 d¹ng Mc = wq q=0 q=1 q=2 q=-1 - q0=0 ®Æc tÝnh cÇn trôc q=1 ®Æc tÝnh ma s¸t nhít q=-1 ®Æc tÝnh m¸y tiÖn q=2 ®Æc tÝnh qu¹t giã. 8 b, §Æc tÝnh m«men t¶I cho phÐp cña §, Mccp = f(w).Mccp :m«men t¶I cho phÐp cña §. - §Þnh nghÜa : m«men t¶I cho phÐp lµ m«men sinh ra khi dßng ®iÖn trong m¹ch b»ng dßng ®iÖn ®Þnh møc.  NÕu ®Æt trªn trôc § m«men c¶n Mc=Mccp  dßng ®iÖn I®=I®m.  NÕu ®iÒu chØnh tèc ®é lµm viÖc cña § wlv=w®m  Mccp=M®m NÕu wlv  w®m vµ I=I®m th×  Mccp  ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh. - Nãi chung mçi lo¹i § vµ mçi ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh cho ta 1 quan hÖ Mccp = f(w). *, §èi víi §C1C: M= k.I.  Mccp=k.  .I®m  §iÒu chØnh b»ng ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng u=u®m=const Rt=R+Rf=var  =  ®m = const   Mccp = b. .I®m= Mk®= const  kh«ng phô thuéc vµo w. w Mccp M Mdm Phï hîp víi t¶I cÇn trôc  Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p phÇn øng víi : u=var; Rt=const;  =  ®m = const.   Mccp=k.I®m. ®m= M®m=const.  Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tõ th«ng víi: u=u®m =const ; Rt=R = const ;  = var.  M= k. I®m.  biÕn thiªn. Xem k.  phô thuéc vµo w tõ ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p m¹ch phÇn øng ta cã: 9 w Mccp Mccp Mdm U= E + I.R U®m= E + I®m.R = k.  .w + I®m.R Do I®m.R nhá nªn bá qua. k = Udm A Udm.Idm B =  Mccp=  w w w w w Mccp Phï hîp víi t¶I m¸y tiÖn *, §èi víi m¸y ®iÖn xoay chiÒu: ph¬ng ph¸p thay ®æi: f, u(stato), Rf. 2 M= 3I 2 .R 2 t w0 .s Mccp= 3I22®m.R2t/ w0.s 10  Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn: R2t R2t=const ; s =const = 2 Mccp = 3I 2 dm .R2 t w0 .s = R2t S dm R2t= Rf + R2 A s w S=0 S=1 Mccp  Phï hîp víi t¶I qu¹t giã *, Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh f: Lóc thay ®æi f ®Ó ®iÒu chØnh w th× ®Òu kÕt hîp víi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p  M th = const ( Mc= M®m ) Mc  u1 biÕn thiªn theo 2 dÊu hiÖu : tÇn sè vµ m«men trªn trôc § u*1= f*. M c* = f*. W *q VD : Mc = const ( t¶I cÇn trôc ) cã u1*=f*  u1 =const f  Lu«n lu«n ®¹t ®îc tiªu chuÈn Mccp(w) phï hîp Mc(w) MthD(w) phï hîp Mc(w) 11 w w Mth=const M Mc=const  Sù phï hîp gi÷a Mccp(w) vµ Mc(w) w Mmax wmax Mccp wmin Mccp Mmin Mc Mc Phï hîp Toµn d¶I ®Òu cã D= Mccp ; Mc I=I®m Kh«ng phï hîp wmax ` wmin §¹t ®îc ®iÒu kiÖn I= I ®m t¹i w=w1 ;  = cp ; § ®Çy t¶i w>w1 ;MccpI®m qu¸ t¶i wMc  In®m ) th× gi¶m Icp ( tuú lo¹i § ) 2, Nh÷ng d¹ng s¬ ®å h¹n chÕ dßng ®iÖn §1C - Tuú theo môc ®Ých cÇn h¹n chÕ dßng ®iÖn nµo vµ lo¹i hÖ truyÒn ®éng mµ ta cã s¬ ®å rªng (cã nh÷ng s¬ ®å dïng chung cho tÊt c¶ môc ®Ých h¹n chÕ I) VD: Khëi ®éng §1C tõ w=0 tíi w®m ( s¬ ®å h¹n chÕ Ik®); hÖ cã § ®ãng vµo u=u®m ;  =  ®m trong c¸c lóc b¾n tù ®éng hoÆc hÖ ®iÒu khiÓn r¬le dïng ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng (3  5) cÊp 1G 2G u RDC k kt  Dïng c«ng t¾c t¬ 1G vµ 2G vµ bé r¬le thêi gian kÌm theo. Khi ho¹t ®éng k ®ãng (E) víi toµn bé Rf Uu  2  2,5 I®m Ru  Ruf Khi k më  Rth k®  tÝnh trÔ (<1s). sau ®ã 1G ®ãng  c¾t 1 phÇn ®iÖn trë. VD2 : Khëi ®éng vµ t¨ng tèc tõ  = 0   lv   lv> ®m ( trêng hîp § cã ®iÒu chØnh  , lóc lµm viÖc  <  ®m  viÖc khëi ®éng x¶y ra qua 2 g® G§1 :nh trªn , khëi ®éng tõ  =0   ®m víi  ®m , u=u®m , Ruf=(3  Ik®=Ik®max= 5)cÊp c¾t dÇn tíi 0. G§2 :Khi t¨ng tèc khi  = ®m , chuyÓn sang giai ®o¹n 2.(cho tÝn hiÖu gi¶m  (I t¨ng vµ vît I®m))  CÇn cã kh©u h¹n chÕ I . 13 k u 1G 2G RDC 1G 2G u RDC k 11 2 kt R R 3 4 Start RDC 5 k 6 7 8 1Rth k 9 2Rth 10 1G 12 11 1Rth 14 13 2Rth 2G Rss 16 Trong c¶ giai ®o¹n 1 R vµ 13-16 th«ng, Rss (  =  ®mmax)kÕt thóc giai ®o¹n mét 2G ®ãng  Rss mÊt ®iÖn. Vµo giai ®o¹n 2  gi¶m mµ w cha t¨ng t¬ng øng. I= U u  kw t¨ng  Rnt  R Ru  R¬le t¸c ®éng theo kiÓu xung 3, S¬ ®å h¹n chÕ dßng ®iÖn § trong c¸c B§_§ tù ®éng vßng kÝn - PhÇn lín c¸c hÖ thêng gÆp lµ vßng kÝn. 14 - H/s I trong c¸c truêng hîp : khëi ®éng, h·m, ®æi chiÒu, qu¸ t¶I, ng¾n mach. Thêng chØnh ®Þnh cho kh©u h¹n chÕ dßng ho¹t ®éng trong mét kho¶ng. Ing  I  Idõng Ing dßng ®iÖn phÇn øng ë giíi h¹n qu¸ t¶I nguy hiÓm Ing=1,5  1,7I®m Idg Dßng ng¾n m¹ch cho phÐp Idg=Icp=2  2,5 I®m HÖ B§_§ : +, F_§ +,CL_§ gåm CL liªn tôc vµ CL b¨m xung F D Cam bien dong Khau han che dong F Upi=IuRdo=KpiIu Dng Udat Ung=Upi-U0 - M¸y ph¸t : Ud = kf Uf = kf kcl Udk ChØnh Lu : Ud= ud=udo cos  = kfudk 15 Ud  Udk ®Ó hiÖu chØnh I  Udk = f(I)  ThÓ hiÖn b»ng m¹ch ph¶n håidßng ®iÖn (phÇn ©m ) - T¹o ra ®Æc tÝnh r¬le theo tÝn hiÖu (®Ó ng¾t dßng) Uping Iu §Æc tÝnh r¬le ( ng¾t dßng ) ®îc thÓ hiÖn nhê tæ hîp( Dnd, U0 ) - HÖ sè ph¶n håi dßng: Kpi= U pi Iu = Rdo Chän U0= kpi.Ing *, Khi I - Xem thêm -