Đồ án truyền động điện - Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn cho động cơ điện một chiều, mô phỏng trên phần mềm PSIM.

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 bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn cho động cơ điện một chiều, mô phỏng trên phần mềm PSIM.” Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo ThS. Nguyễn Ngọc Ánh, 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 ! 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 pi, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax -> -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. Với bộ biến đổi van có rất nhiều sơ đồ đấu dây khác nhau nhưng có thể chia làm 2 loại đấu dây chính là đấu dây hình tia và hình cầu. Theo yêu cầu đề tài sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn nên ta sẽ đi phân tích bộ biến đổi này. 2.1.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ mạch động lực Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực - BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thì cũng có thể không cần sử dụng BA nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu của sơ đồ và không yêu cầu cách ly về điện giữa mạch động lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều. - Các van chỉnh lưu có điều khiển từ T1 đến T6 dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp BA là ua , ub , uc thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , Ld , Ed . Chỉ số của các van trong sơ đồ có khác so với trong sơ đồ tổng quát đã nêu: nhóm van kaôt chung thì ký hiệu như sơ đồ tổng quát còn nhóm van anôt chung thì có sự đổi vị trí. Cách ký hiệu như trên sơ đồ hình 2.2 có một ý nghĩa là chỉ số van trên sơ đồ nêu lên thứ tự làm việc của các van. 2.1.2. Nguyên lý làm việc Hình 2.3. Sơ đồ dạng sóng của chỉnh lưu cầu 3 pha Ở đây ta xét một trường hợp với giả thiết điện cảm phụ tải là vô cùng lớn (Ld=). Như đã nêu từ mục 2.1.2 là trong trường hợp dòng tải là liên tục thì 2 nhóm van trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha làm việc tương tự như hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha tương ứng. Dòng qua các van,điện áp trêncác van hoàn toàn giống như ở các sơ đồ tia 3 pha tương ứng. Để xác định điện áp chỉnh lưu tức thời ta có thể dựa vào các phương pháp khác nhau: ví dụ dựa vào thứ tự làm việc của các van ta xác định được trong từng khoảng thời gian 2 van nào của sơ đồ dẫn dòng ta sẽ tìm được ud bằng hiệu điện áp 3 pha mắc vớI 3 van dẫn dòng đó: hoặc ta có thể chọn điện thế điểm trung tính nguồn làm mốc (O=0) lúc đó ta có thể tính được điện thế 2 điểm K và A trên sơ đồ hình 2.2, ta có K bằng điện áp chỉnh lưu của sơ đồ cầu 3 pha các van nối katôt chung udtK , còn -A bằng bằng điện áp chỉnh lưu của sơ đồ cầu 3 pha các van nối anôt chung udtA (K= udtK, A= - udtA). Ta có thể tóm tắt sự hoạt động của sơ đồ trong hơn một chu kỳ như sau: - Từ t=0  t=0 và từ t=5  t=6 hai van T4 và T5 cùng dẫn dòng: ud = uc- ua= uca ; iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4=id=Id ; iT5= id=Id ; iT6 = 0 ; uT1= uac ; uT2= uac ; uT3= ubc ; uT4= 0 ; uT5= 0 ; uT6 = uab; - Từ t=0  t=1 và từ t=6  t=7 hai van T5 và T6 cùng dẫn dòng: ud = uc- ub= ucb ; iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= id=Id ; iT6 = id=Id ; uT1= uac ; uT2= ubc ; uT3= ubc ; uT4= uba ; uT5= 0 ; uT6= 0 ; - Từ t=1  t=2 và sau t=7 hai van T1 và T6 cùng dẫn dòng: ud = ua- ub= uab ; iT1= id=Id ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = id=Id ; uT1= 0 ; uT2= ubc ; uT3= uba ; uT4= uba ; uT5= uca ; uT6 = 0 ; - Từ t=2  t=3 hai van T1 và T2 cùng dẫn dòng:ud = ua- uc= uac; iT1= id=Id ;iT2= id=Id ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ; uT1= 0 ; uT2= 0 ; uT3= uba ; uT4= uca ; uT5= uca ; uT6 = ucb ; - Từ t=3  t=4 hai van T2 và T3 cùng dẫn dòng: ud = ub- uc= ubc ; iT1= 0 ; iT2= id=Id ; iT3= id=Id ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ; uT1= uab ; uT2= 0 ; uT3= 0 ; uT4= uca ; uT5= ucb ; uT6 = ucb ; - Từ t=4  t=5 hai van T3 và T4 cùng dẫn dòng: ud = ub- ua= uba ; iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= id=Id ; iT4= id=Id ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ; uT1= uab ; uT2= uac ; uT3= 0 ; uT4= 0 ; uT5= ucb ; uT6 = uab ; Và từ t=7 thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ t=1. Đồ thị điện áp chỉnh lưu, dòng các van, dòng các pha nguồn xoay chiều khi máy biến áp nối Y/Y . Điện áp trên van có dạng giống như ở sơ đồ hình cầu 3 pha. 2.1.3. Một số biểu thức tính toán U_d=U_do⋅cos⁡α; với ├ U_(d∘)=√((36/π))⋅U_2≈2,34U_2 I_Ttb=I_d/3□( );I_T=√(I_d/3) U_Tthmax=U_(T_ngmax )=√(6⋅U_2 ) Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y I_2=I_T=I_d √(2/3);□( ) I_1=I_d⋅2/3/√(k_ba ) Xác định công suất tính toán máy biến áp: S2=3U2I2= Ud.Id.(/3) S1=3U1I1= Ud.Id.(/3 SttBA=(S1+S2)/2 = S1 = S2 = Ud.Id.(/3) 1,05.Ud.Id 2.1.4. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ a- Khi phụ tải thuần trở (Rd0, Ed=0, Ld=0 ) Trên hình 2-4 biểu diễn K và A tương ứng với một giá trị khác nhau của góc điều khiển: =300 ; =600 ; =900. Nhìn vào đồ thị ta nhận thấy có thể xẩy ra 2 chế độ làm khác nhau tương ứng với 2 vùng giá trị của : * Chế độ thứ nhất: Khi /3   thì dòng tải liên tục. Sự chuyển mạch dòng điện trong các van nhóm katôt chung (có điều khiển) diễn ra ở thời điểm truyền xungđiều khiển đến các van. Sự chuyển mạch dòng điển trong nhóm van anôt chung (không điều khiển) diễn ra tại thời điểm chuyển mạch tự nhiên.Trong trường hợp này từ đồ thị hình 2-4 ta có: Ud = Ud0.(1+cos)/2 * Chế độ thứ hai: Khi 2/3  >/3, dòng qua tải bị gián đoạn. Việc mở các van trong cả hai nhóm van diễn ra từng cặp tại các thời điểm ta truyền xung điều khiển đến các van có điều khiển. Sự chuyển mạch dòng điện từ van này sang van khác lúc này không xảy ra vì dòng tải cũng như dòng qua các van đã bằng không trước thời điểm ta đưa xung điều khiển đến mở van tiếp theo. Từ đồ thị hình 2-4 ta có: Ud = Ud0.(1+cos)/2 Như vậy khi tải thuần trở thì trong cả hai chế độ dòng tải liên tục và gián đoạn ta đều có chung một biểu thức để xác định điện áp chỉnh lưu trung bình. b- Khi điện cảm mạch tải vô cùng lớn (Ld=) Nghiên cứu sơ đồ trong trường hợp này thuận tiện nhất là xem như nối nối tiếp 2 sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha , một sơ đồ có điều khiển gồm các van T1,T2, T3 nối katôt chung và một sơ đồ không điều khiển gồm 3 điôt D1 , D2 , D3 , mắc anôt chung. Dòng tải liên tục và bằng phẳng. Với trường hợp này ta có thể coi rằng sơ đồ cầu 3 pha bán điều khiển bị phân tích thành 2 sơ đồ hình cầu 3 pha làm việc độc lập. Điện áp chỉnh lưu đầu ra của sơ đồ cầu bằng tổng điện áp chỉnh lưu của 2 sơ đồ tia mà một có điều khiển và một không điều khiển (chú ý rằng điện áp chỉnh lưu trung bình khi =0 của sơ đồ cầu 3 pha gấp đôi của sơ đồ cầu 3 pha) : Ud = Ud0/2 + (Ud0/2).cos = Ud0.(1+cos)/2 So sánh biểu thức này với biểu thức tính Ud khi tải thuần trở ta thấy chúng hoàn toàn giống nhau. Vậy trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển thì điện áp chỉnh lưu trung bình khi tải điện trở và khi dòng tải liên tục là như nhau với cùng một giá trị góc điều khiển. Nhận xét: Do sử dụng cả các van không điều khiển nên khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc thì dòng điện lưới (nguồn) ngoài các sóng hài bậc lẻ như đã nêu còn có cả các sóng hài bậc chẵn. -Ưu điểm: +Thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hóa, dễ điều khiển và ổn định dòng. +Số xung áp chỉnh lưu trong một chu kì lớn, vì vậy bộ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao. +Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van trong một chu kì thấp, chỉ bằng 1/3 dòng chỉnh lưu. +Do sơ đồ là đối xứng nên không làm lệch pha lưới điện. +Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu. -Nhược điểm: +Với giá thành thiết bị cao do đó mà nhược điểm chủ yếu của sơ đồ là sử dụng số van lớn. +Điều khiển phức tạp đối với các cơ cấu trong mạch điều khiển. 2.2. Thiết kế mạch điều khiển. 2.2.1. Đặt vấn đề Sau khi chọn bộ chỉnh lưu cấp điện áp cho phần ứng động cơ thì vấn đề tiếp theo phải giải quyết là làm thế nào để điều chỉnh điện áp ra ,điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động để hạn chế dòng điện không vượt quá giá trị cho phép Ikđ=(2÷2,5)Iđm ,hay để ổn định tốc độ khi tốc độ có xu hướng tăng hoặc giảm ,hay giảm khả năng quá tải thì mạch điều khiển phải tạo ra xung điều khiển tới các tiristor để sao cho điện áp ra tăng hoặc giảm theo chiều chống lại các hịên tượng đó .Ngoài ra phải lựa chọn được phương pháp điều khiển tối ưu và sơ đồ mạch điều khiển đơn giản nhất. 2.2.2. Các nguyên tắc điều khiển Ta đã biết để van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện trên van đó phải có điện áp thuận thì trên điện cực điều khiển và katot của van phải có một điện áp điều khiển (mà thường gọi là tín hiệu điều khiển). Để có hệ thống xuất hiện theo đúng yêu cầu mở van người ta sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Các dạng tín hiệu xung điều khiển: Hình 2.5. Các dạng xung điều khiển Các xung điều khiển được tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với một độ dự trữ nhất định) để mở van với mọi loại phụ tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng 200 đến 600 μs. - Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng có thể phân chia làm hai nhóm: Nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ và nhóm hệ thống điều khiển không đồng bộ. nhóm thứ nhất đang được sử dụng phổ biến hiện nay và ta chỉ nghiên cứu nhóm này. Các hệ thống đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm. + Hệ thống điều khiển theo pha đứng. + Hệ thống điều khiển theo pha ngang. + Hệ thống điều khiển dùng điốt hai cực gốc (Tranzito một tiếp giáp). Thông thường sử dụng hệ thống điều khiển theo pha đứng và sử dụng điốt hai cực gốc . Sau đây ta sẽ xây dựng một hệ thống điều khiển theo pha đứng . 2.2.3. Sơ đồ khối của mạch tạo xung - Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu: Về nguyên tắc mỗi Tiristor có một kênh. Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu cầu 3 pha 3T thì cần 3 kênh, kênh nọ lệch kênh kia 120o - Sơ đồ khối: Hình 2.6. Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển +Khối đồng bộ hoá (ĐBH): Thông thường sử dụng biến áp và điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ hoá. Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạo xung điều khiển. Cực tính, pha, cuộn dây thay đổi dễ dàng. + Khối tạo sóng răng cưa (SRC): Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh với điện áp điều khiển. Việc so sánh ấy được gửi tới khối 3. Điện áp thường được tạo ra dưới dạng sóng. + Khối so sánh (SS): So sánh điện áp tựa (điện áp răng cưa) với uđk, giao điểm hai điện áp này xác định góc mở a. Như vậy đầu ra của khối so sánh này xác định góc điều khiển. + Khối tạo xung (TX): Xác đinh độ rộng, độ dốc, công suất xung (biên độ) thoả mãn để mở T. Khối phân chia xung (PCX): Dẫn xung đến các T. Thông thường dùng BAX cuộn sơ bên TX và cuộn thứ bên T. Tuy nhiên khi thiết kế ta thường ghép lại thành 3 khối. - Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng c¬ưa - Khối 2: Khối so sánh - - Khối 3: Khối tạo xung (TX) Hình 2.7. Sơ đồ đơn giản 1 kênh tạo xung - U1 : Là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu - Urc: Là điện áp tựa thường có hình răng cưa - Uđk¬: Là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc mở . - UđkT : Điện áp điều khiển Thiristor là chuỗi các xung điều khiển được lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katot (k) của Thiristor * Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng, có thể được tóm tắt như sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn, điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu Uđb. Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch này, kết quả là đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa ta có hệ thống điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa Urc. Các điện áp răng cưa được đưa vào đầu vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu điện áp khác nữa là điện áp điều khiển chiều điều chỉnh được và đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này được mắc vào cực tính sao cho tác động của chúng nên mạch và khối so sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy, khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự số do tín hiệu ra của mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có hoặc không. Tín hiệu trên đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của Urc. Nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của Urc được sử dụng, điều đó có nghĩa là tại thời điểm ở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa thì trên đầu ra của khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp.Từ đó ta thấy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị của Uđk khi giữ nguyên Urc. Trong một số trường hợp thì xung ra từ khối so sánh được đưa đến cực điều khiển của Thiritor, nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Thiristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện khuếch đại thay đổi hình dáng của xung. Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch gọi là mạch tạo xung. Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu hoặc sơ đồ hình tia nhiều pha ta có nhiều Thiristor để tạo ra tín hiệu điều khiển cho nhiều van trong hệ thống điều khiển có hai phương pháp: - Sử dụng nhiều mạch phát xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều có các khối giống nhau và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lưới (khác pha) đặt vào mạch đồng bộ. Mỗi mạch phát xung được dùng để tạo xung điều khiển cho một van hoặc một số van mắc nối tiếp hoặc mắc song song. Mạch điều khiển loại này gọi là mạch nhiều kênh phát xung cho một van gọi là một kênh điều khiển. - Người ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng cưa, một khối so sánh. Như vậy xung đầu ra của khối so sánh thường có tần số gấp n lần tần số nguồn (n = q) lúc đó để có n (hay q) kênh xung khác nhau có tần số bằng tần số nguồn thì trong khối tạo xung phải có thêm một mạch điện làm nhiệm vụ phân chia xung điều khiển loại này gọi là mạch điều khiển một kênh. 2.2.4. Thiết kế mạch 2.2.4.1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBHFRC) Khối đồng bộ hoá : Để lấy tín hiệu đồng bộ hoá với tín hiệu điện áp thuận đặt lên tiristor hiện nay dùng các máy biến điện áp có tổ nối dây Y/∆ hoặc ∆/Y ,Y/Y Mạch phát sóng răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hình răng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra mạch phát xung. Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thống xung điều khiển xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, kỹ thuật điện tử chỉ ra rằng để tạo điện áp răng cưa phù hợp với tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số -> Mạch ĐBH sẽ đảm nhận chức năng này. Trong thực tế người ta có thể thiết kế khối tạo sóng răng cưa từ nhiều phần tử linh kiện bán dẫn khác nhau : như sử dụng các tranzitor kết hợp IC thuật toán ,hay sử dụng các điốt với tụ. Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa: Hình 2.8. Sơ đồ và giản đồ làm việc mạch phát sóng răng cưa * Giới thiệu sơ đồ - BAĐ là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá. - Điôt D , transitor Tr, các điện trở R1, R2, R3, R4 và biến trở WR, tụ điện C là các phần tử của mạch phát điện áp răng cưa. - Điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu ul - Phần mạch tạo điện áp răng cưa cũng sử dụng điôt,transitor,các điện trở,tụ điện và ở đây để tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếch đại thuật toán vi điện tử 2.2.4.2. Khối so sánh Để tạo ra một hệ thống có tính chu kỳ và độ rộng xác định và cùng tần số với điện áp lưới cung cấp cho mạch lực và điều khiển được sự xuất hiện của mỗi xung thì phải qua bộ so sánh ,so sánh điện áp răng cưa tạo ra từ bộ FSRC với điện áp điều khiển Uđk (hay còn gọi là điện áp mẫu ) trong một chu kỳ điện áp nguồn cứ khi nào biên độ hai điện áp này bằng nhau thì điện áp đầu ra khối so sánh lậy trạng thái từ mức 0 nên mức 1 hay ngược lại.và cần chú ý hai điện áp này ngược cực tính nhau. Sơ đồ khâu so sánh: Hình 2.9. Sơ đồ và giản đồ khâu so sánh 2.2.4.3. Khối sửa xung và khuyếch đại xung a. Khối sửa xung . Dạng xung ra của khâu so sánh có độ rộng bất kỳ có cả xung âm và xung dương với biên độ bằng Ubh của khuyếch đại thuật .Do chỉ có xung dương có độ rộng thích hợp mới mở tirristor vì vậy cần tạo ra một mạch sửa dạng xung ra. Hình 2.10. Sơ đồ và giản đồ khối sửa xung -Nguyên lý làm việc: Trong khoảng thời gian từ . Giả sử tụ C2 đã được nạp đầy và có cực tính như giản đồ điện áp. Tr¬2 được mở (giả thiết là mở bảo hòa) nhờ điện áp định thiên R9, điện áp đầu ra khâu sửa xung bằng không . Khi đầu ra khâu so sánh lật trạng thái (có giá trị âm) tại thời điểm tụ sẽ phóng điện và đường phóng của tụ : +C -> R8-> nội trở nguồn so sánh -> mát -> D2 -> -C. Khi tụ phóng hết thì tụ nạp ngược lai : +Ucc -> R9 -> C2 -> R8 - > nội trở nguồn so sánh -> -Ucc. Trong thời gian phong nạp của tụ C2 thì Tr2 bị dặt điện áp ngược và khóa lại. Lúc này đầu ra của khâu sửa xung xuất hiện một điện ap dương , xung này qua mạch khuếch đại và được truyền đến mở các Thyristor. Khi tụ C2 được nạp đầy thì Tr2 lại mở ra -> Usx = 0. Như vậy, thời gian tồn tại xung đầu ra của khối sửa xung phụ thuộc vào thời gian phóng nạp của tụ C2. b. Mạch khuyếch đại xung xung ra mạch xửa xung có độ rộng phù hợp nhưng công suất vẫn nhỏ chưa thể mở tiristor do đó phải khuyếch đại tín hiệu xung để thực hiện thông thường hay sử dụng mạch Dalington có sơ đồ như sau: Hình 2.11. Sơ đồ,giản đồ làm việc mạch khuyếch đại xung Gọi txv : là thời gian tồn tại của xung điện áp vào. txr : Là thời gian tồn tại của xung điện áp ra. tbh : là thời gian tính từ lúc đóng +Ucc cho đến khi từ thông lõi thép BAX đạt bh + Trường hợp tbh  txv Khi t < t1, Uv = 0 nên Tr1 và Tr2 khoá => UĐTK= 0 ( chưa có tín hiệu điều khiển). Tại t= t1 xuất hiện 1 xung dương ( Uv khác 0 ) đặt vào Tr1 mở => Tr2 mở (giả thiết mở bão hoà ). Khi đó, cuộn dây W1 được đặt Ucc và suất hiện I1 (như hình vẽ). Do vậy, phía cuộn dây W2 xuất hiện xung điện áp thuận trên D3 và dẫn đến D3 thông có UĐKT. Tại t = t1’ mất xung vào Uv khác 0 thì Tr1 và Tr2 khoá nên I1 giảm về đến 0 nên từ thông trong lõi thép biến thiên theo chiều ngược khi Tr1 và Tr2 mở để chống lại sự giảm của I¬1 . Do đó các cuộn dây của BAX xuất hiện các xung có cực tính ngược.lại. D3 bị đặt xung điện áp ngược nên D3 khoá => UĐKT = 0. Lúc này mạch được bảo vệ nhờ D1 và D2. Hình 2.12. Sơ Đồ hoàn chỉnh một kênh tạo xung 2.2.4.4. Mạch phản hồi âm tốc độ Đối với các máy về yêu cầu ổn định tốc độ làm việc là rất cần thiết nhằm nâng cao chất lượng làm việc của hệ thống ,nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm .Mặt khác độ ổn định tốc độ còn ảnh hưởng quan trọng tới dải điều chỉnh và khả năng quá tải của động cơ .Độ ổn định tốc độ càng cao thì dải điều chỉnh càng có khả năng mở rộng và mô men quá tải càng lớn chính vì vậy các hệ truyền động hiện đại thường sử dụng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ . Hình 2.13. Mạch phản hồi âm tốc độ Khâu phản hồi âm tốc độ gồm thiết bị đo tốc độ là máy phát tốc 1 chiều ,Thiết bị đo điện áp 1 chiều dùng biến trở con trượt. -Nguyên lý làm việc của mạch phản hồi âm tốc độ Khi có sự thay đổi tốc độ do các nhiễu sinh ra như nhiễu do lưới điện nhiếu do phụ tải ,nhiễu thông số trên bộ khuyếch đại ,bộ biến đổi ,rên động cơ ,hay nhiễu do kích từ … tất cả các nhiễu này máy Fát tốc đều phát hiện và phản ánh về điện áp vào hệ thống qua các khâu khuyếch đại trung gian có chiều hướng ngược lại Do đó sẽ ổn định được tốc độ. 2.2.4.5. Mạch nguồi nuôi Sử dụng 2 sơ đồ cầu 3 pha không điều khiển dùng các đi ốt mắc ngược nhau để tạo ra 2 nguồn 1 chiều +15V và -15 V. Hình 2.14. Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi 2.2.4.6. Mạch ngắt dòng. Trong các hệ truyền động đều xảy ra quá trình quá độ như là khi khởi động hay điều chỉnh tốc độ ,hay đảo chiều quay thì dòng điện trong động cơ truyền động đều rất lớn làm ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bị cũng như gây ra rung giật va đập và động cơ còn phải làm việc quá tải vì vậy cần phải có một khâu ngắt dòng để đảm bảo cho dòng điện trong động cơ luôn nhỏ hơn giá trị cho phép. Khâu ngắt dòng thực hiện chức năng này. Hình 2.15. Sơ đồ mạch khâu ngắt dòng.   CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 3.1. Mục đích và ý nghĩa. Việc lựa chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng về cả mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế trong quá trình thiết kế để thiết bị làm việc được tin cậy, chắc chắn và đạt độ bền cao. Thì các thông số định mức của nó trong quá trình thiết kế phải lớn hơn lượn định mức yêu cầu. Hay giá trị định mức của các thông số được chọn phải lớn hơn giá trị định mức yêu cầu k lần. Nhưng k nếu k lớn quá thì gây ra việc lãng phí, không tận dụng được hết khả năng của các thiết bị, thiết bị luôn làm việc ở tình trạng non tải, hiệu suất của hệ thống sẽ đạt mức thấp và cũng không tốt cho thiết bị. Ngược lại, k nhỏ thì quá trình làm việc không an toàn, dễ gây nên hỏng trong quá trình vận hành do làm việc quá tải. Vì vậy, việc tính chọn phải được lựa chọn sao cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cũng như về kinh tế sao cho đảm bảo hệ thống được an toàn nhất và kinh tế nhất. 3.2. Tính chọn mạch động lực

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọilĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suấtchất 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 vimạch 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 họctrong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụngrộng 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 bộ chỉnh lưu cầu

ba pha điều khiển hoàn toàn cho động cơ điện một chiều, mô phỏng trên phần mềm PSIM.”

Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo ThS Nguyễn Ngọc Ánh, 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 kinhnghiệm 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 vànghơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn !

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 cứvào 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 cầnđảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động Phải đảm bảo được các chỉ tiêu vềmặt 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 hệthống 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 quanđến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất Nếunhư lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hànhtrình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽhoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờtrước

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 độngđiện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộctính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giáthành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữađơn 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

-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 nhiềuthời gian như vậy thì năng suất lao động không cao.gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thờigian 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

ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi Kích từ độc lập thì từ thông chínhkhông phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm thừ thôngtheo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn Từ sự so sánh tươngquan 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 độngchính 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 cảntrên trục động cơ

- Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc tínhmômen 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 đặtlên 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

- 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 giờcũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từcủa 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 máykhuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổi chỉnhlưu 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 tiêukinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹthuật

Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ) Vì phương ánnày 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 thànhnguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng cáchthay đổi Uđk

+ Nguyên lý điều khiển:

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

+ Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau:

- Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến pi, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ+Edmax -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặtphẳng 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 tượngchuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên

+ 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 vùnggián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ thống đảo chiềuphức 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 côngsuất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ số công suấtcosφ  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 hệthống 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 mạchkích từ vẫn được nối như cũ

Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năngcủa 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

T1ia

idiT1 iT3

A

KiT5

iA

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

- BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 phathì cũng có thể không cần sử dụng BA nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu c

ầu của sơ đồ và không yêu cầu cách ly về điện giữa mạch động lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều

- Các van chỉnh lưu có điều khiển từ T1 đến T6 dùng để biến đổi điện áp xoay chi

ều 3 pha bên thứ cấp BA là ua , ub , uc thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , L

d , Ed Chỉ số của các van trong sơ đồ có khác so với trong sơ đồ tổng quát đã nêu: nhóm van kaôt chung thì ký hiệu như sơ đồ tổng quát còn nhóm van anôt chung thì có sự đổi

vị trí Cách ký hiệu như trên sơ đồ hình 2.2 có một ý nghĩa là chỉ số van trên sơ đồ nêu l

ên thứ tự làm việc của các van

2.1.2 Nguyên lý làm việc

Hình 2.3 Sơ đồ dạng sóng của chỉnh lưu cầu 3 pha

Ở đây ta xét một trường hợp với giả thiết điện cảm phụ tải là vô cùng lớn (Ld=).Như đã nêu từ mục 2.1.2 là trong trường hợp dòng tải là liên tục thì 2 nhóm van trong s

ơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha làm việc tương tự như hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha tương ứng Dòng qua các van,điện áp trêncác van hoàn toàn giống như ở các sơ đồ tia 3 pha tương ứng Để xác định điện áp chỉnh lưu tức thời ta có thể dựa vào các phương pháp kh

ác nhau: ví dụ dựa vào thứ tự làm việc của các van ta xác định được trong từng khoảng th

ời gian 2 van nào của sơ đồ dẫn dòng ta sẽ tìm được ud bằng hiệu điện áp 3 pha mắc vớI

3 van dẫn dòng đó: hoặc ta có thể chọn điện thế điểm trung tính nguồn làm mốc (O=0) l

úc đó ta có thể tính được điện thế 2 điểm K và A trên sơ đồ hình 2.2, ta có K bằng điện

áp chỉnh lưu của sơ đồ cầu 3 pha các van nối katôt chung udtK , còn -A bằng bằng điện á

p chỉnh lưu của sơ đồ cầu 3 pha các van nối anôt chung udtA (K= udtK, A= - udtA) Ta có th

ể tóm tắt sự hoạt động của sơ đồ trong hơn một chu kỳ như sau:

- Từ t=0  t=0 và từ t=5  t=6 hai van T4 và T5 cùng dẫn dòng: ud

= uc- ua= uca ;

iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4=id=Id ; iT5= id=Id ; iT6 = 0 ;

uT1= uac ; uT2= uac ; uT3= ubc ; uT4= 0 ; uT5= 0 ; uT6 = uab;

- Từ t=0  t=1 và từ t=6  t=7 hai van T5 và T6 cùng dẫn dòng:

ud = uc- ub= ucb ;

iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= id=Id ; iT6 = id=Id ;

uT1= uac ; uT2= ubc ; uT3= ubc ; uT4= uba ; uT5= 0 ; uT6= 0 ;

- Từ t=1  t=2 và sau t=7 hai van T1 và T6 cùng dẫn dòng: ud = ub= uab ;

iT1= id=Id ; iT2= 0 ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = id=Id ;

uT1= 0 ; uT2= ubc ; uT3= uba ; uT4= uba ; uT5= uca ; uT6 = 0 ;

- Từ t=2  t=3 hai van T1 và T2 cùng dẫn dòng:ud = ua- uc= uac;

iT1= id=Id ;iT2= id=Id ; iT3= 0 ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ;

uT1= 0 ; uT2= 0 ; uT3= uba ; uT4= uca ; uT5= uca ; uT6 = ucb ;

- Từ t=3  t=4 hai van T2 và T3 cùng dẫn dòng: ud = ub- uc= ubc ;

iT1= 0 ; iT2= id=Id ; iT3= id=Id ; iT4= 0 ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ;

uT1= uab ; uT2= 0 ; uT3= 0 ; uT4= uca ; uT5= ucb ; uT6 = ucb ;

- Từ t=4  t=5 hai van T3 và T4 cùng dẫn dòng: ud = ub- ua= uba ; iT1= 0 ; iT2= 0 ; iT3= id=Id ; iT4= id=Id ; iT5= 0 ; iT6 = 0 ;

uT1= uab ; uT2= uac ; uT3= 0 ; uT4= 0 ; uT5= ucb ; uT6 = uab ;

Và từ t=7 thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ t=1

Đồ thị điện áp chỉnh lưu, dòng các van, dòng các pha nguồn xoay chiều khi máy biến áp nối Y/Y Điện áp trên van có dạng giống như ở sơ đồ hình cầu 3 pha

2.1.3 Một số biểu thức tính toán

U d =U do ⋅cos α ; với U d ∘=√(36/ π)⋅U2≈ 2 ,34 U2

I Ttb =I d /3; I T=√I d/3

U Tthmax =U T ngmax=√6⋅U2

Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y

I2=I T =I d√2/3; I1=I d ⋅2/3/√k ba

Xác định công suất tính toán máy biến áp:

S2=3U2I2= Ud.Id.(/3)

S1=3U1I1= Ud.Id.(/3

SttBA=(S1+S2)/2 = S1 = S2 = Ud.Id.(/3) 1,05.Ud.Id

2.1.4 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

a- Khi phụ tải thuần trở (Rd0, Ed=0, Ld=0 )

Trên hình 2-4 biểu diễn K và  A tương ứng với một giá trị khác nhau của góc điều khiển: =300 ; =600 ; =900 Nhìn vào đồ thị ta nhận thấy có thể xẩy ra 2 chế độ làm khác nh

au tương ứng với 2 vùng giá trị của :

* Chế độ thứ nhất: Khi /3   thì dòng tải liên tục Sự chuyển mạch dòng điện trong c

ác van nhóm katôt chung (có điều khiển) diễn ra ở thời điểm truyền xungđiều khiển đế

n các van Sự chuyển mạch dòng điển trong nhóm van anôt chung (không điều khiển) di

ễn ra tại thời điểm chuyển mạch tự nhiên.Trong trường hợp này từ đồ thị hình 2-4 ta có:

Ud = Ud0.(1+cos)/2

* Chế độ thứ hai: Khi 2/3  >/3, dòng qua tải bị gián đoạn Việc mở các van trong c

ả hai nhóm van diễn ra từng cặp tại các thời điểm ta truyền xung điều khiển đến các van c

ó điều khiển Sự chuyển mạch dòng điện từ van này sang van khác lúc này không xảy ra

vì dòng tải cũng như dòng qua các van đã bằng không trước thời điểm ta đưa xung điều khiển đến mở van tiếp theo Từ đồ thị hình 2-4 ta có:

Ud = Ud0.(1+cos)/2

Như vậy khi tải thuần trở thì trong cả hai chế độ dòng tải liên tục và gián đoạn ta đều có chung một biểu thức để xác định điện áp chỉnh lưu trung bình

b- Khi điện cảm mạch tải vô cùng lớn (Ld=)

Nghiên cứu sơ đồ trong trường hợp này thuận tiện nhất là xem như nối nối tiếp 2 s

ơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha , một sơ đồ có điều khiển gồm các van T1,T2, T3 nối katôt

(3/2) 6 U2.sin(t) dt

chung và một sơ đồ không điều khiển gồm 3 điôt D1 , D2 , D3 , mắc anôt chung Dòng tả

i liên tục và bằng phẳng Với trường hợp này ta có thể coi rằng sơ đồ cầu 3 pha bán điều khiển bị phân tích thành 2 sơ đồ hình cầu 3 pha làm việc độc lập Điện áp chỉnh lưu đầu

ra của sơ đồ cầu bằng tổng điện áp chỉnh lưu của 2 sơ đồ tia mà một có điều khiển và m

ột không điều khiển (chú ý rằng điện áp chỉnh lưu trung bình khi =0 của sơ đồ cầu 3 phagấp đôi của sơ đồ cầu 3 pha) :

Ud = Ud0/2 + (Ud0/2).cos = Ud0.(1+cos)/2

So sánh biểu thức này với biểu thức tính Ud khi tải thuần trở ta thấy chúng hoàn to

àn giống nhau Vậy trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển thì điện áp chỉnh lưutrung bình khi tải điện trở và khi dòng tải liên tục là như nhau với cùng một giá trị góc điều khiển

Nhận xét: Do sử dụng cả các van không điều khiển nên khi sơ đồ chỉnh lưu làm vi

ệc thì dòng điện lưới (nguồn) ngoài các sóng hài bậc lẻ như đã nêu còn có cả các sóng h

ài bậc chẵn

-Ưu điểm:

+Thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hóa, dễ điều khiển và ổn định dòng.+Số xung áp chỉnh lưu trong một chu kì lớn, vì vậy bộ đập mạch của điện áp chỉnhlưu thấp, chất lượng điện áp cao

+Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van trong một chu kì thấp, chỉbằng 1/3 dòng chỉnh lưu

+Do sơ đồ là đối xứng nên không làm lệch pha lưới điện

+Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu

-Nhược điểm:

+Với giá thành thiết bị cao do đó mà nhược điểm chủ yếu của sơ đồ là sử dụng sốvan lớn

+Điều khiển phức tạp đối với các cơ cấu trong mạch điều khiển

2.2 Thiết kế mạch điều khiển.

2.2.1 Đặt vấn đề

Sau khi chọn bộ chỉnh lưu cấp điện áp cho phần ứng động cơ thì vấn đề tiếp theophải giải quyết là làm thế nào để điều chỉnh điện áp ra ,điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởiđộng để hạn chế dòng điện không vượt quá giá trị cho phép Ikđ=(2÷2,5)Iđm ,hay để ổn

định tốc độ khi tốc độ có xu hướng tăng hoặc giảm ,hay giảm khả năng quá tải thì mạchđiều khiển phải tạo ra xung điều khiển tới các tiristor để sao cho điện áp ra tăng hoặcgiảm theo chiều chống lại các hịên tượng đó Ngoài ra phải lựa chọn được phương phápđiều khiển tối ưu và sơ đồ mạch điều khiển đơn giản nhất.

2.2.2 Các nguyên tắc điều khiển

Ta đã biết để van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện trên van đó phải có điện áp thuận thì trên điện cực điều khiển và katot của van phải có một điện áp điều khiển (mà thường gọi là tín hiệu điều khiển) Để có

hệ thống xuất hiện theo đúng yêu cầu mở van người ta sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu

Các dạng tín hiệu xung điều khiển:

Hình 2.5 Các dạng xung điều khiển

Các xung điều khiển được tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với một độ dự trữ nhất định) để mở van với mọi loại phụ tải có thể có khi sơ đồ làm việc Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng 200 đến 600 μs

- Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng có thể phân chia làm hai nhóm: Nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ và nhóm hệ thống điều khiển không đồng bộ

nhóm thứ nhất đang được sử dụng phổ biến hiện nay và ta chỉ nghiên cứu nhómnày

Các hệ thống đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm

+ Hệ thống điều khiển theo pha đứng

+ Hệ thống điều khiển theo pha ngang

+ Hệ thống điều khiển dùng điốt hai cực gốc (Tranzito một tiếp giáp)

Thông thường sử dụng hệ thống điều khiển theo pha đứng và sử dụng điốt hai cựcgốc Sau đây ta sẽ xây dựng một hệ thống điều khiển theo pha đứng

2.2.3 Sơ đồ khối của mạch tạo xung

- Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu: Về nguyên tắc mỗi Tiristor có một kênh Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu cầu 3 pha 3T thì cần 3 kênh, kênh nọ lệch kênh kia 120o

- Sơ đồ khối:

Hình 2.6 Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển

+Khối đồng bộ hoá (ĐBH): Thông thường sử dụng biến áp và điện áp này đượcgọi là điện áp đồng bộ hoá

Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạo

xung điều khiển Cực tính, pha, cuộn dây thay đổi dễ dàng

+ Khối tạo sóng răng cưa (SRC): Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh vớiđiện áp điều khiển Việc so sánh ấy được gửi tới khối 3 Điện áp thường được tạo ra dướidạng sóng

+ Khối so sánh (SS): So sánh điện áp tựa (điện áp răng cưa) với uđk, giao điểm haiđiện áp này xác định góc mở a Như vậy đầu ra của khối so sánh này xác định góc điềukhiển

+ Khối tạo xung (TX): Xác đinh độ rộng, độ dốc, công suất xung (biên độ) thoảmãn để mở T

Khối phân chia xung (PCX): Dẫn xung đến các T Thông thường dùng BAXcuộn sơ bên TX và cuộn thứ bên T

Tuy nhiên khi thiết kế ta thường ghép lại thành 3 khối

- Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa

32

1

TXSS

DBH - FSRC

Hình 2.7 Sơ đồ đơn giản 1 kênh tạo xung

- U1 : Là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

- Urc: Là điện áp tựa thường có hình răng cưa

- Uđk: Là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc

mở α

- UđkT : Điện áp điều khiển Thiristor là chuỗi các xung điều khiển được lấy từ đầu

ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katot (k) của Thiristor

* Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng, có thểđược tóm tắt như sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu đượcđưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có điện ápthường có dạng hình sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu vàtrùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn, điện áp này được gọi là điện

áp đồng bộ và ký hiệu Uđb Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa

để khống chế sự làm việc của mạch này, kết quả là đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa

ta có hệ thống điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện ápđồng bộ Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa Urc Các điện áp răng cưa được đưa vàođầu vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu điện áp khác nữa là điện áp điều khiểnchiều điều chỉnh được và đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này được mắc vào cực tính saocho tác động của chúng nên mạch và khối so sánh là ngược chiều nhau Khối so sánh làmnhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệtđối bằng nhau thì đầu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái Như vậy, khối so sánh là mộtmạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự số do tín hiệu ra của mạch sosánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có hoặc không Tín hiệu trên đầu ra khối sosánh là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của Urc Nếu thời điểm bắt đầu xuấthiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của Urc được sử dụng, điều đó cónghĩa là tại thời điểm |Urc|=|Udk| ở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng

cưa thì trên đầu ra của khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp.Từ đó ta thấy

có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trịcủa Uđk khi giữ nguyên Urc Trong một số trường hợp thì xung ra từ khối so sánh đượcđưa đến cực điều khiển của Thiritor, nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối

so sánh chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Thiristor Để có tín hiệu

đủ yêu cầu người ta thực hiện khuếch đại thay đổi hình dáng của xung Các nhiệm vụ nàyđược thực hiện bởi một mạch gọi là mạch tạo xung

Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu hoặc sơ đồ hình tia nhiều pha ta có nhiều Thiristor đểtạo ra tín hiệu điều khiển cho nhiều van trong hệ thống điều khiển có hai phương pháp:

- Sử dụng nhiều mạch phát xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều có các khốigiống nhau và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lưới (khác pha) đặt vào mạch đồng

bộ Mỗi mạch phát xung được dùng để tạo xung điều khiển cho một van hoặc một số vanmắc nối tiếp hoặc mắc song song Mạch điều khiển loại này gọi là mạch nhiều kênh phátxung cho một van gọi là một kênh điều khiển

- Người ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng cưa, mộtkhối so sánh Như vậy xung đầu ra của khối so sánh thường có tần số gấp n lần tần sốnguồn (n = q) lúc đó để có n (hay q) kênh xung khác nhau có tần số bằng tần số nguồn thìtrong khối tạo xung phải có thêm một mạch điện làm nhiệm vụ phân chia xung điềukhiển loại này gọi là mạch điều khiển một kênh

2.2.4 Thiết kế mạch

2.2.4.1 Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBHFRC)

Khối đồng bộ hoá : Để lấy tín hiệu đồng bộ hoá với tín hiệu điện áp thuận đặt lêntiristor hiện nay dùng các máy biến điện áp có tổ nối dây Y/∆ hoặc ∆/Y ,Y/Y

Mạch phát sóng răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hìnhrăng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra mạch phátxung Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thốngxung điều khiển xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồchỉnh lưu, kỹ thuật điện tử chỉ ra rằng để tạo điện áp răng cưa phù hợp với tần số và gócpha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ đượcđiều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số -> Mạch ĐBH sẽ đảm nhận chức năng này

Trong thực tế người ta có thể thiết kế khối tạo sóng răng cưa từ nhiều phần tử linh kiện bán dẫn khác nhau : như sử dụng các tranzitor kết hợp IC thuật toán ,hay sử dụng các điốt với tụ.

- Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa:

Hình 2.8 Sơ đồ và giản đồ làm việc mạch phát sóng răng cưa

* Giới thiệu sơ đồ

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá

- Điôt D , transitor Tr, các điện trở R1, R2, R3, R4 và biến trở WR, tụ điện C là cácphần tử của mạch phát điện áp răng cưa

- Điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu ul

- Phần mạch tạo điện áp răng cưa cũng sử dụng điôt,transitor,các điện trở,tụ điện

và ở đây để tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếchđại thuật toán vi điện tử

2.2.4.2 Khối so sánh

Để tạo ra một hệ thống có tính chu kỳ và độ rộng xác định và cùng tần số với điện

áp lưới cung cấp cho mạch lực và điều khiển được sự xuất hiện của mỗi xung thì phải qua

bộ so sánh ,so sánh điện áp răng cưa tạo ra từ bộ FSRC với điện áp điều khiển Uđk (haycòn gọi là điện áp mẫu ) trong một chu kỳ điện áp nguồn cứ khi nào biên độ hai điện ápnày bằng nhau thì điện áp đầu ra khối so sánh lậy trạng thái từ mức 0 nên mức 1 hayngược lại.và cần chú ý hai điện áp này ngược cực tính nhau

- Sơ đồ khâu so sánh:

Hình 2.9 Sơ đồ và giản đồ khâu so sánh 2.2.4.3 Khối sửa xung và khuyếch đại xung

a Khối sửa xung

Dạng xung ra của khâu so sánh có độ rộng bất kỳ có cả xung âm và xung dươngvới biên độ bằng Ubh của khuyếch đại thuật Do chỉ có xung dương có độ rộng thích hợpmới mở tirristor vì vậy cần tạo ra một mạch sửa dạng xung ra

9, điện áp đầu ra khâu sửa xung bằng không

Khi đầu ra khâu so sánh lật trạng thái (có giá trị âm) tại thời điểm tụ sẽphóng điện và đường phóng của tụ : +C -> R8-> nội trở nguồn so sánh -> mát -> D2 -> -C.Khi tụ phóng hết thì tụ nạp ngược lai : +Ucc -> R9 -> C2 -> R8 - > nội trở nguồn so sánh ->-Ucc Trong thời gian phong nạp của tụ C2 thì Tr2 bị dặt điện áp ngược và khóa lại Lúc nàyđầu ra của khâu sửa xung xuất hiện một điện ap dương , xung này qua mạch khuếch đại

và được truyền đến mở các Thyristor Khi tụ C2 được nạp đầy thì Tr2 lại mở ra -> Usx = 0

Như vậy, thời gian tồn tại xung đầu ra của khối sửa xung phụ thuộc vào thời gianphóng nạp của tụ C2

b Mạch khuyếch đại xung

xung ra mạch xửa xung có độ rộng phù hợp nhưng công suất vẫn nhỏ chưa thể mởtiristor do đó phải khuyếch đại tín hiệu xung để thực hiện thông thường hay sử dụngmạch Dalington có sơ đồ như sau:

t 0

Hình 2.11 Sơ đồ,giản đồ làm việc mạch khuyếch đại xung

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

txr : Là thời gian tồn tại của xung điện áp ra

tbh : là thời gian tính từ lúc đóng +Ucc cho đến khi từ thông lõi thép BAX đạt bh+ Trường hợp tbh  txv

Khi t < t1, Uv = 0 nên Tr1 và Tr2 khoá => UĐTK= 0 ( chưa có tín hiệu điều khiển).Tại t= t1 xuất hiện 1 xung dương ( Uv khác 0 ) đặt vào Tr1 mở => Tr2 mở (giả thiết

mở bão hoà ) Khi đó, cuộn dây W1 được đặt Ucc và suất hiện I1 (như hình vẽ) Do vậy,phía cuộn dây W2 xuất hiện xung điện áp thuận trên D3 và dẫn đến D3 thông có UĐKT

Tại t = t1’ mất xung vào Uv khác 0 thì Tr1 và Tr2 khoá nên I1 giảm về đến 0 nên từthông trong lõi thép biến thiên theo chiều ngược khi Tr1 và Tr2 mở để chống lại sự giảmcủa I1 Do đó các cuộn dây của BAX xuất hiện các xung có cực tính ngược.lại D3 bị đặtxung điện áp ngược nên D3 khoá => UĐKT = 0 Lúc này mạch được bảo vệ nhờ D1 và D2

Hình 2.12 Sơ Đồ hoàn chỉnh một kênh tạo xung 2.2.4.4 Mạch phản hồi âm tốc độ

Đối với các máy về yêu cầu ổn định tốc độ làm việc là rất cần thiết nhằm nâng caochất lượng làm việc của hệ thống ,nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Mặt khác

độ ổn định tốc độ còn ảnh hưởng quan trọng tới dải điều chỉnh và khả năng quá tải củađộng cơ Độ ổn định tốc độ càng cao thì dải điều chỉnh càng có khả năng mở rộng và mômen quá tải càng lớn chính vì vậy các hệ truyền động hiện đại thường sử dụng phản hồi

âm tốc độ để ổn định tốc độ

Hình 2.13 Mạch phản hồi âm tốc độ

Khâu phản hồi âm tốc độ gồm thiết bị đo tốc độ là máy phát tốc 1 chiều ,Thiết bị

đo điện áp 1 chiều dùng biến trở con trượt

-Nguyên lý làm việc của mạch phản hồi âm tốc độ

Khi có sự thay đổi tốc độ do các nhiễu sinh ra như nhiễu do lưới điện nhiếu do phụtải ,nhiễu thông số trên bộ khuyếch đại ,bộ biến đổi ,rên động cơ ,hay nhiễu do kích từ …tất cả các nhiễu này máy Fát tốc đều phát hiện và phản ánh về điện áp vào hệ thống quacác khâu khuyếch đại trung gian có chiều hướng ngược lại

Do đó sẽ ổn định được tốc độ

Khâu ngắt dòng thực hiện chức năng này.

Hình 2.15 Sơ đồ mạch khâu ngắt dòng.

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 3.1 Mục đích và ý nghĩa.

Việc lựa chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng về cả mặt kỹ thuật và về mặt kinh

tế trong quá trình thiết kế để thiết bị làm việc được tin cậy, chắc chắn và đạt độ bền cao.Thì các thông số định mức của nó trong quá trình thiết kế phải lớn hơn lượn định mứcyêu cầu Hay giá trị định mức của các thông số được chọn phải lớn hơn giá trị định mứcyêu cầu k lần Nhưng k nếu k lớn quá thì gây ra việc lãng phí, không tận dụng được hếtkhả năng của các thiết bị, thiết bị luôn làm việc ở tình trạng non tải, hiệu suất của hệthống sẽ đạt mức thấp và cũng không tốt cho thiết bị Ngược lại, k nhỏ thì quá trình làmviệc không an toàn, dễ gây nên hỏng trong quá trình vận hành do làm việc quá tải

Vì vậy, việc tính chọn phải được lựa chọn sao cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuậtcũng như về kinh tế sao cho đảm bảo hệ thống được an toàn nhất và kinh tế nhất

- Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 2.775 ()

- Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0.0961 (H)

- Số đôi cực 2p = 4;η đm =0 ,74;GD2

=0,085(kgm2)

3.2.2 Chọn máy biến áp cho mach động lực

Máy biến áp để tạo ra điện áp phù hợp cho bộ biến đổi Do mạch động lực sửdụng sơ đồ cầu 1 pha nên ta dùng máy biến áp 1 pha với điện áp định mức phía sơ cấp

là U1=380( V ) là điện áp dây của lưới điện.

* Điện áp thứ cấp của máy biến áp : U 2 BA =Kn Kα ⋅ K a ⋅ Kv ⋅U dm (V )

Trong đó :

- K n =1,1 : hệ số dự trữ điện áp có xét đến khả năng sụt áp của lưới điện

K n =1,1:1,5

-Kv =1,05 : hệ số dự trữ xét khi sụt áp trong máy biến áp và trong bộ biến đổi

- Kα =1,2: hệ số kể đến khả năng Triristo không mở hết của các van khi điện áp điềukhiển cực đại

- K a : hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu của bộ biến đổi , với sơ đồ cầu 1pha K a =1,11

Thay số vào ta có :U 2 BA =1,1.1,2⋅1,11⋅1,05⋅220=269 ,23( V )

Chọn U 2 BA =270( V )

*Dòng điện pha thứ cấp của máy biến áp : I 2 BA =K a ⋅ I dm

Trong đó :

- K a =1,11 : hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu

- I dm =13 ,6 (A) : là dòng điện định mức của động cơ được chọn

Thay số vào ta có : I 2 BA =1,11.13 ,6=15 ,09 (A)

* Dòng điện pha sơ cấp của 1 máy biến áp :

3.2.3 Chọn van chỉnh lưu tiristo.

Giá trị dòng trung bình phải ứng với dòng tải của động cơ điện chấp hành của hệthống

I a=I dm

m ⋅ K dt ( A )

Trong đó :

−I dm =8 ,7( A ): là dòng định mức của động cơ điện.

−m=2 : là số đỉnh nhọn điện áp trong một chu kỳ điện áp 1- ới

Kết hợp kết quả tính toán I a và U ngmax với điều kiện chọn Tiristor là :

[I t]≥ I a ;[I t]: là dòng cho phép qua Tiristor

[U ngt]≥ U ngmax ;[U ngt]: là điện áp ng- ợc cho phép đạt lên Tiristor

Ta chọn Tiristor với các thông số sau đây

Loại ITB(A) Ungmax(KV) U(V) Toff( s) I(A) U(V)

(A/ s) (V/

s)

3.2.4 Chon các phần tử của cuôn kháng lọc.

Cuộn kháng lọc có nhiệm vụ hạn chế thành phần sóng hài bậc cao Đồng thời nóduy trì dòng điện qua động cơ là liên tục khi bộ biến đổi làm việc ở chế độ gián đoạn

I (∼)<I dm.5 %

- Điện cảm tổng của mạch :LΣ= √2⋅U 2 ba

m ⋅ ω I d m.5 %

Trong đó :

- m=2 : số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu

- ω=314 : tần số góc của điện áp nguồn

Máy phát tốc được dùng trong hệ thống để làm khâu phản hồi âm tốc độ Nó đượ

c nối cứng với trục động cơ chấp hành của hệ thống nếu cùng tốc độ quay với động cơhoặc qua 1 tỷ số truyền nếu có tốc độ quay khác tốc độ động cơ

Thường máy phát tốc được dùng lựa chọn theo kinh ngiệm sau đó khảo sát, kiểmtra lại trên đường đặc tính cơ

Căn cứ vào những đặc điểm trên đây ta chọn được máy phát tốc có thông số sau đây:

Hệ số truyền của máy phát tốc quy đổi về trục động cơ là :

3.2.7 Tính chon thiết bị quá điện áp cho Tiristo.

Giá trị R và C của mạch bảo vệ đ- ợc bảo vệ đ- ợc xác định theo các công thứckinh ngiệm sau đây:

Điện dung : C=10⋅ I a

U ngT ( μF )

Trong đó : I a=17 : (A) là dòng qua val trước thời điểm chuyển đổi (chính

là dòng điện trung bình qua val )

U ngT là dòng ngược cho phép qua Tiristor U ngT =1000( V )

Chọn Aptomát đóng cắt mạch động lực cần thoả mãn các thông số sau đây:

U dmAB ≥ Udmmang ; I dmAB ≥ K i ⋅ K qt ⋅ K d I IBA

Trong đó:

U dmAB : Là điện áp định mức Aptomát đ- ợc chọn Udmmang  : Là điện áp định mức1ưới điện

I dmAB : là dòng điện định mức Aptomát đ- ợc chọn

I 1 BA : Là dòng điện sơ cấp máy biến áp

K a =1,11 : Là sơ đồ phụ thuộc sơ đồ chỉnh 1ưu K qt =1,2 : Là hệ số qúa tải cho

phép K d =1,05 : Là hệ số dự trữ có tính đến khả năng sai khác giữa I a và I d Ta có :Udmmang ¿380⋅√2=537 , 4(V )

K a ⋅ K q ⋅ K d I IBA =1,11.1,2.1,05.12,21=17 ,07 (A)

Căn cứ vào các thông số này ta chọn đ- ợc Aptomát có các thông số sau đây:

Loại Số cực I d m ( A ) U dm (V ) I N ( KA )

3.2.9 Tính hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại trung gian.

Xây dựng quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu và điện áp điều khiển.

Quan hệ U d =f(U dk) là đặc tính vào ra của bộ biến đổi

α π/6 π/3 π/2 2 π/3 5 π/6 π 0

U d 143,12 115,4 78,03 38,02 14,03 0 151,26

Ta có được quan hệ U d =f (U dk) là quan hệ phi tuyến

Để xác định được hệ số khuếch đại của bộ biến đổi ta phải tuyến tính hoá quan hệ

U d =f(U dk) Từ đồ thị ta tuyến tính hoá đoạn AB Ta có hệ số khuếch đại bộ biến đổi là :

⇒ K π= ΔU d

ΔU dk=115 , 4−14 ,03

10−4 =18 ,2Xác định hệ số khuếch đai của hệ thống là :

Từ phương trình đặc tính cơ của hệ thống ta có :