Đồ án truyền động điện - Thiết kế, tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 2,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi cầu một pha có điều khiển

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất. Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. Sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng… đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử. Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn. Ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Cho nên để củng cố kiến thức khi học môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế, tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 2,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi cầu một pha có điều khiển” Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo Th.S Nguyễn Thị Thu Hiền , em đã hoàn thành xong bản đồ án này. Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót. Em rất mong được quý thầy cô góp ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1. Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện. 1.1.1. Giới thiệu chung. Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn. Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất. Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trước. 1.1.2. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ. Lựa chọn động cơ. Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất, là đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện. Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ : Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại: Động cơ điện xoay chiều : Động cơ không đồng bộ. Động cơ đồng bộ. Động cơ điện một chiều : Động cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Động cơ một chiều kích từ song song. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp. Ưu nhược điểm từng loại động cơ: Đối với động cơ xoay chiều: + Động cơ không đồng bộ: Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rôto lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác Giá thành rẻ, vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện. Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. Nhược điểm: Điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải. Khó điều chỉnh tốc độ. Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). Momen mở máy nhỏ. + Động cơ đồng bộ. Ưu điểm: Có độ ổn định tốc độ cao hệ số cos và hiệu suất lớn , vận hành có độ tin cậy cao . Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động . Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng bộ . Nhược điểm: Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao.gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao. Đối với động điện một chiều: Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều. Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Có nhiều phương pháp hãm tốc độ. Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu. Chế tạo bảo quản khó khăn. Giá thành đắt. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai loại trên. Trong 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nên ít được sử dụng. Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng điện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi. Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm thừ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại kích từ độc lập. Ở đây em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau : Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ điện : I Phương trình đặc tính cơ: Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý, đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện * Nhận xét : Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao Khi động cơ làm việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục động cơ. Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải . Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau : Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ. Phương pháp thay đổi từ thông. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.  Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. Vì nó có những đặc điểm như sau : Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng Khi U giảm thì tốc độ không tải giảm cũng giảm khi U giảm. = const. Độ cứng đặc tính cơ không đổi. Dải điều chỉnh lớn : Trong đó Kqt: hệ số quá tải Kqt < 2 Độ trơn điều chỉnh : * Nhận xét: Đây là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh triệt để , nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng , phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít. Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao . Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và bằng hằng số ( Mc = const ). 1.1.3. Phân tích chọn bộ biến đổi. Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từ của động cơ . Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính: Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại. Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều: Tranzitor hoặc Tiristor * Nhận xét - Sau khi đưa ra 4 phương án sử dụng bộ biến đổi trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật. Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ). Vì phương án này có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ như sau : Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ) + Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi Uđk + Nguyên lý điều khiển: - Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận được điện áp chỉnh lưu. bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T và thay đổi được giá trị điện áp đầu ra. + Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau: - Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến p, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax đ -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk do hiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên. Hình 1.4: đặc tính cơ của hệ CL-Đ *Nhận xét : Ưu điểm: +Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ , dễ tạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh . Có thể điều chỉnh vô cấp , sai lêch tĩnh nhỏ . + Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây ồn , không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao Nhược điểm + Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ,khi dòng nhỏ thì xuất hiện vùng gián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ thống đảo chiều phức tạp , khả năng quá tải của các van kém . + Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện,tạo các momen dao động và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosφ của hệ nói chung là thấp. 1.1.4. Phân tích, lựa chọn phương pháp hãm dừng động cơ. - Hãm nhằm mục đích dừng hệ, giảm tốc hoặc giữ cho hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động. Với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm: Hãm tái sinh. Hãm ngược. Hãm động năng. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng. Đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập. Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ tích lũy trong quá trình làm việc trước đó biến nhiệt lượng hay còn gọi là nhiệt năng tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm. Hãm động năng kích từ độc lập : Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập, ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ. Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ ở mạch kích từ. Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập : Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 2.1. Thiết kế mạch động lực Giới thiệu sơ đồ Hình 2.1. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển Sơ đồ mạch động lực: Hình 2.2. Sơ đồ mạch động lực Ta sẽ phân tích sơ đồ điều khiển toàn phần : BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu . Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều . T1 đến T4 : Các van chỉnh lưu có điều khiển để biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , Ld , Ed Nguyên lý làm việc Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng it1, it2, it3, it4. Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp: U2 = U2msin ωt (v). Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2. Các xung it1 và it3 xuất hiện sau U2 một góc α. Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α. Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0. Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L. Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id. Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là: - Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu. - Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 và E > 0. *.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, các Tiristor T1 và T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2. Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3 về B. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v). Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải: Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v). Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn còn lớn hơn 0. Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và T4 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2. Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4 về A. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ): Ud = -U2 = -U2msin ωt (v). Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA . Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < 0. UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0. Do đó làm cho T1 và T3 tắt một cách tự nhiên. Trong mạch cầu có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id=Id Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha. Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Ud = 2/π ∫_α^(π+α)▒〖√2.U_2m 〗.sin⁡〖ωt d〗 ωt=U_2m.cos α * Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: + Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. + Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. * Góc mở tự nhiên + Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ ân đến 0 ( từ đóng sang khóa ) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. + Điện áp gây nên quá trinhg chuyển mạch: điện áp dây. + 0 ≤ α < π - γ - µ γ: góc dẫn Hình 2.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển. Các biểu thức cơ bản - ; , trong đó U2 giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA. - - - Nhận xét: Ưu điểm: – Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van trong một chu kì thấp, chỉ bằng 1/2 dòng chỉnh lưu. – Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu. Vì những yếu tố đã trêu trên em chọn mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển cho bài báo cáo. Mạch bảo vệ bộ chỉnh lưu 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 này 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: ; Trong đó :∆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. Tlv, Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường (0C). 2.2.2. 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 ở chế độ nghịch lưu. - Cách chọn aptomat có: Idm =k.I Với I1 : là dòng điện sơ cấp máy biến áp . k : Hệ số an toàn . - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. 2.2.3. 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 điện 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. - 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 2.6. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=300 Lựa chọn động cơ một chiều kích từ độc lập Cấu tạo động cơ Động cơ điện một chiều gồm có hai phần Hình 2.7. Mặt cắt dọc động cơ điện. Cấu tạo: 1- Vỏ máy (gông từ) 7- lõi sắt phần ứng 2- Cực từ chính 8- rãnh phần ứng 3- Dây quấn cực từ chính 9- răng phần ứng 4- Cực từ phụ 10- má cực từ 5- Dây quấn cực từ phụ 6- Dây quấn phần ứng Phần tĩnh ( stator ) : Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau: - Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5mm đến 1mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp với nhau. - Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều .Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ dược gắn vào vỏ nhờ những bulông. - Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc .Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. - Các bộ phận khác: + Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang. + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. Phần quay (Roto): Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau. - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. + Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục. + Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ. Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép. Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit. - Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại. Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica .Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dể dàng. - Các bộ phận khác. + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió .Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy. + Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt. Các thông số định mức. Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưỡng chế tạo đã qui định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau: + Công suất định mức Pđm (KW hay W); + Điện áp dịnh mức Uđm (V); + Dòng điện định mức Iđm (A); + Tốc độ định mức nđm (vg/ph); Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về dòng điện sử dụng …… Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ. 2.3.2. .Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. - Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ. - Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh. Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay. Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng. - Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng: Pđt = M. ω = Eư .Iư Trong đó: M: là mômen điện từ; Iư: Dòng điện phần ứng; Eư: Suất điện động phần ứng; : Tốc độ góc phần ứng; 2.4. Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ Do yêu cầu công nghệ cao có đảo chiều quay của động cơ nên hệ truyền động T-Đ được chọn cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về kĩ thuật cũng như về kinh tế.Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có 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, mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải, cho nên trong bài báo cáo này em chọn bộ truyền động T-Đ đảo chiều dùng hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược nhau điều khiển chung, bởi nó dùng cho loại 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. 2.2.1. Phương pháp điều khiển chung : Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc . Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. *Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng luôn khác chế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu. Vì hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau. U t = U d1 = U d2 Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0 .cosα1 ; U d2 = Ud0 .cosα2 ; Vậy : Ud0 .cosα1 = Ud0 .cosα2 ; Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 180 Nếu α1 là góc mở đối với G1 , α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị α1 và α2 phải được thực hiện theo quan hệ : α1 + α2 = 180 Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-11) Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1=0 → 90 , Ud1>0, bấy giờ α2>90 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu, Ui2 < 0. Ud1 = U0 cos α 1>0 ; Ui2 = U0 cosα2 < 0 ; Cả hai điện áp Ud1 và Ui2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M. Động cơ chỉ có thể “nghe theo” Ud1 và quay thuận. Động cơ từ chối Ui2 vì các thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt. Khi α1 =α = 90, thì Ud1 =Ui2 =0, động cơ ở trạng thái dừng. *Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α1+α2 = π + ξ. Đây là kiểu điều khiển phối hợp không hoàn toàn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phi tuyến ξ và ta có : α1+α2 = π+ξ ; Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α 1 và α 2 một cách phi tuyến. a) Hình 2-14 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính. b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến. 2.5. Phân tích mạch điều khiển. 2.5.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng Để các van của bộ chỉnh lư¬u có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của van phải có điện áp điều khiển (th¬ường gọi là tín hiệu điều khiển). Để có hệ thống tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van ng¬ười ta sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển. Điện áp điều khiển các Thyristor phải đáp ứng đư¬ợc các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như¬ thời gian tồn tại. Do đặc điểm của Thyristor là khi van đã mở thì việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hư¬ởng đến dòng qua van. Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung. Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng bộ, khống chế theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ khối nh¬ư sau : Hình 2.9. Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng - Khối 1 : Khối đồng bộ hóa và phát xung răng c¬ưa khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hóa và phát ra điện áp hình răng c¬ưa đ¬ưa đến khối so sánh. - Khối 2 : Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp hình răng c¬ưa URC và điện áp điều khiển Uđk để phát ra xung điện áp đ¬ưa tới mạnh tạo xung. - Khối 3: Khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đ¬ưa tới Thyristor U1: Điện áp lư¬ới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh l¬ưu. urc: điện áp tựa hình răng c¬ưa lấy từ đầu ra của khối ĐBH - FXRC uđk: điện áp điều khiển một chiều dùng để điều khiển giá trị góc mở cực điều khiển của Thyristor 2.5.2. Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của Thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh . - Điện áp điều khiển ( Udk) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ. Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển . Như vậy bằng cách làm biến đổi Udk , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α. Như vậy bằng cách làm biến đổi Uđk, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh góc α. Giữa α và Uđk có quan hệ sau: Người ta lấy Uđkmax = Usmax 2.6. Phân tích các khối trong mạch điện 2.6.1. Mạch đồng bộ hóa - Ðể tạo điện áp đồng bộ đảm bảo yêu cầu đặt ra người ta sử dụng hai kiểu mạch đơn giản sau : + Mạch phân áp bằng điện trở hoặc bằng điện trở kết hợp điện dung hay điện cảm : Ðiện áp đầu vào là điệnn áp lưới xoay chiều , điện áp ra cũng là điện áp xoay chieu cùng tần số , cùng hoặc lệch đi một góc pha xác định . Loại này ít được sử dụng vì có sự liên hệ trực tiếp về điện giữa mach động lực và mạch điều khiển . Hình 2.10. Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng điện trở và điện cảm + Mach đồng bộ dùng máy biến áp :Trường hợp này người ta sử dụng máy biến áp công suấtt nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ. BA có the là một pha hay nhieu pha tuỳ thuộc vào sơ đồ chinh lưu cụ thể . Trong sơ đồ ta dùng biếnn áp 3 pha tổ nối dây Y/ Sử dụng biến áp đồng bộ có sẵn cách ly về điện giưa mach động lực và mach điều khiển nên được sử dụng rộng dãi . Hình 2.11. Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng máy biến áp đồng bộ 2.6.2. Mạch phát sóng răng cưa Một số sơ đồ mạch phát sóng răng cưa điển hình như sau: Hình 2.12. Mạch phát sóng răng cưa D –R-C nạp bởi tụ dòng không đổi Hình 2.13. Mạch phát sóng răng cưa dùng khuếch đại thuật toán Hình 2.14. Mạch phát sung chữ nhật và phát sóng răng cưa Trong bài tập này em sử dụng mạch phát sóng răng cưa sử dụng khuếch đại thuật toán Nguyên lý làm việc của mạch phát sóng răng cưa sử dụng khuếch đại thuật toán Giới thiệu sơ đồ: - Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá để tạo ra điện áp đồng bộ hoá Uđbh * Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Trong sơ đồ này ta dùng KÐTT ghép vói tụ C thành một mach tích phân. Nguyên lý hoat động của khâu này như sau: Giả thiết Tr khoá tụ C Được nạp bằng dòng điện đầu ra của KÐTT, dòng nap tụ được xác định ic = i1+iv. Nếu KÐTT là lý tưởng thì điện trở vào của nó bang vô cùng dẫn đến iv- và iv+ = 0, do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/(wR+R) =I=const. Ðiều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng không đổi. Vậy ta có: : t = 0 thì udb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến điot D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá tụ C được nạp dòng không đổi. Ðiện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính. Ðến : t = và bắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến  t = 2 . Tại  t = 2 điện áp đồng bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lai mở Tr khoá tụ C được nạp điện. Với giả thiết KÐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn. Vậy nếu KÐTT đang ở chế độ KÐ tuyến tính thì giữa hai đầu vào được xem như bằng không (uv= 0). Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc. Túc là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Ðồ thị điện áp răng cưa như sau: Hình 2.15. Giản đồ thời gian Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KÐTT nên có nội trở rất nhỏ vì vậy điện áp ra không phụ thuộc vào taỉ mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. Với sơ đồ này dung lượng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 µF. Vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với điện áp răng cưa lý tưởng. 2.6.3. Mạch so sánh Ðể tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ vói chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển được thời điểm xuất hiện cua mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến nhất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mach điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thưòng có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dang răng cưa (ur), điện áp điều khiển (uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp ur và uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng cuả chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau, có hai cách nối ur và udk trên đầu vào mạch so sánh. Hình 2.16. Mạch so sánh mắc nối tiếp Hình 2.17. Mạch so sánh mắc song song Trong đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh vói sơ đồ sử dụng KÐTT, các tín hiệu đầu vào được tổng hợp song song gồm các tín hiệu điện áp đầu vào. Nguyên lý hoat động như sau : Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1 Urc < Uđk hai tín hiệu cần so sánh đưa vào đầu đảo của KÐTT vì IC làm việc ở chế độ bão hoà nên Ura = Ucc . Trong khoang từ t1 ÷ t2 Urc > Uđk nên Ura = - Ucc. Cứ tiếp tục như vậy ta sẽ nhận được tín hiệu sau khâu so sánh như hình vẽ . 2.6.4. Mạch sửa xung Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy rằng khi thay doi trị số uđk để thay đổi góc điều khiển thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổii. Như vậy là sẽ xuất hiện tình trang có một số trường hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung. Mach sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các van đề trên. Mach sửa xung làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiệnn của mỗi xung. Mạch sửa xung được sử dụng sơ đồ như sau: Hình 2.18. Mạch sửa xung Nguyên lý làm việc của mạch: Khi điện áp vào (uv) o mức bão hoà dương (túc là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dương) cùng với sự có mặt của định thiên R17 làm cho Tranzitor Tr8 mở bão hoà và tụ C2 nap điện theo đường +uv (điểm E)  C2 R17 Tr8. Tr8 mở bão hoà dẫn đến ura= 0 . Khi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C2)  nguồn ucc  D R16 (-C2). Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr8 làm cho Tr8 khoá dẫn đến ở đầu ra nhận được xung ra, nếu như bỏ qua giá trị của R18 thì điện áp ra ura  ucc. Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại nhờ có R17 mà Tr8 lại được điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 . Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhưng tụ C2 đã phóng hết điện tích nên nó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mach phát – gốc) của Tr8 nên Tr8 mở bão hoà nhờ định thiên R17. Như vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức. tx = R16.C2.ln2 Độ dài của xung ra chi phụ thuộc vào giá trị của R16 và C2 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi. Giản đồ điện áp minh họa như hình vẽ sau: 2.6.5. Mạch chia xung Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này xuất hiện lệch nhau 1800 độ điên. Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1Thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. Như vậy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra. Để thực hiện mạch tách xung người ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện tử khác nhau. đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên , đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử logic "và" (AND). Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái: Y = X1.X2 Căn cứ vào các phân tích trong các phần trước ta có, điểm A (VA) và điểm B (VB) ở mạch tạo xung điện áp hình chữ nhật có 2 mức logic 0 và mức logic 1(lấy trên các Colectơ của Tr4 và Tr6 ) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr8 có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tương ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Như vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phẩn tử logic AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ điện áp đồng bộ hoá. Sơ đồ biểu diễn sau XP1 = VA.VF XP2 = VB.VF Trong nửa chu kỳ dương của uđbd sau một góc điều khiển α thì VF =1 kết hợp với VA= 1, VB = 0 nên nhận được xung ra ở đầu ra G2 còn đầu ra G3 không có xung Trong nửa chu kỳ âm của uđbd. Sau góc α thì VF=1 kết hợp với VA= 0 và VB=1 nên nhận xung ở đầu ra G3 (xp2=1) còn đầu ra G2 (xp1=0). Như vậy với mỗi một kênh phát xung sử dụng mạch tách xung như trên đảm bảo tách riêng rẽ được các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi được tách ra được đưa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tương ứng. 2.6.6. Mạch khuếch đại xung Ðể khuếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Bài tập dài này sẽ sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KÐX) dùng Tranzitor việc sử dụng Tranziror làm mạch KÐX là phổ biến và dễ dàng thực hiện. Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơn (mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Trk1 và Trk2 mac noi tiếp tương đương vói một Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần . Thiết bị đầu ra (Mạch truyền xung): Thông thư¬ờng có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch G - K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung. Truyền xung qua BAX có ¬ưu điểm là: Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng BAX nhiều cuộn thứ cấp. Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuyếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên cực điều khiển của Ti nhờ việc chọn tỷ số BAX hợp lý. BAX về cơ bản kết cấu giống như¬ biến áp bình th¬ường công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tư¬ơng tự biến áp thư¬ờng với dòng điện không sin hoặc có thể xác định¬ là phi tuyến và sẽ bằng không khi mạch từ bão hoà. BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong thời gian ngắn. Hình 2.19. Mạch khuếch đại xung Nguyên lý làm việc Gọi txv là thời gian tồn tại của một xung điện áp vào tbh là thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn dây sơ cấp của BAX (khi Tr7 và Tr8 mở bão hoà) đến lúc lõi thép bão hoà từ. txr là thời gian tồn tại của xung ra. Xét trư¬ờng hợp tbh > txv: - Trong khoảng thời gian t = 0 – t1, chư¬a có xung vào không có dòng qua BAX nên thứ cấp của máy không có tín hiệu. - Khi t = t¬1, xuất hiện xung vào Tr7, Tr8 mở bão hoà nên cuộn W1 có dòng điện chạy qua, làm cảm ứng sang phía thứ cấp xung điện áp, tạo dòng điện qua D4 đến mạch G-K của Ti. - Khi t = t2 ( lúc này mạch từ ch¬ưa bão hoà) mất xung vào. Tr10, Tr9 đóng dòng điện sơ cấp giảm về không qua D2. Bên thứ cấp có s.đ.đ cảm ứng (ngư¬ợc chiều với ban đầu do tự cảm) nh¬ưng nhờ D4 mà xung âm không truyền tới Ti. Xung dòng âm khép mạch qua R17 và D3 tiêu tán trên điện trở. Nhờ có D2 và D3 mà không xuất hiện điện áp tự cảm rất lớn trên dây quấn sơ thứ của BAX. Khi t¬bh < txv: - Khi t < t1 ch¬ưa có xung đầu vào, Tr7,8 khoá, không có xung điều khiển - Khi t = t1: Xuất hiện xung vào làm Tr7,8 mở bão hoà làm xuất hiện xung điều khiển. - Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hoà, từ thông lõi thép bằng const nên mất xung cảm ứng trên W2. - Khi t = t2 dòng điện sơ cấp về không làm xuất hiện xung âm trên dây quấn thứ cấp nh¬ưng không đ-ưa đến mạch G-K như¬ đã nói trên. Nh¬ư vậy thời gian làm việc của mạch từ BAX có ảnh h¬ưởng rất lớn đến độ dài của xung điều khiển. Khi tbh > txv thì độ dài xung điều khiển bằng độ dài xung vào. Còn trong trư¬ờng hợp ngư¬ợc lại, độ dài xung điều khiển chính bằng thời gian bão hoà mạch từ của BAX. Do đó cần cho BAX có thời gian bão hoà từ đủ lớn. 2.7. Giản đồ điện áp, dòng điện của một kênh điều khiển Hình 2.20. Giản đồ điện áp của mạch điều khiển 2.8. Phân tích mạch phản hồi và nguồn nuôi 2.8.1. Nguồn một chiều Hình 2.21. Mạch tạo điện áp nguồn nuôi - Mạch tạo nguồn nuôi được lấy từ hai bộ chỉnh lưu điot tia 3 pha mắc song song ngược sử dụng các tụ lọc và các IC ổn áp giữ cho điện áp nguồn nuôi là không đổi . - Trong đó: + Tụ IC 7815 dùng để ổn định điện áp và cung cấp nguồn nuôi cho các kênh điều khiển +Ucc + Tụ IC7915 dùng để ổn định điện áp và cung cấp nguồn nuôi cho các kênh điều khiển -Ucc 2.8.2. Mạch phản hồi âm tốc độ Hình 2.22. Mạch phản hồi âm tốc độ Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (γn) được lấy thông qua máy phát tốc (FT) nối cứng trục với động cơ điện 1 chiều cần ổn định tốc độ. Máy phát tốc được sử dụng là máy phát tốc 1 chiều, có tốc độ quay định mức bằng tốc độ định mức động cơ. Máy phát tốc (FT) được gắn cứng trục với trục động cơ, nên tỷ số truyền i=1 và chiều quay của động cơ cũng là chiều quay phát tốc, khi đảo chiều quay thì máy phát tốc cũng đảo chiều quay. Khi động cơ Đ quay thì roto của máy phát tốc quay theo, phía stato của nó sẽ cảm ứng 1 sức điện động và sinh ra dòng điện khép mạch qua cực góp, chổi than và điện trở R gây sụt áp trên R . Như vậy tín hiệu γn là tín hiệu điện áp tỷ lệ với tốc độ quay của máy phát tốc, cũng là tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ Đ. Tín hiệu phản hồi âm tốc độ được lấy qua máy phát tốc có trục nối cứng với trục động cơ. Tín hiệu này tỷ lệ với tốc độ động cơ qua hệ sơ tuyến của máy phát tốc. Mạch này gồm các vi mạch khuếch đại thuật toán IC3 và các linh kiện liên quan. Trong đó tín hiệu đầu vào IC3 là Ucđ và tín hiệu phản hồi âm độ γn và được khuếch đại lên Kω lần với cực tính ngược lại. Tín hiệu này sau khi được tổng hợp sẽ được đến đầu vào đảo IC5 và đưa vào cực gốc của Tr tạo ra tín hiệu điều khiển –Uđk UVIC3 = -Ucđ + γn URIC3 = K1(Ucđ - γn) URIC5 =- K1.K2. ( Ucđ - γn) Uđk ∼ - 1/ URIC5 Các tín hiệu này còn có thể kết hợp với tín hiệu phản hồi âm dòng điện khi D mở và tự động giảm Uđk để tăng góc mở anpha Giả sử khi tải tăng thì n giảm làm cho UVIC3 âm nhiều hơn => URIC5 âm nhiều lên => điện áp đặt vào cực gốc Tr âm nhiều lên => Tr mở nhiều và -Uđk giảm xuống , góc ỏ giảm => Ud tăng lên và tốc độ lại tăng lên . Khi tải giảm tốc độ tăng quá trình ổn định tốc độ xảy ra tương tự . 2.8.3. Mạch phản hồi âm dòng điện có ngắt Hình 2.23. Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện Tín hiệu phản hồi dòng điện (βI) được lấy thông qua máy biến dòng (TI) hợp với bộ biến đổi cầu 3 pha dùng điốt. Khi một trong hai bộ biến đổi làm việc thì tín hiệu dòng sơ cấp sẽ cảm ứng sang cuộn dây của máy biến dòng (TI) một sức điện động và sinh ra các dòng thứ cấp. Tín hiệu điện áp trên cuộn dây của máy biến dòng được chỉnh lưu ra dạng 1 chiều qua sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha dùng điốt dòng điện một chiều chỉnh lưu khép mạch qua R gây ra sụt áp trên R . Như vậy tín hiệu điện βI là dạng điện áp có trị số tỷ lệ với tín hiệu dòng điện của lưới điện cung cấp cho bộ chỉnh lưu, cũng tương ứng tỷ lệ với dòng điện phần ứng động cơ. Mạch này gồm các khuếch đại thuật toán IC4 và diốt D tín hiệu phản hồi dòng được thực hiện bởi bộ biến dòng BD qua bộ chỉnh lưu cầu điốt một pha để tạo ra tín hiệu phù hợp bởi biến trở tín hiệu này được đưa vào đầu vào IC4 và được so sánh với Ung - Khi Iư < Ing thì tín hiệu phải hồi âm dòng chưa tác dụng vì điện áp đầu vào IC4 âm nên tín hiệu ra IC4 dương nên dòng qua D bị chặn nên DI khoá khi đó điện áp điều khiển chỉ phụ thuộc vào tín hiệu phản hồi âm tốc độ γn . - Khi Iư > Ing do Iư tăng dần đến đầu vào IC4 dương nên tín hiệu ra IC3 âm vì vậy D mở và khâu hạn chế dòng điện tham gian vào và khi này ta có: URIC5 = K2.[(Ucđ - γn).K1 - β .( Iư – Ing)] Làm cho UVIC5 bớt dương và đầu ra của IC5 bớt âm => Tr mở ít đi . –Uđk g tăng lên => góc ỏ tăng , Ud giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tính cơ . nếu dòng điện phần ứng tăng quá lớn sẽ dẫn đến độ cứng đặc tính cơ rất dốc và hệ thống dừng làm việc 2.8.4. Mạch khuếch đại trung gian Hình 2.24. Mạch khuếch đại trung gian Mạch khuếch đại trung gian là mạch điện để tạo ra tín hiệu điện áp điều khiển (uđk) gửi tới mạch phát xung. Điện áp uđk là điện áp 1 chiều có thể thay đổi được biến đổi để điều chỉnh tốc độ của động cơ. Ngoài ra mạch khuếch đại trung gian còn có nhiệm vụ tự động ổn định tốc độ của động cơ, tự động hạn chế dòng điện phần ứng động cơ. Đối với hệ thống ta đang thiết kế có yêu cầu điều khiển theo công nghệ của phụ tải mà động cơ truyền động thì điện áp chủ đạo ucđ phải được xử lý qua mạch đầu vào để tạo tín hiệu phù hợp công nghệ. 2.8.5. Mạch hãm dừng động cơ Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay. Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất

Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển Sự ra đời của các vi mạchvới ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng… đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau Cho nên để củng

cố kiến thức khi học môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế,

tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều

có công suất 2,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi cầu một pha có điều khiển”

Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo Th.S Nguyễn Thị Thu Hiền , em

đã hoàn thành xong bản đồ án này

Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót Em rất mong được quý thầy

cô góp ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt

nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1.1 Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện.

1.1.1 Giới thiệu chung.

Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn

cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương

án hợp lý Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền độngkhác nhau Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương

án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật

là quan trọng hàng đầu Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn về mặt kinh tế Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn

Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế

sẽ cao hơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trước

1.1.2 Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ.

 Lựa chọn động cơ.

Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất, là đối tượngđiều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện Việc chọn động cơ mộtcách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải

phụ thuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động

cơ :

Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại:

Động cơ điện xoay chiều :

- Động cơ không đồng bộ

- Động cơ đồng bộ

Động cơ điện một chiều :

- Động cơ một chiều kích từ độc lập

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ một chiều kích từ song song

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Ưu nhược điểm từng loại động cơ:

Đối với động cơ xoay chiều:

+ Động cơ không đồng bộ:

Ưu điểm :

- Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rôto lồng sóc So với máy điện một chiều thìgiá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biếnđổi khác

- Giá thành rẻ, vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện

- Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa

+ Động cơ đồng bộ.

Đối với động điện một chiều:

Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,có mô menlớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều

Ưu điểm:

- Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ

- Có nhiều phương pháp hãm tốc độ

Nhược điểm:

- Tốn nhiều kim loại màu

- Chế tạo bảo quản khó khăn

lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tănggiảm thừ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn

Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại kích từ độc lập

Ở đây em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau :

Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.

- Phương trình đặc tính cơ điện : I

- Phương trình đặc tính cơ:

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ :

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý, đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện

* Nhận xét :

- Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao

- Khi động cơ làm việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômencản trên trục động cơ

- Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặctính mômen cản của phụ tải

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.

Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ

như sau :

- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

- Phương pháp thay đổi từ thông

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

 Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ

Vì nó có những đặc điểm như sau :

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ

và tổn thất năng lượng ít.

- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiểncao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao

- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh

- Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phảnkháng và bằng hằng số ( Mc = const )

1.1.3 Phân tích chọn bộ biến đổi.

Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích

từ của động cơ

Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính:

- Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặcmáy khuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổichỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều: Tranzitor hoặc Tiristor

-* Nhận xét

- Sau khi đưa ra 4 phương án sử dụng bộ biến đổi trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật

Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ) Vì phương

án này có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ như sau :

Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ)

+ Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi Uđk

+ Nguyên lý điều khiển:

- Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận được điện áp chỉnh lưu bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T và thay đổi được giá trị điện áp đầu ra

+ Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau:

- Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến p, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax đ -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều Các đặctính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk dohiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên

Hình 1.4: đặc tính cơ của hệ CL-Đ

*Nhận xét :

Ưu điểm:

+Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ ,

dễ tạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh Có thể điều chỉnh vô cấp , sai lêch tĩnh nhỏ

+ Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây ồn ,không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao

Nhược điểm

+ Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ,khi dòng nhỏ thì xuất hiện vùng gián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ thống đảo chiều phức tạp , khả năng quá tải của các van kém

+ Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện,tạo các momen dao động và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ số công suất cosφ  của hệ nói chung là thấp

1.1.4 Phân tích, lựa chọn phương pháp hãm dừng động cơ.

- Hãm nhằm mục đích dừng hệ, giảm tốc hoặc giữ cho hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động.

Với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm:

Hãm động năng kích từ độc lập :

Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập, ta cắtphần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ

Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ ở mạch kích từ

Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập :

Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế mạch động lực

2.1.1 Giới thiệu sơ đồ

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

Sơ đồ mạch động lực:

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực

Ta sẽ phân tích sơ đồ điều khiển toàn phần :

- BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

- Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồncung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạchđộng lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều

- T1 đến T4 : Các van chỉnh lưu có điều khiển để biến đổi điện áp xoaychiều 1 pha bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , Ld , E

d

2.1.2 Nguyên lý làm việc

Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng it1, it2,

it3, it4 Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp:

U2 = U2msin ωt (v)

Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2 Các xung it1

và it3 xuất hiện sau U2 một góc α Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0 Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id

Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:

- Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu

- Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2

Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải:Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v).

Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn còn lớn hơn 0

Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và

T4 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2 Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4

về A Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ):

Ud = -U2 = -U2msin ωt (v)

Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 =

UA – UM = UA - UB = U1 < 0 UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0 Do đó làm cho T1 và

T3 tắt một cách tự nhiên

Trong mạch cầu có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id=Id

Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

Ud = 2

π ∫

α

π +α

√ 2.U 2 m sin ωt d ωt=U 2 m.cos α

* Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+ Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính + Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Hình 2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển.

– Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu.

Vì những yếu tố đã trêu trên em chọn mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển cho bài báo cáo

2.2 Mạch bảo vệ bộ chỉnh lưu

2.2.1 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 này 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 phépthì 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: P =ΔU Ilv;

- Diện tích bề mặt toả nhiệt: S m= ΔP

K m τ ;

Trong đó :∆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

Tlv,Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường (0C)

2.2.2 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 ở chế độ nghịch lưu

2.2.3 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 đúngcác 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 điện 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 ápgiũa 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

- 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 2.6 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0

2.3 Lựa chọn động cơ một chiều kích từ độc lập

2.3.1 Cấu tạo động cơ

Động cơ điện một chiều gồm có hai phần

1 2

3

4 5 6 7 8

9 10

Hình 2.7 Mặt cắt dọc động cơ điện.

4- Cực từ phụ 10- má cực từ5- Dây quấn cực từ phụ

- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ dược gắn vào

vỏ nhờ những bulông

- Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏmáy Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

- Các bộ phận khác:

+ Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

 Phần quay (Roto): Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau.

- Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép

kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi

ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dể dàng

- Các bộ phận khác

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chếtheo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

+ Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.

Các thông số định mức.

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưỡng chế tạo đã qui định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:

+ Công suất định mức Pđm (KW hay W);

2.3.2 .Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ

có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng

- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện

từ và bằng:

Pđt = M ω = Eư Iư Trong đó: M: là mômen điện từ;

Iư: Dòng điện phần ứng;

Eư: Suất điện động phần ứng;

ω: Tốc độ góc phần ứng; ω= 2 π n

60

2.4 Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ

Do yêu cầu công nghệ cao có đảo chiều quay của động cơ nên hệ truyền động T-Đ được chọn cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về kĩ thuật cũng như về kinh tế.Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có 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

+ 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, mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loạitải, cho nên trong bài báo cáo này em chọn bộ truyền động T-Đ đảo chiều dùnghai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược nhau điều khiển chung, bởi nó dùng cho loại 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

2.2.1 Phương pháp điều khiển chung :

Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộnkháng cân bằng Lc Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch

lưu

*Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π

Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng luôn khácchế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tải

cũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu Vì hai mạch cùng

dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau

U t = U d1 = U d2

Nếu dòng điện liên tục ta có :

Ud1 = Ud0 cosα1 ;

U d2 = Ud0 cosα2 ;

Vậy : Ud0 cosα1 = Ud0 cosα2 ;

Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 180

Nếu α1 là góc mở đối với G1 , α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị α1và

α2 phải được thực hiện theo quan hệ : α1 + α2 = 180

Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-11)

Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1=0 → 90 ,Ud1>0, bấy giờ α2>90 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu, Ui2 < 0.

Ud1 = U0 cos α 1>0 ;

Ui2 = U0 cosα2 < 0 ;

Cả hai điện áp Ud1 và Ui2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M Động cơ chỉ cóthể “nghe theo” Ud1 và quay thuận Động cơ từ chối Ui2 vì các thyristor không thể cho

dòng chảy từ catôt đến anôt

Khi α1 =α = 90, thì Ud1 =Ui2 =0, động cơ ở trạng thái dừng

*Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α1+α2 = π + ξ.

Đây là kiểu điều khiển phối hợp không hoàn toàn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phituyến ξ và ta có :

α1+α2 = π+ξ ;

Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α 1 và α 2 một cách phi tuyến

a)

Hình 2-14 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính

b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến

2.5 Phân tích mạch điều khiển.

2.5.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của van phải có điện áp điều khiển (thường gọi là tín hiệu điều khiển) Để có hệ thống tínhiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta sử dụng mạch điện tạo

ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển

Điện áp điều khiển các Thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại Do đặc điểm của Thyristor là khi van

đã mở thì việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng qua van Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm

tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung.

Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng

bộ, khống chế theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ khối như sau :

Hình 2.9 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

- Khối 1 : Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hóa và phát ra điện áp hình răng cưa đưa đến khối so sánh

- Khối 2 : Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp hình răng cưa

URC và điện áp điều khiển Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạnh tạo xung

- Khối 3: Khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới

Thyristor

U1: Điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu

urc: điện áp tựa hình răng cưa lấy từ đầu ra của khối ĐBH - FXRC

uđk: điện áp điều khiển một chiều dùng để điều khiển giá trị góc mở cực điều khiển của Thyristor

2.5.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:

- Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của Thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển ( Udk) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển

Như vậy bằng cách làm biến đổi Udk , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α.

Như vậy bằng cách làm biến đổi Uđk, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuấthiện xung ra, tức là điều chỉnh góc α

Giữa α và Uđk có quan hệ sau:

α =π U đk

U s max

Người ta lấy Uđkmax = Usmax

2.6 Phân tích các khối trong mạch điện

Hình 2.10 Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng điện trở và điện cảm

+ Mach đồng bộ dùng máy biến áp :Trường hợp này người ta sử dụng máy biến ápcông suấtt nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ BA có the là

một pha hay nhieu pha tuỳ thuộc vào sơ đồ chinh lưu cụ thể Trong sơ đồ ta dùng biếnn áp 3 pha tổ nối dây Y/

Sử dụng biến áp đồng bộ có sẵn cách ly về điện giưa mach động lực và mach điều khiển nên được sử dụng rộng dãi

Hình 2.11 Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng máy biến áp đồng bộ

2.6.2 Mạch phát sóng răng cưa

Một số sơ đồ mạch phát sóng răng cưa điển hình như sau:

Hình 2.12 Mạch phát sóng răng cưa

D –R-C nạp bởi tụ dòng không đổi

Hình 2.13 Mạch phát sóng răng cưa dùng khuếch đại thuật toán

Hình 2.14 Mạch phát sung chữ nhật và phát sóng răng cưa

Trong bài tập này em sử dụng mạch phát sóng răng cưa sử dụng khuếch đạithuật toán

Nguyên lý làm việc của mạch phát sóng răng cưa sử dụng khuếch đại thuật toán

Giới thiệu sơ đồ:

- Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá để tạo ra điện áp đồng bộ hoá Uđbh

* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Trong sơ đồ này ta dùng KÐTT ghép vói tụ C thành một mach tích phân Nguyên lý hoat động của khâu này như sau: Giả thiết Tr khoá tụ C

Được nạp bằng dòng điện đầu ra của KÐTT, dòng nap tụ được xác định ic =

i1+iv Nếu KÐTT là lý tưởng thì điện trở vào của nó bang vô cùng dẫn đến iv- và iv+ =

0, do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/(wR+R) =I=const Ðiều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng không đổi

Vậy ta có: : t = 0 thì udb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến điot D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá tụ C được nạp dòng không đổi Ðiện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính Ðến : t = và bắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến

điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến  t = 2 Tại  t = 2 điện áp đồng

bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lai mở Tr khoá tụ C được nạp điện

Với giả thiết KÐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn Vậy nếu KÐTT đang ở chế độ KÐ tuyến tính thì giữa hai đầu vào được xem như bằng không (uv= 0) Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc Túc là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C Ðồ thị điện áp răng cưa như sau:

Hình 2.15 Giản đồ thời gian

Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KÐTT nên có nội trở rất nhỏ vì vậy điện áp

ra không phụ thuộc vào taỉ mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa Với sơ đồ này dung lượng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 µF Vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với điện áp răng cưa

lý tưởng

2.6.3 Mạch so sánh

Ðể tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ vói chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển được thời điểm xuất hiện cua mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến nhất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mach điện

tử Trong các sơ đồ mạch so sánh thưòng có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có

dang răng cưa (ur), điện áp điều khiển (uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ Hai điện áp ur và uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng cuả chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau, có hai cách nối ur và udk

trên đầu vào mạch so sánh

Hình 2.16 Mạch so sánh mắc nối tiếp

Hình 2.17 Mạch so sánh mắc song song

Trong đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh vói sơ đồ sử dụng

KÐTT, các tín hiệu đầu vào được tổng hợp song song gồm các tín hiệu điện áp đầuvào

* Nguyên lý hoat động như sau :

- Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1 Urc < Uđk hai tín hiệu cần so sánh đưa vào đầu đảocủa KÐTT vì IC làm việc ở chế độ bão hoà nên Ura = Ucc

- Trong khoang từ t1 ÷ t2 Urc > Uđk nên Ura = - Ucc Cứ tiếp tục như vậy ta sẽ nhậnđược tín hiệu sau khâu so sánh như hình vẽ

2.6.4 Mạch sửa xung

Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy rằng khi thay doi trị số uđk để thay đổi góc điều khiển thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh

thay đổii Như vậy là sẽ xuất hiện tình trang có một số trường hợp độ dài xung quángắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung Mach sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các van đề trên.Mach sửa xung làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thờiđiểm bắt đầu xuất hiệnn của mỗi xung Mạch sửa xung được sử dụng sơ đồ như sau:

Hình 2.18 Mạch sửa xung

Nguyên lý làm việc của mạch:

Khi điện áp vào (uv) o mức bão hoà dương (túc là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dương) cùng với sự có mặt của định thiên

R17 làm cho Tranzitor Tr8 mở bão hoà và tụ C2 nap điện theo đường +uv

(điểm E)  C2 R17 Tr8 Tr8 mở bão hoà dẫn đến ura= 0

Khi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C2)  nguồn ucc  D R16 (-C2) Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr8 làm cho Tr8 khoá dẫn đến ở đầu ra nhận được xung ra, nếu như bỏ qua giá trị của R18 thì điện áp ra ura  ucc

Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại nhờ có R17 mà

Tr8 lại được điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhưng tụ C2 đã phóng hết điện tích nên nó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mach phát – gốc) của Tr8 nên Tr8 mở bão hoà nhờ định thiên R17 Như vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức

2.6.5 Mạch chia xung

Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ Hai xung này xuất hiện lệch nhau 1800 độ điên Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1Thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha Như vậy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra

Để thực hiện mạch tách xung người ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện

tử khác nhau đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên , đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử

logic "và" (AND) Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái: Y = X1.X2

Căn cứ vào các phân tích trong các phần trước ta có, điểm A (VA) và điểm B (VB) ởmạch tạo xung điện áp hình chữ nhật có 2 mức logic 0 và mức logic 1(lấy trên các Colectơcủa Tr4 và Tr6 ) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr8 có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tương ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá Như vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phẩn tử logic AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ điện áp đồng bộ hoá Sơ đồ biểu diễn sau

XP1 = VA.VF

XP2 = VB.VF

Trong nửa chu kỳ dương của uđbd sau một góc điều khiển α thì VF =1 kết hợp với

VA= 1, VB = 0 nên nhận được xung ra ở đầu ra G2 còn đầu ra G3 không có xung

dsSd

Trong nửa chu kỳ âm của uđbd Sau góc α thì VF=1 kết hợp với VA= 0 và VB=1 nên nhận xung ở đầu ra G3 (xp2=1) còn đầu ra G2 (xp1=0).

Như vậy với mỗi một kênh phát xung sử dụng mạch tách xung như trên đảm bảo tách riêng rẽ được các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi được tách ra được đưa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tương ứng

2.6.6 Mạch khuếch đại xung

Ðể khuếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồkhuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor Bài tập dài này sẽ sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KÐX) dùng Tranzitor việc sử dụng Tranziror làm mạch KÐX là phổ biến và

dễ dàng thực hiện

Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơn (mắc nối tiếp hai Tranzitor) Hai Tranzitor Trk1 và Trk2 mac noi tiếp tương đương vói một Tranzitor

có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần

Thiết bị đầu ra (Mạch truyền xung): Thông thường có 2 cách truyền xung từ đầu ra

hệ thống điều khiển mạch G - K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung

Truyền xung qua BAX có ưu điểm là:

 Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnhlưu

 Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếpnhau hoặc song song bằng cách dùng BAX nhiều cuộn thứ cấp

 Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuyếch đại công suấtxung và biên độ xung cần thiết trên cực điều khiển của Ti nhờ việc chọn tỷ số BAX hợp lý

 BAX về cơ bản kết cấu giống như biến áp bình thường công suất nhỏ Hoạt độngcủa BAX tương tự biến áp thường với dòng điện không sin hoặc có thể xác định là phi tuyến

và sẽ bằng không khi mạch từ bão hoà BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt độngtrong thời gian ngắn

dsSd

Hình 2.19 Mạch khuếch đại xung

Nguyên lý làm việc

Gọi txv là thời gian tồn tại của một xung điện áp vào

tbh là thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn dây sơ cấp của BAX (khiTr7 và Tr8 mở bão hoà) đến lúc lõi thép bão hoà từ

txr là thời gian tồn tại của xung ra

- Khi t = t2 ( lúc này mạch từ chưa bão hoà) mất xung vào Tr10, Tr9 đóng dòng điện

sơ cấp giảm về không qua D2 Bên thứ cấp có s.đ.đ cảm ứng (ngược chiều với ban đầu do

tự cảm) nhưng nhờ D4 mà xung âm không truyền tới Ti Xung dòng âm khép mạch qua

dsSd

R17 và D3 tiêu tán trên điện trở Nhờ có D2 và D3 mà không xuất hiện điện áp tự cảm rất lớn trên dây quấn sơ thứ của BAX.

 Khi t bh < t xv :

- Khi t < t1 chưa có xung đầu vào, Tr7,8 khoá, không có xung điều khiển

- Khi t = t1: Xuất hiện xung vào làm Tr7,8 mở bão hoà làm xuất hiện xung điều khiển

- Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hoà, từ thông lõi thép bằng const nên mất xung cảm ứng trên W2

- Khi t = t2 dòng điện sơ cấp về không làm xuất hiện xung âm trên dây quấn thứ cấpnhưng không đưa đến mạch G-K như đã nói trên

Như vậy thời gian làm việc của mạch từ BAX có ảnh hưởng rất lớn đến độ dài của xung điều khiển Khi tbh > txv thì độ dài xung điều khiển bằng độ dài xung vào Còn trong trường hợp ngược lại, độ dài xung điều khiển chính bằng thời gian bão hoà mạch từ của BAX

Do đó cần cho BAX có thời gian bão hoà từ đủ lớn

2.7 Giản đồ điện áp, dòng điện của một kênh điều khiển

dsSd

Hình 2.20 Giản đồ điện áp của mạch điều khiển

dsSd

2.8 Phân tích mạch phản hồi và nguồn nuôi

2.8.1 Nguồn một chiều

Hình 2.21 Mạch tạo điện áp nguồn nuôi

- Mạch tạo nguồn nuôi được lấy từ hai bộ chỉnh lưu điot tia 3 pha mắc song song ngược

sử dụng các tụ lọc và các IC ổn áp giữ cho điện áp nguồn nuôi là không đổi

Hình 2.22 Mạch phản hồi âm tốc độ

Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (γn) được lấy thông qua máy phát tốc (FT) nối cứng trục với động cơ điện 1 chiều cần ổn định tốc độ Máy phát tốc được sử dụng là máy phát

tốc 1 chiều, có tốc độ quay định mức bằng tốc độ định mức động cơ.

Máy phát tốc (FT) được gắn cứng trục với trục động cơ, nên tỷ số truyền i=1 và chiều quay của động cơ cũng là chiều quay phát tốc, khi đảo chiều quay thì máy phát tốc

dsSd