Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Chơng 7
hệ thống điều khiển tự động
Đ7.1. các nguyên tắc điều khiển tự động
Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay
đổi hành trình làm việc của cơ cấu sản xuất ...
Xuất phát từ chế độ làm việc của HT ĐKTĐ: khởi động,
chuyển đổi tốc độ, hãm, đảo chiều, dừng máy ...
Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn
định, chính xác cao, an toàn ... và kinh tế.
Từ đó cần có những nguyên tắc ĐKTĐ để thực hiện đợc
các yêu cầu trên, đồng thời tự động hạn chế các đại lợng cần hạn
chế: dòng điện cho phép, mô men cho phép, tốc độ cho phép,
công suất cho phép, ...
7.1.1. Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian
7.1.1a. Nội dung
Có đồ thị khởi động ĐM
đl
với 2 cấp điện trở phụ:
Trang 202
- Trên hình 7-1, trình bày đặc tính khởi động: (I


1gi
gi
1gi
gi
ciụ
M
M
ln
MM
J
M
M
ln
J
M
M
lnTt
++
+
++


=

==
(7-1)
I

XL

0 I
c
I
2
I
1
I

0 t
1
t
2
t
3
t
Hình 7 - 1: Các đặc tính cơ và quá độ khi khởi động
2
- Thời gian chỉnh định của rơ le thời gian để thực hiện gia
tốc từ tốc độ thứ i đến tốc độ thứ i+1 là:
1
TN
t
cđ
= t
qđ
- t
o
(7-2)
2) Nguyên lý làm việc:
* Khởi động động cơ:
Trang 204
- Đóng các cầu dao 1CD, 2CD, dẫn đến cuộn dây rơ le thời
gian 1RTh(11-10) có điện, tiếp điểm 1RTh(13-15) mở ra, đảm
bảo cho các cuộn dây công tắc tơ 1G(15-10), 2G(17-10) không có
điện, và nh vậy các điện trở phụ R
f1
, R
f2
, sẽ đều tham gia
trong mạch phần ứng.
- ấn nút M thì cuộn dây K(9-10) có điện, các tiếp điểm
K(1-3), K(6-8) đóng lại, dẫn đến động cơ Đ đợc khởi động với
toàn bộ điện trở phụ trong mạch phần ứng: R
f

= R
f1
+ R
f2
,
theo đặc tính 1. Tiếp điểm K(7-9) đóng lại để duy trì cho công tắc
tơ K khi thôi ấn M. Các tiếp điểm K(1-3), K(6-8) đóng lại, làm
cho cuộn dây 2RTh(4-6) có điện, tiếp điểm 2RTh(15-17) mở ra,
đảm bảo cho cuộn dây 2G(17-10) không có điện.
K(5-11) mở, K(5-13) đóng, làm 1RTh(11-10) mất điện, sau
thời gian chỉnh định của 1RTh ( t

U
2
f

+


=

(6-3)
* Phơng trình đặc tính quá trình quá độ khi khởi động:
Trang 205
Hình 7 - 2: Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ thời gian
K
1
1RTh
1CD
+U
L
1
3 2
K
4
G G2
68
K
2RTh CKT
Đ
L
1

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
=
XL
+ (
bđ
+
XL
).e
-t/Tc
(7-4)
M = M
c
+ (M
1
- M
c
).e
-t/Tc
(7-5)
* Thời gian khởi động:
t

2RTh: t
cđ.2RTh
= t
kđ.2
- [t
(2G)
] (7-8)
Vì [t
(K)
, t
(1G)
, t
(2G)
] << t
kđ
, nên: t
cđ
t
kđ
. Đồ thị: hình 7 -31.
7.1.1c. Nhận xét
1) ảnh hởng của mômen tải M
c
(khi U
L
=const, R= const):
- Ví dụ: Có đồ thị khởi động ĐM
đl
với 2 cấp điện trở phụ:
- Khi M

1
<
1
),
tức là cấp 1 ở điểm b
1
thì đã hết thời gian chỉnh định của RTh nên
phải chuyển sang cấp 2, tức sang điểm c
1
, cứ nh vậy chuyển đổi
từ d
1
sang e
1
, v.v... Nh vậy, khi khởi động mà M
c
(hay I
c
) tăng
lên, sẽ dẫn đến quá tải, hay quá dòng cho phép.
Trạng thái phần tử
1RTh
) / (M
1
- M
c
) (7-11)
2) ảnh hởng của mô men quán tính J (hay GD
2
):
- Khi J tăng thì T
c
cũng tăng và nh vậy
b1
,
d1
, ... giảm,
tơng tự trờng hợp M
c
tăng.
T
c
= J.(
XL
-
bđ
) / (M
1
- M
c
) (7-12)
Trang 207

XL

1


1
2
1
d
b
e
e
c
c
a
I
c
I

c
I
2
I

2
I
1
I

1

c
= const, R = const):
- Đối với động cơ điện một chiều:
Khi U
L
giảm thì
0
= (U
L
/ K) cũng giảm xống, nếu phụ
tải M
c
= const thì mô men động cơ sẽ giảm, gia tốc giảm, quá
trình quá độ sẽ kéo dài (hay thời gian khởi động, hãm, ... tăng).
Nếu giữ cho
0
= const thì mô men M = KI const, và
dòng điện I sẽ tăng, có thể I > I
cp
.
- Đối với động cơ không đồng bộ: f = const, M U

, U
L
, ..., nên có thể vợt quá trị số cho phép, cần phải có
biện pháp bảo vệ.


o
U
L
= U
L.đm

o

U
L
< U
L.đm M
M
c
M
2
M
1

Hình 7-5: Sự ảnh hởng của điện áp lới bị giảm
7.1.2. Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ
d e

(t)
b

c

I
2
I(t) I
c a 0 I
c
I

FT
, loại này hay dùng đối với động cơ điện một chiều.
- Đối với động cơ không đồng bộ, thờng kiểm tra tốc độ
gián tiếp theo sức điện động rôto và tần số rôto.
Tại những tốc độ cần điều khiển (
1
,
2
, ...), các rơ le kiểm
tra tốc độ hoặc kiểm tra điện áp FT, E
rôto
, f
rôto
, sẽ tác động tạo ra
tín hiệu điều khiển.
7.1.2b. Các mạch điển hình:
* Mở máy 2 cấp tốc độ động cơ điện một chiều:

* Mỗi công tắc tơ gia tốc (1G, 2G, ...) đợc chỉnh định với
một trị số điện áp hút nhất định tơng ứng với mỗi cấp tốc độ nhất
định nh ở


.R

< U
h.1G
(hoặc 2G); (6-13)
Trang 210
- Đến tại =
1
thì:
U
1G
= K
1
+ I
2
.(R

+ R
f2
) = U
L
- I
2
.R
f1
= U
h.1G
; (7-14)
1G tác động, ngắn mạch R

L
= cosnt, với I
2
= const, và R
f1
= R
f2
,
ta có các điện áp hút của các công tắc tơ : U
h.1G
= U
h.2G
.
Nh vậy có thể chọn các công tắc tơ gia tốc cùng loại, chỉnh
định ít.
7.1.2c. Nhận xét
1) Ưu điểm: Phơng pháp ĐKTĐ theo tốc độ dùng ít thiết
bị, khí cụ điều khiển vì có thể chỉ dùng công tắc tơ chứ không cần
tác động thông qua rơle nên đơn giản, rẻ tiền.
2) Nhợc điểm: Thời gian quá độ và thời gian hãm phụ
thuộc M
c
, J, U
L
, t
o
của R, dây quấn
, làm thay đổi quá trình quá độ (nh
khi U
L

1G
+ CKT -
R
f2
R
f1
I

E
2G
1G
Hình 7-7: Nguyên tắc ĐKTĐ mở máy 2 cấp ĐM theo tốc độ