Đề tài Hệ thống điều khiển tự động máy kiềm bóng PK-M1 trong nhà máy dệt kim Đông Xuân

h đúng cắt từng đoạn thớch hợp một dũng xoay chiều cú tần số cao hơn, ta cú bộ biến tần trực tiếp. Trường hợp dũng điện xoay chiều cú tần số điều khiển nhờ đúng cắt nguồn một chiều ta cú bộ nghịch lưu. Để điều khiển tốc độ động cơ ta thay đổi tần số điện ỏp xoay chiều cấp cho động cơ. Do đú ta sẽ sử dụng biến tần. 1. Biến tần trực tiếp Trong biến tần trực tiếp điện ỏp xoay chiều được chuyển đổi thành điện ỏp xoay chiều với tần số khỏc bằng mạch van. Sơ đồ cấu trỳc tổng quỏt Hỡnh 17: Sơ đồ khối biến tần trực tiếp Điện ỏp xoay chiều U1 , (tần số fl) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay với tần số khỏc. Vỡ vậy biến tần loại này cú hiệu suất rất cao. Tuy nhiờn trờn thực tế do số lượng van lớn (nhất là với mạch 3 pha). Việc thay đổi tần số ra f2 khú khăn và phụ thuộc vào tần số f1. Vỡ vậy hiện nay chủ yếu chỉ cú loại biến tần này với phạm vi điều chỉnh tần số f2 Ê fl. Mặc dự về nguyờn tắc cú thể lập biến tần với f2 > fl song mức độ khú khăn sẽ tăng lờn nhiều. * Cỏc tớnh chất chung của biến tần trực tiếp - Trong biến tần trực tiếp đường cong điện ỏp đầu ra là đường ghộp nối cỏc đoạn hỡnh sin của điện ỏp nguồn bằng cỏch nối tải vào cỏc pha của nguồn một cỏch luõn phiờn nhờ cấc van bỏn dẫn. Cỏc van bỏn dẫn trong biến tần trực tiếp được chuyển mạch tự nhiờn. - Biến tần trực tiếp cú hiệu suất cao do chỉ cú 1 lần biến đổi điện năng và cho phộp thực hiện hóm tỏi sinh năng lượng mà khụng cần cú mạch điện phụ. Cũng cú thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện ỏp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng súng điện ỏp gần hỡnh sin. Tuy nhiờn hệ số cụng suất thấp, số lượng van bỏn dẫn ở mạch lực khỏ nhiều và tần số điều chỉnh bị giới hạn trờn bởi tần số nguồn cung cấp và điều kiện chuyển mạch tự nhiờn của cỏc van bỏn dẫn. - Biến tần trực tiếp hay được dựng cho truyền động điện cụng suất lớn, tốc độ làm việc thấp (thớ dụ để cung cấp cho cỏc động cơ rụto lồng súc, cỏc động cơ rụto dõy quấn cấp bởi 2 nguồn, cỏc động cơ đồng bộ...). Sơ đồ mạch lực của biến tần trực tiếp l pha tương tự như sơ đồ mạch lực của chỉnh lưu cú đảo chiều dũng điện. Hai nhỏnh van P,N được nối song song ngược. Nguồn cung cấp cú thể là 1 hoặc 2 dõy quấn riờng rẽ của thứ cấp mỏy biến ỏp hoặc trực tiếp từ lưới điện, tổng trở tải Zt nối giữa cỏc điểm chung của 2 nhúm van. Cỏc nhúm van P,N được điều khiển luõn phiờn và do đú trờn tải cú điện ỏp xoay chiều với biờn độ và tần số súng cơ bản tuỳ thuộc vào tham số của tớn hiệu điều khiển. Cỏc nhúm van P,N cú thể điều chỉnh phối hợp chung hoặc điều khiển riờng. Nếu dựng phương phỏp điều khiển riờng thỡ khụng cần cuộn khỏng cõn bằng Lcb. Cũn trường hợp điều khiển chung thỡ cỏc cuộn khỏng Lcb làm nhiệm vụ hạn chế dũng điện cõn bằng do cú chờnh lệch giỏ trị tức thời của điện ỏp cõn bằng giữa hai nhúm van gõy ra. Biến tần trực tiếp 3 pha được hỡnh thành từ 3 biến tần một pha, sơ đồ nối cỏc tuỳ thuộc vào sơ đồ nối tải : hỡnh sao, hỡnh tam giỏc hoặc là 3 pha cỏch ly nhau. Ta giả thiết rằng tần số điện ỏp ra rất nhỏ hơn tần số lưới và thời gian chuyển mạch giữa cỏc van là khụng đỏng kể so với độ dài chu kỳ điện ỏp. Tải của biến tần trực tiếp là động cơ xoay chiều nờn dũng điện thường chậm pha so với điện ỏp Phõn tớch Ở thời điểm q1 cỏc xung điều khiển với pha xỏc định được đặt lờn cỏc van của nhúm van P chế độ này kộo dài đến tận thời điểm q2, dũng điện tải cú xu hướng tăng dần. Tại thời điểm q2 gúc pha xung điều khiển tăng đến giỏ trị sao cho nhúm P làm việc ở chế độ nghịch lưu (phụ thuộc), điện ỏp trờn tải đổi dấu cũn dũng tải bắt đầu giảm cho đến khi bằng 0 tại q3. khoảng nghỉ q3 - q4 là thời gian cần thiết để cỏc van của nhúm P khoỏ hoàn toàn. Tại thời điểm q4 cỏc xung điều khiển cú pha tương ứng với chế độ chỉnh lưu được đặt vào cỏc van của nhúm N để tạo ra nửa chu kỳ õm của điện ỏp (và dũng điện ) tải. Do tớnh đến khả năng chuyển mạch khụng chắc chắn của cỏc van tiristo ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc nờn gúc mở sớm b của chế độ nghịch lưu độc lập và gúc mở chậm a của chế độ chỉnh lưu cú thể chọn khỏc nhau. Trong biến trực tiếp chuyển mạch tự nhiờn mỗi nửa súng điện ỏp đầu ra được hỡnh thành bởi một số nguyờn lần cỏc khoảng dẫn của cỏc van tiristo, vỡ vậy tần số thành phần cơ bản của dũng điện tải được lấy cỏc giỏ trị giỏn đoạn. Về nguyờn tắc cũng cú thể điều chỉnh trơn tần số điện ỏp ra tuy nhiờn khi thường xuất hiện sự mất đối xứng giữa nửa súng dương và nửa súng õm của kỳ dũng điện và điện ỏp ở cỏc tần số khụng phải là một ước số của tần số nguồn cú thể xuất hiện biến điệu tần số thấp. Biểu thức để xỏc định tần số dũng điện đầu ra Trong đú m: số pha đầu vào của nguồn n:số khoảng dẫn của cỏc van ở mỗi nhúm fe:tõn số điện ỏp nguồn - So Sỏnh giữa biến tần trực tiếp điều khiển riờng và biến tần trực tiếp điều khiển chung: Biến tần trực tiếp điều khiển riờng tại một thời điểm chỉ cho phộp một nhúm van (P hoặc N) dẫn cũn biến tần trực tiếp lại một thời điểm cú thể cho phộp cả 2 nhúm van cựng dẫn. Do đú biến tần điều khiển chung phải cú cuộn khỏng cõn bằng Lcb để hạn chế dũng điện tải cũn biến tần điều. khiển riờng thỡ khụng cần. Đối với biến tần điều khiển riờng thỡ dũng điện tải chậm pha so với điện ỏp vỡ dấu của dũng tải xỏc định nhúm van cần phải dẫn mà khoảng dẫn của nhúm van lại chậm pha so với điện ỏp mong muốn ở trờn tải. Đối với biến tần điều khiển chung thỡ tại sao lại cú thể dẫn được .2 nhúm van cựng một lỳc.Trong biến tần loại này thỡ dũng điện trung bỡnh qua mỗi nhỏnh van đỳng bằng một nửa biờn độ dũng điện tải và trong biến tần điều khiển chung thỡ dũng điện qua mỗi nhúm van luụn lớn hơn dũng điện trong cỏc nhúm van trong biến tần điều khiển riờng. Hơn nữa khi dũng điện tải đủ lớn thỡ cuộn khỏng cõn bằng mất tỏc dụng hạn chế dũng cõn bằng, biến tần trực tiếp điều khiển chung phải chuyển sang chế độ điều khiển riờng. Chỳ ý: Khi giảm điện ỏp đầu ra sẽ làm tăng thành phần đập mạch, tăng dung lượng hài của điện ỏp do cỏc gúc mở a Và gúc thụng sớm b đều tăng. Khi số đỉnh xung trong một chu kỳ điện ỏp ra càng lớn thỡ dạng súng điện ỏp càng gần với hỡnh sin mong muốn Trong hệ truyền động điện thỡ biến tần trực tiếp điều khiển chung thường dựng cho hệ truyền động cụng suất lớn và gúc mở cỏc nhúm van được điều chỉnh theo luật hàm arcos và nhất thiết phải cú cuộn khỏng trong mạch lực. 2. Biến tần giỏn tiếp Sơ đồ cấu trỳc Hỡnh 18: Sơ đổ khối biến tần giỏn tiếp Trong biến tần loại này điện ỏp xoay chiều tần số f1 đầu tiờn được chuyển một chiều nhờ mạch chỉnh lưu sau đú qua bọ lọc rồi mới được biến trở lại điện ỏp xoay chiều với tần số f2. Bộ nghịch lưu chớnh là để thực hiện nhiệm vụ này. Việc phải biến đổi năng lượng 2 lần làm giảm hiệu suất biến tần song bự lại loại biến tần này cho phộp biến đổi dễ dàng tần số f2 mà khụng phụ thuộc vào fl vỡ tần số ra chỉ phụ thuộc và mạch điều khiển. Hơn nữa với sự ứng dụng của hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và dựng van lực là cỏc loại van Tranzitor đó cho phộp phỏt huy tối đa cỏc ưu điểm của loại biến tần này. Vỡ vậy đại đa số cỏc biến tần hiện nay là biến tần cú khõu trung gian 1 chiều. Tuy nhiờn nếu dựng van tiristo vẫn cũn một số khú khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoỏ van. Nghịch lưu độc lập nguồn dũng Nghịch lưu độc lập nguồn dựng thường dựng cho cỏc hệ thống cụng suất và cú sơ đồ cầu 3 pha trong đú cỏc van bỏn dẫn là cỏc van điều khiển hoàn toàn Nguyờn lý làm việc: Nguồn cung cấp cho nghịch ưu là nguồn một chiều, dũng điện một chiều khụng phụ thuộc vào tổng trở của tải Nghịch lưu điện ỏp Nghịch lưu điện ỏp cú đặc điểm là dạng điện ỏp ra tải được định sẵn cũn dũng điện tải lại phụ thuộc vào tớnh chất của tải. Nguồn cung cấp cho nghịch lưu điện ỏp là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. 3. Phương phỏt điều khiển V/f Phương phỏp điều khiển V/f là lấy tần số ra tỷ lệ theo một quy luật nào đú với điện ỏp đầu vào nghịch lưu. Vớ dụ theo tỷ lệ tuyến tớnh, theo hàm bậc 2, đa điểm... II. Biến tần MICROMASTER 420 của SIEMENS 1. Tổng quỏt Hỡnh 1 9 : Bộ biến tần Micromaster 420 CỦA SIEMENS Sơ đồ tổng quỏ Micromaster 420 của SIEMENS thuộc họ biến tần giỏn tiếp để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha với nhiều loại từ 0.12kW đầu vào 1 pha tới 11kW đầu vào 3 pha. Micromaster 420 của SIEMENS là loại biến tần sử dụng vi xử lý để điều và sử dụng cụng nghệ IGBT (Insulated Gate Bipolar Translstor). Điều đú làm cho chỳng đỏng tin cậy và linh hoạt, mềm dẻo. Một điều đặc biệt nữa là với phương phỏp điều chế bề rộng xung cho phộp chỳng chọn tần số xung mà khụng ảnh hưởng tới hoạt động của động cơ. Chức năng bảo vệ toàn diện giỳp bảo vệ hoàn hảo hệ động cơ và biến tần Micromaster 420 là một sự chọn lựa lý tưởng được sử dụng rộng rói để điều khiển cho hệ điều khiển động cơ đơn giản cũng như phức tạp. Hỡnh 20: Sơ đồ tổng quỏt của biến tần MS420 Hỡnh 21: Sơ đồ đấu dõy Biến tần Micromaster 420 cú 1 đầu vào tương tự (analog input AIN) cú mức điện ỏp từ 0 đến 10V được điều chỉnh bằng biến trở, cú 3 đầu vào số (digital input DIN1, DIN2, DIN3) được nuụi bằng nguồn 1 chiều 24V. Thiết bị cũn cú 1 ngừ ra tương tự (AOUT) và một cổng truyền thụng RS485, cỏc bọ chuyển đổi A/D và D/A, bộ xử lý trung tõm, bộ chỉnh lưu và nghịch lưu để cấp điện ỏp cho động cơ (sau khi đó tạo ra được tần số điều khiển). Điện ỏp xoay chiều 1 pha, 3 pha qua bộ chỉnh lưu sẽ được điện ỏp 1 chiều qua bộ lọc sau đú được đưa vào bộ nghịch lưu, cỏc xung điều khiển đúng mở cỏc van tiristo được lấy từ CPU của biến tần sẽ điều chế điện ỏp một chiều thành xoay chiều với tần số yờu cầu. Cỏc đầu ra analog cho phộp ta cú thể đưa tớn hiệu sang biến tần tiếp theo, cổng RS485 cho phộp ta kết nối với mỏy tớnh để hiển thị... Tất cả cỏc chế độ điều khiển của MICROMASTER 420 đều dựa trờn cơ sở điều khiển V/f: Tốc độ tối đa là 3000 vũng/phỳt ở tần số 50Hz hoặc 3600 vũng/phỳt ở tần số 60 Hz. - Chế độ 1: Linear V/f control (Được sử dụng cho cỏc ứng dụng cú mụ men quay biến đổi và mụmen quay là hằng số như cỏc bơm chẳng hạn) - Chế độ 2: Linear V/f control with Flux Curlent Con trol (FCC) (Chế độ này được sử dụng để cải thiện năng suất và tớnh năng động của động cơ) - Chế độ 3: Quadratic V/f control (Chế độ này dựng cho cỏc tải cú mụ men quay biến đổi như quạt và mỏy bơm) - Chế độ 4: Multi_point V/f control Một số đặc tớnh kỹ thuật Đặc tớnh Giỏ trị Điện thế tiờu thụ và dóy cụng suất 200V-240V 1 pha AC ±10% 0.12 -3kW 200V – 240V 3 pha AC ± 10% 12 – 5.5kW 380V – 480 3 pha AC ± 10% 37 – 11kW Tần số ngừ vào 47Hz - 63Hz Tần số ngừ ra 0 Hz – 650Hz Hệ số cụng suất > 0.7 Hiệu suất biến tần 96% - 97% Khả năng chịu quỏ tải 1.5x dũng danh định trong vũng 60 giõy Dũng xung kớch Thấp hoơ dũng vào danh định Phương phỏp điều khiển Tuyến tớnh V/f, bậc hai V/f, cú thể lập trỡnh V/f, điều khiển dũng từ thụng (FCC) Tần số PWM 2KHz – 16KHz (mỗi bước là 2KHz) Cỏc tần số cố định 7, cú thể lập trỡnh được Dải tần số bỏ qua 4, cú thể lập trỡnh được Độ phõn giải điểm cài đặt 0.01 Hz kỹ thuật số 0.01 Hz dạng chuỗi 10 bit dạng analog Cỏc ngừ vào số 3 ngừ vào số riờng biệt cho phộp lập trỡnh, chuyển đổi qua lại PNP/NPN Ngừ vào analog 1 (cho điểm cài đặt hoặc ngừ vào PI 0-10V) cú thể định tỷ lệ hoặc sử dụng ngừ vào thứ 4. Ngừ ra rơle Cú thể định cấu hỡnh 30VDC/5A (tải trở), 250VAC (tải cảm) Ngừ ra Analog 1 (cú thể lập trỡnh được từ 0 – 20mA) Cỏc giao diện truyền thụng RS – 232, RS – 285 khả năng tương thớch điện từ trường Cú cỏc bộ lọc EMC Hóm sử dụng hóm DC, hóm hỗn hợp cấp bảo vệ IP 20 Khoảng nhiệt độ làm việc -100C đến 500C Nhiệt độ lưu kho -400C đến 700C Độ ẩm 95% RH – khụng đụng đặc Cỏc tớnh năng bảo vệ Dưới ỏp Quỏ ỏp Quỏ tải Sự cố chạm đất Ngắn mạch Chống ngừng đột ngột Roto bị kẹt Quỏ nhiệt động cơ theo I2t,PTC Quỏ nhiệt bộ biến tần Bảo vệ tham số PIN 2. Cỏch đặt thụng số trờn panel BOP Đõy là vớ dụ thay đổi tham số P108 đặt tần số lớn nhất cú thể là 35.000 Bước Kết quả trờn màn hỡnh hiển thị Nhấn P để nhập tham số Hiển thị r0000 Nhấn D cho đến khi hiện P0010 Hiển thị P0010 Nhấn P để nhập giỏ trị P0010 Hiển thị 0 Nhấn D cho đến khi hiện P0010=1 Hiển thị 1 Nhấn P để ghi và thoỏt Hiển thị P0010 Nhấn D cho đến khi hiện P1082 Hiển thị P1082 Nhấn P để xem giỏ trị mặc định của P1082 Hiển thị 50.000 Nhấn D (ẹ) để chọn giỏ trị lớn nhất yờu cầu Hiển thị 35.000 Nhấn P để nhớ và thoỏt Hiển thị P1082 Nhấn ẹ để hiển thị lại P0010 Hiển thị P0010 Nhấn P để xem giỏ trị mặc định P0010 Hiển thị 1 Nhấn ẹ để đặt giỏ trị P0010 Hiển thị 0 Nhấn P để nhớ và thoỏt Hiển thị P0010 Nhấn ẹ để trở lại r0000 Hiển thị r0000 Nhấn P để thoỏt Hiển thị 32.000 3. Cỏc thụng số cơ bản - Cỏc thụng số Read only sẽ được ký hiệu bằng chữ r, cũn lại sẽ được ký hiệu bằng chữ P - Quick Commissioning (thực hiện nhanh) P0010 = 1 Tham số Diễn giải Ghi chỳ P0100 Chuẩn Chõu õu/Bắc Mỹ P000=0 (kW, 50 Hz chuẩn Chõu Âu) P0100=1 (hp, 60Hz) P0100=2 (kW, 60Hz chuẩn Bắc Mỹ) P0300 Chọn loại động cơ P0300=1 động cơ khụng đồng bộ P0300=2 động cơ đồng bộ P0304 Dải điện ỏp động cơ Dải 10-200V (cú thể tuỳ chọn trong dải này) P0305 Dải dũng điện động cơ Dải 0,12 – 10000A (cú thể tuỳ chọn trong dải này) P0307 Dải cụng suất động cơ Dải 0,11 – 11kW tuỳ chọn trong dải này P0308 Dải Cosphi động cơ Dải 0 – 1(cú thể tuỳ chọn trong dải này) P0309 Hiệu suất động cơ Dải 0- 100% P0310 Dải tần số làm việc đụng cơ Dải 12 – 650Hz (cú thể tuỳ chọn trong dải này) P0311 Dải tốc độ động cơ Dải 0-40000rmp/min (cú thể tuỳ chọn trong dải này) P0335 Làm mỏt động cơ P0335=0 tự làm mỏt gắn cựng thiết bị P0335=1 làm mỏt bsằng quạt riờng P0640 Hệ số quỏ tải Dải quỏ tải 0-400% (cú thể chọn trong dải này) P0700 Chọn cỏc điều khiển P0700=0: factory default =1: keypad (BOP/AOP) =2: Terminal =4: USS1 on BOP_link (RS232) =5: USS2 on comm_link (RS485) =6: PROFIBOS/Field bus on Comm_link P1000 Chọn tần số đặt =1: keypad (BOP/AOP) =2: Analog input =3: Fixed frequence =4: USS via RS232 =5: USS via RS485 =6: Optional communications board (ta cú thể kết hợp 2 giỏ trị một vớ dụ 12đ setpoint chớnh từ bàn phớm setpoint đặt lại từ đầu vào analog) P1080 Đặt tần số nhỏ nhất Trong khoảng 0 – 650Hz P1082 Đặt tần số lớn nhất Trong khoảng 0 – 650Hz P1120 Thời gian tăng từ 0-fmax 0 – 650 giõy P1121 Thời gian giảm từ fmax-0 0 – 650 giõy P1153 OFF3 Ranp_downtime P1300 Chế độ điều khiển =0 Liner V/f control =1 FCC =2 Quadratic V/f =3 Multipoint V/f P3900 Kết thỳc chế độ thực hiện nhanh - Cỏc thụng số về biến tần : POO04=2 r0018 : firmware version r0026 : thực hiện nối điện ỏp một chiều r0039 : đồng hồ đo năng lượng tiờu thụ P0040 : reset đồng hồ đo năng lượng tiờu thụ r0200 : dải cụng suất (kW hoặc hp) r0207 : dải dũng điện r0208 : dải điện ỏp vào biến tần P1800 : tần số xung P1820 : đảo pha ra nối tiếp - Cỏc thụng số vào ra analog: r0752 : điện ỏp vào cổng analog r0754: P0756 : loại ADC P0757 : giỏ trị x1(điểm đầu vào Pl) P0758 : giỏ trị y1(điểm đầu vào Pl) P0759 : giỏ trị x2(điểm đầu vào P2) P0760 : giỏ trị y2(điểm đầu vào P2) P0761 : độ rộng dải deadband R0774 : giỏ trị đầu ra analog P0777 : giỏ trị x1(điểm đầu ra Pl) P0778 : giỏ trị y1(điểm đầu ra P1) P0779 : giỏ trị x1(điểm đầu ra P2) P0780 : giỏ trị y1(điểm đầu ra P2) P0781 : dải deadband đầu ra. 4. Một số lỗi thường gặp Lỗi Lý do F0001 Qỳa dũng - Cụng suất động cơ khụng đỳng với cụng suất biến tần - Ngắn mạch dõy dẫn chớnh - Lỗi nối đất F0002 Qỳa ỏp - Điện ỏp 1 chiều nối đất vượt quỏ cấp của thiết bị ngắt - Quỏ điện ỏp cú thể do nguồn cung cấp quỏ cao hoặc do động cơ ở chế độ hóm tỏi sinh - Động cơ ở chế độ hóm tỏi sinh cú thể do độ dốc điện ỏp giảm quỏ nhanh hoặc động cơ được điều khiển bởi một tải động F0003 Dưới ỏp - Nguồn cung cấp chớnh lỗi - Tải chống sốc bờn ngoài giới hạn đặc biệt F0004 Biến tần quỏ nhiệt - Nhiệt độ xung quanh vượt quỏ giới hạn cho phộp - Quạt làm mỏt lỗi F0005 Biến tần lỗi I2t - Quỏ tải - Chu kỳ làm việc qỳa yờu cầu - Cụng suất động cơ vượt quỏ khả năng cụng suất biến tần F0011 Quỏ nhiệt I2t động cơ - Quỏ tải động cơ - Tham số điều chế khụng đỳng - Động cơ làm việc dưới tốc độ cho phộp trong 1 thời gian dài F0041 Lỗi điện trở stator Lỗi điện trở stator F0051 Tham số EFROM lỗi Lỗi ghi hoặc đọc dữ liệu F0052 Lỗi stack cụng suất Đọc thụng tin stack cụng suất lỗi hoặc dữ liệu khụng cú hiệu lực F0060, F0071, F0072 Lỗi truyền thụng Lỗi truyền thụng F0080 Lỗi cổng analog Mất tớn hiệu vào - Hỏng dõy - Tớn hiệu quỏ giới hạn cho phộp F0085 Lỗi extenal Gõy ra bởi terminal input F0101 Stack overflow Lỗi phần mềm hoặc lỗi vi xử lý F0221 PI Feedback dưới giỏ trị nhỏ nhất PI feedback dưới giỏ trị nhỏ nhất F0222 PI feedback trờn giỏ trị lớn nhất PI feedback trờn giỏ trị lớn nhất F0450 Lỗi nhà sản xuất III. Dựng bộ điều khiển PI của biến tần thay thế bộ MCA Như đó phõn tớch ở trờn, bộ điều khiển của hệ thống là bộ điều khiển PI tương tự được xõy dựng từ năm 1991, tuy hiện nay hệ thống đó hoạt động tốt nhưng nú cú một số nhược điểm sau: Việc tỡm cỏc tham số của bộ điều khển như hằng số thời gian Ti, hệ số khuếch đại K là rất khú khăn và khụng chớnh xỏc. Để tỡm cỏc tham số này ta phải điều chỉnh cỏc biến trở của bộ điều khiển băngg phương phỏp dũ tỡm. Đồng thời cỏc biến trở này cú độ chớnh xỏc khụng cao nờn khớ dũ tỡm được tham số mong muốn. Ngoài ra bộ điều khiển tương tự cú độ ổn định khụng cao phụ thuộc vào nhiệt độ mụi trường. Mỗi lần tỡm lại tham số cho bộ điều khiển cũng mất nhiều thời gian. Do bộ điều khiển tương tự cú những nhược điểm gõy ảnh hưởng nhiều đến sự ổn định của hệ thống như vậy nờn ta cú thể thay thế chỳng bằng cỏc bộ điều khiển số, bởi vỡ chỳng cú một số ưu điểm sau: Việc số hoỏ cỏc tham số cần tỡm giỳp chỳng ta dễ dàng tỡm ra chỳng với độ chớnh xỏc cao, đồng thời chỳng ta cú thể ỏp dụng cỏc phương phỏp mụ phỏng hệ thống để rỳt ngắn thời gian xỏc định tham số. 1. Mụ hỡnh hoỏ đối tượng Đối tượng của ta ở đõy là động cơ ba pha roto lồng súc. Để rỳt ngắn thời gian tỡm cỏc tham số của bộ điều khiển bằng cỏch mụ phỏng hệ thống ta cần cú mụ hỡnh mụ tả chớnh xỏc đến mức tối đa đối tượng điều chỉnh. Mụ hỡnh toỏn học thu được cần phải thể hiện rừ cỏc đặc tớnh thời gian của đối tượng điều chỉnh. Tuy nhiờn mụ hỡnh của ta khụng nhằm mục đớch mụ phỏng chớnh xỏc về mặt toỏn học đối tượng động cơ. Mụ hỡnh ở đõy chỉ để phục vụ cho việc xõy dựng cỏc thuật toỏn điều chỉnh. Điều đú dẫn đến cỏc điều kiện được giả thiết trong khi lập mụ hỡnh. Cỏc điều kiện đú một mặt đơn giản hoỏ mụ hỡnh cú lợi cho việc thiết sau này, mặt khỏc chỳng gõy nờn sai lệch nhất định- sai lệch trong phạm vi cho phộp- giữa đối tượng và mụ hỡnh. Sau này, cỏc sai lệch đú phải được loại trừ bằng cỏc biện phỏp thuộc vờ kỹ thuật điều chỉnh. Vỡ cấu trỳc phõn bố cỏc cuộn dõy phức tạp về mặt khụng gian, vỡ cỏc mạch từ múc vũng ta phải chấp nhận một loạt cỏc điều kiện sau đõy trong khi mụ hỡnh hoỏ động cơ. 1. Cỏc cuộn dõy stator được bố trớ một cỏch đối xứng về mặt khụng gian. 2. Cỏc tổn hao sắt từ và sự bóo hũa từ cú thể bỏ qua. 3. Dũng từ hoỏ và từ trường được phõn bố hỡnh sin trờn bề mặt khe từ. 4. Cỏc giỏ trị điện trở và điện cảm tạm được coi mà khụng đổi. Trong trường hợp quỏ trỡnh quỏ độ điện từ xảy ra rất nhanh so với quỏ trỡnh quỏ độ động cơ thỡ cú thể bỏ qua quỏ trỡnh quỏ độ điện từ khi khảo sỏt động cơ khụng đồng bộ là hàm của nhiều biến điện ỏp, điện trở ro to, tần số, tốc độ...Trong trường hợp cụ thể mụ men là hàm ớt nhất của hai biến: biến ra là tốc độ và một biến vào nào đú gọi là biến y. M = M(y,w) Do tớnh chất phi tuyến mạnh của đặc tớnh của ĐCKĐB nờn thường dựng phương phỏp tuyến tớnh hoỏ quanh điểm làm việc. M = MB + DM và y = Y0 + Dy Mc= MCB + DM và w = wB + Dy Trong đú gia số momen là: Thay thế vào phương trỡnh chuyển động của hệ thống viết dưới dạng toỏn tử: Sau một vài phộp đại số cần thiết ta cú hàm truyền của ĐCKĐB là: Trong đú Tm : hằng số thời gian điện cơ Km: là hệ số khuếch đại của ĐCKĐB với biến vào y Trong trường hợp dựng cụng thức Kloss để tớnh mụmen thỡ cú thể lấy gần đỳng: và nếu mụmen tải khụng phụ thuộc tốc độ Mc =Mc0sign[w] thỡ ta tớnh được: Trong đú: J là mụ men quỏn tớnh wo là tốc độ khụng tải sth hệ số trượt tới hạn Mth mụmen tới hạn Với : Ufl : là trị số hiệu dụn'g của điện ỏp pha stato Xam = Xld + X'2d : điện khỏng ngắn mạch Xld Xld : là điện khỏng tản stato và điện khỏng tản rụ to đó quy đổi về stato R1 , R'2: là điện trứ cuộn dõy stato và điện trở rụ to đó quy đổi về stato. W1: tốc độ gúc của từ trường quay cũn gợi là tốc độ đồng bộ. fl : tần số của điện ỏp nguồn đặt vào stato. p : số đụi cực từ động cơ Như vậy ta đó xỏc định được mụ hỡnh toỏn học của động cơ, tuy vậy ta vẫn chưa biết cỏc tham số của động cơ để tớnh hằng số thời gian và hệ số khuếch đại. Ta sẽ dựng phương phỏp tỡm cỏc tham số từ nhón động cơ. Trờn nhón động cơ cú cỏc thống số sau: - Cụng suất danh định PN = l,51kw - Định IN = 6 điện ỏp danh định(pha - pha) UN = 220V - Dũng danh.2A 1) Của dũng danh định IN = 2) Khỏng phức của một pha ZN =Upha/Ipha 3) Điện trở gần đỳng của ro to Rr ~ sZN - Cụng Tần số danh định fN = 60Hz - Tốc độ quay danh định nN = 1710vũng/phỳt - Hệ số cụng suất cosj = 0,8 Từ cỏc thống số trờn ta sẽ tớnh toỏn cỏc tham số động cơ là Kmy và Tm: Cỏc tham số được tớnh gần đỳng cho chế độ danh định theo cỏc bước tớnh giỏ trị dũng tạo từ thụng isd 4) Cụng suất danh định PN = 3UphaIphacosj 5) Module suất danh định PN = 6) Từ (4) và (5) ta suy ra I2sqN = 7) Thay (1) vào (6) ta suy ra 8) Thay (7) vào (2) ta suy ra 9) Từ (8) ta cú thể dẫn dắt được cụng thức gần đỳng sau Tại bước (5) khi tớnh cụng suất PN ta đó bỏ qua tổn hao rơi trờn điện trở stato mà khụng gõy sai số đỏng kể. * Tớnh giỏ trị dũng tạo momen quay isq Tớnh tần số rotor(tần số trượt) wr * Tớnh điện khỏng tản * Tớnh điện cảm tản * Tớnh điện khỏng chớnh * Tớnh điện trở stator Rs Chấp nhận xấp xỉ Rs ằ Rr * Tớnh hệ số trượt tới hạn * Tớnh momen tởi hạn = 61,57Nm * Tớnh hằng số thời gian Tm * Tớnh hệ số khuếch đại Kmy Với đầu vào là tần số Ta cú: Suy ra: Vậy ta cú mụ hỡnh động cơ là: 2. Mụ phỏng đối tượng bằng chương trỡnh Simulink trong Matlab để tỡm cỏc tham số cho bộ điều khiển PI Giới thiệu về Matlab và Simulink: Matlab là chương trỡnh hỗ trợ cho cỏc tớnh toỏn khoa học và kỹ thuật với cỏc phần tử cơ bản là cỏc ma trận trờn .cỏc mỏy tớnh cỏ nhõn (Matlab là viết tắt của Matrix Laboratory ). Matlab được sử dụng nhiều trong cỏc nghiờn cứu về tớnh toỏn của cỏc bài toỏn kỹ thuật như lý thuyết điều khiển tự động, kỹ thuật thống kờ xỏc suất, xử lý tớn hiệu số, đại số tuyến tớnh...Khi nghiờn cứu hệ thống điều khiển tự động ta cú thể lập chương tớnh mụ phỏng bằng Matlab SIMULINK là phần mở rộng của Matlab, dựng để mụ phỏng cỏc hệ động lực bằng sơ đồ khối. Như vậy thay cho việc lập trỡnh ta chỉ cần ghộp nối cỏc khối cú sẵn trong thư viện CMULINK, sau đú vào số liệu cho từng khối và tiến hành mụ phỏng. Kết quả cú thể quan sỏt trờn cỏc osilloscope hoặc quan sỏt trờn đồ hoạ của Matiab. SIMULINK cú thể mụ phỏng cho cả hệ liờn tục và rời rạc, tuyến tớnh và phi tuyến. Trong thư viện của nú cú nhiều khối với cỏc đặc tớnh khỏc nhau. Nú được thiết kế trong mụi trường Windows, nhờ đú ta cú thể ghộp nối sơ đồ một cỏch dễ dàng bằng chuột. . Tỡm cỏc tham số của bộ điều khiển PI: Hàm truyền của động cơ: Để tỡm đặc tớnh quỏ độ của động cơ ta xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng trong simulink của Matlab như sau: Hỡnh 22 : Sơ đồ khối mụ phỏng động cơ Trong đú : Khối Step là khối đặt tớn hiệu 1(t) cho động cơ. Khối Transfer Fcn là hàm truyền của động cơ. Khối Scope là khối hiển thị đặc tớnh quỏ độ của động cơ. Hàm truyền của động cơ là một khõu bậc nhất, nhưng trong thực tế luụn xảy ra hiện tượng trễ, vỡ vậy tại khõu Step ta đặt thời gian trễ cho động cơ là khoảng 02s. Ta cú bảng thụng số của khõu Step: Hỡnh 23: Bảng giỏ trị đặc của khối step Ta cú đặc tớnh hàm quỏ độ động cơ Hỡnh 24: Đặc tớnh động cơ Coi mụ hỡnh.của động cơ là mụ hỡnh xấp xỉ bậc nhất cú trễ,nờn ta cú thể xỏc định cỏc tham số của bộ điều khiển PI theo cụng thức sau: Bộ điều khiển PI với hàm truyền R(s) = thỡ ta chọn: Trong đú: kp là hệ số khuếch đại. TI là hằng số tớch phõn. T Thời gian quỏ độ của động cơ. L là thời gian trễ. k biờn độ hàm quỏ độ. Theo đặc tớnh của hàm quỏ độ ta xỏc định được: T = 4s; L = 0,5s; k = 1,018 Theo cụng thức trờn ta tớnh được: TI = 10.0,5/3 = 1,67. kp = 0,9.5/1,018.0,5 =8,84 Từ cỏc tham số trờn ta xõy dựng được sơ đồ khối mụ phỏng của hệ thống bằng Matlab như sau: Hỡnh 25 : Sơ đồ khối hệ thống mụ phỏng bằng Matlab Trong đú Khối Step là khối đặt tớn hiệu chủ đạo cho bộ điều khiển PI. Bộ điều khiển PI được xỏc định như sau: Hỡnh 26: Sơ đổ khối bộ điểu khiển PI Khối Gain đặt giỏ trị khuếch đại của bộ điều khiển PI. Khối Scope là khối hiển thị đặc tớnh của hệ thống. Với cỏc thang số tỡm được ta cú đặc tớnh của hệ thống : Hỡnh 27: Đặc tớnh hệ thống Như vậy ta đó tỡm được cỏc tham số của bộ điều khiển từ việc mụ hỡnh hoỏ đối tượng và mụ phỏng bằng Matlab. Trờn thực tế cỏc tham số đú cú thể chưa cho ta chất lượng mong muốn v