Nghiên cứu thiết kế nâng cấp hệ truyền động lò một dây truyền sản xuất xi măng Hoàng Thạch

tố sau: 1.Mô men quán tính của thiết bị làm nguội hành tinh Ic. 2. Mô men quán tính của vỏ lò IK . 3. Mô men quán tính của lớp cô la đối xứng trong lò ISC . 4. Mô men của tải nguyên liệu bên trong lò: IM . 5. Mô men của bộ phận không đối xứng của lớp cô la trong lò IAC . Pđộng cơ = F ( IC + IK + ISC + IM + IAC ) Trong số 5 yếu tố, (IC + IK ) là hằng số và không phụ thuộc vào thời gian. (ISC + IAC ) là hằng số hoặc dao động bởi cùng một tần số vòng/ phút của lò, còn IM phụ thuộc vào những điều kiện bên trong lò, có nghĩa là: Pđộng cơ= F(IC + IK) + F(ISC + IAC) + F( IM) = A + B + C sin ( 2p.vòng / phút .t ) + F (IM) Trong đó A,B,C là những hằng số: + A là hằng số độc lập + B là phụ thuộc vào sự hình thành cô la, tạo vòm, v.v.. và có thể thay đổi nếu như một số phần cô la rơi xuống. + C là phụ thuộc vào tính không cân đối của lớp cô la và có thể thay đổi nếu như lớp cô la rơi xuống. Nếu như lớp cô la không rơi xuống, hằng số C sẽ tương ứng với biên độ dao động luôn có trong tiêu thụ năng lượng. + F (IM): phụ thuộc vào những điều kiện bên trong lò và có những biến thiên như sau: (1) Giảm dần khi lò nguội đi. (2) Tăng dần khi lò ấm lên. (3) Giảm đột ngột nếu như tải nguyên liệu trong lò bị nóng chảy. Do những mối tương quan này nên các biến thiên của mô men của lò tương tự như những biến thiên cuả NOx, mặc dầu có chậm hơn đôi chút. Cùng với nhau, hai thông số này cung cấp những dữ liệu hữu ích giúp cho việc đánh giá những điều kiện ở khu tạo clinker. Các giả định: (A) Chất lượng phối liệu cấp vào lò là phù hợp và không đổi, có nghĩa là: S(LSF) < ± 1.5 % LFS = LSF. SPRM S(SIM) <± 0.1 % SIM= SIM. SPRM S(ALM)<± 0.1 % ALM = ALM . SPRM (B) Chất lượng bột than cấp cho lò là phù hợp và không đổi, có nghĩa là: S(Hi) 4500 kcal/kg S(H2O) < ± 0,3 % H2O = H2O. S S(R + 90m ) < ± 0,5 % R + 90m = R + 90m . SPCC (C) Hình dạng ngọn lửa là phù hợp và thống nhất, có nghĩa là q*v2 = const trong đó q là % gió 1, v2 là vận tốc khí tại vòi phun của lò nung tính bằng mét/giây (D) Quá trình sản xuất và công nghệ diễn ra bình thường và ổn định tại mức sản lượng yêu cầu. Qua phân tích ở trên cho thấy rằng khi nhiệt độ nung nguyên liệu tăng lên sẽ làm cho nguyên liệu dính chặt hơn vào lớp lót chịu lửa và làm cho nguyên liệu tích tụ lại hoặc kết tụ lại với nhau ở mức độ nhất định. Kết quả là quán tính trung bình của lò cũng tăng lên, làm năng lượng cần thiết để quay lò cũng tăng lên. Ngược lại khi nạp liệu giảm xuống thì năng lượng cũng giảm theo. Mà năng lượng quay lò lại đặc trưng cho mô men của lò cho nên mo men của lò cũng thay đổi theo nhiệt độ và mức nạp liệu. Mô men lò không ổn định chính là nguyên nhân làm cho lò rung lên . I.6. Hệ thống truyền động điện Hệ thống truyền động là hệ T-Đ. Hệ được cấp điện từ hai nguồn xoay chiều; nguồn 6000V và nguồn 380V, ba pha, 50 Hz. Nguồn 6000V cấp điện cho hai bộ chỉnh lưu Thyristor qua một máy biến áp chính đấu . Nguồn 380V cấp điện cho phần kích từ, mạch điều khiển và cho các động cơ làm mát. Hai bộ chỉnh lưu Thyristor là hai bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn, cấp điện một chiều cho hai động cơ một chiều kích từ độc lập. Hai cuộn dây kích từ của hai động cơ một chiều lấy điện từ hai bộ chỉnh lưu khác, được cấp điện xoay chiều từ một máy biến áp một pha lấy điện từ nguồn xoay chiều 380V. Mỗi hệ truyền động T-Đ dùng hai mạch vòng đó là mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ, với vòng phản hồi dòng điện và tốc độ nhờ hai máy biến dòng và hai máy phát tốc. Nguồn điều khiển cho hai hệ T-Đ được lấy từ máy biến áp một pha cấp điện từ nguồn 380V, ba pha. Hệ thống còn có các động cơ xoay chiều để làm mát cho hai bộ chỉnh lưu cấp điện cho động cơ và làm mát cho hai động cơ. II.6.1. Sơ đồ mạch lực Mạch lực cho hệ thống truyền động điện động cơ lò bao gồm : - Máy biến áp chính ba pha, máy biến áp này có hai cuộn dây thứ cấp, đấu theo kiểu để cấp điện cho hai bộ biến đổi Thyristor (OUP); hai bộ biến đổi này cấp điện một chiều cho hai động cơ quay lò. Thông số của máy biến áp là 6000V/420Vx2,750 KVAx2 . - Hai bộ biến đổi Thyristor đều là chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn, mỗi bộ gồm 24 Thyristor. Mỗi bộ gồm 6 nhóm Thyristor, mỗi nhóm gồm bốn Thyristor mắc song song để giảm dòng qua mỗi Thyristor. Đi kèm với mỗi nhóm Thyristor là các máy phát xung, mạch phân áp, mạch khuếch đại nhằm tăng tính tin cậy của thời điểm mở Thyristor. - Hai động cơ một chiều, được cấp điện từ hai bộ biến đổi Thyristor ở trên thông qua các khởi động từ DCM, là hai động cơ kích từ độc lập. - Trên đường dây mạch lực sau các bộ biến đổi OUP và trước các bộ DCM có các điện trở Shunt 1SH để đo dòng, bộ chỉ thị DA; 2SH cho bộ DCCT và các rơ le bảo vẹ quá áp QVR đóng khi điện áp quá cao. - Trước các bộ OUP còn bố trí các máy biến áp PT để hiển thị điện áp nhờ các Volmet (V) các máy biến dòng ba pha đấu sao để đo dòng cho các mạch vòng điều chỉnh. II.6.2. Mạch điều khiển II.6.2.1. Nguồn cho mạch điều khiển Nguồn xoay chiều được lấy ngay trên mạch lực sau thứ cấp máy biến áp chính, sau đó qua cầu dao 11MCB, qua cuộn cảm rồi đến máy biến áp 11CPT qua 2MCB, qua cuộn cảm và tách làm hai nhánh ba pha. Một nhánh qua máy biến áp 1T để cấp cho bộ tạo nguồn công suất một chiều là bộ 1DCP và bộ 2DCP. Bộ 2DCP tạo nguồn +48 V; bộ 1DCP tạo nguồn +12V, -12V và tạo tín hiệu đồng bộ cho bộ dịch pha PS (PHASE SHIFTER). Nhánh còn lại qua máy biến áp 2T, hai cuộn thứ cấp đấu . Nguồn xoay chiều từ thứ cấp của máy biến áp 2T qua hai bộ chỉnh lưu diot 2REC tạo điện áp +24V, qua bộ chỉnh lưu 1REC tạo điện áp +18V. Điện áp 18V này làm nguồn cho các máy phát xung PA . Ngoài ra còn có một nhánh lấy điện tạo điện áp xoay chiều 220V lấy điện từ nguồn 380V, ba pha, 50 Hz qua cầu dao 5MCB, qua cuộn cảm và chia làm hai nhánh. Một nhánh gồm ba đường dây ba pha T11, S11, R11 qua máy biến áp 3CPT, đấu , 200VA, 380/200V. Điện áp xoay chièu ba pha 200V này cấp cho bộ điều chỉnh thời gian vận hành, cho động cơ đặt tốc độ, bộ thực hiện giới hạn trên và giới hạn dưới. II.6.2.2. Mạch điều khiển Hệ thống sử dụng hai mạch vòng điều chỉnh đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện và mạch vòng điều chỉnh tốc độ, ngoài ra hệ thống còn sử dụng một vòng bù sức điện động. - Mạch vòng điều chỉnh dòng điện sử dụng mạch bộ điều chỉnh dòng điện kiểu PI. Đầu vào bộ điều chỉnh gồm một đầu đặt mô men là đấu ra từ bộ điều chỉnh tốc độ và một đầu là phản hồi âm dòng điện. Phản hồi âm dòng điện được thực hiện nhờ máy biến dòng mắc sao (), tín hiệu dòng xoay chiều sau máy này sẽ được đưa qua bộ chỉnh lưu, qua bộ phân áp rồi đưa vào đầu vào bộ điều chỉnh dòng điện. - Mạch vòng điều chỉnh tốc độ sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PI cho hệ thống làm việc bình thường và có kiểu P cho lúc khởi động. Vòng phản hồi tốc độ được thực hiện nhờ máy phát tốc xoay chiều ba pha, tín hiệu từ máy này lại cho qua bộ chỉnh lưu cầu ba pha bằng diot, thành tín hiệu một chiều, tín hiệu này lại qua mạch lọc cuối cùng qua khuếch đại trước khi vào bộ điều chỉnh tốc độ. Đầu vào còn lại của bộ điều chỉnh tốc độ là đầu ra của bộ khởi động mềm SFS (SOFT START), đầu ra đặt tốc độ này (Speed Reference) trong thời gian khởi động sẽ được hạn chế do bộ SFS để đảm bảo gia tốc là hằng số lúc khởi động. Đầu đặt tốc độ (Speed Setting) trước bộ khởi động mềm được thực hiện nhờ động cơ xoay chiều để thay đổi biến trở làm tín hiệu đặt tốc độ, tín hiệu này được thay đổi từ từ trong thời gian khởi động theo chiều quay của động cơ này. Hai hệ truyền động điện cho hai động cơ đều có chung một bộ điều chỉnh tốc độ Rw là đầu đặt mô men (Torque Reference) cho hai bộ điều chỉnh dòng điện RI của hai hệ. Toàn bộ hệ thống truyền động điện động cơ lò là sử dụng hai máy phát tốc xoay chiều ba pha, một máy gắn với trục động cơ lò thứ nhất để thực hiện vòng phản hồi âm tốc độ, máy còn lại được gắn với trục động cơ thứ hai để thực hiện so sánh tốc độ với máy phát tốc thứ nhất. Nếu có sự sai lệch tốc độ lớn thì sẽ dẫn đến khoá động cơ sau một khoảng thời gian trễ khi mà sai lệch chưa được loại bỏ. Hai tín hiệu tốc độ này được đưa vào đầu vào của bộ lấy giá trị tuyệt đối 1ABS và tín hiệu sai lệch lại được lại qua bộ trễ 2VRY để đưa ra tín hiệu khoá (Lock1 và Lock2; Lock3 và Lock4). Ngoài ra hệ thống cũng bị khoá khi tín hiệu đặt mô men (Torque Reference) hay dòng điện là quá lớn. Tín hiệu này qua bộ trễ 1VRY để đưa ra Lock1, Lock2. Đối với vòng bù sức điện động thì tín hiệu được lấy từ tốc độ, là đầu ra của máy phát tốc xoay chiều thứ nhất, qua bộ lọc và qua mạch khuếch đại. Tín hiệu bù này được đưa vào bộ dịch pha (Phase Shifter), cùng với tín hiệu vào từ bộ điều chỉnh dòng để tạo ra tín hiệu là điện áp điều khiển cho hai bộ chỉnh lưu Thyristor của hai động cơ lò. Ngoài các thiết bị nói trên thì tín hiệu phản hồi dòng của từng mạch lực được đưa vào bộ HSRY; bộ HSRY này sẽ đảm bảo ngừng phát xung điều khiển cho các bộ Thyristor mạch lực khi có sự cố. Đầu ra của máy phát tốc xoay chiều thứ nhất cho mạch vòng điều chỉnh tốc độ còn được nối với đông hồ đo tốc độ SM (Speed Meter). Gắn trên hai trục của hai máy phát tốc xoay chiều còn có hai máy phát tốc một chiều khác để dự phòng. Mạch điều khiển phát xung bao gồm bộ dịch pha SP, bộ tạo xung (Pulse Expander) và các máy biến áp xung PA. Bộ dịch pha có đầu ra là tín hiệu bù sức điện động và tín hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng, ngoài ra còn có tín hiệu vào nữa là tín hiệu đồng bộ nguồn công suất một chiều 1DCP. Đầu ra của bộ dịch pha lại đưa vào đầu vào của bộ phát xung, bộ phát xung này thực hiện việc so sánh và tạo xung chùm. II.6.3. Mạch kích từ Hai cuộn dây kích từ của hai động cơ quay lò được cấp điện từ hai bộ chỉnh lưu RF cầu một pha diot. Nguồn xoay chiều 380V cấp điện chung cho hai bộ chỉnh lưu này qua 2MCB, qua máy biến áp một pha 1CPT (7,5KVA; 380/220 V), qua cuộn cảm đến hai bộ RF. Trên mạch kích từ có rơ le LFR để xác định đủ từ thông, điện trở Shunt để hiển thị dòng kích từ nhờ (DA). Bộ điện trở R gồm 1R, 2R, 3R, 4R, 5R để chỉnh thô dòng kích từ, mắc song song với hai cuộn dây kích từ còn có điện trở phụ phân dòng DR. II.6.4. Bộ phận làm mát Toàn bộ hệ thống truyền động điện sử dụng bốn động cơ xoay chiều ba pha để làm mát. Hai động cơ làm mát cho hai bộ Thyristor OUP được cấp điện từ mạch lực, qua 11MCB, qua cuộn cảm, qua máy biến áp 11CPT (420/220V), qua MCB, qua cuộn cảm, qua cầu dao, qua rơ le nhiệt TH. Còn hai động cơ làm mát cho hai động cơ quay lò được lấy từ nguồn 380V qua 1MCB, qua cuộn cảm, qua 3MCB, qua cuộn cảm, qua MC1, qua TH1, TH2. II.6.5. Các liên động bảo vệ động cơ - Phần ứng của động cơ được bảo vệ bằng rơ le dòng điện cực đại và rơ le điện áp cao QVR. Khi điện áp phần ứng động cơ vượt quá trị số cho phép thì rơ le này tác động sẽ đưa ra các tín hiệu đèn báo quá áp. Nếu điện áp bị quá không nhiều lắm thì chỉ có đèn báo và không dừng hệ thống. - Phần kích từ của động cơ được bảo vệ tránh hiện tượng tự cảm bằng điện cảm và diot ngược. Ngoài ra còn có rơ le báo từ thông thấp LFR. - Khi hai động cơ đang làm việc, nếu có sai lệch tốc độ giữa hai động cơ mà lớn và vượt quá trị số cho phép, sau một khoảng thời gian mà chưa được khắc phục thì sẽ có tín hiệu khoá (Lock), không cấp điện cho hai động cơ nữa. II.7. Phân tích hoạt động điều khiển cho hệ thống truyền động điện và tác động của hệ thống truyền động điện lên mô men của động cơ II.7.1. Hoạt động điều khiển Điều khiển hai động điện một chiều cho lò, hệ thống đã sử dụng haio bộ chỉnh lưu Thyristor cầu ba pha điều khiển hoàn OUP. Vì hai động cơ này được nối cứng vào trục qua hộp giảm tốc và qua cơ cấu Puli do đó chúng phải đưọc điều kiển sao cho luôn làm việc ở cùng một tốc độ và nếu có sai lệch thì cũng ở phạm vi cho phép. Do vậy cả hai bộ biến đổi phải hoàn toàn giống nhau. Ngoài vấn đề đồng tốc độ này thì hệ thống phải đảm bảo điều chỉnh cho mô men trên hai trục động cơ được giữ không đổi. Để thực hiện được các nhiệm vụ trên thì hệ thống đã sử dụng các mạch vòng phản hồi sau: + Phản hồi âm dòng điện để xác định mô men thực tế của hệ thống tại thời điểm cụ thể . Tín hiệu này được thu thông qua máy biến dòng ba pha CT trước bộ OUP, qua chỉnh lưu về so sánh với tín hiệu đặt mô men . + Phản hồi âm tốc độ: Giá trị của phản hồi âm tốc độ để xác định giá trị thực của tốc độ, từ đó đi điều chỉnh lại tốc độ cho đúng với yêu cầu công nghệ. Do tốc độ động cơ lớn, mạch điều khiển lại ở xa cho nên để đảm bảo tín hiệu được truyền đi xa và chính xác (hạn chế ảnh hưởng của nhiễu) thì tín hiệu sau máy phát tốc TG thường có giá trị lớn. Qua bộ chỉnh lưu sau đó được phân áp để lấy tín hiệu cho mạch điều khiển, so sánh với tín hiệu đặt tốc độ. Tín hiệu đặt tốc độ (Speed Reference) sử dụng bộ đặt tốc độ được lấy trên một điện trở phân áp. Việc điều thay đổi đặt tốc độ được thực hiện bằng cách dùng động cơ xoay chiều dịch chuyển con trượt của biến trở. Để đảo chiều động cơ này người ta thực hiện bằng cách thay đổi cách đấu dây Stato thông qua hai khoá đảo chiều. Tín hiệu này chỉ được sử dụng khi động cơ đã được khởi động đến một trị số nào đó củ tốc độ, tức là lúc đầu khởi động thì bộ khởi động mềm SFS sẽ tạo tín hiệu đặt tốc độ . +Tín hiệu bù sức điện động: Do mô men của hai động cơ là rất lớn và lại biến đổi nhiều do tải nên tín hiệu này dùng để bù sức điện động cho động cơ. Để điều chỉnh tốc độ hệ thống đã sử dụng bộ điều chỉnh Rw có dạng PI cho trạng thái làm việc bình thường, còn lúc khởi động thì có dạng P. Vì động cơ có mô men lớn do đó không thể đóng điện trục tiếp để khởi động mà phải khởi động qua bộ khởi động mềm. Bộ khởi động mềm cho phép khởi động từ từ để đưa tốc độ của nó đến trị số ngưỡng. Sau đó bộ khởi động mềm được cắt ra khỏi hệ thống và tín hiệu đặt tốc độ được đưa vào để đảm bảo tốc độ ổn định với độ chính xác nhất định. Trong mạch điều khiển hệ thống sử dụng bộ dịch pha PS (Phase Shifter) để đảm bảo cho việc điều khiển xung, mở các Thyristor được chính xác . Bộ Ps này tổng hợp các tín hiệu từ bộ PI (CON ), xung đồng bộ và tín hiệu bù sức điện động. Đặc tính của bộ dịch pha là như sau: Từ đặc tính này cho thấy góc mở tối đa cho bộ dịch pha là 1500, nhỏ nhất là 30o. Nguyên tắc điều khiển ở trên là theo nguyên tắc thẳng đứng, thường sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu chất lượng cao, cho điều khiển chính xác thời điểm phát hiện xung ra, tức là điều khiển chính xác góc mở a theo đúng yêu cầu công nghệ. Do xung đầu ra của khâu so sánh là rất mảnh nên hệ thống còn sử dụng khâu sửa xung PEX (Pulse Expander) để đảm bảo các Thyristor được mở một cách chắc chắn và giảm được tổn hao công suất do việc để lãng phí công suất của xung điều khiển. II.7.2. Phân tích tác động của hệ thống truyền động điện đến mô men tải trên hai trục động cơ Đ1 wLV Trường hợp 2.2 w M M1 M2 o Đ2 wo11111 wo2 M1 M2 o D1 D2 wo1=wo=wo w M wLV Trường hợp 1 Do hai động cơ được nối cứng với lò qua các hộp giảm và qua cơ cấu Puli, chúng có cùng một tốc độ nên khi có cùng công suất và lại có đặct tính cơ giống hệt nhau (cùng tốc độ không tải lý tưởng, cùng độ dốc) thì chúng cùng chịu một mô men tải giống nhau. Nhưng trong thực tế hai động cơ có cùng công suất, cùng loạt sản xuất vẫn có thể có các đặc tính cơ khác nhau do nhiều nguyên nhân khác nhau (khe hở không khí giữa các mạch từ, vật liệu chế tạo không đều, cuộn dây có điện cảm điện trở khác nhau,...). Ngoài ra do hai động cơ lại được cấp nguồn riêng cho cả phần ứng và phần kích từ cho nên cũng góp phần làm cho đặc tính của hai động cơ khác nhau. Các nguyên nhân trên đều dẫn đến việc hai động cơ có các đặc tính cơ không giống nhau nên việc phân bố tải trên chúng là không giống nhau. Các trường hợp có thể xảy ra là: Đ’1 M1 M2 o Đ2 Đ1 wLV Trường hợp 2.1 wo2 M w wo1 1. Trường hợp hai động cơ có cùng tốc độ không tải lý tưởng thì động cơ nào có đặc tính cơ lớn hơn (Đ1) thì sẽ chịu tải lớn hơn (M1 > M2) vì hai động cơ có cùng tốc độ. Trường hợp này có nguyên nhân do sự khác nhau của điện trở phần ứng trong khi dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng là giống nhau. M M2 Đ1 Đ2 Trường hợp 2.3 wo1 wLV w M1 o wo2 2. Trường hợp hai động cơ có tốc độ không tải lý tưởng khác nhau thì phân bố mô men tải cũng không giống nhau. Trường hợp này có thể do điện áp phần ứng khác nhau, phần ứng, dòng kích từ, điện trở phần ứng, ... Các trường hợp có thể xảy ra là Trường hợp 2.1 : Động cơ Đ1 có tốc độ không tải w01 > wo2 và độ cứng đặc tính cơ b1 > b2 hoặc b1 M2) . Trường hợp 2.2 : Động cơ Đ1 có tốc độ không tải w01 > wo2 nhưng b1 = b’1 << b2 thì dẫn đến M1 < M2 . Trường hợp 2.3 : Đây là trường hợp Đ1 làm việc ở chế độ động cơ và làm ở chế độ nặng nề nhất, Đ2 làm việc ở chế độ máy phát . II.7.3. Giản đồ điện áp sau bộ chỉnh lưu III. Mô phỏng hệ thống III.1. Sơ đồ khối mô hình hệ thống III.2. Tính toán các tham số Mạch vòng phản hồi tốc độ R3 = 3R + 1RH ; R1 = 1R ; R2 = 2R ; R4 = 4R ; Z1 = = ; Z2 = Z1 + R2 Z3 = =, Ura = U1 = ị Ura = = ..U =..U Ura = ..U Ura = = = Sw1 Uo = k.w.cosppwt, U =2.34 . Uomax/ = Máy phát tốc : AC 70VC, 1000 rpm, 10W. k = . = .=0,54 Ura = Sw1. U = . Sw1, Ura1 = 2. Ura = 2. . Sw1 = 2.. Sw1 = Sw Sw = .2. = Uiđ U’w = Ura 15k Ebù 20k 30k -3V/100% - + - + 15k 10k 50k Bias Đến từ RI 36k 17k U’w = Ura 15k Ebù 20k 30k -3V/100% - + - + 15k 10k 50k Bias Đến từ RI 36k 17k 2. Mạch vòng bù sức điện động Eb ằ . Ura = Sw1. U = . Sw1 = . Sw = .. = 3. Bộ điều chỉnh tốc độ Rw R1 = 15 kW R2 = 150 kW R5 = 1 kW - + - Uw Uwđ R1 R1 R2 C2 U2 R5 R4 R6 R3 R6 = 10 kW + R = R3 + R4 + a = + Z = + U2 = + I2 = = .U2 = = = = U2 . Trong đó : Rp = R3.R4. = a .(1 - a).R I2 = - = Ta có : = .() Rw = KR . Trong đó : KR = tR = R2C2. Tính các giá trị + a : 1 a ằ 0.09 + = ị 1.10 10 + tR = R2.C2 = 3,33 4. Bộ điều chỉnh dòng điện - + - Ui Uiđ R’1 R1 R2 C2 U2 R5 R4 R6 Bias +1v -1v 410k R3 R1 = 15 kW R1 =3 kW R2 = 51 kW R5 = 200 kW R6 = 2 kW C2 = 17 m ; 10 m ;22 m . Tính tương tự như bộ Rw ta có : I2 = Trong đó : KR = tR = R2C2. Vì ị K= ị Tính các tham số + tR = R2.C2 = 51.103.C2 (s) C2 = 1,7 mF ị tR =51.103.1,7.10-6=0,0867(s) C2=10 mF ị tR =51.103.10.10-6=0,51(s) C2=22 mF ị tR =51.103.22.10-6=1,122(s) + KR = 5. Máy biến dòng điện id = I2’/ 0.816 = (KI.I2) / 0.816 ,Ki = I2’/ I2. Ui = .Ud, Ud = id.( RCFB+R2+R1 ) ị Ui = ( RCFB+R2).( KI.I2/0.816) Si = = ( RCFB+R2).(KI/0.816) * Tìm Ki + Ui = 0.6v ị id = = 0.0086 , RCFB = 50W + I2’= id.0,816 = 0,007(A) + Iđmđc=893A, I2 = 0,816.893 = 728 (A) + Ki = 0.007 / 728 = 0,0096.10-3 Si = (50+20).0,0096.10-3 = 0,00067 Vì Uiđ = 3v = Ui. (15/ 3) nên SI’ = SI.(15/3) = 0,00067.5 = 0,0034 6. Hàm truyền bộ biến đổi (s) Chọn Tđk = 0(s) Ud = 440 (V) U2 = Cosa= ị Sina = 0,63. Utm = 8(V) ị KCL = 7. Động cơ một chiều Tham số của động cơ : P=30 KW, Uđm = 440V, Iđ = 893 A, n=1000 vòng/phút, J = 21.5 w = = 104,67(Rad/s) + Công suất của động cơ là= = = 0,9417 + Theo công thức (2-19 .Sách TĐĐ) ta có : Rư = 0,5 .(1- hđm). = 0,5.(1-0,9417). ằ 0,0144 (W) +Theo công thức (7-34 . Sách TĐĐ) , ta có: Lư ằ KL.[H] Trong đó : KL là hệ số lấy giá trị 5,5á5,7 đối với máy không bù; KL = 1,4á1,9 đối với máy có bù; Zp là số đôi cực. Để tính Lư ta chọn các tham số như sau : KL = 1,9 vì máy có bù ; Zp = 2 . ị Lư = 1,9. = 0,468 .10-3 [H] = 0,468 [mH] + Hằng số thời gian Tư là Tư =Lư /Rư = (0,468 .103 )/0,0144 = 0,0325 (s) + Tính (k.f) : Ta có công thức sau : k.f = = ằ 4,08 w KFđm KFđm Uư - E Iư M - Mc III.3. Sơ đồ mô phỏng bằng Simulink Để thực hiện mô phỏng cho hai động lò ta giả sử hai động cơ lò có hai mô hình khác nhau với hai thông số khác nhau. Động cơ 1được tính toán dựa trên việc tính hiệu suất của động cơ (mhư đã tính theo phần trên), còn đọng cơ 2 được tính toán dựa trên việc cân bằng mô men tải với mô men điện từ. Mục đích của mô phỏng là để thấy được sai lệch mô men giữa hai động cơ, sai lệch tốc độ do tác động của hệ thống truyền động điện và tác động của chính bản thân lò. Như đã phân tích ở phần trước cho thấy mô men tải có dạng gần chu kỳ bao gồm một thành phần hằng số, một thành phần xoay chiều và một thành phần không thể xác định được (thay đổi tại từng thời điểm cụ thể) có thể coi là nhỏ. Vì vậy mô men tải có thể xem là dạng gần chu kỳ. Do đó trong khi chạy mô phỏng mô ta cho mô men tải theo hàm chu kỳ sau; trong đó thành phần chu kỳ có biên độ bằng biên độ của thành phần không đổi (thành phần mô men trung bình theo công suất định mức và tốc độ địn mức) và có tần số theo tốc độ quay của lò (lấy tốc độ là 2 vòng/phút). Ta tính được như sau: MC = Pđm/wđm = (370+370)/104 ằ 7069 (Nm). Tần số thành phần dao động : wdđ = (2.3,14.2)/60 ằ 02 (rad/s) Vậy mô men tải là Mtải = Mc.[1+sin(wdđ.t + j)] = 7069 + 7069.sin(0,2.t +j) (Nm) Chạy mô phỏng ta dùng khâu hạn chế gia tốc với thời gian trễ là 60 giây thì tốc độ mới đi vào ổn định và thành phần dao động mô men chỉ tác động lên hệ thống ngay khi tốc độ đạt ổn định. III.4. Kết quả mô phỏng CHƯƠNG II. Thiết kế nâng cấp hệ truyền động I. Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống lò cũ I.1. Yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện Qua phân tích hoạt động của lò cho thấy: do hai động cơ được nối cứng qua hộp giảm tốc nà cơ cấu Puli nên yêu cầu đặc tính cơ củ từng động cơ phải rất cứng. Vì yêu cầu củ công nghệ là tránh cho lò khỏi bị rung để không ảnh hưởng đến tuổi thọ của vật liệu cấu thành lò, đảm bảo chất lượng clanke nên yêu cầu hệ truyền động phải đảm bảo giữ cho tốc độ ổn định, điều chỉnh chính xác. Cũng từ nguyên nhân do bản thân lò và do hệ truyền động, dẫn đến mô men tải trên hai trục động cơ truyền động thành phần luôn thay đổi (trạng thái dao động) nên hệ yêu cầu cần phải điều chỉnh để giữ cân bằng mô men không đổi. Do tải lớn nên hệ truyền động phải đảm bảo độ quá điều chỉnh dòng điện, thời gian quá độ ở phạm vi cho phép. I.2. Ưu điểm của hệ thống truyền động điện - Hệ truyền động điện là hệ T-Đ, hệ dùng nguồn Cấp riêng cho phần ứng và phần kích từ của động cơ. Với bộ biến đổi cầu ba pha điều khiển hoàn toàn nên dễ dàng điều chỉnh điện áp phần ứng, khả năng điều chỉnh độc lập. Do kích từ được giữ không đổi nên dễ dàng điều chỉnh mô men là hằng số và duy trì tốc độ chính xác. - Hệ thống có các vòng phản hồi là vòng phản hồi tốc độ và vòng phản hồi dòng điện để thực hiện điều chỉnh tốc độ và dòng điện. Bộ điều chỉnh dòng điện là PI; bộ điều chỉnh tốc độ lúc khởi động là P, lúc làm việc ổn định là PI. Ngoài ra hệ thống còn sử dụng bộ hạn chế dòng, bộ tạo gia tốc lúc khởi động và vòng bù sức điện động .Như vậy hệ đảm bảo yêu cầu giảm dòng điển tổng thời gian khởi động, hạn chế quá tải, đảm bảo đọ chính xác điều chỉnh, thời gian quá độ và giảm tác động của nhiễu tải. II.3. Nhược điểm của hệ thống truyền động điện Qua kết quả mô phỏng cho thấy hệ truyền động điện không khử được lệch mô men và tốc độ biến đổi với giá trị lớn khi các tham số của các phần tử trong hệ thống truyền động thay đổi.Trong thực tế thì các tam số của các phần tử trong hệ thống thường bị thay đổi và kết hợp với nhiễu tải nên với hệ thống cũ không đảm bảo được yêu cầu nhất là khi làm việc ở tốc độ cao. Ngoài ra với nhiễu tải lớn có thể gây lên hiện tượng gián đoạn dòng điện. Chính vì thế vấn đề đặt ra với hệ thống là là khử nhiễu để cân bằng mô men và hệ thống sẽ đáp ứng như thế nào khi xảy ra hiện tượng gián đoạn dòng điện. II. Thiết kế nâng cấp II.1. Giới thiệu qua về hệ truyền động điều chỉnh thích nghi II.1.1. Hệ thống điều khiển tự động Một hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) được xây dựng từ ba bộ phận chủ yếu: - Thiết bị điều khiển C (Controller). - Đối tượng điều khiển O (Object). - Thiết bị đo lường M (Measuring Device). Sau đây là sơ đồ khối đơn giản nhất và tổng quát nhất : C M O U Z e y X - + Trong đó : u là tín hiệu vào (Input). y là tín hiệu ra (Output). x là tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng O. e là sai lệch điều khiển . z là tín hiệu phản hồi (phản hồi âm ký hiệu bằng dấu (-) khi z ngược dấu với tín hiệu u). Hệ thống điều khiển được phân làm hai loại : Hệ thống hở và hệ thống kín. Hệ thống hở thực hiện nguyên tắc khống chế cứng tức là tín hiệu ra y không cần đo lường để đưa trở về đầu vào. Mọi sự biến thiên của tín hiệu ra không ảnh vào thiết bị điều khiển. Tín hiệu u đặt thế nào thì tín hiệu ra cho thế ấy. Khả năng hồi chuyển của hệ thống hở không có. Hệ thống kín thực hiện nguyên tắc có phản hồi tức là tín hiệu ra y được đo lường và phản hồi đến đầu vào, phối hợp với tín hiệu u tác dụng lên thiết bị điều khiển để tạo ra tín hiệu điều khiển sau đó lại tác động lên đối tượng điều khiển để gây ảnh hưởng lên tín hiệu ra y. Quá trình điều khiển là một quá trình có hồi chuyển . Để điều khiển đối tượng theo một quá trình nào đó, thường dùng ba nguyên tắc điều khiển cơ bản: nguyên tắc giữ ổn định; nguyên tắc điều khiển chương trình và nguyên tắc tự chỉnh định. II.1.1.1. Nguyên tắc giữ ổn định Bất kỳ hệ thống ĐKTĐ nào cũng bị tác động của nhiễu và gây ra sai số. Hiện nay có ba nguyên tắc điều khiển cơ bản để thực hiện nguyên tắc giữ ổn định: * Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiễu: C O F Y X Nếu tác động bên ngoài tác động vào lên đối tượng có thể kiểm tra và đolường được, còn đặc tính của đối tượng xác định trước, thì tín hiệu điều khiển x có thể xác định được theo tác động bên ngoài đó. Nguyên tắc điều khiển do tác động bên ngoài vào đối tượng và cả thiết bị điều khiển gọi là nguyên tắc bù tác động bên ngoài. Đối với hệ thống này ta phải tìm quan hệ X(U) để sao cho thoả mãn điều kiện: Y = Yo = const, với Yo là tín hiệu ra cần giữ ổn định. Loại hệ thống này cồn có thể gọi là hệ thống bất biến nghĩa là tín hiệu ra y không phụ thuộc vào các tác động ngoài tác động vào hệ thống. ** Nguyên tắc điều khiển theo sai lệch: Khi tác động bên ngoài không kiểm tra và đo lường được còn đặc tính của đối tượng không xác định được một cách đầy đủ thì nguyên tắc điều khiển bù tác động bên ngoài không cho phép giữ ổn định tín hiệu ra y. Khi đó ta phải thực hiện nguyên tắc điều khiển sai lệch. Đối với hệ thống này, tín hiệu ra y được phản hồi với đầu vào và kết hợp với tín hiệu vào u (thường u và y tác dụng ngược nhau để tạo ra phản hồi âm) để sinh ra sai lệch e = u - y tác động vào thiết bị điều khiển. Quá trình điều khiển sẽ kết thúc cho đến khi tín hiệu ra y = u = yo đã cho trước. Loại hệ thống điều khiển theo nguyên tắc điều khiển theo sai lệch không Y F U E Z X - M O C có đặc tính bất biến tuyệt đối nghĩa là không giữ được tín hiệu ra y ổn định tuyệt đối bằng giá trị yo cho trước mà vẫn còn một sai lệch nào đó. *** Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp (theo sai lệch và bù nhiễu): Để tạo ra các hệ thống bất biến tuỵệt đối tức là tín hiệu ra y không phụ thuộc vào tác động bên ngoài thường ta dùng nguyên tác điều khiển hỗn hợp bao gồm cả nguyên tác sai lệch và nguyên tắc bù tác động bên ngoài. Sơ đồ hệ thống điều khiển theo nguyên tắc hỗn hợp C M O v Z e y X - + K - U f Nhiễu f(t) tác động lên đối tượng điều khiển ví dụ như theo chiều hướng làm tăng tín hiệu ra y(t). Trong hệ có đưa vào một thiết bi bù K có tác dụng ngược dấu với f , nghĩa là v tác dụng bù về phía trước thiết bị điều khiển C để làm tín hiệu e giảm bớt. Nếu f tác dụng lên đối tượng điều khiển O để làm giảm tín hiệu ra y thì thiết bị bù K lại tạo ra tín hiệu bù v làm tăng y. Ba nguyên tắc này dùng để giữ tín ra y. Tuỳ thuộc từng trường hợp cụ thể mà có thể áp dụng nguyên tắc nào cho phù hợp với điều kiện thực tế. Tuy nhiên đối với hệ thống tự chỉnh định, ta cũng có thể áp dụng chúng trong từng trường hợp cụ thể. II1.1.2. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình Nguyên tắc điều khiển theo chương trình thường áp dụng cho hệ thống hở và hệ thốn kín. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình là dựa vào yêu cầu của tín hiệu ra y phải biến đổi theo thời gian theo một chương trình nào đó, chẳng hạn y(t) = yo(t). Dựa vào mô tả toán học của đối tượng điều khiển ta có thể xác định được tín hiệu điều khiển X(t) = Xo(t). Nếu thiết bị điều khiển thực hiện chương trình để tạo ra X(t) = Xo(t) thì yêu cầu của bài toán đã được giải quyết. Để đảm bảo độ chính xác trong quá trình điều kiển theo chương trình ta dùng hệ thốn kín thực hiện theo ba nguyên tắc đã trình bày ở trên. Nguyên tắc điều khiển để giữ ổn định tín hiệu ra có thể xem là một trường hợp riêng của nguyên tắ điều khiển chương trình nếu yo(t) = const. II.1.1.3. Nguyên tắc tự chỉnh định Do thực tế cần điều khiển những đối tượng phức tạp hoặc nhiều đối tượng đồng thời mà nguyên tắc điều khiển theo chương trình không sử dụng đến. Với yêu cầu điều khiển đối tượng để cho một tín hiệu nào đó đạt được giá trị cực trị hoặc đảm bảo một chỉ tiêu tối ưu nào đó, hoặc bất biến với bất kỳ tác động nào đó tác động lên đối tượng v.v... ta phải dùng đến nguyên tắc tự chỉnh định. Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tự chỉnh định ta gọi là hệ thống tự chỉnh định hay là hệ thống thích nghi. Gần đây do sự phát triển chóng của kỹ thuật vi xử lý và vi tính người ta đã tổng hợp ra các hệ thống điều khiển rất phức tạp trong đó thiết bị điều khiển chính là một máy vi tính có thêm các thiết bị ghép nối Tương tự-Số AD (Analog-Digital) và Số-Tương tự DA (Digital-Analog). Các thuật toán điều khiển được tính toán theo các bài toán tối ưu và thích nghi được viết bằng chương trình ngôn ngữ C để điều khiển đối tượng bên ngoài. Việc phân loại hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ) có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau. Sau đây là các loại hệ thống ĐKTĐ điển hình : (1)- Hệ thống ĐKTĐ tuyến tính. (2)- Hệ thống phi tuyến tính. (3)- Hệ thống liên tục: Các tín hiệu tác động trong hệ là các hàm liên tục theo thời gian. (4)- Hệ thống rời rạc hay hệ thống xung số (hệ thống gián đoạn): Trong đó chỉ cần một tín hiệu là hàm rời rạc theo thời gian. (5)- Hệ thống tiền định : Là hệ thống trong đó tất cả các tín hiệu truyền đạt trong hệ thống là các hàm theo thời gian xác định(không có tín hiệu ngẫu nhiên). (6)- Hệ thống ngẫu nhiên: Là hệ thống trong đó chỉ cần một tín hiệu là hàm ngẫu nhiên. (7)- Hệ thống tối ưu: Là hệ thống điều khiển phức tạp, trong đó thiết bị điều khiển có chức năng tổng hợp được một tín hiệu điều khiển u(t) tác động lên đối tượng nhằm chuyển trạng thái điều khiển tự động từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối với khoảng thời gian ngắn nhất (bài toán tối ưu tác động nhanh) hoặc làm cho hệ thống đạt độ chính xác điều khiển cao nhất. (8)- Hệ thống thích nghi (hay còn gọi là hệ thống tự chỉnh) là hệ thống có khả năng thích ứng tự động những biến đổi của điều kiện môi trường và đặc tính của đối tượng điều khiển bằng cách thay đổi tham số và cấu trúc sơ đồ của thiết bị điều khiển. II.1.2. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện là một hệ thống điều khiển tự động, phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ truyền động tự động truyền động điện có cấu trúc chung được trình bày ở hình dưới đây: Động cơ truyền động M quay máy sản xuất Mx và thiết bị biến đổi năng lượng BĐ (được gọi là phần lực); các thiết bị đo lường ĐL và các bộ điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Động cơ truyền động thường dùng động cơ điện một chiều, xoay chiều, động cơ bước. Các động cơ điện được cấp năng lượng từ bộ biến đổi BĐ, ngày nay các bộ biến đổi thường dùng là các bộ chỉnh lưu thyristor, các bộ biến tần thyristor, tranzistor, các bộ biến đổi xoay chiều thyristor, bộ băm xung điện áp tranzistor và ĐL M NL THĐ Mô hình mạch điều chỉnh tự động truyền động điện tổng quát R BĐ Mx thyristor,v.v... Các bộ biến đổi này có hai chức năng: thứ nhất là biến đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác thích ứng với động cơ truyền động; thứ hai mang thông tin điều điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra bộ biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số,... ). Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R nhận tín hiệu thông báo các sai lệch về trạng thái làm việc của thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng của truyền động. Tín hiệu sai lệch này qua bộ điều chỉnh được khuếch đại và tạo hàm chức năng điều khiển sao cho đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ thống truyền động. Trong thực tế các đại lượng điều chỉnh của truyền động là mô men quay, tốc độ, vị trí. Để đảm bảo chất lượng của hệ, thường có nhiều mạch vòng điều chỉnh như dòng điện, điện áp, tốc độ, từ thông, tần số, công suất, mô men,v.v.. Việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện tuỳ thuộc vào mục đích. Nếu như quan tâm tới động cơ truyền động thì ta có truyền động động cơ một chiều, truyền động cơ xoay chiều, v.v.. Nếu quan tâm tới tín hiệu điều chỉnh ta có bộ điều chỉnh tương tự (analog), bộ điều chỉnh số (digital) hoặc bộ điều chỉnh lại tương tự và số. Mặt khác quan tâm tới cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển ta có truyền động điều chỉnh thích nghi, truyền động điều chỉnh véc tơ v.v.. Khi xét nhiệm vụ chung của hệ thống ta có thể phân loại ra ba loại: + Hệ truyền động điều chỉnh tự động điều chỉnh duy trì theo lượng đặt trước không đổi. Thí dụ duy trì tốc độ không đổi, duy trì mô men không đổi hoặc duy trì công suất không đổi. + Hệ điều chỉnh tuỳ động (hệ bám) là hệ điều chỉnh vị trí trong đó cần điều khiẻn truyền động theo lượng đặt trước biến thiên tuỳ ý, chúng ta thường gặp ở hệ truyền động quay anten, rada, các cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, v.v.. + Hệ điều khiển theo chương trình: Thực chất là hệ điều khiển vị trí nhưng đại lượng đièu khiển lại tuân theo chương trình đặt trước. Thông thường đại lượng điều khiển ở đây là các quỹ đạo chuyển động trong không gian phức tạp cho nên cấu trúc của nó thường gồm nhiều trục. Chương trình điều khiển ở đây được mã hoá ghi vào bìa, băng từ, đĩa từ, v.v.. Chúng ta thường gặp hệ truyền động điều khiển theo chương ttrình ở các trung tâm gia công cắt gọt kim loại, các dây truyền sản xuất có robot. Hệ điều khiển theo chương trình có cấu trúc phức tạp nhất. Thông thường nó cần thoả mãn yêu cầu của hai hệ truyền động trên và dùng điều khiển số có máy tính điện tử CNC (Computer Numeric Control). II.1.3. Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi Hệ truyền động điều chỉnh tự động truyền động điện trong quá trình làm việc thường thay đổi cấu trúc và tham số thí dụ như : mạch từ máy điện bị bão hoà làm điện cảm suy giảm; điện trở của máy điện thay đổi theo nhiệt độ làm viẹc của; đặc tính của bộ biến đổi điện tử công suất thay đổi do ảnh hưởng của dòng điẹn phụ tải hoặc tốc độ làm việc v.v.. Nếu như hệ thống truyền động điện có cấu trúc, tham số bộ điều chỉnh cố định và được chỉnh định theo tiêu chuẩn tối ưu nào đó ở các giá trị xác định của hệ, thì chất lượng của hệ không được đảm bảo. Vì vậy trong hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện yêu cầu chất lượng cao cần phải có mạch điều chỉnh với cấu trúc, tham số của nó có thể thay đổi đáp ứng theo sự biến thiên của hệ, sao cho đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ. Người ta gọi đó là hệ truyền động điều chỉnh thích nghi. Cấu trúc chung của hệ truyền động điều chỉnh tự động thích nghi được trình bày ở hình dưới, trong đó nó có phần cơ bản của hệ điều chỉnh và có thêm phần điều chỉnh thích nghi. Tất cả sự thay đổi tham số của đối tượng điều chỉnh nhiễu loạn phụ tải và các tín hiệu điều khiển được đưa vào mạch nhận dạng I, kết quả nhận dạng được đưa vào mạch tính toán. Dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng yêu cầu, mạch tính toán sẽ xác định tín hiệu điều chỉnh cho mạch thích nghi A, từ đó sẽ tác động lên các bộ điều chỉnh để thay đổi cấu trúc hoặc tham số của nó sao cho chất lượng của hệ đạt yêu cầu chất lượng mong muốn. Cấu trúc chung hệ truyền động điều chỉnh thích nghi 2 1 S R I TT _- + A w X Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi có nhiều dạng khoác nhau, nếu phân loại chúng theo mục đích ta có: (1)- Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi tối ưu theo tiêu chuẩn tối ưu định trước. (2)- Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi bất biến đảm bảo đặc tính động theo yêu cầu, mà không phụ thuộc vào nhiễu loạn phụ tải. (3)- Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi tự chỉnh. Theo phương pháp nhận dạng có thể phân hệ truyền động điều chỉnh thích nghi tự chỉnh: (1)- Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu hở, trong đó tham số bộ điều chỉnh được chỉnh định trực tiếp dựa trên việc đo các tham số của hệ. (2)- Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu kín, trong đó mạch nhận dạng sẽ thực hiện nhận dạng hệ qua việc so sánh đặc tính yêu cầu và thực tế của hệ, từ đó thực hiện điều kiển hệ. (3)- Hệ tự tìm kiếm, trong đó sẽ phát hiện ảnh hưởng của sự thya đổi tính chất bộ điều chỉnh lên đặc tính của hệ. Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu hở cần số lượng thông tin nhiều hơn so với mạch thích nghi kiểu kín, nó tác động nhanh hơn và đảm bảo hệ ổn định nhưng chỉ bù được ảnh hưởng của các tham số đo được. Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu kín không yêu cầu nhiều thông tin, nhưng cần quan tâm tới ổn định của hệ đặc biệt với hệ phi tuyến. Đối với hệ tự tìm kiếm cần ít thông tin nhất nhưng thời gian nhận dạng lại kéo dài hơn. Theo tiêu chuẩn thích nghi có thể chia ra: (1)- Hệ điều khiển để đảm bảo giữ một vài đại lượng của hệ không đổi hay thay đổi theo quy luật định trước. (2)- Hệ điều khiển theo tiêu chuẩn cực trị, hệ này thường là mạch thích nghi kiểu kín. Có thể đảm bảo giá trị cực tiển của sai lệch mạch thích nghi eA từ các tiêu chuẩn: Q = e(t) Q = e(t) Q = Q = [] trong đó qlà Mặt khác có thể giữ giá trị cực trị của các tiêu chuẩn tích phân sai lệch: Q = Q = Q = = Q = Trong hệ truyền động điện điều chỉnh thích nghi thường hay sử dụng hệ thích nghi tối ưu và bất biến với mạch nhận dạng bằng cách đo trực tiếp. Trong lý thuyết điều khiển tự động có rất nhiều mạch điều chỉnh thích nghi, tuy vậy trong hệ truyền động điện điều chỉnh thích nghi thường sử dụng một số loại. Một trong những mạch đơn giản nhất là mạch điều chỉnh thích nghi có nạch nhận dạng kiểu hở, trong đó sử dụng mạch đo trực tiép hạck gián tiếp các tham số biến đổi của đối tượng điều chỉnh FS. Trong mạch tính toán thường thiết lập thuật toán Rp(Sp) FS(Sp) F(Rp) Đ.C Rp Đo Sp Ä W + X - Điều chỉnh thích nghi với mạch thích nghi kiểu hở cố định để tính toán tham số mạch điều chỉnh Rp. Các thuật toán này phụ thuộc vào tiêu chuẩn thích nghi. Mạch điều chỉnh thích nghi bất biến, thường được dùng trong hệ truyền động có cấu trúc được trình bày trên hình. Rp(Sp) Rp(Sp) Rp(Sp) Ä Ä W + X + + - Mạch điều chỉnh thích nghi theo nguyên tắc bất biến Hàm truyền của hệ : Khi đảm bảo điều kiện : thì những thay đổi tham số của đối tượng không dị ảnh hưởng. Mạch điều chỉnh thích nghi với mạch thích nghi kiểu kín thường dùng trong hệ truyền động là mạch điều chỉnh thích nghi với mô hình cố định song song (hình vẽ). Trong đó FM(p) là mô hình cố định của hệ theo tiêu chuẩn tối ưu định trước đưa vào khối bù FK(p) tác động lên hệ ở đàu ra bộ điều chỉnh FR(p) sao cho tín hiệu ra của hệ gần với tín hiệu ra của mô hình. Ta có : FR FS Khối tính toán thích nghi Mô hình YM(t) W XM(t) XS(t) Y(t) + + - - Điều chỉnh thích nghi dùng mô hình Hàm truyền FK được chon theo tiêu chuẩn thích nghi. Khi FK(p) = K với K >> 1 thì hàm truyền F(p) ằ FM(p). Tuy nhiên cần phải kiểm tra ổn dịnh của hệ. Mạch điều chỉnh thích nghi với mạch thích nghi kiểu kín trong hệ truyền động điện phức tạp thường dùng amạch vi xử lý hoặc vi tính. Trong đó khâu nhận dạng, mô hình FM ,...., thuật toán thích nghi cũng như đối tượng và bộ điều chỉnh được mô tả bằng phương pháp không gian trạng thái. Cấu trúc của hệ điều chỉnh được thể hiện ở hình trên. II.2. Chọn phương án Qua phân tích ưu nhược,điểm của hệ thống truyền động điện cho thấy: Hệ thống có mạch vòng dòng điện được tổng hợp theo tiêu chuẩn mô đun tối ưu và mạch còn tốc độ được tổng hợp theo tiêu chuẩn mô đun đối xứng, với bộ điều chỉnh dòng điện là PI và bộ điều chỉnh tốc độ lúc khởi động là P khi khởi động, lúc làm việc là PI, nên đã giảm được độ quá độ, giảm được sai lệch của hệ thống nhỏ. Tuy nhiên trong thực tế hệ thống luôn bị tác động bởi nhiễu như sai số đại lượng đặt, sai số của đại lượng đo lường, sai số do phụ tải, v.v.. Trong các sai số đó thì chỉ có sai số do phụ tải là có thể bù được, các sai số còn lại không thể bù được nên làm giảm sai lệch tĩnh của hệ. Ngoài ra trong quá trình làm việc các phần tử trong hệ thống truyền động điện như động cơ điện, bộ biến đổi điện tử công suất, bộ điều chỉnh, v.v.. thường có tham số thay đổi dẫn đến thay đổi cấu trúc. Phụ tải của hệ thống lại biến đổi, là hàm biến không xác định chính xác được có dạng gần chu chu kỳ (trong mô phỏng coi là chu kỳ). Như vậy với tác động của phụ tải (nhiễu tải), các tham số và cấu trúc của các phần tử trong hệ thống truyền động điện luôn thay đổi; hệ thống luôn có sai lệch lớn về mô men giữa hai động cơ quay lò và sai lệch tốc độ . Cũng từ các nguyên nhân đó có thể dẫn đến dòng điện phần ứng của động cơ bị gián đoạn khi phụ tải thay đổi lớn (dao động mạnh). Vì vậy để khắc phục ảnh hưởng của của nhiễu loạn phụ tải ta chọn cấu trúc bất biến với nhiễu tải và đối với trường hợp dòng điện gián đoạn ta dùng cấu trúc điều khiển thích nghi cho bộ điều chỉnh dòng điện. II.2.1. Cấu trúc bất biến đối với nhiễu loạn phụ tải III.2.1.1. Bù sức điện động Khi tổng hợp mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn mô đun tối ưu đã bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động động cơ. Để khắc phục tác động của nhiễu tải ta đưa thêm khâu bù sức điện động và hệ thống. Ri(p) WBBĐ(p) - + - + + uiđ ui Ri(p) WBBĐ(p) Sbù(p) - + - + + uiđ E Uư ui Iư + Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện: Ri(p) E - - + Iư uiđ = 0 . Ta có sơ đồ cấu trúc tương đương: Để dòng điện Iư(p) không bị ảnh hưởng bởi E thì 1 - Wbù(p).WCL(p) = 0 ị Wbù(p) = 1/WCL(p) Sơ đồ cấu trúc tổng hợp lại có bù Ri(p) WBBĐ(p) kf Si(p) Sbù(p) kf - + - + + uiđ E Uư - w ui Ri(p) WBBĐ(p) Si(p) Wbù(p) kf - + - + + uiđ Uư MC - w ui + + Ri(p) Si(p) - + + Uwđ - w Uw Rw(p) Sw(p) - + + MC - w + kf J.p kf - + Wb(p) Ri(p) Si(p) - + + Uwđ - w Uw Rw(p) Sw(p) - + + MC - w + W1 W2 - + Wb(p) WKI(p) WKI(p) Wb.W1 Wb.W2 Rw+(p).Sw(p) MC _ _ + + + + w III.2.1.2. Sơ đồ cấu trúc bất biến đối với nhiễu tải Mc’ là mô men tải đo được. Mc’ = W1(p).Mđ - W2(p).(Mđ-Mc)/(J.p) (*) Để Mc’ = Mc. Từ công thức (*), ta có: W1(p) – W2(p)/(J.p) = 0 W2(p)/(J.p) = 1 ị W2(p) = J.p W1(p) = 1. Đặt Uw(p) = 0 .Ta có: Để khử nhiễu ị Tính Wb(p), trong đó : Ki = 0,0034 ; Ts = Tvo + Tđk + Ti ằ 0.0017. + Động cơ 1: + Động cơ 2 CHƯƠNG III: Vấn đề đồng tốc độ trong Hệ truyền động có nhiều động cơ đồng trục I.Yêu cầu đối với hệ truyền dộng nhiều động cơ Hệ truyền động nhiều động là hệ truyền động có sử dụng từ hai động cơ trở lên và thường được sử dụng trong dây truyền sản xuất liên tục, trong đó vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động của thiết bị công nghệ, mỗi một truyền động cần phải làm việc với một tốc độ thích hợp hoặctốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung của cả hệ. Các động cơ trong hệ truyền động này có thể liên kết với nhau bằng cơ học (trục cơ) hoặc liên kết với nhau bằng mạch điện (trục điện) để kéo chung một tải ,hoặc quay cùng tốc độ với nhau (quay đồng với nhau), hoặc quay với các tốc độ khác nhau nhưng giữ ổn định hai tốc độ hoặc nhiều tốc độ theo một tỷ lệ nào đó. Cấu trúc của hệ truyền động có thể là đơn giản hay phức tạp tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thước, vật liệu cũng như yêu cầu chất lượng đòi hỏi. Trong sản xuất công nghiệp, truyền động nhiều động cơ được sử dụng khá phổ ở các cầu trục lớn (truyền động xe cầu), trong các xe điện (Electric Locomotive), trong máy cán thép liên tục (cán nóng hoặc cán nguội), trong các dây truyền sản xuất liên tục (máy xeo giấy, thuỷ tinh, bọc cáp,...), trong các băng tải dài, trong một số máy cắt gọt kim loại phôi lớn, trong các máy hồ sợi, v.v.. Đặc tính của truyền động nhiều động cơ cho các công nghệ sản xuất liên tục gồm các yêu cầu cơ bản sau: 1.Tất cả truyền động phải giữ một tỷ lệ tốc độ không đổi trong cả chế độ tĩnh và chế độ động , ta gọi là chế độ đồng bộ tốc dộ. 2. Đối với các dây chuyền sản xuất vật liệu thay đổi, hoặc bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc thường tỷ lệ này thay đổi không lớn, vùng điều chỉnh tốc độ O (2:1 đến 6:1). 3. Một số dây chuyền yêu cầu chất lượng sản phẩm không cao như độ đồng đều vật liệu cao sai số ít. Như vậy hệ truyền động phải đảm bảo độ chính xác điều chỉnh cao sai số ít. 4. Một số vật liệu được sản xuất trong dây truyền liên tục có yêu cầu về chủng loại ,tính chất đặt ra yêu cầu phải giữ sức căng không đổi. Vì vậy yêu cầu hệ truyền động điều chỉnh cả sức căng và lực kéo. * Như ở trên đã nói các động cơ liên kết với nhau trong hệ truyền động điện theo loại liên kết bằng cơ và có loại liên kết bằng mạch điện. Liên kết cơ(trục cơ) thường chỉ dùng cho hệ truyền động hai động cơ ,hai động cơ được nối cứng trục với nhau hoặc qua bánh răng ,khớp li hợp hợc qua đai truyền, liên kết điện (trục điện) thường dùng cho hệ truyền đọng có hai động cơ hoặc nhiều hơn. Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh phụ thuộc vào loại liên kết cơ giữa các động cơ thành phần. + Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của từng động cơ phải tuyệt đối cứng . + Các động cơ liên kết cơ mềm với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn ,lực cân bằng truyền qua vật liệu cứng như vậy việc đồng bộ có thể dùng đặc tính cơ cacs thành phần mềm . + ở các vật liệu băng của nó không truyền được lực kéo. Như vậy truyền động chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc đọ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các truyền động động cơ còn lại,các truyền động nay có nhiệm vụ giữ mômen không đổi. Tốc độ của tất cả truyền động chạy theo băng còn lực căng giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều khiển xác định. + Nếu như không đo được trực tiếp lực kéo ,người ta phải tạo mạch phản hồi vòng nhân tạo trong dây chuyền bằng tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng động cơ trong hệ truyền động. + ở dây truyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt như giấy, vật liêu tổng hợp v.v.. thì tất cả các truyền động thành phần phải giữ được tốc độ không đổi. ở đây người ta dùng phương pháp đồng bộ bám tức là điều chỉnh tất cả các truyền động có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động của vật liệu. + Đối với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính các cuộn vật liệu ,hay nói cách khác là giữ tốc độ dài băng vật liệu không đổi . **Để hiểu rõ hơn về truyền động nhiều động cơ ta sẽ thông qua một số sơ đồ điện sau: 1. Máy cán nguội liên tục Máy cán liên tục có bốn hộp cán, một trục tháo và một trục trục quấn . Sơ đồ máy cán nguội liên tục(chưa cẽ hình) Đặc điểm của máy cán loại này là: Băng thép được cán trên nhiều hộp cán cùng một lúc nên cần phải điều chỉnh và phối hợp chính xác về tốc độ giữa các hộp cán, giữa hộp cán đầu và trục tháo, giữa hộp cán cuối và trục quấn. Máy thường làm việc ở chế độ cán căng nên cần phải đảm bảo lực căng theo yêu cầu. Mặc dù băng thép là vật liệu cứng nhưng sau mỗi lần cán, băng thép dài hơn nên đảm bảo lực căng trên toàn bộ dây chuyền, tốc độ các động cơ truyền động các hộp cán sau phải lớn hơn tốc độ các động cơ các hộp cán trước. Nói cách khác là phải duy trì một tỷ số tốc độ lớn hơn một giữa hộp cán sau và hộp cán trước thông qua việc điều chỉnh bằng mạch điện (hệ trục điện). Động cơ truyền động trục tháo và trục quấn có yêu cầu là tốc độ thay theo đường kính của cuộn vật liệu. Đường kính của cuộn vật liệu lớn thì tốc độ quay phải nhỏ để đảm bảo độ dài không đổi (v = wR = 1/2wD = const). Nói tóm lại hệ truyền động nhiều động cơ cho máy cán nguội đảm bảo điều chỉnh cả tốc độ và sức căng (mô men). Các động cơ ngoài liên kết bằng điện, để điều chỉnh, còn liên kết bằng cơ qua băng vật liệu là tấm thép ở mọi chế độ làm việc (ổn định, quá độ) và có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng (10:1 hoặc hơn ); các động cơ thành phần có đặc tính mềm. 2. Công nghệ dây truyền hồ sợi Công nghệ: Sợi thô từ các thùng mắc được chuyển qua bể hồ để hhồ nhằm tạo ra một lớp hồ phủ mỏng bên ngoài sợi trước khi dệt. Sau khi hồ, sợi được ép vắt và vào các rulo sấy. Đó là các trụ rỗng, bên trong có hơi quá nhiệt nóng trên 100oc ( ằ 110o á 120o). Sợi được kéo quay trên bề mặt rulo nên khô nhanh. Sau khi sấy, sợi sẽ được quấn vào trục quấn để mang đi dệt hoặc nhuộm trước khi dệt. Sơ đồ (chưa vẽ) Hệ truyền động nhiều động cơ của dây truyền đảm bảo đồng đều sức căng và tốc độ suốt dọc dây truyền. Sức căng bị hạn chế bởi độ giãn của sợi. Tốc độ động cơ chính có thể thay đổi được. Tốc độ tục quấn có thể thay đổi theo đường kính dây quấn đầy sợi. Đường kính quấn đầy sợi càng lớn thì tốc độ trục quấn càng nhỏ nhằm đảm bảo tốc độ trục quấn không đổi (v = wR =const), cũng là đảm bảo lực căng không đổi. Lực căng còn được giữ không đổi nhờ phối hợp với các động quay trục ép ở bể hồ và động cơ quay hai rulo đầu của bộ phận sấy. Hệ sử dụng cảm biến sức căng T trên hai đầu trục lăn. Như vậy hệ truyền động của dây truyền hồ sợi đảm bảo điều chỉnh cả tốc độ và sức căng. Các động cơ truyền động được liên kết về điện và về cơ, về liên kết bằng cơ thì băng vật liệu không truyền được lực kéo. Để thực hiện được yêu cầu trên thì động cơ chính sẽ phát tín hiệu đặt tốc độ, tức là có thể thay đổi được tốc độ, điều chỉnh được tốc độ cho các đọng cơ thành phần. Các động cơ thành phần còn lại này sẽ đảm bảo điều chỉnh giữ sức căng (mô men) không đổi. Tốc độ của tất cả truyền động chạy theo băng, còn lực căng giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh thực hiện thông qua cảm biến sức căng. Chúc bạn gặp nhiều may mắn Hoàn thành tốt đồ án đảm bảo đúng tiến độ