37
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY BẰNG
BIẾN TẦN ÁP MỘT PHA

Khi nói đến hệ thống điều chỉnh tự động, người ta thường quan tâm đến
ba vấn đề: Đối tượng điều khiển, phương pháp điều khiển và thiết bị điều
khiển. Đối tượng điều khiển là động cơ không đồng bộ một pha, phương pháp
điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổ
i tần số nguồn
cung cấp là phương pháp điều khiển. Còn các bộ biến tần và các thiết bị phụ
khác là thiết bị điều khiển.
3.1 Hệ thống điều khiển mạch vòng kín
Hệ thống điều khiển mạch vòng kín được sử dụng rất rộng rãi trong dân
dụng cũng như trong công nghiệp. Trong dân dụng chúng ta gặp các hệ thống
ổn định nhiệt độ bàn là, tủ lạnh… Trong kỹ thuật chúng là những hệ thống ổn
địnhnhiệt độ trong các lò nung, lưu lượng trong các đường ống dẫn, điện áp ra
của máy phát điện…Sơ đồ nguyên lý của hệ thố
ng điều khiển mạch vòng kín
ổn định tốc độ được biểu diễn trên Hình 3.1

Hình 3.1 Mạch vòng ổn định tốc độ
ĐTĐK là đối tượng điều khiển
TBĐK là thiết bị điều khiển
u là tín hiệu đặt đầu vào
y là tín hiệu đầu ra
e là sai lệch
u
đk
là tín hiệu điều khiển

trong khoảng thời gian dt. Từ thông đi qua một mạch là một hàm số có dạng:
Φ(x) =Φ
o
(x).F(x) (3.2)
Trong đó x là biến số của vị trí thay đổi theo đường thẳng hoặc vị trí
theo góc quay.
Mọi sự thay đổi giữa nguồn từ thông ( phần cảm) và mạch có từ thông
đi qua (phần ứng) sẽ làm suất hiện trong mạch một suất điện động có biên độ

39
tỷ lệ với tốc độ dịch chuyển. Suất điện động này chứa đựng tín hiệu trong nó
tín hiệu ra của cảm biến.

o
dF(x) dx
e=-
dx dt
φ
(3.3)
Các loại cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý này đặc trưng là tốc độ
kế một chiều (máy phát tốc), tốc độ kế xoay chiều (máy phát đồng bộ). Hình 3.1 Tốc độ kế một chiều Hình 3.2 Máy phát đồng bộ

Phương pháp đo tốc độ theo nguyên lý đếm xung
Các cảm biến theo nguyên lý này có vật trung gian thường dùng là đĩa

D1 các tụ lọc và IC LM7805 để ổn nguồn 5V
- Ba cặp thu phát hồng ngoại tương ứng với ba vị trí các quạt bố trí trên
hệ thống. Nhiệm vụ của của cặp thu phát này là cảm nhận được vị trí thay đổi
của
điểm sáng.

41
- Một LM234 là IC khuyếch đại thuật toán trong nó bao gồm 4 mạch so
sánh như Hình vẽ 3.3.
Sử dụng để so sánh với giữa tín hiệu đặt ở đầu vào không đảo và tín
hiệu đo được từ cảm biến đặt vào đầu đảo. Hình 3.3 IC khuyếch đại thuật toán LM234

42

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến quang

- Một IC74HC04 là IC gồm 4 cổng NOT mục đích của việc đưa thêm
cổng NOT vào để tăng tính ổn định đồng thời thuận lợi cho việc đưa tín hiệu
vào vi xử lí.
Ngoài ra còn sử dụng một số các linh kiện khác như các biến trở dùng
để đặt các giá trị. Các điện trở dùng để hạn chế dòng và các đèn LED để báo
hiệu có tín hiệu hay không.

43
Trên sơ đồ Hình 3.4 có đưa ra ba đầu ra ứng với ba cảm biến. Do trong
mô hình hệ thống thí nghiệm sấy có ba vị trí dùng quạt. Mỗi quạt có một cảm
biến để đo tốc độ của quạt, do đó cần ba đầu ra cảm biến.

mạch so sánh sẽ được đặt và điều chỉnh bởi các biến trở ở đây đặt U
+
≈ 2V.
Lúc này U
+
> U
-
nên ở đầu ra so sánh sẽ có một điện áp U
ra
≈ 5V.
Ngược lại, khi mà tấm phản xạ lệch khỏi vị trí đối diện với phần phát
lúc này tia phản xạ lệch khỏi phần thu nên giá trị điện trở của phần thu gần
như bằng vô cùng. Vì vậy điện áp đặt vào đầu đảo của bộ so sánh sẽ xấp xỉ
bằng điện áp nguồn nuôi của nó U
-
≈ 5V.
Lúc này thì U
+
< U
-
nên ở đầu ra sẽ có mức thấp U
ra
≈ 0V.

44
Như vậy mỗi lần có tia phản xạ đi qua thì ở đầu ra mạch so sánh sẽ cho
ra một xung điện áp có biên độ xấp xỉ 5V và tần số phụ thuộc vào tần số quạt
được tính theo công thức:
f = p.N (3.5)
Ở đây p = 1, N = 2800 vòng/phút → f = 2800 xung/phút.

đó không khí trong buồng trộn được thổi vào hai ống sấy II và III với một tốc
độ đặt trước nhờ điều khiển tốc độ của quạt gió.
3.3.1 Hàm truyền của đối tượng điều khiển
a) Phương pháp xây dựng hàm truyền cho đối tượng điều khiển