Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Chơng II : Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Đ 2.1 Phơng pháp chỉnh lu

2.1.1.1.Sơ đồ nguyên lý

T1 T4

i1

i2

id Ld

Rd

Hình2.1: Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng tải R-L 2.1.1.2.Nguyên lý làm việc

U2

Π t2 2Π

t1

id

U d

Id

iT1,3

Id

iT2,4

Id

t

i 1 = i 2

Id

- Id

Id

Ung T1

- Nửa chu kỳ đầu t = 0 ữΠ thì T1, T2 thoả mãn điều kiện cần để dẫn dòng

điện Tại thời điểm t = t1 đa xung nên cực điều khiển để mở T1,T2→T1,T2 dẫn khi đó điện áp tải Ud = U2 ,đến thời điểm t =Π thì U2 đổi dấu nhng do tải trở cảm nên điện cảm tiếp tục cấp dòng duy trì theo chiều cũ nên T1,T2 vẫn dẫn cho đến thời điểm t = t2 khi đa xung nên cực điều khiển mở T3,T4 ,khi đó T1,T2

bị khoá cỡng bức còn T3, T4 sẽ dẫn dòng Và T3,T4 dẫn cho đến khi đa xung nên cực điều khiển mở T1,T2 và điện áp trên tải Ud = U2

- Đồ thị dạng điện áp tải nh hình vẽ

- Vì tải trở cảm nên dòng điện tải Id đợc san phẳng

- Dạng dòng điện i1,i2 có dạng hình sin chữ nhật nh hình vẽ

- UngT1 có dạng nh hình vẽ

- Các công thức tính toán :

2

2

Π

Zd

Ud

=

Id

Id

2

IT = UngT =1 2 U2

2.1.2.Chỉnh lu cầu một pha không đối xứng

2.1.2.1.Sơ đồ mắc catốt chung

2.1.2.1.1.Sơ đồ nguyên lý

D2

D1

T2

i1

i2

id Ld

Rd

Hình2.3: Cầu không đối xứng tải R-L mắc catốt chung

U2

U1

2.1.2.1.2.Nguyên lý làm việc

t

Π

U d

0

t

t

t

t

I D2

I D1

I T2

I T1

0

0

0

0

Hình2.4: Đồ thị dạng điện áp ra

t 0

id

Id

Sơ đồ các van Thyristor mắc theo kiểu catốt chung chúng đợc mở ở các thời

điểm góc mở α của nó Các van điốt chúng luôn mở tự nhiên theo điện áp nguồn

- Tại thời điểm t = t1 cho xung điều khiển vào mở T1 Trong khoảng thời gian từ t1 đến π, Thyristor T1 và điốt D2 mở cho dòng chảy qua Khi U2 bắt đầu

đổi dấu,điốt D1 mở ngay ,T1 tự nhiên bị khoá lại,dòng id = Id chuyển từ T1 sang

D1

- Từ thời điểm t = πữ(π+α ) thì có điốt D1 và T1 cùng dẫn cho dòng chảy qua nên Ud = 0

- Tại thời điểm t = t2 = (π+α) thì cho xung điều khiển mở T2 Dòng tải id

= Id chảy qua điốt D1 và Thyristor T2 Điốt D2 bị khoá lại

- Trong sơ đồ này ,góc dẫn dòng của Thyristor và điốt là không bằng nhau Góc dẫn dòng của điốt là λ D = (0 ữπ ) , còn góc dẫn dòng của Thyristor là λ T

= (αữπ +α)

Nh vậy ở sơ đồ này có hai đoạn dẫn của của hai nhóm van T1,D1 và T2,D2 do

đó ở những đoạn này tải bị ngắn mạch nên Ud = 0 Nh vậy dòng id vẫnliên tục, song dòng i2 lại đứt đoạn do dòng id chảy qua hai van điốt thẳng hàng mà không về nguôn Điều này sẽ có lợi về năng lợng vì năng lợng không bị trả về nguôn mà giữ lại trong tải

- Trị trung bình điện áp tải :

2

cos

Ud = 0.9U2

- Trị trung bình dòng điện tải: Id =

Rd

Ud

- Trị trung bình dòng điện qua Thyristor là: I T =

2

d I

2.1.2.2.Sơ đồ thyristor mắc thẳng hàng

2.1.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý

T2

D1

D2

i1

i2

id Ld

Rd

Hình2.5: Cầu không đối xứng tải R-L thyristor mắc thẳng hàng

2.1.2.2.1.Nguyên lý làm việc

Trong sơ đồ này các điôt D1 ,D2 vẫn mở tự nhiên ở nửa đầu các chu kỳ: D1

mở khi U2 âm; D2 mở khi U2 dơng Các Thyristor mở theo góc mở α.Tuy nhiên các van khoá theo nhóm :D1 dẫn sẽ làm T1 khoá,T1 dẫn thì D1 bị khoá Tơng tự D2 dẫn thì T2 khoá và ngợc lại,T2 dẫn thì D2 khoá

- Tại thời điểm t =t1 cho xung điều khiển mở Thyristor T1 Trong khoảng thời gian từ t1 ữπ , Thyristor T1và điốt D2 cho dòng chảy qua Khi U2 bắt đầu

đổi dấu, điốt D1 mở ngay làm cho Thyristor T1 tự nhiên bị khoá lại, dòng id = Id chuyển từ T1 sang D1 Điốt D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua,Ud = 0

- Trong khoảng πữ (π+α) thì điốt D1,D2 dẫn

- Tại thời điểm t = t2 = (π + α) cho xung điều khiển mở T2 Dòng tải id = Id chảy qua điốt D1 và T2 Điốt D2 bị khoá lại Nh vậy từ thời điểm t = (π+α) ữ 2π thì T2 ,D1 cùng dẫn, T1 dẫn làm D2 khoá Ud = - U2

- Trong sơ đồ này ta thấy góc dẫn dòng của Thyristor và của điốt không bằng nhau Góc dẫn của điốt là λD = (π + α) , còn góc dẫn của Thyristor là λT

= (π - α)

Trong khoảng thời gian t = πữ (π+α) thì chỉ có điốt D1,D2 dẫn dòng, tải bị ngắn mạch nên ở các đoạn này điện áp tải Ud = 0

- Dạng điện áp Ud nh hình vẽ ,đồ thị dẫn của van cho thấy chúng dẫn không bằng nhau :

+ Thyristor dẫn trong khoảng (π - α)

+ Điốt dẫn trong khoảng (π + α)

- Trị trung bình điện áp tải :

2

cos

1+ α

Ud = 0.9U2

- Trị trung bình của dòng điện tải :

Id =

Rd Ud

- Trị trung bình dòng điện qua van là :

IT = π

2

1

∫

π α

Id dθ = π πα

2

− Id ;

ID = π

2

1

∫+α

π

0

Id dθ = π πα

2 +

Id ;

t

t

t

t

t 0

0

U d

I D1

I D2

I T2

I T1

0

0

0

H×nh2.6: §å thÞ d¹ng ®iÖn ¸p ra

Đ 2.2 Phơng pháp xung áp

Bộ điều chỉnh xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều cố

định thành các mức điện áp một chiều khác nhau cấp ra phụ tải Tuỳ theo nhịp

độ đóng - cắt mà có thể điều chỉnh công xuất nguồn cấp ra phụ tải Bộ điều chỉnh xung áp còn gọi là bộ biến đổi một chiều - một chiều hay bộ băm điện

áp một chiều

2.2.2.Bộ điều chỉnh xung áp một chiều

2.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý

T Do

ON OFF

Hình 2.7: Bộ điều chỉnh xung áp một chiều

+

-U

2.2.2.2.Nguyên lý làm việc

- Khi bộ khoá đóng thì tải đợc cấp nguồn, khi bộ khoá cắt thì tải bị ngắt khỏi nguồn Nếu thời gian đóng là tt ,thời gian cắt là tK thì chu kỳ đóng cắt là : T =

tt+ tK

- Điện áp, cấp cho phụ tải sẽ không liên tục mà có dạng một chuỗi xung điện

áp chữ nhật

- Giá trị trung bình của điện áp cấp cho phụ tải sẽ là :

Từ đó ta có thể điều chỉnh đợc điện áp cấp ra tải bằng 3 phơng pháp :

+ Thay đổi tt, trong khi giữ nguyên T (phơng pháp điều chỉnh độ rộng xung): tt tăng thì Ut tăng Khi tt=T thì Ut = Ung

+ Thay đổi T trong khi giữ nguyên tt hay thay đổi tK còngiữ nguyên tt

(phơng pháp điều chỉnh tần số xuất hiện xung áp): T tăng thì Ut giảm

+ Thay đổi cả tt và T (phơng pháp điều chỉnh thời gian xung) do đó δ thay

đổi : δ tăng thì Ut tăng

2.2.3.Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều nối tiếp

2.2.3.1.Sơ đồ nguyên lý

PT Do

ON OFF

Hình 2.8: Bộ điều chỉnh xung áp một chiều nối tiếp

U +

2.2.3.2.Nguyên lý hoạt động

Nguồn cấp đặt một điện áp U gần nh không đổi lên tải Bộ khoá điên tử một hớng

- Khi có xung mở vào cực ON thì sẽ cho dòng iu qua tải trong thời gian tt

- Khi có xung khoá vào cực OFF sẽ cắt mạch và iu = 0

- Do tải cảm kháng nên lúc này dòng điện sẽ khép kín qua điốt đệm D0 và dòng tải là liên tục

- Nếu chu kỳ băm xung T đủ ngắn thì dòng điện phụ tải ít thay đổi

- Điện áp U đợc băm có giá trị trung bình là :

Utb = δU

- Với δ là hệ số lấp đầy

Tà còn gọi bộ điều chỉnh xung áp một chiều là bộ giảm điện áp một chiều

- Giá trị trung bình Itb của dòng điện qua tải phụ thuộc vào bản chất của phụ tải

- Nếu tải có cảm kháng lớn thì dòng trung bình Itb càng ít nhấp nhô

- Khi tải có cảm kháng nhỏ , thời gian tK lớn hoặc tải là thuần trở thì dòng

điện là gián đoạn

- Khi tải có sức điện động (loại R+L+E) thì dòng điện trung bình qua tải là :

R

=

Itb Utb - E0 δU - E0

t

tK 0

Utb

tt

Ut

t 0

iu

t

iD

O

t it

itb

- Nếu phụ tải là động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì do Utb=δU nên ta

có phơng trình đặc tính cơ của động cơ khi sử dụng bộ điều chỉnh xung áp : ( )

M K

K

U

2

φ φ

δ

ω = - Rư∑ Đồ thị đờng đặc tính cơ là những đờng thẳng song song giống hệt các đờng

đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ

2.2.4.1.Sơ đồ nguyên lý

Hình2.10: Bộ điều chỉnh xung áp một chiều đảo chiều điện áp dùng 2

khoá điện tử

iu

D4

ON OFF

ON OFF K1

K3

D2 PT

Ut

I U=const

+

2.2.4.2.Nguyên lý làm việc

Cả hai bộ khoá điều khiển thông – khoá đồng thời nên đầu ra của K1 qua tải sẽ là sẽ là đầu vào của K3

Utb= δU −(1−δ)U =U(2δ −1)

Vậy : Utb> 0 khi δ > 12

Utb< 0 khi δ < 21

Utb= 0 khi δ = 12

Điện áp ra phụ tải sẽ bị đảo dấu

Utb

0

t1

t2

Hình2.11: Đồ thị dạng điện áp ra

t

I

0

Ut

điện

2.2.5.1.Sơ đồ nguyên lý

D4

Hình2.12: Bộ điều chỉnh xung áp một chiều đảo chiều điện áp và dòng điện

ON OFF

ON OFF

K1

K3

D2

Pt U=const

D3

ON

OFF

K2 D1

ON

OFF

K4

-+

2.2.5.2.Nguyên lý làm việc

- Việc điều khiển thông khoá của các khoá điện tử có thể theo các phơng pháp sau :

khoá điện tử K2, K4 làm việc thông trong thời gian t2, thì nhóm khoá điện tử K1, K3 khoá

+ Điều khiển không đối xứng: Nhóm khoá điện tử thẳng hàng, chẳng hạn K1,K4 làm việc thông- khoá ngợc pha nhau (một khoá thông, một khoá khoá) còn hai khoá còn lại thì một khoá luôn khoá (chẳng hạn K2) và một luôn thông (K3), trờng hợp này điện áp ra tải không đảo cực tính Và cuối cùng dòng và áp ra tải sẽ bị đảo dấu

Kết Luận : Từ nguyên lý làm việc của hai bộ biến đổi là chỉnh lu cầu dùng thyristor và bộ điều chỉnh xung áp một chiều ta quyết định dùng bộ chỉnh lu cầu dùng thyristor vì nó đơn giản tin cậy điều chỉnh rễ dàng và ít tốn kém về kinh tế so với bộ điều chỉnh xung áp một chiều

Đ 2.3 Hệ truyền động chỉnh lu-động cơ một chiều

2.3.1.Giới thiệu chung

- Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập,

điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ thông qua bộ biến đổi chỉnh lu thyristor, điện áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức Uđm còn từ thông là định mức φđm

- Hệ thống T - Đ có khả năng điều chỉnh trơn (ϕ ~1) với phạm vi điều chỉnh rộng (D ~ 102ữ103).Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn ,không gây ồn Nhng có nhợc điểm là trị số cosϕ thấp, nhất là điều chỉnh sâu Dòng

điện chỉnh lu có biên độ đập mạch cao, gây ra tổn hao phụ trong động cơ và có thể làm xấu dạng điện áp nguồn

2.3.2.Hệ truyền động chỉnh lu - động cơ một chiều

2.3.2.1.Sơ đồ nguyên lý

T1 T4

i1

i2

Hình2.13: Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều (T-Đ)

+

Đ

Rf

Rf

Ukt

CK

Dòng điện chỉnh lu Id chính là dòng điện phần ứng động cơ điện

Phơng trình đặc tính cơ của hệ T- Đ là :

K (K ) M

cos

E

Đ

d0

φ

φ α

Trong đó ∑R u là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ

- Góc mở α càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ Khi đó

đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mô men cản Mc nào đó, tốc độ động cơ giảm (ωA > ωB > ωC)

2.3.2.2.Chế độ dòng điện liên tục

Từ phơng trình đặc tính cơ :

∑

(KφĐ)2

Rư =

β

+ Tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào góc điều khiển α

K

cos

E

Đ

0

φ α

ω0 =

Khi thay đổi góc điều khiển α từ ( 00ữΠ ), sức đIện động chỉnh lu biến thiên từ (Ed0ữ -Ed0) và ta đợc một họ đặc tính cơ song song nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ ( ω,M ) do các van không cho dòng điện phần ứng

đổi chiều

+ Khi tăng góc điều khiển trong vùng: 0 ≤ α≤Π/2 ,bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lu, động cơ làm việc ở chế độ động cơ nếu sức điện động E còn dơng và ở chế độ hãm nếu sức điện động E đổi chiều

+ Khi tăng góc điều khiển từ : Π/2 ≤α<αmax và tải có tính chất thế năng để quay ngợc chiều động cơ thì cả sđđ EĐ và E đều đổi dấu Nếu sđđ động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sđđ bộ biến đổi thì dòng điện phần ứng vẫn chảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, dới tác dụng của sđđ

động cơ mà các van Thyristor dẫn dòng trong thời gian nửa chu kỳ âm của

điện áp lới Góc pha của dòng điện xoay chiều trở nên lớn hơn Π/2, bộ biến

đổi làm việc ở chế độ nghịch luphụ thuộc , biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chièu trả về lới điện

+ Đồ thị đặc tính cơ :

0 M

α

α=

= Π / 2

0

ω

Hình2.14: Đồ thị đặc tính cơ hệ T-Đ

Giới hạnωmax

2.3.2.3.Chế độ dòng điện gián đoạn

- Đặc tính cơ là các đoạn cong nét liền rất dốc sát trục tung ( hình 22) Hệ thống không thể làm việc ổn định trong ở vùng dòng điện gián đoạn

- Trong thực tế tính toán hệ T-Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián

đoạn Tập hợp các điểm ở trạng thái biên liên tục gần đúng là đờng elíp có các trục chính là các trục toạ độ, là đờng cong nét đứt (hình2.14)