Điều khiển vòng kín của thiết bị truyền động

Trong hệ thống vòng kín, đầu ra của hệ thống được phản hồi về đầu vào, cho phép hệ thống điều khiển động cơ điện và tự điều chỉnh hoạt động. Các vòng phản hồi trong động cơ điện được tích hợp để đáp ứng các yêu cầu quan trọng sau:

• Nâng cao Momen và Tốc độ: Để tăng cường hiệu suất momen và tốc độ của hệ thống.

• Cải thiện Độ chính xác Trạng thái ổn định: Để nâng cao độ chính xác của hệ thống trong quá trình hoạt động ổn định.

• Bảo vệ: Để bảo vệ các thành phần của động cơ điện khỏi hư hỏng tiềm tàng.

Các thành phần chính của hệ thống vòng kín bao gồm bộ điều khiển, bộ chuyển đổi, bộ giới hạn dòng điện, và cảm biến dòng điện, v.v. Bộ chuyển đổi đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện năng có tần số biến đổi thành điện năng có tần số cố định và ngược lại. Mặt khác, bộ giới hạn dòng điện chức năng ngăn chặn dòng điện vượt quá giá trị tối đa đã được đặt trước. Dưới đây, chúng ta sẽ khám phá các loại cấu hình vòng kín khác nhau.

Điều khiển Giới hạn Dòng điện

Phương án điều khiển này được thiết kế để giữ cho dòng điện của bộ chuyển đổi và động cơ trong phạm vi an toàn trong quá trình hoạt động tạm thời. Hệ thống có một vòng phản hồi dòng điện tích hợp với mạch logic ngưỡng.

Mạch logic hoạt động như một biện pháp bảo vệ, bảo vệ hệ thống khỏi dòng điện quá mức. Khi các hoạt động tạm thời khiến dòng điện tăng lên trên giá trị tối đa đã được đặt trước, mạch phản hồi được kích hoạt. Nó nhanh chóng thực hiện hành động điều chỉnh, buộc dòng điện giảm xuống dưới ngưỡng tối đa. Một khi dòng điện trở lại mức bình thường, vòng phản hồi ngừng hoạt động, trở lại trạng thái chờ.

Điều khiển Momen Vòng kín

Hệ thống điều khiển momen vòng kín được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện chạy bằng pin, ứng dụng đường sắt, và tàu điện. Giá trị momen tham chiếu T^* được xác định bởi vị trí của bàn đạp ga. Bộ điều khiển vòng lặp sau đó hoạt động cùng với động cơ để đảm bảo rằng đầu ra momen thực tế theo sát giá trị tham chiếu T^*. Bằng cách điều chỉnh áp lực trên bàn đạp ga, người vận hành có thể kiểm soát hiệu quả tốc độ của hệ thống truyền động, vì đầu ra momen trực tiếp ảnh hưởng đến gia tốc và tốc độ của phương tiện hoặc tàu.

Điều khiển Tốc độ Vòng kín

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tốc độ vòng kín được minh họa trong hình dưới đây. Hệ thống này có cấu trúc điều khiển lồng ghép, với một vòng điều khiển bên trong được nhúng trong một vòng tốc độ bên ngoài. Chức năng chính của vòng điều khiển bên trong là điều chỉnh dòng điện và momen của động cơ, đảm bảo chúng nằm trong giới hạn hoạt động an toàn.

Điều khiển Tốc độ Vòng kín

Giả sử có một tốc độ tham chiếu ωm∗ tạo ra một lỗi tốc độ dương Δω*m. Lỗi tốc độ này được xử lý bởi bộ điều khiển tốc độ và sau đó được đưa vào bộ giới hạn dòng điện. Lưu ý rằng, bộ giới hạn dòng điện có thể bị quá tải ngay cả khi có lỗi tốc độ nhỏ. Bộ giới hạn dòng điện sau đó đặt dòng điện cho vòng điều khiển dòng điện bên trong. Sau đó, hệ thống truyền động bắt đầu tăng tốc. Một khi tốc độ truyền động khớp với tốc độ mong muốn, momen động cơ bằng momen tải. Sự cân bằng này khiến tốc độ tham chiếu giảm, dẫn đến lỗi tốc độ âm.

Khi bộ giới hạn dòng điện đạt tới bão hòa, hệ thống truyền động chuyển sang chế độ phanh và bắt đầu giảm tốc. Ngược lại, khi bộ giới hạn dòng điện trở nên không bão hòa, hệ thống truyền động chuyển mượt mà từ chế độ phanh trở lại chế độ làm việc.

Điều khiển Tốc độ Vòng kín của Hệ thống Truyền động Nhiều Động cơ

Trong hệ thống truyền động nhiều động cơ, tổng tải được phân phối giữa nhiều động cơ. Mỗi phần của hệ thống được trang bị động cơ riêng, chủ yếu chịu trách nhiệm mang tải cụ thể cho phần đó. Mặc dù công suất của các động cơ khác nhau tùy thuộc vào loại tải mà chúng phục vụ, tất cả các động cơ đều hoạt động ở cùng một tốc độ. Khi yêu cầu momen của mỗi động cơ riêng biệt được đáp ứng bởi cơ chế truyền động tương ứng, trục truyền động chỉ cần chịu một momen đồng bộ tương đối nhỏ, giúp cho việc hoạt động phối hợp của hệ thống nhiều động cơ.

Trên một toa xe lửa, do mức độ mòn khác nhau, các bánh xe không quay với tốc độ đồng đều. Do đó, tốc độ chạy của toa xe lửa cũng thay đổi theo. Ngoài việc duy trì tốc độ ổn định, cũng rất quan trọng để đảm bảo momen được phân phối đồng đều giữa nhiều động cơ. Nếu không đạt được sự cân bằng này, một động cơ có thể bị quá tải trong khi động cơ khác vẫn chưa được sử dụng hết công suất. Sự mất cân bằng này cuối cùng dẫn đến tình huống mà momen định mức của toàn bộ toa xe lửa thấp hơn đáng kể so với tổng momen định mức của các động cơ riêng lẻ.