Đề cương chi tiết các phần đồ ánLời nói đầuChương 1: Tổng quan về các phương án truyền động điều chỉnh tốc độ động cơmột chiều kích từ độc lập1.1 Các hệ truyền động động cơ điện một chiề
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Các hệ truyền động động cơ điện một chiều
Yêu cầu: Liệt kê và mô tả cầu tạo vào nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều( tài liệu 1, chương 4 mục 4-4, 4-5, 4-6)
1.2 Các bộ biến đổi điện tử công suất trong truyền động điện Yêu cầu: Trình bày ngắn gọn sơ dồ mạch lực, nguyên lý làm việc các bộ biến đổi AC/DC : Một pha/ ba pha có điều khiển cầu / tia ( tài liệu 2 chương 2, tài liệu 3- chương mục 1.3)
Kết luận chương Yêu cầu: Kết luận được lựa chọn phương án truyền động nào? Bộ biến đổi công suất loại nào? Giải thích lý do lựa chọn.
Chương 2: Tính toán lựa chọn mạch dộng lực và thiết kế mạch điều khiển
2.1 Tính toán lựa chọn van công suất Yêu cầu: Từ phương án truyền động điện đã lựa chọn ở chương 1 và các thông số động cơ cho ở trên tính toán được thông số van cần đat và lựa chọn được một loại van công suất phù hợp yêu cầu ( Tài liệu 3- chương 1 mục 1.6)
2.2 Thiết kế bộ điều khiển Yêu cầu: thiết kế và mô tả chức năng hoạt động của các khâu sau:
- Khâu đồng bộ - Khâu tạo xung răng cưa (điện áp tựa) - Khâu so sánh
- Khâu khuếch đại xung (tài liệu 3- chương 1 mục 1.11,1.12,1.13,1.14,1.18)
Chương 3 Kết quả mô phỏng
3.1 Sơ đồ mô phỏng Yêu cầu: Trình bày sơ đồ mô phỏng đã thực hiện trên các phần mềm mô phỏng tương ứng Giải thích các khối (hoặc linh kiện) có trong sơ đồ
Có thể sử dụng một trong các phần mềm:
-PLECS -Matlab/simulink (Hướng dẫn: tài liệu 5) -PSIM
Yêu cầu: tối thiểu trình bày được hình ảnh kết quả:
- Điện áp tải - Tốc độ của động cơ Ở các góc mở van khác nhau α = trong truờng hợp không tải và có tải Kết luận
Yêu cầu: Đánh giá kết quả đạt được bao gồm các nội dung sau:
-Phương án truyền động lựa chọn ở chương 1 có thực hiện được yêu cầu đặt ra là điều chỉnh được tốc độ động cơ hay không?
- Các tính toán lựa chọn ở chương 2 có phù hợp với mô phỏng ở chương 3 hay không? ( VD: mô phỏng ở chương 3 cho kết quả dòng tải là 100A bé hơn dòng điện van lựa chọn là 150A => kết luận là phù hợp)
- Phân tích đánh giá hoạt động của sơ đồ thiết kế là đúng với nguyên lý hay không.
Các tài liệu liên quan như: tài liệu đọc để tính toán, datasheet,… Có nhắc đến số liệu cụ thể trong bài được trình bày trong phần này
Ghi các tài liệu tham khảo được trích dẫn trong bài
Lưu ý: nếu trích dẫn tài liệu có số thứ tự là 2 thì chỉ ghi trong bài ngắn gọn là [2].
3.2 Tài liệu sử dụng cho quá trình làm đồ án:
1 Truyền động điện - Bùi Quốc Khánh; Nguyễn Văn Liễu; Nguyễn Thị Hiền 2 Giáo trình điện tử công suất – Trần Trọng Minh
3 Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất – Phạm Quốc Hải 4 MATLAB và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động - Nguyễn Phùng
Quang 4 Giáo viên hướng dẫn
5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: Ngày tháng năm 2023 6 Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp: Ngày tháng năm 2023
Nghệ An, ngày tháng 5 năm 2023
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)
BÙI TRUNG TUYẾN ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên giảng viên đánh giá : Bùi Trung Tuyến Họ và tên sinh viên : Nguyễn Trường Hoàn MSSV : 1505200385
Tên đề tài : Trang bị điện cho hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập Nhận xét về nội dung và trình bày của Đồ án :
Nhận xét khác ( về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên )
Nghệ An, ngày …tháng năm 2022 Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên )
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 3
1.1 Các hệ truyền động động cơ điện một chiều 3
1.2 Các bộ biến đổi điện tử công suất cho truyền động điện 8
1.2.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản 9
1.2.2 Các mạch chỉnh lưu một pha 10
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 25
2.1.1 Tính toán mạch lọc một chiều 25
2.1.2 Tính toán máy biến áp động lực 26
2.1.3 Tính chọn các thông số của mạch lực 27
2.2.Thiết kế mạch điều khiển: 28
2.2.1.Cấu trúc mạch điều khiển: 28
2.2.3.Khâu tạo điện áp tựa (tạo xung răng cưa): 33
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 38
3.1.Mô phỏng mạch điêu khiển 38
Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hóa Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ quá trình lao động.
Việc tăng năng suất lao động máy và giảm giá thành thiết bị điện của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hoá nhưng chúng mâu thuẫn nhau Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá thích hợp cho máy là một bài toán khó. Đồ án môn học “Trang bị điện” với đề tài “Trang bị điện cho hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập.”
Với sự nhiệt tình giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn Bùi Trung Tuyến và thầy cô giáo trong tổ bộ môn, cùng với nỗ lực của em đã hoàn thành đề tài đồ án môn học Trang bị điện Tuy nhiên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến nhận xét để quyển đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!!!
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1 Các hệ truyền động động cơ điện một chiều
+ Hệ thống truyền động máy phát-động cơ (F-Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản
Trong đó: Đ: Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ.
F: Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ. ĐK: Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác.
K: Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ. Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:
+ Để cho n Đ < n cb : Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát tăng để giảm dòng điện qua cuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từ φ F của máy phát thay đổi (giảm), làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb.
Như vậy, bằng cách điều chỉnh biến trở RKF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Đ trong khi giữ từ thông không đổi:: φ Đ = φ đm
+ Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đóng hoặc N đóng, dòng điện kích từ máy phát ICKF đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông φ F, do đó UF đảo dấu, dẫn đến động cơ Đ đảo chiều.
Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh:
+ Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0.
Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ)
+ Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là: Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên
Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc độ. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ Nên phải đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi.
Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi than, trong đó có một cặp ngang trục được nổi ngắn mạch Nhờ vậy dòng điện chạy trong dây quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuếch đại của máy rất lớn Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo (W1) được cung cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số Các cuộn còn lại được nối với các khâu phản hồi Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều với từ trường chính là do tính chất của phản hồi.
+ Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ
Các bộ biến đổi điện tử công suất cho truyền động điện
+ Bộ biến đổi AC/DC Khái niệm: Bộ ngắt mạch dòng một chiều thực chất là bộ chỉnh lưu dòng một chiều, nó có nhiệm vụ chủ yếu là để thay đổi điện áp dòng xoay chiều thành một chiều để cung cấp cho mạch điện tử một chiều hoặc các ứng dụng dung điện một chiều khác Một mạch chỉnh lưu dòng một chiều là một mạch điện với các điode hoặc các thyristor được lắp thành bộ hoặc riêng lẻ từng cái Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Ứng dụng: Cung cấp nguồn cho các tải một chiều: động cơ điện một chiều, bộ nạp acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện mộtchiều cao áp…Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là cung cấp điện một chiều từ nguồn xoay chiều Thực ra hầu hết các mạch điện tử sử dụng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng điện xoay chiều Vì thế các mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bị điện tử Các mạch chỉnh lưu cũng được ứng dụng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô tuyến điều biến biên độ Các mạch chỉ nh lưu cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hànđiện Các mạch như thế này đôi khi thay thế các điốt trong cầu chỉnh lưu bằng các thyristor Các mạch này sẽ có điện áp phụ thuộc vào góc mở Thyristor
1.2.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:
- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.
- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều.
- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.
- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.
- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.
- Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt vv.
Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc của bộ 1.2.2 Các mạch chỉnh lưu một pha
1.2.2.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 1.7 Sơ đồ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp và dòng điện b Nguyên lý làm việc
- Giả Sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu: u2=√ 2 U 2 sin ω t (v)
- Trong nửa chu kỳ đầu 0< ω t < π , khi đó u2 ≥ 0, van D được phân cực thuận nên van D dẫn điện Ta có: uD = 0, u2 =ud, iD = id = U 2
- Trong nửa chu ký sau π ≤ ω t ≤ 2 π khi đó u2 ≤ 0, van D bị phân cự ngược nên van D không dẫn điện Ta có uD = u2 ≤ 0, ud = 0,iD = id = 0
- Các chu kì tiếp theo nguyên lý hoạt động tương tự Từ nguyên lý làm việc xây dựng được dạng sóng dòng điện và điện áp trong mạch như hình vẽ 1.7 c Các biểu thức dòng và áp
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:
- Dòng điện trung bình qua diode D:
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
1.2.2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 1.8 Sơ đồ chỉnh lưu và dạng điện áp ra trên tải b Nguyên lý làm việc
- Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về giá trị hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha.
U21 = √ 2 U 2 sin ωt U22 = −√ 2 U 2 sin ωt - Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 diode D1 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD1 = id, ud = u21, uD1 = 0 Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD2 = 0, uD2 = u22 – u21.
- Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21, diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại Khi đó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD2 = id, ud = u22, uD2 = 0 Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD1 = 0, uD1 = u21 – u22
Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho tải trong cả chu kỳ Từ nguyên lý làm việc ta xây dựng được dạng sóng dòng điện và điện áp trong mạch như hình vẽ 1.12 c Công thức tính toán trong mạch
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:
- Giá trị trung bình của dòng điện tải:
- Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp: i2 = i21 = √ 2 U 2
Nhận thấy dòng điện qua thứ cấp máy biến áp là dòng điện hình sin, nên suy ra i1 = m.i2 ; Với m là tỷ số máy biến dòng.
Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:
- Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode:
1.2.2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 1.9 Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải b Nguyên lý làm việc
Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 = √ 2 U 2 sin ω t (v).
- Trong nửa chu kỳ đầu ω t = 0 đến π , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện cho dòng điện chạy qua tải Khi đó ta có: uD1 = uD2 0;uD4 = uD3 = - u2 ≤ 0; ud = u2 ≥ 0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0.
- Trong nửa chu kỳ sau ω t = π đến 2 π , điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện cho dòng điện qua tải Khi đó ta có: uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 ≤ 0; ud = - u2 ≥ 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Các biểu thức dòng và áp
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
- Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu:
- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
- Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode:
- Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp:
: Là tỷ số máy biến dòng) -Dòng điện trung bình qua diode D:
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
1.2.2.4 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Trường hợp tải thuần trở
Hình1.10Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trởR b Nguyên lý làm việc
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng, điện áp phía thứ cấp u2 =√ 2 U 2 sin ω t và góc điều khiển α = π 6
- Trong khoảng ω t = 0 đến α , có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển mở Khi đó ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm ω t = α , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiện kích mở nên dẫn điện Ta có: ud = u2; uT = 0; iT = id - Đến thời điểm ω t = π , u2 = 0 và có xu hướng âm Lúc này van T bị phân cực ngược nên khoá Như vậy trong khoảng ω t = π đến 2 π , ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm ω t= 2 π , u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện áp thuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển kích mở Như vậy trong khoảng ω t= 2 π đến 2 π + α , ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm ω t = 2 π + α , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫn điện Ta có: ud = u2; uT = 0; iT = id
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. c Một số biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải:
2 π (1 + cos α ) - Dòng điện trung bình qua tải và Thyristor:
- Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor:
- Điện áp thuận lớn nhất trên van T:
UTh max =√ 2 U 2 - Điện áp ngược lớn nhất trên van T:
1.2.2.5 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 1.11 Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng b Nguyên lý làm việc
- Giả sử L = ∞ , điện áp phía sau thứ cấp u21 = - u22 = √ 2 U 2 sin ω t, xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng.
- Trong khoảng 0 ≤ θ < α , khi đó không van nào dẫn nên: id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng α ≤ θ π thì van T1 và D2 dẫn.
+ Trong khoảng: π -> π + α thì van T1 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: π + α -> 2 π thì van T2 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: 2 π -> 2 π + α thì van T2 và D2 dẫn.
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự.
- Qua đây ta thấy khi mạch làm việc có hai đoạn có hiện tượng dẫn thẳng hàng của hai van: T1 và D1; van T2 và D2 Do đó khoảng thời gian này điện áp trên tải bị ngắn mạch ud = 0 (v) Các đoạn khác ud bám theo điện áp nguồn Như vậy dòng điện qua tải id vẫn liên tục còn dòng điện qua máy biến áp nguồn thì gián đoạn Điều này có lợi về mặt năng lượng vì năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải. c Các biểu thức tính toán:
- Điện áp trung bình trên tải:
√ 2 U 2 sin ω tdωt = √ 2 U 2 π (1 + cos α ) - Dòng trung bình qua một van bán dẫn:
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor:
• Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng a Sơ đồ nguyên lý
Hình 1.16 Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng b Nguyên lý làm việc
TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Tính toán mạch lọc một chiều
Mục đích của việc tính toán bộ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện cảm lọc và tụ điện lọc sao cho thoả mã hệ số đập mạch Thực tế tụ điện được chế tạo sẵn với các trị số quy chuẩn và chỉ cần chọn trị số phù hợp, còn điện cảm lọc phải tự thiết kế vì không được chế tạo chuẩn Các bộ lọc thông dụng được thể hiện ở hình II.1.
Hình II.1: Các bộ lọc một chiều (lọc phẳng)
Trong hệ thống này, ta sử dụng bộ lọc LC Các tham số L và C có quan hệ:
Thường chọn trước giá trị điện cảm L theo biểu thức sau:
Tính toán máy biến áp động lực
Chọn máy biến áp ba pha sơ đồ đấu dây Y/Y0, làm mát bằng không khí tự nhiên a, Tính toán điện áp chỉnh lưu không tải
Ud0 = Ud,kt = Ud + ∆Uv + ∆UR + ∆Us
Trong đó: Ud : Điện áp chỉnh lưu yêu cầu ΔUv : Sụt áp trên van. ΔUR : Sụt áp trên điện tải thuần trở. ΔUx : Sụt áp gây bởi hiện tượng chuyển mạch.
Sụt áp trên van: ΔUv = 1÷2,6 (V), Với sơ đồ cầu ba pha là : 2ΔUv= 2*1,85=3,7 (V) Sụt áp trên cuộn kháng lọc là: ΔUlọc 0.5(V)
Chọn sụt áp tương đối trên điện trở dây quấn: eR = 2% Sụt áp tương đối trên điện kháng tản: eX = 5%. b, Tính toán thông số máy biến áp.
- Điện áp thứ cấp: U2đm = Ud0/2,34= 486/2,34 = 207,7 (V).
- Điện áp sơ cấp MBA: U1 = 220 (V).
- Hệ số máy biến áp:
- Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp MBA: I2 =0,816Id =0,816*9=7,34(A).
- Giá trị dòng hiệu dụng sơ cấp MBA: I1 = I2/kBA =7,34/1,65=4,45(A).
Tính chọn các thông số của mạch lực
- Dòng trung bình qua van là: Itbv=Id/3=3/3=1 (A)
- Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van, tính tới trường hợp điện áp nguồn lên cao nhất (hơn 1-% định mức) là:
Giả sử điều kiện làm mát ttự nhiên, van gắn lên tản nhiệt.
→ Chọn dòng cho phép qua van: Iv > kIvItbV3*1: Van chọn có hệ số dữ trữ quá điện áp ku=2.
Tức Umax>2Ung.max=2*577,8255,64(V) b, Chọn Thyristor
Với các thông số và dòng và áp, ta chọn Thyristor T10-10 (), có các thông số sau:
- Dòng trung bình tối đa cho phép qua van: Itb (A).
- Dòng rò khi van ở trạng thái khoá : Iro= 3 (mA)
- Điện áp tối đa mà van chịu được: Umax= 1200 (V)
- Tốc độ tăng điện áp thuận max: du/dt= 400 (V/ s)
- Thời gian phục hồi tính chất khoá của van: tph= 70 ( s)
- Giá trị tốc độ tăng dòng: di/dt= 200 (A/ s)
- Sụt áp thuận cho van: ΔU= 1,85 (V)
- Dòng điều khiển: Idk= 75 (mA)
- Điện áp điều khiển nhỏ nhất đảm bảo mở van: Udk=3 (V) c, Bảo vệ quá điện áp cho van.
Bảo vệ quá điện áp do trong quá trình đóng cắt các Thyristor được bảo vệ bằng cách mắcR-C song song với thyristor Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện tạo ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giữa anot và katot trên thyristor Khi có R-C mắc song song với thyristor tạo ra mạch vòng phòng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không thị quá điện áp.
Các thông số R1 và C1 được chọn theo kinh nghiêm thực tế: R1= 5-100k ( )
Thiết kế mạch điều khiển
2.2.1.Cấu trúc mạch điều khiển: a Các hệ điều khiển chỉnh lưu: có 2 hệ điều khiển cơ bản:
Hệ đồng bộ: Góc điều khiển α luôn được xác định xuất phát từ 1 thời điểm cố định của điện áp mạch lực Hệ có nhược điểm nhậy nhiễu vì có khâu đồng bộ liên quan đến điện áp lực, nhưng có ưu điểm hoạt động ổn định và dễ thực hiên.
Hệ không đồng bộ: Góc điều khiển α được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và vào góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trước đấy
Hệ chống nhiễu lưới điện tốt hơn nhưng kém ổn định.
Hiện nay các mạch điều khiển thực hiện theo hệ đồng bộ. b Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ:
Có 2 nguyên tắc điều khiển sau:
Nguyên tắc điều khiển ngang: Khâu đồng bộ ĐB thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực Khâu dịch pha DF có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra dưới tác động của U đk Xung điều khiển được tạo thành ở khâu tạo xung TX vào thời điểm khi điện áp dịch pha U df qua điểm 0
Xung này nhờ khâu khuếch đại xung KĐX được tăng đủ công suất được gửi tới cực điều khiển của van Như vậy góc điều khiển α thay đổi nhờ tác động của
U đk làm U df di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian.
Hình 2.2.1-1.Các nguyên tắc điều khiển a-Nguyên tắc điều khiển ngang; b-Nguyên tắc điều khiển dọc.
Nguyên tắc điều khiển dọc: Khâu U tựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của U đb Khâu so sánh SS xác định điểm cân bằng của 2 điện áp U tựa và U đk để phát động khâu tạo xung TX Như vậy góc điều khiển α thay đổi do sự thay đổi trị số của U đk , trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ Đa số mạch điều khiển sử dụng nguyên tắc dọc này.
Hình 2.2.1-2.Đồ thị minh họa các nguyên tắc điều khiển a-Kiểu ngang; b-Kiểu dọc. c.Mạch điều khiển (MĐK) một kênh và nhiều kênh:
Mạch điều khiển nhiều kênh: Có nhiều kênh điều khiển giống nhau, mỗi kênh phụ trách phát xung mở cho một hoặc hai van xùng pha của mạch lực Loại này sử dụng nhiều vì dộ tác động nhanh, nhưng có độ đối xứng góc điều khiển thấp: với cùng 1 giá trị U đk góc α ở các kênh không bằng nhau, độ sai lệch lên tới vài độ điện.
Mạch điều khiển một kênh: Chỉ có 1 khối xác định góc α cho các van, góc điều khiển chỉ được xác định 1 hay 2 lần trong một chu kì điện áp lực Một bộ phần phân phối xung PPX đảm nhận phát xung lần lượt đến các van bằng cách dịch ĐB SS KĐX xung đi một góc cần thiết (thưởng bằng 2 π /n với n là số van lực).
Hình 2.2.1-3 Cấu trúc mạch điều khiển một kênh và nhiều kênh a- Mạch điều khiển nhiều kênh; b- Mạch điều khiển một kênh.
Các MĐK có thể sử dụng kỹ thuật tương tự (analog) hoặc kỹ thuật số (digital): MĐK analog có độ tác động nhanh, chế tạo đơn giản, dễ thực hiện song có nhược điểm nhậy nhiễu và phải chỉnh định nhiều, khó đồng nhất các kênh điều khiển MĐK số phức tạp, có độ tác động chậm hơn MĐK analog song khả năng chống nhiễu tốt, mạch ít phải chỉnh định và dễ đồng nhất các kênh nên thường có chất lượng điều khiển cao hơn Do đó MĐK số được sử dụng nhiều hơn do ngày nay có sự xuất hiện các vi xử lý mạnh, cho phép lập trình đối tượng cụ thể.
Từ đó ta có cấu trúc mạch điều khiển như sau:
Trong đó: ĐB là khâu đồng bộ; U tựa là khâu tạo xung răng cưa; SS là khâu so sánh; KĐX là khâu khuếch đại.
-Theo sơ đồ cấu trúc, khâu này có hai chức năng: a.Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của van mạch lực nhằm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α, và mạch có tên gọi là mạch đồng pha. b.Hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo điện áp tựa phía sau nó, mạch này mang tên mạch đồng bộ, hoặc mạch xung nhịp.
- Thực tế khâu này có quan hệ ảnh hưởng qua lại chặt chẽ với khâu tạo điện áp tựa, nên trong một số trường hợp đơn giản, hai chức năng trên được gộp trong một khâu duy nhất, mà thông thường mạch đồng pha làm luôn chức năng đồng bộ.
- Mạch tạo tín hiệu đồng bộ: Để tạo tín hiệu đồng bộ với điện áp cần chỉnh lưu ta dùng chỉnh lưu hình tia kết hợp biến áp điểm giữa (hình 2.2.2-1)
Hình 2.2.2-1.Mạch tạo xung đồng bộ bằng biến áp điểm giữa kết hợp chỉnh lưu hình tia.
- Ưu điểm của mạch tạo xung đồng bộ bằng biến áp điểm giữa kết hợp với chỉnh lưu:
Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch điều khiển thường là điện áp thấp.
Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển với mạch lực Điều này đảm bảo an toàn cho ngưới sử dụng cũng như các linh kiện điều khiển.
Khuyếch đại thuật tóan giúp chuẩn hóa dạng xung đồng bộ đồng thời biến trở Rx1 giúp điều chỉnh độ rộng xung.
Do vậy để tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp lưới ta sử dụng biến áp có điểm giữa kết hợp với chỉnh lưu , sơ đồ như hình 2.2.2-1.
Hình 2.2.2-2.Giản đồ tín hiệu tại các điểm đo mạch tạo xung đồng bộ.
Điện áp xoay chiều 220 V được đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp đồng pha (sử dụng máy biến áp điểm giữa) qua mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ Sụt áp trên điện trở R2 (U2) chính là điện áp cấp vào cổng đảo của khuyếch đại thuật toán (OA)
• Nửa chu kỳ đầu Uba2 >0 và Uba2 ' < 0 Đ1 dẫn
• Nửa chu kỳ sau Uba2
