Đồ án điện tử công suất thiết kế bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha kép để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAKHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA KÉP ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHI

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA KÉP

ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÓ ĐẢO CHIỀU

Người hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY

Sinh viên thực hiện:

Số thẻ sinh viên:

Nhóm HP / Lớp:

Ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 7

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 7

1.1.1 Khái niệm: 7

1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều: 7

1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều: 8

1.1.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều: 8

1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: 8

1.2.1 Đặc tính động cơ điện: 8

1.2.2 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 8

1.2.3 Đặc tính cơ tự nhiên: 9

1.2.4 Đặc tính cơ nhân tạo: 10

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: 10

1.3.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng: 10

1.3.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ: 11

1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ: 12

1.4 KẾT LUẬN CHUNG: 13

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN 14

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 14

2.1.1 Khái niệm: 14

2.1.2 Phân loại: 14

2.1.3 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu: 14

2.2 CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN 15

2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý: 15

2.2.2 Nguyên lý làm việc: 16

2.2.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu: 17

2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn: 17

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU: 18

2.3.1 Khái niệm chung: 18

2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: 19

2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos: 19

2.4 BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN: 20

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý: 20

2.4.2 Nguyên lý hoạt động: 20

2.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược: 21

2.5 KẾT LUẬN CHUNG: 25

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 26

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 26

3.1.1 Sơ đồ khối mạch động lực: 26

3.1.2 Chức năng của từng khối: 26

3.2 TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC: 26

3.2.1 Tính chọn Thyristor: 26

3.2.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu: 28

3.2.3 Thiết kế bộ lọc: 31

3.3 KẾT LUẬN CHUNG: 32

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33

4.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 33

4.1.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor: 33

4.1.2 Yêu cầu của mạch điều khiển: 33

4.1.3 Nhiệm vụ mạch điều khiển: 34

4.1.4 Nguyên tắc điều khiển: 34

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHÂU: 35

4.2.1 Khâu đồng pha: 35

4.2.2 Khâu so sánh: 36

4.2.3 Khâu tạo xung chùm: 36

4.2.4 Khâu khuếch đại: 38

4.2.5 Sơ đồ mạch điều khiển: 39

4.3 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 39

4.3.1 Tính biến áp xung: 40

4.3.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng: 40

4.3.3 Chọn cổng AND: 41

4.3.4 Chọn tụ C3 và R9: 41

4.3.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm:\ 42

4.3.6 Tính chọn tầng so sánh: 43

4.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: 43

4.3.8 Tạo nguồn nuôi: 44

4.3.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha: 45

4.3.10 Chọn các Diode cho bộ chỉnh lưu: 46

4.4 KẾT LUẬN CHUNG: 46

CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 47

5.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 47

5.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN: 47

5.2.1 Bảo vệ dòng điện quá tải: 47

5.2.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch: 47

5.3 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP: 48

5.4 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC: 51

5.5 KẾT LUẬN CHUNG: 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH SÁCH HÌNH Ả

Hình 1 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều 7

Hình 1 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều 7

Hình 1 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập 8

Hình 1 4: Hình ảnh đặc tính cơ – điện 9

Hình 1 5: Hình ảnh đặc tính cơ 9

Hình 1 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Rf 10

Hình 1 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ϕ 11

Hình 1 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Uư 12

Y Hình 2 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn 16

Hình 2 2: Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 16

Hình 2 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha 17

Hình 2 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn 17

Hình 2 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor 18

Hình 2 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 19

Hình 2 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 19

Hình 2 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn 20

Hình 2 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược 21

Hình 2 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc 22

Hình 2 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP 23

Hình 2 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập 24

Hình 3 1: Sơ đồ khối mạch động lực 26

Hình 3 2: Sơ đồ mạch lọc LC 31

Hình 4 1: Sơ đồ khối điều khiển thyristor 33

Hình 4 2: Sơ đồ mạch khâu đồng pha 35

Hình 4 3: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC 35

Hình 4 4: Sơ đồ mạch khâu so sánh 36

Hình 4 5: Sơ đồ dạng sóng của UA, UB, UC,UD 36

Hình 4 6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 36

Hình 4 7: Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán 37

Hình 4 8: Sơ đồ dạng sóng UE 37

Hình 4 9: Sơ đồ mạch khâu khuếch đại 38

Hình 4 10: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor 39

Hình 4 11: Giản đồ các đường cong mạch điều khiển 39

Hình 4 12: Sơ đồ chân IC 4081 41

Hình 4 13: Sơ đồ chân IC TL084 42

Hình 4 14: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi 44

Y Hình 5 1: Hình ảnh các giai đoạn của dây chảy 48

Hình 5 2: Sơ đồ bảo vệ các thiết bị biến đổi dùng cầu chì 48

Hình 5 3:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC 49

Hình 5 4: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ quá áp 50

Hình 5 5: Sơ đồ mạch bảo vệ của mạch động lực 51

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Hình 1 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều.

1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: phần tĩnh vàphần động

Hình 1 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.

1- Thép, 2- Cực chính với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7- Thiết bị chổi, 8 Cỗ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây

5-1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ đượccung cấp từ hai nguồn riêng lẻ

 Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắcsong song với phần ứng

 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nốitiếp với phần ứng

 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, mộtcuộn mắc song song với phần ứng, một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng

1.1.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dâydẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường Khi hoạt động động cơ điện một chiềubiến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng

1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:

1.2.1 Đặc tính động cơ điện:

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của độngcơ: M = f(ω).ω).)

1.2.2 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: nguồn một chiều cấp cho phần ứng vàcấp cho kích từ độc lập nhau

Hình 1 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Phương trình cân bằng điện áp:

ω= U ư Kϕϕ−

R ư

Kϕ ϕ I ư

 Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:

ω= U ư Kϕϕ−

R ư

(Kϕϕ)2M

1.2.4 Đặc tính cơ nhân tạo:

Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc

có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơnhân tạo

 Tốc độ không tải lý tưởng không đổi.

 Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm

 Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm ⇒ độ ổnđịnh tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

 Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ

Nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm M≤Mc như thế động cơ sẽ khôngquay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch (ω).ω=0) Từ lúc này, ta có thể thay đổi

Rf thì tốc độ vẫn bằng 0, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa Do đóphương pháp điều chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để

Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cần trục,

thang máy, máy nâng, máy xúc

Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp thì giá trị điện trở đóng vào càng lớn,

đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm dẫn đến sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi kém.Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng cao

⇒ Phương pháp thay đổi Rf chỉ phù hợp khi khởi động động cơ

1.3.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ:

ω= U ư Kϕϕ−

R ư+R f

(Kϕϕ)2 M

Ta thấy rằng khi thay đổi ϕ thì ω o và Δ ω đều thay đổi, vì vậy ta sẽ được các đườngđặc tính điều chỉnh dốc dần và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi ϕ càng nhỏ, với tải nhưnhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông ϕ

Hình 1 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi ϕ

Đặc điểm điều chỉnh:

 Giảm từ thông thì tốc độ thay đổi tỉ lệ nghịch, từ thông càng giảm thì tốc độkhông tải lý tưởng càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn.

 Dòng điện ngắn mạch không đổi

 Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

Nếu giảm ϕ quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép,hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao Như vậy, đểđảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng ⇒ momen trên trụcđộng cơ giảm nhanh ⇒ động cơ bị quá tải

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều

chỉnh vô cấp và cho tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản Phương pháp nảy thường được dùngcho các máy như: máy mài vạn năng, máy bào giường,… Việc điều chỉnh được thực hiệntrên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, thiết bị đơn giản nên giá thành thấp

Nhược điểm: Do điều chỉnh sâu nên βgiảm, sai số tĩnh lớn, kém ổn định với tốc

độ cao Nghĩa là điều chỉnh càng sâu thì Δ ω càng lớn Nên đặc tính càng dốc momen nhỏđến khi nhỏ hơn momen phụ tải thì động cơ không chạy được

1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:

Hình 1 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U ư

Đặc điểm điều chỉnh:

 Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng

 Thay đổi được cả tốc độ không tải lý tưởng ω o, và dòng điện ngắn mạch.

 Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh

 Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với

Uư≤Uđm

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên được dùng nhiều trong các máy cắtgọt kim loại Đảm bảo tính kinh tế, tổn hao năng lượng thấp, phạm vi điều chỉnh rộng.Nếu kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thông thì ta có thể điều chỉnh tốc độ lớn hơn

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN

TOÀN2.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

2.1.2 Phân loại:

Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha…Dựa theo loại van bán dẫn:

 Mạch chỉnh lưu không điều khiển

 Mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn

 Mạch chỉnh lưu bán điều khiển

Dựa theo sơ đồ mắc van:

 Sơ đồ hình tia: Số van bằng số pha nguồn cung cấp Các van đấu chung mộtđầu nào đó với nhau: Anode chung hoặc Cathode chung

 Sơ đồ hình cầu: Một nữa số van mắc chung nhâu Anode, một nữa số vanmắc chung Cathode

2.1.3 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:

p= f σ (1) f

fσ(ω).1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud.f: Tần số điện áp lưới

Giá trị hiệu dụng của điện áp chỉnh lưu:

ω σ(n): Tần số góc của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều

Nhấp nhô của dòng tải: Do thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu gây ra.Nếu L → ∞ ⇒ Iσ(ω).n) → 0 ⇒ id= Id⇒ Dòng phẳng tuyệt đối

2.2 CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN

Hình 2 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn

2.2.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:

 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

 Trị trung bình dòng qua thyristor:

Hình 2 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha.

Hình 2 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn

Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiệntượng trùng dẫn.

Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT3 = Id Khi θ=π +α phát xung mở

T2, T4 Vì có L nên dòng iT1, iT3 không giảm đột ngột về 0 và dòng iT2, iT4 cũng không tăngđột ngột từ 0 ÷ Id Lúc này, cả 4 van cùng mở không cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắnmạch Ud = 0

Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn:

 Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải

 Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và

do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu

 Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU:

2.3.1 Khái niệm chung:

Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên anode thyristor phải là xungdương

⇒ Phải biết khi nào điện áp đặt lên thyristor dương

⇒ Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor

Sơ đồ khâu phát xung – bộ điều khiển:

Hình 2 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor

2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Hình 2 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều

Điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa

Điện áp so sánh uss = Uc - Udb

Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển

Góc điều khiển: α=π × U c

U dbM=k ×U c

Điện áp chỉnh lưu: Ud = Udo.cos(ω).kUc)

2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

Hình 2 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều.

Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: Udb = Umcosθ

Điện áp so sánh uss = Uc - Udb.Khi Uc = Udb ⇒ uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển

Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu

1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau

Hình 2 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn

2.4.2 Nguyên lý hoạt động:

Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích Đây

là sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển Nguyên lý hoạt động được trình bàynhư ở phần trước

2.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược:

Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ

có một bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải

Khi chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau

Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp:

 Phương pháp điều khiển tuyến tính khống chế phụ thuộc hai bộ chỉnh lưumắc song song ngược (ω).điều khiển chung)

 Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược(ω).điều khiển riêng)

Hình 2 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược

2.4.3.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:

Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào hai bộ chỉnh lưu, tức là xung điềukhiển hai bộ này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ:

Mà α1+α2=π ⇒ U d 1=−U d 2=U do ×cos α1

Như vậy, ta thấy thành phần một chiều của điện áp đầu ra của 2 sơ đồ chỉnh lưu là bằngnhau nên chúng không gây ra thành phần điện áp khép vòng qua các van của 2 sơ đồchỉnh lưu

I cb=¿U d 1−U d 2∨¿

Z=0¿

Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều:

Hình 2 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc.

Từ thời điểm t = 0 với tdc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ:

α1<π

2 ⇒ Ud1 = Udocosα1>0⇒ BCL 1: làm việc ở chế độ chỉnh lưu

α2>π

2 ⇒ Ud1 = Udocosα2<0⇒ BCL 2: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ

Từ thời điểm tdc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở α1đồng thời α2 giảm Điện áp trênBCL 2 giảm Do đó, tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ động cơ không giảm nhanh bằngđiện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnhlưu nên BCL 2 đủ điều kiện nghịch lưu (ω).|Eư| > |Ud| và π2<α

2 ⇒ Ud1 = Udocosα1<0⇒ BCL1: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ

α2<π

2 ⇒ Ud1 = Ud0cosα2>0⇒ BCL2: làm việc ở chế độ chỉnh lưu

Sự xuất hiện dòng điện và hạn chế:

 Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung bìnhbằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của hai sơ đồ có lúckhông bằng nhau, điều này tạo nên sự chênh lệch điện thế tức thời gây radòng điện khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không điqua tải, nó được gọi là dòng cân bằng

I cb=¿U d 1−U d 2∨¿

Z ≠ 0¿

 Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn làmhỏng các van và phá hủy chế độ làm việc của bộ biến đổi Vì vậy, ta cầnphải có biện pháp hạn chế dòng điện cân bằng Như ta đã biết dòng cânbằng không có thành phần một chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều nên

ta sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng cân bằng (ω).đặc điểm của điệncảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho dòng một chiều đi qua nó dễdàng và không gây nên tổn thất công suất tác dụng.)

Phối hợp góc điều khiển:

Điện áp đặt vào phần ứng của động cơ: Ud = Ud0cosα

Trong đó: Ud0 = const do vậy tốc độ của động cơ phụ thuộc vào α Theo nguyêntắc điều khiển thẳng đứng, muốn thay đổi góc mở α thì thay đổi Uc Do đó, điều kiện:

α1+α2=π với α1 ta có U c1, α2 ta có U c2 Ta phải điều khiển sao cho Uc1 + Uc2 = const.Muốn có điều đó ta sử dụng mạch trừ sao cho: U c 2=U const−U c 1

2.4.3.2 Phương pháp điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập:

Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ làm việcThyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc

Xét giản đồ dòng điện của bộ chỉnh lưu:

Hình 2 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập

 Giả sử BCL1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu (ω).α < π

2 ¿ và BCL 2 không cóxung điều khiển nên không có dòng qua BCL 2

 Tại thời điểm tdc ta cần đảo chiều động cơ, BCL1 mất xung điều khiểnnhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0

 Tại thời điểm t1, iBCL1 = 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung để kích mở BCL2

mà phải sau khoảng thời gian tk thì ta mới cấp xung kích mở BCL2 Lý do

là khoảng thời gian tk để BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tính chất vancủa bộ này Trong khoảng thời gian tk cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc

 Tại thời điểm t2 ta cấp xung để kích mở BCL 2 và chỉ duy nhất BCL 2 dẫndòng

⇒ Ta sử dụng phương pháp này phải cần bộ logic có mạch tạo trễ thời gian là tk Như vậy với phương pháp khống chế này thì không xuất hiện dòng cân bằng nênkhông cần mắc thêm cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng Nhưng nhược điểm là thời giangián đoạn dòng lớn hơn nhiều so với phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc

2.5 KẾT LUẬN CHUNG:

Qua phân tích trên cả 2 phương pháp đều có thể dùng để điều khiển đảo chiềuđộng cơ phù hợp với công nghệ nhưng chúng ta cần độ đáp ứng nhanh (ω).không có giánđoạn dòng) nên ta chọn phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH

ĐỘNG LỰC3.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

 Biến đổi số pha của nguồn lưới (ω).1,2,3,6,12,… pha )

 Cách ly với điện áp lưới

Khối van chỉnh lưu : Các van bán dẫn (ω) Diode, thyristor, ….)

Khối lọc: Giúp điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều bằng phẳngtheo yêu cầu

Kϕ nv=√2=1,41 : Hệ số điện áp ngược.

Kϕ u=2√2

π =0,9 : Hệ số điện áp mạch lực

U d : Điện áp trung bình chỉnh lưu

U2 : Điện áp nguồn xoay chiều.

U ngmax=1,41×U d

0,9=1,41 ×

2200,9=344,6(V )

Dòng điện làm việc của van:

I hdv : Dòng hiệu dụng qua van

Kϕ hdv : Hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 1 pha Kϕ hdv=√2

 Điện áp ngược van: U ngmax=600(V )

 Dòng điện làm việc cực đại: I hdmax=25( A)

 Dòng điện xung điều khiển: I Gmax=180 (mA)

 Điện áp xung điều khiển: U Gmax=3(V )

 Độ sụt áp lớn nhất trên thyristor ở trạng thái dẫn: ∆ U max=2(V )