Giáo Trình Hệ Thống Tự Động Điều Khiển Truyền Động Điện

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.1. Khái niệm, phân loại hệ điều khiển truyền động điện

1.1.1. Khái niệm về hệ truyền động điện

1.1.2. Phân loại các hệ tự động điều khiển truyền động điện

1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống tự động điều khiển truyền động điện

2. CHƯƠNG 2: TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG, HÃM, ĐẢO CHIỀU CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1. Các nguyên tắc điều khiển

2.1.1. Quy luật biến thiên của tốc độ góc, dòng điện động cơ theo thời gian trong quá trình khởi động

2.1.2. Thiết bị đếm thời gian

2.2. Nhận xét và kết luận

2.3. Điều khiển theo nguyên tắc thời gian

2.3.1. Thiết bị đếm thời gian

2.3.2. Sơ đồ khởi động động cơ KĐB ba pha rotor dây quấn bằng nguyên tắc thời gian

2.3.3. Sơ đồ hãm động năng động cơ một chiều kích từ song song bằng nguyên tắc thời gian

2.3.4. Sơ đồ hãm động năng động cơ KĐB xoay chiều ba pha bằng nguyên tắc thời gian

2.3.5. Sơ đồ khởi động động cơ KĐB xoay chiều ba pha theo hai chiều bằng nguyên tắc thời gian

2.3.6. Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc thời gian

2.4. Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ

2.4.1. Cảm biến tốc độ

2.4.2. Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập với rơ le cảm ứng

2.4.3. Sơ đồ khởi động, hãm động cơ một chiều kích từ song song với rơ le tốc độ

2.4.4. Sơ đồ hãm động cơ một chiều kích từ song song theo nguyên tắc tốc độ

2.5. Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện

2.5.1. Nguyên tắc điều khiển

2.5.2. Một số sơ đồ điển hình

2.5.2.1. Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều kích từ nối tiếp theo nguyên tắc dòng điện

2.5.2.2. Sơ đồ điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha theo nguyên tắc dòng điện

2.5.2.3. Sơ đồ hãm ngược động cơ KĐB xoay chiều ba pha theo nguyên tắc dòng điện

2.5.3. Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc dòng điện

2.6. Một số phương pháp khởi động, dừng sử dụng mạch kín

2.6.1. Khởi động và dừng “mềm”

2.6.2. Khởi động và dừng theo phương pháp tần số

3. CHƯƠNG 3: HỆ TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

3.1. Cấu trúc hệ điều khiển truyền động điện một chiều cấp nguồn từ bộ biến đổi

3.2. Các mạch vòng thường sử dụng trong hệ điều khiển truyền động điện một chiều

3.2.1. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng phản hồi âm điện áp

3.2.2. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng phản hồi dương dòng điện

3.2.3. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng phản hồi âm tốc độ

3.2.4. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng phản hồi tổng hợp

3.2.5. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng khâu ngắt dòng

3.2.6. Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng khâu ngắt dòng và ngắt áp

3.3. Các thiết bị điện, điện tử thường sử dụng trong các sơ đồ truyền động điện một chiều

3.3.1. Các bộ biến đổi công suất

3.3.2. Các bộ điều khiển

3.3.3. Khâu so sánh

3.3.4. Tay điều khiển

3.3.5. Mạch phát xung

3.4. Một số sơ đồ điều khiển tiêu biểu

3.4.1. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với hai bộ điều khiển riêng rẽ

3.4.2. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với hai bộ điều khiển nối tầng

3.4.3. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều có hai vùng làm việc

3.4.4. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều có đảo chiều quay

3.4.5. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với khâu phản hồi âm dòng phi tuyến

3.4.6. Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều cần cẩu nổi 1200T mang tên Hoàng Sa do Siêmns & Kone chế tạo

4. CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA

4.1. Khái niệm về hệ điều khiển truyền động điện động cơ xoay chiều ba pha

4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số

4.2.1. Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha

4.2.2. Phương pháp thay đổi tần số để điều khiển tốc độ động cơ KĐB

4.3. Khái niệm về biến tần

4.3.1. Phân loại biến tần

4.3.2. Biến tần trực tiếp

4.3.3. Biến tần gián tiếp

4.3.4. Một số biến tần tiêu biểu

4.4. Một số phương pháp điều khiển biến tần thông dụng

4.4.1. Hệ điều khiển tốc độ vòng hở

4.4.2. Hệ điều khiển tốc độ bù tần số trượt

4.4.3. Hệ điều khiển mạch kín với vòng phản hồi tốc độ

4.4.4. Hệ truyền động điện điều khiển tần số trượt sử dụng phản hồi tốc độ

4.4.5. Hệ truyền động điện điều khiển vecto

4.4.6. Hệ truyền động điện không sử dụng cảm biến tốc độ

4.5. Một số hệ truyền động điện sử dụng biến tần gián tiếp

4.5.1. Hệ truyền động điện sử dụng hai biến tần cấp điện cho một động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha

4.5.2. Hệ truyền động điện sử dụng biến tần gián tiếp với một Converter làm việc với hai Inverter có khả năng trả năng lượng về nguồn khi có hãm tái sinh

4.5.3. Hệ biến tần – động cơ sử dụng hai mạch vòng kín

4.5.4. Hệ truyền động điện biến tần – động cơ làm việc với PLC

4.5.5. Hệ truyền động điện biến tần – động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu công suất lớn trên tàu thuỷ chạy điện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Khái niệm chung về hệ tự động điều khiển truyền động điện

Chương này trình bày khái niệm và phân loại các hệ thống tự động điều khiển truyền động điện. Hệ truyền động điện là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, được thiết kế để biến đổi điện năng thành cơ năng. Hệ thống này bao gồm hai mạch chính: mạch động lực và mạch điều khiển. Mạch động lực tập trung vào năng lượng, trong khi mạch điều khiển chú trọng đến tín hiệu. Sự đồng bộ giữa hai mạch này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống. Các hệ thống có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, như loại động cơ, tín hiệu điều khiển, và nhiệm vụ của hệ thống. Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống cũng được đề cập, bao gồm sai số tĩnh, độ quá chỉnh, và thời gian quá độ. Những chỉ tiêu này đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy.

1.1 Khái niệm và phân loại hệ điều khiển truyền động điện

Hệ điều khiển truyền động điện có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Một số phân loại dựa trên loại động cơ, như động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được phân loại theo tín hiệu điều khiển, như tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Việc phân loại này giúp người học hiểu rõ hơn về các loại hệ thống và ứng dụng của chúng trong thực tế. Hệ thống điều khiển tự động có thể được chia thành ba loại chính: hệ duy trì giá trị đặt trước, hệ tùy động, và hệ điều khiển chương trình. Mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với các yêu cầu khác nhau trong công nghiệp.

1.2 Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống tự động điều khiển

Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống tự động điều khiển truyền động điện rất quan trọng để đánh giá hiệu suất hoạt động. Những chỉ tiêu này bao gồm sai số tĩnh, độ quá chỉnh, số lần dao động, thời gian quá độ, và độ dữ trữ ổn định. Hệ thống cần đảm bảo hoạt động ổn định và tin cậy, đồng thời duy trì năng suất và chất lượng trong quá trình vận hành. Việc giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị cũng là một yếu tố quan trọng. Hệ thống cần phải bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả kinh tế, đảm bảo rằng các yêu cầu kỹ thuật được đáp ứng trong mọi điều kiện làm việc.

II. Tự động điều khiển các quá trình khởi động hãm đảo chiều các động cơ điện

Chương này tập trung vào các nguyên tắc điều khiển trong quá trình khởi động, hãm, và đảo chiều động cơ điện. Các thông số như tốc độ góc và dòng điện sẽ thay đổi theo những quy luật nhất định trong quá trình này. Việc hiểu rõ các quy luật này là cần thiết để thiết kế và lựa chọn thiết bị phù hợp. Các phương pháp điều khiển có thể được thực hiện theo nguyên tắc thời gian, tốc độ, hoặc dòng điện. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống.

2.1 Các nguyên tắc điều khiển

Nguyên tắc điều khiển trong quá trình khởi động, hãm, và đảo chiều động cơ điện rất đa dạng. Việc sử dụng các thiết bị như rơ le thời gian giúp thực hiện các quy trình này một cách tự động. Các quy luật biến thiên của tốc độ và dòng điện trong quá trình khởi động được phân tích kỹ lưỡng. Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập được trình bày để minh họa cho các nguyên tắc này. Qua đó, có thể thấy rằng việc điều khiển quá trình khởi động có thể thực hiện theo nhiều nguyên tắc khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống.

2.2 Điều khiển theo nguyên tắc thời gian

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian là một trong những phương pháp phổ biến trong tự động điều khiển. Rơ le thời gian được sử dụng để tạo ra các khoảng thời gian trễ cần thiết trong quá trình khởi động và hãm động cơ. Các thiết bị này có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của hệ thống. Việc sử dụng rơ le thời gian giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển và tăng tính tự động hóa. Các sơ đồ điều khiển cụ thể được trình bày để minh họa cho cách thức hoạt động của các thiết bị này trong thực tế.

III. Hệ tự động điều khiển truyền động điện động cơ một chiều

Chương này giới thiệu về cấu trúc và các mạch vòng thường sử dụng trong hệ điều khiển truyền động điện một chiều. Hệ thống này bao gồm nhiều loại phản hồi khác nhau, như phản hồi âm điện áp và phản hồi dương dòng điện. Mỗi loại phản hồi có những ưu điểm riêng, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Các thiết bị điện và điện tử thường được sử dụng trong các sơ đồ truyền động điện một chiều cũng được đề cập, bao gồm bộ biến đổi công suất và các bộ điều khiển. Việc hiểu rõ về cấu trúc và hoạt động của hệ thống sẽ giúp người học áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả.

3.1 Cấu trúc hệ điều khiển truyền động điện một chiều

Cấu trúc của hệ điều khiển truyền động điện một chiều bao gồm nhiều thành phần quan trọng. Các mạch vòng phản hồi được sử dụng để điều chỉnh và kiểm soát hoạt động của động cơ. Hệ thống này có thể sử dụng phản hồi âm điện áp hoặc phản hồi dương dòng điện, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Việc lựa chọn loại phản hồi phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Các sơ đồ điều khiển tiêu biểu cũng được trình bày để minh họa cho cách thức hoạt động của hệ thống.

3.2 Các thiết bị điện điện tử thường sử dụng

Trong hệ điều khiển truyền động điện một chiều, các thiết bị điện và điện tử đóng vai trò quan trọng. Các bộ biến đổi công suất được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng. Các bộ điều khiển giúp điều chỉnh và kiểm soát hoạt động của động cơ, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định. Việc hiểu rõ về các thiết bị này sẽ giúp người học áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả, đồng thời nâng cao khả năng giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành.

IV. Hệ thống điều khiển truyền động điện động cơ xoay chiều ba pha

Chương này tập trung vào hệ thống điều khiển truyền động điện động cơ xoay chiều ba pha. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha được trình bày chi tiết, bao gồm phương pháp thay đổi tần số. Biến tần là một thiết bị quan trọng trong hệ thống này, giúp điều chỉnh tốc độ và cải thiện hiệu suất hoạt động. Các loại biến tần khác nhau cũng được phân loại và phân tích, từ biến tần trực tiếp đến biến tần gián tiếp. Việc hiểu rõ về các phương pháp và thiết bị này sẽ giúp người học áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả.

4.1 Khái niệm về hệ điều khiển truyền động điện động cơ xoay chiều ba pha

Hệ điều khiển truyền động điện động cơ xoay chiều ba pha là một phần quan trọng trong công nghệ tự động hóa. Hệ thống này cho phép điều chỉnh tốc độ và hiệu suất của động cơ một cách linh hoạt. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ, như thay đổi tần số, được sử dụng để tối ưu hóa hoạt động của động cơ. Việc hiểu rõ về cấu trúc và hoạt động của hệ thống sẽ giúp người học áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả, đồng thời nâng cao khả năng giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành.

4.2 Các phương pháp điều khiển biến tần thông dụng

Các phương pháp điều khiển biến tần rất đa dạng và phong phú. Hệ điều khiển tốc độ vòng hở và hệ điều khiển tốc độ bù tần số trượt là hai trong số những phương pháp phổ biến. Hệ thống điều khiển mạch kín với vòng phản hồi tốc độ cũng được trình bày để minh họa cho cách thức hoạt động của các thiết bị này. Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Các ứng dụng thực tế của các phương pháp này cũng được đề cập để người học có thể áp dụng vào công việc sau này.

Giáo Trình Hệ Thống Tự Động Điều Khiển Truyền Động Điện: Kiến Thức Toàn Diện