Đảo chiều trong hệ thống T-Đ

III CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN NG:

4. Đảo chiều trong hệ thống T-Đ

Trong nhiều trờng hợp cần phải thay đổi đợc chiều dịng điện qua phụ tải của bộ chỉnh lưu. Do tính dẫn dịng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng công tắc tơ hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm 2 bộ chỉnh lưu, mỗi bộ dẫn dòng theo một chiều.

Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dịng điện qua tải được đổi chiều. Thực tế ngời ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau.

Để điều khiển 2 BBĐ song song ngược có thể sử dụng 2 phơng pháp điều chỉnh :

 Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): Là sử dụng 2 bộ phát xung độc lập nhau. Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do đó các van trong BBĐ cịn lại khơng thể mở được. Khi cần đảo chiều thì cho bộ này nghỉ, sau đó cho bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ

2. Phương pháp điều khiển này có nhược điểm là tần số đảo chiều khơng cao vì các van Thyristor cần có thời gian để khơi phục đặc tính khố của nó.

 Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ. Khi sử dụng phương pháp này, sẽ có dịng điện khơng cân bằng chạy trong các BBĐ. Để hạn chế dòng này người ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng

Hình 2- 10: Sơ đồ nối song song ngược

của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay.

 Chọn phương án điều khiển chung

Đặc điểm của phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ phận làm việc ở chế độ chỉnh lưu, là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc xoay chiều của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịc lưu và sẳn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu.

Hình vẽ là thí dụ về bộ chỉnh lu đảo chiều sữ dụng sơ đồ cầu ba pha. Do hai bộ chỉnh lu cùng đấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau.

Thiết kế mạch động lực:

Muốn xây dựng sơ đồ mạch động lực phải chọn đợc sơ đồ chỉnh lưu để làm bộ biến đổi cho mạch, nh đã biết ở phần II, hệ T-Đ có tác động nhanh, cao, khơng gây ồn ào và dễ tự động hố do các van bán dẫn có hệ số cơng suất cao, điều đó thuận tiện cho các hệ thiết kế các hệ tự động điều khiển để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ. Mặt khác các mạch chỉnh lưu điều khiển có sức điện động Ed phụ thuộc vào góc điều khiển  nên có thể dùng làm nguồn điều khiển điện áp phần ứng hoặc dịng kích thớch ng c.

Tốc độ truyền động điện trong hệ thống này được điều chỉnh bằng cách biến đổi góc thơng van chậm  của van, tức là điều chỉnh sđđ Eđ của bộ biến đổi. Khi biến đổi  từ 0 đến

2 

, trị số Eđ biến thiên từ Eđm đến 0. Rõ ràng là các đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện là một họ các đường thẳng song song với nhau. Các đường thẳng đó cắt trục tung tại những điểm tương ứng với các tốc độ không tải lý tưởng

dm v dm K U E     cos   0 '

Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện khi bộ biến đổi là việc ở trạng thái động điện gián đoạn khơng thể biểu diễn bằng giải tích được.

Trường hợp bộ biến đổi là việc ở trạng thái dòng điện liên tục, nếu biến đổi góc thơng van  thì tốc độ khơng tải lý tưởng giả định '0 biến đổi trong một phạm vi rộng. Nếu

2

0

 

   thì '0=0 và động cơ làm việc ở trạng thái hãm động

năng. Khi

2 

  , '00, hệ thống truyền động điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh. Khi đó, năng lượng do máy điện một chiều sinh ra sẽ đợc bộ biến đổi van biến thành năng lượng điện xoay chiều để truyền vào lưới cung cấp. Khi này, bộ biến đổi van làm việc ở trạng thái nghịch lưu với đặc điểm sau: dòng điện trong mạch của nguồn xoay chiều chạy dưới tác dụng của sđđ E của động cơ. trong phần lớn khoảng dẫn của van, dòng điện này chảy ngược chiều sđđ của các cuộn dây máy biến áp.Để không xảy ra hiện tượng ‘‘đột biến nghịch lưu’’ với dòng điện trong mạch lớn gấp nhiều lần so với lúc làm việc bình thường, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, mà trước hết là gây nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thơng van:

max   ()

Trong đó:  là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngt ca van.

Khi tần số lới là 50Hz, góc phục hồi tính chất ngắt của van ion bằng khoảng 120. Đối với Thyristor, thời gian phục hồi tính chất ngắt khơng q 150s, tương ứng với  3 .

Thường thường, khi phân tích hoạt động của bộ biến đổi ở trạng thái nghịch lưu, người ta sử dụng khái niệm ‘‘ góc thơng trước’’ của van     .

Tương ứng để loại trừ hiện tượng’’đột biến nghịch lưu’’ ta có điều kiện hạn chế sau: min  .

Trong thực tế ở các hệ thống truyền động, van, người ta áp dụng ba phương pháp biến đổi chiều mômen động cơ sau:

a) Biến đổi chiều từ thông động cơ khi chiều dịng điện phần ứng khơng đổi (hình a).

(a) (b) (c)

b) Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các cơng tắc chuyển đổi (bộ đảo chiều) (hình b).

c) Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình c). Khi áp dụng hai phương pháp đầu, động cơ được xung cấp từ bộ điều khiển đơn (bộ biến đổi một nhóm). Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạng thái động cơ sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi. Sơ đồ đầu là rẻ nhất và đơn giản nhất, song có nhược điểm là thời hạn đảo chiều lớn, bằng khoảng (0,5 - 2,5)s ,( do hằng số thời gian của cuộn dây kích từ động cơ khơng lớn). Sơ đồ thứ hai tuy có thời hạn đảo chiều nhỏ hn nhng van khụng

thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác động nhất định trong hệ thống điều khiển truyền động điện.

Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động cơ hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụng các sơ đồ có hai nhóm van (bộ biến đổi kép). Mỗi nhóm dẫn dịng điện theo một chiều nên bộ biến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều. Bộ biến đổi như vậy có thể được nối theo nhiều sơ đồ khác nhau. Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dịng điện qua tải được đổi chiều. Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau. Trong sơ đồ song song ngược, cả hai nhóm van đều được cung cấp từ một nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp.

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái động cơ, một nhóm van, ví dụ 1V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu cịn nhóm kia 2V bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở trạng thái nghịch lưu. Trong trường hợp thứ hai, để loại trừ hiện t- ượng truyền năng lượng do 1V biến đổi vào lưới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1. Nếu 2V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu, thì 1V phải được khố hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu. Khi đó, tương ứng với trường hợp trên, ta có Ed1  Ed2: Như vậy nói chung Edn1  Edc2 , trong đó Edn1 , Edc2 - sđđ của các nhóm van bộ biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu và chỉnh lưu.

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái hãm tái sinh, một nhóm van làm việc ở trạng thái nghịc lưu, cịn nhóm van kia bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Trường hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ Edn1  Edc2

Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc rất nhiều vào phương thức điều khiển cả hai nhóm van. Khi điều khiển chung, tín hiệu điền khiển được đặt vào cả hai nhóm van sao cho đảm bảo được Edn1  Edc2. Trường hợp này cần hạn chế dòng điện cân bằng chạy giữa hai nhóm van dưới tác dng

của các trị số tức thời của sđđ các nhóm van. Do đó trong mạch của bộ biến đổi người ta nối các cuộn kháng cân bằng CB1 - CB4, như hình vẽ trên.

Để loại trừ dịng điện cân bằng người ta sử dụng phương pháp điều khiển riêng các nhóm van của bộ biến đổi . Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ được đặt vào nhóm van đang làm việc, cịn ở nhóm van kia (nhóm khơng làm việc tại thời điểm đang xét ) khơng có xung điều khiển nên nó bị ngắt. Để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biến đổi người ta dùng một thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiển trên nhóm van đang làm việc, rồi sau đó một khoảng thời gian ngắn (5 - 10s) đa xung điều khiển lên nhóm van thứ hai. Với thứ tự như vậy thì trạng thái dịng điện gián đoạn của bộ biến đổi sẽ tương ứng với quá trình chuyển đổi hệ thống truyền động điện từ trạng tái dộng cơ sang trạng tái hãm và ngược lại

Các đặc tính tốc độ và đặc tính cơ của truyền động van đảo chiều có điều khiển riêng các nhóm van phụ thuộc vào cách phối hợp các góc điều khiển u điểm của phương thức điều khiển riêng so với điều khiển chung là:

- Không cần nối cuộn kháng cân bằng

- Tận dụng đợc khả năng máy biến áp (Ed.d.cmax = Eđm ) giảm bớt được xác suất đột biến nghịch lưu vì thời gian biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu ít hơn.

- Giảm được tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất truyền động điện do khơng có dịng điện cân bằng. Tuy nhiên, khi điều chỉnh riêng yêu cầu về độ tin cậy của thiết bị chuyển đổi (để chuyển xung điều khiển từ nhóm van này sang nhóm van kia) cao hơn; có một khoảng hở khi chuyển đổi bộ biến đổi từ trạng thái chỉnh lưu sang trạng thái nghịch lưu, nên thời hạn của quá trình quá độ tăng lên. Cũng cần chú ý rằng phương thức điều khiển riêng không thể sử dụng cho các hệ truyền động có khả năng làm việc ở trạng tái khơng tải lý tưởng hoặc trong vùng gần đó (như thang máy chẳng hạn ) vì trạng thái dịng điện gián đoạn của bộ biến đổi tương ứng với các phụ tải nhỏ của động cơ.

Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, thường người ta chọn máy biến áp có điện áp ngắn mạch lớn Unm = 8 - 10%, do đó xBA cũng có trị số lớn. kết quả l thnh

phần điện trở của bộ biến đổi do hiện tượng giảm áp trong quá trình chuyển mạch các van  2 .m x R BA cm   khá lớn. Đó là ngun nhân chính làm mềm đặc tính cơ của truyền động điện. Nếu bộ biến đổi được nối vào lưới xoay chiều khơng qua máy bién áp thì người ta phải nối cuộn kháng hạn chế dòng điện vào mạch xoay chiều nối tiếp với bộ biến đổi. Cảm kháng xBA và RBA của máy biến áp nên hiện tượng trên vẫn tồn tại.

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này, có thể sử dụng các hồi tiếp giống như trong hệ thống F - Đ, như hồi tiếp dương theo dòng điện phần ứng, hồi tiếp âm theo tốc độ và theo điện áp. Để hạn chế dòng điện trong bộ biến đổi và trong phần ứng động cơ, sử dụng hồi tiếp âm dịng điện có ngắt ; khi đó truyền động điện có đặc tính máy xúc. Vì bộ biến đổi van có hệ số khuếch đại lớn, nên trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các hồi tiếp kể trên không qua khuếch đại trung gian

Trong sơ đồ gồm có:

- Máy biến áp BA :Làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho mạch

- CB là cuộn kháng dùng để lọc nguồn 1 chiều gọi là cuộn kháng san bằng. - BD là các máy biến dòng được sữ dụng để lấy tín hiệu âm dịng điện, đưa

trở lại khống chế đầu vào mạch điều khiển.

- Các bộ R-C được mắc song song với các Thyristor trong các quá trình chuyển mạch và biến thiên du/dt ; di/dt

- Đ là động cơ địên 1 chiều kích từ độc lập, dùng để truyền động cho hệ thng.

+ Nguyên lý hoạt động của mạch lực:

Đặc điểm của phương pháp điều khiển chung là 2 mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lưu và luôn sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu.

Do 2 bộ chỉnh lưu cùng dấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau: theo quy ước chiều trên sơ đồ như hình vẽ của các điện áp Ud1,Ud2 điều đó có nghĩa là:

Ud1= -Ud2

Hay: Ud0cos1 Ud0cos2

Suy ra: cos1cos2

Phương trình này cho ta quan hệ, hay luật phối hợp điều khiển hai mạch chỉnh lưu   1  2  TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC : 1 . Động cơ:

Kiểu Pđm (kW) n (vg/ph) Iđm (A) nmax U (v) 290  H 46,5 1500 238 1800 220 v  A U P I dm dm dm dm 248,6 85 , 0 . 220 46500 .     . Rư động cơ:

+ Rư động cơ được tính gần đúng như sau:

    0,086 0,1 6 , 248 220 . 85 , 0 1 5 , 0 1 5 , 0       udm udm u I U R  ()

Lư – Là điện cảm phần ứng động cơ được tính theo cơng thức Umanxki – Lindvit: