Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ điều khiển CL

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Bất kì vị trí nào, làm công việc tiếp cận với điều khiển Nó khâu quan trọng định thành bại hoạt động Ngày nay, dòng điện xoay chiều sử dụng rộng rãi động điện chiều tồn Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Vì động điện chiều có đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, chí từ tốc độ 0) Nhưng độ tin cậy sử dụng động chiều lại thấp so với động không đồng có hệ thống tiếp xúc chổi than Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động chiều ứng dụng kỹ thuật điều khiển Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện áp phần ứng động Chỉnh lưu dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động Hệ thống thường dùng cho động điện cấp điện từ lưới xoay chiều Đồ án thiết kế hệ điều khiển CL - Đ chiều gồm chương: Chương1: Khái quát điều khiển tốc độ động điện chiều Chương 2: Khái quát nguồn chỉnh lưu Chương 3: Thiết kế nguồn chỉnh lưu động lực Chương 4: Tính toán đặc tính điều khiển động Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển Chương 6: Hệ thống điều khiển với phản hồi Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Nội dung đồ án chắn nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện, em mong ý kiến đánh giá nhận xét thầy cô bạn sinh viên Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Đại cương động điện chiều Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều chia thành phần chính: a Phần tĩnh ( stato) Gồm phận sau: - Cực từ chính: phận sinh từ trường, gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ + Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại tán chặt + Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện Trong máy công suất nhỏ, cực từ nam châm vĩnh cửu Trong máy công suất trung bình lớn, cực từ nam châm điện - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện điều kiện làm việc máy điện đổi chiều + Lõi thép cực từ phụ khối ghép thép tùy theo chế độ làm việc + Xung quanh cực từ phụ đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ nối với dây quấn phần ứng - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy b Phần quay ( rôto) Bao gồm phận sau: - Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây lên Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto - Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm đồng có bọc cách điện Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện công suất vừa lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật - Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều - Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện, dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các dẫn có dòng điện nằm từ trường, chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động có chiều quay không đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trường, cảm ứng sức điện động Eư Ở động điện chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đông Eư gọi sức phản diện Phương trình điện áp là: U = E− + R− I− Phân loại động điện chiều Cũng máy phát, động điện phân loại theo cách kích thích từ thành động điện sau: a Động điện kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng b Động kích từ nối tiếp Động kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng c Động kích từ hỗn hợp Động kích từ hỗn hợp gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT 2.1 Khái quát điều khiển động chiều Đặc tính động điện chiều Tùy theo cách kích thích từ, động điện chiều có tính khác biểu diễn đường đặc tính làm việc, đặc tính khác Trong đặc tính đó, quan trọng đặc tính Đặc tính dùng để xác định điểm làm việc xác lập khảo sát điểm làm việc ổn định hệ thống truyền động điện Đặc tính động điện mặt phẳng tọa độ ω với momen ω = f(M) Trong đồ án thiết kế ta quan tâm tới loại động chiều kích từ độc lập a Phương trình đặc tính Khi động làm việc, rôto mang cuộn + - ứng quay từ trường cuộn cảm nên Rf cuộn ứng lại xuất sức phản điện I- KT động có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động RKT IKT Phương trình điện áp mạch phần ứng động cơ: - + U = E + Iư ( Rư + Rf) Trong đó: + Uư : điện áp phần ứng ( V ) + E: sức điện động phần ứng ( V ) + Rư : điện trở mạch phần ứng (Ω) + Rf : điện trở phụ mạch phần ứng + Iư : dòng điện mạch phần ứng Sức điện động Eư phần ứng động tỷ lệ với tốc độ quay rôto : E = k.Φ.ω Trong đó: +k= pN hệ số cấu tạo động 2πa + Φ: từ thông qua cực từ (Wb) + ω: tốc độ góc rôto, ω = n 9,55 ( rad/s) + p: số đôi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + a: số đôi mạch nhánh song song Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT + n: tốc độ quay (vòng/phút) Mặt khác, mômen điện từ động cơ: Mđt = k.Φ.Iư → I − = Mdt kΦ Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép Mcơ = Mđt = M Từ phương trình ta có: đặc tính động điện chiều ω= U − R− + R f − M k.Φ (k.Φ )2 Khi toàn thông số điện động định mức không mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện trở phương trình đặc tính là: ω= U− R− M − k.Φ (k.Φ )2 Đặc tính phương trình gọi đặc tính tự nhiên Tốc độ ωo = Uư/k.Φ tốc độ không tải lý tưởng Khi phụ tải tăng dần từ Mc = đến Mc = Mđm tốc độ động giảm dần từ ωo xuống ωđm nên phương trình đặc tính có dạng: ω = ω o − Δω R− Với: Δω = _độ sụt tốc đặc tính (kΦ )2 b Đặc tính Giả thiết phần ứng bù đủ, từ thông Φ = const phương trình đặc tính ω ωo Δω động chiều kích từ độc lập tuyến ωđ tính có dạng hàm bậc y = ax + b nên m ĐTT N đường biểu diễn hệ tọa độ M0ω đường thẳng cắt trục 0ω ωo với độ dốc âm Mđ m Điều khiển tốc độ động chiều a Chỉ tiêu điều khiển tốc độ Điều khiển tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu sau: M Đồ án tốt nghiệp - Bộ môn TBĐ - ĐT Sai số tốc độ Sai số tĩnh tốc độ đại lượng đặc trưng cho độ xác trì tốc độ đặt đánh giá thông qua: ωd − ω × 100 ωd s% = Mong muốn: sai số ωđ = ω s% nhỏ tốt - Tính liên tục ( độ trơn dải điều chỉnh) γ = ω i +1 ωi ωi + ≈ ωi: hệ thống điều khiển liên tục ωi + ≠ ωi : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn γ → 1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh - Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: D= ω max ω Mong muốn D lớn tốt - Ngoài tiêu khác như: tiêu kinh tế, kích thước… b Các phương pháp điều khiển tốc độ động chiều Về việc điều chỉnh tốc độ, động chiều có nhiều ưu điểm so với loại động khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao dải rộng… Xét phương trình đặc tính động điện chiều: ω= U− R− M − k.Φ (k.Φ )2 Ta thấy việc điều chỉnh động điện chiều thực cách thay đổi đại lượng: Rư , Φ, Uư Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều: Đồ án tốt nghiệp ∗ Bộ môn TBĐ - ĐT Phương pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng Đây phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động nhiều năm - Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ U = Uđm; Φ = Φđm nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng ω Độ cứng đường đặc tính cơ: (k.Φ dm ) ΔM =− Δω R− + R f β= ω0 Rf = Ta thấy điện trở lớn β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Rf1 Rf2 mềm Mc M2 M1 M Ứng với Rf = ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, ta thay đổi Rf ta họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên - Đặc điểm phương pháp + Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn + Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức ( cho phép thay đổi tốc độ phía giảm) + Chỉ áp dụng cho động điện có công suất nhỏ, tổn hao lượng điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thường dùng động điện cần trục - Đánh giá tiêu + Tính liên tục: phương pháp điều khiển liên tục mà phải điều khiển nhảy cấp + Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số mômen tải Tải nhỏ dải điều chỉnh D = ωmax / ωmin nhỏ Phương pháp điều chỉnh dải D = : Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT + Giá thành đầu tư ban đầu rẻ không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn + Chất lượng không cao dù điều khiển đơn giản ∗ Phương pháp 2: Thay đổi từ thông Φ - Nguyên lý điều khiển Giả thiết U= Uđm; Rư = const Muốn thay đổi từ thông động ta thay đổi dòng điện kích từ Thay đổi dòng điện mạch kích từ cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ Bình thường động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ = Φmax) mà phương pháp cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Φ tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức U dm tăng, độ kΦ → Khi giảm Φ tốc độ không tải lý tưởng ω o = ( kΦ ) cứng đặc tính β = − giảm, ta Ru thu họ đặc tính nằm đặc ωo2 ωo1 tính tự nhiên ωo Khi tăng tốc độ động cách giảm từ thông dòng điện tăng tăng vượt mức giá trị cho phép mômen không đổi Vì muốn giữ cho ω Φđ Φ1 m Φ2 Mc1 Mc2 dòng điện không vượt giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông ta phải giảm Mt theo tỉ lệ + Đặc điểm phương pháp Phương pháp thay đổi tốc độ phía tăng + Phương pháp điều khiển vùng tải không lớn so với định mức + Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch + Việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông phương pháp điều khiển với công suất không đổi M Đồ án tốt nghiệp - Bộ môn TBĐ - ĐT Đánh giá tiêu điều khiển + Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm dốc đặc tính tự nhiên + Dải điều khiển phụ thuộc vào phần máy Có thể điều khiển trơn dải điều chỉnh D = :1 + Tính liên tục: công suất cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta điều khiển liên tục với Φ ≈ + Phương pháp áp dụng tương đối phổ biến, thay đổi liên tục kinh tế ( việc điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ với dòng kích từ = (1 – 10)%Iđm phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp) → Đây phương pháp gần động điện chiều cần điều chỉnh tốc độ lớn tốc độ điều khiển ∗ Phương pháp 3: Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp - Nguyên lý làm việc Để điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lưu điều khiển…) Ở phương pháp này: U = var; Φđm = const; Rf = ω Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), từ thông ω0 ĐTT N U1 động giữ không đổi nên độ cứng ω01 đặc tính không đổi, tốc độ ω02 U2 không tải lí tưởng ωo = U /k.Φ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng Do ta thu họ đặc tính Mc M song song thấp đặc tính tự nhiên tức vùng điều khiển tốc độ nằm tốc độ định mức - Đặc điểm phương pháp + Điện áp phần ứng giảm, tốc độ động thấp + Điều chỉnh trơn toàn dải điều chỉnh + Độ cứng đặc tính cao giữ không đổi toàn dải điều chỉnh 10 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT + Chỉ thay đổi tốc độ phía giảm + Rất dễ tự động hóa dùng chỉnh lưu có điều khiển + Phương pháp điều khiển với mômen không đổi Φ Iư không đổi - Đánh giá chi tiêu điều khiển + Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ sai số tốc độ đặc tính tự nhiên) + Tính liên tục: điện áp động điều khiển biến đổi Các biến đổi có công suất bé nên điều chỉnh liên tục + Dải điều chỉnh đạt D = 10:1 → Đây phương pháp điều chỉnh liên tục tốc độ động vùng tốc độ thấp tốc độ định mức động chiều ⇒ Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng triệt để có nhiều ưu điểm nên ta chọn phương pháp để điều khiển tốc độ động điện chiều ª Các biến đổi để điều chỉnh điện áp phần ứng động ∗ Hệ thống F - Đ ( máy phát - động cơ) Hệ thống F - Đ phương án điều chỉnh tốc độ động chiều phương pháp thay đổi điện áp phần ứng - Nguyên lý điều khiển ∼ Đ Đ F MF MSX ĐC Theo sơ đồ động Đ1 biến đổi điện xoay chiều lưới thành trục truyền sang trục máy phát F, máy phát F biến đổi thành điện chiều để cung cấp cho động Đ, động chiều chuyển thành trục làm quay máy sản xuất 11 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Để điều khiển tốc độ động cần điều khiển điện áp đặt hai đầu động cơ, thông qua sức điện động máy phát: E = kMF.Φ.ωMF Khi máy phát F quay với tốc độ ωMF cố định, sức điện động máy phát EMF phụ thuộc vào dòng kích từ IkMF theo luật đường cong từ hóa: EMF = kMF.ωMF α.IkMF Xét phương trình đặc tính cơ: ω= kMF ω MFα R + R− D I kMF − − MF M kD Φ D (kD Φ D )2 Ta thấy điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát ta điều chỉnh tốc độ không tải hệ thống: ω o = đặc tính cơ: β F − D = (kD Φ D )2 giữ nguyên k MF ω MF α I kMF độ cứng kDΦ D R− D + R− F ω Do đường đặc tính họ đường thẳng song song ωo Trong mạch lực hệ TS F - Đ phần tử phi Đ N tuyến nên hệ có đặc tính động tốt, linh Đ C m IkMF IkMF I IkMF = TS hoạt chuyển trạng thái IkMFđ Đ C làm việc Hệ F - Đ có đặc tính điền đầy góc phần tư mặt phẳng tọa độ - Đặc điểm hệ F - Đ + Ưu điểm Sự chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả tải lớn Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; dùng mạch kín) Điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành mạch kích từ nên tổn hao nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giản + Nhược điểm Dùng nhiều máy điện quay hai máy điện chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy gấp lần công suất tải yêu cầu Vốn đầu tư cao, cồng kềnh tốn diện tích 12 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Hiệu suất hệ thấp ( không 75%) Điều chỉnh sâu bị hạn chế Hiện người ta có khuynh hướng thay hệ F - Đ hệ thống CL - Đ ∗ Hệ thống CL - Đ chiều Hệ thống CL - Đ chiều dùng biến đổi loại nguồn điều áp chiều Khi nối vào mạch phần ứng ∼ với động điện chiều kích từ độc lập ta hệ thống CL - Đ T Khác với máy phát điện chiều, biến đổi trực tiếp biến dòng xoay chiều thành dòng chiều không qua khâu trung gian học Ư Hiện Tiristo dùng phổ biến để tạo chỉnh lưu có điều khiển tính chất ưu việt chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh… - Nguyên lý điều khiển Động điện chiều nhận lượng từ lưới xoay chiều thông qua chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành điện chiều cấp điện cho phần ứng động điện chiều Khi điều khiển góc mở Tiristo ( tức Tirito mở điện áp anod dương catod) ta điều khiển điện áp phần ứng tức điều khiển tốc độ động điện chiều - Các chế độ làm việc Chế độ dòng điện liên tục Khi mômen tải tăng Mt ↑ dòng điện Iđc ↑ dẫn đến lượng điện từ tăng Khi điện áp nguồn nhỏ sức điện động lượng cuộn dây lớn làm cho lượng xả đủ sức để trì dòng điện đến thời điểm mở van Khi chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu UCL = Udo.cosα Chế độ dòng điện gián đoạn Do mạch động có điện cảm điện cảm có tích lũy xả lượng Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy lượng cuộn dây nhỏ nên xả lượng nhỏ Vì điện áp lưới nhỏ 13 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT sức điện động động cơ, lượng cuộn dây xả để đảm bảo anod dương catod không đủ trì tính chất liên tục dòng điện Lúc này, dòng điện qua van trở trước van bắt đầu dẫn Chế độ biên liên tục Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ phải qua trạng thái giới hạn, trạng thái biên liên tục + Đặc tính hệ thống Chế độ dòng điện liên tục Phương trình đặc tính cơ: ω= U CL R− + RCL U cos α R− + RCL M = − − M ke Φ ke kμ Φ ke Φ ke kμ Φ Thay đổi góc điều khiển α = ( - π),điện áp chỉnh lưu biến thiên từ Udo – ( - Udo) ta họ đặc tính song song nằm nửa bên phải hệ trục tọa độ {M, ω} Những đặc tính không tồn nửa mặt bên trái van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều Khi tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α ωo = U cos α ke Φ dm Và độ cứng đặc tính cơ: β = (kΦ dm )2 không đổi R¦ + RCL → Các đường đặc tính hệ CL - Đ mềm đặc tính hệ F - Đ Chế độ dòng điện gián đoạn Phương trình đặc tính cơ: ω= U m cos γ sin (α o − γ )sin (α o − γ + λ ) exp(λ cot gγ ) kΦ dm − exp(λ cot gγ ) ω Khi làm việc chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính không đường thẳng, đường cong có độ cứng thấp Biên giới vùng dòng điện gián đoạn đường phân cách vùng dòng điện liên tục vùng dòng điện gián đoạn tập hợp đường trạng thái biên {Mblt; ωblt} thay 14 Biên liên tục ωo ωo ω2bl α=0 t Ibl I t α = π/2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT đổi góc α = ( - π ) gần đường elip có trục trục tọa độ - đường cong nét đứt hình vẽ - Đặc điểm hệ CL - Đ + Ưu điểm: Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn Có khả điều chỉnh trơn (γ ∼ 1) với phạm vi điều chỉnh rộng ( D ∼ 102 – 103) Có thể thiết lập hệ tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh cải thiện điều kiện làm việc hệ + Nhược điểm: Khả linh hoạt chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả tải dòng áp van Sức điện động biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ động làm xấu điều kiện chuyển mạch cổ góp động làm xấu điện áp nguồn Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất cosγ thấp ∗ Hệ thống băm áp động Bộ băm áp chiều dùng để biến đổi trị số điện áp, dòng điện chiều dựa nguyên lý đóng ngắt có chu kì nguồn điện chiều + K Vo Ư - Nguyên lý điều khiển Khi khóa K đóng dòng điện tăng làm tăng tốc độ động tích lũy lượng điện từ cho điện cảm mạch Trong thời gian khóa cắt, lượng điện từ tích lũy phóng qua Vo để trì dòng điện phần ứng - Các chế độ làm việc Chế độ dòng điện liên tục Khi dòng điện cảm mạch đủ lớn nănsg lượng điện từ đủ trì dòng điện bắt đầu chu kì Khi dòng phần ứng có dạng liên tục Điện áp chiều điều chỉnh băm áp cung cấp cho phần ứng động Điện áp môt chiều băm với điện áp trung bình: U TB = θ T U = γ U 15 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Ta điều chỉnh thông qua chu kì T Chu kì nhỏ ( tần số lớn f = /T) vùng gián đoạn nhỏ, chất lượng điều khiển cao → Điều khiển băm áp có chất lượng tốt điều khiển chỉnh lưu tần số f cao Chế độ dòng điện gián đoạn Nếu dòng điện điện cảm có giá trị nhỏ đường cong có dạng gián đoạn Nếu dòng điện điện cảm có giá trị giới hạn dòng điện giảm đến vào thời điểm đầu chu kì Khi ta có dòng biên liên tục - Đặc tính hệ thống Với dòng điện liên tục: ω Phương trình đặc tính ωo ω= U ba R¦ + Rba γ U1 R¦ + Rba − M = − M ke Φ ke kμ Φ ke Φ ke kμ Φ Để điều khiển tốc độ ta điều khiển hệ số γ tức điều khiển độ rộng xung điện áp θ chu kì điện áp Trong vùng liên tục, đặc tính tập hợp đường thẳng song song với tốc độ không tải lý tưởng ωo = β= (kΦ )2 γU kΦ dm γ=1 ωblt Iblt I, M γ=0 độ cứng đặc tính cơ: R¦ + Rba Với dòng điện gián đoạn Đặc tính đường cong Cũng hệ CL - Đ, chế độ mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính trở nên mềm Biên giới liên tục đường có dạng nửa hình elip nằm góc phần tư thứ có dạng nét đứt hình vẽ - Đặc điểm: + Ưu điểm Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắn Độ cứng đặc tính cao, xấp xỉ đặc tính tự nhiên + Nhược điểm Điện áp dạng xung gây tổn thất phụ lớn động Hệ thống làm việc trạng thái dòng gián đoạn với đặc tính ổn định tổn thất lượng nhiều 16 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT 17 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT CHƯƠNG II KHÁI QUÁT VỀ NGUỒN CHỈNH LƯU Bộ chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển chỉnh lưu có điều khiển Các chỉnh lưu có điều khiển trao đổi lượng theo phía: lượng truyền từ lưới xoay chiều sang tải nguồn làm việc chế độ chỉnh lưu, lượng truyền theo chiều ngược lại từ tải chiều lưới xoay chiều nguồn làm việc chế độ nghịch lưu trả lượng lưới Dưới ta xét số sơ đồ chỉnh lưu thường gặp: Chỉnh lưu chu kì với biến áp trung tính T1 a Sơ đồ động lực Theo hình dạng sơ đồ biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với U2 U1 thông số giống hệt nhau, cuộn U2 R L T2 làm việc nửa chu kì b Đường cong Ud α1 Id α2 α3 t Tải điện cảm lớn c Nguyên lý + Để điều khiển điện áp dòng điện tải ta điều khiển góc mở α Tiristo hay thời điểm mở Tiristo muốn mở phải có điều kiện: điện áp anod dương so với catod có dòng điện điều khiển + Khi Tiristo T1 mở có dòng điện chạy qua tải trì T1 trạng thái dẫn tới lúc dòng điện không, lúc điện áp đổi dấu kích mở T2 lập tức, T2 chuyển sang dẫn 18 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT + Đối với tải trở dòng điện gián đoạn tải có điện cảm dòng điện gián đoạn hay liên tục lượng điện từ tích lũy cuộn dây lớn hay bé Wđt = L.i2/2 phụ thuộc vào L, i α định ( Nếu α lớn i2 lớn , vùng gián đoạn nhỏ đi) Khi tải điện cảm lớn tới mức dòng điện van dẫn mở van đường cong điện áp, dòng điện liên tục d Nhận xét + Trong sơ đồ này, điện áp tải đập mạch hai nửa chu kì với tần số đập mạch hai lần tần số điện áp xoay chiều + Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản + Việc chế tạo biến áp phức tạp hiệu suất sử dụng biến áp xấu + Điện áp ngược van bán dẫn phải chịu có trị số lớn sơ đồ chỉnh lưu: U nv = 2U + Trong chỉnh lưu pha tải có dòng điện lớn điện áp thấp sơ đồ pha chỉnh lưu chu kì với biến áp có trung tính có ưu điểm Chỉnh lưu cầu pha a Chỉnh lưu cầu pha điều khiển có đối xứng T4 Ud α1 T1 Id α2 α3 T2 t Tải điện cảm lớn - U2 R T3 L Nguyên lý hoạt động: Trong 1/2 chu kì điện áp anod Tiristo T1 dương (khi catod T2 âm), cấp xung điều khiển dồng thuận với điều kiện phải hai xung lúc T1, T2 dẫn Đến 1/2 chu kì sau điện áp đổi dấu, anod T3 dương, catod T4 âm, có xung điều khiển đồng thời cho van van mở thông 19 ... lưu Chương 3: Thiết kế nguồn chỉnh lưu động lực Chương 4: Tính toán đặc tính điều khiển động Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển Chương 6: Hệ thống điều khiển với phản hồi Đồ án tốt nghiệp Bộ môn.. .Đồ án tốt nghiệp Bộ môn TBĐ - ĐT Thiết kế hệ điều khiển CL - Đ LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Bất kì vị trí nào, làm công việc tiếp cận với điều khiển Nó khâu... Việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông phương pháp điều khiển với công suất không đổi M Đồ án tốt nghiệp - Bộ môn TBĐ - ĐT Đánh giá tiêu điều khiển + Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển