Điều chỉnh xung áp mạch đơn - ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TR- 123docz.net

CHƯƠNG 3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1. Điều chỉnh xung áp mạch đơn

a. Nguyên lý làm việc của hệ điều chỉnh xung áp mạch đơn

Đối với các động cơ một chiều kích từ độc lập công suất nhỏ (cỡ dưới vài Kw) người ta có thể sử dụng bộ băm áp để tạo ra dãy xung điện áp một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Khi thay đổi độ rộng các xung đó, giá trị trung bình của điện áp thay đổi, nhờ đó điều chỉnh được dòng điện, tốc độ động cơ.

Sơ đồ nguyên lý đơn giản hệ XA - Đ được vẽ trên hình 3.28a.

Phần chủ yếu của nó là một bộ nguồn một chiều UN, khoá điều khiển K, động cơ Đ và van diot đệm V0. Giả sử chu kỳ đóng cắt của khoá K là TCK, gồm khoảng đóng tđ và khoảng cắt tc, thì điện áp đặt vào động cơ sẽ có dạng xung như trên hình 3.28b. Khi K đóng, Uư = UN, dòng điện chạy từ nguồn vào cuộn dây phần ứng tăng dần theo số mũ (i1); khi K ngắt, động cơ được cắt ra khỏi nguồn UN và đóng kín mạch qua diot V0, dòng điện được duy trì nhờ năng lượng tích luỹ trong điện cảm của mạch phần ứng, và nó sẽ giảm dần cũng theo hàm số mũ (i2) Nếu điện cảm của mạch đủ lớn, dòng điện sẽ được duy trì cho đến chu kỳ sau, ta được dạng dòng điện hình răng cưa i = f(t) liên tục như trên hình 3.28c. Người ta gọi đây là chế độ dòng điện liên tục.

Vì dòng điện biến thiên theo thời gian, nên mô men và tốc độ động cơ cũng đều biến thiên theo thời gian và hệ thống không có trạng thái xác lập tĩnh.

Ở chế độ dòng điện liên tục, các đại lượng trong hệ được tính toán theo giá trị trung bình.

Điện áp hoặc sức điện động trung bình của bộ nguồn băm xung:

Eb = Utb = UN CK

t =UN (3-30)

Trong đó : UN điện áp nguồn một chiều tđ thời gian đóng nguồn tc thời gian cắt

TCK = tđ + tc thời gian một chu kỳ Độ rộng xung:  = đ x

đ t f

t  . (3-31)

Với

TCK fx 1

 [Hz] là tần số xung điện áp đặt lên động cơ.

- Dòng điện phần ứng trung bình sẽ là:

Iư = Itb= R-

b E E -

R- N K

U - Φω ρ

(3-32)

Hình 3.28 a, b, c, d . Nguyên lý làm việc cơ bản của hệ XA-Đ b. Đặc tính cơ

Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cũng tương tự như ở các hệ CL - Đ, và F-Đ đã xét:

b M M

K R K

UN K I

R K

-β 2 ω

Φ) ( Φ - ρ - Φ

Φ ρ

 0



 (3-33)

Utb=Eb

t u U

t1 t2 t3 t4 t5

t Itb=Iư

iư

Imax

Imin

0 i1

tđ tc

TCK

0 Iư

Eb Iư

E Rư

Lư

a, 

Từ (3- 33) xây dựng được đặc tính cơ trên hình 3.29b, như hệ CL-Đ, trong hệ ĐX-Đ khi tx< T thì xẩy ra chế độ dòng điện gián đoạn, trong chế độ này do mô men điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm, xác định bởi đường biên giới (đường chấm chấm).

U§

I, M ω

ρ  0 ρ  1

a) b)

Hình 3.29 a,b Đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ

Đặc tính cơ theo phương trình (3-33) là những đường thẳng song song như trên hình 3.29.b, trong đó tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc độ rộng xung:

0 = Φ ρ

K UN

( 3-34)

Khi cho  thay đổi, ta sẽ có những đường đặc tính nhân tạo tương ứng với các giá trị tốc độ khác nhau, hoặc những mômen (dòng điện) khởi động khác nhau.

Chú ý rằng, phương trình (3-33) và các đặc tính cơ là những đường thẳng chỉ đúng với chế độ dòng điện liên tục. Cũng như ở hệ CL - Đ, ở hệ này khi dòng điện phần ứng nhỏ (Iư 0), nghĩa là khi phụ tải MC0 thì cũng xuất hiện chế độ dòng điện gián đoạn được vẽ trên hình 3.28.d còn đặc tính cơ của động cơ ở chế độ này sẽ là đường cong như đã vẽ ở vùng sát trục tung của đồ thị hình 3.29. Giá trị tốc độ không tải lý tưởng tính theo (3-34) chỉ là giả tưởng, còn thực chất tất cả các đường đặc tính đều có chung một tốc độ không tải lý tưởng là :

0.c=0max= Φ K UN

(3-35) c. Phương pháp điều khiển hệ (XA-Đ)

Như đã phân tích ở trên, để điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ, ta cần thay đổi giá trị trung bình của điện áp hoặc sđđ của bộ băm xung, tức phải thay đổi độ rộng xung điện áp ρ. Từ biểu thức (3-31) ta thấy có 3 phương pháp điều khiển:



- Điều khiển bằng cách thay đổi thời gian đóng khoá tđ và giữ TCK (fx) không đổi (phương pháp điều rộng xung).

- Điều khiển bằng cách thay đổi thời gian chu kỳ xung: fx = var và giữ tđ= const (phương pháp điều tần)

- Phương pháp hỗn hợp: Vừa thay đổi tần số xung, vừa thay đổi khoảng đóng của khoá tđ.

Để thực hiện các phương pháp điều khiển trên, ta phải sử dụng các loại “khoá điều khiển” không tiếp điểm, có độ tác động nhanh cao và đóng nhanh cao và đóng cắt bằng tín hiệu điện. Đó là các loại van điện tử công suất như transisto lực hoặc tiristo.

Tần số xung điện fx phụ thuộc vào độ tác động nhanh của các vùng van này, nếu sử dụng tiristo người ta thường chọn fx= 500Hz.

d. Sơ đồ của hệ XA-Đ đơn giản dùng khóa tiristo

Hình 3.30 giới thiệu một sơ đồ đơn giản của hệ XA-Đ có khóa đóng cắt bằng tiristo. ở mạch động lực, bộ nguồn một chiều là bộ chỉnh lưu đầu diot ba pha, tạo ra điện áp U tương đối bằng phẳng, giúp cho việc duy trì chế độ dòng điện liên tục được dễ dàng.

Hình 3.30 Sơ đồ nguyên lý hệ XA-Đ có khóa tiristo và điều chỉnh độ rộng xung Khoá K trong sơ đồ hình 3.28 a được thay bằng tiristo T1, nó được đóng bằng xung mở Ux1 vào đầu mỗi chu kỳ của xung điện áp, tương tự như đóng khoá K trên hình 3.28a tại thời điểm 0, t2, t4....

Để ngắt T1, ta cho xung mở T2 để đưa điện áp ngược lấy trên tụ C (có cực tính ghi trên hình vẽ) đặt trên T1. Điện áp UC phải đủ lớn và được duy trì trong một khoảng thời gian an toàn để khoá T1. Như vậy, thời điểm đặt xung mở T2 chính là thời điểm cắt khóa T1, tương ứng với các thời điểm t1, t3, t5... trên hình 3.28b.

ĐCi ĐC



ĐB2

FXC BA

CL S

Uxc Ux1

Uđb1

Ux2

Uđk2

Upi

Iư

+C -

L Đi



Up

Hình 3.31.a,b,c,d) Dạng xung điện áp trên đầu ra của các khâu trong mạch điều khiển; e)Dạng điện áp đặt lên phần ứng động cơ

Nếu ta giữ cố định dãy xung mở T1 (dãy Ux1) và cho xê dịch dãy xung mở T2

(dãy Ux2) thì sẽ thay đổi được khoảng tđ, tức thay đổi độ rộng xung điện áp  khi tần số fx = const. Muốn vậy, trên sơ đồ hình 3.30 người ta đặt bộ ( FXC) phát xung chuẩn UX1 cho T1 như trên hình 3.31a, b.

Đồng thời, cũng từ dãy xung chuẩn UXC này, qua khâu tạo điện áp đồng bộ cho T2 (ĐB2), ta được dãy xung răng cưa Uđb2 (Hình 3.31c). Một khâu so sánh đặt trong bộ tạo xung – dịch pha XF2 sẽ so sánh tín hiệu đồng bộ Uđb2 với điện áp điều khiển Uđk2

để xác định thời điểm tạo xung mở T2 như biểu thị trên hình 3.31c, d.

Như vậy, tiristo T1 sẽ được mở tại thời điểm tx1 và ngắt tại tx2, kết quả ta được dãy xung điện áp đặt lên động cơ như trên hình 3.31e.

Khi thay đổi Uđk, ta sẽ xê dịch được dãy xung Ux2, do đó điều chỉnh được độ rộng . Trên sơ đồ cho thấy điện áp điều khiển được tổng hợp từ tín hiệu đặt Uđ và hai vòng điều chỉnh: vòng dòng điện qua bộ ĐCi và vòng tốc độ qua bộ ĐC.