Thiết kế và phân tích mạch tạo xung điều khiển

LỜI NĨI ĐẦU Truyền động điện có nhiệm vụ thực công đoạn cuối công nghệ sản xuất Đặc biệt dây chuyền sản xuất tự động đại, truyền động điện đóng vai trị quan trọng việc nâng cao suất chất lượng sản phẩm Vì hệ thống truyền động điện luôn quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để đáp ứng yêu cầu công nghệ với mức độ tự động hoá cao Ngày nay, ứng dụng tiến kỹ thuật điện tử, tin học hệ thống truyền động điện phát triển có thay đổi đáng kể Đặc biệt cơng nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hoàn thiện, nên biến đổi điện tử công suất hệ truyền động điện đáp ứng độ tác động nhanh, độ xác cao mà cịn góp phần làm giảm kích thước hạ giá thành hệ thống truyền động điện Vấn đề thiết kế hệ thống truyền động điện cần phải đảm bảo cho hệ thực tất yêu cầu đặt ra, u cầu cơng nghệ, tiêu chất lượng yêu cầu kinh tế Vì thiết kế hệ truyền động điện ta phải thực tốn phân tích tổng hợp hệ truyền động điện(TĐĐ) để tìm lời giải hợp lý, cho đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật Với toán tổng hợp này, cần đưa loại sau:  Đưa toán tổng hợp chức  Bài toán tổng hợp tham số  Bài toán tổng hợp- tham số Trước tiên, giới thiệu phưong pháp điều khiển mà cho, phân tích vai trị, chức phương pháp Từ tìm lời giải tối ưu cho tốn Sau phân tích sơ đồ mạch, gồm có:  Mạch động lực  Mạch điều khiển Cuối ta tổng hợp khâu, tính chọn thiết bị, xây dựng đặc tính đánh giá chất lượng tĩnh hệ thống Trong trình học tập rèn luyện chúng em phần hệ thống sơ đồ Nhưng đặc biệt hướng dẫn tận tình Võ Thu Hà, chúng em hiểu sâu hơn, phân tích kỹ mối quan hệ mạch điện, để đưa nguyên lý hoạt động cuối sơ đồ, hoàn thiện chức phận hệ thống Mặc dù có nhiều cố gắng khơng tránh khỏi thiếu xót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp để tập hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Phần I: GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN I Điều khiển biến đổi đảo chiều theo phương pháp phối hợp tuyến tính: Đây phương pháp điều khiển biến đổi có đảo chiều Khi thực phương pháp điều khiển này, người ta thực truyền tín hiệu điều khiển đến hai sơ đồ chỉnh lưu, với quan hệ góc điều khiển sơ đồ chỉnh lưu là: 1   1800 Trong trường hợp này, điện áp chỉnh lưu trung bình sơ đồ chỉnh lưu phụ tải (giả thiết chế độ dòng điện liên tục bỏ qua tổn hao) là: uCB uCB1(nÐt liÒn) uCB1 α 1=60 0 π 4π 2π ωtt π ωtt ICB1 α 1=α =90 iCB ωtt iCB1 (nÐt ®Ëm) ωtt Như ta thấy thành phần chiều điện áp đầu sơ đồ chỉnh lưu cân nhau, nên chúng không gây thành phần dòng điện khép vòng qua van sơ đồ chỉnh lưu Tuy hai sơ đồ chỉnh lưu đồng thời làm việc (tuy góc điều khiển khác nhau) giá trị tức thời điện áp đầu sơ đồ (lấy trước cuộn kháng cân bằng) thường không nhau, điều tạo nên chênh lệch điện chúng tác động thuận chiều dẫn dòng van hai sơ đồ chỉnh lưu gây nên dòng khép vòng qua van pha nguồn cung cấp xoay chiều mà không qua tải biến đổi, gọi dịng cân Do tổng trở nguồn nhỏ nên giá trị dịng điện lớn dẫn đến làm hỏng van phá huỷ chế độ làm việc biến đổi Vì ta cần có biện pháp hạn chế dòng điện cân Như sơ đồ hai cuộn CB1 CB2 dùng để hạn chế dòng cân nhóm van Katot chung thuận nhóm van Anot chung ngược: Khi giả thiểt dòng qua sơ đồ chỉnh lưu chế độ liên tục ta có đồ thị điện áp dịng điện cân hai trường hợp góc điều khiển khác hình vẽ Phân tích: Ta thấy điên áp cân phụ thuộc nhiều vào giá trị góc điều khiển sơ đồ chỉnh lưu K góc điều khiển sơ đồ thay đổi khoảng (00–600) điện áp cân đập mạch lần chu kỳ nguồn Còn góc điều khiển sơ đồ thay đổi khoảng (600 - 900) điện áp cân đập mạch lần chu kỳ nguồn xoay chiều Biểu thức điện áp cân UCB1 xác định: U  U md sin t - Khi 1 thuộc [ 00  600 ] CB1 U  U md sin 1 - Khi 1 thuộc [ 600  900] CB1 với (2 /   ) t (2 /  1 ) Và U CB1  U md sin(t   / 3) với (2 /  1 )  t t  ( 2 /  1 ) Umd biên độ điện áp dây Ta xác định giá trị trung bình dịng cân biết góc điều khiển điện cảm cuộn kháng cân LCB Đồ thị biểu diễn giá trị tương đối thành phần trung bình dịng cuộn kháng cân so với giá trị cực đại cho hình: (2) (1) Ud ICBtb Ud1=Ud Ud2 0.5 0.4 α1 0 90 180 0.3 0.2 0.1 α 150 0 30 180 60 90 120 0 Hinh a đường cong biểu diễn quan hệ Ud = f(  ).Khi giả thiết dòng tải liên tục.Giá trị cực đại dòng cân bằng: I CBm U md /(2  LCB ) Giá trị trung bình dòng cân bằng: - Khi 1 thuộc [ 00  600 ] 1 thuộc [ 600  900] với (2 /  1 ) t ( 2 /  1 ) ICBTB = [(3U md ) /( 2  LCB )] (sin + cos ) 0 - Khi 90 1  60 với (2 /  1 )  t t  ( 2 /  1 ) ICBTB = [(3U md ) /( 2  LCB )] [(1- 2 / 6) sin  )  ( /   ) cos )] Khi điều khiển sơ đồ chỉnh lưu biến đổi điều chỉnh theo phương pháp phối hợp tuyến tính chế độ dịng liên tục ta có: - Nếu chỉnh lưu thuận co góc điều khiển 1 < 900 việc chế độ chỉnh lưu chỉnh ngược có góc điều khiển  = 1800 1 > 900 Như chỉnh lưu ngược làm việc chế độ nghịch lưu Trong thực tế chỉnh lưu thuận làm việc chế độ chỉnh lưu chỉnh lưu ngược khơng làm việc chế độ nghịch lưu Vì lúc khơng có thành phần dịng điện qua tải, qua chỉnh lưu ngược, lúc qua ngược có dịng cân xoay chiều góc điều khiển cuả nằm vùng nghịch lưu Trường hợp người ta nói ngược làm việc chế độ chờ nghịch lưu - Ngược lại ngược làm việc chế độ nghịch lưu lúc theo điều kiện nghịch lưu ta có E d > Ed  U d nên dòng từ nguồn qua chỉnh lưu thuận sang trái ( giá trị suất điện động phụ tải > điện áp chỉnh lưu trung bình) thuận mà van khơng cho dịng ngược chiều Như qua thuận có dịng cân xoay chiều mà khơng có dịng tải tức chỉnh lưu thuận chưa làm việc chế độ chỉnh lưu người ta nói chỉnh lưu thuận chưa làm việc chế độ chờ nghịch lưu II.Bộ biến đổi đảo chiều điều khiển riêng (Điều khiển độc lập): - Đây phương pháp điều khiển biến đổi có đảo chiều dịng sử dụng phổ biến thực tế Nội dung phương pháp cho chỉnh lưu thuận ngược làm việc riêng rẽ: + Khi cần có dịng qua tải theo chiều thuận ta cho chỉnh lưu thuận làm việc cách truyền tín hiệu điều khiển đến van nó, cịn chỉnh lưu ngược không cấp xung điều khiển nên không làm việc + Khi cần dịng điện tải theo chiều ngược ta lại cấp xung điều khiển cho chỉnh lưu ngược để làm việc cắt xung điều khiển chỉnh lưu thuận để ngừng làm việc Như biến đổi đảo chiều làm việc có hai sơ đồ chỉnh lưu cấp tín hiệu điều khiển làm việc, cịn lại sơ đồ chỉnh lưu nghỉ hồn tồn nên khơng có dịng cân qua hai chỉnh lưu Ưu điểm phương pháp cho phép ta dung cuộn kháng cân Nhưng để khơng xuất dịng cân mà ta phải đảm bảo điều kiện chỉnh lưu làm việc giai đoạn trước khoá cách chắn phép truyền xung điều khiển cho chỉnh lưu khác cần đảo dong qua tải Điều làm xuất khoảng ngừng dòng đảo chiều, mà thời gian ngừng ngắn phải cỡ ms, làm hạn chế độ tác động nhanh biến đổi Bộ biến đổi đảo chiều điều khiển riêng rẽ có đặc tính ngồi tương tự biến đổi khơng đảo chiều - đặc trưng vùng dòng gián đoạn lớn nhiều so với cơng việc điều khiển phối hợp tuyến tính Các biến đổi đảo chiểu riêng rẽ sử dụng tốt trongcác hợp có điều chỉnh đặc biệt, điều chỉnh thay đổi tham số biến đổi ứng dụng thiết bị chuyển mạch nhanh xác để giảm thời gian ngừng dòng đảo chiều * So sánh hai phương pháp điều khiển: Khi sử dụng phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính làm xuất dịng cân bằng, làm ta phải tăng kích thước biến đổi( có cuộn kháng cân ), tăng cơng suất tính tốn máy biến áp để bù lại tổn thất dòng cân Giá trị điện cảm cuộn kháng cân chọn cho trường hợp xấu giá trị trung bình dịng cân khơng vượt q 10% dịng tải mức theo tính tốn Với mục đích đảm bảo việc vịng dịng cân xoay chiều mà khơng cần tăng điện cảm cuộn kháng cân , người ta phải sử dụng phương pháp điêu khiển phối hợp phi tuyến tính trường hợp ta có: 1   1800  2 Việc gia tăng giá trị giá trị trung bình dịng cân giảm mạnh, nhiên phương pháp dung tạo nên khoảng giá trị góc điều khiển điện áp tảicó thể có giá trị khác nhau, thời gian dừng dòng đảo chiều lớn, làm xấu tiêu chỉnh lưu động tải có suất điện động tải có điện cảm lớn Còn phương pháp điêu khiển độc lập khơng xuất dịng cân mà ta phải đảm bảo điều kiện chỉnh lưu làm việc gia đoạn trước khoá cách chắn phép truyền xung điều khiển đến chỉnh lưu khác, cần đảo dòng tải Do xuất khoảng ngừng dịng đảo chiều mà thời gian ngừng ngắn dẫn đến hạn chế độ tác động nhanh biến đổi(BBĐ), tức BBĐ đảo chiều điều khiển độc lập làm xuất I gián đoạn Qua ta thấy, sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính có nhiều ưu điểm cho phép tiến hành đảo chiều nhanh chinh lưu(CL) đồng thời hoạt động Và sử dụng cuộn kháng cân làm tăng kích thước, giá thành giảm hiệu suất thiết bị Và sứ dụng phương pháp đem lại độ tác động nhanh Chương II Thiết kế mạch vòng phản hồi I Mạch vòng phản hồi âm vòng có ngắt: Để phát điểm chuyển vùng để giảm đặc tính độ cứng đến mức cần thiết thường dung mạch phản hồi âm dòng điện có ngắt, sơ đồ hình vẽ: Ud U’dk Udk Rd Vo A’ wong w0 βmm B βm Iđm βmng Ing Id