136 CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG TRUYỀN Đ NG ĐẢO CHIỀU 4 1 Các sơ đồ truyền động đảo chiều dùng hệ thống T Đ 4 1 1 Đảo chiều áp dòng trong mạch phần ứng động cơ Trong hệ thống điều tốc đảo chiều, yêu cầu cơ bản[.]
CHƯƠNG HỆ THỐNG TRUYỀN Đ NG ĐẢO CHIỀU 4.1 Các sơ đồ truyền động đảo chiều dùng hệ thống T - Đ 4.1.1 Đảo chiều áp dòng mạch phần ứng động Trong hệ thống điều tốc đảo chiều, yêu cầu động điện thay đổi chiều quay Nhưng muốn thay đổi chiều quay bắt buộc phải thay đổi chiều mômen điện từ động Mđt Từ công thức mômen quay động điện chiều Mđt = KmId thấy, chiều Mđt thay đổi hai cách, đổi chiều dòng điện mạch phần ứng động cơ, thực tế thay đổi cực tính điện áp mạch điện phần ứng, hai đổi chiều từ thơng kích từ động cơ, tức thay đổi chiều dòng điện kích từ Tương ứng với chúng, mạch điện đảo chiều hệ thống tiristor - động có hai phương thức: đảo cách đấu đầu biến đổi (BBĐ) với mạch phần ứng đảo cách đấu đầu BBĐ kích từ với cuộn dây kích từ động 4.1.1.1 Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng động BBĐ sử dụng sơ đồ chỉnh lưu Mạch điện đảo chiều dịng phần ứng có nhiều kiểu loại, chọn theo yêu cầu khác loại máy công tác Đối với máy công tác thường làm việc trạng thái quay chiều có yêu cầu đổi chiều quay (chẳng hạn đầu máy xe điện ngầm) dùng hệ thống tiristor - động thông dụng Loại mạch điện dùng sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển tiristor để cấp điện cho phần ứng động cơ, việc đổi chiều dòng qua động sử dụng 136 phần tử đóng cắt có tiếp điểm (công tắc tơ) sử dụng van bán dẫn có điều khiển để thay phần tử có tiếp điểm Sơ đồ sử dụng phần tử có tiếp điểm để đảo cực tính điện áp đảo chiều dịng phần ứng động biểu diễn hình 4.1 - Ưu điểm: Việc thực đảo chiều dòng, áp đơn giản; rẻ tiền - Nhược điểm: Công tắc tơ phải đóng cắt thường xun gây tiếng ồn lớn; tuổi thọ thấp; thời gian tác động riêng khí cụ đóng cắt lớn, đạt tới 0,8s Mạch điện dùng máy công tác không thường xuyên đảo chiều quay Sơ đồ sử dụng đóng cắt dạng khơng tiếp điểm dụng cụ bán dẫn tiristor, hình 4.2 Sơ đồ tránh nhược điểm việc sử dụng đóng cắt có tiếp điểm Khi tiristor T1 T2 mở, tương đương T đóng (hình 4.1), động quay theo chiều thuận, cịn T3 T4 mở, tương đương N đóng (hình 4.1), động quay theo chiều ngược - Ưu điểm: Mạch điện đơn giản, làm việc với độ tin cậy cao, quán tính nhỏ - Nhược điểm: Số dụng cụ bán dẫn nhiều thường bị hạn chế dòng điện; giá thành đắt Mạch điện dùng số thiết bị truyền động đảo chiều công suất không lớn 4.1.1.2 Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng động sử dụng BBĐ có đảo dịng Hình 4.3 Hệ thống truyền động đảo chiều động chiều dùng BBĐ có đảo dịng hai sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược 137 Ở máy công tác yêu cầu đổi chiều quay thường xuyên, đặc biệt máy có yêu cầu thời gian trình độ đảo chiều ngắn thường sử dụng hệ truyền độ T - Đ với biến đổi có đảo dịng BBĐ có đảo dòng xây dựng từ hai sơ đồ chỉnh lưu điều khiển dùng tiristor mắc song song ngược đấu chéo (hình 4.3) Khi động cấp dịng từ sơ đồ chỉnh lưu thứ (CL1) (còn gọi sơ đồ thuận), dịng phần ứng động có giá trị dương (thuận), cịn dịng động đổi chiều (ngược) cấp điện từ sơ đồ chỉnh lưu thứ hai (CL2) hay gọi sơ đồ ngược Với tải có tính chất phản kháng chiều quay động phụ thuộc vào chiều dòng điện động Việc dòng điện động cấp từ sơ đồ chỉnh lưu nào, sơ đồ khơng cấp dịng cho động trạng thái gì, phụ thuộc vào chế độ làm việc cụ thể phương pháp điều khiển BBĐ 4.1.2 Đảo chiều dịng kích từ động Muốn đảo chiều quay động khơng đảo chiều dịng áp phần ứng thực cách đảo chiều từ thơng động Trong trường hợp này, mạch phần ứng động cần dùng sơ đồ chỉnh lưu tiristor để cấp điện điều chỉnh tốc độ, cuộn dây kích từ cung cấp từ nguồn sơ đồ chỉnh lưu (có thể điều khiển khơng) qua hệ thống tiếp điểm đảo chiều cung cấp cho cuộn kích từ động từ BBĐ có đảo dịng tiristor có thêm u cầu điều chỉnh tốc độ phương pháp thay đổi từ thông Các sơ đồ mạch điện để đảo chiều dịng kích từ tương tự sơ đồ đảo chiều dịng phần ứng động (hình 4.1; 4.2;4.3) Do cơng suất kích từ chiếm khoảng 15% cơng suất định mức, rõ ràng công suất của thiết bị đóng cắt sơ đồ chỉnh tiristor dùng để đảo chiều dịng cung cấp cho cuộn dây kích từ nhỏ nhiều thực đảo chiều dịng phần ứng, động cơng suất lớn dùng phương án đảo chiều dịng kích từ tương đối rẻ tiền Tuy nhiên, trình đổi chiều dịng kích từ xẩy chậm nhiều so với đổi chiều dòng điện mạch phần ứng, động có cơng suất trung bình, số thời gian mạch kích từ chiếm khoảng vài giây, cho dịng điện kích từ tăng giảm tự nhiên, việc đổi chiều dịng điện chiếm khoảng 10 giây 138 Trong thực tế, việc đảo chiều quay động phương pháp đảo chiều từ thông thường áp dụng cho hệ thống truyền động điện cơng suất trung bình lớn diễn trình đảo chiều hệ thống truyền động trục cán máy cán liên tục 4.2 Hãm tái sinh hệ thống tiristor - động 4.2.1 Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu chỉnh lưu có điều khiển 4.2.1.1 Chế độ chỉnh lưu chỉnh lưu có điều khiển Là chế độ làm việc mà sơ đồ chỉnh lưu thực biến đổi lượng điện xoay chiều lưới điện thành lượng điện chiều để cấp cho tải chiều, tải chiều tiêu thụ công suất tác dụng Nếu giả thiết bỏ qua ảnh hưởng thành phần xoay chiều đường cong dòng điện điện áp chỉnh lưu, kí hiệu: giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu đầu sơ đồ chỉnh lưu Ud, giá trị trung bình dịng điện chỉnh lưu Id (trong trường hợp hệ điều tốc T-Đ Id thành phần chiều dòng phần ứng động cơ), Pd công suất tác dụng tải tiêu thụ (công suất điện mà động tiêu thụ), vậy, sơ đồ chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu Pd = Ud.Id>0 4.2.1.2 Chế độ nghịch lưu chỉnh lưu có điều khiển Khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu, trình biến đổi lượng diễn theo chiều ngược lại, sơ đồ chỉnh lưu thực việc biến đổi lượng điện chiều phía tải thành lượng điện xoay chiều chuyển phần lượng vào lưới điện xoay chiều Điều có nghĩa sơ đồ chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu cơng suất tải có giá trị âm, tức Pd = Ud.Id uv1 ur = Urm2 0, uM = "0" - Kiểm tra trạng thái khóa van: + Khi có dịng điện (các van mở), uz = “0” + Khi dịng điện khơng (các van khóa), uz = "1" - Tín hiệu ra: + Khố mạch phát xung sơ đồ chỉnh lưu thuận FXT, uT = "0"; + Mở mạch phát xung sơ đồ chỉnh lưu thuận FXT, uT = "1"; + Khoá mạch phát xung sơ đồ chỉnh lu ngược FXN, uN = "0"; + Mở mạch phát xung sơ đồ chỉnh lưu ngược FXN, uN = “1" 148 Dựa vào trạng thái làm việc động hệ thống truyền động đảo chiều quan hệ logic đại lượng mạch logic đảo chiều bảng 4.1 Sau lược bỏ đại lượng trùng lặp bảng 4.1 bảng 4.2 Căn vào bảng giá trị thực, dựa vào điều kiện đóng ngắt phản xung đưa đại số logic sau đây: u T u N (u M u z u M u z u M u z ) u N u M (u z u z ) u M u z u N (u M u z ) u N (u M u z ) Hay: u T u N (u M u z ) Một cách tương tự xác định uN: (4.4) u N u T (u M u z ) (4.5) 4.4.3.3 Mạch điện kéo dài thời gian (tạo thời gian trễ) 149 Sau mạch xử lý logic phát lệch chuyển đổi uN uN, cần phải trì khoảng thời gian cho phép tín đầu LG uLGT uLGN thay đổi theo uT uN Khoảng thời từ lúc có lệnh khóa mạch phát xung đầu khối XLLG đến lúc có lệnh khóa mạch phát xung gọi thời gian trễ cắt xung, ký hiệu tc thường chọn (khơng có trễ); khoảng thời từ lúc có lệnh cho phép mạch phát xung họat động đầu khối XLLG đến lúc có lệnh mở mạch phát xung gọi thời gian trễ phát xung, ký hiệu tf, khoảng thời gian cần thiết để tránh tượng ngắn mạch đổi chiều dòng (4.6) u c (U U c0 )(1 e t / ) U c0 Nếu giả thiết U1 giá trị cực tiểu điện áp ứng với mức logic “1” đầu vào phần tử logic (thực tế giá trị U1 phụ thuộc vào loại phần tử logic giá trị nguồn ni chiều), xác định thời gian trễ tf mạch R-C tạo (thay uc=U1): t f RC ln U U c0 U U1 (4.7) Thường Uc0 = 0, nên thời gian trễ tf viết lại là: t f RC ln Giá trị C là: U U U1 tf C R ln U U U1 (4.8) (4.9) 4.4.3.4 Mạch điện bảo vệ liên động Khi làm việc bình thường, hai lượng đầu uLGT uLGN mạch logic đảo chiều thường có giá trị logic ngược nhau, có mức logic “0” (giá trị tín hiệu khóa mạch phát xung) Nếu phát sinh cố, hai đại lượng đồng thời trạng thái "1“ xẩy tượng hai sơ đồ chỉnh lưu đồng thời làm việc, gây ngắn mạch nguồn điện Để tránh cố xẩy ra, phần cuối điều khiển logic thường bố trí thêm mạch điện bảo vệ liên động "1" tăng cường Trong nhiều 150 sơ đồ thường không cần sử dụng mạch này, khối xử lý logic thực tốt nhiệm vụ 4.4.4 Ưu nhược điểm hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển độc lập Hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển độc lập sử dụng mạch logic để điều khiển trình đổi chiều dịng có số ưu nhược điểm sau: - Ưu điểm: Do ln có sơ đồ chỉnh lưu làm việc nên khơng xuất dịng cân bằng, nhờ khơng cần dùng phần tử hạn chế giảm tổn thất công suất - Nhược điểm: Do xuất khoảng thời gian dịng điện khơng giai đoạn đảo chiều dòng nên làm xấu chất lượng trình q độ Hệ thống đổi chiều dịng điều chỉnh giảm tốc đảo chiều xuất xung dịng điện lớn, giai đoạn chờ tín hiệu LG cho phép mạch phát xung làm việc, giá trị phản hồi dịng điện ui coi khơng, tín hiệu đặt dịng điện có giá trị lớn có tác dụng định 4.5 Hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính Như giới thiệu phần trước, điều khiển phối hợp có đảo dịng người ta cấp xung điều khiển cho tiristor hai sơ đồ chỉnh lưu, điều làm xuất dòng điện cân bằng, khơng có thiết bị hạn chế phù hợp phá hỏng van dòng Vấn đề đặt lựa chọn qui luật phối hợp góc điều khiển hai 151 sơ đồ chỉnh lưu để thuận lợi cho việc lựa chọn thiết bị hạn chế giảm đến mức thấp tổn hao cơng suất Muốn xác định qui luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu, ta xét sơ đồ thay phần mạch lực hệ với việc đưa thêm vào phần tử hạn chế dòng cân Để đơn giản tạm thời thực phân tích hệ thống sơ đồ chỉnh lưu loại sơ đồ hình tia hình 4.11 Trong hình 4.11 giả thiết bỏ qua tổng trở pha nguồn xoay chiều nội trở van mở xem sơ đồ chỉnh lưu làm việc chế độ dòng liên tục; ud1, ud2 tương ứng điện áp chỉnh lưu tức thời sơ đồ chỉnh lưu thuận ngược; EĐ sức điện động ngược động cơ; Zd tổng trở mạch phần ứng, gồm Ld Rd; Zcb1 Zcb2 tổng trở phần tử hạn chế dòng cân bằng; V1 V2 đặc trưng cho van sơ đồ thuận ngược mở, mục tiêu việc đưa van vào sơ đồ thay để chiều dịng điện chạy mạch; điểm M N điểm giả tưởng để xét khả xuất dòng cân hệ thống Hình 4.11b, phân tích điện áp chỉnh lưu tức thời sơ đồ chỉnh lưu thành hai thành phần: thành phần chiều Ud thành phần xoay chiều ud~ với số tương ứng, điện áp chỉnh lưu tức thời sơ đồ thuận bằng: ud1 = Ud1 + ud1~, sơ đồ ngược: ud2 = Ud2 + ud2~ Dựa vào nguyên lý xếp chồng để phân tích, ta xét riêng rẽ thành phần tác dụng, trước tiên xét thành phần chiều tác dụng hình 4.12 152 Theo nguyên lý chung, mạch điện chiều có điện trở có tác dụng hạn chế dịng điện Vì vậy, từ hình 4.12 cho thấy thành phần chiều thấy rằng, xuất chênh lệch thành phần chiều điểm M điểm N, điểm M dương điểm N, xuất dịng cân bằng, làm tăng tổn hao công suất hệ thống ảnh hưởng lớn đến độ cứng đặc tính động cơ, điều khơng mong muốn Như cần tìm quan hệ góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu để loại trừ chênh lệch thành phần chiều điện áp hai sơ đồ tạo chênh lệch ngược lại (N dương M) khơng xuất thành phần dịng cân gây nên chênh lệch thành phần điện áp chiều hai sơ đồ chỉnh lưu, điều cho phép không sử dụng điện trở để hạn chế dịng cân bằng, có chênh lệch thành phần xoay chiều gây nên dòng cân sử dụng điện cảm hạn chế, mà điện cảm không gây tổn hao công suất không ảnh hưởng đến độ cứng đặc tính Khi chọn U MN = 0, ta có phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính; chọn UMN < 0, ta có phương pháp điều khiển phối hợp phi tuyến Ở đây, ta nghiên cứu hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính 4.5.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu điều khiển phối hợp tuyến tính Như phân tích trên, điều khiển phối hợp tuyến tính, ta có UMN = 0, tức là: Ud1 + Ud2 = 0, hay Ud1 = - Ud2 Với giả thiết sơ đồ chế độ dịng liên tục thì: Ud1 = Ud0.cos1 Ud2 = Ud0.cos2, với Ud0 điện áp chỉnh lưu trung bình sơ đồ góc điều khiển khơng Từ ta có: 1 + 2 = 1800 hay 1 = 1800 - 2 Biểu thức quy luật góc điều khiển hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính 4.5.2 Các chế độ làm việc hệ thống điều khiển phối hợp tuyến tính 153 Để phân tích chế độ làm việc BBĐ động điện hệ thống truyền động điện ứng với trường hợp ta dựa vào sơ đồ thay thành phần chiều, hình 4.13 ta xét trường hợp cụ thể sau: 4.5.2.1 Khi α1 < 900 α2 > 900, Ud1 = - Ud2>0 a) Trường hợp EĐ > EĐ < Ud1 = - Ud2 Sơ đồ thay trường hợp minh họa hình 4.13a, Ud1> EĐ nên V1 có điện áp thuận chiều, dòng tải khép vòng từ sơ đồ thuận qua động Khi sơ đồ thuận làm việc chế độ chỉnh lưu, sơ đồ ngược khơng có dịng qua tải (nhưng van mở dẫn dịng có dịng cân sinh chênh lệch thành phần xoay chiều điện áp hai sơ đồ) góc điều khiển nằm vùng chế độ nghịch lưu nên gọi chế độ nghịch lưu đợi hay chờ nghịch lưu Tổng thể, BBĐ thực biến đổi lượng điện xoay chiều thành lượng điện chiều cấp cho động nên BBĐ làm việc chế độ chỉnh lưu theo chiều thuận, động nhận điện từ BBĐ biến thành cấp cho máy sản xuất nên động làm việc chế độ động theo chiều quay thuận (EĐ > n > 0) b) Trường hợp EĐ > EĐ > Ud1 = - Ud2 154 Sơ đồ thay trường hợp minh họa hình 4.13b, Ud1< EĐ nên V1 bị đặt điện áp ngược dịng tải khơng qua sơ đồ thuận, sơ đồ thuận chế độ chờ chỉnh lưu Do | | | |, nên với cực tính EĐ Ud2 sơ đồ hình 4.13b V2 có điện áp tác động thuận chiều, tức dòng động khép qua sơ đồ ngược Sơ đồ ngược làm việc chế độ nghịch lưu, động làm việc chế độ hãm tái sinh quay thuận c) Trường hợp EĐ < Sơ đồ thay trường hợp minh họa hình 4,13c, Ud1> EĐ nên V1 có điện áp thuận chiều, dịng tải khép qua sơ đồ thuận động Sơ đồ thuận làm việc chế độ chỉnh lưu, sơ đồ ngược khơng có dịng tải qua nên sơ đồ ngược chế độ chờ nghịch lưu Sức điện động động đổi chiều, chiều với dòng điện, nên động làm việc chế độ hãm ngược 4.5.2.2 Khi α1 > 900 α2 < 900, Ud1 = - Ud2 0, V2 có điện áp thuận, EĐ tạo dòng điện qua sơ đồ ngược, động làm việc chế độ hãm động quay thuận c) Nếu EĐ < 0, V1 có điện áp thuận, EĐ tạo dòng điện qua sơ đồ thuận, động làm việc chế độ hãm động quay ngược 4.5.1.3 Kết luận Từ phận tích thấy: - Hệ thống truyền động điện đảo chiều dùng BBĐ có đảo dịng cung cấp cho cuộn dây phần ứng động điện chiều sử dụng phương pháp điều khiển 155 ... đấu chéo hệ truyền động T-Đ có đảo chiều có hai phương pháp điều khiển: điều khiển độc lập (còn gọi điều khiển riêng) điều khiển phối hợp (còn gọi điều khiển chung) 4.3.1 Phương pháp điều khiển. .. thuộc vào quan hệ góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu thuận ngược, phương điều khiển phối hợp chia thành hai: - Điều khiển phối hợp tuyến tính; - Điều khiển phối hợp phi tuyến 143 4.4 Hệ thống truyền... pháp điều khiển phối hợp phi tuyến Ở đây, ta nghiên cứu hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính 4.5.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh lưu điều khiển phối hợp