›
›

Luận văn Phân tích một số hệ truyền động điện một chiều ứng dụng trong công nghiệp. Đi sâu nghiên cứu xác định vùng điều chỉnh hệ số P,I,D của các bộ điều khiển

pdf 62 trang phuongnguyen 6550
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Phân tích một số hệ truyền động điện một chiều ứng dụng trong công nghiệp. Đi sâu nghiên cứu xác định vùng điều chỉnh hệ số P,I,D của các bộ điều khiển", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_phan_tich_mot_so_he_truyen_dong_dien_mot_chieu_ung.pdf

Nội dung text: Luận văn Phân tích một số hệ truyền động điện một chiều ứng dụng trong công nghiệp. Đi sâu nghiên cứu xác định vùng điều chỉnh hệ số P,I,D của các bộ điều khiển

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Luận văn Phõn tớch một số hệ truyền động điện một chiều ứng dụng trong cụng nghiệp. Đi sõu nghiờn cứu xỏc định vựng điều chỉnh hệ số P,I,D của cỏc bộ điều khiển
  2. Lời mở đầu Trong xu thế hội nhập hiện nay, đất n•ớc ta ngày càng tiếp nhận và học hỏi nhiều công nghệ mới từ các quốc gia trên thế giới. Ngành công nghiệp nặng nói chung hay ngành điện công nghiệp nói riêng cũng đ•ợc thừa kế những thành tựu khoa học mà thế giới đem lại, không những vậy nó không ngừng phát triển và ngày càng hiện đại, tiên tiến hơn. Trên thực tế, chúng ta gặp rất nhiều những dây truyền, những công nghệ với kĩ thuật cao để phục vụ cho sản xuất cho con ng•ời. Mentor II - bộ chỉnh l•u điều khiển số có rất nhiều tính năng •u việt đã đ•ợc đ•a vào ứng dụng trong thực tế từ rất lâu. Nó không chỉ có mặt trên khắp thế giới mà ở Việt Nam cũng đã đ•ợc ứng dụng trong các hệ truyền động điện một chiều. Đ•ợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến sĩ Hoàng Xuân Bình và các thầy cô giáo trong khoa, em đã nhận đ•ợc đề tài : “ phân tích một số hệ truyền động điện một chiều ứng dụng trong công nghiệp. Đi sâu nghiên cứu xác định vùng điều chỉnh hệ số P,I,D của các bộ điều khiển”. Đồ án này bao gồm 3 ch•ơng : Ch•ơng 1 : Tổng quan về các dạng hệ truyền động điện một chiều Ch•ơng 2 : Bộ chỉnh l•u điều khiển số Mentor II - M75 Ch•ơng 3 : Ph•ơng pháp xác định các hệ số P,I,D của các bộ điều khiển Do tầm hiểu biết còn hạn chế về kinh nghịêm, đồ án của em chắc chắn không tránh khỏi thiếu xót . Em rất mong nhận đ•ợc các ý kiến góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn ! 1
  3. Ch•ơng 1 TổNG QUAN Về CáC DạNG Hệ TRUYềN động điện một chiều 1.1. Hệ truyền động máy phát - động cơ một chiều (F – D)[1] 1.1.1. Khái niệm Hệ F – D là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát một chiều kích từ độc lập. Máy phát này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha điều khiển quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Tính chất của máy phát đ•ợc xác định bởi hai đặc tính : Đặc tính từ hoá: là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ máy phát Đặc tính tải: là sự phụ thuộc giữa điện áp của 2 cực máy phát vào dòng điện tải. Các đặc tính này nói chung đều phi tuyến do tính chất của lõi sắt và các phản ứng phần ứng của dòng điện phần ứng. ~ Uđk UKĐ ωF ikđ i KF ω Uđk u UKF ~ Hình1.1 : Hệ thống máy phát động cơ 2
  4. Ph•ơng trình đặc tính cơ của hệ F - D nh• sau : RI K F . (1-1) U KF K K R K F . .M (1-2) U KF 2 K K M , (1-3) 0 U KF U KD U KD Với . . . .C. (1-4) E F K F F F K F F iKF R (1-5) RRuf uD là hệ số kết cấu của máy phát K F C F là hệ số góc của đặc tính từ hoá (1-6) iKF Từ biểu thức ta thấy: khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát thì điều chỉnh đ•ợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên. Có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh tốc độ rộng hơn. 1.1.2. Các chế độ làm việc của hệ F – D Hệ F - D có các đặc tính cơ điền đầy cả bốn góc phần t• của mặt phẳng toạ độ [ω, M] . Khi đặc tính cơ của hệ làm trong góc phần t• thứ I và thứ III: tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và E , . Năng l•ợng đ•ợc vận EF c chuyển từ nguồn đến máy phát, đến động cơ, đến tải. Lúc đó công suất điện từ của máy phát và động cơ là .I 0 (1-7) PF EF E.I 0 (1-8) PD M. 0 (1-9) Pco 3
  5. ω iKFđm , iKĐmin EF E iKFđm , iKĐ đm ω M M ω M iKFđm , iKĐ đm EF E iKFđm , iKĐmin Hình 1.2 : Đặc tính cơ của hệ F - D ở chế độ động cơ Khi đặc tính cơ của hệ nằm trong góc phần t• thứ II và thứ IV: do nên dẫn đến E , dòng phần ứng chảy ng•ợc từ động cơ về máy 0 EF phát làm cho mômen và tốc độ quay ng•ợc chiều nhau. Năng l•ợng đ•ợc vận chuyển từ tải về động cơ qua máy phát về l•ới. Hệ làm việc trong trạng thái hãm tái sinh. Công suất của máy phát và động cơ là .I 0 (1-10) PF EF E.I 0 (1-11) PD M. 0 (1-12) Pco 4
  6. ω iKFđm , iKĐ đm ω EF E iKFđm , iKĐmin M M ω iKFđm , iKĐ đm EF E M iKFđm , iKĐmin Hình 1.3 : Đặc tính cơ của hệ F - D ở chế độ hãm tái sinh Vùng hãm ng•ợc của động cơ trong hệ F - D đ•ợc mô tả nh• sau: Sức điện động của động cơ E cùng chiều với sức điện động của máy phát EF do rôto bị kéo quay ng•ợc bởi ngoại lực của tải thế năng hoặc do sức điện động máy phát đảo dấu .I 0 (1-13) PF EF E.I 0 (1-14) PD M. 0 (1-15) Pco EF và E cùng chiều nhau và cùng cung cấp cho điện trở mạch phần ứng tạo nhiệt năng tiêu tán trên điện trở này. 5
  7. ω A B OA E’ ωA C MC D’ D - MC O C’ E ωA’ B’ A’ ωOA’ Hình 1.4 : Đặc tính cơ của hệ F - D ở chế độ hãm ng•ợc Giả sử hệ đang làm việc tại điểm A với MA = MC và ω = ωA thực hiện hãm đảo chiều. Do quán tính nên tốc độ động cơ không thể thay đổi đột ngột đ•ợc mà không đổi và chuyển làm việc sang điểm B. Từ B tốc độ động cơ giảm dần đến điểm C thì kết thúc quá trình hãm tái sinh kết thúc. Đoạn CD là đoạn hãm ng•ợc vì EF đã đổi dấu mà E ch•a đổi dấu. Đến D tốc độ động cơ bằng 0 nh•ng do sự tồn tại của mômen hãm động cơ tăng tốc quay theo chiều ng•ợc lại đến điểm A’ thì làm việc ổn định. 1.1.3. Đặc điểm của hệ F - D Ưu điểm : - Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt - Khả năng quá tải lớn - Hãm tái sinh trả năng l•ợng về l•ới Nh•ợc điểm: - Dùng nhiều máy điện quay, ít nhất là hai máy điện một chiều - Gây ồn lớn - Công suất lắp đặt máy gấp nhiều lần công suất động cơ chấp hành ( ít nhất 3 lần ) 1.2. hệ thống truyền động chỉnh l•u - Động cơ một chiều [1] 1.2.1. Chỉnh l•u bán dẫn làm việc với động cơ một chiều 6
  8. Hệ truyền động chỉnh l•u - động cơ một chiều có bộ biến đổi là các mạch chỉnh l•u điều khiển có sức điện động phụ thuộc vào giá trị của góc điều khiển. Chỉnh l•u có thể cung cấp nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng, dòng điện kích từ động cơ. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà ta có thể dùng sơ đồ thích hợp và phân loại theo: - Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha - Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu, đối xứng và không đối xứng; - Số xung nhịp: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn. - Chế độ năng l•ợng : chỉnh l•u, nghịch l•u phụ thuộc; - Tính chất dòng tải : liên tục, gián đoạn. Tìm hiểu hoạt động của hệ CL - Đ ta xét một sơ đồ chỉnh l•u tia ba pha với các kí hiệu có ý nghĩa đ•ợc giải thích bên d•ới : E – sức điện động quay của động cơ, , , - sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn, u21 u22 u23 L, Lx - điện cảm mạch một chiều và điện cảm tản của dây cuốn thứ cấp máy biến áp, R - điện trở mạch một chiều (gồm cả điện trở dây cuốn thứ cấp máy biến áp đã quy đổi). L (1-16) Lu Lk R (1-17) Rba Ru Rk 2 W 2 (1-18) Lba L2 L1 W1 2 W 2 (1-19) Rba R2 R1 W1 7
  9. a b c U2a U2b U2c E L + T1 T2 T3 R - T1 T2 T3 R Id Hình 1.5 : Sơ đồ nối dây và sơ đồ thay thế chỉnh l•u tia 3 pha 1.2.1.1. Chế độ dòng điện liên tục Giá trị trung bình của sức điện động chỉnh l•u đ•ợc tính nh• sau : 2 p p sin .d .cos (1-20) Ed 2 U 2m Ed 0 Trong đó .t e (1-21) (1-22) 0 2 p p .sin . (1-23) Ed 0 p U 2m e - tần số góc của điện áp xoay chiều - góc điều khiển tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên 0 - góc điều khiển tính từ thời điểm điện áp bắt đầu d•ơng p - số xung áp đập mạch trong một chu kỳ điện áp xoay chiều Ph•ơng trình vi phân mô tả : .sin( ) E R L did (1-24) U 2m 0 id dt Khi thì , ph•ơng trình vi phân có nghiệm : 0 id I 0 8
  10. R E cos .sin .exp .cotg E cos .sin id I m I 0 U 2m 0 0 U 2m (1-25) .L Với arctg e R Nếu gọi là góc dẫn của van thì có thể tính đ•ợc thành phần dòng chỉnh l•u một chiều và đây cũng chính là thành phần sinh ra mômen quay của động cơ : p p I .d .sin .sin .E (1-26) id U 2m 0 2 0 2 R 2 2 2 Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh l•u đ•ợc tính bởi biểu thức đơn giản : .cos E Ed 0 (1-27) I d R .L 0 U U2a U2b U2c U2a T1 T2 T3 T1 E O θ Hình 1.6 : Giản đồ điện áp chỉnh l•u 9
  11. iT1 O θ iT2 O θ iT3 O θ id O Hình 1.7: Giản đồ dòng điện chỉnh l•u θ 1.2.1.2. Hiện t•ợng chuyển mạch Khi phát xung nhằm để mở một van thì điện áp anốt của pha đó phải d•ơng hơn điện áp của pha đang dẫn dòng. Do đó dòng điện của van đang dẫn sẽ giảm dần về không còn dòng điện của van kế tiếp se tăng dần lên. Quá trình này xảy ra từ từ vì trong mạch có điện cảm, cùng tại một thời điểm cả hai van đều dẫn dòng và chuyển dòng cho nhau. Hiện t•ợng này gọi là hiện t•ợng chuyển mạch giữa các van. U T1 T2 T3 U2a U2b U2c O θ U 2a U 2b 2 id iT3 iT1 iT2 iT3 O θ Hình 1.8 : Giản đồ điện áp và dòng điện chỉnh điện khi có hiện t•ợng chuyển mạch 10
  12. Trong quá trình chuyển mạch vì cả hai van đều dẫn nên sức điện động chỉnh l•u bằng trung bình cộng của điện áp hai pha. Ph•ơng trình cân bằng điện áp cho các pha lúc chuyển mạch là : di1 (1-28) U 2a Lk dt Ed di2 (1-29) U 2b Lk dt Ed Ta có và coi di1 di2 thì i1 i2 id dt dt sin U 2m p di2 U 2b U 2a .sin (1-30) dt 2 U k Lk Thời điểm bắt đầu xảy ra chuyển mạch là tại , giải (1-30) ta đ•ợc biểu thức dòng điện qua van : cos cos (1-31) i2 I mk sin U 2m Trong đó p I mk . e Lk Quá trình chuyển mạch kết thúc khi 0, tại thì ta có thể tính i1 i2 id đ•ợc góc chuyển mạch : arccos cos I d (1-32) I mk Giá trị trung bình của sụt áp do chuyển mạch đ•ợc tính nh• sau : p . Lk e . . (1-33) U k 2 I d X k I d 1.2.1.3. Chế độ dòng điện gián đoạn Hiện t•ợng gián đoạn dòng điện chỉnh l•u xảy ra do năng l•ợng điện từ tích luỹ trong mạch khi dòng điện tăng không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện 2 khi nó giảm. Góc dẫn của van trở nên nhỏ hơn p với (p=3), dòng điện qua van trở về không ttr•ớc khi van kế tiếp bắt đầu dẫn. Trong khoảng dẫn của van thì sức điện động chỉnh l•u bằng nguồn : , 0 ed U 2 0 11
  13. Khi dòng điện bằng không, sức điện động chỉnh l•u bằng sức điện động của động cơ : E , 2 ed 0 p Có thể viết đ•ợc biểu thức tính dòng điện chỉnh l•u nếu đặt I0 = 0 cos .sin cos .sin .exp cotg id I m 0 0 (1-34) E Trong đó , U 2m I m R U 2m U T1 T2 T3 T1 U2a U2b U2c U2a E O θ 0 i id 0 θ Hình 1.9 : Chế độ dòng điện gián đoạn Trong tr•ờng hợp bỏ qua điện trở R trong mạch phần ứng thì ph•ơng trình mô tả là: sin E L did (1-35) U 2m dt Nghiệm tổng quát của nó là : E U 2m cos C (1-36) id .L L e e 12
  14. Với C là hằng số tích phân và khi thì 0 ta có nghiệm riêng cho 0 id tr•ờng hợp dòng điện gián đoạn : E U 2m cos cos (1-37) id .L 0 .L 0 e e Dòng điện id bắt đầu xuất hiện tại θ = α0 và tăng đến giá trị cực đại tại điểm mà ở đó L did E 0 và giảm đến giá trị bằng 0 tại θ = α + λ dt U 2a 0 E * * Nếu đặt ; U 2m ; id ta có thể viết đ•ợc biểu thức tính dòng I m .L id U 2m e I m điện chỉnh l•u ở hệ đơn vị t•ơng đối với dạng thu gọn hơn : * cos cos (1-38) id 0 0 * Đặt θ = α0 + λ và id = 0 thay vào (1-38) ta tìm đ•ợc góc dẫn λ ở dạng hàm ẩn cos cos 0 0 (1-39) Trong tr•ờng hợp giữ nguyên góc điều khiển α0 = const nh•ng tăng dần sức điện động E của động cơ (ε) thì góc dẫn λ sẽ giảm dần và khi E = U2m.sinα0 thì λ = 0 tức là không có dòng chảy trong mạch. Lúc này mômen động cơ cũng sẽ bằng không, động cơ bị giảm tốc độ và do đó E giảm, dòng điện lại xuất hiện trong mạch nh•ng với tốc độ thấp hơn. Vì thế, ở chế độ dòng điện gián đoạn đặc tính cơ rất dốc. Giá trị trung bình của dòng điện ở chế độ gián đoạn viết trong hệ đơn vị t•ơng đối đ•ợc tính nh• sau : 0 * p * p d cos cos sin sin (1-40) I d 2 id 2 2 0 0 0 0 0 Trong tr•ờng hợp ng•ợc lại khi giữ α0 = const và giảm dần E, góc dẫn λ sẽ dẫn dài ra và khi λ = 2 thì dòng điện trong mạch trở nên liên tục, giá trị đó của sức p điện động E ( t•ơng ứng ε = E ) ứng với trạng thái biên liên tục và có thể tìm U 2m đ•ợc nó nếu đặt λ = 2 vào (1-39) và (1-40) p 13
  15. cos cos 2 0 0 p p sin .cos (1-41) blt 2 p p * p 2 2 cos cos sin .sin (1-42) I blt 2 p 0 0 p 0 p 0 Mặt khác vì nên 0 2 p * p sin cos .sin (1-43) I blt p p p U 2m sin cos sin (1-44) I blt .L p p e Để tìm đ•ờng biên giới giữa vùng dòng liên tục và vùng dòng điện gián đoạn ta tính cosα từ (1-41) và tính sinα từ (1-43) vì cos2α + sin2α = 1 nên 2 2 * blt (1-45) blt I 1 p p sin sin cos p p p Đây là đ•ờng elip với các trục là trục toạ độ của các đặc tính cơ. Thay * L E , I. e ta thấy độ rộng vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm blt I blt U 2m U 2m nếu ta tăng gía trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh l•u p . 14
  16. ε 1,0 0,8 0 6 0,6 3 0,4 0,2 2 I 0 I m -0,2 -0,4 2 3 -0,6 -0,8 5 6 -1,0 0,02 0,04 0,08 0,10 0,14 I dm I m Hình 1.10 : Đặc tính tốc độ ở hệ đơn vị t•ơng đối f I * của động cơ khi nối với chỉnh l•u ba pha hình tia 1.2.1.4. Chế độ nghịch l•u phụ thuộc Nếu trong sơ đồ hình 1.9 ta tăng góc mở của các van đến giá trị gần bằng π và đảo chiều sức điện động E bằng cách dùng ngoại lực bắt rôto động cơ quay ng•ợc chiều hoặc đảo chiều dòng kích từ động cơ thì dòng điện chỉnh l•u vẫn theo chiều cũ nh•ng sức điện động chỉnh l•u đã đảo dấu do các van trong thời gian điện áp anôt âm. Công suất điện từ của động cơ và chỉnh l•u là: E. 0 (1-46) Pdt I d . 0 (1-47) Pd Ed I d Chỉnh l•u trở thành thiết bị nhận điện năng do động cơ phát ra và biến điện năng một chiều này thành điện năng xoay chiều trả về l•ới. Sau khi đã kết thúc quá trình chuyển dòng cho van T2, van T1 chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái khoá, quá trình này phải kết thúc tr•ớc thời điểm chuyển mạch tự nhiên, là thời điểm U2a bắt đầu d•ơng hơn U2b. Ta gọi thời gian của quá trình này là thời gian 15
  17. khoá δ. Nh• vậy điều kiện an toàn để bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ nghịch l•u phụ thuộc là : (1-48) max max Nếu gọi β là góc thông sớm, ta có với α là góc thông chậm hay góc mở thì điều kiện an toàn (1-48) là : (1-49) min max U U2a U2b U2c U2a O θ E μ+δ id i 0 θ Hình 1.11 : Chế độ nghịch l•u phụ thuộc trong mạch chỉnh l•u tia ba pha Nếu điều kiện này không đ•ợc bảo đảm thì nghịch l•u sẽ rơi vào trạng thái sự cố, van cần khoá sẽ dẫn tiếp, không thực hiện đ•ợc chuyển mạch giữa các van và dòng chỉnh l•u, điện áp không kiểm soát đ•ợc. 16
  18. U U2a U2b U2c U2a O θ E μ+δ id β<βmin β=β i min i3 i2 i3 0 i1 θ Hình 1.12 : Trạng thái lật nghịch l•u khi β<βmin 1.2.2. Đặc tính cơ của hệ truyền động chỉnh l•u tiristo - động cơ một chiều 1.2.2.1. Chế độ dòng liên tục Id chính là dòng điện phần ứng động cơ. Ta có sơ đồ thay thế nh• sau: I Xk Rt Ed E Hình 1.13 : Sơ đồ thay thế CL- D Ph•ơng trình đặc tính cơ của hệ : .cos . Ed 0 Rt X k .I K dm K dm .cos . E d 0 Rt X k .M K 2 dm K dm Độ cứng của đặc tính cơ : 17
  19. K 2 dm Rt X k Tốc độ không tải lý t•ởng : .cos Ed 0 0 (1-50) K dm Khi góc điều khiển biến thiên trong vùng 0 bộ biến đổi làm việc ở 2 chế độ chỉnh l•u, động cơ có thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sức điện động E còn d•ơng và ở chế độ hãm ng•ợc nếu sức điện động E âm. Khi góc điều khiển biến thiên trong vùng và tải có tính chất 2 max thế năng để quay ng•ợc chiều động cơ thì cả Ed và E đều đổi dấu. Nếu sức điện động của động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sức điện động của bộ biến đổi thì dòng điện phần ứng vẫn chảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, các tiristo sẽ dẫn dòng trong thời gian nửa chu kì âm của điện áp l•ới. Góc điều khiển lớn hơn 2 , bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch l•u phụ thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số l•ới, trả về l•ới. Dòng điện trung bình của mạch phần ứng và ph•ơng trình đặc tính cơ là: E I Ed (1-51) R X k .cos R Ed 0 X k .I (1-52) K K dm dm Góc chuyển mạch đ•ợc tính nh• sau : arccos cos I d (1-53) I mk Điều kiện làm việc an toàn của nghịch l•u phụ thuộc là : max min 18
  20. ω Biên liên tục α=00 Chỉnh l•u M,I O α=900 Hãm tái sinh α=1500 Nghịch l•u phụ thuộc Hình 1.14 : Đặc tính cơ của hệ CL - D Tốc độ tối đa cho phép hệ CL - Đ làm việc ở chế độ nghịch l•u phụ thuộc: .cos R Ed 0 X k .I (1-54) max K K dm dm 1.2.2.2. Chế độ dòng điện gián đoạn Đặc tính dòng điện gián đoạn là các đoạn cong nét liền rất dốc và sát trục tung. Hệ thống không làm việc ổn định ở vùng dòng điện gián đoạn nếu không áp dụng các ph•ơng pháp tự động điều chỉnh đặc biệt. 2 Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ = p và góc chuyển mạch μ = 0. Biên liên tục này đ•ợc xác định bởi ph•ơng trình (1-45). 2 2 * I blt blt 1 p p sin sin cos p p p 1.2.2.3. Ưu nh•ợc điểm của hệ T - D 19
  21. - Ưu điểm : - Tác động nhanh, không gây ồn. - Dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao. - Nh•ợc điểm : - Do các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng điện áp ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện - Trong các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp nguồn và l•ới xoay chiều. - Hệ số công suất của hệ nói chung là thấp. 1.3. Hệ thống truyền động xung áp - Động cơ một chiều [1] 1.3.1. Điều chỉnh xung áp mạch đơn Trong sơ đồ điều chỉnh xung áp - động cơ, điện áp và dòng diện của động cơ uĐ, iĐ có giá trị d•ơng. Các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện phần ứng UĐ, I và sức điện động của động cơ E khi đóng và khi ngắt liên tục khoá S sẽ xác định đ•ợc nếu biết luật đóng cắt của khoá S. i iN S đk i L R UN ΔUL iĐ0 ΔUR UĐ E D0 Hình 1.15 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung áp - động cơ Nguyên lý hoạt động : + Khi khoá S mở : uĐ = uN và i = i N + Khi khoá S đóng : iN = 0; uĐ = 0 và i = iD0 ( do tác dụng duy trì dòng của điện cảm L) Ph•ơng trình cân bằng điện áp : E 0 (1-55) U D U L U R 20
  22. di R E i U D (1-56) dt L L 1.3.1.1. Chế độ dòng điện liên tục + Tại thời điểm t = 0 khoá S bắt đầu thông : UĐ = UN , i = Imin . Nếu coi sức điện động E không đổi trong một chu kỳ đóng ngắt cảu khoá S ta có nghiệm của (1-56) là : E t t U N i 1 T U T U (1-57) R e I min e T = L/R - hằng số thời gian của mạch phần ứng với 0 t • td Tại t = tđ khoá S bắt đầu ngắt : UĐ = 0 E t d t d U N i 1 T U T U (1-58) I max R e I min e Van D0 dẫn nên ph•ơng trình cân bằng điện áp : di L Ri E (1-59) dt' ’ Với t = t - tđ ’ + + Khi t = 0 : i = Imax , nghiệm của ph•ơng trình (1-59) là ' ' E t t i 1 T U T U (1-60) R e I max e Với t T t d ’ + Khi t = T - tđ tức là tại t = T : i = Imin T T E t d t d i 1 T U T U (1-61) I min R e I max e Ta tính đ•ợc các giá trị Imax và Imin là : t d 1 e T U E U N . (1-62) I max R T R 1 e T U t d e T U 1 E U N . (1-63) I min R T 1 R e T U Khi S thông liên tục tđ = T thì dòng điện phần ứng sẽ không đổi và bằng: 21
  23. E I U N (1-64) I max I min R iđk O t t i đ T Imax Imin O tđ T t UĐ UN O tđ T t Hình 1.16 : Giản đồ điện áp và dòng điện khi bộ biến đổi làm việc ở chế độ dòng điện liên tục. 1.3.1.2. Chế độ dòng điện gián đoạn Khi thời gian mở của khoá S giảm đến một giá trị tới hạn nào đó thì dòng t d t dgh điện Imin = 0, hệ thống sẽ làm việc ở trạng thái biên giới chuyển từ chế độ dòng liên tục sang chế độ dòng điện gián đoạn. Từ (1-63) ta có : t dgh . T T E e T U 1 T (1-65) U N e T U 1 Hoặc ở dạng thu gọn : . 1 m e (1-66) e 1 Trong đó E T m , t d , T U N T u Tại trạng thái biên liên tục và trong vùng dòng điện gián đoạn do I = 0, với 0 ta có : min td tdgh 22
  24. E t d U N 1 T U (1-67) I max R e Từ (1-60) và (1-67) : ' ' t E t d t E U N i 1 T U 1 T U . T U (1-68) R e R e e Trạng thái biên giới là trạng thái tx = T .Dòng điện này sẽ bằng không tại thời ’ điểm t = tx , hoặc t = tx - tđ , thay các điều kiện này vào (1-65) ta tính đ•ợc tđgh khi biết thông số của mạch và các giá trị UN , E: t d E t d U N .ln T U 1 1 T U (1-69) t x T u e R e Do yêu cầu đóng ngắt với tần số cao nên khoá S th•ờng là khoá bán dẫn. Khoá S đ•ợc điều khiển đóng ngắt theo sơ đồ sau: TC + - C TF Tải + D V0 L 0 - Hình 1.17: Sơ đồ nguyên lý điều khiển đóng cắt khoá S 1.3.1.3. Đặc tính cơ của hệ Để xây dựng đ•ợc đặc tính cơ ta cần tìm giá trị trung bình của điện áp và dòng điện của động cơ: T t d T 1 1 1 dt dt Edt . t .E (1-70) U D uD U N U N td td T 0 T 0 T t x Trong chế độ dòng điện liên tục tx = T nên: t d . . (1-71) U D T U N U N 23
  25. . U N Ru I (1-72) K K Khi tx < T thì xảy ra chế độ dòng điện gián đoạn nên mômen điện từ gián đoạn cho nên đặc tính cơ trở nên rất mềm. 1 1 t dgh 1 . E 1 T Uu . K . (1-73) I blt 2 I max 2R U N e 2R 1 U N blt Vì chế độ biên liên tục phụ thuộc vào dòng điện liên tục nên : 1 U N . (1-74) I blt 2 1 Biên liên tục là nửa hình elip bằng nét đứt. Giá trị cực tiểu của Iblt = 0 tại ω = 0 và tại ω = ωmax (ρ = 1) UĐ ω UN ρ = 1 ρ I,M O 1 O ρ = 0 Hình 1.18 : Đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ 1.3.2. Điều chỉnh xung áp đảo chiều Để hệ truyền động có thể làm việc ở chế độ hãm tái sinh, ng•ời ta dùng sơ đồ điều chỉnh xung áp đảo chiều. Trong đó dòng điện phần ứng có thể đảo dấu nh•ng sức điện động vẫn có chiều d•ơng. 24
  26. iD2 UN + S1 iS1 D2 ΔL L R D1 S2 iS2 E iD1 - Hình 1.19 : Bộ điều chỉnh xung áp đảo chiều 1.3.2.1. Nguyên lý hoạt động Khi khoá S1 và van D1 vận hành : I• > 0 , Pđt =I.E 0, Pđt = I.E > 0, công suất này tích vào điện cảm L. Ngắt S2 trên cuộn cảm L sinh ra sức điện động tự cảm ΔUL > 0 cùng chiều với sức điện động quay E. Tổng hai sức điện động này lớn hơn điện áp nguồn UN làm van D2 dẫn, dòng điện trở lại về nguồn và trả lại nguồn phần năng l•ợng tích luỹ trong điện cảm L. Máy điện làm việc ở chế độ hãm tái sinh. 25
  27. iđk1 O tđ T t iđk2 O t S1 D1 S1 D1 Imax S1 D1 O I t Imin S2 D2 S2 D2 S2 UN U O E Đ t iN O IN t Hình 1.20 : Giản đồ dòng điện và điện áp của bộ điều chỉnh 1.3.2.2. Đặc tính cơ của hệ điều chỉnh xung áp đảo chiều - động cơ ω ω II I II O I M I O Hình 1.21 : Đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của động cơ Đặc tính cơ - điện của động cơ : là những đ•ờng thẳng liên tục song song từ góc thứ II sang góc thứ I nh•ng nằm bên trên trục dòng điện I. 26
  28. Đặc tính cơ của động cơ : là những đ•ờng thẳng liên tục song song từ góc thứ II sang góc thứ I và phu kín cả bốn góc phần t•. 1.3.2.3. Đặc điểm của bộ điều chỉnh xung áp đảo chiều Giá trị trung bình của dòng điện phần ứng có thể nhỏ bất kỳ và có thể bằng không do dòng điện này có phần âm. Hệ truyền động không có chế độ dòng điện gián đoạn. 27
  29. Ch•ơng 2 Bộ chỉnh l•u điều khiển số mentor II – M75 2.1. Giới thiệu chung về Mentor II [5] 2.1.1. Một số đặc tr•ng của Mentor II. 1 – Thông số Mentor II đ•ợc thiết bị hóa với dải thông số đ•ợc thiết kế để cung cấp cho hầu hết các ứng dụng linh hoạt với yêu cầu công nghiệp. Các thông số đ•ợc sắp xếp trong thực đơn hầu hết rất thuận tiện để truy cập nhanh chóng và dễ dàng cho ng•ời sử dụng. Trong mỗi thực đơn, các thông số chỉ cần cho ng•ời sử dụng điều khiển các ứng dụng tổng thể hơn không nhìn thấy đ•ợc, vì chúng không truy cập theo cách thông th•ờng mà truy nhập qua bảo mật mức cao. Với truy cập bảo mật mức thấp, các thông số không cho nhìn thấy không xuất hiện trên màn hiển thị số. Sự sắp xếp này có hiệu quả làm giảm kích th•ớc biểu kiến của thực đơn để tăng tiện lợi trong việc sử dụng thông th•ờng, và đảm bảo bảo vệ tối đa cho các thông số cài đặt cho quá trình hoặc ứng dụng thực tế. 2 – Thứ tự pha nguồn cấp Mất một hay nhiều pha đầu vào đ•ợc tự động phát hiện. Điều khiển sẽ chạy bất kể thứ tự pha đầu vào. 3 - Đầu ra Có 6 xung đầu ra cho thyristor (SCR). Cấu hình có thể lựa chọn làm việc với 12 xung đầu ra. 4 – Hồi tiếp tốc độ + Điện áp phần ứng động cơ, hoặc + Bộ phát tốc độ, hoặc + Bộ mã hóa (Encoder) ( đo tốc độ xung) 28
  30. + Thuật toán lặp tốc độ PID 5 – Tốc độ đặt + -10V + 10V + 0 10V + 4 20 mA + 20 4 mA + 0 20 mA + 20 0 mA + Đầu vào số Encoder + Tham chiếu bộ phát số bên trong 6 – Cổng truyền tin nối tiếp Cổng RS485 7 – Phản hồi dòng + Độ phân giải 0,1 % + Mức tuyến tính phản hồi dòng 2 %, độ rộng dải 80 Hz + Đáp ứng đồng bộ ở tất cả các giá trị dòng 8 – Điều khiển + Tất cả đầu vào t•ơng tự và phần lớn đầu vào số có thể đ•ợc cấu hình bởi ng•ời sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt + Thuật toán vòng lặp tốc độ PID + Dự phòng cho việc mã hóa các đầu vào cho điều khiển vị trí + Trên bảng dự phòng cho hiệu chỉnh bộ phát tốc ( đo tốc ) + Điều khiển khả trình của việc tổn thất từ tr•ờng + Phát hiện thứ tự pha và mất pha + Phần mềm chứa thuật toán tự kiểm tra vòng lặp dòng điện + Cấu trúc các tham số theo thực đơn điều khiển + Thực đơn xác định bởi ng•ời dùng cho truy cập nhanh chóng tới hầu hết các thông số đ•ợc sử dụng 2.1.2 – Các chỉ dẫn 29
  31. Mentor II là thế hệ cải tiến cuối cùng với bộ vi xử lý mạnh, điều khiển thay đổi tốc độ động cơ DC công nghiệp. Dòng đầu ra từ 25 A ữ 1850 A. Các đặc tính điều khiển, giám sát, bảo vệ và truyền tin nối tiếp cho tất cả các cỡ dòng. Tất cả các khối có thể lựa chọn cho cấu hình đầu ra đơn hoặc 4 góc phần t•. Điều khiển đầu ra đơn xung chỉ huy cung cấp cho việc chạy thuận chiều. Điều khiển 4 góc phần t• có thể đảo chiều một cách đầy đủ. Cả hai loại trên đều điều khiển tốc độ và/hoặc momen động cơ, điều khiển 4 góc phần t• cung cấp cho việc điều khiển các chiều quay. Các thông số hoạt động đ•ợc lựa chọn và thay đổi bằng các phím hoặc thông qua cổng truyền tin. Truy cập để đặt và thay đổi các giá trị thông số có thể đ•ợc bảo vệ bởi hệ thống mã bảo mật 3 mức. 1 – Điều khiển động cơ một chiều Chức năng có thể điều khiển một động cơ DC trong thực tế là tốc độ, giảm momen và chiều quay. 2 – Đảo chiều Đảo chiều quay thực hiện theo một trong hai cách sau, phụ thuộc loại cầu chỉnh l•u. Cấu trúc thyristor sắp xếp đầy đủ và đơn giản nhất để hoạt động từ nguồn cấp xoay chiều 3 pha là cầu chỉnh l•u cả chu kỳ nh•ng nó không có khả năng đảo cực tính đầu ra. Loại này đ•ợc gọi là góc phần t• đơn hay một đầu ra, yêu cầu có khóa chuyển đổi nối mạch ngoài để đảo chiều quay nếu có yêu cầu. Nếu động cơ ứng dụng điều khiển sự làm việc cả hai chiều, với khả năng đảo chiều momen một cách nhanh chóng và có tính chu kỳ, hai đầu không song song phải đ•ợc sử dụng. Cấu trúc này cung cấp ph•ơng pháp điều khiển đầy đủ theo h•ớng thuận và ng•ợc, hãm thuận và hãm ng•ợc mà không cần đảo công tắc tơ, gọi là cấu hình 4 góc phần t•, (hình 2.1). Nếu hãm đ•ợc yêu cầu với cấu trúc điều khiển một đầu ra thì mạch ngoài đ•ợc cung cấp (hãm động). Trong tr•ờng hợp này sự giảm tốc đ•ợc điều khiển không tuyến tính. 30
  32. + M, +I 2 1 Hãm Quay ng•ợc thuận -n, -V +n, +V Quay Hãm ng•ợc thuận 3 4 - M, -I Hình 2.1: Sơ đồ 4 góc phần t• của momen – tốc độ động cơ DC 4 – Điều khiển Dù với cấu trúc 1 đầu ra hay 4 góc phần t•, sự đáp ứng của động cơ là trên cơ sở hàm số điện áp đầu ra, đó là hàm của góc mở cầu thyristor và điều này có thể đ•ợc điều chỉnh chính xác. Chất l•ợng của đáp ứng đạt đ•ợc từ động cơ là phụ thuộc khả năng của logic điều khiển tới bộ nhận tín hiệu, giải thích và xử lý một giới hạn tổng thể dữ liệu về tình trạng động cơ và tình trạng mong muốn. Vài dữ liệu loại này có thể từ nguồn ngoài, nh• tham chiếu tốc độ, tham chiếu momen, phản hồi tốc độ ; một vài dữ liệu nhận đ•ợc bên trong bởi chính logic điều khiển, ví dụ: dòng, áp đầu ra và tình trạng yêu cầu của hệ thống logic ở vài giai đoạn. Hệ thống logic yêu cầu bộ chỉ dẫn cho phép nó thực hiện quá trình thăm dò, xử lý, phát tín hiệu điều khiển mở thyristor. Các chỉ dẫn đ•ợc cung cấp trong bảng mẫu của dữ liệu đ•ợc chia thành các giá trị riêng hoặc các thông số cho ng•ời sử dụng để cung cấp theo đúng yêu cầu vận hành thực tế cho động cơ ứng dụng. Cách hoạt động của bộ điều khiển trong phạm vi đ•a ra cho ứng dụng công 31
  33. nghiệp là một hàm của thông tin mà nó nhận cho việc xử lý từ ch•ơng trình của ng•ời dùng và giá trị thông số giám sát bên trong. Vì nguyên nhân này, Mentor II đ•ợc sản xuất với một vi xử lý chuyên dụng và phần mềm đ•ợc cấu hình bởi các thông số do ng•ời sử dụng đặt. Các thông số này đ•ợc mã hóa liên quan đến hiệu suất động cơ, vì vậy ng•ời dùng có thể đặt điều khiển để đạt đ•ợc sự chính xác của yêu cầu ứng dụng. Các thông số khác đ•ợc cung cấp cho truyền tin, bảo mật và chức năng làm việc khác. 5 – Thực đơn Số l•ợng các thông số lớn, nh•ng để hiểu đ•ợc chúng một cách thuận tiện nhất bằng cách sắp xếp chúng vào các thực đơn, mỗi thực đơn gồm một nhóm chức năng hoặc liên hệ thực tế. Tổng thể hệ thống điều khiển logic của bộ điều khiển và sơ đồ của mỗi thực đơn riêng sẽ tìm thấy ở mục 2.3. 6 – Cổng truyền tin nối tiếp: RS485 2.1.3. Dữ liệu 1 – Thông số * Điện áp cực đại đầu vào ( L1, L2, L3, nguồn cấp vào cầu Thyristor ) 480 V + 10 % : tiêu chuẩn 525 V + 10 % : lựa chọn 660 V + 10 % : loại đặc biệt * Điện áp cấp cho động cơ tối đa Varm = 1,15 * Vsupply arm : phần ứng supply: nguồn * Điện áp đầu vào cấp cho nguồn ( E1, E2, E3 cấp cho bộ nguồn phụ ) Cân bằng 3 pha – 3 dây, 45 ữ 62 Hz, cực đại 480V + 10 % Với cấp điện áp cao hơn (525, 660 V) điện áp nguồn cấp tối đa cũng là 480 + 10 % Đầu vào tới mạch điều khiển: Tiêu chuẩn – 2 dây, 220 V – 10 % đến 480 V + 10 % 32
  34. * Đầu ra và tham chiếu ( khả năng ngắn mạch ) 10 V tham chiếu ± 5 % 10mA: công suất thiết bị Bộ mã hóa 300mA, ở 5 V, 12 V, 15 V (có thể lựa chọn) +24 V, 200mA cho rơle Tất cả đầu ra là dây có thể chịu đ•ợc dòng ngắn mạch * Độ ẩm và nhiệt độ môi tr•ờng Giá trị nhiệt độ: 40o C ( 104o F ) Độ cao tối đa so với mực n•ớc biển: 1000 m Giới hạn nhiệt độ l•u trữ: - 400 ữ +55oC Độ ẩm : không có đọng s•ơng * Giảm giá trị: Giá trị định mức bị ảnh h•ởng bởi: - Độ cao nơi lắp đặt: những nơi cao hơn 1000 m, giảm dòng tải 1 % cho mỗi độ cao thêm 100 m, tối đa cao 4000 - Nhiệt độ xung quanh: nhiệt độ xung quanh cao hơn 40o C, giảm 1,5 % cho mỗi oC chênh, tới 55oC 2 – Các giá trị a) Dòng đầu vào, ra: với M75 Kiểu bộ điều Giá trị dòng liên Kiểu giá trị chỉnh tục lớn nhất tại 400 V tại 500 V 1 góc 4 góc Đầu vào Đầu ra (phần ứng) (phần ứng) phần t• phần t• kW HP kW HP Aac Adc M75 M75R 30 40 38 50 60 75 b) Cầu chì và cáp Chú ý: nguồn cấp AC tới thiết bị phải thích hợp với khả năng bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch. Bảng sau cho giá trị cầu chì tham khảo: 33
  35. Kiểu bộ điều Giá trị cầu chì tham khảo HRC Kiểu kích cỡ cáp chỉnh Chất bán dẫn (1) Giá trị Giá trị đầu 1 góc 4 góc Giá trị đầu ra đầu vào vào AC vào và DC ra phần phần DC AC AC t• t• A A A mm2 (2) AWG(3) M 75 100 100 Không yêu cầu 25 2 M75R 100 100 125 (4) 25 2 - Cầu chì DC phải là loại bán dẫn nhạy. Giá trị điện áp: nguồn cấp 380 V – 500 Vdc 480 V – 700 Vdc 525 V – 700 Vdc 660 V – 1000 Vdc - Cỡ cáp cho loại 3 lõi (3 dây) và 4 lõi (4 dây) bọc cách điện PVC, ruột đồng và đặt theo tình trạng xác định - Loại cáp ở 30o C (86o F) là 1,25 * giá trị dòng, 75o C, lõi đồng không nhiều hơn 3 lõi, đặt trong ống hoặc máng - Với ứng dụng mà tải quán tính thấp, và ít tái sinh thì cầu chì DC không cần thiết 2.1.4. Lắp đặt phần điện 1 – Nối đất hệ thống điều khiển Mạch điều khiển AC ngoài, nh• contactor, đ•ợc cấp nguồn qua biến áp cách ly có trung tính nối đất giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp. Dây điều khiển đ•ợc nối cùng điểm với dây tiếp địa nếu có thể hoặc lắp đặt đảm bảo rằng trở kháng vòng lặp nối đất tuân theo mã ng•ời dùng thực tế. 2 – Ngăn chặn sự quá áp Mentor II có các thành phần ngăn chặn sự quá áp để bảo vệ thyristor khỏi xung điện áp cao (thoáng qua hoặc đỉnh) xuất hiện giữa các pha. Nó đ•ợc thiết kế để chịu đ•ợc xung quá áp 4 kV giữa pha và đất. 34
  36. Trong những vùng mà th•ờng hay có sét, đặc biệt là nơi nguồn cấp đấu tam giác nối đất đ•ợc sử dụng, đ•a ra lời khuyên rằng bảo vệ thêm vào nên thích hợp với điều kiện ngoài giữa pha và đất. 3 – Loại quá áp và ngăn chặn sự tăng áp Mentor II chứa bộ ngăn chặn sự tăng áp và cách ly điện tổ hợp, nó chống đ•ợc sự tăng áp tới 4kV giữa các pha và giữa pha với đất. Thế hệ sản phẩm dùng480 V có thể đ•ợc nối tới hệ thống nguồn cấp của loại qúa áp III ( theo tiêu chuẩn IEC 664 – 1 ). Điều này có nghĩa rằng nó thích hợp cho việc nối cố định tới bất kỳ hệ thống nguồn nào ngoài việc lắp đặt ngoài trời. Với việc lắp đặt ngoài trời nên dùng thêm bảo vệ quá áp. Cho thế hệ 525 V và 660 V có thể nối tới hệ thống nguồn quá áp loại II. Cho sự nối cố định trực tiếp tới hệ thống nguồn cấp công nghiệp nó cần cung cấp thêm khả năng ngăn chặn tăng áp giữa pha và đất. Thiết bị ngăn tăng áp thích hợp sử dụng MOV ( điện trở thay đổi oxit kim loại ) có khả năng trên diện rộng. Điều này không yêu cầu khi thiết bị đ•ợc cấp cùng biến áp cách ly. Tiếp điểm rơle trạng thái đ•ợc thiết kế cho loại quá áp II ở 240 V Các loại quá áp: I: mạch đ•ợc bảo vệ với sự ngăn chặn tăng áp II: nguồn cấp thông dụng cho sử dụng các ứng dụng điện III: lắp đặt cứng với việc nối nguồn cố định IV: đầu vào nguồn ( ví dụ: các đồng hồ ) 4 – Điện trở phụ tải hồi tiếp dòng Cho phép sử dụng động cơ có giá trị thấp hơn bộ điều khiển, mạch hồi tiếp dòng đ•ợc định lại tỉ lệ bằng cách thay đổi trở phụ tải R234 và R235 ( hoặc cho loại M350 trở lên, có 3 điện trở R234, R235, R236 ) đ•ợc gắn ở bảng nguồn. Ph•ơng trình sau cung cấp giá trị điện trở t•ơng ứng (thích hợp ). Các điện trở mắc song song. Khi Imax = 150 % giá trị dòng tải định mức của động cơ: Cho loại M25 ữ M210R (210 Adc đầu ra ) và PCBs MDA75, MDA75R, MDA210 và MDA210R 35
  37. 400 R tổng I max Cho loại từ M350 trở lên, 3 điện trở tải sử dụng trong mạch song song 1600 R tổng I max Chú ý: Nếu dòng gợn sóng đo ở đầu nối 11 nhỏ hơn 60 V p – p, nó cho phép tăng trở tải lên hệ số 1,6. Nếu trở tải đ•ợc tăng, thông số 05.29 phải đặt là 1. Giá trị trở tải không đ•ợc tăng với hệ số 1,6 nếu dòng gợn sóng đo ở đầu 11 lớn hơn 0,6 V và bộ điều khiển làm việc làm việc tốt hơn ở giá trị chuẩn. 5 – Mạch điều khiển 36
  38. SW1A = Pos SW1B = +5V SW1C = +12V SW1D = +15V SW1F = 10-50V SW1G= 50-200V SW1H = 60-300V MDA2B PL6 PL5 MD29 SW1A SW1B (Lựa chọn) SW1C RV1 SW1D SW1F SW1G TB1 TB2 TB3 TB4 SW1H 1 +10V 11 Dòng điện 21 F1 (Stop) 31 ENABLE 2 -10V 12 DA21 22 F2 (IR) 32 RESET 3 Tốc Độ LK1 PL4 13 DA22 23 F3 (IF) 33 +24V 4 GP1 14 DA23 24 F4 (RR) 34 Cực 5 GP2 15 ST1 25 F5 (RF) 35 NC PL3 6 GP3 16 ST2 26 F6 36 NO R10 7 GP4 17 ST3 27 F7 37 Cực 8 Nhiệt 18 ST4 28 F8 38 NC R12 R11 9 Đo tốc 19 ST5 29 F9 39 NO 10 Đo tốc 0V 20 0V 30 F10 40 0V R6 SK3 PL2 Bộ mã hóa phản hồi Tốc Độ Cổng nối tiếp Lắp vào các cột (cách biệt) cho các điện trở giới hạn Đo điện thế máy phát tốc Hình 2.2: Sơ đồ phân bố các thành phần mạch in trên PCB MDA2B 6 – Chú thích các cọc đấu nối Các cọc nối đ•ợc lắp trên PCB MDA2B, xem 2 bảng sau: 37
  39. Đầu cực Khả Mô tả Kiểu Khối Số trình TB1 1 +10 V Nguồn tham chiếu 2 -10 V Nguồn tham chiếu 3 Tham chiếu tốc độ Đầu vào t•ơng tự Có Mục đích chung GP1 ữ Các đầu vào t•ơng 4,5,6,7 Có GP4 tự 8 Động cơ nhiệt Đầu vào t•ơng tự Cực âm máy phát tốc (đo Đầu vào t•ơng tự 9 tốc) Cực d•ơng máy phát tốc (0 Đầu vào t•ơng tự 10 V) TB2 11 Dòng điện Đầu ra t•ơng tự 12 DAC1 Đầu ra t•ơng tự Có 13 DAC2 Đầu ra t•ơng tự Có 14 DAC3 Đầu ra t•ơng tự Có 15, 16, 17, ST1, 2, 3, 4, 5 Các đầu ra cổ góp Có 18, 19 mở 20 0 V TB3 21 F1 Cho phép chạy Đầu vào số 22 F2 Đảo chiều từng nấc Đầu vào số Có 23 F3 Chạy thuận từng nấc Đầu vào số Có 24 F4 Chạy ng•ợc (khoá) Đầu vào số Có 25 F5 Chạy thuận (khóa) Đầu vào số Có 26,27,28,29,30 F6, 7, 8, 9, 10 Các đầu vào số Có TB4 31 Cho phép (chạy) Đầu vào số RESET (đặt lại cho điều Đầu vào số 32 khiển ngoài) 33 +24 V nguồn rơle 34 Cực Đầu ra rơle (ST6) Có 38
  40. 35 Công tắc th•ờng đóng Đầu ra rơle (ST6) Có 36 Công tắc th•ờng mở Đầu ra rơle (ST6) Có Cực Rơle đ/chỉnh sẵn 37 sàng Công tắc th•ờng đóng Rơle đ/chỉnh sẵn 38 sàng Công tắc th•ờng mở Rơle đ/chỉnh sẵn 39 sàng 40 0 V PL5 Số Chức năng Số Chức năng Số Chức năng 1 +10 V 11 Dòng điện 21 F1 2 -10 V 12 DAC1 22 F2 3 Tham chiếu tốc độ 13 DAC2 23 F3 4 QP1 14 DAC3 24 F4 5 GP2 15 ST1 25 F5 6 GP3 16 ST2 26 F6 7 GP4 17 ST3 27 F7 8 Điện trở nhiệt 18 ST4 28 F8 9 NC 19 ST5 29 F9 10 0 V 20 0 V 30 F10 31 cho phép 21 RESET 33 24 V ngoài 34 0V 7 – Phân loại cọc nối a) Đầu ra t•ơng tự: TB2, đầu 11 đến 14 Chỉ thị dòng phần ứng: 5 mA 3 đầu ra không xác định, 5 mA, điện áp đầu ra: -10 +10 V 39
  41. b) Đầu vào t•ơng tự: TB1, đầu 3 đến 10 5 đầu vào không xác định, trở kháng 100 kΩ, điện áp đầu vào -10 10V Đầu vào xác định cho nhiệt điện trở động cơ hoặc rơ le nhiệt ( mức cắt 3 kΩ, đặt ~ 1,8 kΩ ) và máy phát tốc ( đo tốc ) c) Đầu ra số: TB2, đầu 15 đến 19 TB4, đầu 34 đến 39 5 đầu ra không xác định cổ góp mở, dòng tối đa: 100 mA 1 rơle đầu ra không xác định, dòng rơle tối đa: 250 V AC – 2,2 A, 110 V AC – 5 A, 5 V DC – 5 A. Khi sử dụng đầu ra số với nguồn cấp ngoài 24 V và tải ngoài nh• cuộn dây rơle, điot flywheel sẽ đ•ợc nối tới tải, nguồn cấp ngoài không nên cấp đến khi Mentor II cắt nguồn. d) Đầu vào số: TB3, đầu 21 đến 30 TB4, đầu 31, 32 9 đầu vào không xác định, trở kháng 10 kΩ Bộ điều khiển có thể làm việc trực tiếp trên mạch cổng xung đầu ra cho an toàn. Thời gian trễ 30 ms giữa sự di chuyển của tín hiệu có thể và góc hạn chế. Điều khiển cho phép khóa liên động bên trong bởi tín hiệu phát hiện sự cố cho an toàn tối đa. e) Các đầu ra có thể lập trình TB2: đầu 12 đến 14 T•ơng tự 15 đến 19 Cổ góp mở TB4: đầu 34 đến 36 Rơle f) Đầu vào có thể lập trình TB1: đầu 3 đến 7 T•ơng tự TB3: đầu 22 đến 30 Số 40
  42. g) Bộ mã hóa ( đo tốc độ xung ): tham chiếu và phản hồi Bộ mã hóa Cổng nối tiếp Chốt Tham chiếu Phản hồi tốc độ PL2 PL4 SK3/PL3* 1 0 V 0 V 0 V 2 NC Nguồn cấp /TX 3 A A /RX 4 /A /A NC 5 B B NC 6 /B /B TX 7 NC NC RX 8 C C NC 9 /C /C NC 0 V ( KHÔNG 10 0 V SK3 ) PL3 nối song song với SK3, PL4 là đầu nối 10 chân cho Tham chiếu Bộ mã hóa, SK3 là ổ cắm 9 chân kiểu chữ D cho Phản hồi Bộ mã hoá 41
  43. TB1 TB3 +10V (5 mA) 1 F1 Chạy 21 -10V (5 mA) 2 F2 Đảo từng bậc 22 Tham chiếu 3 0 ữ ± 10V F3 Thuận từng bậc 23 GP1 4 0 ữ ± 10V F4 Chạy đảo chiều 24 0 ữ ± 10V F5 Chạy thuận GP2 5 25 0 ữ ± 10V chiều GP3 6 F6 26 GP4 7 F7 27 T Điện trở nhiệt 8 F8 28 Đo tốc 9 F9 29 0V 10 F10 30 TB2 TB4 Dòng điện 11 Có khả năng 21 DAC1 12 Reset 22 N/O DAC2 13 +24 V (200 mA) 23 DAC3 14 24 ST1 15 25 Chạy ST2 16 Tốt (Bình th•ờng) 26 0V 42
  44. ST3 17 27 ST4 18 28 ST5 19 29 0V 20 30 GP 100k trong Khả trình F 10k trở kháng đầu DAC 5mA cực đại Điện trở kéo lên vào ST 100mA cực đại Các rơle 240V AC 2,2A Hình 2.3: Đấu nối điều khiển 2.2. Hoạt động của hệ thống [5] 2.2.1. Bàn phím và hiển thị 1 – Bàn phím * Bàn phím phục vụ cho hai mục đích: - Cho phép ng•ời vận hành cấu hình điều khiển thích hợp với ứng dụng thực tế và thay đổi sự làm việc của nó, ví dụ: thay đổi thời gian tăng tốc hoặc hãm đặt lại mức bảo vệ, v v Các thay đổi hiệu chỉnh có thể hiệu chỉnh khi máy chạy hoặc ngừng. Nếu chạy bộ điều khiển sẽ đáp ứng ngay lập tức với giá trị đặt mới. - Cung cấp đầy đủ thông tin về các giá trị cài đặt, trạng thái làm việc của thiết bị, các thông tin chuẩn đoán nếu thiết bị cắt. * Cho hiệu chỉnh, bàn phím có 5 phím ( hình 2. 4 ) - Sử dụng phím LEFT, RIGHT để lựa chọn thực đơn (nhóm chức năng các thông số ). Số thực đơn hiển thị bên trái dấu thập phân trong cửa sổ chỉ thị ( MENU ) - Sử dụng phím UP, DOWN để lựa chọn một thông số từ thực đơn lựa chọn, số của thông số hiển thị bên phải dấu thập phân trong cửa sổ chỉ thị ( PARAMETER ) và giá trị thông số lựa chọn hiển thị trong cửa sổ dữ liệu (DATA) - ấn phím MODE một lần để truy cập giá trị thông số hiển thị cho sự hiển thị giá trị này sáng nếu sự truy cập cho phép 43
  45. - Sử dụng phím UP, DOWN để hiệu chỉnh giá trị. Để hiệu chỉnh nhanh chóng, ấn và giữ một phím - ấn lại phím MODE để thoát khỏi chế độ hiệu chỉnh - L•u giữ lại giá trị thông số sau mỗi lần thay đổi nếu không giá trị mới sẽ bị mất khi tắt nguồn điều khiển, để l•u giữ, đặt thông số ( PARAMETER ) 00 = 1 và ấn RESET 2 – Hiển thị reset Alarm Speed Zero RunForward RunReverse 1 Bridge 2 Bridge Speed At Current limit DriveReady r Control techniques Paramete Data Menu Adjustparameter Digital DC Drive Digital II 44 AdjustMenu mentor instructions
  46. Hình 2.4: Bàn phím và hiển thị a) Chỉ thị: Hiển thị 4 số hàng d•ới, chỉ số thực đơn ( MENU ) phía bên trái dấu thập phân, số thông số ( PARAMETER ) ở phía bên phải b) Dữ liệu: Hiển thị 4 số hàng trên chỉ giá trị thông số lựa chọn. Giá trị của mỗi thông số xuất hiện trở lại trong hiển thị dữ liệu nh• các số dữ liệu đ•ợc thay đổi Các thông số số có giá trị từ 000 255; 000 1999; 000 1000 Các thông số bit đ•ợc hiển thị 0 hoặc 1 c) Chỉ thị trạng thái 9 đèn LED bên phải PANEL chỉ thị và dữ liệu thông số hiển thị thông tin, cập nhật liên tục, về tình trạng làm việc của thiết bị và thông tin cơ sở có thể gặp thoáng qua. - LED1 ( Driver Ready – Sẵn sàng ): Đèn sáng báo hiệu sẵn sàng làm việc. Khi LED này sáng nhấp nháy là hệ thống có vấn đề 45
  47. - LED2 ( Alarm – Báo động ): Đèn này sáng là hệ bị quá tải - LED3 (Zero Speed – tốc độ 0): Tốc độ động cơ bé hơn tốc độ đặt zero - LED4 ( Run Forward – Chạy thuận ): Động cơ quay theo chiều thuận - LED5 (Run Reverse – Chạy ng•ợc): Động cơ quay theo chiều ng•ợc - LED6 ( Bridge 1 – Cầu chỉnh l•u 1 ): Cầu chỉnh l•u 1 làm việc - LED7 ( Bridge 2 – Cầu chỉnh l•u 2 ): Cầu chỉnh l•u 2 làm việc - LED8 ( At speed – Có tốc độ ): Động cơ chạy ở tốc độ yêu cầu bằng tham chiếu tốc độ - LED9 ( Current limit – giới hạn dòng ): Đèn sáng chạy chỉ ra dòng làm việc bằng dòng giới hạn: điều khiển chạy và đang cung cấp giá trị dòng cực đại cho phép. 2.2.2 – Cài đặt để chạy (Xem phần 2.3 - Đặt các tham số ) 1 – Liên kết LK1 và các khóa đặt trên PCB MDA 2B Điều Mục đích khiển Cực tính đầu vào logic. MDA2B đ•ợc Cắt nguồn tr•ớc khi thay SW1A đánh dấu POS = 24 V, đổi NEG = 0 V Giới hạn phản hồi phát tốc SW1H 60 V ữ 300 V (đo tốc) Giới hạn phản hồi phát tốc SW1G 50 V ữ 200 V (đo tốc) 46
  48. Giới hạn phản hồi phát tốc SW1F 10 V ữ 50 V (đo tốc) Phát tốc ( đo tốc ) liên kết để hiệu LK1 chỉnh điện thế kế bộ phát tốc Lựa chọn nguồn cấp bộ mã SW1D +15 V hóa Lựa chọn nguồn cấp bộ mã SW1C +12 V hóa Lựa chọn nguồn cấp bộ mã SW1B +5 V hóa 2 – Điện thế kế RV1 ( hình 2 – 2 ) RV1: hiệu chỉnh phản hồi bộ phát tốc ( đo tốc ) Quá trình hiệu chỉnh: - Sử dụng SW1 lựa chọn giới hạn t•ơng ứng - Đặt LK1 vào vị trí ADJUST - Hiệu chỉnh RV1 khi giá trị thông số 03.02 là: 10000 03.02 Vmax Vmax = điện áp ở tốc độ tối đa - Đặt LK1 vào vị trí Feedback, tinh chỉnh RV1 với động cơ đang chạy ở giữa 1/2 tới 3/4 tốc độ. 2.2.3. Bắt đầu Tr•ớc khi đ•a Mentor II vào làm việc với tải thực tế, lựa chọn các thông tin sau đây từ nhãn động cơ, dữ liệu nhà sản xuất và các nguồn khác: Dòng phần ứng đầy tải (A), áp phần ứng (V DC), Dòng từ tr•ờng ( cảm ) (A), áp từ tr•ờng ( cảm ) (V DC), Tốc độ cơ bản (v/ph), Tốc độ cho phép tối đa khi giảm từ tr•ờng (v/ph) 2.3. Đặt thông số ( Tham số ) [5] 47
  49. 2.3.1. Hiệu chỉnh các thông số. 1 - Đặt thông số Các thông số có 2 loại: giá trị số ( thực ) và giá trị bit. Thông số bằng số có thể so sánh với điện thế có thể hiệu chỉnh đ•ợc sử dụng trong tín hiệu t•ơng tự. Giá trị bit đ•ợc so sánh để liên kết hoặc đóng cắt. Tất cả các thông số, gồm Chỉ đọc ( RO ) hay Đọc – Ghi ( RW ) đặt trong Mentor II chia thành 2 nhóm cho thuận tiện làm việc: - Nhóm thứ 1: các thông số có thể nhìn thấy, chúng có thể đ•ợc gọi ra bất kỳ khi nào Mentor bật lên. - Nhóm thứ 2: các thông số không thể nhìn thấy, vì tại mức bảo mật cấp 1 chúng không xuất hiện trên màn hiển thị, chỉ xuất hiện khi đ•ợc gọi lên. Các thông số này đ•ợc yêu cầu cho chỉnh tinh hoạt động của một hệ thống. 2 – Thông số nhìn thấy và không nhìn thấy đ•ợc. Các thông số nhìn thấy gồm RO và RW, luôn có khả năng đọc đ•ợc khi bộ điều chỉnh đ•ợc bật nguồn. RW th•ờng đ•ợc bảo vệ bởi 1 hay nhiều mức bảo mật và không thể thay đổi cho đến khi các mã đúng đ•ợc đ•a vào. Đây là mức bảo mật cấp 1, trừ khi và cho đến khi 1 mã mức cao hơn đ•ợc cài đặt. Các thông số không nhìn thấy luôn yêu cầu mã mức bảo mật cấp 2, và sẽ yêu cầu mức cấp 3 ( nếu cài đặt ). Với các mã đúng, RO sử dụng đ•ợc để đọc, và RW để ghi ( sửa ). Cả thông số nhìn thấy và không nhìn thấy biểu hiện những phẩm chất đặc sắc trong text và trong các biểu đồ điều khiển logic từ Menu 1 đến9 và 12, trong đó thông số không nhìn thấy đ•ợc viết nghiêng. 3 – Tổ chức. Thông số đ•ợc tổ chức vào chức năng – đặt quan hệ – thực đơn – bởi vậy truy cập với vài tham số riêng lẻ rất nhanh chóng và logic. 48
  50. 4 – Điều chỉnh Một vài thực đơn và một vài thông số nhìn thấy có thể đ•ợc lựa chọn và sẽ hiển thị giá trị của nó để đọc mà không cần 1 mã bảo mật. Thủ tục vẫn nh• vậy nếu 1 giá trị thông số bị thay đổi, loại trừ việc đ•a vào 1 mã bảo mật sẽ th•ờng phải là hoạt động đầu tiên. Một vài thực đơn và thông số không nhìn thấy có thể đ•ợc lựa chọn và giá trị của nó hiển thị để đọc và ghi ( sửa ) khi mã bảo mật đúng đ•ợc đ•a vào. Bất cứ khi nào ng•ời sử dụng quay trở lại thực đơn ( giữa lúc nguồn bật và tắt ), ngay lập tức phần mềm đi tới thông số cuối cùng đ•ợc lựa chọn trong thực đơn đó. Đây là thuận lợi khi tạo ra một chuỗi các điều chỉnh tới 1 nhóm tham số cá biệt. 5 – Đ•ờng vào tới các tham số. Tr•ớc tiên, khi bộ điều khiển đ•ợc bật nguồn tr•ớc, và nếu mức bảo mật cấp 3 không đ•ợc cài đặt, tiến trình ghi ( sửa ) đ•ợc dùng ngay lập tức tới 1 nhóm nhỏ các tham số nhìn thấy. Nếu bảo mật cấp 3 đ•ợc cài đặt, tất cả các tham số đ•ợc bảo vệ tại mọi thời điểm. 6 – Thủ tục. Thủ tục lựa chọn và thay đổi thông số đ•ợc trình bày ở hình 2.5 7 – Mặc định cài đặt. Để đ•a tham số điều khiển cài đặt trở về mặc định cài đặt, đặt tham số x.00 tới: 233 cho điều khiển 4 góc phần t•. 255 cho điều khiển 1 góc phần t•. và ấn RESET. Bật nguồn Chỉ thị 00.00 Thủ tục bảo mật cấp 1 Chọn Menu Đặt chỉ số tới xx.00 M (thông số) or Chọn thông số 49 Chọn chế độ dữ liệu hiển thị = Đặt dữ liệu
  51. Hình 2.5 : Hiệu chỉnh tham số và bảo mật cấp 1 2.3.2. Tổng thể hệ thống điều khiển logic của bộ điều khiển 50
  52. Trên hình 2. 6 trình bày tổng thể hệ thống điều khiển logic Tín hiệu tốc độ cần điều khiển đ•ợc đặt bởi tốc độ tham chiếu ( đặt ) tr•ớc khi dịch chuyển 01.01, nó sẽ giám sát liên tục giá trị tốc độ đặt. Để có đ•ợc đặc tuyến đầu 01.03 thì bộ tham chiếu t•ơng tự khả trình và bộ lựa chọn tham chiếu đ•ợc đ•a vào sử dụng. Bộ lựa chọn tham chiếu sẽ lựa chọn tín hiệu trên kết hợp với 1 trong các tín hiệu điều khiển từ các đầu cực điều khiển bên ngoài nh• Đầu cực TB3 – 21: F1 Run / Stop TB3 – 22: F2 Đảo chiều từng cấp TB3 – 23: F3 Chạy thuận từng cấp TB3 – 24: F4 Chạy ng•ợc TB3 – 25: F5 Chạy thuận Do đó qua thông số đặt 01.03 đã lựa chọn tốc độ tham chiếu. Tốc độ này đ•ợc bỏ qua hoặc đ•ợc so sánh và sửa đổi bởi độ thay đổi đã chọn, thu đ•ợc tín hiệu tham chiếu đặc tính cuối 02.01. Tốc độ yêu cầu cuối cùng 03.01 đạt đ•ợc sau quá trình điều chỉnh giám sát giá trị tốc độ đặt sau khi nó đã bỏ qua hoặc đ•ợc chỉnh sửa bởi sự thay đổi và / hoặc bởi bộ tham chiếu cứng ( thô ) và chỉnh tinh tốc độ. Nó là tốc độ đặt đ•a vào mạch vòng tốc độ của thiết bị dẫn động qua điểm tổng tốc độ. Bộ khuếch đại tốc độ gồm 2 tín hiệu tốc độ: tín hiệu tốc độ đặt và tín hiệu tốc độ phản hồi. Sau khi đ•ợc khuếch đại, qua thông số 03.07 sẽ thể hiện tín hiệu đầu ra của mạch vòng tốc độ P.I.D, tín hiệu này trở thành dòng điện theo yêu cầu. Thông số 04.02 sẽ cho đầu ra cuối cùng của dòng điện đối với mạch vòng dòng điện sau khi các giới hạn đã đ•ợc ứng dụng. Nh• vậy tín hiệu tốc độ trở thành tín hiệu dòng điện đặt, cùng với tín hiệu dòng điện phản hồi đ•a vào bộ khuếch đại dòng điện. Qua thông số góc mở 05.03, ta đ•ợc tín hiệu đầu ra của thuật toán mạch vòng dòng điện và là tín hiệu đầu vào tham chiếu đối với ASIC mà nó phát ra các xung mở Thyristor. - Phản hồi dòng điện: Thông số 05.01 là thông số đặt tín hiệu phản hồi dòng điện. Tín hiệu này xuất phát từ biến dòng bên trong. Nó đ•ợc sử dụng để điều khiển mạch vòng kín 51
  53. và cho biết dòng điện phần ứng ( nhờ khâu giám sát dòng ) và bảo vệ động cơ ( nhờ khâu phát hiện quá tải ). - Phản hồi tốc độ: Thông số 03.02 là thông số đặt tín hiệu phản hồi tốc độ. Thông số này cho phép giám sát giá trị tốc độ phản hồi, tín hiệu này xuất phát từ máy phát tốc ( đo tốc ) ( ngoài ra có thể từ bộ mã hóa hoặc điện áp phần ứng ). Việc lựa chọn đ•ợc điều khiển bởi thông số 03.12 và 03.13. Thông số 03.12 sẽ kích hoạt bộ lựa chọn phản hồi số ( digital ). 03.12 đặt tới 1 để lựa chọn tín hiệu phản hồi từ bộ mã hóa, 03.12 đặt tới 0 để lựa chọn tín hiệu phản hồi t•ơng tự. Nh• vậy, với tr•ờng hợp lấy từ máy phát tốc, 03.12 sẽ đ•ợc đặt về 0 và do đó thông số 03.13 đ•ợc dùng để kích hoạt bộ lựa chọn điện áp phần ứng / tín hiệu phản hồi t•ơng tự bên ngoài. Thông số 03.13 sẽ đặt mặc định để chọn tín hiệu phản hồi t•ơng tự từ tốc độ kế hoặc từ nguồn t•ơng đ•ơng bên ngoài nối ở đầu cực TB1 – 09. Sau khi đã lựa chọn đ•ợc thì giá trị tốc độ phản hồi này đ•ợc sử dụng cho việc điều khiển tốc độ động cơ theo mạch vòng kín. Một thế điện kế đ•ợc sử dụng làm thang đo cho tín hiệu phản hồi của máy phát tốc. Tốc độ phản hồi từ thông số 03.02 đ•ợc cộng với tốc độ yêu cầu cuối cùng từ thông số 03.01 tại điểm tổng tốc độ theo mạch vòng. - Ngoài ra đầu cực TB4 – 31 ( enable – cho phép) đ•ợc nối tới bộ khuếch đại dòng điện để phát hiện lỗi. 52
  54. AC POWER SUPPLY Phát hiện giám sát quá tải dòng Máy biến dòng tham chiếu lựa chọn đ•ờng cong tốc độ Phản hồi 05.01 t•ơng tự tốc độ đặt tốc độ đặt đặt dòng điện Góc mở cầu thyristor tham chiếu lựa đặc đặt điều bộ khuếch 01.01 01.03 02.01 03.01 bộ 05.03 t•ơng tự chọn tuyến khiển Giới hạn đại dòng khuếch đại 03.07 04.02 tham tốc độ dòng chiếu dòng Mạch 03.02 tham giám sát m vòng Chạy thuận 25 chiếu tốc độ dòng điện Chạy ng•ợc 24 53 chạy thuận từng cấp 23 t đảo chiều từng cấp 22 stop 21 Phát hiện lỗi cho phép 31 Sử dụng các đầu vào và đầu ra khả trình Chốt kiểm tra ( biến vòng lặp) tổng thể hệ thống điều khiển logic Các đầu cực cho điều khiển ngòai
  55. Hình 2.6: Tổng thể hệ thống điều khiển logic 2.3.3. Danh mục các tham số 1 – Danh sách các thực đơn ( Menu ) Menu Mô tả 00 Thực đơn ng•ời sử dụng 01 Tốc độ đặt – Lựa chọn nguồn và giới hạn 02 Đ•ờng cong ( đặc tuyến ) tăng tốc và giảm tốc 03 Lựa chọn phản hồi tốc độ và vòng lặp tốc độ 04 Dòng – lựa chọn và giới hạn 05 Vòng lặp dòng điện 06 Điều khiển tr•ờng 07 Đầu vào và ra t•ơng tự 08 Đầu vào logic 09 Đầu ra trạng thái 10 Logic trạng thái và thông tin sự cố 11 Tổng hợp 12 Ng•ỡng khả trình 13 Khóa số 14 Cài đặt hệ thống MD29 15 Thực đơn ứng dụng 1 16 Thực đơn ứng dụng 2 Mô tả tham số: RW : đọc/ghi RO : chỉ đọc Bit : hai trạng thái cho một thông số 0, 1. Bi : hai cực Uni : đơn cực 54
  56. Int : số nguyên 2 – Menu 00: Th• viện ng•ời sử dụng – tham khảo Menu 11. Bao gồm 10 tham số ( 00.01 tới 00.10 ). 3 – Menu 01: Tốc độ đặt – lựa chọn nguồn và giới hạn. Trên hình 2. 7 trình bày Menu 01 ( có 20 tham số ) ở đây có 4 tốc độ tham chiếu ( đặt ), thông số 01.17, 01.18, 01.19, 01.20. Mỗi một tốc độ tham chiếu này có thể đ•ợc cho bởi bất kỳ một giá trị nào trong phạm vi -1000 +1000 ( giá trị 1000 t•ơng đ•ơng tốc độ cao nhất ) và có thể ghi lại nhờ bàn phím, tín hiệu đầu vào có thể lập trình hoặc liên kết nối tiếp ( giao diện ) ở bất kỳ thời điểm nào. Điểm đến mặc định cho tốc độ tham chiếu bên ngoài ( điểm TB1 –3) là tốc độ tham chiếu 1, có nghĩa là tốc độ tham chiếu bên ngoài đ•ợc thể hiện bằng tốc độ tham chiếu 1 trừ khi có sự lựa chọn khác từ 3 tốc độ tham chiếu kia. Lợi ích của các thông số của 4 tốc độ tham chiếu trên cho khả năng linh hoạt trong việc sử dụng tốc độ tham chiếu từ thiết bị khác. Tốc độ tham chiếu bên ngoài bổ sung nh• vậy có thể đ•ợc xử lý bằng tín hiệu vào t•ơng tự có mục đích chung ( menu 07 ), hoặc tín hiệu đầu vào số ( menu 08). Hai bộ lựa chọn: lựa chọn tham chiếu 1 01.14 và lựa chọn tham chiếu 2 01.15, điều khiển việc ứng dụng 4 tốc độ tham chiếu bên trong nh• là nguồn tốc độ tham chiếu. Hai bộ lựa chọn này kết hợp lại sẽ cho phép lựa chọn bất kỳ tốc độ nào trong 4 tốc độ tham chiếu 01.17 ữ 01.20 theo bảng sau: 01.14 01.15 Lựa chọn tham chiếu 0 0 01.17 1 0 01.18 0 1 01.19 55
  57. 1 1 01.20 Tốc độ tham chiếu lựa chọn đ•ợc là tốc độ tham chiếu tr•ớc khi dịch chuyển 01.01. Thông số 01.01 cũng đ•ợc sử dụng để kích hoạt khóa liên động tốc độ tham chiếu 0 01.16. Thông số 01.16 là ph•ơng tiện ngăn cản việc khởi động thiết bị dẫn động ( hay bộ điều khiển ) cho đến khi tốc độ tham chiếu t•ơng tự bên ngoài hay bên trong gần với giá trị 0. - 8 < 01.01 < + 8 ( các giá trị bằng 0,1 % giá trị tốc độ cao nhất ). Tiện ích này thuận tiện cho việc áp dụng để an toàn và cho phép ng•ời vận hành xác định đ•ợc tốc độ bằng cách quan sát quá trình Bộ cộng tín hiệu bao gồm tốc độ đặt tr•ớc khi dịch chuyển 01.01 và tín hiệu dịch chuyển từ 01.04. Tham chiếu dịch chuyển t•ơng tự 01.04 ( phạm vi từ -1000 +1000 ) là một giới hạn yêu cầu tốc độ khả trình bổ sung cho tốc độ tham chiếu 01.01, nó là một tín hiệu đầu vào dùng để chỉnh sửa tốc độ thực tế. Từ bộ cộng này, đ•ợc tốc độ tham chiếu sau khi dịch chuyển 01.02. Thông số 01.02 giám sát giá trị tốc độ tham chiếu sau khi dịch chuyển tr•ớc khi đ•a vào bộ lựa chọn tham chiếu hai cực 01.10. Khi 01.10 đ•ợc đặt tới 1, thì nó cho phép thiết bị dẫn động đáp ứng tốc độ tham chiếu t•ơng tự 2 cực 01.02, trong tr•ờng hợp đó h•ớng quay đ•ợc xác định bởi tín hiệu 2 cực: cực (+) cho quay theo chiều thuận, cực (-) cho quay theo chiều ng•ợc lại. Khi 01.10 = 0, thiết bị dẫn động đáp ứng chế độ 1 cực, các tín hiệu (-) – (+) đ•ợc xử lý nh• một tốc độ 0 yêu cầu. Sau đó, tốc độ đặt tiếp tục đ•ợc lựa chọn bởi bộ lựa chọn từng cấp 01.13. 01.05 trở thành nguồn tốc độ tham chiếu khi đ•ợc lựa chọn bởi 01.13 ( đ•ợc điều khiển theo mặc định bởi các đầu cực TB3 – 22, TB3 – 23 ). Nó là ph•ơng tiện thuận tiện để đặt độ chênh tốc độ theo yêu cầu ( và th•ờng nhỏ hơn ) so với tốc độ tham chiếu bình th•ờng. Phải nhỏ hơn tốc độ lớn nhất đ•ợc đặt bởi 01.06 và 01.09. Tín hiệu tốc độ tham chiếu tiếp tục đ•ợc đ•a tới bộ lựa chọn đảo chiều 01.12. Bộ này chuyển đổi cực của tín hiệu tốc độ tham chiếu. Nó có tác dụng ( trong điều 56
  58. khiển 4 góc phần t• ) đến việc đảo chiều tín hiệu tốc độ mà không phụ thuộc vào h•ớng quay danh định ( bình th•ờng ) của động cơ. Giá trị mặc định của 01.12 = 0 thì không áp dụng sự đảo chiều. Nó đ•ợc điều khiển mặc định bởi các đầu cực TB3 – 22 ữ TB3 – 25. Tín hiệu tốc độ tham chiếu sau đó kết hợp với tín hiệu lựa chọn từ các thông số 01.06 ữ 01.09 để lựa chọn giới hạn tốc độ. Tín hiệu tốc độ tham chiếu có giới hạn tiếp tục đ•ợc điều khiển bởi bộ điều khiển đặt “ON” 01.11. Nó đ•ợc áp dụng cho tốc độ đặt tr•ớc khi dịch chuyển 01.03. 01.11 đ•ợc mặc định = 0 nếu đầu cực TB3 – 21 ( cho phép chạy – RUN PERMIT ) không bị kích hoạt. Thông số 01.11 cũng tùy thuộc vào trạng thái của các hàm logic thông th•ờng ( nh• 08.11 ). Thông số 08.01 sẽ cho tín hiệu đầu vào cho phép chạy F1. 08.01 = 0: dừng thiết bị dẫn động . 08.01 = 1 thì thiết bị dẫn động bắt đầu có khả năng. Thông số này giám sát tín hiệu đầu vào điều khiển cho phép khởi động thiết bị dẫn động từ đầu cực TB3 – 21 và chỉ thị tình trạng. Tín hiệu đầu vào này thực hiện chức năng dừng thiết bị dẫn động khi chạy v•ợt ở chế độ điều khiển tốc nh• sau: - Tín hiệu vào phải có hiệu lực để thiết bị dẫn động có thể khởi động. - Nếu tín hiệu vào không có hiệu lực thì 08.01 làm cho tham chiếu đặc tuyến đầu 01.03 đ•ợc đặt về 0. Khi đó thiết dẫn động sẽ dừng trừ khi dừng sự thay đổi 02.03 có hiệu lực. Nh• vậy cuối cùng có đ•ợc tham chiếu đặc tuyến đầu 01.03, tức là tốc độ tham chiếu cuối cùng tr•ớc khi bất kỳ sự thay đổi tốc độ nào đ•ợc áp dụng. 4 – Menu 02: Đặc tuyến tăng và giảm tốc Trên hình 2. 8 thể hiện Menu 02 ( có 19 thông số ) Những nguyên tắc lựa chọn cho phép đặt các đặc tuyến nh• sau: 1 – Không có sự thay đổi tốc độ nào cả, bỏ qua các hàm thay đổi. Tức là, nếu không thể đặt các đặc tuyến thì có thể bỏ qua chức năng thay đổi tốc độ bằng cách làm cho tham chiếu đặc tính cuối 02.01 bằng tham chiếu đặc tính đầu 01.03, qua khâu dừng logic. 2 – Lựa chọn các đ•ờng cong thuận hoặc ng•ợc cho các điều kiện vận hành bình th•ờng và sự lựa chọn đ•ờng cong riêng biệt cho từng cấp. 57
  59. Sự đáp ứng việc lựa chọn đặc tuyến tạo điều kiện cho sử dụng thiết bị linh hoạt nhất. Có 2 giá trị đ•ờng cong cho mỗi một chế độ vận hành, ví dụ: gia tốc theo h•ớng thuận 1 và 2, giảm tốc theo h•ớng thuận 1 và 2 Cụ thể: Khi đó sẽ có bộ lựa chọn thay đổi tốc độ ( tăng hay giảm ) giữa hai nhóm, đó là: 02.14, 02.15, 02.16, 02.17. Sau đó bộ lựa chọn đặc tuyến chung 02.18 cho phép chuyển đổi giữa 2 nhóm. Ngoài ra nó có thể thay đổi tốc độ 1 và 2 của bất kỳ góc phần t• nào trong 1 sự lựa chọn chung. Bộ lựa chọn 02.18 có thể đ•ợc điều khiển bởi bất kỳ đầu vào số khả trình nào. 02.18 Lựa chọn 0 Nhóm 1 (02.14 02.17 = 0) 1 Nhóm 2 (02.14 02.17 = 1) Để kích hoạt thay đổi theo cấp, một tín hiệu lựa chọn đ•ợc yêu cầu từ bộ lựa chọn thay đổi theo cấp 01.13 bổ sung vào hàm cho phép thay đổi theo cấp 02.13. Để lựa chọn thay đổi tỉ lệ theo cấp 02.12 thì 01.13 = 1 02.13 = 1 khi đó có thể xác định đ•ợc tỉ lệ tăng và giảm theo cấp. Sau quá trình lựa chọn, thời gian gia tốc và giảm tốc có thể giữ nguyên nếu thang đo ì 10 02.19 = 0 hoặc tăng gấp 10 lần nếu 02.19 = 1. Quá trình thay đổi có thể bị gián đoạn bởi thông số giữ đặc tuyến 02.03, thông số này giữ tín hiệu đầu ra tại giá trị hiện có của nó khi đặt 02.03 = 1. Khi đó đ•ờng cong không thể chạy đè ( v•ợt ) đặc tính này. Cuối cùng , giá trị tín hiệu tốc độ tham chiếu sau khi thay đổi đ•ợc giám sát bởi tham chiếu đặc tính cuối 02.01, khi mà thông số cho phép thay đổi 02.02 = 1. 5 – Menu 03: Lựa chọn phản hồi và vòng lặp tốc độ Trên hình 2. 9 thể hiện Menu 03 ( có 29 tham số ) Mạch vòng tốc độ: Các tín hiệu vào mạch vòng tốc độ chính là đặc tính cuối của tốc độ đặt 02.01 và tốc độ đặt cứng ( thô ) 03.18. Đặc tính cuối 02.01 khi qua bộ lựa chọn đặc tuyến đầu ra 03.21 thì nó sẽ đ•ợc cộng vào điểm tổng tốc độ mạch vòng ( bộ cộng ) 58
  60. nếu 03.21 = 1. Nếu 03.21 = 0 thì tốc độ đặt có thể chỉ là tốc độ đặt thô 03.18. Tức là khi bộ lựa chọn tốc độ tham chiếu cứng 03.19 = 1 và tham chiếu “ON” 01.11 = 1 thì 03.18 đ•ợc cộng thêm vào điểm tổng của mạch vòng tốc độ. Tín hiệu đầu vào đã đ•ợc lựa chọn có thể bị thay đổi bằng cách chỉnh tinh tốc độ 03.22 . Thông số này đ•ợc sử dụng để hiệu chỉnh tín hiệu tốc độ đặt từ đó sửa đổi hoặc đ•a ra một độ dịch chuyển nhỏ. 03.22 = 0 sẽ cho giá trị độ dịch chuyển là - 8 đơn vị. 03.22 = 128 ( mặc định ) sẽ cho độ dịch chuyển bằng 0 03.22 = 255 sẽ cho giá trị độ dịch chuyển là + 8 đơn vị. Kết quả của bộ cộng này là tốc độ yêu cầu cuối cùng 03.01. Thông số này là tốc độ đại diện cho mạch vòng tốc độ của thiết bị dẫn động qua điểm tổng tốc độ, luôn luôn giám sát giá trị tốc độ tham chiếu sau điểm tổng đó. Tốc độ yêu cầu cuối cùng 03.01 sẽ cộng số học với tốc độ phản hồi 03.02 thành tốc độ cuối cùng. Lỗi tốc độ 03.06 là kết quả của tổng tốc độ cuối cùng đó sau khi qua bộ lọc lỗi tốc độ 03.25, đ•ợc tính toán nh• sau: 256 Thời gian lọc - Hằng số 6 * f * (03.05) Trong đó f: tần số nguồn cung cấp, 03.05: đầu ra bù IR Tác dụng của bộ lọc là giảm ảnh h•ởng đến tín hiệu lỗi tốc độ. Lỗi tốc độ cuối cùng đ•ợc xử lý bởi hàm P.I.D nh• sau: * 03.09: Tỉ lệ ( P ) hệ số khuếch đại mạch vòng. Đây là hệ số mà lỗi tốc độ đ•ợc nhân để có đ•ợc giới hạn hiệu chỉnh: Giá trị của 03.09 Hệ số 8 * 03.10: Tích phân ( I ) hệ số khuếch đại tốc độ mạch vòng Đây là hệ số mà lỗi tốc độ đ•ợc nhân để có đ•ợc giới hạn hiệu chỉnh: 6 * f * (03.10) Hệ số 256 Trong đó f là tần số cung cấp * 03.11: Đạo hàm ( D ) hệ số khuếch đại tốc độ mạch vòng: 59
  61. Đây là hệ số mà lỗi tốc độ đ•ợc nhân để có đ•ợc giới hạn hiệu chỉnh. Bộ lựa chọn 03.24 sẽ lựa chọn hệ số vi phân của P.I.D trong mạch vòng tốc độ từ 3 nguồn sau: 1 = Lỗi tốc độ 03.06: Khi đó tín hiệu đầu ra là ( - ) nếu lỗi tốc độ tăng. Điều đó có hiệu ứng tắt dần. 2 = Yêu cầu tốc độ cuối cùng 03.01: Khi đó tín hiệu đầu ra là ( + ) khi yêu cầu tốc độ cuối cùng tăng. Điều đó đ•ợc gọi là tốc độ cấp theo chiều tiến. 3 = Tốc độ phản hồi 03.02: Khi đó tín hiệu đầu ra là ( - ) nếu tốc độ phản hồi tăng. Do đó cũng có hiệu ứng tắt dần nh•ng chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi giá trị của tốc độ phản hồi, không phụ thuộc vào tốc độ tham chiếu. Đặc tính tốc độ mạch vòng tối •u đạt đ•ợc bằng cách kết hợp tất cả 3 hệ số khuếch đại của thuật toán P.I.D sau đó trở thành tín hiệu đầu ra mạch vòng tốc độ 03.07. Kết luận 60
  62. Tài liệu tham khảo 1. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền(2004),Truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ Thuật. 2. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, D•ơng Văn Nghi(1998),Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật. 3. Nguyễn Hồng Thanh, Nguyễn Phúc Hải(1999),Máy điện trong thiết bị tự động, Nhà xuất bản Giáo Dục. 4. Phạm Công Ngô(1998),Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật. 5. Control Techniques(1998),User Guide Mnetor II - DC Drives 25A to 1850A output, Control Techniques Drives Ltd. 61