Thiet ke he truyen dong t d 84251

Thiết kế hệ truyền động T-Đ Ch ơng II Chơng II Bộ biến đổi chỉnh lu tiristor Các biến đổi điện áp dòng điện Trong ngành công nghiệp thiết bị máy móc sử dụng lợng điện dới dạng khác Trong khuôn khổ đồ án chình bày kỹ thuật biến đổi dạng điện Biến lợng điện xoay chiều công nghiệp hay máy phát điện xoay chiều sẵn có thành lợng điện chiều muốn có phơng pháp chỉnh lu Dạng biến đổi đợc dùng rộng rÃi dạng biến đổi lợng điện Ngoài thực tế ngời ta sử dụng trình biến đổi lợng điện khác nh - Kỹ thuật nghịch lu - Kỹ thuật biến tần Trong hệ truyển động chiều Nguồn cung cấp thờng biến đồi (BBĐ) chỉnh lu điều khiển Việc chọn đợc BBĐ phù hợp với yêu cầu công nghệ tối u kinh tế việc quan trọng Vì chơng ta phân tích chỉnh lu Tiristor để chọn lựa đợc sơ đồ phù hợp thiết kế mạch điều khiển I./ Khái niệm chung Bộ chỉnh lu liên hệ nguồn xoay chiều với tải chiều, nghĩa đổi điện áp xoay chiều nguồn thành điện áp chiều phụ tải Điện áp chiều tải không đợc lý tởng nh điện áp ắc quy mà có chứa thành phần xoay chiều với chiều Đầu sơ đồ chỉnh lu đợc cọi chiều nhng thực điện áp đập mạch Trị số điện áp chiều, hiệu áp suất ảnh hởng chúng nguồn xoay chiều khác Bộ biến đổi Tiristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) chiều thiết bị biến nguồn điện xoay chiều pha thành điện áp chiều điều khiển đợc Hoạt động mạch nguồn điện xoay chiều định nhờ mà thực đợc chuyển mạch dòng điện phần tử lực Việc phân loại chỉnh lu phụ thuộc nhiều yếu tố: Các chỉnh lu đợc chia làm hai loại: chỉnh lu nửa chu kỳ gọi chØnh lu nöa sãng; chØnh lu hai nöa chu kú gọi chỉnh lu toàn sóng - Theo kiểu van sử dụng có: Chỉnh lu không điều khiển, chỉnh lu có điều khiển, chỉnh lu bán điều khiển - Theo sơ đồ đấu có: Sơ đồ hình tia chØ cã mét nhãm van ®Êu chung (Anèt) Katèt; Sơ đồ hình cầu dùng kết hợp hai nhóm - Theo số pha nguồn có: Sơ ®å pha, s¬ ®å pha, s¬ ®å pha, m pha - Nh sơ đồ cầu sÏ cã sè van b»ng lÇn sè van cđa sơ đồ hình tia có số pha nguồn Dạng đợc áp dụng tải đợc xác định nhờ luật mở van nhóm anốt (Katốt) chung Đối với chỉnh lu điều khiển dùng van Tiristor phải vào góc mở X tính chất tải Nhìn chung dạng điện áp tải nhấp nhô không phẳng Độ đập mạch nhỏ số lần đập mạch tăng Nếu gọi số lần đập mạch chu kỳ điện áp nguồn P số pha nguồn cấp m ta có nhận xét: - Sơ đồ tia có: P = m - Sơ đồ cầu có: P = 2m 2 ThiÕt kÕ hƯ trun ®éng T-Đ số Ch ơng II - Dùng sơ đồ cầu pha có P = m điện áp tổng cộng pha hình sin tần Nh để nhận đợc dạng điện áp tải có tốc độ đập mạch thấp sơ đồ chỉnh lu pha tốt - Sử dụng điện áp 3fa thuận tiện có công suất tải lớn - Dạng điện áp dùng điện tải đập mạch, vấn đề lọc đơn giản, rẻ tiền Tuy nhiên sơ đồ có u nhợc điểm riêng Để chọn đợc sơ đồ chỉnh lu thích hợp ta xem xét loại sơ đồ chØnh lu II./ C¸c bé chØnh lu dïng hƯ T - § ChØnh lu mét pha hai nưa chu kú UT1 U U2 N U I1 Ig T1 I3 T U Ig T I4 Ig3 I2 T¶i Ig3 T UL T¶i điện cảm Hình II 1: Chỉnh l 1: Chỉnh lu mét pha hai nöa chu kú U1 Umax U2 UL Điện áp tải so với điểm trung bình t Điện áp dới tải so với điểm trung bình 0 Các xung môi cực điều khiển t Ux Uy Điện áp tải Vtb t =t 0 ThiÕt kÕ hƯ trun động T-Đ t Dòng điện qua tirista Ch ơng II t Dòng điện nguồn Vmax = Đỉnh điện áp thuận t Vmax = Đỉnh điện áp ngợc Ux Hình 1I-1: Sơ đồ chỉnh lu cầu pha có điều khiển dạng sóng Bộ chỉnh lu điều khiển biểu diễn hình II-4 dùng toàn tiristor Trớc lúc mồi tiristor cha dẫn điện để có đợc dòng điện tải cần mở đồng thời tiristor I1 T2, tơng tự mở đồng thời tiristor T3 T4 nửa chu kỳ sau Phải dùng mạch mồi đồng thời cho tiristor T1 T2 Máy biến áp xung có hai đầu cách ly, catốt tiristor có điện khác mạch công suất Điện áp tải giống nh điện áp mô tả chỉnh lu hai nửa chu kỳ, trị số trung bình là: + U max cos α π α trõ ®i hai điện áp rơi tiristor Phơng trình không dùng đợc dòng điện tải không liên tục U tb = π ∫ U max sin θdθdθθdθ= Cùc ®iỊu khiĨn ®Ìn tiristor M¹ch míi Catèt Cùc ®iỊu khiển đèn tiristor Catốt Hình 11-2: Sơ đồ nối đầu mạch điều khiển 2- Sơ đồ chỉnh lu tia pha ThiÕt kÕ hƯ trun ®éng T-Đ Ch ơng II Va T1 G1 Vb T2 G2 Vc T3 G3 Id R E L Đối với sơ đồ tia pha: Giá trị trung bình điện áp t¶i: Ud Id Id IT1 IT2 0IT3 √6 U2 Cos α 2π Ud = dßng trung bình qua van: Iv = Id/3, số lần đập mạch điện áp chỉnh lu : P = 3; công suất máy biến áp: Sba = 1,34Pd 2-Bộ chỉnh lu cÇu pha : ThiÕt kÕ hƯ truyền động T-Đ Ch ơng II mạch ngời thiÕt kÕ sư dơng bé chØnh lu cÇu pha có điều khiển đợc mắc theo sơ đồ cầu pha đối xứng đợc biểu diễn (hình III-3) bao gồm thyristor đợc chia thành nhóm + Nhóm an«t chung gåm T2, T4, T6 + Nhãm cat«t chung gåm T1, T3, T5 T1 T3 T5 ea eb ec L R π/6 ea α T4 eb 5π/6 α T6 ec T2 α 13π/6 9π/6 α α ea ωtt U0 (Hình II-3) : Sơ đồ chỉnh lu cầu pha dạng điện áp tải Nguyên lý làm việc sơ đồ cầu nh sau : khoảng /6 ; /3 sức điện động ea > eb > ec điện điểm UA > UC > UB + Víi nhãm Kt«t chung có điện dơng cao nên có xung điều khiển với sóc mở T1 mở ( thông ).Khi T1 mở T3 T5 bị khoá bị phân cực ngợc + Về nhóm anôt chung T có điện âm nên cã xung ®iỊu khiĨn víi gãc më  => T6 sÏ më => T6 dÉn lµm cho T2 vµ T4 khoá phân cực ngợc => khoảng /6 /3 T1 T6 dẫn dòng Nguồn T1  phơ t¶i  T6  Ngn ë kho¶ng 3/6 5/6 sức điện động Ca > Cb >Cc -Víi nhãm Ktèt chung T vÉn cã thể dơng cao nên dẫn T T5 bị phân cực ngợc nên bị khoá -Với nhóm Anôt chung T2 Ktôt âm thấp nên có xung điều khiển T dẫn, T4 T6 phân cực ngợc nên bị khoá lại => dòng điện dẫn từ nguồn đến tải qua T1 T2 Khoảng 5/6 7/6 lúc eb > ea > ec -Với nhóm Ktôt chung T3 Anôt dơng cao nên có xung điều khiển T bị dẫn Khi T3 dẫn làm cho T1 dẫn bị khoá lại Thiết kế hệ truyền động T-Đ Ch ¬ng II -Víi nhãm anèt chung  T2 vÉn cã thể Ktôt âm nên dẫn dòng, T T6 bị khoá lại phân cực ngợc Dòng điện phụ tải đợc dẫn từ nguồn đến tải qua T3 T2 xét tơng tự nh khoảng (7/6 9/6)( 9/6 11/6)ta có đta có đợc kết toàn trình làm việc mạch chỉnh lu cầu pha đối xứng nh sau : Khoảng Thyristor đợc mở T1 T2 T3 T4 T5 T6 /6 3/6 3/6  5/6 5/6  7/6 7/6  9/6 9/6  11/6 11/6 13/6 C¸c thy dÉn T1 vµ T6 T1 vµ T6 T3 vµ T2 T3 vµ T4 T5 vµ T4 T6 vµ T6 Chiều dòng điện A tải B A t¶i  C B  t¶i  C B t ¶i  A C  t¶i  A C  tải B Điện áp phụ tải ea - eb ea - ec eb - ec eb - ea ec - ea ec - eb Giá trị biểu thức : Giá trị tức thời điện áp phụ tải : U0=VP -VN Giá trị trung bình điện áp chØnh lu n0 = 6 √2 E2 sin θdθ dθθdθ= √ E cosα=2 , 34 E2 cos Hoặc U0 = Ud1-Ud2 Ud1 = giá trị trung bình Ud1 nhóm Ktốt chung tạo nên Ud2 = giá trị trung bình Ud2 nhóm Anốt chung tạo nên U dl = 3 √2 E2 sin θdθ dθθdθ=− √ E2 cosα 2π 2π U dθl = 6 √2 E2 sin ( θdθ+2 π ) dθθdθ=− √ E2 cos 2 Điện áp ngợc đặt nên thyristor có giá trị cực đại : Ungợcmax = √6E2 = 2,45E2 + XÐt trêng hỵp trïng dÉn ta có sơ đồ dạng điện áp tải nh h×nh vÏ III T1 T3 T5 ea eb ec L R α µ Uo ea T4eb T6 ec T2 ea eb  e c eb  e c 2 2π ThiÕt kế hệ6 truyền động T-Đ Th4 Th1 Th4 Th5 Th1 Th6 Th3 Th6 Ch ¬ng II Th5 Th2 HìnhII-4 + Chỉnh lu cầu pha có tợng dây dẫn + Dây điện áp ngợc đặt lên T1 Trong thời gian xẩy tợng trùng dẫn điện áp phụ tải bị giảm nên điện áp chỉnh lu trung bình nhỏ so với trờng hợp cảm kháng nguồn không Lng = UU = LLng I Điện áp trung b×nh U’0 = √6 E cos α−ΔUU γ π Điện áp ngắn mạch Uc = Ub-Ua = E2 sin ( θdθ+α ) √6 E 2 XC ( cos α −cos ( θdθ+ α ) ) Dong điện ngắn mạch IC = Sơ đồ chỉnh lu pha dùng cuộn kháng cân Đối với sơ đồ pha dùng cuộn kháng cân bằng: - Điện áp chỉnh lu tải: U d + U dθ = √6 U2 Cos α 2π Ud = - Dòng điện trung bình qua van Iv = Id/6 - Số lần đập mạch điện áp chỉnh lu P = - Công suất máy biến ¸p: P = 1,26Pd ThiÕt kÕ hƯ trun động T-Đ Ch ơng II Nhận xét: Đối với sơ đồ có số lần đập mạch điện áp chỉnh lu nh Song công suất máy biến áp dùng với sơ đồ chỉnh lu cần có công suất nhỏ máy biến áp dùng với sơ đồ pha - Dòng điện trung bình qua van sơ đồ cầu: I d/3 sơ đồ pha Id/6 Do làm việc khả tải dùng van sơ đồ pha cao Nên không đảm bảo làm việc Kết luận: Dùng sơ đồ cầu pha để điều khiển thay đổi giá trị điện ¸p U d b»ng c¸ch thay ®ỉi ®iƯn ¸p ®iỊu khiĨn U dk dïng hƯ thèng trun ®éng T - Đ kinh tế đảm bảo đợc độ xác, an toàn làm việc III Mạch điều khiển mở Tiristor Mạch diều khiển phần mạch quan trọng chỉnh lu điều khiển xung mở van đợc phát theo trật tự đà định Quy luật hoạt động mạch điều khiển đợc xác định loại chỉnh lu (đảo chiều, không dảo chiều, ) đặc tính phụ tải Thờng có 02 phơng pháp xung mở Tiristor: - Phơng pháp đồng với lới - Phơng pháp không đồng với lới Trong phơng pháp không đồng thờng đợc dùng mạch phản hồi kín Các xung điều khiển đợc phát tiếng cho pha ta đợc hệ thống nhiều kênh Hoặc xung phát cách làm trễ xung ta có hệ thống kênh Trong thực tế truyền động điện hay dùng hệ thống nhiều kênh đồng Trong việc đồng đợc thực nhờ việc đồng hoá điện áp tựa với điện áp lới Điện áp tựa thờng có dạng ca quét ngợc hình sin - Chức hệ thống điều khiển Chức hệ thống điều khiển tạo xung đủ để mở Tiristor Muốn xung phải đảm bảo yêu cầu sau: - Các xung phát phải có công suất đủ lớn - Các xung phát phải có đủ độ rộng hình dáng phù hợp - Các xung phải đợc đa đến cực điều khiển van theo trình tự định xung phải có độ dốc sờn trớc để đảm bảo mở xác Và đặc điểm quan trọng thay đổi đợc thời điểm đa xung đến để mở Tiristor hay gọi thay đổi góc Trong việc điều khiển thiết bị chỉnh lu việc tạo thời điểm cho xung mở thyristor khâu quan trọng Thyristor thờng đợc mở theo hai nguyên tắc +Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Nguyên tắc thẳnh đứng ARCCOS A-Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (ARCCOS) Theo nguyên tắc ngời ta dùng hai điện áp - Điện áp đồng Ur vợt trớc điện áp A-K thyristor mét gãc b»ng /2 (nÕu UAK = A sin t Ur = B cos t ) - Điện áp điều khiển UC điện áp chiều, điều chỉnh đợc biên độ theo hai hớng ( dơng âm ) Thiết kế hệ truyền động T-Đ Ch ơng II Ur UC Ur tt uc (Ur+uc) Hình IV 1: Chỉnh l : Đồ thị điện áp theo phơng pháp điều khiển ARCCOS Trên hình IV- ta thấy đờng nét đứt điện áp A-K thyristor Từ điện áp ngời ta tạo Ur Tổng đại số Ur + UC = ta nhận đợc xung đầu khâu so sánh UC + B cos = Do ®ã :  = arc ( − U c) B Khi ta lÊy B = UCmax UC = th×  = /2 UC = UCmax th×  =  UC = - UCmax th×  = Nh UC biến thiên từ - UCmax + UCmax Khi - biến thiên từ đến + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS đợc sử dụng thiết bị chỉnh lu đòi hỏi chất lợng cao Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính theo nguyên tắc ngời ta dùng điện áp + Điện áp đồng (Ur có dạng ca ) đồng với điện áp A-K thyristor + Điện áp điều khiển (UC điện áp chiều ) điều chỉnh biên ®é Uc Ur Ur Ur+Uc Uc α α tt Thiết kế hệ truyền động T-Đ Ch ơng II Hình IV 1: Chỉnh l : Đồ thị điện áp theo phơng thẳng đứng tuyến tính Dạng đồ thị điện áp đồng U r điện áp điều khiển UC đợc trình bày hình IV 1: Chỉnh l nh cách thay đổi giá trị UC ta điều chỉnh đợc góc  Khi UC = ta cã  = Khi Uc < ta cã  > UC Vậy ta có mối quan hệ Uc nh sau :  =  U r max NÕu ta lấy UCmax = Urmax Các yêu cầu hệ thống điều khiển Các yêu cầu hệ thống điều khiển biến đổi phụ thuộc vào dạng phần tử, chế độ hoạt động chúng đặc tính tải Vì yêu cầu hệ thống điều khiển : A-Yêu cầu độ lớn xung điều khiển Mỗi thyristor có đặc tính đầu vào điện áp cực điều khiển dòng điện chạy qua cực điều khiển Uđk = f(iđk) dạng đặc tính đợc biểu diễn hình IV 1: Chỉnh l Uđk Giới hạn đặc tính Giá tri cực đại Uđk cho phép a Giá tri cực đại Iđk cho phép I II b Iđk Hình IV 1: Chỉnh l : Đặc tính Uđk = f(iđk) thyristor Do sai lệch thông số chế tạo điều kiện làm việc thyristor loại có đặc tính đầu vào khác Với loại thyristor đặc tính dao động hai đặc tính quan hệ a b ( Hình IV 1: Chỉnh l ) yêu cầu độ lớn điện áp dòng điện điều khiển : +Giá trị lớn không vợt giá trị cho phép nhà sản xuất +Giá trị nhỏ phải đảm bảo mở đợc thyristor điều kiện làm việc +Tổn hao phảo nhỏ hơm giá trị cho phép Thờng độ lớn cđa U = 10  20 V vµ I = 20 200 mA B-Yêu cầu độ rộng xung ®iỊu khiĨn