Bài giảng Truyền động điện - Chương 3: Điều khiển vòng kín động cơ DC

Nội dung text: Bài giảng Truyền động điện - Chương 3: Điều khiển vòng kín động cơ DC

1. Chương 3 ĐiỀU KHIỂN VÒNG KÍN ĐỘNG CƠ DC 1
2. Hệ thống điều khiển vòng kín động cơ một chiều Nguồn * w + Khâu hiệu VI + Khâu hiệu Vđk Mạch Bộ biến đổi chỉnh chỉnh kích - - w iư Cảm biến dòng Mạch lọc + - Động cơ Mạch lọc Máy phát tốc 2
3. Hàm truyền động cơ DC kích từ độc lập Mc(s) - Vd(s) E(s) Iư(s) w(s) 1 Ru + 1 B K +  s +1 - u M(s)  ms +1 K 3
4. Hàm truyền động cơ DC kích từ độc lập Xét với Mc = 0: E(s) I (s) M(s) Vd(s) 1 R ư 1 B w(s) u K +  s +1 - u  ms +1 K J  = : thời hằng cơ của động cơ m B Ru  u = : thời hằng điện từ của động cơ Lu 4
5. Hàm truyền động cơ DC kích từ độc lập Xét với Mc = 0: Hệ thống trên có thể rút gọn thành: Vd(s) Iư(s) w(s) ksmm1( + 1) km2 ( m1s + 1)  ms +1 RBu  m1 = 2 (KRB+) u K km = 2 (KRB+) u B km1 = 2 (KRB+) u K km2 = B 5
6. Hàm truyền Bộ biến đổi & Khâu hiệu chỉnh Hàm truyền bộ biến đổi: V V đk Mạch a d Bộ biến đổi Vsd () kích = kbd (g) Vsdk () Hàm truyền khâu hiệu chỉnh: Khâu tỉ lệ (P): Ghc () s= K1 K2 kshc(1+ hc ) Khâu tỉ lệ-tích phân (PI): Ghc () s= K1 + = ss hc 6
7. Hệ thống điều khiển vòng kín Xét với Mc = 0 và tín hiệu đặt w*: Vòng dòng điện V w* + +I Vd(s) ks( + 1) Iư(s) k w(s) K K mm1 m2 - I bđ - ( m1s + 1)  ms +1 Khâu hiệu chỉnh Khâu hiệu chỉnh có bão hòa tỉ lệ (P) (P hoặc PI) KhtI Kft 7
8. Hệ thống điều khiển vòng kín Xét với Mc = 0 và tín hiệu đặt w*: Vòng dòng điện V I (s) w* + I ư k w(s) K m2 - IC  ms +1 Khâu hiệu chỉnh có bão hòa (P hoặc PI) Kft 8
9. Hệ thống điều khiển vòng kín Tác dụng của vòng điều khiển dòng điện: Isu () 1 ==kIC VI() s k htI Khi có sai lệch nhiều giữa tín hiệu đặt và tín hiệu hồi tiếp của vòng tốc độ, ngõ ra khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ sẽ đạt giá trị lớn nhất VIm. Khi đó, vòng điều khiển dòng điện sẽ duy trì dòng phần ứng động cơ ở giá trị: Ium= k IC VIm Vậy, có thể hạn chế dòng phần ứng ở mức cho phép bằng cách tính chọn giá trị phù hợp cho kIC và VIm. 9
10. Hệ thống điều khiển vòng kín Xét với tín hiệu đặt w*= 0 và Mc : KhtI Mc(s) * - E(s) - w(s) w + Vd 1 Ru + 1 B Khâu HC K K + P hoặc PI I bđ K + us+1 M(s) ms+1 - - Iư(s) K Kft 10
11. Hệ thống điều khiển vòng kín Xét với tín hiệu đặt w*= 0 và Mc : Mc(s) - w(s) Khâu HC + 1 B -1 K P hoặc PI KKft htI M(s) ms+1 Tốc độ ở ngõ ra w(s) lúc này biểu thị độ sụt tốc của động cơ khi mang tải Mc 11
12. Tác dụng của khâu hiệu chỉnh P lên vòng điều khiển tốc độ ▪ Vòng điều khiển tốc độ sử dụng khâu hiệu chỉnh tỉ lệ (P) với hệ số khuếch đại kw ▪ Gọi tốc độ đặt của hệ thống là w* ▪ Tốc độ không tải của động cơ: kft kw k m2 k IC wwo = * 1+ kft kw k m2 k IC ▪ Độ sụt tốc khi mang tải Mc: M w = − c K kw kft k IC ▪ Tốc độ động cơ khi mang tải: kft kw k m2 k IC M c w= wo − w = w * − 1+kft kww k m2 k IC K k k ft k IC 12
13. Tác dụng của khâu hiệu chỉnh PI lên vòng điều khiển tốc độ ▪ Vòng điều khiển tốc độ sử dụng khâu hiệu chỉnh tỉ lệ -tích phân (PI) ▪ Gọi tốc độ đặt của hệ thống lả w* ▪ Tốc độ không tải của động cơ: wwo = * ▪ Độ sụt tốc khi mang tải Mc: =w 0 ▪ Tốc độ động cơ khi mang tải: w= wo − w = w * 13
14. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 200 w* 150 w 100 w 50 0 100 80 60 ư i 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi khởi động không tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: P với K = 20 w 14 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15
15. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 200 150 w 100 50 0 100 80 60 ư i 40 20 0 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi mang tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: P với Kw = 20 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15 15
16. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 200 w* 150 100 w w 50 0 100 80 60 ư i 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi khởi động không tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: P với Kw = 200 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15 16
17. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 160 155 150 w 145 140 100 80 60 ư i 40 20 0 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi mang tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: P với Kw = 200 17 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15
18. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 200 w* 150 w 100 w 50 0 100 80 60 ư i 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi khởi động không tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: PI Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15 18
19. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 160 155 w 150 145 140 100 80 60 ư i 40 20 0 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi mang tải Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: PI 19 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15
20. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chỉnh lưu – Động cơ 200 150 100 w 50 0 100 80 60 ư i 40 20 0 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ khi giảm tốc Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: PI 20 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15
21. Đáp ứng của hệ thống điều khiển vòng kín Bộ chopper – Động cơ 200 150 w w* w 100 50 0 100 50 ư 0 i -50 -100 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Time (s) Đáp ứng quá độ của hệ thống bộ chopper lớp C - động cơ khi giảm tốc Khâu hiệu chỉnh vòng tốc độ: PI 21 Khâu hiệu chỉnh vòng dòng điện: P với KI = 15