Thiết kế và chế tạo module điện tử công suất điều khiển động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
MỤC LỤC
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hệ truyền động điều khiển động cơ điện một chiều
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 chỉnh tự động ) và loại điều khiển mạch hở ( hệ truyền động điều khiển “ hở” ). Hệ điều chỉnh tự động điện có cấu trúc phức tạp, nhƣng có chất lƣợng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở. Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn đƣợc phân loại theo truyền động có đảo chiều quay. Đồng thời tuỳ thuộc vào phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tƣ, hai góc phần tƣ và bốn góc phần tƣ. Sử dụng nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng, sẽ có hai phương án điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều với hai hệ thống truyền động tương ứng:. Hệ thống F – D là một trong các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng. Nguyên lý điều khiển:. Sơ đồ nguyên lý điều khiển. Theo sơ đồ thì động cơ Đ1 biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơ một chiều chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất. Để điều khiển tốc độ động cơ cần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động cơ, thông qua sức điện động của máy phát: E = kMF.Φ.ωMF. Khi máy phát F đƣợc quay với tốc độ ωMF cố định. Sức điện động của máy phát EMF phụ thuộc vào dòng kích từ IKmf theo luật đường cong từ hoá:. Các đường đặc tính cơ. Xét phương trình đặc tính cơ:. Ta thấy khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát ta đều chỉnh đƣợc tốc độ. không tải của hệ thống: kMF. thì giữ nguyên. Do đó các đường đặc tính cơ là một họ đường thẳng song song. Trong mạch lực F – Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Hệ F – Đ có đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tƣ của mặt phẳng tọa độ. - Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. - Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. - Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ. - Hệ điều chỉnh đơn giản. - Dùng máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gấy ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất tải yêu cầu. - Vốn đầu tƣ cao, cồng kềnh tốn diện tích. - Điều chỉnh sâu bị hạn chế. Hệ thống chỉnh lưu – động cơ điện một chiều. Hệ thống CL - Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện áp một chiều. Khi nối nó vào mạch phần ứng với động cơ điện một chiều. Khi nối nó vào mạch phần ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ đƣợc hệ thống CL – Đ. Khác với máy điện một chiều,bộ biến đổi trực tiếp biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào. Hiện nay cácTiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ƣu việt chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh. a) Nguyên lý điều khiển. Khi điều khiển góc mở của các Tiristor ( tức là Tiristor chỉ đƣợc mở khi điện áp anod dương hơn catod ) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều. b) Các chế độ làm việc. + Chế độ dòng điện liên tục. Khi mômen tải tăng Mt tăng thì dòng điện Iđc tăng dẫn đến năng lƣợng điện từ tăng. Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lƣợng của cuộn dây lớn làm cho năng lƣợng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kế tiếp. Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu: UCL = Ud0.cosα. + Chế độ dòng điện gián đoạn:. Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có khả năng tích lũy và xả năng lƣợng. Nếu dòng điện nhỏ, lƣợng tích lũy năng lƣợng của cuộn dây nhỏ nên xả năng lượng nhỏ. Vì vậy,khi điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động của động cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod. không đủ để duy trì tính chất liên tục của dòng điện. Lúc này, dòng điện qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn. Khi chuyển từ trạng thái dòng điện liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ sẽ phải qua một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục. c) Đặc tính cơ của hệ thống.
Các phương pháp điều khiển
Một số mạch chỉnh lưu một pha không điều khiển
Các thông số triac:. Triac tương đương 2 tiristor mắc song song ngược vì vậy thông số của triac tương đương thông số tiristor. c) Giản đồ dòng điện, điện áp. d) Một số các biểu thức trong mạch. - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:. - Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:. 𝜋𝑅 = 𝐼𝑑 - Điện áp ngƣợc lớn nhất dặt lên hai đầu diode D khi khóa:. - Dạng sóng dòng điện, điện áp tải nhấp nhô nên chất lƣợng không cao. - Máy biến áp sử dụng không tốt. - Muốn dòng tải giảm nhấp nhô phải mắc thêm tụ lọc. a) Sơ đồ nguyên lý. b) Nguyên lý làm việc. Khi diode dẫn dòng thì biểu thức của dòng điện qua tải khi đó:. Xét điều kiện lý tưởng khi diode cho dòng chảy qua thì điện áp đặt lên 2 đầu diode là UD = 0V. Do đó điện áp đặt lên diode D là:. a) Sơ đồ nguyên lý. Sơ đồ nguyên lý và các dạng sóng qua các trường hợp. Cuộn cảm trong mạch sinh ra sđđ tự cảm mỗi khi có sự biến thiên của dòng điện 𝑒 = −𝐿𝑑𝑖𝑑. Theo định luật ôm có thể viết phương trình mạch điện:. Dòng điện id gồm 2 thành phần dòng điện cơ bản icb và dòng điện tự do:. + Dòng điện icb đƣợc xác định:. 𝑍 𝑠𝑖𝑛𝜑 Cuối cùng ta nhận đƣợc:. - Khi biết góc α có thể xác định đƣợc góc tắt dòng λ bằng phép tính gần đúng phương trình siêu việt trên. Cuộn cảm L tích lũy năng lƣợng trong khoảng θ1 < θ < θ2 lúc này dòng id suy giảm. SĐĐ e lúc này tác động cùng chiều với u2; cuộn cảm L hoàn lại năng lƣợng. Trong thực tế, đối với tải L hoặc R + L người ta thường dùng một diode hoàn năng lƣợng D0 đấu song song ngƣợc với tải, mục đích vừa để bảo vệ diode và duy trì dòng điện tải trong nửa chu kỳ âm hình 2.26d. Trong khoảng π <. θ < 2π dòng tải id do cuộn cảm L cung cấp, nó phóng năng lƣợng đƣợc tích lũy vào mạch LRD0. Nếu dùng cuộn cảm lớn có thể duy trì dòng id trong toàn chu kỳ. - Dòng điện tải chậm pha so với điện áp u2 một góc φ. - Khi không có D0 thì điện áp tải có chứa một đoạn mang giá trị âm. - Khi có D0 thì điện áp tải không có đoạn mang giá trị âm. - Trong một chu kỳ, cuộn cảm L tích lũy đƣợc bao nhiêu năng lƣợng thì nó hoàn lại bấy nhiêu. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển. Xét trường hợp tải thuần trở. a) Sơ đồ nguyên lý. b) Nguyên lý làm việc. Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin. Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về dấu nhƣng ngƣợc nhau về pha. Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21, diode D1 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua. Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21, diode D1 bị phân cực ngƣợc nên khóa lại. Khi đó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải. Nhƣ vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp cho tải trong cả chu kỳ. c) Một số các biểu thức trong mạch. - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:. 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝜔𝑡 =𝐼𝑑 2 - Điện áp ngƣợc lớn nhất đặt trên mỗi van diode:. Dạng sóng dòng áp của mạch. a) Sơ đồ nguyên lý. c) Nguyên lý làm việc và một số các biểu thức trong mạch. - Giá trị trung bình dòng tải:. 𝑇 ta xác định đƣợc biểu thức nhƣ trên. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển. Xét với tải thuần trở:. a) Sơ đồ nguyên lý. b) Nguyên lý làm việc. Giả sử mạch đàn làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp. Dạng sóng dòng và áp của mạch. cặp van D2 và D3 bị phân cực ngƣợc nên không dẫn điện. Còn cặp van D2 và D3 phân cực thuận nên không dẫn điện. - Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. c) Một số các biểu thức trong mạch. - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:. - Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:. a) Sơ đồ nguyên lý. Dạng sóng của mạch. b) Nguyên lý làm việc. c) Một số các biểu thức trong mạch.
