Chỉnh lưu là một họ mạch điện tử công suất vô cùng phổ biến trong đời sống ngày nay. Với vai trò là biến đổi điện áp xoay chiều (thường là điện áp lưới) về dạng điện áp một chiều (thường sử dụng trong các bảng mạch điện tử), mạch chỉnh lưu có mặt hầu hết trong các ứng dụng về điện và điện tử. Cũng chính vì thế mà mạch chỉnh lưu được quan tâm nghiên cứu rất sâu và bài bản. Hiện nay có rất nhiều kiểu mạch chỉnh lưu khác nhau được biết đến, mỗi dạng mạch lại có những ưu điểm và nhược điểm riêng nên được vận dụng linh hoạt cho các yêu cầu công nghệ khác nhau.Phần tử cơ bản nhất và quan trọng nhất để tạo nên mạch chỉnh lưu là van bán dẫn. Người ta thường sử dụng van diode cho mạch chỉnh lưu không điều khiển và van Thyristor cho mạch chỉnh lưu điều khiển. Ở một số ứng dụng khác người ta sử dụng thêm một số loại van điều khiển hoàn toàn được kết hợp với 2 loại van trên để tạo nên những mạch chỉnh lưu nhiều chức năng hơn (mạch chỉnh lưu tích cực).Chỉnh lưu được áp dụng nhiều nhất trong công nhiệp là dạng chỉnh lưu điều khiển với van Thyristor. Các mạch chỉnh lưu điều khiểnbán điều khiển cơ bản gồm 9 sơ đồ sau:
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .2 1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ điều khiển truyền động điện 1.2 Động chiều 1.2.1 Cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập 1.2.2 Nguyên lý làm việc động chiều kích từ độc lập 1.2.3 Đặc tính .10 1.2.4 Nguyên lý điều khiển truyền động động chiều kích từ độc lập 12 1.3 Hệ điều khiển truyền động động chiều .18 1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động (F-Đ) .19 1.3.2 Hệ truyền động xung áp- động (XA-Đ) 20 1.3.3 Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo - động (T-Đ) 21 1.4 Kết luận 23 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 24 2.1 Lựa chọn phương án mạch động lực .24 2.2 Phân tích sơ đồ mạch động lực .24 2.2.1 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn .24 2.2.2 Giới thiệu van Thyristor 26 2.2.3 Điều khiển van bán dẫn Thyristor 32 2.3 Thông tin hệ thống 34 2.4 Sơ đồ mạch lực 35 2.5 Tính tốn mạch lực 35 2.5.1 2.6 Tính tốn thơng số máy biến áp .35 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 37 2.6.1 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn 37 2.6.2 Bảo vệ dòng cho van 39 2.6.3 Bảo vệ điện áp cho van 41 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 43 3.1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 43 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 45 3.2.1 Khâu đồng pha 45 3.2.2 Khâu tạo điện áp cưa 46 3.2.3 Khâu so sánh 48 3.2.4 Khâu phát xung chùm 50 3.2.5 Khâu khuếch đại xung 51 3.3 Kết luận 54 CHƯƠNG MÔ PHỎNG 55 4.1 Sơ đồ mô PSIM 55 4.2 Kết mô 56 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc điều khiển nối tầng hệ truyền động điện .4 Hình 1.2: Cấu trúc động chiều .6 Hình 1.3: Stator Hình 1.4: Cực từ động chiều Hình 1.5: Rotor Hình 1.6: Cổ góp Hình 1.7: Nguyên lý tạo từ trường quay động chiều .10 Hình 1.8: Sơ đồ mạch điện thay động điện chiều 10 Hình 1.9: Đặc tính tự nhiên động chiều kích từ độc lập 12 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng .13 Hình 1.11: Dạng đặc tính hệ truyền động điều chỉnh điện áp .14 Hình 1.12: a) Sơ đồ thay thế; b) Đặc tính điều chỉnh điều khiển từ thông động cơ; c) Quan hệ (iF) 15 Hình 1.13: Nguyên lý mạch lực truyền động điều khiển hai thông số điện áp từ thông 16 Hình 1.14: Đặc tính điều khiển hai vùng .17 Hình 1.15: Hệ truyền động máy phát - động (F-Đ) .19 Hình 1.16: Nguyên lý băm xung chiều (BXMC) 20 Hình 1.17: a) Sơ đồ thay hệ T – Đ không đảo chiều 23 Hình 2.1: Các dạng sơ đồ chỉnh lưu (1) Sơ đồ chỉnh lưu pha, nửa chu kỳ; (2) Sơ đồ chỉnh lưu pha hình tia; (3) Sơ đồ chỉnh lưu pha cầu; (4) Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia; (5) Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha; (6) Sơ đồ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân .25 Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha 26 Hình 2.3: Đồ thị làm việc chỉnh lưu cầu pha 26 Hình 2.4: Thyristor (a) Cấu tạo; (b) Ký hiệu 26 Hình 2.5: Đặc tính vơn-ampe Thyristor .27 Hình 2.6: Hiệu ứng dU/dt tác dụng dòng điều khiển 31 Hình 2.7: Mạch động lực có thiết bị bảo vệ .35 Hình 2.8: Cánh nhôm tản nhiệt 38 Hình 2.9: Aptomat BKN 3P 25A .40 Hình 2.10: Mạch R-C bảo vệ áp chuyển mạch .41 Hình 2.11: Bảo vệ điện áp từ lưới .42 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc điều khiển dọc 43 Hình 3.2: Giản đồ tầng điều khiển .44 Hình 3.3: Sơ đồ khâu đồng 45 Hình 3.4: Điện áp đồng Uđb 45 Hình 3.5: Mạch tạo cưa 46 Hình 3.6: Đồ thị điện áp cưa 47 Hình 3.7: Khâu so sánh 48 Hình 3.8: Tín hiêu xung sau khâu so sánh .49 Hình 3.9: Khâu tạo xung chùm 50 Hình 3.10: Đồ thị khâu tạo xung chùm 50 Hình 3.11: Sơ đồ khuếch đại xung 51 Hình 4.1: Sơ đồ mạch điều khiển .55 Hình 4.2: Sơ đồ mạch lực 55 Hình 4.3: Đặc tính tầng điều khiển 57 Hình 4.4: Điện áp sau chỉnh lưu .57 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Khái quát phương pháp điều khiển động chiều .18 Bảng 2.1: Thông tin hệ thống 34 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật Aptomat .39 Bảng 2.3: Bảng lựa chọn thiết bị mạch lực 42 Bảng 3.1: Thông số thiết bị khâu đồng pha 46 Bảng 3.2: Thông số thiết bị khâu tạo điện áp cưa 48 Bảng 3.3: Thông số thiết bị khâu so sánh 49 Bảng 3.4: Thông số thiết bị khâu tạo xung chùm 50 Bảng 3.5 Thông số transistor TIP41C 53 Bảng 3.6: Thông số cúa C945 53 Bảng 3.7: Thông số thiết bị khâu khuếch đại xung 53 v Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Chương Giới thiệu chung hệ thống truyền động điện CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ điều khiển truyền động điện Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: Thiết bị điện, thiết bị điện tử, thiết bị để phục vụ cho việc biến đổi lượng điện-cơ Biến đổi điện từ lưới điện thành cấp cho máy sản xuất, hệ làm việc chế độ động biến đổi thành điện năng, hệ làm việc chế độ hãm Điều khiển truyền động điện thực điều khiển trình biến đổi lượng theo u cầu cơng nghệ máy sản xuất Cấu trúc chung hệ truyền động điện, bao gồm ba phần chính: Phần truyền động điện cấu truyền động máy sản xuất, Phần lực truyền động điện biến đổi động truyền động Các biến đổi trước gồm có biến đổi máy điện (máy phát chiều, xoay chiều), biến đổi từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), ngày thường sử dụng biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu Thyristor, biến tần transistor…) Động điện có loại: Động chiều, xoay chiều đồng ba pha, không đồng ba pha loại động đặc biệt khác v.v Phần điều khiển gồm cấu đo lường, điều khiển truyền động cơng nghệ, ngồi cịn có thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành Đồng thời số hệ truyền động có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác dây truyền sản xuất Có nhiều phương pháp phân loại hệ truyền động: Phân loại theo động tham gia truyền động truyền động động chiều, truyền động động xoay chiều đồng xoay chiều không đồng bộ… Phân loại theo cấp cơng suất: Truyền động cơng suất lớn có cơng suất từ MW trở lên, thường loại có máy biến áp riêng; truyền động công Chương Giới thiệu chung hệ thống truyền động điện suất vừa có cơng suất vài chục đến vài trăm kW truyền động công suất nhỏ đến chục kW Phân loại theo cấp điện áp hạ áp đến 1000V, trung áp 1kV đến 10kV Hệ điều khiển truyền động bao gồm điều khiển tham số điều khiển lô gic Điều khiển tham số truyền động điện điều khiển tốc độ điều khiển mô men điều khiển vị trí Điều khiển lơ gic có: Điều khiển lô gic khởi động, điều khiển lô gic vận hành, điều khiển lô gic bảo vệ, dừng dừng khẩn cấp Hệ điều khiển truyền động phân loại sau: Truyền động không điều khiển tham số: Thường có động nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với tốc độ định, mô men truyền động theo yêu cầu tải Hệ điều khiển loại truyền động chủ yếu điều khiển logic Truyền động kiếu xuất phổ biến với công suất từ nhỏ đến lớn Truyền động có điều khiển tham số phân loại theo đại lượng cần điều khiển điều khiển tốc độ, điều khiển mơ men điều khiển vị trí Hệ điều khiển truyền động có điều khiển tham số có độ xác điều khiển cao thường có cơng suất không lớn (như truyền động servo cho máy CNC, Robot….) Truyền động điều khiển tham số có độ xác khơng cao máy bơm quạt gió, máy nâng vận chuyển, máy cán… có cơng suất vừa đến hàng MW Hệ điều khiển tham số truyền động trang bị biến đổi điện tử công suất với cấp điện áp từ hạ áp, đến trung áp Trong cấu trúc hệ truyền động có điều khiển truyền động động hay nhiều động Trong công nghiệp hệ điều khiển tham số truyền động điện thường dùng điều khiển phản hồi tuyến tính với điều khiển PID theo cấu trúc điều khiển mạch vòng nối tầng kết hợp với điều khiển bù Feedforward Với hệ truyền động có thơng số thay đổi lớn người ta cịn dùng điều khiển thích nghi Điều khiển truyền động cho rô bốt hệ phức tạp, thường phải dùng điều khiển điều khiển thích nghi phi tuyến thuật điều khiển đại khác, đề cập nội dung giáo trình riêng điều khiển rơ bốt Chương Giới thiệu chung hệ thống truyền động điện Sơ đồ nguyên lý điều khiển truyền động công nghiệp trình bày Hình 1.1, có cấu trúc theo mạch vòng nối tầng với bốn cấp điều khiển Hình 1.1: Cấu trúc điều khiển nối tầng hệ truyền động điện Cấp điều khiển biến đổi, có hai phần 1) Phần điều khiển lơ gic bảo vệ an toàn biến đổi bảo vệ nhiệt, áp, dòng ; 2) Phần điều khiển tham số biến đổi như: Giá trị dạng điện áp ra; Tần số đầu ra, dạng dòng đầu vào v.v… Người ta gọi cấp cấp điều khiển trình điện tử, thời gian điều khiển cỡ