ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TĐ CÓ ĐẢO CHIỀU SỬ DỤNG CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN, ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
Giới thiệu chung về hệ truyền động điện
Khái niệm
Hệ truyền động điện là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử…Phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ.
Cấu trúc chung
Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện
BBĐ là Bộ biến đổi
ĐC là Động cơ điện
MSX là Máy sản xuất
R và RT là các Bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ
K và KT là các Bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ
GN là Mạch ghép nối
VH là Người vận hành
Cấu trúc của hệ truyền động điện gồm 2 phần chính:
- Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX)
- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và người vận hành.
Phân loại
- Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí
- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình
- Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.
- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tự động.
- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ…
Hệ truyền động Thyristor-Động cơ một chiều (T-Đ)
Khái niệm
Khi dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển (các bộ chỉnh lưu dùng thyristor) để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta gọi là hệ T-Đ
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T-Đ
Hệ T-Đ không đảo chiều
MTX tai Ui nguon xoay chieu 220V
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ không đảo chiều.
Các chế độ làm việc của hệ T-Đ không đảo chiều.
ĐTC thuộc góc phần tư thứ 1.
Hãm tái sinh: Ở chế độ này, mạch chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu phụ thuộc Năng lượng của hệ: cơ năng của tải (động cơ) biến thành điện năng qua chỉnh lưu trả về lưới ĐTC trong chế độ này nằm ở góc phần tư thứ tư.
Hãm ngược: được thực hiện bởi mô men cản Năng lượng được tiêu hao trên điện trở dây quấn.
Trên mặt phẳng ĐTC thì đường hãm động năng là đường đi qua gốc tọa độ với hệ T-Đ không đảo chiều thì đặc tính điều chỉnh thuộc góc phần tư thứ 1 và thứ 4.
Hệ T-Đ có đảo chiều
Các phương pháp đảo chiều:
Phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng
Phương pháp đảo chiều điện áp kích từ
Đảo chiều bằng tiếp điểm công tắc tơ
Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ điều chỉnh mắc theo kiểu thuận nghich
1.2.3.1 Đảo chiều bằng tiếp điểm công tắc tơ
Hình 1.4 Sơ đồ đảo chiều bằng công tắc tơ
Phương pháp này đơn giản nhưng không tốt, gây khó khăn cho những yêu cầu như hãm tái sinh.
1.2.3.2 Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ chỉnh lưu mắc theo kiểu thuận nghịch.
Hình 1.5 Sơ đồ mắc 2 bộ chỉnh lưu theo kiểu thuận nghịch
Hệ này có hai phương pháp điều khiển:
Phương pháp điều khiển riêng: Hai mạch chỉnh lưu làm việc độc lập, mạch này làm việc thì mạch kia nghỉ.
Phương pháp điều khiển chung: Cả hai mạch chỉnh lưu cùng làm việc, nhưng chế độ làm việc của hai mạch khác nhau (mạch này làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì mạch kia làm việc ở chể độ nghịch lưu, nhưng phải đảm bảo Đây cũng là điều kiện chống dòng cân bằng chạy giữa hai mạch chỉnh lưu).
Đặc điểm của hệ T-Đ
- Ưu điểm: Hệ T-Đ là một trong những hệ truyền động điện có cấu trúc đơn giản cho phép sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới, điều khiển dễ dàng Vì vậy, hệ này cho phép mức độ tự động hóa cao và hiệu suất năng lượng cao.
- Nhược điểm: Ở chế độ tải nhỏ, hệ T-Đ dễ xảy ra hiện tượng dòng tải gián đoạn Vì vậy, trong chế độ này cần áp dụng các phương pháp điều chỉnh thích hợp như điều chỉnh thích nghi( thích nghi với các chế độ khác nhau).
Tổng quan về chỉnh lưu cầu một pha có đảo chiều
1.2.5.1 Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-D đảo chiều:
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ.
- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được phân ra bốn sơ đồ chính:
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ.
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi ).
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng
+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung.
Tuy nhiên, mỗi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải, trong phần này ta chọn bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều êm hơn.Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được mà còn có thể hãm tái sinh.
Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Khái niệm
Động cơ điện 1 chiều là loại máy điện một chiều biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng.
Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ thì công suất đầu vào là công suất điện cơ, công suất đầu ra là công suất cơ.
Hình 1.6 Hình ảnh động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: Phần tĩnh và phần động:
Hình 1.7 Cấu tạo động cơ điện một chiều
1-Thép, 2- Cực chính với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5-Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7-Thiết bị chổi, 8- Cổ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây
Phân loại động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cấp từ hai nguồn riêng lẻ.
Động cơ điện 1 chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng.
Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, một cuộc mắc song song với phần ứng, một cuộn mắc nối tiếp phần ứng.
Nguyên lý động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường Khi hoạt động động cơ điện một chiều biến điiện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng.
Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
1.3.5.1 Đặc tính động cơ điện. Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và momen của động cơ: M = f(ɷ).
Sơ đồ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Nguồn nuôi một chiều cấp cho phần ứng và cấp chô kích từ độc lập nhau.
Hình 1.8 Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình cân bằng điện áp:
Sức điện động phần ứng động cơ:
Momen điện từ của động cơ:
Phươn trình đặc tính cơ:
Hình 1.9 Hình dạng đặc tính cơ
Phương trình đặc tính cơ điện: u f u u
Hình 1.10 Hình dạng đặc tính cơ-điện
1.3.5.2 Đặc tính cơ tự nhiên: Đặc tính cơ tự nhiên: Là đặc tính cơ có các tham số định mức và không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tư nhiện.
Phương trình đặc tính cơ- điện tự nhiên: u u u
Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
1.3.5.3 Đặc tính cơ nhân tạo: Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo.
Phương trình đặc tính cơ nhân tạo:
Các phương pháp điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều
1.3.6.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy rằng khi thay đổi Rf thì 0 const còn thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng 0và dốc dần khi Rf càng lớn, với tải như nhau thì tốc độ càng thấp.
Hình 1.11 Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Rf Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ không tải lí tưởng không đổi.
Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm.
Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm => Độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ.
Nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm M ≤ Mc như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch (ɷ = 0) Từ lúc này, ta có thể thay đổi Rf thì tốc độ vẫn bằng 0, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa Do đó phương pháp này điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để. Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp thì giá trị điện trở đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm dẫn đến sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng cao.
Phương pháp này thay đổi Rf chỉ phù hợp khi khời động động cơ.
1.3.6.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:
Ta có phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy rằng nếu thay đổi từ thông thì 0và đều thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi từ thông càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông
Hình 1.12 Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đôi từ thông
Giảm từ thông thì tốc độ thay đổi tỉ lệ nghich, từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lí tưởng càng tăng, tốc độ càng lớn.
Dòng điện ngắn mạch không đổi.
Độ lớn đặc tính cơ giảm khi từ giảm từ thông.
Nếu giảm quá nhỏ thì có thể làm tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao Như vậy, để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì ta cần phải giảm dòng phần ứng => Momen trên trục động cơ giảm nhanh => Động cơ bị quá tải. Ưu điểm: Phương pháp này điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh vô cấp và cho tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản Phương pháp này thường dudowwjc dùng cho các máy như: Máy mài vạn năng, máy bào Việc điều chỉnh được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, thiết bị đơn giản nên giá thành thấp.
Nhược điểm: Do điều chỉnh sâu nên β giảm, sai số tĩnh lớn, kém ổn định với tốc độ cao Nghĩa là điều chỉnh càng sâu thì càng lớn Nên đặc tính càng dốc momen nhỏ đến khi nhỏ hơn momen phụ tải thì động cơ không chạy được.
1.3.6.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy răng khi thay đổi Uư thì 0 thay đổi còn = const, vì vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi được điện áp ra, thường dùng các bộ biến đổi.
Hình 1.13 Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Uư Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng.
Thay đổi được cả tốc độ không tải lí tưởng 0 , và dòng điện ngắn mạch.
Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤
Uđm. Ưu điểm: Phương pháp này điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên được dùng nhiều trong các máy cắt gọt kim loại Đảm bảo kinh tế, tổn hao năng lượng thấp, phạm vi điều chỉnh rộng Nếu kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thông thì ta có thể điều chỉnh tốc độ lớn hơn và nhỏ hơn định mức.
Kết luận
Qua phân tích 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều trên, thì phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn cả và triệt để nhất Vì vậy, chúng em lựa chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
Giới thiệu Thysistor
Thyristor
Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt,Katôt và cực điều khiển G (hình vẽ).
Hình 1.14 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor Nguyên lý làm việc của Thyristor:
Khi đặt Thyristor dưới điện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vào cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2 Điện trường nội tại E1 của J2 có chiều hướng từ N1 về
P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua Thyristor mặc dù nó được đặt dưới điện áp thuận.
Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K), các điện tử từ N2 chạy sang P2 Đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn điện tử, chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử silic, tạo nên những điện tử tự do mới Số điện tử mới được giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100 s Thời gian mở Thyristor kéo dài khoảng 10 s
Một khi Thyristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn là cần thiết nữa Để khóa Tiristor có 2 cách:
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH.
- Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng)
Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược,
J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Lúc đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1 rồi J3 trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển.
Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor: Ud = Ud0.cos
Do đó, khi thay đổi góc điều khiển thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển thì điện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại, giảm thì điện áp trung bình sẽ tăng Giá trị lớn nhất của điện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc = 0.
Dòng điện trung bình qua tải: d d
Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng: d d
Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàn
Khái niệm
Chỉnh lưu là các bộ biến đổi tĩnh cho phép chuyển đổi năng lượng của một nguồn với các đại lượng xoay chiều thành một nguồn khác với các đại lượng một chiều. Ứng dụng: Cấp nguồn cho các tải một chiều như: Động cơ điện một chiều, bộ nạp acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp,
Phân loại
Dựa theo loại van dẫn:
Mạch chỉnh lưu không điều khiển.
Mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
Mạch chỉnh lưu bán điều khiển.
Dựa theo sơ đồ mắc van:
Sơ đồ hình tia: Số van bằng số pha nguồn cấp Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: Anode chung hoặc Cathode chung.
Sơ đồ hình cầu: Một nữa số van mắc chung nhau Anode, một nữa số van mắc chung Cathode.
Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu
Điện áp chỉnhh lưu ud = Ud + uσ ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu. uσ: Thành phần xoay chiều.
Ud: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.
p: Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu.
(1) f : Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud. f: Tần số điện áp lưới.
Giá trị hiệu dụng của điện áp chỉnh lưu:
U : Giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
Dòng điện chỉnh lưu: d d d i i I id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu. i d : Thành phần xoay chiều.
U n : Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
: Tần số góc của sóng đều hòa bậc n thành phần xoay chiều.
Nhấp nhô cùa dòng tải: Do thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu gây ra
Nếu L tiến đến ∞ => I ( ) n tiến đến 0 => id = Id => Dòng phẳng tuyệt đối.
Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
1.5.4.1 Sơ đồ mạch nguyên lý:
2 sin sin( ) 2 sin m m m d dA dK u U u U u u u U u u u
Hình 1.15 Sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Hình 1.16 Sơ đồ và đồ thị mạch chỉnh lưu cầu 1 phà điều khiển hoàn toàn
Xét ở những chu kỳ làm việc xác lập:
Trong (0 - π) => điện áp u) => điện áp u1 > 0 => Giả sử T2, T4 đang dẫn dòng phản kháng
=> id = i T2 = iT4 = ipk > 0; Ti, T3 đang khóa, ud 0 và có xung điều khiển = T1, T3 mở => id = iT1 = iT3 > 0, còn T2, T4 khóa, ud >0.
Trong (π) => điện áp u + 2π) => điện áp u) = điện áp u2 > 0 => Tı, T3 vẫn đang dẫn dòng phản kháng ⇒ id = iT1
= iT3 = ipk > 0, ud < 0 Đến θ2 = ( π) => điện áp u+ α) = u2 > 0 và có xung điều khiển => T2, T4 mở
=> id = iT2 = iT4 > 0; còn T1, T3 khóa, ud > 0
Cứ như vậy, chúng ta sẽ điều khiển mở lần lượt từng cặp Tí, T3 rồi đến T2, T4 cách nhau một góc π) => điện áp u.
1.5.4.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu trong mạch:
Điện áp trung bình trên tải:
Dòng điện trung bình qua Thyristor:
ITAV = Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor:
UTngmax 1.5.4.4 Hiện tượng trùng dẫn:
Hiện tượng trùng dẫn là trạng thái các nhaasnh thyristor ở cùng một nhóm cùng dẫn điện cùng một thời điểm.
Hình 1.17 Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha
Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiện tượng trùng dẫn.
Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT3 = Id Khi θ = π) => điện áp u + α phát xung mở T2, T4 Vì có L nên dòng iTı, iT3 không giảm đột ngột về 0 và dòng iT2, iT4 cũng không tăng đột ngột từ 0 - id Lúc này, cả 4 van cùng mở không cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch Ud = 0
Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn:
Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải.
Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu.
Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn.
Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu cầu
Khái niệm chung
Xung điều khiển đưa và thyristor lúc điện áp đặt lên anode thyristor phải là xung dương.
Phải biết khi nào điện áo đặt lên thyristor dương.
Phải có điện áp đồng bộ: Đồng bộ với điện áp đặt lên thyristor.
Sơ đồ phát xung – bộ điều khiển.
Hình 1.19 Sơ đồ khối điều khiển thyristor
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng
Hình 1.20 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều. Điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa. Điện áp so sánh Uss = Uc – Udb.
Khi Uc = Udb => Uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
U Điện áp chỉnh lưu: U d U do cos( kU c )
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
Hình 1.21 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều. Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcosθ Điện áp so sánh Uss = Uc – Udb.
Khi Uc = Udb => Uss = 0 là thời iểm so sánh tạo xung iều khiển.điểm so sánh tạo xung điều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Khi θ = α thì Uc = Udb = Umcosα
Góc iều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển α = arccos Uc
Um Điện áp chỉnh lưu: Ud = Udo×
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển mắc song song ngược (Hình 1.21).
1.6.4.2 Nguyên lí hoạt động: Để phân tích nguyên lí hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích Đây là sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển Nguyên lí hoạt động được trình bày như ở phần trên.
Hình 1.22 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn
1.6.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược. Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ có một bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải.
Khi chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau. Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp.
Phương pháp điều khiển tuyến tính khống chế phụ thuộc hai bộ phận chỉnh lưu mắc song song ngược (Điều khiển chung).
Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (Điều khiển riêng).
Hình 1.23 Sơ đồ hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược.
1.6.4.3.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:
Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào hai bộ chỉnh lưu, tức là xung điều khiển hai bộ này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ: α1 + α2 = π Với α1: Góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 1. α2: Góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2. Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thuyết là dòng liên tục, bỏ qua tổn hao.
Bộ chỉnh lưu 1:Ud1 = Udo×cos α1
Bộ chỉnh lưu 1:Ud2 = Udo×cos α2
Mà α 1 + α2 = π => Ud1 = -Ud2 =Ud0×cos α1
Như vậy, ta thấy thành phần một chiều của điện áp đầu ra của 2 sơ đồ chỉnh lưu bằng nhau nên chúng không gây ra thanh phần điện áp khép vòng qua các van của 2 sơ đồ chỉnh lưu.
Xét giản đồ dòng điện trong quá trình không chế đảo chiều:
Hình 1.24 Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc.
Từ thời điểm t = 0 với tdc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ: α1 <
=> Ud1 = Udocos α1 > 0 => BCL 1: làm việc ở chế độ chỉnh lưu. α2 >
=> Ud1 = Udocos α2 < 0 => BCL 2: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Từ thời điểm tdc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở α1 đồng thời α2 giảm Điện áp trên BCL 2 giảm Do đó, tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ động cơ không giảm nhanh bằng điện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu BCL2 đủ điều kiện nghịch lưu.(|Eu > Ud| và
=> Bộ chỉnh lưu 2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lương về lưới đồng thời hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh Khi α1 = α2 2
Từ thời iểm t1 ta tiến hành giảm góc mở điểm so sánh tạo xung điều khiển α2 tăng α1 để đảo chiều điện áp của hai chộ chỉnh lưu. α1 >
=> Ud1 = Udocos α1 < 0 => BCL 2: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ. α2 <
=> Ud1 = Udocos α2 > 0 => BCL 1: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Sự xuất hiện dòng điện và hạn chế:
Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung bình bằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu râ của hai sơ đồ có lúc không bằng nhau, điều này tạo nên sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra dòng điện khép kín vòng qua các van dẫn và các pha nguồn cung cấp mà không qua tải, nó được gọi là dòng cân bằng.
Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn làm hỏng các van và phá hủy chế độ làm việc của bộ biến đổi Vì vậy, ta cần phải có biện pháp hạn chế dòng điện cân bằng Như ta đã biết dòng cân bằng không có thành phần một chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều nên ta sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng cân bằng (đặc điểm của điện cảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho dòng một chiều đi qua nó dễ dàng và không gây nên tổn thất công suất tác dụng
Phối hợp góc điều khiển: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ: Ud = Ud0cos α
Trong đó: Ud0 = const do vậy tốc độ của động cơ phụ thuộc vào α Theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng, muốn thay đổi góc mở α thì thay đổi Uc Do đó, điều kiện: α1 + α2 = π với α1 ta có Uc1, α2 ta có Uc2 Ta phải iều khiển sao cho Uđiểm so sánh tạo xung điều khiển c1 +
Uc2 = const Muốn có iều ó ta sử dụng mạch trừ sao cho Uđiểm so sánh tạo xung điều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển c2 = Uconst - Uc1
Hình 1.25 Mạch trừ sử dụng OPAMP
Theo nguyên lý mạch OPAMP:
Vì I1 = I2 nên UC2 = U2 – UC1. Điều khiển tốc độ tức là thay đổi góc mở αhay chính là thay đổi UC Trong trường hợp này ta dùng một biến trở.
1.6.4.3.2 Phương pháp điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập: Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ làm việc Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc.
Xét giản đồ dòng điện của bộ chỉnh lưu:
Hình 1.26 Giản đồ dòng điện đảo chiều khống chế độc lập.
Giả sử BCL 1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu (α <
) và BCL 2 không có xung iều khiển nên không có dòng qua BCL 2.điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Tại thời iểm tđiểm so sánh tạo xung điều khiển dc ta cần ảo chiều ộng cơ, BCL 1 mất xung iều khiểnđiểm so sánh tạo xung điều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển. nhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0.
Tại thời iểm tđiểm so sánh tạo xung điều khiển 1, iBCL1 = 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung ể kích mở BCLđiểm so sánh tạo xung điều khiển.
2 mà phải sau khoảng thời gian tk thì ta mới cấp xung kích mở BCL 2.
Lý do là khoảng thời gian tk ể BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tínhđiểm so sánh tạo xung điều khiển. chất van của bộ này Trong khoảng thời gian tk cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc.
Tại thời iểm tđiểm so sánh tạo xung điều khiển 2 ta cấp xung ể kích mở BCL 2 và chỉ duy nhất BCL 2điểm so sánh tạo xung điều khiển. dẫn dòng.
=> Ta sử dụng phương pháp này phải cần bộ logic có mạch tạo trễ thời gian tk Như bậy với phương pháp khống chế này thì không xuất hiện dòng cân bằng nên không cần mắc thêm cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng Nhưng nhược iểm là thời gian gián oạn dòng quá lớn hơn nhiềuđiểm so sánh tạo xung điều khiển điểm so sánh tạo xung điều khiển. so với phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc.
Kết luận chung
Qua phân tích trên cả hai phương pháp đều có thể dùng để điều khiển đảo chiều động cơ phù hợp với công nghệ nhưng chúng ta cần độ đáp ứng nhanh (không có gián đoạn dòng) Nên ta chọn phương pháp tuyến tính phụ thuộc.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH
2.1 Sơ đồ khối mạch động lực:
Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch động lực
Chức năng của từng khối
Chuyển đổi điện áp của lưới điện xuay chiều U1 sang điện áp xuay chiều U2 thích hợp với tải.
Biến đổi số pha của nguồn lưới(1,2,3,6,12 pha).
Cách ly với điện áp lưới.
Khối van chỉnh lưu: Các van bán dẫn (Diode, Thyristor, ).
Khối lọc: Giúp điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều bằng phẳng theo yêu cầu.
Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu 1 pha thyristor
Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực chỉnh lưu cầu 1 pha
Giới thiệu mạch điều khiển
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.3 Sơ đồ khối điều khiển thyristor ĐIỆN ÁP TỰA
Hình 2.3: Sơ đồ khối điều khiển thyristor
Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp răng cưa URC (thường là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp của Thyristor.
Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Udk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra gửi sang tầng khuếch đại.
Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor Xung để mởThyristor có yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu của Thyristor mở tức thời khi có xung điều khiển (thường gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật), đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Thyristor, đủ công suất,cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn).
Yêu cầu mạch điều khiển
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi thyristor vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi Yêu cầu cửa mạch điều khiển có thể tóm tắt trong những điểm chính sau:
Độ rộng xung điều khiển.
Độ lớn xung điều khiển.
Yêu cầu về độ dốc của răng.
Sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển.
Yêu cầu về độ tin cậy: Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để thyristor không tự mở khi dòng rò tăng Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm.
Yêu cầu về lắp ráp vận hành: Thiết bij thay thế để lắp ráp và điều chỉnh, mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.
Nhiệm vụ mạch điều khiển
Là tạo xung vào ở những thời điểmm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu.
Chức năng của bộ điều khiển:
Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anode – cathode của thyristor.
Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở thyristor độ rộng xung tx < 10 us.
Biểu thức độ rộng xung: t x
Idt: Dòng duy trì của thyristor. di dt : Tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển góc α.
Nguyên tắc điều khiển
Mạch điều khiển thyristor có thể phân loại theo nhiều cách Song các mạch điều khiển đều dựa trên nguyên lí thay đổi góc pha và theo đó ta có hai nguyên lý khống chế ngang và khống chế dứng.
Khống chế ngang là phương pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp sang hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp tựa Nhược điểm của phương pháp là góc α phụ thuộc vào dạng điện áp và tần số lưới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp.
Khống chế đứng là phương pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phương pháp thẳng đứng so với điện áp tựa Phương pháo này có độ chính xác cao và khoảng điều khiển rộng (0-180°).
Có 2 phương pháp điều khiển thẳng đứng là tuyến tính và arccos.
Nguyên lý hoạt động từng khâu
Hình 2.4 Sơ đồ mạch khâu đồng pha.
Trong nửa chu kỳ dương: U + (A1) > U - (A1) => UB > 0.
Trong nửa chu kỳ âm: U + (A1) < U - (A1) => UB < 0.
Khi UB > 0 thì T1 khóa U - (A2) > U + (A2) Ta xét mạch tích phân gồm:
Biến trở R3, tụ C1, và OPAMP A2 lúc đó Udb = Uc 3 0
Vì UB < 0 thì T1 mở UB < U - (A2) Diode D1 khóa Lúc này, U - (A2) = UC1 0 => Có dòng qua tụ tăng => Điện áp tại UC âm, để cân bằng điện áp về 0.
Hình 2.5 Sơ đồ dạng sóng cảu UA, UB, UC
Hình 2.6 Sơ đồ mạch khâu so sánh
Tại OPAMP A3 ta có: U-(A3) = URC + Udk ; U+(A3) = 0
- Khi URC + Udk > 0 U - (A3) >U + (A3) => UD = -Vcc
- Khi URC + Udk < 0 U - (A3) < U + (A3) => UD = Vcc
Hình 2.7 Sơ đồ dạng sóng UA,UB,UC
2.2.5.3 Khâu tạo xung chùm: Đối với một sơ đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảm cho thyristor mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thyristor Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại, ta đưa chền thêm một cổng AND với tín hiện nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình vẽ.
Hình 2.8 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm
Hình 2.9 Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khếch đại thuật toán
Giả sử lúc đầu ngõ ra UE = VCC => U + (A4) = 6
R R Lúc này, tụ C được nạp theo chiều từ ngõ ra qua R8 về GND, tụ càng nạp điện áp trên tụ càng tăng, cho đến khi điện áp trên tụ Uc = U - (A4) > U + (A4) = 6
R R thì lúc đó UE sẽ đổi trạng thái sang mức bão hòa âm UE = -Vcc => U + (A4) = - 6
R R Lúc này, tụ C sẽ xả theo chiều ngược lại, tụ càng xả điện áp trên tụ càng giảm, giảm cho đến khi UC = U - (A4) < U + (a) = - 6
Tụ sẽ bắt đầu nạp trở lại, quá trình nạp và xả tiếp nối luân phiên như vậy tạo nên chùm xung đa hài UE.
Hình 2.10 Sơ đồ dạng sóng UE
Hình 2.11 Sơ đồ mạch khâu khuếch đại
Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor như đã nêu ở trên, tầng khuếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng transistor công suất như hình vẽ Để có xung dạng kim gửi đến thyristor, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuếch đại công suất ta dùng transistor T2, diode D2 và D3 bảo vệ T2 và cuộn dây sơ cấp BAX khi T2 khóa đột ngột.
Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé (cỡ 10 = 200 us), mà thời suất tỏa nhiệt dư của transistor quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp BAX lớn Để giảm nhỏ công suất tỏa nhiệt T2 và kích thước dây sơ cấp BAX, ta có thể thêm tụ nối tầng C3. Theo sơ đồ này, T2 chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.
2.2.5.5: Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2.12 Sơ đồ mạch điều khiển thyristor
Hình 2.13 Giản đồ đường cong mạch điều khiển
Sau đây là sơ đồ điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha sử dụng các khâu trên:
Hình 2.14 Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha có khâu tách xung
Kết luận
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các thyristor rất tiện lợi Sau đây xin giới thiệu về IC TCA 785 do Simens chế tạo có chức năng điều khiển mở các van Thyristor, Triac Trong đồ án này em sử dụng TCA 785 để điều khiển mở van thyristor.
2.2.6.1 Phương pháp dùng IC thuật toán:
Các khâu được thể hiện qua sơ đồ khối:
Hình 2.15 Các khâu của mạch điều khiển khi dùng IC thuật toán rời rạc Ưu điểm:
- Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu
- Chất lượng điều khiển không cao
2.2.6.2 Dùng IC tích hợp TCA 785:
Hình 2.16 Các khâu khi dùng IC tích hợp TCA785 Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạch tích hợp TCA
785 để đơn giản mạch điều khiển. Ưu điểm:
- Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển
- Tạo ra điện áp đối xứng
- Chất lượng điện áp ra như mong muốn
Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm của 2 phương án trên ta chọn phương pháp 2 (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785)
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
IC TCA 785 (có tích hợp các khâu đồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor.
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung TCA 785 do hãng Siemen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều. Đặc trưng:
- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không
- phạn vi ứng dụng rộng rãi
- Có thể dung làm chuyển mạch điẻm không
- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC)
Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng điện áp tải đến điện áp phóng điện. a, Hình ảnh kí hiệu
Kí hiệu các chân của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.3
Hình 2.17 Hình ảnh,sơ đồ chân TCA 785 b, Chức năng c, Dạng tín hiệu
Dạng tín hiệu của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.4
Chân Kí hiệu Chức năng
5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ
9 R9 Điện áp tạo xung răng cưa
10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
16 VS Điện áp nguồn nuôi
Hình 2.18 Dạng tín hiệu của TCA 785 d, Sơ đồ cấu tạo
Hình 2.19 Sơ đồ cấu tạo TCA 785 e, Các thông số của TCA 785
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ IS 4,5 6,5 10 MA Điện áp vào điều khiển, chân 11trở kháng vào V11
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa
Tín hiệu cấm vào, chân 6
V Độ rộng xung ra, chân 13
Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
V V μAs μAs/n F Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
V 1/K f, Nguyên lí làm việc của TCA 785
TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển:
“tề đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra Nguồn nuôi qua chân 16 Tín hiệu đồng bộ đượclấy qua chân số 5 và số 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11 Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ Bộ phận đồng bộ này sẽ điều áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α có thể thay đổi từ 0 đến 180 o Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2 Độ rộng trong khoảng 30-80μAs. Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180 o thông qua tụ C12
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển Thyristor được thể hiện ở trên. Trong phạm vi đề tài là ứng dụng với tải công suất lớn để đáp ứng điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T3 và T2, T4 ta có thể sử dụng phương pháp đơng giản là sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp như hình.
Hình 2.20 Phương án cấp xung điều khiển chỉnh lưu cầu một pha
Xây dựng mạch điều khiển logic đảo chiều
Sau khi tìm hiểu cấu trúc và các loại mạch điều khiển ở trên Tiếp tục em xây dựng mạch điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển, dùng 2 bộ biến đổi điều khiển chung Mạch điều khiển sử dụng IC TCA785 để tạo xung mở van thyristor.
Như đã đề cập ở trên, chúng ta điều khiển hệ T – Đ đảo chiểu theo nguyên tắc điều khiển riêng, để tránh dòng quẩn sinh ra trong hệ, bên cạnh đó có thể điều khiển chính xác hơn vấn đề đảo chiều Do đó, ta sử dụng mạch logic điều khiển để thực hiện nhiệm vụ này Mạch logic điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ sensor dòng điện để quyết định thời điểm thực hiện chế độ chuyển từ quay thuận sang quay ngược và ngược lại Khâu này bao gồm 2 thành phần là mạch logic điều khiển và sensor dòng điện a Sensor dòng điện (ACS712)
+ Giới thiệu qua về sensor ACS712
Sensor gồm có mạch điện Hall tuyến tính dây dẫn bằng đồng được lắp đặt gần bên ngoài điểm chết Dòng điện được sử dụng chạy qua dây dẫn đồng này tạo ra từ trường mà từ trường này giúp IC Hall chuyển dòng điện thành điện áp tỉ lệ Độ chính xác của sensor đã được tối ưu hóa thông qua từ trường lân cận tới bộ chuyển đổi Hall Điện áp tỉ lệ được cung cấp bởi IC Hall BiCMOS đã được lập trình với độ chính xác cao.
Tín hiệu đầu ra của sensor có độ trượt dương khi tăng dòng điện chảy qua dây dẫn đồng thứ cấp (từ các chân 1 và 2 tới các chân 3 và 4) đây là các các chân sử dụng để lấy mẫu dòng điện
Dưới đây là sơ đồ các chân của sensor ACS712:
Hình 2.21 Sơ đồ các chân của sensor ACS712
Với chân 1 và 2 là các đầu vào dương, chân 3 và 4 là các đầu vào âm, chân 8 là nguồn nuôi, chân 7 là điện áp đầu ra, 6 là chân lọc, 5 nối đất
+ Đây là thành phần quan trọng quyết định độ chính xác của quá trình chuyển từ quay thuận sang quay ngược và ngược lại Tóm lại, sensor này ta sử dụng hai sensor ACS712 để đo dòng ở hai bộ biến đổi, cụ thể như sau:
Với X và Z là các cực tính của động cơ như sau: b Mạch logic điều khiển
Mạch này nhận tín hiệu đo dòng từ sensor ACS712, sau đó xử lý tín hiệu dưới dạng logic để đưa ra lệnh mở bộ biến đổi của chế độ quay thuận hoặc quay ngược.
Sơ đồ mạch logic điều khiển sử dụng mạch phi tiếp điểm với tên các loại linh kiện như đã được kí hiệu dưới hình:
Hình 2.23 Sơ đồ mạch logic điều khiển sử dụng mạch phi tiếp điểm và là các tín hiệu đầu ra của các sensor dòng điện tương ứng ở các bộ biến đổi BBĐ1 và BBĐ2 là tín hiệu đảo chiều và là các tín hiệu đầu ra phát xung khóa các bộ biến đổi tương ứng ở các bộ biến đổi BBĐ1 và BBĐ2
Ta có hàm logic của hai đầu ra và như sau:
Ta có nguyên lí hoạt động của mạch như sau:
Ban đầu là tín hiệu phát xung mở bộ điều khiển của bộ biến đổi BBĐ1 được đưa vào từ bên ngoài Khi đó, BBĐ1 sẽ có dòng điện chạy qua dẫn tới và BĐ2 vẫn chưa có điện , tín hiệu khóa và tín hiệu khóa
Khi tác động làm tín hiệu phát xung mở bộ điều khiển của bộ biến đổi BBĐ2 (tín hiệu đảo chiều) Khi đó, nếu BBĐ1 vẫn có điện tức là thì nghĩa là BBĐ2 vẫn bị khóa, đến khi không còn dòng ở bộ BĐ1 thì , BBĐ2 mở
Như vậy, mạch logic trên đã thực hiện được nhiệm vụ không để đồng thời hai bộ biến đổi BBĐ1 và BBĐ2 có điện cùng lúc
Sơ đồ khối và mạch điều khiều khiển
Hình 2.24 Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha dùng TCA 785 có đảo chiều
TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
Các thông số yêu cầu
Thiết kế chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha có điện áp trung bình đầu ra một chiều U d = 400V; dòng điện trung bình đầu ra I d = 20 A
Tính toán các thông số của mạch động lực
3.2.1 Tính toán, chọn van công suất:
Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện, các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn.
Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:
- Loại van nào có sụt áp dư nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn.
- Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn.
- Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn.
- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn.
- Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn se nhạy hơn Tuy nhiên, trong đa số các van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn hao công suất.
Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: Dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:
* Các thông số của động cơ: Động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số sau:
Iktdm = 5 A Uktđm 0V a, Điện áp ngược của van
- Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu:
- Điện áp ngược của van cần chọn:
Unv = Kdtu Unmax = 1,8 628,32 = 1130,98 (V)Trong đó : Kdtu : Hệ số dự trữ điện áp ; thường chọn Kdtu = 1,8
- Dòng điện làm việc của van dược chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = IRMS).
- Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng :
( do trong sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : khd = 1
- Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí , với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn:
Idm = ki Ilv = 3,2 14,14 = 45,25(A) ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn ki = 3,2 Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính Vậy ta chọn thyristor cho mạch động lực loại TF440-06X có các thông số sau :
- Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A) ;
- Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 800 (V) ;
- Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A) ;
- Độ sụt áp trên thyrisor : ∆UT = 2,0 (V) ;
- Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 200 (mA) ;
- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) ;
- Dòng điện rò : Ir = 25 (mA) ;
- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 0 C ;
- Dòng điện duy trì : Ih = 70 mA ;
- Tốc độ biến thiên điện áp : dt du = 200 (V/às) ;
- Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (às) ;
3.2.2 Tính toán chọn máy biến áp chỉnh lưu. Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thysitor
Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện, thực hiện các chức năng sau.
- Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải
- Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện.
- Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải
- Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia
- Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van
- Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới
* Tính các thông số cơ bản :
- Tính công suất biểu kiến của máy biến áp :
- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = 440V
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA
Trong đó : αmin = 0 0 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối.
∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp. Chọn sơ bộ:
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:
- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
* Xác định kích thước của mạch từ.
- Tiết điện sơ bộ trụ
Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m : Số trụ của máy biến áp, m = 3. f : Tần số của nguồn xoay chiều, f = 50 (Hz)
Thay vào ta có : QFe = 6
4 = 7,36 cmChuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm
- Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T
- Chọn tỷ số m = d h = 2,3 Suy ra h = 2,3d = 2,3 11 = 25,3 (cm) ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 )
Chọn chiều cao trụ h = 25 cm
- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp :
- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp :
- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :
Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm 2
- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
Chọn dây dẫn thiết diện hình chữ nhật , cách điện cấp B
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm 2
Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm
- Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp:
- Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B
* Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:
Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95 h : Chiều cao trụ h = 25 cm hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm
- Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11 = 445 24
Như vậy có 445 vòng chia thành 19 lớp , vậy 18 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 19 có 13 vòng
- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1 = 11 1 24 0 0 95 , 86 k c b
- Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày :
- Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 (cm)
- Đường kính trong của ống cách điện :
- Đường kính trong của của cuộn sơ cấp:
- Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm)
- Bề dày cuộn sơ cấp :
- Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
- Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:
- Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1 = W1.π) => điện áp u.Dtb = π) => điện áp u 191 14,424 = 8650,649 cm = 86,5 (m)
- Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd0 = 1 (cm)
* Kết cấu dây quấn thứ cấp.
- Chọn sơ bộ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp: h2 = h1 = 21,726 (cm)
- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:
- Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 2
W = 44,5 (lớp) chọn n12 = 45 lớp. chọn 44 lớp trong cùng 20 vòng lớp thứ 45 có 10 vòng
- Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất : h2 = 2 2 0 20 , 95 1 c l k b
- Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
- Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 mm
- Bề dày cuộn thứ cấp:
- Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
- Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
- Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π) => điện áp u.W2.Dtb2 = π) => điện áp u 54 20,878 = 3540 cm = 35,4 (m)
- Đường kính trung bình của các cuộn dây:
* Các thông số của máy biến áp:
- Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 o C:
- Điên trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75 o C:
- Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
- Sụt áp trên điện trở máy biến áp: Δur = RBA.Id = 0,026 166 = 4,316 (V)
- Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
- Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
- Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: Δux
- Điện áp ngắn mạch tác dụng:
- Điện áp ngắn mạch phản kháng:
- Điện áp ngắn mạch phần trăm:
3.2.3 Tính toán chọn phần tử bảo vệ.
3.2.3.1 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn
Khi làm việc với dòng điện chạy qua , trên van có sự sụt áp , do đó có tổn hao công suất ∆P , tổn hao nãy sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó , nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn , không bị chọc thủng về nhiệt , ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý
Tính toán cánh tản nhiệt:
- Tổn thất công suất trên một thyristor
- Diện tích bề mặt toả nhiệt
Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 7,56 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 220 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 420 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 32,66A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 16,33 A
Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 445 vòng
Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 890 vòng Điện trở quy đổi về thứ cấp RBA = 0,026 Ω Điện kháng quy đổi về thứ cấp XBA = 0,08 Ω Điện cảm quy đổi về thứ cấp LBA = 0,255 mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 10,5 %
∆P: Tổn hao công suất ( W ). τ: Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.
Km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn Km = 8 W/m 2 0 C
Tlv,Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường ( 0 C).
Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 0 C Nhiệt độ làm việc cho phép của thyristor Tcp = 125 0 C Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 80 0 C. τ = Tlv - Tmt = 80 - 40 = 40 0 C
- Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh , kích thước mổi cánh là: a × b = 16 × 16 (cm × cm )
- Tổng diện tích của cánh tản nhiệt
S = 12 2 16 16 = 0,6144 (m 2 ) a, Bảo vệ quá dòng cho van
Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyistor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu.
Với I1 : là dòng điện sơ cấp máy biến áp k : Hệ số an toàn
Aptomat có ba tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch
- Chọn cầu dao có dòng định mức:
Cầu dao dùng để tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa hệ truyền động
- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu
Dòng điện định mức dây chảy nhóm CC là:
Dòng điện định mức dây chảy nhóm CC1 là:
Vậy chọn cầu chảy nhóm :
ICC = 50 (A) b, Bảo vệ quá điện áp cho van
Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng , rất nhạy cảm vói sự thay đổi của điện áp Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà ta cần có phương thức bảo vệ là :
- Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van
- Xung điện áp do chuyển mạch van
- Xung điện áp từ phía lưới điện xoay chiều , nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây
- Xung điện áp do cắt đột ngột máy biến áp non tải Để bảo vệ cho van làm việc dài hạn không bị quá điện áp , thì ta phải chọn đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược
- Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do quá trình đóng cắt các van thyristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với thyristor Khi có sự cố chuyển mạch, các điên tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giũa anôt và catôt của thyristor Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp.
Hình 3.1 Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch
- Để bảo vệ cho xung điện áp lưới từ điện áp lưới , ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R – C nhằm lọc xung Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn tàon trên điện trở đường dây Trị số R, C phụ thuộc nhiều vào tải.
Hình 3.2 Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới
3.2.3.2 Tính toán cuộn kháng lọc
Các thông số ban đầu: Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: Lk = 4,593 mH
Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc: Im = 65 A
Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Idm = 6,5 A
- Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng
Zt = Xk = 2π) => điện áp u.f.Lk = 2π) => điện áp u.6.50.4,593.10-3 = 8,65 Ω
- Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc ΔU = Zk 2
- Công suất của cuộn kháng lọc.
Tính toán và chọn thiết bị mạch điều khiển
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor:
Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5(V)
Dòng điện điều khiển: Iđk= 40 (mA)
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
-Thông số chủ yếu của TCA 785:
Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA
Điện áp răng cưa: Vr max = (VS – 2) V
Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20 k - 500 k
Điện áp điều khiển: V11 = -0,5 – (Us – 2) V
Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz
Dòng điện đầu ra tại chân 14 15 : IQ = - 10 -400 mA
Dòng điện ra đồng bộ : Isync= - 200 + 200 μAA
Dòng điện ra tại chân 2,3,4,7 : IQ = 10 mA
Điện áp ra tại chân 2,3,4,7 : VQ = VS (V)
Nhiệt độ tiếp giáp : TJ = 1500C
Nhiệt độ làm việc : TSTG = - 55 0 C đến 125 0 C
hiệt độ xung quanh : TA = - 25 o C đến 850 o C
3.3.2 Tính toán các phần tử bên ngoài:
Thông tin từ nhà sản xuất cung cấp ta có:
Với R9 bằng khoảng 200K Ta chọn R9= 220K.
Khi t = t0, U10 = Ucm = U11 Ngưới ta nhận được xung ra ở chân 15 nếu V(t) > 0 hoặc một xung ra ở chân 14 nếu V(t) < 0
Tụ C12 khuếch đại độ rộng xung ra Có thể chọn C12 = 0 đến 330pF để độ rộng xung từ 30 Ta chọn C1230pF.
Ta cần tạo ra nguồn điện áp U ± 12 V để cấp cho máy biến áp xung, nuôi IC, Ở mạch cầu 1 pha, ta có:
Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là:
Việc xây dựng nguồn ổn áp một chiều bằng thyristor có nhược điểm là chọn và tính toán phức tạp đòi hỏi phải có kỹ thuật chuyên môn cao Sự ra đời của các vi mạch ổn áp họ 7812 và 7912 cho phép đơn giản hoá quá trình này , vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Hình 3.3 Sơ đồ tạo nguồn nuôi
Vì vậy để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi , ta dùng hai vi mạch ổn áp là 7812 và
7912 , các thông số chung của vi mạch này như sau : Điện áp đầu vào : UV = 7 ÷ 35 V Điện áp ra : Với IC 7812 thì Ura = + 12V
Với IC 7912 thì Ura = - 12V Dòng điện đầu ra : Ira = 0 ÷ 1 A
Tụ điện C dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.
3.3.4 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha
- Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ , trên mổi trụ có ba cuộn dây , một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp
- Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha , và làm điện áp của nguồn nuôi:
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha:
- Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung:
- Công suất máy biến áp xung cấp cho cực điều khiển thyristor:
- Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi
- Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp
- Dòng điện sơ cấp máy biến áp
3.3.4.1 Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi:
- Dòng điện hiệu dụng qua diode:
- Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu:
- Chọn diode có dòng định mức:
- Chọn điôt có điện áp ngược lớn nhất:
Un = Ku.UNmax = 2.21,21 = 42 (V) Vậy chọn diode có các thông số sau:
+ Dòng điện định mức : Idm = 20A
+ Điện áp ngược cực đại của điôt: UN = 50V
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ (Sử dụng MatLab simulink)
Mô phỏng trên MatLab
Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển trên simulink
Hình 4.2 Sơ đồ mạch động lực trên simulink
Trường hợp không tải
Mà Mc = kΦđm.Iư nên Iư = 0.
Hình 4.3 Đồ thị dạng dòng điện và điện áp của tải và điều khiển lúc không tải
4.2.1 Nhận xét và đánh giá a, Đồ thị dòng điện và điện áp
Dạng sóng đồ thị của điện áp và dòng điện ban đầu tăng dần và ổn định ngay sau đó Nhưng dạng sóng của nó còn đang khá là mấp mô.
I ư xấp xỉ gần bằng 0 do không tải
Thời gian đáp ứng tín hiệu không tải khoảng 0,7s
Thời gian tín hiệu đặt đạt trạng thái ổn định: 1,5s
Đánh giá: - Dòng khởi động vượt quá giới hạn cho phép 2.Idm
-Thời gian ổn định hệ thống 1,5s
- Dòng điện và điện áp còn mấp mô (không bằng phẳng) do sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha Chúng ta nên sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha hoặc chỉnh lưu hình tia 3 pha và sử dụng thêm các tụ điện và cuộn cảm kháng để kháng lọc dòng điện, điện áp sau chỉnh lưu được bằng phẳng và ổn định hơn. b, Đồ thị tốc độ
Thời gian đáp ứng tín hiệu 0.2s
Thời gian tín hiệu đặt đạt trạng thái ổn định 1.5s
Đánh giá: - Tốc độ ổn định phù hợp với tiêu chuẩn
- Thời gian đáp ứng và ổn định nhanh
Trường hợp có tải
Hình 4.4 Đồ thị dạng dòng điện và điện áp khi có tải
Hình 4.5 Đồ thị dạng tốc độ và điện áp khi có tải
4.3.1 Nhận xét và đánh giá a)Đồ thị dòng điện và điện áp
+ Mc = kΦđm.Iư nên Iư tăng;
+Dòng khởi động ban đầu tăng lên do có tải nhưng hệ thống nhanh ổn định tại giá trị dòng định mức.
+Có hiện tượng sụt áp nhưng rất nhỏ khi động cơ chạy thêm tải nhưng ổn định ngay sau đó b)Đồ thị tốc độ
+Khi có tải thì tốc độ động cơ giảm xuống nhưng hệ nhanh chóng ổn định lại.
Kết luận
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu và thực hiện đề tài với sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hoá và đặc biệt là thầy Nguyễn Đăng Khang cùng với sự nỗ lực của bản thân đến đây chúng em đã hoàn thành đầy đủ các công việc mà đề tài tốt nghiệp yêu cầu.
Trong quá trình làm đề tài em đã tích luỹ được một số kiến thức để có thể nâng cao cho trình độ của mình một cách chắc chắn hơn, Kết quả thu được:
- Hiểu rõ hơn về Hệ truyền động điện T-Đ
- Các nguyên tắc điều chỉnh tự động truyền động điện.
- Cách xây dựng các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ.
- Xây dựng được mạch điều khiển cho hệ truyền động điện T-Đ
- Hiểu rõ hơn về phần mềm Matlab, mô phỏng được đặc tính ổn định của hệ.
- Tìm hiểu được chức năng của IC TCA785 và một số linh kiện khác.
Tuy nhiên với thời gian có hạn nên đề tài nghiên cứu có nhiều chỗ còn hạn chế nhất định.
Trong thời gian này , mặc dù đã cố gắng nổ lực hết mình song không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo đã giúp đở em hoàn thành tốt đề tài này.