1
BàI GIảNG MÔN HọC
ĐIềU CHỉNH Tự Động truyền động điện
2
?1.1. Khái niệm và các chỉ tiêu chất lượng

1.1- Loại phụ tải
Trong thực tế có 2 loại cơ bản
Phụ tải phản kháng.
Phụ tải thế nang.
Trong thực tế làm việc thường có cả 2 loại phụ tải trên ? Tuỳ trường hợp loại nào lớn hơn ta tính cho loại ấy.

1.2- Tính chất phụ tải đặc tính tải):
Là quan hệ giưa mô men tải với tốc độ quay.
3
1.3- Dải điều chỉnh:
Là tỷ số giưa tốc độ cao nhất và thấp nhất, về mặt lý thuyết là tốc độ lấy trên máy sản xuất nhưng nếu giưa động cơ và máy sản xuất ghép bởi hộp giảm tốc có tỷ số truyền cố định thỡ lấy tốc độ trên trục động cơ:



Trong quá trình tính toán phải xác định tốc độ tại điểm tải định mức.

1.4- Dộ trơn điều chỉnh:
Là tỷ số gi?a 2 tốc độ lân cận:
4
5
6
?1.2. so sánh hệ truyền động hở và kín


Dể đánh giá và so sánh ưu nhược điểm của hệ kín và hệ hở ta đi so sánh hệ truyền động một chiều hở, với hệ truyền động có phản hồi âm tốc độ.




7
Từ hệ trên ta lập được các phương trỡnh sau:





8
1.2.1- Dộ sụt tốc độ ?n:






? Với cùng một phụ tải trên trục động cơ thì ?n kín < ?n hở là (1 + ?K)lần.


9
1.2.2- Dặc tính hệ hở và hệ kín:

Với hệ hở cùng một giá trị n0 khi tải tang ? ?n hở tăng phụ thuộc vào RBBĐ và RU, còn với hệ kín khi tải tang làm n giảm ? Uv = (Ucđ - ?n) ?, ? Uđk ?? EBBĐ ? ? Uư? cùng với giá trị Ucđ thỡ đặc tính khi tải tang không còn là đặc tính trước mà được đẩy lên làm việc trên đặc tính cao hơn (do Uư ? trước) ? đặc tính cơ hệ kín cứng hơn đặc tính cơ hệ hở.


10
1.2.5- Chống nhiễu:
Nhiễu phụ tải: khi phụ tải thay đổi ? In thay đổi ? n thay đổi. Với hệ hở sự thay đổi tốc độ phụ thuộc vào thông số của hệ và tuyến tính theo Iu. Nhưng với hệ kín khi tải thay đổi qua hệ thống sẽ điều chỉnh lại điện áp Uư theo hướng ngược lại của tải tác động ? Hệ kín có tác dụng chống lại nhiễu của tải.

Nhiễu điện áp lưới: khi Ul thay đổi ? hệ hở sẽ có Uư thay đổi tương ứng, còn với hệ kín khi Uư thay đổi ? n thay đổi. Giả sử khi Ul giảm ? n tang ? Uv tang ?UĐK, EBBd tang ? Uư lại tang và kéo n (tốc độ) tang ? chống nhiễu của lưới.
11
Nhiễu thông số mạch động lực: RBBD, KBBD, KD, RU.
Có thể do nhiệt độ môi trường thay đổi sẽ làm cho thông số của động cơ, BBĐ thay đổi. Giả sử, nhiệt độ thay đổi ? RBBD, RU tang hoặc KBBĐ, KĐ giảm ? tốc độ thay đổi. Với hệ hở khi n thay đổi thì hệ thống không phát hiện được, còn hệ kín khi tốc độ thay đổi qua máy phát tốc FT sẽ phát hiện được làm Uv, UĐK, EBBĐ, Un thay đổi phản ứng theo hướng ngược lại.
Nhiễu của từ thông kích thích: có thể xảy ra do nguồn kích thích, điện trở cách điện gi?a các vòng dây kích thích, điện trở thuần của cuộn kích thích, điện trở tiếp xúc của các thiết bị đóng cắt kích thích đều làm ảnh hưởng tới tốc độ đầu ra. Nhưng với hệ kín sẽ phát hiện được sự thay đổi của tốc độ ? điều chỉnh lại Uư để n phản ứng theo hướng ngược lại ? chống được nhiễu. Giả sử ? giảm ? n tang ? Uư giảm.
12

Ngoài ra các biến động trên máy phát tốc sẽ tạo ra ?n không trung thực sẽ tạo ra các sai số thực tế ? không chống được nhiễu của máy phát tốc ? các thiết bị đó phải đảm bảo được tính chính xác và tin cậy.

Khi Ucđ thay đổi ? tốc độ thay đổi ? nếu nguồn cung cấp Ucđ không ổn định hoặc điện trở tiếp xúc trên biến trở chủ đạo không tốt ? hệ hiểu là ta điều chỉnh tốc độ ? Không chống được nhiễu này.

? Nguồn chủ đạo phải được giữ ổn định qua ổn áp và biến trở chủ đạo ? phải dùng loại R ít biến đổi, tiếp xúc tốt và chắc chắn.
13
?1.3. Thiết bị tổng hợp khuếch đại
và biến đổi
1.3.1- Khái niệm:
Trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần thiết phải trang bị các thiết bị tự động để biết được thông tin về trạng thái làm việc của đối tượng, từ đó gia công các tín hiệu điều khiển đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đặt ra.
1.3.2- Khuếch đại thuật toán:
Khuếch đại thuật toán là phần tử cơ bản để xây dựng mạch điều khiển tương tự. Thuật ng? Khuếch đại thuật toán có nghĩa là nhờ mạch khuếch đại này mà ta có thể tạo ra được các thuật toán điều khiển khác nhau.

14
Khuếch đại thuật toán được xây dựng từ các mạch khuếch đại Tranzitor cơ bản có đặc tính lý tưởng như sau:

Hệ số khuếch đại điện áp: A= ?.
Trở kháng vào: ZV = ?
Trở kháng ra: Zra = 0
Dải tần: 0 ? ?.
Tuyến tính và đối xứng.
15
Khuếch đại thuật toán thực tế có tham số thấp hơn khuếch đại thuật toán lý tưởng, tuỳ theo loại: khuếch đại thuật toán thông dụng, khuếch đại thuật toán đặc biệt, khuếch đại thuật toán tác động nhanh.
Tính chất và tham số cơ bản của khuếch đại thuật toán thông dụng:
Khuếch đại điện áp: A= 5.104.
Diện trở đầu vào: ZV ? 1M?.
Điện trở đầu ra: ZV = 100?
Diện áp nguồn cung cấp: ? 15V
Dòng điện 3 mA.
Công suất tiêu thụ 500 mW.
Vùng nhiệt độ làm việc - 550C ? 1250C.
Tần số làm việc cực đại: một vài KHz
16
1.3.3- Các mạch cơ bản dùng khuếch đại thuật toán:
A/- Mạch tổng hợp và khuếch đại:






17
Với mạch trên đặc tính khuếch đại có dạng:
Trong đó Ur bão hoà =Ucc - 2V
Muốn xác định giá trị điện áp Uv của mạch để mạch bắt đầu làm việc ở vùng bão hoà thì ta có:


Với một giá trị Ucđ nào đó muốn điện áp phản hồi tương ứng để mạch bão hoà ta phải giải phương trỡnh trên tỡm Rv trên cơ sở R1 đã chọn trước từ KKD khi có Uphản hồi tỡm được giá trị đại lượng vật lý đầu ra là mạch bão hoà.
Với chân nối mát của IC có thể nối mát trực tiếp hoặc nối mát qua điện trở khi đó hệ số khuếch đại không thay đổi mà chỉ có tác dụng tạo nên tính ổn định khi nhiệt độ thay đổi (dòng dò) thay đổi.
18


Muốn mạch trên ở chế độ khuếch đại không đảo ta đảo cực tính đầu vào IC nhưng vẫn phải thoả mãn phản hồi âm.








19


Trong quá trỡnh làm việc, do công nghệ hoặc do chế độ cần thay đổi hệ số khuếch đại (hệ số góc của đặc tính) ta có thể dùng các sơ đồ sau:







20
b/- Bộ cộng tín hiệu:



Nếu chọn R1a = R1b = ... = R1n = R1z thỡ ta sẽ có mạch cộng điện áp:
Ura = -(U1a + U1b +... + U1n)






21
c/- Mạch lặp điện áp:


Diện áp ra lặp lại điện áp vào, tuy vậy gi?a U1 và U2 được cách ly bởi tổng trở vào khuếch đại thuật toán rất lớn, tổng trở ra rất nhỏ ? Hệ số khuếch đại điện áp bằng 1 nhưng hệ số khuếch đại công suất tang đáng kể.
Mạch lặp này hay dùng để lặp các tín hiệu điều khiển (trước đầu vào của mạch so sánh trong mạch điều khiển chỉnh lưu).
22
d/- Mạch so sánh: dùng để so sánh 2 tín hiệu điện áp








Như vậy, điện áp đầu ra của mạch so sánh chỉ có 2 giá trị:
+U0max hoặc - U0max.
23
e/- Mạch chỉnh lưu:
Chỉnh lưu một cực tính:







- Khi U1 > 0 ? D1 thông, D2 khoá ? U2 = 0.
- Khi U1 < 0 ? D1 khoá, D2 thông ?


24
Chỉnh lưu hai cực tính:









- Khi Uv > 0 ? Ur1 < 0, D1 khoá; Ur2 > 0, D2 thông.
- Khi Uv < 0 ? Ur1 > 0, D1 thông
? Cả hai trường hợp trên Ur > 0.
25








- Khi Uv > 0 ? D1 thông, D2 khoá ? Ur1 = 0.
- Khi Ur2 < 0 ? D thông.
- Uv < 0 D1 khoá, D2 thông ? Ur1 >0 ? D thông.


26
Trong quá trình công nghệ khi làm việc ở 2 chiều khác nhau có thể yêu cầu tốc độ khác nhau (hành trình bàn máy bào giường) khi đó có thể thực hiện bằng cách tự động thay đổi các giá trị điện áp chủ đạo tuy nhiên khi đó thời gian thay đổi tự động tương đối dài. Do vậy, muốn thời gian thay đổi tự đông ngắn ta có thể thay đổi đặc tính khuyếch đại của IC




27
f/- Mạch hạn chế: mạch hạn chế trong điều khiển truyền động điện thường được bố trí để hạn chế lượng đặt dòng điện hoặc mômen và hạn chế tín hiệu điều khiển.








- Khi U1 > 0 nếu U1 > U+ ? D+ ? U2 ? U+.
- Khi U1 > 0 nếu |U1| > |U-| ? D- ? U2 ? U-.
28







Giá trị hạn chế được chỉnh định bởi triết áp P1 và P2
Trong trường hợp muốn điện áp bão hoà ở 2 chiều khác nhau ta kết hợp mạch khuếch đại với mạch han chế dùng D ổn áp hoặc điện áp ngưỡng và diode thường.
Ngưỡng của Dz có thể thay đổi được và khi thông điện trở trên nó bằng 0 vì thế phải có thêm R3 để gánh cho diode khỏi bị hỏng.
29
g/- Mạch tỷ lệ (P) dùng khuếch đại thuật toán: (bộ điều chỉnh)
Bộ điều chỉnh là một trong các phần tử quan trong nhất trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện vì nó đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ. Bộ điều chỉnh có 2 nhiệm vụ:
Khuếch đại tín hiệu với sai lệch nhỏ của hệ.
Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ.




Với: U1w: Tín hiệu đặt; U1: Tín hiệu đo lường
Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tỷ lệ:
30
h/- Bộ điều chỉnh tích phân (I):
Hàm truyền của bộ điều chỉnh là:


Với: l� hằng số (t) tích phân

31
i/- Bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ (PI):

Hàm truyền của bộ điều chỉnh PI:





Với mạch khuếch đại có ưu điểm là độ nhạy cao nhưng nhược điểm là khi đại lượng vật lý đầu ra cần điều khiển đạt được đúng bằng yêu cầu thỡ Uưv = Uđ - Uphản hồi = 0 ? Ur = 0 ? Hệ mất điều khiển. Vỡ vậy, khi sử dụng mạch khuếch đại tỷ lệ ta phải chấp nhận tồn tại sai số gi?a giá trị đặt và giá trị thực để đảm bảo: Uv ? 0 ? Uđk ? 0.
32
Trong các công nghệ yêu cầu sai lệch tĩnh nhỏ nếu dùng khuếch đại tỷ lệ thỡ phải có hệ số khuếch đại rất lớn khi đó chất lượng động của hệ thống rất kém (dễ mất ổn định, không chống được nhiễu) muốn đảm bảo chất lượng tĩnh và động ta mong muốn khi Uv = 0 ? Uđk ? 0. Muốn vậy ta phải dùng mạch PI.
Tuy nhiên, mạch PI có nhược điểm: khi sai lệch đầu vào biến động thì muốn có Uđk thay đổi theo ta phải mất một khoảng thời gian nạp hoặc phóng cho tụ. Tức là, độ nhạy kém ? Dùng mạch vi tích phân PID.



33
?1.4. Thiết bị ngắt dòng

1.4.1- Khái niệm:
Trong quá trỡnh làm việc của hệ truyền động điện phải diễn ra các quá trỡnh: Khởi động, tang tốc, giảm tốc, hãm dừng, đảo chiều, thay đổi tải,... Muốn thời gian chuyển đổi ngắn thỡ dòng khởi động, hãm phải lớn và muốn nâng cao nang suất tức là tải lớn thỡ sẽ sinh ra dòng lớn.
Dể đảm bảo tuổi thọ cho hệ thống ta phải có biện pháp khi dòng điện nhỏ hơn 1 giá trị cho phép tang dòng để tang nang suất và rút ngắn (t) còn khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép tang dòng cho dù người vận hành cố tỡnh tang dòng hoặc ngẫu nhiên có sự thay đổi của tải.
34
Vấn đề hạn chế dòng điện chỉ được đặt ra với các hệ truyền động kiểu vòng kín vì khi thiết kế, tính toán các hệ này có dùng các mạch phản hồi để giảm sai số tốc độ tức là tăng độ cứng đặc tính cơ, đồng thời làm tăng giá trị dòng ngắn mạch và mô men ngắn mạch. Kết quả là sẽ gây nguy hiểm cho động cơ khi bị quá tải lớn và gây hỏng hóc các bộ phận truyền lực bởi gia tốc quá lớn khi khởi động và hãm.
Để giải quyết vấn đề mâu thuẫn giữa yêu cầu về ổn định tốc độ làm việc và yêu cầu về hạn chế dòng điện thường dùng phương pháp phân vùng tác dụng: Trong vùng biến thiên cho phép của mô men và dòng điện phần ứng đặc tính cơ cần có độ cứng cao để đảm bảo sai số tốc độ là nhỏ, còn khi dòng điện và mô men vượt quá phạm vi này thì phải giảm mạnh độ cứng đặc tính cơ để hạn chế dòng điện.
? Thiết bị làm nhiệm vụ trên được gọi là thiết bị ngắt dòng.
35
* Để tạo ra một thiết bị ngắt dòng ta cần quan tâm đến các vấn đề sau:
Đo dòng điện: Với dòng một chiều đo bằng điện trở sun hoặc máy biến dòng nối theo kiểu khởi động từ, nếu dòng xoay chiều thì dùng máy biến dòng (điểm đo phải đúng có dòng xoay chiều) hoặc dùng sensor dòng.
? Dùng Rs trong mạch phần ứng sẽ gây tổn thất phụ và có liên hệ về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển.
? Dùng máy biến dòng mác trong mạch xoay chiều của bộ biến đổi hoặc dùng các sensor dòng.
36
Chú ý:
Đo dòng điện i2 xoay chiều (iư) đo phía sơ cấp (nếu biến dòng đặt ở phía thứ cấp thì không đo được vì đó là dòng điện một chiều, ? không biến đổi và chỉ đo được thành phần sóng hài bậc cao 2, 4,...)






- Máy biến dòng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển. Điện áp ra của II được chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu 3 pha (để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp TI là dòng xoay chiều). Tín hiệu phản hồi dòng điện được lấy ra từ 1 phần của biến trở R.
37

Thiết bị ngắt dòng phải tạo ra được điểm ngưỡng, tại điểm này có sự chuyển giao tín hiệu dòng, tín hiệu đó có được đưa vào hay không để khống chế hệ. Dòng điện ngưỡng này có thể là cố định hoặc điều chỉnh được. Muốn vậy, ta phải dùng các linh kiện có ngưỡng như diode ổn áp, diode thường, Tranzitor, IC kết hợp với tín hiệu ngưỡng.
38

Dùng IC kết hợp với điện áp đặt ngưỡng�:







? Tín hiệu đầu ra của thiết bị ngắt dòng được gửi vào hệ thống có thể làm suy giảm Ucđ, làm tăng Uđh ? Tăng góc mở ? Tất cả đều nhằm mục đích giảm tốc độ.
39
1.4.2- Mô tả toán học:
Với thiết bị này có sự đột biến tại điểm dòng ngắt vì vậy để biểu diễn giải tích ta phải sử dụng hàm bước nhảy đơn vị.



Vì vậy, tín hiệu phản hồi được biểu diễn:


Nếu dùng thiết bị ổn áp thì:
40
1.4.3- Hạn chế dòng điện bằng các thiết bị ngắt dòng:
Biện pháp phân vùng bằng các mạch ngắt dòng thường dùng cho các truyền động điện hay bị quá trình tắt ngẫu nhiên trong thời gian ngắn. khi bị quá tải hệ vẫn làm việc tiếp nhưng tốc độ phải giảm để tránh va đập trong các cơ cấu truyền lực, tốc độ giảm nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ quá tải lớn hay nhỏ.
Để phát hiện ra điểm chuyển vùng và để giảm độ cứng đặc tính đến mức cần thiết thường dùng mạch phản hồi âm dòng có ngắt:
41
Trong vùng dòng tải cho phép I < Ing�thì điện áp trên điện trở sun là I.Rs còn nhỏ hơn ngưỡng thông của diode ổn áp Dz tín hiệu phản hồi:
(?Iu - Ung) = 0, hệ làm việc với phản hồi tăng độ cứng.
Khi Un ? Ing (1?I = 1) điện áp Rs.I lớn làm Dz thông ? xuất hiện tín hiệu phản hồi dòng.
Lúc này ta có�:
42
43
Nhận xét�:
Với hệ phản hồi âm dòng có ngắt có tốc độ không tải lý tường lớn hơn hệ hở nhưng tốc độ này thực tế không xảy ra vì khi đó In = 0 ? Như vậy, In < Ing mà khi không tải thực thì hệ tự động chuyển sang tốc độ không tải hệ hở nhỏ hơn. Nhưng đây là một điểm nằm trên đặc tính ngắt dòng ? nếu tăng Ung ngoài việc tăng Ing còn làm tăng thêm tốc độ không tải.
Khi có phản hồi âm dòng có ngắt với cùng dòng phụ tải In thì độ sụt tốc độ của hệ kín cao hơn của hệ hở (đặc tính mềm đi) Nếu tăng ? thì ngoài việc làm giảm Ing còn làm đặc tính mềm đi.
44
45
?2.1. Bộ biến đổi tạo nguồn áp
Để biến bộ biến đổi thực tê như bộ biến đổi bán dẫn, bộ biến đổi có điện trở trong khác 0 và nhỏ hơn ? về thành nguồn áp thì ta phải lam suy giảm điện trở trong của nó. Nếu điện trở trong giảm về 0 thì ta có nguồn điện áp lý tưởng ? Muốn vậy thì ta phải dùng hệ tự động (có phản hồi).
2.1.1- Phản hồi âm điện áp phần ứng động cơ
Có thể bù được lượng sụt tốc độ do sụt áp rơi trên điện trở trong của bộ biến đổi bằng mạch phản hồi âm điện áp mạch phần ứng động cơ.
46
Nguyên lý làm việc:
Giả sử đặt Ucđ ? sẽ được Ur tương ứng (hở mạch)
Nếu đóng tải thì dòng điện qua bộ biến đổi là It tạo nên sụt áp:
47
Nhận xét:
Nếu hệ dùng phản hồi âm điện áp mạch phần ứng có cùng dòng tải với hệ hở thì độ sụt điện áp ?U nhỏ hơn hệ hở.
Nếu tăng ? (điều chỉnh con trượt trên biến trở) thì ?U giảm hay Rtđ giảm.


Nếu ? Rtđ = 0 thì Ur = Uy.c = const, điều này không thực tế vì khi đó Uyc = 0 ? chế độ này là chế độ giới hạn.
Khi tải thay đổi, ? sẽ thay đổi, độ cứng đặc tính đồng thời sẽ thay đổi cả giá trị của Uy.c, muốn Uy.c là cố định thì ta phải điều chỉnh lại Ucđ.
48
Để tính toán, thiết kế theo yêu cầu một nguồn áp gồm Uyc, Iđm, [St] muốn vậy thì ta xác định 2 thông số. KKĐ và ? trên cơ sở bộ biến đổi đã chọn tức là đã biết KBBĐ, RBBĐ ứng với Iđm bằng cách giải hệ 2 phương trình:





Trong đó, Ucđ chọn trước tuỳ ý, nó phụ thuộc vào thiết bị khuếch đại.
- Khi có KKĐ ta thiết kế mạch khuếch đại.
- Khi có ? ta điều chỉnh biến trở với:
49
2.1.2- Phản hồi dương dòng
Nguyên lý làm việc:
Giả sử hệ đang làm việc với tải nào đó, nếu cắt tải thì It sẽ giảm ? sụt áp trong bộ biến đổi giảm làm ?It giảm ? Uv = (Ucđ + ?It) giảm UĐK giảm và EBBĐ giảm ? Ur giảm để khử lượng điện áp tăng do tải giảm.
Ta có:
50
Nhận xét:
Nếu hệ dùng phản hồi dương dòng có cùng dòng tải với hệ hở thì hệ sẽ có độ sụt điện áp nhỏ hơn so với hệ hở tức là có tác dụng giữ ổn định điện áp đầu ra ? Nâng cao độ cứng đặc tính ngoài.
Nếu tăng ? hoặc KKĐ thì ?U sẽ giảm ? Chất lượng của hệ sẽ tăng lên, nếu chọn ? ?U = 0 với mọi dòng tải ? Ta có hệ là nguồn áp lý tưởng thực tế.
Ura = Uy.c; (R tương đương)
Nếu chọn thì khi tải tăng ? ?U đảo dấu ? điện áp ra tăng dần theo tải, hệ nhanh chóng bị phá hỏng ? chỉ cho phép sử dụng phản hồi dương dòng yếu.
51
Tính toán thiết kế 1 nguồn áp, gồm Uưyc, Iđm, [St] ta phải xác định 2 thông số ? và KKĐ trên cơ sở bộ biến đổi đã chọn (đã biết trong RBBĐ và KBBĐ) ứng với Iđm bằng cách giải hệ 2 phương trình:



Nếu ? tìm được lớn hơn Rs ta phải đưa thêm vào đường phản hồi bộ khuếch đại có hệ số:


Chú ý: âm áp là chính vì đây là phản hồi âm, còn phản hồi dương dòng là phụ. Trong các bộ biến đổi tạo nguồn áp thực tế (hệ thống truyền động ổn định điện áp đầu ra MF hoặc hệ truyền động ổn định điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu tạo nguồn 1 chiều đều sử dụng phản hồi kiểu âm áp dương dòng).
52
2.1.3- Phản hồi âm áp dương dòng
Để phát huy ưu điểm và khắc phục nhược điểm của hai phản hồi trên ta dùng phản hồi kết hợp.








Chú ý: các hệ thống tạo nguồn áp có chất lượng càng cao (St càng nhỏ) thì khi xảy ra ngắn mạch càng nguy hiểm. Chính vì vậy, để đảm bảo an toàn hệ thống phải kèm với mạch bảo vệ đảm bảo đủ độ nhạy.
53
?2.3. Bộ biến đổi nguồn dòng
2.3.1- Dùng phản hồi âm dòng:
Nguyên lý làm việc: giả sử hệ đang làm việc với Ucđ, nếu Rt tăng thì dòng I sẽ giảm khi đó qua Rs làm ?I giảm ? Uv = Ucđ - ?I tăng ? UĐK và EBBĐ tăng ? tăng ? kéo dòng điện lên giá trị cũ.
54
Sơ đồ cấu trúc:
55
Nhận xét: Với hệ kín phản hồi âm dòng cùng dạng biến đổi của tải Rt thì kết quả dòng điện thay đổi ít hơn hệ hở (hệ kín dùng phản hồi âm dòng có tác dụng nâng cao tổng trở trong của nguồn tương đương).
Nếu tăng ? ? Rotđ sẽ tăng ? chất lượng giữ ổn định dòng điện tốt nếu ?.KKĐ.KBBĐ ? ? (nội trở tương đương của nguồn ? ?) ? It = const, khi Rt thay đổi ? ta được nguồn dòng lý tưởng nhưng khi đó It = 0 ? đây là đặc tính giới hạn.
Để thiết kế bộ biến đổi nguồn dòng theo yêu cầu: Iyc, St%, điện trở tải Rt ? Rtc muốn vậy ta phải xác định KKĐ và ? bằng cách giải hệ 2 phương trình:
56
2.3.2- Dùng phản hồi dương áp:
Nguyên lý làm việc: giả sử hệ đang làm việc nếu Rt tăng ? I giảm ? điện áp trên Rt tăng, (U = Rt.It tăng bởi It tăng nhưng không bằng sự tăng của Rt) ? ?U tăng ? Uv tăng ? UĐK, EBBĐ tăng ? I tăng về giá trị trước.
57
58
59
2.3.3- Phản hồi âm dòng dương áp:
60
?3.1. khái niệm
Với động cơ một chiều có nhiều ưu điểm nổi bật như�:
Đặc tính cơ cứng.
Mô men khởi động tốt.
Dễ khống chế các quá trình quá độ.
Điều chỉnh dễ dàng. Trong thực tế thường dùng phương pháp điều chỉnh phần ứng còn phương pháp điều chỉnh từ thông chỉ dùng cho các công nghệ đặc biệt, còn phương pháp Rf chỉ dùng để khởi động động cơ công suất lớn, nguồn một chiều cố định.
Khi sử dụng động cơ một chiều ta mong muốn tốc độ quay trên trục phải giữ ổn định khi phụ tải thay đổi ? Trong hệ thống phải có các phần tử giữ ổn định tốc độ.
Khi khởi động, dòng khởi động dao động trong khoảng (2 ? 2,5)Iđm và khi xảy ra quá tải công suất không được vượt qua giá trị định mức ? Trong hệ phải có phần tử duy trì dòng điện.
61
?3.2. hệ TĐĐ một mạch vòng phản hồi
3.2.1- Dùng phản hồi âm tốc độ:





Nhận xét:
Với hệ truyền động dùng phản hồi âm tốc độ (? ? 0) thì độ sụt tốc độ ?n cùng với dòng phụ tải sẽ nhỏ hơn hệ hở (? = 0) ? Đặc tính hệ kín cứng hơn đặc tính hệ hở.
Nếu tăng ? hoặc KKĐ ? ?n càng giảm
? Chất lượng ổn định tăng lên (St giảm).
Nếu tăng ?.KKĐ ? ?n = 0 với mọi dòng tải nhưng khi đó nyc = 0
? thực tế không xảy ra (đặc tính giới hạn).
62
Tính toán thiết kế khâu phản hồi:
Theo yêu cầu gồm nyc, Iđm, [St] ta giải hệ 2 phương trình:






Nhược điểm của máy phát tốc một chiều: Do tiếp xúc của chổi than ? ảnh hưởng đến tín hiệu điều khiển ? ảnh hưởng đến hệ thống.
Máy phát tốc xoay chiều: điện áp ra của máy phát tốc xoay chiều là điện áp xoay chiều ? do đó phải chỉnh lưu ? phải sử dụng các dụng cụ bán dẫn ? với các hệ truyền động có dải điều chỉnh hẹp thường xuyên làm việc ở tốc độ thấp thì sử dụng máy phát tốc xoay chiều.
63
Nguyên lý làm việc:
Giả sử đặt Ucđ ? Tốc độ trên trục động cơ có giá trị tương ứng.
Nếu tải tăng ? Tốc độ động cơ giảm vì hai lý do:








Chú ý: Để đảm bảo chất lượng ta nên chọn điểm đo tốc độ tốt nhất ở trục của máy sản xuất.

64
3.2.2- Phản hồi âm điện áp:
Sơ đồ nguyên lý:
Ta thấy máy phát tốc là thiết bị đắt tiền phải thực hiện ghép nối cơ khí trong quá trình làm việc nó là thiết bị quay nên quá trình bảo dưỡng khi vận hành vất vả. Nếu ta muốn tạo nên hệ truyền động điện giữ ổn định tốc độ dùng thiết bị tĩnh rẻ tiền. (R) ? Dùng phản hồi âm điện áp phần ứng.




Nguyên lý làm việc:
Giả sử hệ đang làm việc, nếu tải giảm ? In giảm ? sụt áp trên điện trở trong của bộ biến đổi giảm ? n động cơ tăng ? điện áp Un tăng ? ?Un tăng ? Uv = Ucđ - ?Uư giảm ? EBBĐ, Uư giảm ? n giảm.
65
Chú ý:
Phần tử đo R: biến trở đo điện áp phải đảm bảo tổn hao năng lượng rất nhỏ ? điện trở có giá trị lớn để dòng điện chạy qua biến trở bỏ qua.
Sơ đồ cấu trúc:





Từ sơ đồ cấu trúc ta có:


Ta có:
66
Kết luận:
Hệ kín dùng phản hồi âm điện áp có ?n nhỏ hơn hệ hở với cùng dòng điện phụ tải ? Có tác dụng giữ ổn định tốc độ làm đặc tính cơ cứng hơn.
Khi tăng ? hoặc KKĐ ? ?n giảm ? Tăng độ cứng đặc tính và làm giảm sai lệch tĩnh St, nếu tăng ?.KKĐ ? ?. Khi đó ?n = Ru.KĐ.Iu ? Đây là độ sụt tốc độ đặc tính tự nhiên, nhưng khi đó nyc = 0 ? Thông số này là tới hạn.





? Do đặc điểm như trên nên hệ này thường dùng cho các hệ truyền động chất lượng thấp (St lớn) nhưng đơn giản, chắc chắn và rẻ tiền.
67
3.2.3- Phản hồi dương dòng điện:
Sơ đồ nguyên lý:








Yêu cầu giá trị của Rs nhỏ (tổn hao nhỏ). Đồng thời vì Iư nhỏ nên đưa vào mạch khuếch đại (Ucđ >> ?Iu) nên phải có khuếch đại đem ?Iu vào để có ý nghĩa điều khiển.
68
Biểu thức:







Kết luận:
Hệ truyền động dùng phản hồi dương dòng có ?n nhỏ hơn so với hệ hở cùng dòng phụ tải ? Hệ truyền động dùng phản hồi dương dòng có tác dụng giữ ổn định tốc độ động cơ.
Nếu tăng ? hoặc KKĐ ? ?n giảm ? Chất lượng tĩnh của hệ thống tăng lên ? St giảm đi.
69
Nếu chọn:

với mọi loại phụ tải ta được
? Hệ truyền động lý tưởng thực tế.
Nếu chọn hoặc khi làm việc mà
thì khi tải tăng ? Tốc độ tăng do ?n đảo dấu ? Hệ nhanh chóng bị phá hỏng. Nên chỉ được phép dùng phản hồi dương dòng yếu.


70
3.2.4- Phản hồi kết hợp:

Dể đảm bảo chất lượng động và tĩnh cho hệ thực tế thường sử dụng phản hồi kết hợp như: âm áp dương dòng, âm tốc độ dương dòng điện, âm tốc độ âm điện áp... Khi đó ngoài việc nâng cao chất lượng tĩnh giảm St còn thực hiện nâng cao được chất lượng động vì: Các đại lượng vật lý trong hệ truyền động được xuất hiện có thứ tự theo (t) và cách nhau những khoảng (t) tương ứng với thông số và cấu trúc của hệ.
71
?3.3. hệ TĐĐ tự động dùng phản hồi
âm tốc độ, âm dòng có ngắt
3.3.1- Đặt vần đề:
Để đảm bảo hệ truyền đông với dải điều chỉnh rộng St nhỏ ta phải tìm cách nâng cao độ cứng đặc tính, nhưng khi độ cứng càng nâng lên thì khởi động càng khó khăn (dòng khởi động lớn). Vì vậy, cần hạn chế và duy trì dòng điện lúc khởi động, nếu dòng khởi động Ikđ = const, Mc = const thì gia tốc dn/dt = const ? Tốc độ khởi động tăng dần đều, quá trình khởi động êm, không rung giật.
Chú ý: Với các công nghệ thường xuyên xảy ra quá tải thì không đảm bảo vì nếu tải tăng lớn hơn dòng khởi động ? n = 0 ? Vì vậy, để đảm bảo mọi công nghệ ta phải dùng phản hồi âm tốc độ, âm dòng có ngắt với đặc tính được điều chỉnh thông số phù hợp với từng công nghệ cụ thể.
72
?3.3. hệ TĐĐ tự động dùng phản hồi
âm tốc độ, âm dòng có ngắt
3.3.2- Sơ đồ nguyên lý:
Về nguyên tắc mạch ngắt dòng dùng bất cứ sơ đồ nào (diode ổn áp, IC, Tranzitor) và có thể làm việc theo 1 hoặc cả 2 chiều quay. Tín hiệu dòng điện có thể đo bằng bất kỳ mạch nào.
73






Sơ đồ 1: Dùng một bộ khuếch đại tổng hợp cả 3 tín hiệu vì vậy trong suốt quá trình làm việc bộ khuếch đại không được phép bão hoà (vì lúc đó sẽ mất hết tín hiệu) và thường phù hợp với các bộ tổng hợp khuếch đại bằng máy điện. Khi đó giá thành hệ sẽ rẻ và thường dùng với các hệ truyền động kiểu cũ (máy doa, máy bào giường, máy xúc).
74





Sơ đồ 2: Bộ khuếch đại dùng bán dẫn có đặc tính bão hoà rõ ràng, vì vậy mạch khuếch đại được tách thành 2 bộ riêng.
Kn: Tổng hợp và Khuếch đại tín hiệu chủ đạo và tốc độ, khi làm việc có thể bão hoà.
KI: Tổng hợp tín hiệu ra của Kn và tín hiệu dòng điện khi làm việc không được phép bão hoà, thường phù hợp với hệ TĐĐ hiện đại.
75
3.3.3- Nguyên lý làm việc:
Sơ đồ 1:
Khởi động: Để khởi động ta đóng hệ vào lưới điện. Đặt Ucđ và ấn nút khởi động, khi đó n = 0, Iư = 0 tại thời điểm đầu tiên vì vậy Uv = Ucđ ?UĐK, EBBĐ, Iư có xu hướng lớn, qua Rs làm ?Iư có xu hướng lớn ? Dz thông ? phản hồi âm dòng bắt đầu được đưa vào (n= 0).

UĐK, EBBĐ, Iư có xu hướng giảm, quá trình tiếp diễn đến khi kết thúc quá trình quá độ điện từ của mạch vòng dòng điện và mạch vòng phần ứng ta được dòng khởi động IKĐ = Idừng (n = 0), IKĐ = Id >> Ic nên mômen động của hệ thống.


Tốc độ bắt đầu tăng từ 0. Khi tốc độ tăng thì Iư giảm:
76
77
Điều chỉnh tốc độ:
Tăng tốc: Để tăng tốc độ ta tăng Ucđ khi đó Uv tăng làm UĐK, EBBĐ tăng ? Iư tăng ? dn/dt > 0 ? tốc độ tăng, tại điểm làm việc đầu tiên tốc độ chưa kịp tăng mà Iư đã tăng ứng với Uư tăng ? chuyển sang đường đặc tính song song với đặc tính trước cao hơn (1).
Nếu Iư > Ing ? chuyển sang đặc tính song song cao hơn với cả hai phản hồi cùng tham gia (2).
Khi tốc độ tăng thì Iu giảm nên nếu Iư < Ing ? Iư giảm và tốc độ tăng theo đường đặc tính chỉ có phản hồi âm tốc độ, đến khi Iư = Ic thì mới làm việc ở tốc độ cao hơn. Khi Iu >Ing ? dòng giảm, tốc độ tăng trên đặc tính (2) phản hồi đến Iư ? Ing phản hồi âm dòng mất, chuyển sang tăng tốc giảm dòng trên đặc tính chỉ có phản hồi âm tốc độ và làm việc ổn định khi Iư giảm về Iư = Ic.
78
Giảm tốc�:
Để giảm n ta giảm Ucđ khi đó Uv�= Ucđ - ?n giảm, nếu giảm lượng nhỏ Ucđ để Uv khi đảo cực tính
? UĐK, EBBĐ giảm cực tính giữ nguyên
? sẽ giảm.
Trường hợp�1: Nếu KBBĐ >Ke.n ? Iư không đảo chiều, Iư < Ic ? hệ chuyển sang làm việc trên đặc tính thấp hơn với gia tốc âm ? tốc độ giảm dần, dòng điện lại tăng đến Iư = Ic hệ làm việc ở tốc độ thấp.
79
Trường hợp 2: Nếu EBBĐ giảm, mà thì Iư sẽ đảo dấu. Vì vậy�:
Nếu bộ biến đổi không cho phép đảo chiều dòng (bộ biến đổi bán dẫn đơn hoặc bộ biến đổi kép khống chế độc lập chuyển đổi chậm) thì Iư = 0 nên hệ được giảm tốc dọc theo trục tung với hãm tự do (năng lượng được tiêu tán dưới dạng nhiệt) do ma sát trong hệ tốc độ giảm, đến khi thì dòng điện bắt đầu tăng theo chiều cũ từ 0, tốc độ giảm dòng lại tăng theo đường đặc tính có phản hồi âm tốc độ cho tới khi Iư = Ic hệ làm việc ổn định.
Nếu bộ biến đổi cho phép đảo chiều dòng (bộ biến đổi máy phát - động cơ, bộ biến đổi bán dẫn song song ngược khống chế độc lập chuyển đổi nhanh hoặc khống chế phối hợp) khi đó Iư đảo chiều ? mô men động cơ đảo chiều: MĐ = Ce.?.Iư, mà khi đó tốc độ vẫn quay theo chiều cũ nên động cơ làm việc ở trạng thái hãm.
80

Để kết luận động cơ làm việc ở chế độ hãm gì ta phải khảo sát:
Nếu bộ biến đổi là máy phát thì điện áp phát ra của máy phát không đảo dấu, giá trị khác 0, đó là hãm tái sinh.
* Nếu EMF = 0 ? Hãm động năng.
* Nếu EMF đảo dấu ? Hãm ngược.

Nếu bộ biến đổi là bán dẫn:
* Nếu ? < 900 ? Hãm ngược.
* Nếu ? = 900 ? Hãm động năng.
* Nếu ? > 900 ? Hãm tái sinh.
81
? Lúc này tốc độ giảm rất nhanh làm dòng hãm giảm theo. Đến khi và tốc độ có xu hướng giảm tiếp thì dòng điện Iư bắt đầu tăng theo chiều cũ từ 0, trên đường đặc tính song song với đặc tính cũ và thấp hơn cho tới khi Iư = Ic hệ làm việc ổn định ở tốc độ thấp.





- Nếu trong quá trình hãm mà Iư > Ing khâu ngắt dòng theo chiều ngược sẽ tham gia.
82
Chú ý: Để biết xem khâu ngắt dòng có tham gia hay không ta kẻ đường song song với trục hoành kéo dài đường (2) cắt nhau ở đâu là Iư nếu Iư > Ing thì khâu ngắt dòng tham gia, từ B kẻ đường thẳng song song với đặc tính có khâu ngắt dòng theo chiều thuận. (hãm tốc độ giảm đến Iư = 0, tốc độ giảm ? In tăng làm việc ổn định tại điểm A).
In < Ing ? Không có khâu ngắt dòng theo chiều ngược không tham gia ? Đi vào đặc tính hãm luôn (3).
83
Thay đổi phụ tải: trong quá trình làm việc khi đặt Ucđ cố định do tải trên máy sản xuất thay đổi thì hệ thống tự động thay đổi góc mở ? để thay đổi điểm làm việc trên đặc tính thực hiện duy trì ổn định tốc độ.
Nếu phụ tải tăng quá mức làm Iư > Ing thì hệ tự động thay đổi góc mở ? để suy giảm nhanh tốc độ ? Đặc tính chuyển sang các đường làm việc trên đặc tính phản hồi âm tốc độ, âm dòng điện tham gia và quá trình này tự động thay đổi theo tải (để duy trì tốc độ động cơ để đảm bảo sai lệch tĩnh)

* A ? B: tự động ổn định tốc độ.
* A1 ? B1: tự động suy giảm tốc độ.
84
Đảo chiều: Để đảo chiều ta đảo cực tính Ucđ (khi đó với các bộ biến đổi điều khiển độc lập thì xung được đưa sang bộ biến đổi ngược. Còn với các bộ biến đổi điều khiển phối hợp góc ? của bộ biến đổi tự động điều chỉnh góc ? cho nhau) khi đó dòng điện sẽ đảo chiều và động cơ chuyển sang trạng thái hãm giảm tốc độ thuận.



Hệ hãm trên đặc tính cả 2 phản hồi cùng tham gia, đến khi tốc độ giảm về 0 thì bắt đầu khuếch đại ngược tương tự khuếch đại thuận:
85







Dừng máy: Để dừng máy ta cắt Ucđ và giảm về 0 khi đó quá trình xảy ra hoàn toàn như giảm tốc độ (giảm nhiều Ucđ) và điểm đích là gốc toạ độ. (Tải phản kháng thì dừng lại ở 0, tải thế năng thì kéo dài nếu không tải sẽ rơi).
86

Sơ đồ 2:
Do sơ đồ 2 có 2 bộ khuếch đại mà Kn cho phép bão hoà nên số tình huống xảy ra trong hệ nhiều hơn sơ đồ 1.
Khởi động: Tương tự như sơ đồ 1, tại điểm đầu khởi động khi đã kết thúc quá trình quá độ điện từ Iư = Id >> Ic hệ bắt đầu tăng tốc từ 0, nhưng khi đó: Uv Kn =Ucđ>>Uv bh vì vậy hệ được tăng tốc trên đặc tính chỉ có phản hồi âm dòng.
87

Trường hợp 1: Nếu tốc độ tăng nhanh hơn lượng dòng điện giảm thì:
Ucđ - ?n < Ubh và Iu > Ing
? Hệ chuyển sang khởi động trên đặc tính cả hai phản hồi.



Trường hợp 2: Nếu tốc độ tăng nhỏ hơn sự giảm của dòng điện thì:
Ucđ - ?n > Ubh và Iu < Ing
? Hệ chuyển sang khởi động trên đặc tính hệ hở.
88
? Cả hai quá trình trên đều làm tăng tốc độ và dòng điện giảm tiếp đến khi Kn không bảo hoà Iu < Ing thì chuyển sang khởi động trên đặc tính chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ tham gia, đến khi Iư ? Ic kết thúc quá trình khởi động.
Chú ý: Cách dựng như sau:

Viết phương trình từng đoạn phụ thuộc ?, ?, xác định 2 điểm nối kéo dài cắt nhau ở đâu là Ing, kiểm tra Ing, với Ing = (1,1 ? 1,3)Iđm.
Các nguyên lý khác: Tương tự như sơ đồ 1 chỉ lưu ý đến khả năng có đoạn đặc tính trung gian.
89
3.3.4- Biểu thức:
Sơ đồ 1: Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ cấu trúc tĩnh của hệ:








90

Iư < Ing ? đầu ra bộ cộng (1) âm ? 0,
? ? = 0 (âm dòng không tham gia), -? ? 0 (âm tốc độ tham gia).





Iư > Ing ? ? ? 0; ? ? 0
91
Kết luận:
Hai phương trình (1), (2) có ?n phương trình (2) > ?n phương trình (1) ? đặc tính biểu diễn phương trình (2) mềm hơn phương trình (1).
Khi thay đổi Ucđ làm thay đổi n0 của cả 2 phương trình còn độ cứng cố định, vì vậy tạo ra họ đặc tính song song với nhau tương ứng nên điểm đặc tính cắt trục hoành (dòng điện khởi động) sẽ phụ thuộc vào Ucđ (Ucđ nhỏ dòng khởi động sẽ nhỏ).






Để tính toán thiết kế ta áp công nghệ vào 1 trong 2 phương trình trên tuỳ theo đặc điểm công nghệ xác định như n0, Id, Ing, nđm.
Khi thay đổi ? chỉ làm ảnh hưởng độ cứng của phương trình (2), nếu tăng ? đặc tính sẽ mềm đi (phương trình (1) không thay đổi).
Còn khi thay đổi ? độ cứng của cả hai phương trình thay đổi theo, khi thay đổi Ucđ độ cứng cố định.
92
Sơ đồ 2:







Trường hợp 1: Iư < Ing, Kn chưa bão hoà; ? = 0; ? ? 0.
93

Trường hợp 2: Iư ? Ing, Kn chưa bão hoà; ? ? 0; ? ? 0.






Trường hợp 3: Iư < Ing, Kn bão hoà; ? = 0; ? = 0 ? Hệ hở.
Do Kn bão hoà ? UĐK1 = Ur bh = const.
94

Trường hợp 4: Iư ? Ing, Kn bão hoà; ? ? 0; ? = 0





Chú ý: Nếu xét về độ cứng đặc tính thì:
* (1) cứng nhất * (3) không thay đổi được.
* (2) thay đổi được * (4) mềm nhất
Nên khi khởi động muốn dòng khởi động nhỏ nhất ta sử dụng (4).


95
Kết luận:
So sánh (4) phương trình trên ta thấy (1) có độ cứng đặc tính là lớn nhất, phương trình (4) mềm nhất, phương trình (2) & (3) độ cứng trung gian nhưng độ cứng phương trình (3) không thay đổi được (được quyết định bởi thông số mạch động lực) còn phương trình (2) thay đổi được bởi ?, ?, KI, Kn.
Khi thay đổi Ucđ chỉ làm thay đổi n0 của phương trình (1) & (2) còn độ cứng không thay đổi trong đó phương trình (3) & (4) không phụ thuộc vào Ucđ, nếu thông số mạch cố định thì với mọi Ucđ phương trình (3) & (4) suy biến thành (1).
Khi thay đổi ? làm thay đổi đ�