LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ theo hướng Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa. Động cơ điện ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành nghề từ nhỏ đến lớn. Để thực hiện được việc này, yêu cầu đặt ra phải thiết kế được các hệ truyền động và các bộ điều khiển đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống sử dụng, đáp ứng tốt các đặc điểm như đảo chiều quay, thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp,... Trong quá trình học môn Truyền động điện, em có nhận được đồ án: “Thiết kế hệ thống truyền động T – Đ điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển”. Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi có những sai sót. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Th.s Lê Hồng Thu và các thầy cô giáo công tác trong Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa. Em xin chân thành cảm ơn.! Thái Nguyên, tháng 3 năm 2021. Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. 1.1. Cấu tạo. - Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động. Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều. 1. Cổ góp điện. 5. Cuộn dây kích từ. 2. Chổi than. 6. Stator. 3. Rotor. 7. Cuộn dây phần ứng. 4. Cực từ. - Phần tĩnh stator hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có: + Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau. + Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực 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 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. + Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. 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 được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. + Các bộ phận khác: Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên 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 chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. - Phần quay rotor gồm 4 bộ phận chính: + Phần sinh ra sức điện động: Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng. Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tì trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo. + Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai 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 động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. + Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát 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 có công suất dưới vài Kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nh ật, dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit. + Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. 1.2. Phân loại và ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều. a. Phân loại. Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ. - Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng. b. Ưu, nhược điểm của động cơ điện 1 chiều. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải,...cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành, mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện,...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. - Ưu điểm: Động cơ điện 1 chiều có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. - Nhược điểm: Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. 1.3. Nguyên lí hoạt động. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Hình 1.2. Nguyên lí hoạt động. Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor. Pha 2: Rotor tiếp tục quay. Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1. Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter - EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng. 1.4. Đặc tính cơ của máy điện một chiều. Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ. ω = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất. ωc= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: ω = f(I) hoặc n = f(I). Hình 1.3. Sơ đồ động cơ kích từ độc lập. Phương trình mạch phần ứng: Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư. Trong đó: Uư điện áp phần ứng (V). Eư sức điện động phần ứng (V). Rư điện trở của mạch phần ứng (Ω). Rf điện trở của mạch phần ứng (Ω). Với Rư = rư + rcf + rb + rct. Rư điện trở cuộn dây phần ứng (Ω). rcf điện trở cuộn cực từ phụ (Ω). rb điện trở cuộn bù (Ω). rct điện trở tiếp xúc chổi than (Ω). Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: Eư = . Trong đó: p số đôi cực từ chính. N số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. ϕ từ thông kích từ dưới một cực từ. ω tốc độ góc, rad/s. k = hệ số cấu tạo của động cơ. Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư= Ke.ϕn. Với ω = . Vì vậy: Eư = . Ke = là hệ số sức điện động của động cơ. Ke = ≈ 0,105K. Từ các biểu thức trên ta có: . Là phương trình đặc tính cơ điện. Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = KϕIư. => Iư = . Thay giá trị Iư vào phương trình đặc tính của động cơ ta được: . Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt = Me = M. Khi đó ta được: . Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông ϕ = Const, thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương tình đặc tính cơ là tuyến tính. Khi Iư = 0 hoặc M = 0, ta có: . ω0 gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Khi ω = 0, ta có: Và M = KϕInm = Mnm. Inm. a. Đặc tính cơ điện tự nhiên. b. Đặc tính cơ tự nhiên. Hình 1.4. Đường đặc tính cơ. Inm, Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính điện và phương trình đặc tính cơ cũng có thể được viết dưới dạng: . . . = gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. 1.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các quy luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Về phương diện điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều có nhiều ưu việt hơn so với động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phần ứng. Hình 1.5. Sơ đồ đặc tính cơ nhân tạo thêm điện trở phụ. Giả thiết rằng Uư = Uđm = Const và ϕ = ϕđm= Const. Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: . Độ cứng đặc tính cơ: . Khi Rf càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0, ta có đặc tính cơ tự nhiên: . ΒTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện rơi Rf ta được một họ đặc tính biến trở ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Có 2 phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ bằng điện áp: + Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. + Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Giả thiết từ thông ϕ = ϕđm = const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: Tốc độ không tải: Độ cứng đặc tính cơ: . Hình 1.6. Sơ đồ đặc tính cơ khi tháy đổi điện áp. Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh từ thông. Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = Const. Điện trở phần ứng Rư = Const. Ta có: Tốc độ không tải: Độ cứng đặc tính cơ: . Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì ω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Khi thay đổi từ thông: Dòng điện ngắn mạch: Inm = . Mômen ngắn mạch: Mnm=KϕxInm=Var. a. Đường đặc tính cơ điện. b. Đường đặc tính cơ. Hình 1.7. Đường đặc tính khi thay đổi từ thông. Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên. 1.6. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ 1 chiều kích từ độc lập. Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ, hay còn gọi là chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh. Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω > ω0). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E > Uư), động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ. Khi hãm tái sinh: - Một số trường hợp hãm tái sinh: + Hãm tái sinh khi ω > ω0: Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả về nguồn. Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ: Hình 1.8. Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. Hãm ngược. Hãm ngược là khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay của động cơ (M ↑↓ ω). Hãm ngược có hai trường hợp: + Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: Động cơ đang làm việc ở điển A ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D làm việc ổn định ở điểm E (ω = ωE và ωôđ ↑↓ ωA) trên trên đặc tính cơ có thêm Rưf lớn, và doạn DE là đoạn hãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên: I_h=(U_ư+E_ư)/(R_ư+R_ưf )=(R_ư+Kϕω)/(R_ưf+R_ưf ) Mh = Kϕ.Ih ; Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản. (MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi ω = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có Rưf) nhưng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản (Mnm < Mc) ; Do đó mômen của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ hạ xuống, (ω < 0, đoạn DE). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tải trọng, trường hợp này sự chuyển động của hệ được thực hiện nhờ thế năng của tải. Hình 1.9. a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rưf. b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm Rưf. Hãm động năng. Ở đây ta chỉ xét hãm động năng kích từ độc lập. Động cơ đang làm việc với lưới điện (Điểm A), thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng. Hình 1.10. a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập. b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. Kết luận: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ 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 ). => Em chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ. 2.1. Phương án truyền động T- Đ. Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor. Sơ đồ hệ thống. Hình 2.1. Hệ truyền động T-Đ. - Hoạt động của hệ thống: + Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ. + Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu. + Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi. + Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống. Đánh giá về hệ thống. - Ưu điểm: + Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100÷1000). + Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy. + Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp. - Nhược điểm: + Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế. + Hệ số cosφ nói chung của hệ thống thấp (0,6÷0,65). + Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới. + Mạch điều khiển phức tạp. 2.2. Bộ chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha. 2.2.1. Tổng quan bộ chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha. a. Sơ đồ mạch điện. Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anot nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ. Hình 2.2. Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha. b. Nguyên lí hoạt động. Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thyristor T1 dương nhất, khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R, L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R, L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R, L và về nguồn (chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cực thuận). Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở. Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t2. Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức. Từ thời điểm t2 ÷ t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3. + Giá trị trung bình của điện áp trên tải: + Giá trị điện áp ngược trên van: Ung = √6.U2 + Dòng điện trung bình chảy qua thyristor: Iv = Id/3. + Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3. Hình 2.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha. c. Ưu, nhược điểm bộ chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha. - Ưu điểm: So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ => công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giản. - Nhược điểm: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm. Điện áp ra có độ đập mạch lớn => xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao. Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. 2.2.2. Các phương pháp đảo chiều động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng. Với hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản: - Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng. - Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ thyristor mắc song song ngược. a) Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ. Sơ đồ truyền động: Hình 2.4. Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ. Trên sơ đồ: Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2. Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra, trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và N sao cho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòng điện phần ứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ. Kết luận: => Từ hai phương pháp điều khiển trên, do đặc điểm và yêu cầu công nghệ của động cơ điện 1 chiều, thấy rằng phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu thyristor mắc song song ngược là phù hợp nhất nên em lựa chọn phương pháp này và sử dụng phương pháp điều khiển chung để điều khiển các bộ chỉnh lưu Thyristor. - Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ. - Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CÓ ĐIỀU KHIỂN. 3.1. Phân thích lựa chọn sơ đồ. Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cầu cấu trúc của sơ đồ chỉnh lưu. Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đưa sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế. Hệ thống truyền động điện làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi tia ba pha đối xứng mắc song song ngược. Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cậy chắc chắn. Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm được nhiều hỏng hóc. Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế. Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa. Để đáp ứng nhu cầu từ đề bài và tính hiệu quả của hệ thống là điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển ta chọn bộ điều khiển tia ba pha có điều khiển. Hình 3.1. Sơ đồ mạch động lực sử dụng bộ chỉnh lưu tia 3 pha. 3.2. Thiết kế mạch động lực. Thông số của động cơ điện 1 chiều: Điện áp định mức Uđm = 220(V) 1 chiều. Công suất định mức Pđm =15000 (W). Tốc độ định mức nđm = 1500(vòng/phút). Dòng điện định mức Iđm = P/U = 15000/220 = 68,18(A) Từ thông số của động cơ ta tính toán chọn máy biến áp, aptomat, van tiristor, cầu chì 3.2.1. Tính toán máy biến áp. - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V). Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA. Trong đó: αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới. ∆Uv = 1,5 (V) sụt áp trên thyristor. ∆Udn ≈ 0 sụt áp trên dây nối. ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Sơ bộ ∆UBA = 5%Ud = 0,05.220 = 11 (V). Suy ra: Ud0 = = 237,61 (V). Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS.Pdmax = kS.Ud0.Id = 1,34.237,61.113,63 = 36179,5 (W). Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = U_d0/K_u = = 203,08 (V).
17
Linh kiện sử dụng trong mạch
TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ.
Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor. a) Sơ đồ hệ thống
- Hoạt động của hệ thống:
+ Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ.
+ Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu.
+ Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi.
+ Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống. b) Đánh giá về hệ thống
+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100÷1000).
22
Phân thích lựa chọn sơ đồ
Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cầu cấu trúc của sơ đồ chỉnh lưu Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đưa sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế.
Hệ thống truyền động điện làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi tia ba pha đối xứng mắc song song ngược Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cậy chắc chắn. Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm được nhiều hỏng hóc Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa. Để đáp ứng nhu cầu từ đề bài và tính hiệu quả của hệ thống là điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển ta chọn bộ điều khiển tia ba pha có điều khiển.
Hình 3.1 Sơ đồ mạch động lực sử dụng bộ chỉnh lưu tia 3 pha.
Thiết kế mạch động lực
Thông số của động cơ điện 1 chiều:
Điện áp định mức Uđm = 220(V) 1 chiều.
Công suất định mức Pđm =15000 (W).
Tốc độ định mức nđm = 1500(vòng/phút).
Dòng điện định mức Iđm = P/U = 15000/220 = 68,18(A)
Từ thông số của động cơ ta tính toán chọn máy biến áp, aptomat, van tiristor, cầu chì
3.2.1 Tính toán máy biến áp
- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA.
Trong đó: αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
∆Uv = 1,5 (V) sụt áp trên thyristor.
∆Udn ≈ 0 sụt áp trên dây nối.
∆UBA = ∆Ur + ∆Ux sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
Công suất biểu kiến máy biến áp:
SBA = kS.Pdmax = kS.Ud0.Id = 1,34.237,61.113,63 = 36179,5 (W). Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
=> Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí.
3.2.2 Tính chọn van động lực a) Điện áp ngược của van.
Ud điện áp tải của van.
U2 điện áp nguồn xoay chiều của van.
Ku hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17).
Knv hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = √6 ).
Ulv = √6 188,03 = 460,58 (V). Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc.
Kdtu hệ số dự trữ (Kdtu = 1,6 ÷ 2) => Kdtu = 1,6. b) Dòng điện làm việc của van.
Ilv = Ihd. Dòng điện hiệu dụng:
Khd hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.
Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idmv:
Trong đó: hệ số dự trữ dòng điện (Ki = 1,1÷1,4) => Ki = 1,4. c) Kết luận.
Tra phụ lục 2, ta chọn van động lực loại N044RH08JOO với các thông số định mức:
- Dòng điện định mức của van: Idm = 100(A).
- Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V).
- Độ sụt áp trên van: ∆U = 2.22 (V).
- Dòng điện rò: Ir = 10 (mA).
- Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V).
- Dòng điện điều khiển: Idk = 100 (mA).
3.2.3 Tính chọn bảo vệ mạch động lực
Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá,…
Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Do đó cần phải bảo vệ các thyrisror, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử:
- Điện áp ngược lớn nhất.
- Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện.
- Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị.
- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện di dt
Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện.
Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị:
- Đối với bán dẫn Ge: TjM = 80º - 100º.
- Đối với bán dẫn Si: TjM = 180º - 200º.
Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50% Để cho các thyrisror làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát hoặc cánh tản nhiệt đối với các thyristor công suất nhỏ Đối với các thyrisror có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát.
Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn Về dòng điện, nếu di dt lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng Có thể giảm nhỏ được di dt bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong mạch anot của thyrisror Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ.
3.2.3.2 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn.
Tổn thất công suất trên 1 thyrisror:
Diện tích bề mặt toả nhiệt:
ℑ độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.
Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 80ºC.
Suy ra: ℑ= Tlv - Tmt = 40ºC.
Kn hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ.
Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh: a.b = 20.11 (cm).
Tổng diện tích tản nhiệt của cánh:
3.2.3.3 Bảo vệ quá dòng điện cho van.
Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyrisror, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu.
Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện.
Chỉnh định dòng ngắn mạch:
Chọn cầu dao có dòng định mức:
Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động.
Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyrisror ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu:
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC:
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC:
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC:
3.2.3.4 Bảo vệ quá điện áp cho van.
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt thyristor được thực hiện bằng cách mắc R -
Hình 3.2 Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch
Thiết kế mạch điều khiển
- Để các van bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thỏa mãn hai điều kiện:
+ Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van UAK > 0.
+ Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thường gọi là tín hiệu điều khiển Ig > 0.
- Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển Do đặc điểm của các Thyristor là khi van (Thyristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van Vì vậy để hạn chế công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển dạng xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển.
=> Để tạo ra được tín hiệu xung kích mở cấp van cực G của Tiristor ta cần 1 mạch điều khiển.
- Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển:
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc.
=> Chọn phương pháp điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
3.3.1 Các hệ thống thiết kế mạch điều khiển
3.3.1.1 Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
- Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp với góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được.
- Ưu điểm của hệ thống:
+ Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc.
+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng.
+ Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tin cậy, độ chính xác cao với độ nhạy theo yêu cầu.
+ Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn.
+ Khoảng điều chỉnh góc mở α có thể thay đổi được trong phạm vi rộng và ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn.
+ Dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anốt của Thyristor chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển.
3.3.1.2 Phát xung điều khiển dùng điôt 2 cực gốc UJT.
Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này đơn giản nhưng phạm vi điều chỉnh góc mở α hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác trong một chu kỳ điện áp lưới, mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển gây nên tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
3.3.1.3 Phát xung điều khiển theo pha ngang.
Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung đơn giản nhưng có một số nhược điểm phạm vi điều chỉnh góc mở hẹp, nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển.
Từ sự phân tích ưu, nhược điểm của ba phương pháp điều khiển trên, thấy rằng phù hợp nhất với nội dung yêu cầu của đề tài là phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng do vậy ta chọn phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng để thiết kế mạch điều khiển truyền động động cơ điện 1 chiều.
3.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
- Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu: Về nguyên tắc mỗi Thyristor có một kênh Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu tia 3 pha:
Hình 3.3 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 cưa.
- Khối 3: Khối tạo xung (TX).
Hình 3.4 Sơ đồ đơn giản một 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 Thyristor 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 Thyristor.
- Nguyên lí làm việc: Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối
1 Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp. Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái → xuất hiện xung điện áp Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa → bằng với tần số nguồn cung cấp. Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Thyristor để mở van.
Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Thyristor.
Mỗi Thyristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần có bấy nhiêu mạch phát xung Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phát xung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực.
Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng.
Hình 3.5 Nguyên lí điều khiển chỉnh lưu. a Khâu đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa.
Mạch đồng bộ dùng máy biến áp: Trường hợp này người ta sử dụng máy biến áp công suất nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ BA có thể là một pha hay nhiều pha tuỳ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu cụ thể Trong sơ đồ ta dùng biến áp 3 pha tổ nối dây Y/.
Sử dụng biến áp đồng bộ có sự cách ly về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển nên được sử dụng rộng rãi.
Hình 3.6 Sơ đồ và giản đồ làm việc mạch phát sóng răng cưa
+ Sơ đồ cũng gồm có máy biến áp đồng bộ hoá BAĐ để tạo ra điện áp.
+ 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. Điện áp răng cưa được tạo ra được biểu diễn trên đồ thị Khi IC thuật toán là lý tưởng không có sự trôi điểm không thì điện áp ra có dạng như dạng sóng răng cưa lý tưởng sườn làm việc là sườn nên của điện áp răng cưa. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật : uc = I.t /C. Ưu điểm của sơ đồ :
+ Điện áp răng cưa là điện áp đầu ra của khuyếch đại thuật toán có nội trở rất nhỏ nên điện áp đầu ra không phụ thuộc vào tải.
+ Với sơ đồ này thì dung lượng của tụ cần rất nhỏ khoảng 220nF độ dài điện áp ra đạt đến 180º và phóng điện rất nhanh. b Khâu 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.
Hình 3.7 Sơ đồ khối so sánh.