đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em đợc giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trớc

Lời nói đầu

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự

động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng Việc áp dụng các hệ thống truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế Một

hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất lợng cao

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành

điện tử công suất Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang ngày càng đáp ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống truyền động Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn Với nhu cầu sảnsuất và tiêu dùng nh hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp thiết

Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trờng, em đã đợc làm quen với các môn học thuộc ngành Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em đợc giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu “ Thiết

kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trớc sử dụng

bộ biến đổi chỉnh lu có điều khiển cầu 3 pha”

Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn : PGS – TS Võ Quang Lạp và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ

5 Tính toán và kiểm tra chế độ tĩnh

6 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A0

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

2 Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển

3 Đặc tính tĩnh hệ thống

Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Võ Quang Lạp đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn

Thái nguyên ngày Tháng năm 2007

Sinh viên thiết kế

Nguyễn Thanh Tuấn

phần I : phân tích lựachọn phơng án

truyền động điện

i.1 Giới thiệu chung:

- Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tợng truyền động ta phảicăn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lợng mà đa raphơng án hợp lý Với mỗi một đối tợng truyền động có thể thực hiện bằng cáctruyền động khác nhau Mỗi phơng án đều có những u nhợc điểm của nó, nóichung phơng án đa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tợng cần truyền động

Phải đảm bảo đợc các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng nh về mặt kinh tế, trong

đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu Thông thờng một hệ thống tốthơn về mặt kỹ thuật cũng nh tốn kém hơn về mặt kinh tế Do vậy tuỳ thuộcyêu cầu chất lợng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền

động điện nhằm đa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn

* ý nghĩa:

- Việc lựa chọn phơng án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng

Nó liên quan đến chất lợng sản phẩm cũng nh ảnh hởng đến hiệu quả kinh tếcủa sản xuất Nếu nh lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng xuất làmviệc, hạn chế đợc những hành trình thừa, chất lợng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đóhiệu quả kinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngợc lại nếu ta lựa chọnkhông đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trớc

ơng án đáp ứng đợc yêu cầu đề ra đồng thời là phơng án đảm bảo về mặt kỹthuật và chi phí thấp nhất

Sau đây ta phân tích hai hệ truyền động chính đang đ ợc ứng dụng rộng rãi:

+ Hệ truyền động dùng biến tần điều khiển động cơ xoay chiều

+ Hệ truyền động sử dụng van động cơ điều khiển động cơ một chiều

i.2 Hệ truyền động sử dụng V-Đ điều khiển động cơ một

chiều (không đảo chiều quay)

* Đặt vấn đề :

Hệ truyền động sử dụng V-Đ đang đ ợc ứng dụng rộng rãi trong các dây truyền sản xuất.Do những u điểm nổi bật so với các hệ khác mà hệ V-Đ mang lại nhằm nâng cao hiệu suất chất l ợng của hệ.Điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập, kích từ nối tiếp hoặc kích từ hỗn hợp đều có những u điểm riêng và đ ợc ứng dụng

trong những phạm vi nhất định.Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu hệ V-Đ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện

Trong hệ điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín đơn chỉ có khâu phản hồi âm ngắt dòng điện là dành riêng để khống chế dòng điện,nhng nó chỉ sau khi v ợt quá dòng điện tới hạn Id c s dựa vào phản hồi âm mạnh để hạn chế sự xung kích của dòng điện, đồng thời không thể khống chế thật tốt đồ thị trạng thái động của dòng điện

Đồ thị dòng điện và tốc độ qua lúc hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín đơn có phản hồi âm ngắt dòng điện đ ợc vẽ trên hình 2-1a Sauk hi dòng điện từ giá trị cực đại giảm xuống, mô men quay động cơ cũng theo đó giảm xuống, vì vậy quá trình tăng tốc tất nhiên phải kéo dài

hệ thống điều chỉnh tốc độ:

a, qúa trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín

đơn có phản hồi âm ngắt dòng điện

b, quá trình khởi động tăng tốc lý t ởng

Đối với hệ thống điều chỉnh tốc độ th ờng phải vận hành đảo chiều nh máy bào giờng, máy cần đảo chiều, việc rút ngắn thời gian quá trình khởi động là nhân tố quan trọng nâng cao năng suất.Vì vậy, ở điều kiện dòng điện(mô men điện từ ) của động cơ

bị hạn chế, muốn lợi dụng tối đa năng lực quá tải cho phép của

động cơ, tốt nhất là trong quá trình quá độ luôn luôn giữ đ ợc dòng

điện ( hoặc mô men điện từ ) ở giá trị tối đa cho phép, làm cho hệ thống truyền động điện tận dụng gia tốc tối đa để khởi động, sau khi vận tốc đạt tới trạng thái ổn định, lại cho dòng điện lập tức giảm xuống, làm cho mô men cân bằng ngay với phụ tải Đồ thị của quá trình khởi động lý t ởng ấy đợc vẽ trên hình 2-1b Lúc này

đồ thị của quá trình khởi động có dạng sóng, còn đồ thị tốc độ quay tăng theo tuyến tính Đó là quá trình khởi động nhanh nhất của hệ thống điều chỉnh tốc độ ở điều kiện dòng điện ( hay tốc độ quay) tối đa bị hạn chế có thể đạt tới Trên thực tế, bởi vì tác dụngcủa điện cảm dòng điện chính, dòng điện không thể đột nhiên nhẩycấp, đồ thị lý tởng trên hình 2-1b chỉ đạt tới tiệm cận, không thể hiện thực

Để khởi động nhanh nhất trong điều kiện cho phép, mấu chốt

là ở chỗ cần phải nhận đ ợc một quá trình có dòng điện không đổi cực đại Id m Theo quy luật điều khiển phản hồi, dùng phản hồi âm một đại lợng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại l ợng ấy cơ bản bấtbiến, thế thì dùng phản hồi âm dòng điện là có thể nhận đ ợc quá trình dòng điện mà không thể đồng thời có thêm phản hồi âm tốc

độ quay đa tín hiệu tới cung một đầu vào của bộ điều chỉnh, sau khi đạt đợc tốc độ trạng thái ổn đinh, lúc này lại yêu cầu chỉ có phản hồi âm tốc độ quay, mà không phải phản hồi âm dòng điện Làm sao có thể thực hiện đ ợc tác dụng của hai loại phản hồi âm tốc quay và âm dòng điện, lại vừa có thể làm cho chúng gây tác dụng riêng biệt trong những giai đoạn khác nhau? Hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín chính là dùng để giải quyết vấn đềấy

I.2.1 tạo hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện

Để thực hiện hai loại phản hồi âm là tốc độ quay và dòng

điện gây tác dụng riêng rẽ, trong hệ thống đã bố trí hai bộ điều

điều chỉnh, một dùng cho tốc độ quay một dùng cho dòng điện, màgiữa chúng dùng cách ghép nối tiếp Điều đó có nghĩa là, lấy đầu

ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay để làm đầu vào của bộ điều chỉnhdòng điện Sau đó dùng đầu ra của bộ điều chỉnh dòng điện để đi khống chế thiết bị phát xung của bộ chỉnh l u bán dẫn tyristor

Từ quan điểm cấu trúc vòng kín mà nhìn khâu điều chỉnh dòng điện nằm ở trong, gọi là mạch vòng trong, khâu điều chỉnh tốc độ quay nằm ở ngoài, gọi là mạch vòng ngoài Nh vậy đã hình thành một hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín tốc quay

và dòng điện

Để dễ nhận biết đ ợc chất lợng tĩnh và động, hai bộ điều chỉnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín th ờng dùng là bộ điều chỉnh PI sơ đồ của nó thể hiện trên hinh 2-3

U ct

GT

ACR ASR

ASR- Bộ điều chỉnh tốc độ quay, ACR –Bộ điều chỉnh dòng điện,

TG – Máy phát xung đo tốc , TA – Bộ hỗ cảm điện một chiều,

GT – Thiết bị phát xung, U*

n ,Un - Điện áp ứng với tốc độ quay cho trớc, điện áp phản hồi tốc độ quay,U *

i , Ui - Điện áp với dòng

điện cho trớc và điện áp phản hồi dòng điện

Trong hình đã ghi rõ cực tính thực tế của điện áp đầu vào ra của hai bộ điều chỉnh Chúng đ ợc ghi theo tình trạng điện áp điều khiển Uc t của bộ phát xung GT là điện áp d ơng, đồng thời có xét

tới tác dụng đảo pha của bộ khuếch đại thuật toán Trong hình vẽ còn ghi đầu ra của hai bộ điều chỉnh đều là hạn chế biên độ, điện

áp đầu ra ( điện áp bão hoà ) của bộ hạn chế tốc độ quay ASR là

Để phân tích đờng đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc

độ hai mạch vòng kín, buộc phải cho tr ớc sơ đồ cấu trúc trạng thái

ổn định, nh hình 2-3, chỉ cần chú ý đ ờng đặc tính đầu ra có hạn chế biên độ biểu thị điều chỉnh PI là có thể đ ợc Mấu chốt để phântích đờng đặc tính tĩnh là nắm chắc đ ờng đặc tính trạng thái ổn

định Thờng có hai trạng thái: bão hoà (đầu ra đạt tới giá trị biên),

và không bão hoà ( đầu ra không đạt tới giá trị biên ) Lúc bộ điều

chỉnh bão hoà, đầu ra ch a phải là hằng số, sự biến đổi của l ợng

đầu vào ảnh hởng trở lại đầu ra, trừ khi tín hiệu đầu vào ng ợc chiều làm cho bộ điều chỉnh mất bão hào, nói cách khác, bộ điều chỉnh bão hoà tạm thời bị tách khỏi mối liên kết giữa đầu vào và

đầu ra, tơng đơng với việc làm cho khâu điều chỉnh tách ra thành vòng hở Lúc bộ điều chỉnh không bão hoà.

Trên thực tế, trong vận hành bình th ờng, bộ điều chỉnh dòng

điện không bao giờ đạt tới trạng thái bão hoà Vì vậy, đối với đ ờng

đặc tính mà nói, chỉ có hai tr ờng hợp là bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà và không bão hoà

I.2.2.1 Bộ điều chỉnh tốc độ quay không bão hoà

Lúc này, cả hai bộ điều chỉnh đều không bão hoà, khi ổn

định, điện áp chênh lệch vào đều bằng không.Vì vậy:

I.2.2.2, Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà

Lúc này, đầu ra của ASR đạt tới giá trị giới hạn biên độ U *

im, mạchvòng ngoài của tốc độ quay trở thành mạch hở, sự thanh đổi của tốc độ với hệ thống không còn phát sinh ảnh h ởng Hệ thống hai mạch vòng kính biến thành hệ thống mạch vòng kín đơn không có sai số tĩnh dòng điện Lúc ổn định:

Id =



*

im U

= Id m

Trong đó: dòng điện lớn nhất Id m là do ngời thiết kế chọn, phụ thuộc vào năng lực quá tải cho phép của động cơ và trị số lớn nhất gia tốc cho phép của hệ thống truyền dẫn điện Đ ờng đặc tính thẳng đứng nh vậy chỉ phù hợp với tính tĩnh mà hệ thức 2-2 đã mô tả là đoạn A – B trên hình 2-5 Đ ờng đặc tính thẳng đứng nh vậy

chỉ phù hợp tính huống n < n0, bởi vì nếu n < n0 thì Un <U*

độ sẽ gây tác dụng chủ yếu.Sau khi dòng điện phụ tải đạt tới trị số

Id m ,bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà,bộ điều chỉnh dòng điện sẽ gây tác dụng chủ yếu, hệ thống thể hiện là không có sai số tĩnh dòng điện, nhận đ ợc sự bảo vệ tự động về dòng điện quá mức cho phép Đó chính là hiệu quả của việc sử dụng hai bộ điều chỉnh tạo thành hai mạch vòng kín trong ngoài riêng rẽ Đ ờng đặc tính tĩnh

nh vậy rõ ràng là tốt hơn so với đ ờng đặc tính hệ thống mạch vòngkín đơn phản hồi âm ngắt mạch điện Nh ng trên thực tế hệ số

khuếch đại mạch vòng hở của bộ khuếch đại thuật toán là không thẻ vô cùng lớn, đặc biệt là để tránh hiện t ợng trôi điểm không lúcdùng “ bộ điều chỉnh PI chuẩn” nh trên hình 1-54, hai đoạn đ ờng

đặc tính tĩnh trên thực tế đều có chút ít sai số tĩnh, thể hiện bằng nét đứt trên hình 2-5

Hình 2-4: Đ ờng đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai

mạch vòng kín

I.3 Hệ truyền động dùng hệ thống điều tốc biến tần

điều khiển tần số truyền

I.3.1 Đặt vấn đề:

Với công nghệ hiện đại phát triển nh ngày nay, việc điều khiển động cơ xoay chiều trong các dây truyền sản xuất các hệ truyền động công suất trung bình và lớn đã không còn là bài toán khó

Có rất nhiều thiết bị hiện đại, với công nghệ cao nh : biến tần là một ví

dụ điển hình Đợc ứng dụng vào sản xuất để có năng suất, hiệu quả khá cao

đồng thời đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ cũng nh chất lợng là tốt nhất

Sau đây chúng ta phân tích một hệ thống điều tốc mà đang đợc ứng dụngrộng rãi Đó là hệ thống điều tốc biến tần của động cơ của động cơ không

đồng bộ thờng viết tắt là HTĐT biến tần

Trang bị biến tần là một thiết bị chủ yếu của hệ thống điều tốc mà hiện tại phát triển nhanh nhất và đợc nhiều ngời quan tâm nhất

Vì có rất nhiều các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều Nhng trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét một số phơng án tiêu biểu để đa ra những u nhợc điểm của phơng án đó Do vậy ta xét tới động cơ không đồng bộthì cũng có rất nhiều phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số, thay đổi điện áp lới, thay đổi số đôi cực, thay đổi hệ số trợt … nh nhng với phơngpháp nào là tối u nhất ?

Hiện nay các hệ truyền động để điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều ngời ta thờng dùng hai phơng pháp :

- Thay đổi tần số trợt

- Thay đổi hệ thống điều tốc biến tần bằng véc tơ Trong hai phơng pháp đó thì phơng pháp hệ thống điều tốc biến tần bằng véc tơ đợc ứng dụng rộng rãi phổ biến và có nhiều u điểm hơn Nhng đòihỏi trình độ cao, độ chính xác tuyệt đối công nghệ, thiết bị hiện đại

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét một phơng pháp tiêu biểu nhất Đa

ra những u nhợc điểm của hệ thống điều tốc biến tần

I.3.2 Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trợt

Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống điều tốc biến tần mạch vòng kín tốc độ quay thực hiện quy luật điều khiển tần số trợt Từ đó ta có thể thấy hệ thống này có những đặc điểm sau :

- Sử dụng bộ biến tần nguồn dòng, làm cho đối tợng điều khiển có khả năng thích nghi tăng ở trạng thái động và tiện cho hạn tái sinh đó là điều kiện

để nâng cao chất lợng động của hệ thống

- Cũng giống nh hệ thống điều tốc hai mạch vòng kín của động cơ một chiều, mạch vòng ngoài là vòng tốc độ quay mạch vòng trong là vòng dòng

điện Đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay ASR là giá trị cho trớc của tần số trơt U*

s

 đại diện cho mô men dẫn trớc

- Tác dụng điều khiển của s phân ra tác dụng của bộ chỉnh lu điều khiển

đợc UR và trên bộ chỉnh lu CSI Tác dụng thứ nhất thông qua bộ phát sinh hàm số I1 = f( ) GF, dựa vào độ lớn của U*

s

 tạo ra tín hiệu U*

n tơng ứng, lại thông qua bộ điều chỉnh dòng điện ACR điều khiển dòng điên mạch stato, nhằm duy trì (m) = const Một quy luật đi theo con đờng khác là dựa vào

đối GAB quyết định mức cao thấp của tần số đầu ra Làm nh vậy rât thuận lợi để thực hiện để thực hiện vận hành đảo chiều

I.3.3 u nh ợc điểm

Ưu nhợc điểm nổi bận của hệ thống điều khiển tần số trợt là ở chỗ đầu vào của khâu điều khiển tần số là tín hiệu sai tân, còn tín hiệu tần số nhận đợc nhờphép cộng của tín hiệu sai và tín hiệu thực tế, nghĩa là Ut = Ut + U*

t



Nh vậy trong quá trình thay đổi tốc độ quay, tần số thực tế t nâng lên hoặchạ xuống theo tốc độ góc thực tế  So sánh với tín hiệu cho trớc sinh ra trực tiếp từ phép so sánh tỷ lệ điên áp trong hệ thống mà vòng hở tốc độ thì ở đây gia tốc và giảm tốc đều nhẹ nhang hơn, làm cho hệ thống dễ định hơn Đồng thời do bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà trong trạng thái động, hệ thống có thể với trị số biên giới hạn sm tiến hành điều khiển mô men  sm tiến hành điều khiển mô men  Tcm cũng có thể đảm bảo tính nhanh nhạy ở điều kiện cho phép Từ biể thức ( 7-46 ) có thể biết :

) ( L R

Các u điểm trên càng nhìn rõ hơn từ hình 7-49 Khi đột ngột đa tín hiệu cho

U*

 ngay từ khi bắt đầu tốc độ quay thực tế  vẫn là 0, vì vậy ASR bão hoà,

đầu ra đã đợc giá trị biên U*

sm

 , lúc này  t sm, còn mô men Te = Tm, hệ thống khởi động từ điểm S trong hình Sauk hi tốc độ tăng lên chỉ cần cha đạt tới trị số cho trớc ASR vẫn luôn ở trạng thái bão hoà, hệ thống vẫn duy trì tần

số trợt tới hạn sm và mô men tới han Tcm không đổi, điểm làm việc đi dần lên theo đờng thẳng Tcm cho tới khi gần trạng thái ổn định Lúc hãm cũng tơng

tự nh thế, chỉ có khác là s   sm,Te=Tem, điểm làm việc đi xuống theo đờng thẳng – Tem

ASR U

UR TA

là t  * s  ln  s, tần số đợc nâng cao này lam cho điểm làm việc dời tới

điểm B, làm cho tốc độ quay không có sai số tĩnh

Hình7-49:Đặc tính vận hànhtrên bốn góc toạ độ của hệ thống điều khiển tần

- Khi phân tích quy luật điều khiển tần số trợt, chúng ta đã xuất phát từ công thức mô men và mạch điện tơng đơng ở trạng thái ổn định của động cơ không đồng bộ, vì vậy các kết luận có đợc từ giả thiết từ thông không đổi cũng chỉ là tình trạng ổn định mới đợc xác lập Tại trạng thái động m biến

đổi nh thế nào vẫn cha đợc nghiên cứu, nhng khẳng định không thể là hằng số,

điều đó không thể không ảnh hởng chất lợng động thực tế của hệ thống

- Bộ điều chỉnh dòng điên ACR chỉ điều khiển đợc biên độ của dòng điện cha điều khiển đợc góc pha của dòng điện, mà trong trạng thái động nếu không kịp thời đuổi kịp góc pha thì mô men sẽ thay đổi rất chem

- Hàm số Il = f(  ) là phi tuyến, lúc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán môphỏng, chỉ cần theo cách phân loại để thực hiện tuyến tính hoá, nếu phân đoạnkhông đủ nhỏ thì điều chỉnh sẽ gặp khó khăn Vì vậy ngay trên khâu bộ phát sinh hàm số đã tồn tại sai số nhất định

- Bàn về vấn đề tồn tại nói trên của hệ thông điều khiển tần sô trợt dạng cơbản, nhiều nhà nghiên cứu đã đề ra nhiều phơng án cải tiến Phơng án nổi bật nhất có tính cách mạng nhất là hệ thống điều khiển vectơ Nó đã giải quyết đ-

ợc cơ bản nhiều vấn đề đã nêu trên, đã mở ra đợc con đờng có tính đột phá cho hệ thống điều tốc biến tần xoay chiều chất lợng cao

*nhận xét:Saukhi đã phân tích hai phơng ản truyền động ở trên,từ đó rút ra

đợc những u nhợc điểm của từng phơng án.Theo yêu cầu công nghệ của hệ thống ta chọn phơng án truyền động sử dụng hệ T-Đ dùng sơ đồ cầu 3 pha không đảo chiều quay với hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện

có ngắt

Phần 2 : Chọn và phân tích mạch động lực

II.1 giới thiệu chung:

Bộ biến đổi là bộ phận quan trọng của hệ truyền động nó quyết định khảnăng và chất lợng điều chỉnh ở các chế độ làm việc Trong hệ truyền TĐĐ

đang xét thì động cơ là loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập và có công suấtkhông lớn lắm,hệ truyền động đã chọn là hệ T-Đ ta đi xét các sơ đồ chỉnh lusau:

+ Sơ đồ tia 3 pha không có Do

+ Sơ đồ hình cầu 3 pha điều khiển toàn phần

+ Sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển toàn phần

v2 v1

* Nguyên lý hoạt động nh sau:

Với giả thiết Ld = , cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển  vàcũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trớc thời điểm bắt đầu xét ( t 0):Tại thời điểm t =1 thì uac > 0 nên uT1> 0 Da xung vào T1 làm T1 mở và uT1

giảm về bằng không Do uT1=0 nên ud=ua , và từ sơ đồ ta xác định đợc điện áptrên T3 là : uT3=uc - ua = uac , tại 1 thì uac<0, tức là T3 bị đặt điện áp ngợc nênkhoá lại, van T2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau 1 trong sơ đồ chỉ

có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng :

ud= ua ; iT1= ia = Id ; iT2=0 ; iT3=0 ; uT2= uba ; uT3=uca

Đến t = 5/6 thì ua=ub , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 , nhng T2 cha

mở vì cha có tín hiệu điều khiển,do ua vẫn dơng kết hợp với tác dụng cùngchiều của s.đ.đ tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng

Đến t =  thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhng T2 còn cha mở nên T1vẫntiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của Ld

Tại t = 2 = 5/6 +  thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện ápthuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng không nên ud= ub và uT1= ua- ub=

uab mà tại 2 thì uab<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại Do vậy từ 2

trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở :

ud= ub uT1= 0 iT3= 0 iT2= id= Id

uT1= uba uT3= ucb iT1= 0 Suy luận tơng tự nh vậy ta có từ t=2 đến t=3 thì T3 làm việc và:

ud= uc uT1= 0 iT2= 0 iT3= id= Id

uT1= uac uT2= ubc iT3=0Tại t = 1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T1 1 góc điều khiển )thì T1 có tín hiệu điều khiển lúc này uT1 thuận (uT1= uac tại u1>0) dẫn đến T1 mởsuy ra uT1 giảm về 0 và uT3= uc - ua = uca

Tại 1: uT3 <0 tức là T3 bị đặt điện áp ngợc còn van T3 vẫn cha dẫn dòng Nhvậy trong giai đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng ta có:

ud=ua uT2=uba iT1=id = Id uT1=0 uT3=uca iT2=0; iT3 = 0

Đến t= thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trờng hợp này ta phải giả sửgóc  > 300 thì tại thời điểm này van T2 vẫn cha có tín hiệu điều khiển ung, ua

có xu hớng chống lại dòng qua T1, nhng do sức điện động tự cảm trong Ld do

đó van T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng

Tại 2: uT1 <0 tức là T1 bị đặt điện áp ngợc còn van T1 khoá lại và ta có:

t1

t3 t2

+ Sơ đồ hình a ( Sử dụng 4T : Cầu 1 pha điều khiển toàn phân )

+ Sơ đồ hình b , c ( Sử dụng 2T + 2D : chỉnh lu hai nửa sóng điều khiển bán phần )

+ Sơ đồ hình d ( Sử dụng 4D + 1T ) T có nhiệm vụ điều khiển còn 4D làm nhiệm vụ chỉnh lu

Các sơ đồ có hoặc không có D0 tuỳ thuộc vào tính chất của tải

Các dạng điện áp ra có dạng gần giống nhau , để tổng quát ta phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ hình a

Giản đồ điện áp và dòng điện nh hình vẽ

+ Giả sử trớc thời điểm v1 T3 , T4 vẫn dẫn dòng

Đến ωt = vt = v1 , u1 > 0 và có xung điều khiển T1 T2 dẫn dòng và đến ωt = vt = π thì u1

= 0 nhng T1 và T2 vẫn dẫn dòng do có điện áp tự cảm trên L => Điện áp trên tải nh hình vẽ

Ta sẽ phân tích sơ đồ điều khiển toàn phần :

- BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu Trong sơ đồ chỉnh lu cầu

3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực bộ chỉnh

lu với nguồn điện xoay chiều

- T1 đến T6 : Các van chỉnh lu có điều khiển để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp ua , ub , uc bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải

* Nguyên lý làm việc :

Với giá trị của góc α khác nhau ta sẽ có đợc điện áp đặt lên tải cũng khác nhau

Giả sử ta xét một góc α = 600

Giản đồ điện áp và dòng điện nh hình vẽ

Nguyên lý hoạt động nh sau:

- Trong 2 loai sơ đồ hình tia 3 pha và hình cầu 3 pha Sơ đồ hình tia 3 pha đơngiản hơn sử dụng ít T hơn nên đỡ tốn kém hơn

Điện áp chỉnh lu trên sơ đồ cầu 3 pha là lớn hơn , dạng điện áp ra cũng bằng phẳng hơn

- Trong công nghiệp với những hệ truyền động đòi hỏi chất lợng cao thông ờng sử dụng chỉnh lu cầu 3 pha vì vậy ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha để làm sơ đồ của BBĐ tạo điện áp một chiều cung cấp cho động cơ

th-II.2.2 Chọn sơ đồ chỉnh lu:

Từ các phân tích ở trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu là sơ đồ hình cầu 3 phakhông có Do

động cơ dừng thì cuộn phanh cũng mất điện và cổ trục động cơ bị ép lại.

Hãm một hệ TĐĐ nhằm một trong các mục đích sau :

Trạng thái hãm của động cơ là trạng thái động cơ sinh ra mômen điện từngợc với chiều quay mà rôto dang có

Phanh hãm cơ và điện-cơ có má phanh tỳ ép vào trục động cơ khi phanh.Khihãm điện, trục động cơ không bị phần tử nào tỳ vào cả mà chỉ có mômen điện

từ tác dụng vào rôto động cơ để cản lại chuyển động quay đó của động cơ

Có 3 trạng thái hãm :

 Hãm tái sinh ( hãm trả năng lợng về lới )

 Hãm ngợc

 Hãm động năng

Đặc điểm chung cho cả 3 trạng thái hãm điện là động cơ đều làm việc oẻ chế

độ máy phát,biến cơ năng mà hệ TĐĐ đang có qua động cơ thành điện năng

để hoàn trả về lới ( hãm tái sinh ) hoạc tiêu thụ ở dạng nhiệt trên điện trở( hãm ngợc, hãm động năng) Mômen để quay động cơ ở chế độ máy phát sẽ

là mômen hãm đối với hệ TĐĐ

Đối với động cơ 1 chiều KTĐL ta có các phơng pháp hãm là :

a1 Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khi hãm tái sinh E>U động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới So với chế độ động cơ, dòng và momen hãm đã đổi chiều và đợc xác

hệ thống làm việc ổn định với ođ>o

Phơng trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là



 U  K

R

u u

( ) 2.

Đờng đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần t thứ 2 và thứ

4 của mặt phẳng toạ độ

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả về lới có giá trị P=(E-U)I Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích

* Hãm tái sinh xảy ra trong các trờng hợp sau đây :

+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp nguồn

+ Với tải mang tính chất thế năng ,ta tiến hành hạ tải bằng cách đảo chiều

điện áp phản ứng.ở đay ta nghiên cứu tải mang tính chất phản kháng nên ta không xét trờng hợp này

Khi hãm tái sinh không nên đa điện trở phụ vào mạch phần ứng vì đa thêm

điện trở phụ vào sẽ làm cho hiệu suất của việc hãm tái sinh giảm đi và tốc độ làm việc khi hãm lớn gây mất an toàn

* Nhận xét :

Hãm tái sinh là phơng pháp hãm kinh tế nhng do ta chọn loại bộ biến đổi là cầu một pha tức là bộ biến đổi đơn Bộ biến đổi đơn khôngcho phép dẫn dòng ngợc mà chỉ cho dẫn dòng theo một chiều nên hệ truyền động của ta không thực hiện đợc hãm tái sinh

a2 Hãm ngợc

Hàm ngợc là trạng thái máy phát của động cơ, mà khi rôto của động cơ quay ngợc chiều so với chiều quay do cực tính của điện áp nguồn gây ra

Có 2 loại hãm ngợc :

+ Hãm đa điện trở phụ vào mạch phần ứng

+ Hãm đảo chiều điện áp phần ứng và đa thêm điện trở phụ

Ta đi xét các loiaị hãm ngợc nêu trên :

* Hãm đa điện trở phụ vào mạch phần ứng (sử dụng với tải mang tính chất thế năng)

động cơ bằng không (=0) nếu không động cơ (Mđc>Mc) sẽ quay ngợc lại.Vì thông thờng động cơ làm việc ở điểm a trên đặc tính tự nhiên với tải Mc ta

đổi chiều điện áp phần ứng và đa thêm điện trở phụ vào mạch, động cơ chuyểnsang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở Tại b mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm theo đoạn bc, tại c tốc độ bằng không nếu ta cắt phần ứng ra khỏi điện áp nguồn đặt vào động cơ thì

động cơ sẽ dừng lại, còn nếu ta không nếu ta không cắt phần ứng ra khỏi điện

áp nguồn đặt vào động cơ thì tại c (Mo>Mc) động cơ sẽ quay ngợc lại và làm việc ổn định tại d

Trong trờng hợp này dòng điện hãm rất lớn vì:

Ih  Uu  Eu  Uu  Eu

R + Ru f R

M  K I

Vì vậy cần đa thêm điện trở Rf đủ lớn vào mạch phần ứng để hạn chế Ih

Tóm lại hãm ngợc bằng phơng pháp đảo cực tính đặt vào phần ứng động cơ nhơ trên dòng điện rất lớn gây tổn thất năng lợng lớn E cùng chiều U động cơlàm việc nh một máy phát mắc nối tiếp với lới Lúc đó nó vừa nhận năng lợng

từ lới điện đồng thời năng lợng điện do nó phát ra đều tiêu tán trên mạch phầnứng dới dạng nhiệt làm giảm tuổi thọ động cơ Mặt khác nếu nh tốc độ động

cơ đã giảm thấp nếu ta không cắt động cơ ra khỏi lới một cách chính xác thì

động cơ sẽ quay ngợc lại do đó không phù hợp với yêu cầu công nghệ

II.3 Phân tích nguyên lý chung của mạch động lực :

c r

t 5

c r

t 2

c r

t 3

c r

t 1

c r

t 6

c r

t 4

k mba atm

ly giữa mạch động lực bộ chỉnh lu với nguồn điện xoay chiều

T1 đến T6 : Các thyristor có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1chiều

Mạch R- C đợc mắc song song với các thyristor để bảo vệ quá áp cho cácthyristor

CK: cuộn kháng

K: tiếp điểm của công tắc tơ

Rh: điện trở hãm

II.3.2 Nguyên lý làm việc của sơ dồ chỉnh lu :

-Điều kiện làm việc của sơ đồ:

Đối với sơ đồ hình cầu 3 pha, do điện áp đặt lên các Tiristor là điện áp dây.Nên để mạch hoạt động đợc thì trong 1 lần dẫn thì phải có 2 Tiristor cùng dẫndòng Nghĩa là ngời ta phát xung vào cực điều khiển để mở các Tiristor thì ta

còn phải phát xung theo quy tắc gửi xung.Khi ta cấp xung điều khiển vào cácTiristor có điện áp Anốt dơng thì Tiristor đó sẽ dẫn dòng cung cấp năng lợngcho tải Dòng điện này đi nguồn , qua Katot chung , qua tải , qua Anốt chung,rồi về nguồn

- Quy tắc gửi xung:

Để một Tiristor có thể làm việc đợc thì ta phải cấp xung cho nó qua kênh tạoxung.Và đối với sơ đồ cầu 3 pha thì việc gửi xung này phải tuân theo quy tắcgửi xung đợc thể hiện nh trong hình vẽ sau:

Bây giờ ta đi xét các trờng hợp cụ thể ứng với các góc điều khiển  = 60 độ

u t1 uab uac

0

0 0

Giản đồ điện áp và dòng điện nh hình vẽ

Nguyên lý hoạt động nh sau:

- Từ ωt = vt = v0 ữ v1 và từ ωt = vt = v6 ữ v7 thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub do không

có D0 nên ud còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trớc gửi đến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ có thể bỏ qua

U U

I I

II.3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch hãm :

Khi hệ thống làm việc bình thờng các tiếp điểm K thờng mở đóng, các tiếp

điểm K thờng đóng mở nhờ mạch điều khiển qua trình khởi động ( ở đây không trình bày) Khi muốn hãm động cơ ta tiến hành ấn nút dừng ở mạch

điều khiển Lúc đó các tiếp điểm K trở về trạng thái làm việc bình thờng động cơ đợc cắt ra khỏi lới, điện trở hãm đợc đa vào hoạt động, cuộn dây kích từ vẫn đợc cấp điện Do quán tính cơ roto động cơ vẫn quay và sinh ra một sức

điện động E=K.Φ.ωt = v sức điện động này khép mạch qua Rh và tiêu tán năng ợng -> động cơ đợc hãm Quá trình hãm tốc độ động cơ giảm dần hi nào tốc

l-độ l-động cơ bằng 0 thì quá trình hãm kết thúc

Phần 3 : Chọn và phân tích mạch điều khiển

II.1 Giới thiệu chung :

Để có điện áp cấp cho động cơ thì các Tiristo cần có các tín hiệu điều

khiển ; dẫn đến cần có mạch phát xung cấp cho các Tiristo.Để đạt đợc sự ổn

định tốc độ càn có phản hồi âm và do vậy cần đảm bảo yêu cầu về hệ số khuếch đại nên ta phải có bộ khuếch đại.Ngoài ra cần có nguồn nuôi các khâuphát xung, khuếch đại.Cần có bộ tạo ra điện áp chủ đạo, lấy tín hiệu phản hồi

III.2 Thiết kế mạch phát xung điều khiển sơ đồ chỉnh lu

III.2.1 Giới thiệu chung :

Ta đã biết để van của bộ chỉnh lu có thể mở tại các thời điểm mong muốnthì ngoài điều kiện trên van đó phải có điện áp thuận thì trên điện cực điềukhiển và katot của van phải có một điện áp điều khiển ( mà thờng gọi là tínhiệu điều khiển ) Để có hệ thống xuất hiện theo đúng yêu cầu mở van ngời ta

sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay hệthống điều khiển bộ chỉnh lu

- Các xung điều khiển đợc tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cầnthiết ( với một độ dự trữ nhất định ) để mở van với mọi loại phụ tải có thể cókhi sơ đồ làm việc Thông thờng độ dài xung nằm trong khoảng 200 đến 600

s

- Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lu hiện nay đang sử dụng có thểphân chia làm hai nhóm : Nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ và nhóm hệthống điều khiển không đồng bộ Nhóm thứ nhất đang đợc sử dụng phổ biếnhiện nay và ta chỉ nghiên cứu nhóm này

Các hệ thống đồng bộ thờng sử dụng hiện nay bao gồm :

+ Hệ thống điều khiển theo pha ngang : phơng pháp này có u điểm là cómạch phát xung điều khiển đơn giản nhng có 1 số nhợc điểm là phạm vi điềukhiển góc mở  không rộng.Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn vákhó tổng hợp tín hiệu điều khiển.Do những nhợc điểm này mà hệ thống phát

xung điều khiển theo phơng pháp pha ngang không phù hợp với yêu cầu côngnghệ.

+ Phơng pháp điều khiển dùng điốt hai cực gốc (Tranzito một tiếp giáp) :Mạch phát xung phơng pháp này đơn giản nhng có nhợc điểm là chỉ phù hợpvới hệ thống công suất nhỏ, đảo chiều khó khăn Cho nên trong thực tế ítdùng

+ Phơng pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng : phơng pháp này tuy cómạch phát xung phức tạp nhng đáp ứng đợc các yêu cầu chỉ tiêu chất lợng

- Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc

- Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

- Góc mở  của tiristor có thể thay đổi đợc trong khoảng rộng

- Độ dốc sờn trớc của xung đảm bảo có hệ số khuyếch đại phù hợp,làm viẹc tin cậy chính xác với độ nhạy cao

- Có thể điều khiển đợc hệ có công suất lớn

* Sau đây ta sẽ xây dựng một hệ thống điều khiển theo pha đứng

Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển

- Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lu : Về nguyên tắc mỗi Tiristor có một kênh Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lu cầu 3 pha

6 T thì cần 6 kênh , kênh nọ lệch kênh kia 600

- Sơ đồ khối :

uđk

+Khối đồng bộ hoá ( ĐBH ) : Thông thờng sử dụng biến áp gọi là điện áp

đồng bộ hoá Biến áp này tạo ra điện áp đồng bộ hoá

Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạo xung điều khiển Cực tính , pha , cuộn dây thay đổi dễ dàng

+ Khối tạo sóng răng ca ( SRC ) : Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh với điện áp điều khiển ở khối 3 Điện áp thờng đợc tạo ra dới dạng điện áp rằn ca

+ Khối so sánh ( SS) : So sánh điện áp tựa ( điện áp răng ca ) với uđk , giao

điểm hai điện áp này xác định góc mở  Nh vậy đầu ra của khối so sánh nàyxác định góc điều khiển

+ Khối tạo xung ( TX ) : Xác đinh độ rộng , độ dốc , công suất xung ( biên

Uss

Uđk

Urc Uđbh

III.2.2 Phân tích lựa chọn khâu đồng bộ hoá và tạo sóng răng

ca

a Nhiệm vụ của khối :