Do an tong hop dien co dien tu cong suat tia 2 pha zs5tilyxbq 20130205095020 4

PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quaycủa rôto .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời

kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được cũng nhưnhững khó khăn thách thức đang đặt ra Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung

và những kỹ sư “Nghành tự động hoá XNCN” nói riêng nhiệm vụ hết sức quantrọng Đất nước đang cần một đội ngũ lao động có trí thức cũng như lòng nhiệthuyết để phục vụ và phát triển đất nước

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nóichung và trong lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thayđổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễncủa sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị nhữngkiến thức chuyên nghành một cách sâu rộng

Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “ Thiết kế

hệ thống truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay”

Bản đồ án bao gồm 6 phần :

 Phần I : Phân tích lựa chọn phương án TĐĐ và xây dựng hệ thống

 Phần II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống

 Phần III : Tổng hợp hệ thống

 Phần IV : Tính chọn các thiết bị

 Phần V : Khảo sát chất lượng hệ thống

 Phần VI: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

Sau một thời gian liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng

dẫn và các thầy cô trong bộ môn, sự đoàn kết giúp đỡ của các bạn trong lớp.Đến

nay bản thiết kế của em đã hoàn thành

Qua đồ án này em gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã tận tìnhhướng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này Đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu

sắc tới thầy giáo TS.Võ Quang Vinh, người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn

em trong suốt thời gian qua

Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy giáo hướng dẫn hết sức nỗ lực cốgắng.Xong vì kiến thức còn hạn chế,điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều.Nênbản thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Em mong tiếp tục được

sự chỉ bảo của các quý thầy cô, sự góp ý chân thành của các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên

Hoàng Anh Tuấn

PHẦN I

PHÂN TÍCH LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN TĐĐ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

 Tóm tắt nội dung phần I

- Mục đích:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,đòi hỏi các

hệ thống TĐĐ phải có độ chính xác cao,do đó chúng ta phải đưa ra các phương án TĐĐ,sau đó phân tích và lưụ chọn để đưa ra được các

phương án tối ưu nhất và từ các phương án trên ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống

- Nội dung chính của phần I

A Chọn phương án truyền động điện

1 Phân tích lựa chọn động cơ 1 chiều

2 Chọn phương án điều chỉnh tốc độ

3 Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ

4 Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu

5 Mạch phản hồi

6 Máy phát tốc

7 Bộ khuếch đại tín hiệu trung gian.( Bộ điều chỉnh )

B Xây dựng cấu trúc hệ thống

1 Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện

2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc

độ và âm dòng điện

3 Kết luận chung

Sau đây ta đi phân tích cụ thể như sau

- Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa hết sức quan trọng trong thiết

kế nó ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất lượng sản phẩm và hiệuquả kinh tế

- Ở phần này ta lựa chọn các phương án truyền động điện sau:

Động cơ điện 1 chiều

I) PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa ra nhiềuphương án khác nhau, rồi sau đó so sánh các phương án trên phương diện kinh

tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu

Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều.Gồm động cơ điện 1 chiềukích từ độc lập,kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp

Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giáthành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế

1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu

1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ

 = const khi tải thay đổi

R MK

0

M 0



Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nhận xét: Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và

dễ điều chỉnh Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điềuchỉnh tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik

1.3 Nhận xét chọn động cơ 1 chiều.

Từ những phân tích trên cho thấy rằng để đáp ứng các chỉ tiêu: S, , D,

Mc, n% mà yêu cầu của hệ thống đã đặt ra, ta chọn loại động cơ một chiều kích

từ độc lập làm động cơ truyền động cho hệ thống

II CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có 3phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau

 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng

(

R+

RK

®

®

Φ

Φ

Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình (H3)

)K

2.2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng

a) Sơ đồ nguyên lý tổng quát

E

2 m dm

b

Φ

Φ

Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lượng nhỏ

Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để kể cảkhi không tải lý tưởng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào

2.3 Thay đổi từ thông kích từ

RK

d) Nhận xét:

Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ một chiều kích từ độc lập là mạchphi tuyến cho nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến Khi giảm từ thông ởmột mức độ nào đó thì tốc độ động cơ tăng lên và đồng thời phải đảm bảo điềukiện chuyển mạch cổ góp

Nhưng nếu giảm từ thông  quá nhiều vì khi giảm  do quán tính tốc độ 

sẽ thay đổi chậm hơn so với từ thông  nên E = K. giảm  Iư tăng lên  M =K.Iư tăng lên

Mặt khác khi  giảm quá nhiều thì Iư tăng quá lớn gây nên sụt áp trongmạch phần ứng tăng lên  công suất động cơ giảm  tốc độ giảm

Như vậy khi điều chỉnh giảm từ thông  thì

 độ cứng đặc tính cơ giảm  =

R

) K ( Φx 2 

 Sai lệch tĩnh tăng lên

tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu điểmnhư

Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng

Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp

Sai lệch tĩnh nhỏ , =const trong toàn dải điều chỉnh

III PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ

Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quaycủa rôto Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máyphát Như ở phần trước ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với lọaiđộng cơ này có 3 trạng thái hãm là :

Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( >

o).Khi hãm tái sinh Eư > Uư động cơ làm việc như một máy phát nối songsong với lưới.So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mômen đổi chiều được xác định theo biểu thức sau

0R

K

KR

E

U

Ih l  Φωo Φω

Mh=kIh< 0

Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:

h o

h

k(

RI

k

R

2Φ)

ωΦ

ω

Ở trạng thái hãm tái sinh Ih < 0 đổi chiều và

công suất được trả về lưới là P = (U-E).I ,đây là

phương pháp hãm hữu ích về kinh tế vì động cơ

sinh ra điện năng hữu ích

Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ

(T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một chiều nhất định

nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới

thì các van không cho phép dẫn ngược Nên

phương pháp hãm này không phù hợp với yêu cầu công nghệ

3.2 Hãm ngược

Hãm ngược là trạng thái máy phát của

động cơ khi rôto quay ngược chiều với chiều

quay tương ứng của từ trường do điện áp nguồn

gây ra

Mặt khác phụ tải mang tính chất phản

kháng nên ta chỉ xét trường hợp đảo chiều điện

áp phần ứng khi động cơ đang quay

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với

phụ tải Mc1 Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điện trở phụ Rf vào

mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở chiều quay ngược.Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theo chiều cũ còn mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn bc Tại

c tốc độ bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lưới động cơ sẽ dừng lại.Còn nếu vẫn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới và nếu tại c mô men của động cơ lớn hơn

mô men cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngược cuối cùng làm việc tại điểm d Trên đoạn hãm ngược bc vì điện áp đổi cực tính nên

0RR

)EU

(R

R

EUI

f

l f

Mh = k.Ih < 0

Ta thấy hãm ngược thường đưa thêm điện trở phụ Rf vào để hạn chế dòngđiện hãm Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm đáng kểtuổi thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện

còn mạch kích từ vẫn giữ nguyên  =const

Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích lũy được ở quátrình làm việc trước đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu

kR

R

EI

h

bd h

k(

RRI

k

R

R

2Φ)

Φ

Với Ih ,Mh< 0 .Đây là phương trình

đường thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của

chúng được biểu diển như trên hình

(H.22)

Ta có :

h

2RR

).k(β

Pkt=(15)%Pđm

3.4 Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ

Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy

Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng lượnglớn làm phát nóng động cơ ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị Còn phương pháphãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm ngược khi có cùng tốc

độ ban đầu và mô men cản Mc Tuy nhiên hãm động năng lại ưu việt hơn về

b



 a

m0

h 22

R h

(I)

M hd (I hd) M c

mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và mạch điều khiển cũng đơngiản hơn Do đó ta chọn phương pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.

IV PHÂN TÍCH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU

Từ những phân tích ta đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cáchthay đổi điện áp mạch phần ứng Phương pháp này là phải dùng bộ biến đổi(BBĐ) BBĐ là một khâu quan trọng của hệ thống truyền động điện là mộttrong những yếu tố quyết định đến chất lượng của hệ thống

Theo yêu cầu của đề tài ở đây ta lựa chọn BBĐ chỉnh lưu là hệ thống van động

Ebm.cos  thay đổi được điện áp đặt

thay đổi được tốc độ động cơ

GVHD: TS.Võ Quang Vinh 15 SVTK : Hoàng anh Tuấn

t s

®n

b)Phương trình đặc tính cơ

M

*)

K(

RR

RK

Ucos

E

2 dm

ck b

dm

V bm

Φ

Φ

-Δ-α

Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van UV = 0

M

*)

K(

RR

RK

cos

E

2 dm

ck b

dm

bm

Φ

Φ

-α

Trong đó :

αcos.E

Eb bm : Sức điện động của bộ biến đổi

Rb, Rư , R ck : Điện trở của bộ biến đổi, phần ứng động cơ, cuộn kháng

c)Dạng đặc tính cơ

Khi thay đổi giá trị góc điều khiển =01800 thì Eb =-Ebm Ebm khi đó tanhận được một họ đường thẳng song song với nhau bố trí trên nửa mặt phẳngbên phải của hệ trục (M ,) như hình vẽ bên (H 12)

d)Nhận xét ưu nhược điểm của BBĐ van-động cơ

Kém linh hoạt chuyển đổi

Điều khiển kém độ nhạy khi tín hiệu điều khiển lớn

Đảo chiều gặp khó khăn

Đặc tính mềm hơn hệ F-Đ

V MẠCH PHẢN HỒI

Trong thực tế nhiều máy sản xuất ngoài yêu cầu điều chỉnh tốc độ vôcấp,còn có yêu cầu cao với sai lệch tĩnh.Điều này đối với hệ thống hở khôngthể thực hiện được, nó chỉ thực hiện điều chỉnh trong 1 phạm vi nhất định.Vậy

để giải quyết vấn đề này ta sử dụng hệ thống điều khiển mạch vòng kín có phảnhồi

Với những yêu cầu mà đề tài đã đưa ra,ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm tốc

độ và phản hồi âm dòng điện

5.1 Phản hồi âm tốc độ

- Trong sơ đồ dùng phản hồi âm tốc độ bằng máy phát tốc, ưu điểm điểmcủa nó là lượng vào và lượng ra có quan hệ tuyến tính, không gây nhiễu loạn,làm việc êm, kích thước và trọng lượng nhỏ Dùng phản hồi này có tác dụng làmtăng hệ số khuếch đại của hệ thồng, làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, tức là làmtăng độ ổn định của tốc độ động cơ

Sơ đồ nguyên lý khâu phản hồi âm tốc độ dùng máy phát tốc như hình vẽ

5.2 Phản hồi âm dòng điện

Trong quá trình quá độ phải luôn giữ được dòng điện (hoặc momen điện từ) ởgiá trị tối đa cho phép,làm cho hệ thống truyền động điện đạt được gia tốc tối

đa cho phép khi khởi động,sau khi tốc độ đạt tới trạng thái ổn định,lại làm chodòng điện lập tức giảm xuống để momen cân bằng với phụ tải.Muốn đạt đượcnhư vậy ở đây ta dùng phản hồi âm dòng điện là có thể nhận được quá trìnhdòng điện gần như không đổi

Ft

VI MÁY PHÁT TỐC

* Vai trò của máy phát tốc

Máy phát tốc làm nhiệm vụ đo tốc độ của động cơ để lấy tín hiệu áp đầu ra

để khống chế tín hiệu vào giữ cho động cơ luôn quay với tốc độ ổn định.nguyên

lý làm việc đơn giản như máy phát điện một chiều Trục của động cơ nối cứngvới máy trục của máy fát tốc khi động cơ quay kéo trục của máy fát tốc fát ra ởđầu ra sức điện động Phải chọn máy phát tốc sao cho khi động cơ quay với tốc

độ ổn định thì Sđđ ở đầu ra bằng không

VII BỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU TRUNG GIAN ( BỘ ĐIỀU CHỈNH )

Để đáp ứng yêu cầu về độ cứng đặc tính cơ, phạm vi điều chỉnh tốc độ, độnhạy, độ tác động nhanh của hệ thống và tăng hiệu quả hệ thống, ta dùng khâukhuếch đại trung gian

Bộ khuếch đại có ưu điểm là:

- Nâng cao khả năng khuếch đại của hệ thống để đạt được hệ số khuếch đạiyêu cầu

- Có khả năng khống chế các rơ le, các công tắc tơ và khống chế các mạchđầu vào của bộ khuếch đại Kết quả là để nâng cao được độ bền của các thiết bịkhống chế rơ le, công tắc tơ.

-(-) (-)

 i

FX

Ucđ : điện áp chủ đạo

KI: hệ số phản hồi dòng điện

KBBĐ: là hệ số khuếch đại của BBĐ

KD:hệ số khuếch đại của động cơ

C KẾT LUẬN CHUNG

Qua phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án ở trên em đã chọn rađược phương án tối ưu để phù hợp với yêu cầu của đề tài

1.Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ.3.Hãm động năng để hãm dừng động cơ

4.Mạch phản hồi dùng phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng điện

Kết quả của phần I được sử dụng ở phần II,III,IV,V tiếp theo

Thiết kế mạch điều khiển.

+Mạch động lực : là khâu trực tiếp thực hiện các quá trình biến đổi năng lượngtheo yêu cầu công nghệ

+Mạch điều khiển : là khâu có chức năng điều khiển khống chế mạch động lựcthực hiện các quá trình biến đổi đó

-Nội dung chính của phần II này gồm

A Thiết kế sơ đồ mạch động lực

I Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu

II.Sơ đồ mạch lực

B Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

I.Giới thiệu chung

II Thiết kế mạch điều khiển

1 Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa

2 Khối so sánh

3 Khối tạo xung

*

*

c r

*

c +

ck đ-

đ

h

h

4 Mạch khuếch đại và truyền xung

5 Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian

6 Mạch tạo nguồn nuụi và tớn hiệu điều khiển

* ) Kết luận :

A THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

I Phõn tớch sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lưu

Theo yờu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hỡnh tia 2 pha khụng cú Do

việc với một góc điều khiển là , sơ

đồ đã làm việc xác lập trớc thời điểm

bắt đầu xét (t=0), tại t=0 thì

u21=0 và bắt đầu chuyển sang dơng:

Ta tạm thời giả thiết giai đoạn t=0 t=1= thì D0

đang dẫn dòng nhờ s.đ.đ tự cảm trong Ld , và nh vậy thì u

t=1= ngời ta truyền tín hiệu điều khiển đến T1,

van T đủ 2 điều kiện để mở nên nó sẽ mở.Van T mở

thì điện áp trên T1 giảm về bằng không, do vậy ta có

ud =u21 >0, dẫn đến D0 bị đặt điện áp ngợc (uDo=-ud)

và khoá lại, van T2 còn ở trạng thái khoá nên trong sơ đồ

từ thời điểm t=1 chỉ có mình van T1 dẫn dòng Trong khoảng T1 dẫn dòng ta có:

ud=u21 ; uT1=0 ; uT2=u22 - u21 =2u22 ; iT1=id=Id ;

iT2=0 ; iDo=0 ;

Đến t = thì u21=0 và bắt đầu chuyển sang

âm, còn u22 = 0 và bắt đầu chuyển sang dơng Từ thời điểm này điện áp nguồn tác động ngợc chiều dẫn dòng của T1 và đặt điện áp thuận lên T2 nhng T2 cha

mở vì cha có tín hiệu điều khiển.Với trờng hợp sơ đồ không có D0 nh đã xét thì giai đoạn tiếp van T1 vẫn dẫn dòng do tác dụng của s.đ.đ tự cảm sinh ra trong

Ld và ud<0, nhng trong sơ đồ có D0 thì uDo=-ud nên

ud<0 thì D0 sẽ đợc đặt điện áp thuận và D0 sẽ mở Do giả thiết bỏ qua sụt điện áp trên điôt dẫn dòng nên ngay tại thời điểm uDo= 0 và có xu hớng chuyển sang dơng thì D0 đã mở, tức là D0 bắt đầu mở tại t= Khi

D0 mở thì điện áp trên nó giảm về bằng không nên

ud=-uDo=0, do vậy uT1=u21 và bắt đầu chuyển sang

âm, T1 khoá lại mà T2 vẫn khoá nên lúc này trong sơ đồ chỉ có van D0 dẫn dòng và ta có:

ud=0 ; uT1= u21 ; uT2=u22 ; iT1=0 ; iT2=0 ;

iDo= id=Id ;

Tại t=2= + thì T2 có tín hiệu điều khiển và do

đang có điện áp thuận nên T2 mở.Van T2 mở thì sụt áp trên nó giảm về bằng không, do vậy ud=u22>0 và uDo=-

ud =-u22<0, tức là điôt không bị đặt điện áp ngợc nên

D0 khoá lại Trong giai đoạn tiếp từ t=2= + thì

trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng và ta có :

ud=u22 ; uT1= u21 - u22 =2u21 ; uT2=0 ; iT1=0 ; iT2=

id=Id ; iDo=0 ;

g

Từ t=2 đến t=3=2 + cũng tơng tự nh giai

đoạn t= đến t=2= +, van D0 làm việc dới tác dụng của s.đ.đ tự cảm sinh ra trong Ld , các biểu thức cũng giống nh đã nêu

Tại t=3=2 + van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1lại mở , sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống nh từ

t=1 Giai đoạn từ t=0 đến t=1 có thể suy ra từ giai đoạn từ t=2 đến t=3=2 + , van D0 dẫn

(hoàn toàn phù hợp với giả thiết ban đầu )

Đồ thị điện áp, dòng điện minh hoạ nguyên lý làm việc của sơ đồ biểu diễn trên hình 1-18

c-Một số biểu thức:

- Ud=Udo (1+cos)/2

lắm,chÊt lîng yªu cÇu kh«ng cao thì sơ đồ tia 2 pha có Do là tối ưu nhất vì

về mặt sơ đồ và kênh điều khiển đơn giản hơn sơ đồ cầu ,và giá thành đầu tư là nhỏ nhất

Ta có sơ đồ mạch lực:

B THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I Giới thiệu chung

Để cho các van của hai bộ biến đổi mở tại những thời điểm mong muốn thìngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cực điềukhiển phải có một điện áp điều khiển (còn gọi là tín hiệu điều khiển hay xungđiều khiển) Để có hệ thống các xung điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu

mở van thì ta cần phải có một mạch điện để tạo ra xung điều khiển đó Mạchđiện tạo ra hệ thống xung điều khiển đó gọi là mạch điều khiển

Hệ thống tạo xung điều khiển có nhiệm vụ tạo ra

- 3 kênh điều khiển

- Góc điều khiển thay đổi rộng

- Thông số xung các kênh phải như nhau

Xung điều khiển phải thoả mản các yêu cầu cơ bản như công suất ,biên độcũng như thời gian tồn tại xung để mở chắc chắn các van đối với mọi loại phụtải Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng (200600)s là đảm bảo mởchắc chắn các van

Hiện nay thường sử dụng 3 hệ thống tạo xung cơ bản sau

- Hệ thống điều khiển pha đứng

- Hệ thống điều khiển pha ngang

- Hệ thống điều khiển dùng điôt 2 cực gốc

 Hệ thống điều khiển pha đứng

1.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo pha đứng (Hình 2.1)

- Khối 1 là khối đồng bộ hoá (ĐBH): Tín hiệu điện áp đưa vào khối nàycũng chính là tín hiệu cấp cho mạch động lực của bộ chỉnh lưu (u1) Khối này tathường sử dụng biến áp đồng bộ hoá để điện áp ra sau khối này có dạng sin vớitần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng phahoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn

- Khối 2 là khối tạo sóng răng cưa (điện áp tựa): Sau khối 1, điện áp đồng

bộ (uđb) được đưa vào khối 2 để tạo ra điện áp dạng xung răng cưa (urc) Điện áprăng cưa urc là điện áp chuẩn để so sánh với Uđk của khối 3

- Khối 3 là khối so sánh: Qua khối này urc và Uđk được so sánh với nhau.Uđk là điện áp 1 chiều Gia điểm của điện áp này với urc quyết định góc điềukhiển α

- Khối 4 là khối tạo xung: Tín hiệu ra sau khối so sánh có dạng số (có tínhiệu “1” và không có tín hiệu “0”) Tuy nhiên xung này hầu như chưa đáp ứngđược yêu cầu về biên độ xung, độ rộng xung, độ dốc xung, Vì vậy cần phải cókhối tạo xung để điều chỉnh các thông số này cho phù hợp

- Khối 5 là khối phân chia xung: Khối này để dẫn xung và phân chia xungcho Thyristor Ta thường dùng biến áp xung (BAX) để thực hiện việc này

Trên thực tế lắp ráp mạch điều khiển theo pha đứng này người ta thườngghép khối 1 với khối 2 và khối 4 với khối 5 Vậy sơ đồ lắp ráp thực tế như (hình2.2)

khối 1

U GT

u1 ĐBH &

PSRC

So sánh Tạo xung &

phân chia xung

U

ul : điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

uđk : điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều lấy từ đầu ra củakhối(TH-KĐTG) dùng để điều khiển giá trị góc 

uđkT :Điện áp điều khiển Tiristo là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệthống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katôt (K) củaTiristo

2 Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực chỉnh lưu được đưa đếnmạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá ta có cácđiện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấpcho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệnh pha một góc pha xác định nào đó sovới điện áp nguồn Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu là uđb Cácdiện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làmviệc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa cómột hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha vớicác điện áp đồng bộ Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa urc Các điện áprăng cưa được đưa vào khối so sánh (SS) và ở đó còn có một tín hiệu khác nữagọi là điện áp điều khiển uđk Hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tácđộng của chúng lên mạch SS là ngược chiều nhau Khối SS làm nhiệm vụ sosánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đốibằng nhau thì đầu ra khối SS sẽ thay đổi trạng thái Như vậy khối SS là mộtmạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự-số(Analog-Digital) Dotín hiệu ra của mạch SS là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có ‘1’ hoặc

không ‘0’.Tín hiệu ra của khối SS là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳđiện áp răng cưa ,nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùngsườn xung nào của urc tại sườn xung ấy của urc được gọi là sườn sử dụng Điềunày có nghĩa là :Tại thời điểm urc =uđkở phần sườn sử dụng trong một chu kỳcủa điện áp răng cưa thì trên đầu ra của khối SS sẽ bắt đầu xuất hiện một xungđiện áp Từ đó ta thấy có thể thay đổi được thời điểm xuất hiện xung đầu ra củakhối so sánh bằng cách thay đổi giá trị của uđk khi giữ nguyên dạng của

urc Trong một số trường hợp thì xung ra của khối SS được đưa đến cực điềukhiển của Tiristo nhưng đa số các trường hợp thì xung ra của khối SS chưa đủcác yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo Để có tín hiệu đủ yêucầu thì người ta phải thực hiện việc sửa xung ,khuyếch đại xung vv Các nhiệm

vụ này được thực hiện ở mạch tạo xung (TX) cuối cùng trên đầu ra khối TX làmột chuỗi xung điều khiển uđkT có đủ thông số yêu cầu về công suất ,biên

độ ,độ dài xung vv…mà thời điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thì hoàn toàntrùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối SS Vậy thời điểm xuất hiệncủa tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và Katôt của Tiristo cũng chính

là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối SS , tức là khối SS đóng vai trò xác địnhgiá trị góc điều khiển  Như đã nêu ở trên ,ta có thể thay đổi thời điểm xuấthiện xung ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị uđk Vậy điều khiển giá triđiện áp điều khiển uđk ta điều khiển được giá trị góc mở 

Hệ thống điều khiển pha đứng tuy có mạch phát xung khá phức tạp nhưng cácxung được tạo ra đáp ứng được yêu cầu như

Phạm vi điều chỉnh góc mở  rộng  = (0  1800)

Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

Công suất ,biên độ ,độ rộng xung đảm bảo yêu cầu mở Tiristo

Dễ tự động hoá và tự động hoá ở trình độ cao

Hệ thống điều khiển pha ngang

Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần sốbằng tần số của điện áp nguồn và góc pha điều khiển được.Thời điểm xuất hiệnxung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển.Phương pháp này có mạchđiều khiển khá đơn giản nhưng lại có một số nhược điểm sau

Phạm vi điều chỉnh góc mở  hẹp  <1800

Khó tổng hợp tín hiệu

Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn

 Hệ thống điều khiển dùng điốt 2 cực gốc

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răngcưa xuất hiện theo chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều với điện áp mở củaUJT.Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên nó có một số nhược điểm sau.Phạm vi điều chỉnh góc mở  hẹp  <1800

Trong một chu kỳ điện áp nguồn hệ thống thường tạo ra nhiều xung điều khiểngây tổn thất phụ trong mạch điều khiển

Đảo chiều khó khăn chỉ phù hợp hệ thống có công suất nhỏ

 Đánh giá chọn hệ thống điều khiển

Từ những phân tích cụ thể đối với từng hệ thống điều khiển Ta thấy hệ thốngđiều khiển pha đứng có nhiều ưu điểm phù hợp với công nghệ của đề tài Do đó

ta chọn hệ thống điều khiển pha đứng để thiết kế cho hệ thống

II.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

2.1.Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC)

Hình : Giản đồ điện áp khâu phát sóng răng cưa

Điều này nghĩa là khi Tr khoá thì tụ C được nạp với dòng không đổi có giá trị I

Từ  t=0 thì Uđb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương dẫn đến D

mở mạch gốc phát bị đặt điện áp ngược Tr khoá tụ C được nạp với dòng không đổi Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính

Đến  t= và bắt đầu chuyển sang âm D khóa Tr mở tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp bằng không và giữ nguyên giá trị băng không cho tới khi  t=2 Tại  t=2 điện áp đồng bộ bằng không và bắt đầu chuyển sang dương D lại mở Tr lại khoá tụ C được nạp điện như khi  t=0

Ta có dạng điện áp như sau:

udba1

urc0

2.2 Khối so sánh

Khối so sánh dựng để so sánh tớn hiệu điện áp ra sau khi ĐBH&PSRC (urc) với điện áp điều khiển một chiều (Uđk) Hai tín hiệu này đựơc mắc sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau

Chính qua khối này sẽ quyết định thời điểm xuất hiện xung để kích mở Thyristor Cụ thể thực hiện khối so sánh theo nhiều mạch khác nhau nhưng phổ biến nhất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Transistor và dùng bộ khuếch đại thuật toán bằng vi điện tử Ta có mạch so sánh sau:

Kết quả đầu ra khối so sánh ta thu được dạng xung điện áp ra như hình 2.8

Qua sơ đồ sau ta thấy quan hệ: U’đk=K / Uđk

Với quan hệ này ta thấy U’đk và Uđk tỉ lệ ngịch với nhau khi tăng Uđk thì U’đk sẽ giảm và như vậy Ud tăng (và ngược lại),đúng với quy luật điều khiển

Giả thiết sơ đồ làm việc xác lập trước thời điểm xét

Từ t=0t1 xung vào có giá trị dương

trước đó tụ C2 đã được nạp đầy đến trị số



max

ra

u trong quá trình này Tr2 luôn mở

cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện

áp trên tụ giữ nguyên giá trị cho đến t1

Từ t =t1t2 xung vào có giá trị âm tụ C2 phóng điện theo đường : +C2R11

1D2 - C2 khi 1D2 thông Tr2 bị phân cực ngược nên ube T2 < 0 nên Tr2khoá và xuất hiện xung ra usx nhận giá trị lôgic ‘1’ Khi tụ C2 phóng hết điện áptrên tụ giảm về bằng không (uc2 = 0) và được nạp theo chiều ngược lại dòngnạp cho tụ C2 : +ucc  IC2  D6  - C2  - ucc Khi tụ C2 được nạp đầy đếngiá trị uramaxthì 1D2 lại bị đặt điện áp ngược nhờ cách chọn điện trở

R11=(0.1 0.2)R12 nên ube T2 > 0 và Tr2 mở bão hoà và mất xung ra usx nhậngiá tri lôgic ‘0’ điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị cho đến t2

Từ t = t2 t3 xung vào có giá trị dương tụ C2 phóng điện theo đường: +C2

Rbe T2  nguồn  IC 2 R11 -C2 điện áp trên tụ giảm về không và được nạptheo cực tính ngược lại dòng nạp cho tụ C2: +ucc  IC2 R11 C2 Rb e T2mass điện áp trên tụ tăng dần đến trị sốuramax.trong quá trình này Tr6 luôn

mở cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị chođến t3

Từ t =t3t4 xuất hiện xung âm quá trình làm việc lặp lại giống như thời điểm

từ t =t1t2

2.4 Mạch khuyếch đại và truyền xung

 Sơ đồ nguyên lý (H.38)

Giới thiệu sơ đồ

BAX : Biến áp xung

Tr3,Tr4 : Hai Tranzitor mắc theo sơ

đồ darlington tương đương vơi 1

Tranzitor có hệ số khuyếch đại 