Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng các phương pháp điều khiển từ thông và điện áp phần ứng
MỤC LỤC
Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện từ M=KΦ.Iu và sức điện động quay E= KΦ.ω của động cơ. Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, ngời ta thờng sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ. Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ωdm.
Do quá trình điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lợng ít, mang tính kinh tế.
Điều khiển bằng phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp nh: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lới. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức ωdm. Nếu điện áp phần ứng U < Umincp thì do phản ứng phần ứng sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định.
* Ưu điểm: Đây là phơng pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tởng.
Các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng điện áp phần ứng
Hệ thống điều khiển máy phát - động cơ (F-Đ)
Hệ cho phép hạn chế dòng diện v mômen động cơ nhờ có khâuμ phản hồi âm dòng điện v tốc độ (qua máy phát tốc), dòng điện v môμ μ men đ ợc hạn chế d ới giá trị cho phép trong các tr ờng hợp khởi động,− − − hãm, đảo chiều, quá tải lớn v ngắn mạch. Dùng nhiều máy phát điện quay nên hiệu suất thấp không quá 75%, thiết bị cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn, vốn đầu t ban đầu− cao. Nếu điện cảm đủ lớn, dòng điện sẽ đ ợc duy trì đến nửa chu kỳ sau,− ta đ ợc dạng dòng điện dạng răng c a liên tục (chế độ dòng liên tục).
Vì− − dòng điện phần ứng biến thiên theo thời gian v cụ thể l chu kì chuyểnμ μ mạch khoá K, nên mômen v tốc độ động cơ cũng biến thiên theo thời gianμ v hệ thống không có trạng thái xác lập tĩnh.
Hệ thống điều khiển tốc độ bằng chỉnh lu
+ Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ mà không quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc dễ dàng hơn. + Đảm bảo cho nguồn và bộ chỉnh lu chỉ quan hệ với nhau về từ mà không quan hệ trực tiếp về điện nên bảo vệ và điều chỉnh bộ chỉnh lu đợc dễ dàng hơn. - Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơ− l độ tácμ động nhanh, không gây ồn v dễ tự động hoá do các van bán dẫnμ có hệ số khuếch đại công suất rất cao, rất tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất l ợng các đặc tính− tĩnh v các đặc tính độngμ của hệ thống.
Để l m rừ hơn về u điểm của cỏc hệ chỉnh l u điều khiển động cơμ − − một chiều ta sẽ tìm hiểu các bộ nguồn chỉnh l u có điều khiển d ới đây.− − Từ đó có sự lựa chọn hê truyền động tối u nhất cho việc điều khiển động− cơ điện một chiều.
CáC Bộ NGUồN CHỉNH LƯU Có ĐIềU KHIểN
+ Với chỉnh lu cầu điều khiển không đối xứng kể cả tải thuần trở cũng nh tải có điện cảm ta không có phần âm điện áp nên không có phần trả năng lợng về lới. + Mạch chỉnh lu có điều khiển cầu tia 3 fa có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động đợc cần mắc biến áp để đa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Ngoài ra khi góc mở α ≤600, khi bộ chỉnh lu đã làm việc bình thờng rồi thì xung thứ hai không có tác dụng gì vì theo nh hình trên ta thấy khi ta phát xung cho Tiristo của nhóm này thì luôn luôn có một Tirito của nhóm còn lại đang dẫn.
Sau khi đánh giá phân tích các tính năng của các loại chỉnh lu về u và nhợc điểm đây là loại tải cần làm việc ở chế độ nghịch lu hoàn trả năng lợng về lới và cần chất lợng điện áp tốt, yêu cầu chất lợng.
Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho bộ nguồn chỉnh lu
- Nguyên tắc điều khiển
- Tính toán các thông số mạch điều khiển
Phơng pháp điều khiển thẳng đứng arccos thờng đợc sử dụng cho những hệ chỉnh lu cần chất lợng điều khiển cao. Để đơn giản ta chọn phơng pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính cho thiết kế mạch điều khiển bộ chỉnh lu. Khâu đồng pha (ĐF): có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa biến thiên đồng bộ với điện áp UAK của Tiristo hay với điện áp đồng pha Uđf.
Ngoài ra khâu tạo xung, khuếch đại còn cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực qua biến áp xung. Đặc điểm điều khiển cầu ba pha đối xứng là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, nghĩa là dòng điện đồng thời chạy qua hai tiristor một lúc. Ta coi xung cần mở tiristor đợc quyết định bởi góc mở của chúng là xung chính thì phải có xung đệm, xung chính ở nhóm van này thì xung đệm ở nhóm van kia.
- Cách thứ hai, cấp xung với độ rộng đủ lớn, suốt từ thời điểm có lệnh mở van cho đến khi điện áp anốt tiristor đổi dấu. Tuy nhiên, việc thiết kế xung rộng nh thế có nhiều khó khăn, do đó ngời ta thờng phát xung chùm nh trên hình 4.7. Do mạch điều khiển hai bộ thuận nghịch là tơng tự nhau, nên ta chỉ cần tính toán và thiết kế cho một mạch điều khiển, mạch còn lại là hoàn toàn tơng tự.
- Điện áp giữa colecto và bazo khi hở mạch emito: UCBO =25V - Điện áp giữa emito và bazo khi hở mạch colecto: 7. Mỗi khi phát xung điều khiển thì công suất xung là đáng kể nên cần chế tạo cuộn dây này riêng rẽ với cuộn dây cấp nguồn cho IC, nhằm tránh sụt áp cho nguồn nuôi IC.
Tính toán thiết kế mạch điều khiển hệ truyền động
Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển tác động liên tục
Đối với hệ thống điều chỉnh tốc độ thờng phải vận hành đảo chiều nh máy bào giờng, máy cán đảo chiều, việc rút ngắn thời gian quá trình khởi. Lúc này đồ thị của dòng điện có hình sóng, còn đồ thị tốc độ quay tăng theo tuyến tính. Đó là quá trình khởi động nhanh nhất mà hệ thống điều chỉnh tốc độ ở điều kiện dòng điện (hay tốc. độ quay) tối đa bị hạn chế có thể đạt tới.
Để khởi động nhanh nhất trong điều kiện cho phép, mấu chốt là nhận đ- ợc một quá trình có dòng điện không đổi cho phép Icp (Icp = 2 ữ 2,5 Iđm). Theo quy luật điều khiển phản hồi, dùng phản hồi âm một đại lợng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại lợng ấy cơ bản bất biến, thế thì dùng phản hồi. Vấn đề là yêu cầu trong quá trình khởi động chỉ có phản hồi âm dòng điện, mà không thể đồng thời có thêm phản hồi âm tốc độ quay đa tín hiệu tới cùng một.
Hệ thống điều khiển tối u hai mạch vòng kín dòng điện và tốc độ chính là dùng để giải quyết vấn đề ấy. Hệ thống điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện. Đờng đặc tính tĩnh của hệ thống (hình 5.6) khi dòng điện phụ tải nhỏ hơn Icp thì biểu hiện thành không có sai số tĩnh tốc độ quay, lúc đó, phản hồi âm tốc độ sẽ gây tác dụng chủ yếu.
Sau khi dòng điện phụ tải đạt tới trị số Icp, bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà, bộ điều chỉnh dòng điện sẽ gây tác dụng chủ yếu, hệ thống không có sai số tĩnh dòng điện, nhận đợc sự bảo vệ tự động về dòng điện quá mức cho phép. Mục đích quan trọng của hệ thống điều khiển hai mạch vòng kín chính là để nhận.
Tính toán bộ điều chỉnh tối u hai mạch vòng kín tốc độ và dòng
Dựa vào các tham số nói trên, chỉ tiêu trạng thái động mà mạch vòng dòng. Khi kết hợp chức năng hạn chế I thì Regw có đặc tính khuếch đại bão hoà (hình 5.14) và UđI = Kpi.I đa vào bộ Reg luôn nhỏ hơn hoặc bằng Uđimax = const. Tác dụng của khõu hạn chế dũng I thể hiện rừ nhất trong quỏ trỡnh khởi động.
Khi khởi động, điện áp đặt phải đặt định mức tức là: Uđw=Uđwmax→UđI= U®imax. Còn khi ω ≥ωng →Uvω đủ nhỏ để điểm làm việc ra khỏi vùng bão hòa (UđI <Uđimax) từ đó tiến tới. Việc sử dụng phơng án nh hình 5.16a sẽ khó để điều chỉnh điện áp đặt ngỡng do hạn chế điện áp ngỡng trên DZ (chọn DZ theo điện áp ngỡng là khó vì phạm vi giá trị là ít, điều đó hạn chế việc điều chỉnh điện áp đặt theo yêu cầu).Do đó ta sử dụng phơng án nh hình 5.16b, tuy phức tạp hơn nhng có thể điểu chỉnh đợc điện áp đặt ngỡng (cả trên và dới) nh mong muốn thông qua việc điều chỉnh hai biến trở.
