Tài liệu Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KÝ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ BÍCH NGA NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. VÕ QUANG LẠP PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Thị Bích Nga học viên lớp cao học khóa 18 chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Hiện nay tôi đang công tác tại khoa Điện - Trường Cao đẳng nghề số 1 - BQP. Xin cam đoan: Đề tài “ Nâng cao chất lượng hệ chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán” dưới sự hướng dẫn của PGS - TS Võ Quang Lạp là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều được ghi trong danh mục tham khảo, không sử dụng tài lệu nào khác mà không được ghi trong danh mục. Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luân văn đúng như trong đề cương và yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy PGS - TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyền động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán” đã được hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Khoa sau đại học, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Tác giả Nguyễn Thị Bích Nga iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ ii LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................................... iv .................................................................................................................................... DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI ...................................... ix MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN ...................................................................... 2 1.1. Ứng dụng hệ truyền động nhiều động cơ trong máy sản xuất ............................. 2 1.2. Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều động cơ ............................................. 2 1.2.1. Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại ...................................................... 2 1.2.2. Đặc tính phụ tải của chuyển động trục cán trong dây chuyền cán liên tục .............. 3 1.3. Phân tích và chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thô ................................................................................................................................ 9 1.3.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ) ............................ 9 1.3.2. Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ) .......... 10 1.3.3. Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ không đồng bộ (BT - ĐKĐB) 11 1.4. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 12 CHƯƠNG II: TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHO TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ................................ 13 2.1. Xây dựng hệ truyền động cho dây chuyền cán thô ............................................ 13 2.2. Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB cho hệ truyền động trong dây chuyền cán thô .............................................................................................................................. 14 2.2.1. Mô tả động cơ KĐB ba pha dưới dạng các đại lượng vector không gian ............. 14 2.2.2. Các phương pháp biến đổi các đại lượng điện của động cơ KĐB từ hệ tọa độ của vectơ không gian (a,b,c) về các hệ tọa độ khác .................................................. 16 v 2.2.3. Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ ..................................................... 16 2.2.4. Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ .............................. 18 2.2.5. Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) .. 21 2.2.6. Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB .............................................................. 25 2.2.7. Mô phỏng hệ truyền động ............................................................................... 28 2.3. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 31 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH LỰC CĂNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ ............................... 32 3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 32 3.2. Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng với bộ RT dùng PID tuyến tính ............ 32 3.2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ ổn định lực căng ................................................................. 32 3.2.2. Tổng hợp mạch vòng....................................................................................... 33 3.2.3. Mô phỏng hệ ổn định lực căng ........................................................................ 34 3.3. Nâng cao chất lượng hệ điều khiển ổn định lực căng trong hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô ........................................................................................... 38 3.3.1. Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi .............................. 39 3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song. ............. 47 3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 70 PHỤ LỤC I ............................................................................................................... 71 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB TỪ HỆ TỌA ĐỘ CỦA VECTƠ KHÔNG GIAN(a,b,c) VỀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ KHÁC........................................................................................................................ 71 PHỤ LỤC 2 ............................................................................................................... 81 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ .................................. 81 PHỤ LỤC 3 ............................................................................................................... 86 TÍNH TOÁN CÁC THỐNG SỐ ............................................................................... 86 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại 3 Hình 1.2 Mô hình cán liên tục 4 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô 4 Hình 1.4 Đặc tính phụ tải của quá trình cán thô 5 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán tinh 6 Hình 1.6 Đặc tính phụ tải của quá trình cán tinh 7 Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ máy cán nối cứng trục 7 Hình 1.8 Sơ đồ nối cứng trục 8 Hình 1.9 Đặc tính phụ tải khi nối cứng trục cán với hai động cơ 8 Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ 8 Hình 1.11 Hệ truyền động F - Đ 10 Hình 1.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ 10 Hình 1.13 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ trong chế độ cán thô dùng BT - ĐKĐB 11 13 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ 14 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ 20 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ 21 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông roto (d,q) Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ bằng thiết bị biến tần Sơ đồ cấu trúc chi tiết của hệ thống TĐĐ sử dụngbiến tần và động cơ KĐB 22 24 25 vii Hình 2.8a Hình 2.8b Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá của hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ Sơ đồ cấu trúc rút gọn của hệ thống điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ 26 27 Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống 28 Hình 2.10 Sơ đồ mơ phỏng cấu trúc của hệ thống Matlab Simulink 29 Hình 2.11 Đáp ứng tốc độ đầu ra của hệ thống 30 Hình 2.12 Đáp ứng dòng điện đầu ra của hệ thống 30 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ truyền động lực căng 32 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ ổn định lực căng 33 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh lực căng 34 Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 35 Hình 3.5 Quan hệ giữa Δφ và ω 38 Hình 3.6 Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ 39 Hình 3.7 Sơ đồ bộ điều khiển mờ động 40 Hình 3.8 Điều chỉnh hệ số khuếch đại 41 Hình 3.9 Bộ điều khiển theo mô hình mẫu 41 Hình 3.10 Bộ điều khiển tự chỉnh 42 Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu 43 Hình 3.12 Sơ đồ khối MRAS dựa trên lý thuyến Lyapunov cho đối tượng bậc nhất 44 Hình 3.13 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 45 Hình 3.14 Cấu trúc của phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 46 Hình 3.15 Điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi 47 Hình 3.16 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai đầu vào 47 Hình 3.17 Định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến vào ra 48 Hình 3.18 Luật hợp thành tuyến tính 48 Hình 3.19 Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính 50 viii Hình 3.20 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp thành 50 Hình 3.21 Các vùng trong ô suy luận 51 Hình 3.22 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 55 Hình 3.23 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 55 Hình 3.24 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đàu ra và hệ số tích phân sai lệch đầu vào 56 Hình 3.25 Sơ đồ khối mờ cơ bản 57 Hình 3.26 Các luật hợp thành 61 Hình 3.27 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 62 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình P1.1 Hình P1.2 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thích nghi Các tín hiệu đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V. Sai lệch tốc độ giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và bộ điều khiểnPID Hệ tọa độ vectơ khong gian (a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên stator (α,β) Hệ tọa độ cố định trên stator (,) và hệ tọa độ cố định trên 62 64 66 70 72 rotor (x,y) Biểu diễn vector dòng điện rotor trên hệ tọa độ cố định stator Hình P1.3 (,) và hệ tọa độ cố định rotor (x,y) 73 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định stator Hình P1.4 (,) và hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 75 Hình P2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện 80 Hình P2.2 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 82 Hình P2.3 Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ 83 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI PID : Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) T-Đ : Hệ truyền động Thysistor - động cơ điện một chiều FT : Máy phát tốc F-Đ : Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều BT - ĐKĐB : Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ không đồng bộ BT : Biến tần KĐB : Không đồng bộ MRAFC : Model Reference Adaptive Fuzzy Controller (bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu) FLC : Fuzzy Logic Control (hệ logic mờ ) 1 MỞ ĐẦU Trong thực tế, nhiều máy sản xuất có yêu cầu chuyển động công suất lớn hoặc những yêu cầu công nghệ chuyển động của máy sản xuất thì người ta thường dùng điều khiển chuyển động bằng nhiều động cơ. Những chuyển động này khi làm việc thì điều chỉnh tốc độ có thể là công suất không đổi và mô men thay đổi hoặc khi điều chỉnh tốc độ thì công suất thay đổi và mô men không đổi hay có trường hợp trong quá trình làm việc tốc độ không đổi và mô men thay đổi. Với những điều kiện cụ thể của máy sản xuất như vậy thì chuyển động nhiều động cơ là một yêu cầu cần thiết. Từ những yêu cầu trên, đề tài luân văn được nghiên cứu và chọn một hướng chuyển động của nhiều động cơ thích hợp để khảo sát và tính toán, đồng thời nâng cao chất lượng của hệ điều khiển chuyển động này. Với cách đặt vấn đề như vậy nên đề tài luận văn được chọn là: ”Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán ” Nội dung luận văn được chia làm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động nhiều động cơ ứng dụng chuyển động trục cán Chương 2: Tổng hợp hệ truyền động nhiều động cơ ứng dụng cho truyền động trong dây chuyền cán thô Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng trong hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô Kết luận và kiến nghị Thái Nguyên, ngày tháng Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Nga năm 2018 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN 1.1. Ứng dụng hệ truyền động nhiều động cơ trong máy sản xuất Trong công nghiệp, hệ truyền động nhiều động cơ được ứng dụng trong hai trường hợp: - Trường hợp thứ nhất: Máy sản xuất có công suất lớn và rất lớn, trường hợp này nếu dùng một động cơ thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn như: khó khăn trong quá trình lắp đặt, quả trình sửa chữa hay khởi động động cơ. Vì vậy, trong trường hợp phụ tải lớn và rất lớn thì người ta hay sử dụng nhiều động cơ sẽ khắc phục được nhược điểm của hệ dùng một động cơ công suất lớn và rất lớn. - Trường hợp thứ hai: Từ yêu cầu công nghệ của máy sản xuất hệ điều khiển chuyển động phải dùng nhiều động cơ. Đó là hệ điều khiển chuyển động trong dây chuyền cán kim loại, các hệ điều khiển chuyển động trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, vv.... Trong hệ truyền động nhiều động cơ có thể dùng một loại động cơ, song các động cơ này phải có cùng một đặc tính cơ để quá trình làm việc phụ tải sẽ được cân bằng trong các động cơ truyền động, trường hợp này được dùng trong hệ điều khiển chuyển động có yêu cầu điều khiển chất lượng thấp, phụ tải không biến động, không điều chỉnh tốc độ. Đối với những hệ điều khiển chuyển động phức tạp thì phải dùng hệ truyền động chất lượng cao mới thỏa mãn được các yêu cầu của máy sản xuất. Hệ thống điều khiển chuyển động trục cán kim loại thuộc hệ điều khiển chuyển động này. 1.2. Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều động cơ 1.2.1. Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại có dạng như hình vẽ 1 Trong vùng (1) máy làm việc với chế độ tải Mc nặng, vận tốc cắt gọt thấp 0 ≤ Vc ≤ Vgh. Việc điều chỉnh tốc độ trong vùng (1) phải đảm bảo để M = Mc = 3 const. Công suất Pc biến thiên. Nếu dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp, từ thông không đổi. Pc Mc Mc Pc (1) 0 Vmin (2) Vgh Vmax Vc Hình 1.1: Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại Trong vùng (2) máy sản xuất làm việc với phụ tải Mc bé, tốc độ Vc lớn, Vc càng tăng thì Mc càng giảm, còn Pc không đổi. Nếu dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập để truyền động, khi máy sản xuất làm việc ở vùng (2) việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φgh ≤ Φ ≤ Φđm. Đại bộ phận máy sản xuất làm việc với đặc tính phụ tải theo hai vùng riêng biệt, song cũng có những máy tùy theo công nghệ gia công làm việc cả hai vùng đặc tính phụ tải. Ví dụ, truyền động chính máy tiền cơ năng khi gia công mặt đầu, ban đầu đường kính vật lớn, máy làm việc trong vùng (1), qua quá trình tiện đường kính vật giảm nhỏ dần máy sản xuất chuyển sang vùng (2). Trong máy gia công kim loại có một hệ truyền động rất quan trọng đó là truyền động cho dây chuyền cán nóng liên tục, hệ truyền động này thường gặp trong những máy cơ khí luyện kim. Vì vậy, phần tiếp theo của luận văn này chúng ta sẽ nghiên cứu loại truyền động này. 1.2.2. Đặc tính phụ tải của chuyển động trục cán trong dây chuyền cán liên tục Mô hình dây chuyền cán liên tục được vẽ như hình vẽ 2 4 Hình 1.2: Mô hình cán liên tục Dây chuyền chuyển động này có các chế độ làm việc như sau: a) Chế độ cán thô Ở chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và điều chỉnh lực căng để đồng tốc được thực hiện ở mạch phần ứng động cơ một chiều. Sơ đồ truyền động dùng hệ Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ) như sau: + FT2 Uc d   - + R Ri Rt M2 Bộ CL FT1 M1 V1’ V1 V2’ (1) Lx V2 + U - (2) Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô * Giới thiệu sơ đồ M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2 RT: Bộ điều chỉnh lực căng R: Bộ điều chỉnh tốc độ Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện FT1, FT2: Hai máy phát tốc 5 * Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc Khi các trục cán đồng tốc với nhau thì tín hiệu bộ điều chỉnh lực căng bằng 0 và không có tín hiệu ở đầu ra. Trong quá trình làm việc nếu giữa các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì đầu vào bộ điều chỉnh lực căng RT xuất hiện tín hiệu U và có tín hiệu ở đầu ra. Tín hiệu này đưa đến bộ R và tới Ri làm thay đổi tín hiệu Udk khi tới bộ biến đổi, bộ biến đổi sẽ điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ M2 dẫn đến thay đổi tốc độ của trục cán hai đồng tốc với tốc độ của trục cán một thì tín hiệu vào RT = 0. Chế độ này trục cán làm việc giai đoạn đầu của quá trình cán. Mc lớn, hệ thống trục cán làm việc trong vùng (1) của đặc tính phụ tải (Hình 1.1). Cụ thể được minh họa ở hình 1.4. Pc Mc Mc Pc (1) 0 (2) Vgh Vc Hình 1.4: Đặc tính phụ tải của quá trình cán thô b) Chế độ cán tinh Ở chế độ cán tinh, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và đồng tốc được thực hiện bởi mạch kích từ. Sơ đồ truyền động dùng hệ T - Đ như sau: 6 M FT -n Ud + Ri ư R Cct Rikt RT Imin Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán tinh * Giới thiệu sơ đồ M: Động cơ truyền động RT: Bộ điều chỉnh lực căng R: Bộ điều chỉnh tốc độ Riư: Bộ điều chỉnh dòng điện Rikt: Bộ điều chỉnh dòng kích từ FT: Máy phát tốc * Nguyên lý điều chỉnh tốc độ Trong sơ đồ này, bộ điều chỉnh lực căng RT có thể làm việc hoặc không làm việc. Khi giữa các trục xảy ra hiện tượng đồng tốc thì bộ điều chỉnh lực căng không làm việc. Khi đó hai vòng phản hồi là phản hồi âm tốc độ và phản hồi dòng điện phần ứng sẽ kết hợp để thực hiện đồng tốc, còn mạch vòng dòng điện kích từ để ổn định dòng kích từ cho động cơ khi điện áp dao động. Sự thay đổi dòng kích từ phải có giới hạn cố định Imin để chỉ cho phép giảm từ thông tới một giá trị nào đó. 7 Khi giữa các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì bộ điều chỉnh lực căng RT làm việc, để tự động điều chỉnh đồng tốc cho các trục cán. Ở chế độ này, sau khi cán thô vật liệu chuyển sang cán tinh, Mc nhỏ, bề mặt trơn bóng. Khi Mc bé, máy làm việc với Vc lớn. Hệ thống truyền động trục cán làm việc ở vùng (2) của đặc tính phụ tải (Hình 1.1). Cụ thể được thể hiện ở hình 1.6. Pc Mc Pc (1) 0 Mc (2) Vgh Vc Hình 1.6: Đặc tính phụ tải của quá trình cán tinh c) Chế độ cán nối cứng trục động cơ với trục cán Trường hợp trục cán truyền động nối cứng trục với hai động cơ, có nghĩa là quá trình cán tốc độ hai động cơ truyền động cho trục cán không đổi, song khi phụ tải thay đổi cần điều chỉnh để cân tải cho hai động cơ truyền động. Sơ đồ công nghệ của chế độ cán nối cứng trục được minh họa ở hình 1.7. Giá cán 2 Giá cán 1 Giá cán 4 Giá cán 3 Giá cán 6 Giá cán 5 Phôi thép Đ1 Đ2 Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ máy cán nối cứng trục Sơ đồ nguyên lý của chế độ cán nối cứng trục được thể hiện trên hình vẽ 1.8. 8 ĐC1 ĐC2 Tải Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý nối cứng trục Đặc tính phụ tải được minh họa như hình 1.9. Vc A 0 Mc M Hình 1.9: Đặc tính phụ tải khi nối cứng trục cán với hai động cơ Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ được thiết kế như hình vẽ 1.10. Tốc độ đặt (-) BĐK Tốc độ . I1 . βI2 (-) e2 I1 βI2 (-) e1 SVF1 Luật TN SVF2 βI2 (-) I1 (-) BĐK Dòng điện 1 BĐK Dòng điện 2 BBĐ1 BBĐ2 ĐC1 ĐC2 β I2 UA UB UC Tải UA UB UC FT Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ 9 Nguyên lý làm việc tự động điều chỉnh mômen như sau: Bộ điều khiển PID mạch vòng tốc độ bên ngoài chung cho cả 2 động cơ với thông số cố định, hai bộ điều khiển PID mạch vòng dòng điện bên trong riêng cho 2 động cơ, bộ điều khiển dòng điện động cơ 1 với thông số cố định, tín hiệu ra của bộ điều khiển này là tín hiệu mẫu, thông số bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2 được hiệu chỉnh dựa trên sai lệch về dòng điện giữa 2 động cơ (Hình 1.10). Nói một cách khác, bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2 là bộ điều khiển thích nghi được thiết kế dựa trên mô hình mẫu được tạo bởi bộ điều khiển dòng động cơ thứ nhất cùng một phần thông số của động cơ đó. Với cấu trúc này trong quá trình vận hành, dòng điện động cơ thứ nhất được xem là dòng mẫu, động cơ thứ 2 luôn bám dòng động cơ 1 với sai số nhỏ nhất. Có nghĩa phần ứng động của cả hai động cơ luôn bằng nhau. Từ các chế độ truyền động cho trục cán ở trên đã phân tích, trong bản luận văn này chọn chế độ cán nóng thô để tiếp tục nghiên cứu và khảo sát. 1.3. Phân tích và chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thô Như trình bày ở trên, chế độ cán thô thường có mômen cản lớn, trong quá trình cán việc điều khiển tốc độ thì mômen là không đổi và và công suất thay đổi, phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn lắm. Với đặc điểm điều khiển phụ tải như trên thì trong thực tế chúng ta thường gặp những hệ thống truyền động như sau: 1.3.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ) Hệ thống này về mặt công suất và khả năng điều chỉnh tốc độ hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu của truyền động cán thô. Cụ thể là quá trình điều chỉnh tốc độ thì từ thông kích từ động cơ không đổi và điều chỉnh vận tốc thông qua kích từ của máy phát, trong hệ thống kín cũng đảm bảo được chất lượng của hệ truyền động. Song, nhược điểm lớn của hệ này là ồn, hiệu suất thấp và quá trình quá độ lớn vì vậy hệ thống này ngày nay không còn được sử dụng. Sơ đồ hệ F - Đ như hình vẽ 1.11 10 ~ ~ ĐK I UKĐ ωF F UF = UĐ iKĐ Đ M ω iKF Uđku MSX UKf ~ Hình 1.11: Hệ truyền động F - Đ 1.3.2. Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ) Ngày nay việc ứng dụng hệ truyền động một chiều T – Đ với mạch vòng phản hồi kín nhằm đảm bảo tốt các chi tiêu tĩnh và động, hệ thống T - Đ ngày càng được sử dụng phổ biến, rộng rãi, nó có khả năng ứng dụng cho hệ truyền động có công suất nhỏ đến công suất lớn. Ưu điểm của hệ này là khắc phục được nhược điểm của hệ F - Đ ở trên,việc khắc phục nhược điểm của hệ F - Đ là nhờ ưu điểm của việc ứng dụng bộ Thysistor, cụ thể là: bộ biến đổi T - Đ có hiệu suất lớn, vì vậy hệ thống này đang được sử dụng nhiều trong thực tế. Cấu trúc hệ thống điều khiển T – Đ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện như hình vẽ 1.12 Hình 1.12: Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ. 11 Trong đó: VF, VR: Hai bộ chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược. Bằng cách điều khiển các nhóm van trong bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra các chế độ dừng, quay thuận, quay ngược của động cơ... RI, Rω: Các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ nó có nhiệm vụ tổng hợp và tạo ra điện áp điều khiển đưa tới các mạch phát xung. Bằng cách lựa chọn các lượng phản hồi, lượng đặt các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ Rω và bộ điều chỉnh dòng điện RI thích hợp sẽ đảm bảo chất lượng của hệ thống ở chế độ tĩnh và động. GVF, GVR: Thiết bị phát xung cho hai bộ chỉnh lưu có điều khiển VF, VR. U*n, Un : Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước và điện áp phản hồi tốc độ quay. U*i, Ui : điện áp ứng với dòng điện cho trước và điện áp phản hồi dòng điện. 1.3.3. Hệ thống truyền động vecto biến tần – động cơ không đồng bộ (BT - ĐKĐB) Hiện nay hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc được sử dụng rất rộng rãi. Sơ đồ khối của hệ truyền động này được thể hiện như hình vẽ 1.13 Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần. Trong sơ đồ này có 2 mạch vòng phản hồi đó là: - Mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ để ổn định tốc độ trong sơ đồ khâu lấy tín hiệu tốc độ là dùng máy phát tốc (FT).