Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Cùng với sựphát triển của các ngành kỹthuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộmới

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong công cuộc này đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rĩa trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người

mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm

Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ

sư điện những kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch

và xử lý trong công tác kỹ thuật hiện tại

Để đáp ứng những nhu cầu khó khăn đó em được giao nhiệm vụ làm đồ

án "Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập"

Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học

ở trường kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất của nhà máy trong thời gian

em thực tập đã giúp em hiểu sâu hơn, biết vận dụng được lý thuyết được học

ở trường vào thực tiễn

Đồ án của em gồm có 5 chương, giới thiệu về công nghệ cán thép nóng, các biểu thức tính toán, đưa ra phương án chọn công suất động cơ Vấn đề điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều, phân tích tính toán mạch lực và mạch điều khiển Tổng hợp hệ thống truyền động điện động cơ một chiều và

mô phỏng bằng Simulink

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ CÁN

1.1 LÝ THUYẾT CÁN

Cán là một hình thức gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng

và kích thước của vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo của nó

Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội biến dạng dẻo, không được lớn, đồng thời kim loại vẫn giữ được độ bền cao

Cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay ngược chiều, phôi được biến dạng liên tục và di chuyển nhờ sự quay liên tục của trục cán, ma sát giữa trục cán và phôi Phôi cán ăn vào trục cán nhờ lực ma sát tiếp xúc giữa phôi và trục cán, do cấu tạo trục quay nên khi phôi bị lực ma sát T kéo vào khe hở giữa hai trục cán phát sinh ra lực P, lực P ta gọi là lực cán Dưới tác dụng của lực cán P vật cán bị giảm chiều cao từ H tơi h, phần kim loại bị biến dạng trên chủ yếu làm cho vật cán dài ra, còn một phần làm cho vật cán giãn rộng từ B tới b

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình cán trong trục phẳng

1.2 MÁY CÁN

Máy cán là loại máy gia công kim loại bằng áp lực để cán ra sản phẩm

có hình dạng và kích thước nhất định, máy gồm 3 bộ phận chính như hình H1.2

Giá cán là một thiết bị nằm trong máy cán mà tại đó xảy ra quá trình cán Cấu tạo giá cán như hình H1.3

Động cơ điện dùng động cơ một chiều, nguồn một chiều được cấp từ bộ chỉnh lưu riêng

Hình 1.2: Cấu tạo máy cán

H1.3 Cấu tạo giá cán

1.3 CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KIỆN CÁN

Khi cho phôi kim loại vào hộp cán thì phôi bị kẹp và ép chặt giữa hai trục cán quay ngược chiều nhau, kết quả là bề dày của phôi giảm đi, chiều dài của phôi tăng lên, chiều rộng cũng tăng chút ít

Coi máy cán có hai trục cán giống hệt nhau, quay ngược chiều nhau với cùng tốc độ và phôi cán có cơ tính đồng đều, kí hiệu các đại lượng của phôi

L1L

1.3.2 Điều kiện để trục cán ngoạm được kim loại:

H1.5 Lực của trục cán tác dụng lên phôi

Trục cán ngoạm phôi và cán ép được là nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất hiện trên cung ngoạm AB khi trục quay Nhưng ngoài trục kéo vào do trục cán gây ra còn lực đẩy ra

Nếu lực đẩy lớn hơn lực kéo vào thì trục cán không ngoạm được phôi Lúc ngoạm phôi trục cán tác dụng phôi lực P→, đồng thời lực ma sát T→tiếp tuyến với mặt tròn trục cán có xu hướng kéo phôi vào trục cán, phân tích P

→

và T→ theo các phương yy và xx ta thấy

Nếu Px >Tx thì trục cán không ngoạm được phôi

Nếu Px <Tx thì trục cán ngoạm được phôi

Vậy, điều kiện ngoạm phôi là Tx ≥ Px hay T ≥ T tgα (1-5)

'

Kms ≥ tgα (1-6)

Hay δms ≥ α (1-7) Kết luận: trục cán chỉ ngoạm được phôi khi hệ số ma sát trượt lớn hơn tang của góc ngoạm hay góc ma sát trượt lớn hơn góc ngoạm

Khi cán, sự vượt trước là hiện tượng tốc độ ra V2 của phôi lớn hơn tốc

H1.6: Hiện tượng vượt trước chậm sau

Như vậy ta có

V1 < V < V2

Và trong vùng biến dạng, tốc độ phôi tăng dần từ V1 đến V2 nên sẽ có một tiết diện nào đó Tốc độ phôi bằng tốc độ dài trục cán Tiết diện này gọi

là tiết diện tới hạn Góc tâm tương ứng γ gọi là góc tới hạn

Lý thuyết cán cho biết, góc tới hạn tính theo công thức

V

γ α

Bth = B1 B2

2+

l: dây cung AB chắn góc ngoạm α

l = AB AC D sin

2α

H

HH

H17: Thông số kỹ thuật khi cán

1.4 TÍNH MÔ MEN TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CÁN

Mô men không tải M0

Mô men động Mđ để khắc phục lực quán tính tạo gia tốc Mô men động xuất hiện khi đảo chiều và khi thay đổi tốc độ

Tổng ba thành phần mô men đầu là mô men cản tĩnh toàn phần

Vậy mô men cán là

Δ

α

α

1.4.2 Phương pháp suát tiêu hao năng lượng

Là phương pháp dùng đường cong suất tiêu hoa năng lượng xây dựng

từ thực nghiệm Đường cong này biểu thị năng lượng tiêu hao trên một đơn vị khối lượng sản phẩm theo độ kéo dài hay chiều dầy phôi sau các lần cán

Đường cong này thay đổi theo hình dạng Prophin phôi theo tiết diện phôi lúc đầu và lúc cuối, theo nhiệt độ và thành phần hoá học của phôi cũng như theo loại máy cán, kết cấu…

Đường cong suất tiêu hao năng lượng có dạng như hình (H1.8) thường

nó biểu thị quan hệ w=f(x) theo độ kéo dài hoặc tiết diện phôi

H1.9: Đường cong suất tiêu thụ năng lượng khi cán

Phương pháp này sẽ càng chính xác nếu các điều kiện cán tính toán càng sát với điều kiện xây dựng đường cong suất tiêu hao năng lượng Do vậy, khi tính toán phải chọn đường cong càng gần điều kiện máy thiết kế càng tốt Nếu có sai khác thì phải điều chỉnh mô men cán cho lần cán đang tính sẽ là:

M = Mtđ + Mms = 1,4 107 ΔW F D (1-26) Trong đó:

F: tiết diện phôi ở lần cán đang tính (mm2) D: đường kính trục làm việc (mm)

ΔW: hiệu sthnl của lần cán đang tính

1.5 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

Các động cơ một chiều công suất lớn dùng cho máy cán có cấu tạo đảm bảo đặc tính động tốt nhất ở công suất định mức đã cho Người ta dùng rộng rãi các động cơ một chiều có nhiều tốc độ Các động cơ này cho phép giảm đường kính phần ứng và do đó giảm mô men quán tính của động cơ với cùng công suất

Kw.h/tÊn

Nâng cao tốc độ dài phần ứng, nâng cao hiệu suất mở rộng được dải chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp

Lựa chọn đúng công suất của động cơ điện có một ý nghĩa kinh tế rất lớn bởi vì nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định giá thành ban đầu

và giá thành tiêu thụ vận hành ở các hệ thống truyền động điện khác nhau

Sử dụng động cơ điện công suất nhỏ hơn quy định có thể làm thay đổi phá vỡ chế độ công tác bình thường của máy móc, làm giảm năng suất và có thể gây nên sự cố, bản thân động cơ có thể bị hư hỏng

Trường hợp như vậy không những làm giá thành ban đầu tăng lên mà còn làm tăng tổn hao năng lượng vì hiệu suất của động cơ giảm

Mô men truyền động trục cán từ (1-16)

M = Mtđ + Mms = 1,4 107 ΔW F D

M = 1,4 107 376 1444.10-6 200.10-3

M = 1250 (KNm)

Trong đó

ΔW = 376 103 là STHNL của lần cán đang tính và lần cán trước đó

F = 1444 mm2 tiết diện cán ở lần cán đang tính

Mđm: mô men định mức [KNm] (mô men truyền động) J: mô men quán tính phần ứng [T.m]2 trục cán

α: chỉ số kỹ thuật của động cơ Vậy ta chọn động cơ loại Mπ9000-1300

Loại ĐC Pđm

(Kw)

U (V)

n (vg/ph) Mđm α Ukt Ikt Mπ6-1300 600 600 600/1300 1250 164 262V/68V 25A/66A

CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

2.1 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

2.1.1 Khái niệm chung

Quan hệ giữa tốc độ và mô men của động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ

Trong các biểu thức trên:

ω: tốc độ góc rad/s n: tốc độ quay v/ph M: mô men Nm Trong nhiều trường hợp, để đơn giản trong tính toán hoặc dưới dạng so sánh, đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thê dùng

hệ đơn vị tương đối

Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối ta lấy tri số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó Trị số cơ bản được chọn là:

Uđm, Iđm, wđm, nđm, fđm, Rđm

Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*”

ví dụ: điện áp tương đối là U*, mô men tương đối là M*

như vậy một số thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối nhự sau:

*

®m

UUU

®m

MM

M

®m

WW=

W

*

®m

φφφViệc trọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán được đơn giản, thuận tiện như: Tốc độ cơ bản ở động cơ một chiều kích từ hỗn hợp và kích từ độc lập là tốc độ không tải lý tưởng ω0, còn đối với động

cơ kích từ nối tiếp thì tốc độ cơ bản là ωđm

2.1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điệnáp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng (hình 2.1a)

H2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều

rư: điện trở cuộn dây phần ứng

rcf: điện trở cuộn dây cực từ phụ

rct: điện trở tiếp xúc cuộn bù Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức

ω: tốc độ góc rad/s P.N

Biểu thức (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi

®t

−

MIK

Theo các đồ thị, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có:

− 0

UK

ω0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

H2.2 Đặc tính cơ điện của động cơ

Δω được gọi là độ sút tốc độ ứng với giá trị của M Từ phương trình đặc tính co (2-6) ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ φ, điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ

2.1.2.2 Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ

a ảnh hưởng của điện áp phần ứng

Giả thiết là Rư = const và φ = φđm = const

Khi thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm, ta có tốc

độ không tải

x ox

Như vậy, khi thay đổi điện áp, đặt vào phần ứng động cơ ta được một

họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình (2-4)

H2.4 Các đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi giảm điện áp đặt vào

phần ứng động cơ (U 4 < U 3 < U 2 < U 1 < U âm )

Ta thấy rằng: khi thay đổi điện áp (giảm điện áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử

ω0

b Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

Giả thiết 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

®m 0

®m

UK

Ứng với một phụ tải M nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng giảm

Phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

c Ảnh hưởng của từ thông

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const

Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ

Khi thay đổi Ikt tức là thay đổi φ thì tốc độ không tải lý tưởng

φ

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 sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông

H2.6 Đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi giảm từ thông (φ2 < φ1 < φđm )

a Đặc tính cơ điện; b Đặc tính cơ

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch ®m

nm

−

IIR

= = const

Momen ngắn mạch: Mnm = K φx Inm = var

Với dạng mô men tải cản thích hợp với chế độ làm việc của động cơ Tải có momen tỷ lệ nghịch với tốc độ, chẳng hạn các cơ cấu máy cuốn dây, quấn giấy, các truyền động quay trục chính, máy cắt gọt kim loại thì khi giảm

từ thông, tốc độ động cơ sẽ tăng lên

2.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Không những có khả năng điều chỉnh tốc độ 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

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Điều chỉnh điện áp phần ứng

2.2.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển,… các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk

H2.7 Sơ đồ khối a Sơ đồ thay thế; b Ở chế độ xác lập

Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở Rb và điện cảm Lb ≠ 0, ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

β

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Để xác định dải điều chỉnh tốc độ, ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chạn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu của sai số, tốc độ mô men khởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất

và nhỏ nhất của tốc độ là:

®m max 0 max

M

β

®m min 0 min

KM là hệ số quá tải về mô men Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ, ta có thể viết

M1

Do đó có thể tính sơ bộ được:

0 max

®m

10M

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặt tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh

Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị cho phép thì hệ chuyển động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

Vì các giá trị Mđm, ω0min, Scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép

Để làm được việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động kiểu phòng kín

2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = KφI và sức điện động quay của động cơ Eư = K.φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến

rb: điện trở của nguồn điện áp kích thích

ωk: số vòng dây của dây quấn kích thích Trong chế độ xác lập ta có quan hệ

( )2KR−

φφ

β =

H 2.9 nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ: a) sơ đồ thay thế, b) Đặc tình

điều chỉnh khi điều chỉnh từ thông động cơ; c) quan hệ φ(i kt )

Sơ đồ thay thế (a) đặc tính điểu chỉnh khi điều chỉnh từ thông động cơ (b) quan hệ φ(rkt) (c)

Do điều chỉnh tốc độ băng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ

mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện

φ = C.ik = k

b k

ec

r +r

2.3 HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ (BBĐ - Đ)

Cấu trúc phân cực hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bao giời cũng cần có bộ biến đổi các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kính tư động cơ

Cho đến nay trong công nghiệp thường sử dụng các loại bộ biến đổi sau đây

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

Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn, chỉnh lưu Thiristo (CLT)

Bộ biến đổi xung áp một chiều Thiristo hoặc tranphito (BBĐXA) Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà có các hệ truyền động như sau:

Hệ truyền động máy phát – động cơ ( F - Đ)

Hệ chỉnh lưu Thiristo - động cơ ( T - Đ)

Hệ truyền động xung áp động cơ ( XA - Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều khiển hở), Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hở so với hệ truyền động “hở”

2.3.1 Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F - Đ)

2.3.1.1 Cấu trúc hệ F - Đ và các đặc tính cơ bản

Hệ thống máy phát động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kính từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ quay của máy phát

là không đổi

Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: Đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ và đặc tính tải là sự phụ thuộc vào điện áp trên hai cực của máy và dòng điện tải Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do các phản ứng của dòng điện phần ứng…

Trong tính toán phần đúng có thể tuyến tính hoá đặc tính này

EF = kF φF.ωF = kF.ωF ikF (1-26)

Trong đó kF là hệ số kết cấu của máy phát

e = F

kFi

MS

H2.10 Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-D)

Nếu đặt R = RưF + Rưđ thì có thể viết được phương trình các đặc tính của hệ F - φ như sau:

Biểu thức (2-17) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữa nguyên Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh tốc độ rộng hơn

2.3.1.2 Các chế độ làm việc của hệ F - D

Với sơ đồ cơ bản như hình 2-16 động cơ chấp hành Đ, động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở cả hai chế phía: kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, hãm động năng hi dòng kích thích máy phát bằng không hãm tác sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh đảo chiều khi làm việc ổn định với mômen tải có tính chất thế năng …Hệ F - Đ có đặc tính cơ điện đẩy cả bốn góc phần tử của mặt phẳng toạ độ [ω, M]

Ở góc phần thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều ngược nhau và EF > E , ω > ω Côg suất điện từ của máy phát, công suất điện từ o

và công suất cơ học của động cơ là:

PF = EF.I > 0

FĐ = E.I < 0

Pω = M.ω > 0

a Trong chế độ động cơ; b Trong chế độ hãm tái sinh

Các biểu thức (2-18) cho ta thấy ở góc phần tử thứ I và thứ III năng

Vùng hãm tải sinh nằm ở góc tử thứ II và thứ IV lúc này cho do o

ω > ω nên EF > E dòng phần ứng chảy ngược từ động cơ về máy phát làm cho mômen quay ngược chiều tốc độ quay vì thế

PF = EF.I < 0

Pcơ = M ω < 0 Như vậy, dòng điện ở chế độ hãm tái sinh ngược chiều với chiều dòng điện ở chế độ động cơ và năng lượng được chuyển vận theo chiều từ tải → động cơ → máy phát → nguồn, máy phát F và động cơ Đ dổi chức năng cho nhau

Vùng hãm ngược động cơ trong hệ F - Đ được gới hạn bởi đặc tính hãm động năng và trục mômen

ω

ω

H.2.12 Vùng hãm ngược động cơ trong hệ F - D

Sức điện động E của động cơ trở nên cùng chiều suất điện động máy phát hoặc do rôto bị kéo quay ngược bởi ngoại lực tải thế năng, hoặc do chính suất điện động máy phát đảo dấu Biểu thức tĩnh công suất sẽ là

PF = EP.I > 0

PĐ = E.I > 0

Pcơ = M.ω <0 Hai nguồn suất hiện điện động E và RF cùng chiều và cùng cung cấp cho điện trở phần ứng tạo nhiệt năng tiêu tán trên số

2.3.2 Hê thống chỉnh lưu - động cơ một chiều

2.3.2.1 Chỉnh lưu bãn dẫn làm việc với động cơ điện

Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ điện một chiều (CL - Đ), bộ biến đổi điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có suất điện động E phụ thuộc vào giá trị góc điều khiển kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp để phân biệt chúng ta có thể căn cứ vào các dấu hiệu sau:

Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha…

Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu đối xứng và không đối xứng

Số nhịp: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn Chế độ năng lượng: chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc

Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn

Tải của cuộn chỉnh lưu thường là mạch phần ứng đông cơ (L-R-E) hoặc

là cuộn kích truyền (L – R)

Để tìm hiểu hoạt động của hệ (L - Đ) ta hãy phân tích một sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế như hình 2-19

Hình 2.13: Sơ đồ nối dây và sơ đồ thay thế của chỉnh lưu tia ba pha

Hình 2.14 Đặc tính điều chình (a) và đồ thị thời gian

của chỉnh lưu hình tia pha (b)

Khi dòng điện chỉnh lưu id là liên tục thì có thể dựng được đồ thị các quá trình dòng điện và điện áp như trên hình 2-20 suất điện động chỉnh lưu là những hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh lưu tính như sau:

ωt

ωt π

Ed =

2 P

2 m

P

U sin d d cos2

π α+

α

θ θ = θ α

θ = ωet α: Góc điều khiển tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên

P: số xung áp đập mạch trong một chu kỳ điện áp xoay chiều

Psin Up

π

U2m là biên độ điện áp đưa vào bộ chỉnh lưu:

Nếu gọi góc dẫn của van là λ thì có thể tính được thành phần một chiều của dòng điện chỉnh lưu chính là thành phần sinh momen quay của động cơ

b Hiện tượng chuyển mạch

Khi phát xung để mở một van Thiristo thì điên áp anốt của pha đó là dương hơn điện áp của pha có van đang dẫn dòng, do đó mà dòng điện của van đang dấnẽ giảm dần về không còn dòng điện của van kế tiếp sẽ tăng dần lên Do trong mạch có điện cảm mà quá trình này xảy ra từ từ, cùng tại một thời điểm cả hai van đều dẫn dòng va chuyển dòng cho nahu Quá trình này gọi là chuyển mạch giữa các van

Trong quá trình chuyển mạch vì cả hai van dề dẫn nen suất điện động chỉnh lưu bằng trung bình cộng của điện áp hai pha

Hình 2.15 Hiện tượng chuyển mạch giữa các van Thiristo

α: góc điều khiển tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên khoảng thời gian cần thiết để van chuyển dòng cho nhau (góc trùng dẫn)

Do có chuyển mạch nên suất điện động chỉnh lưu bị sụt đi (vùng gạch chéo trên hình vẽ)

c Chế độ dòng điện gián đoạn

Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xảy ra do năng lượng điện tử tích luỹ trong mạch khi dòng điện tăng không đủ duy trì tính chất liên tục

Hình 2.16: Chế độ dòng điện gián đoạn

α

θ μ

θ

θ