điều khiển tốc độ động cơ một chiều

trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được xem là một loại máy quan trọng. nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát hay dùng làm trong những điều kiện đặc biệt khácđộng cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, và vậy máy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải

Ch ơng I

đại cơng về máy điện một chiều

"Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn đợc xem là một loại máy quan trọng Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát hay dùng trong những điều kiện làm việc khác.

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy đợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải

Tuy vậy máy điện một chiều cũng có những nhợc điểm của nó nh: so với máy

điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp Nhng do những u điểm của nó nên máy điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất.

Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 10.000 kW,

điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hớng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy và chế tạo những máy công suất lớn hơn."

I cấu tạo của máy điện một chiều

1 Phần tĩnh hay stato

Đây là một phần đứng yên của máy Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:

a Cực từ chính

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép các bon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong máy diện nhỏ có thể làm bằng thép khối Cực từ đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông

Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trớc khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này đợc nối nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ

Cực từ phụ đợc đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống nh dây quấn cực từ chính Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ nhờ những bu lông

c Gông từ

Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy trong máy điện nhỏ và vừa thờng dùng thép tấm dày uốn và hàn lại , Trong máy điện lớn th-ờng dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

b Các bộ phận khác

Các bộ phận khác gồm có :

- Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn

hay an toàn cho ngời khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn

có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than: Để đa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than

gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

2 Phần quay rotor :Phần quay gồm có những bộ phận sau:

a Lõi sắt phần ứng

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b Dây quấn phần ứng

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất dới vài kW) thờng dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thờng dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rảnh của lõi thép

c Cổ góp

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

d Các bộ phận khác

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi Truc máy

Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phơng pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu

về điều kiện sử dụng

II đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1 Khái niệm chung

Đặc tính cơ của động cơ là quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ:

U * =

dm U

U

hoặc U *% = 100%

dm U U

Việc chọn các đại lợng cơ bản là tuỳ ý, sao cho các biểu thức tính toán là đơn giản thuận tiện nh:

Tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp là tốc độ không tải lý tởng o, với động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ

1, còn với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là dm

Trị số điện trở cơ bản là: Rcb

Với các động cơ điện một chiều: Rcb =

dm

dm I U

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

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thờng mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ đợc gọi là

r : điện trở cuộn dây phần ứng,

rcf : điện trở cuộn cực từ phụ ,

rct : điện trở tiếp xúc của chổi than

Sức điện động E của phần ứng động cơ đợc xác định theo biểu thức:

N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng,

a : số đôi mạch nhánh song song,

2π : hệ số cấu tạo của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì

Biểu thức (2-4) là phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác moment điện từ Mđt của động cơ đợc xác định bởi:

f M K

R R K

ư

ư

(2-6)Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì moment cơ trên trục động cơ bằng moment điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa là Mđt = Mcơ = M

K

R R K

ư

ư

(2-7)

Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Giả thiết phản ứng phần ứng đợc bù đủ, từ thông φ = const, thì các phơng trình

đặc tính cơ điện (2-4) và phơng trình đặc tính cơ (2-7) là tuyến tính Đồ thị của chúng

đợc biểu diễn trên hình H1-3 và H1-4 là những đờng thẳng

Theo các đồ thị trên, khi I = 0 hoặc M = 0 ta có:  = o U ω = Φ K ư , (2-8) o dợc gọi là tốc độ không tải lý tởng của động cơ Còn khi  =0 ta có: I = nm f I R R U = + ư , (2-9) Và M = KΦInm = Mnm , (2-10) Inm , Mnm đợc gọi là dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch Mặt khác, phơng trình đặc tính (2-4), (2-7) cũng có thể đợc viết ở dạng:  = =ω −∆ω Φ − Φ o K RI U K ư , (2- 11)  = =ω −∆ω Φ − Φ o K RM U 2 ) ( K ư , (2-12) Trong đó : R = R +Rf ,  = KΦ ư U , M K R I K R 2 ) ( Φ = Φ = ∆ω ư , ω ∆ đợc gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tơng đối, với điều kiện từ thông là định mức (Φ=Φđm ), Trong đó:  = o ω ω , I = dm I I , M = M dm M , R = cb R R , (Rcb = dm dm I U đợc gọi là điện trở cơ bản ) Từ (2-40 và (2-7), ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tơng đối:  = 1- R I , (2-13)  = 1- R M , (2-14) b Xét ảnh hởng các tham số đến đặc tính cơ I M   đm o ☻ ư  Hình 1-3 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập  o đm Hình 1-4 Đặc tính cơ của

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Inm

Iđm

Từ phơng trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hởng đến đặc tính cơ:

Từ thông Φ, điện áp phần ứng và điện trở phần ứng động cơ Ta lần lợt xét ảnh hởng của từng tham số đó

b1

ả nh h ởng của điện trở phần ứng

Giả thiết U = Uđm =const và Φ Φđm = const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Trong trờng hợp này tốc độ không tải lý tởng là:

K M

ời ta thờng sử dụng phơng pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dới tốc độ cơ cơ bản

từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

b2

ả nh h ởng của điện áp phần ứng

Giả thiét từ thông Φ = Φđm = const, điện trở phần ứng R = const Khi thay đổi

điện áp phần ứng theo hớng giảm so với Uđm, ta có:

Hình 1-6 Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ

o2

o3

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

c1 Hãm tái sinh ( hãm trả năng l ợng về l ới )

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý ởng Khi hãm tái sinh E > , động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới

t-So với với chế độ động cơ, dòng điện và moment hãm đã đổi chiều và đợc xác định theo biểu thức:

0

<

Φ

−Φ

E U

h

ωω

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả

về lới điện có giá trị P = (E - U)I Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích

Hình 1-7 Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện

một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

1φ

I nm

2φ

1φ

sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.

Ngoài hai cách hãm trên còn có hãm động năng

III các nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

1 Khái niệm chung

Về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lợng

điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có hai phơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều :

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến

đổi chính:

- Bộ biến đổi máy điện gồm: Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy

điện khuếch đại (MĐKĐ)

- Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)

- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: Chỉnh lu Thyristor (CLT)

- Bộ biến đổi xung áp một chiều: Thyristor hoặc tranzito (BBĐXA)

Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động nh:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)

- Hệ truyền động máy điện khuếch đại -động cơ (MĐKĐ-Đ)

- Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)

Ih

U

EI

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ

điện 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 truyền động điện có cấu trúc phức tạp , nhng có chất lợng điều chỉnh cao và giải

điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn đợc phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộc vào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở góc phần t, hai góc phần t và bốn góc phần t

Trong phạm vi mục này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng nh tính chất riêng của hệ T-Đ

2 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn

nh máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển vv Các thiết

bị nguồn này có chức năng biến năng lợng nguồn điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh đợc nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Và nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ, nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

ở chế độ xác lập có thể viết đợc phơng trình đặc tính của hệ thống nh sau:

Eb - E = I(Rb + Rđ )

K

R R K

E

dm

b dm

Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không

đổi, còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của

hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng đợc giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của giải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về moment khởi động Khi moment tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

a )Hình 1-9 Sơ đồ khối và sơ đồ thay trế ở chế

độ xác lập

1)

D =

1

1/

)1(

max max

dm M

dm o

K

M M

K

ββ

ω

, (3-3)

Một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị omax , Mđm , MM là xác định, vì vậy phạm vi

điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể sơ bộ đợc:

10/

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn giải điều chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh, hay nói cách khác, nếu tại

đặc tính cơ thấp nhất của giải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vợt quá giá trị sai số cho phép trong toàn bộ giải điều chỉnh Sai số tơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

omin

max

omax

Hinh 1-10 : Xác định phạm vi điều chỉnh

min min

min min

o o

o

s

ω

ωω

ω

min

cp o

Vì các giá trị Mđm , omin , scp là xác định nên có thể tính đợc giá trị tối thiểu của

độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vợt quá giá trị cho phép Để làm việc này, trong đa số các trờng hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ đợc giữ nguyên, do đó moment tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:

Mc.cp = KΦđmIđm = Mđm

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và moment nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đờng thẳng  = đ , M = Mđm và các trục toạ độ Tổn hao năng lợng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

K

MR R

I E I

E I

+

=+

ω

ηư , (3-5)

Hình 1-15 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trờng hợp

đặc tính tải khác nhau Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong các trờng hợp moment tải là hằng số trong toàn giải điều chỉnh Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì nh vậy sẽ làm giảm

đáng kể hiệu suất của hệ

3 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ

Hình 1-15 Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với

các loại tải khác nhau

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ của động cơ M = KΦI và sức điện động quay của động cơ E = KΦ Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến

dt

d r

r

e

k b

k k

φω++

= , (3-6)

trong đó : rk - điện trở dây quấn kích từ

rb - điện trở của nguồn điện áp kích từ

k - số vòng dây của dây quấn kích từ Trong chế độ xác lập ta có quan hệ

k b

k k

r r

e

i

+

= ; Φ= f[ ik]

Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ nguyên bằng giá trị

định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính cơ điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và đợc gọi là đặc tính cơ bản ( đôi khi chính là đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ) Tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thờng thì cần phải giảm dòng

điện phần ứng cho phép, kết quả là moment cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh, ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:

M

MđmO

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở cổ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của đặc tính

từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:

k k b

r r

C i

điều khiển chặt chẽ

Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều:

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều thực hiện theo một trong hai nguyên tắc trên và đợc phân ra làm năm loại sơ đồ chính:

Hình a: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ

Hình b: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi)

Hình c: Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng Hình d: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển chung.Hình e: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung

Mỗi loại sơ đồ đều có u nhợc điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ:

Hình a: Dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều

Hình b: Dùng cho công suất nhỏ , tần số đảo chiều thấp

Hình c: Dùng cho mọi giải công suất có tần số đảo chiều lớn

Hình d và e: Dùng cho giải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao , so với

ba loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn nhng lại có kích thớc cồng kềnh

Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính: Điều khiển riêng và điều khiển chung (phần này sẽ đợc trình bày kỹ trong các chơng sau )

Nhận xét chung:

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự

động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất l-ợng các đặc tính tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

Nhợc điểm của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến , dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và ở các truyền

động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số công suất cos ϕ của hệ nói chung là thấp

1 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ điều khiển tốc độ t-đ

trong đó: • Đối tợng điều khiển là động cơ điện một chiều (ĐM) Nó nhận năng lợng

từ bộ biến đổi và chuyển thành cơ năng truyền động cho máy sản xuất

• Bộ biến đổi (BBĐ) có thể là máy phát điện một chiều hoặc bộ biến đổi

điện tử nh bộ chỉnh lu, bộ biến tần, bộ điều chỉnh xung áp ,và nó có nhiệm vụ:

- Biến đổi năng lợng điện sang dạng năng lợng khác cho phù hợp với máy sản xuất

- Truyền tín hiệu điều khiển để điều khiển các thông số ra của ĐM nh dòng điện,

điện áp, công suất

• Bộ điều chỉnh R nhận tín hiệu đầu vào là sai lệch trạng thái thực của ĐM với tín hiệu đặt Tín hiệu sai lệch này đợc R khuếch đại và tạo hàm chức năng điều khiển

Bộ điều khiển thờng là các khâu P, PI, PID số hoặc tơng tự

• Bộ đo lờng ĐL có tác dụng đo lờng các đại lợng đầu ra của ĐM nh điện

áp, tốc độ, dòng điện , chúng đợc phản hồi về so sánh với đại lợng đặt, tín hiệu phản hồi đợc chia làm bốn dạng:

- Phản hồi dơng là tín hiệu phản hồi cùng chiều với tín hiệu chủ đạo

- Phản hồi âm là tín hiệu phản hồi ngợc chiều với tín hiệu chủ đạo

- Phản hồi mềm là tín hiệu phản hồi tác động trong quá trình quá độ

- Phản hồi cứng là tín hiệu phản hồi tác động trong quá trình quá độ cũng nh trong quá trình xác lập

2 Mô tả toán học của các khâu động học

Giản đồ thay thế của động cơ điện một chiều nh sau:

a Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều



ME

Hình 1-14a Giản đồ thay thế động cơ

Hình 1-13 : Sơ đồ cấu trúc của hệ T-Đ phản hồi tốc độ

ĐL

Uđ

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ

có dòng điện Ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông φ Tiếp đó đặt một giá trị

điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua Tơng tác giữa dòng điện phần úng và từ thông kích từ tạo thành moment điện từ, giá trị của moment điện từ đợc tính nh sau:

I k I a

N p

.2

'

φφ

= : hệ số kết cấu của máy

Moment điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phần ứng quét qua từ thông và trong các dây quấn này cảm ứng sức điện động:

ωφωφ

2

'

k a

N

p

E = = , (4-20)

Trong đó : tốc độ góc của rotor

Trong chế độ xác lập, có thể tính đợc tốc độ qua phơng trình cân bằng điện áp phần ứng

b Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều

/1)

Trong đó j là moment quán tính của các phần chuyển động quay đối với trục

động cơ

Từ các phơng trình trên ta thành lập đợc sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều

nh hình (1-15) Thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh, trong tính toán ứng dụng thờng dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc: trớc hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính moment tải nh hình (1-16)

_

Mc

ư

ưp

1 + τ

R

/ 1

Hình 1-15: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều

Hình 1-16: Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải

MC B

Mc

cB

C BO

Độ dốc của đặc tính từ hoá và đặc tính cơ moment tải tơng ứng là: (bỏ qua hiện tợng từ trễ )

ko

O I k k

ơng ứng là : U(p), I(p), (p), Uk(p), Ik(p), Φ(p), và Mc(p)

Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập (NN =0) thì có thể viết các phơng trình sau:

b2 Tr ờng hợp khi từ thông kích từ không đổi

Khi dòng điện kích từ của động cơ không đổi, hoặc khi động cơ đợc kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:

KΦ = const = Cu

U(p) = RI(p)(1 + pT) + C u(p) , (4-14)

C u I(p) - M c (p) = jp(p) , (4-15)

Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi đợc thể hiện trên hình 1-18

Bằng phơng pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ thu gọn hình 1 - 19, trong đó

( )

+ +

+

=

p T p T T

C

p M R

pT p U P

I

c c

u

c c

1 +

R

/ 1

uC

K

c c

d

ư

1

) 1

(2

2

+ +

+

p T p T T

T R

c c

ư

ư u

ưC

b )

1

p T T

p R T

c c

K

c c

d

ư

Hình 1-19 các sơ đồ câu trúc thu gọn

Ch ơng iiTổng quan về bộ chỉnh lu - mạch động lực

"Trải qua nhiều giai đoạn lịch sử đợc đánh dấu bằng sự ra đời của Thyratron vào năm 1902 , do John Fleming , kỹ s ngời Anh sáng chế , Trensistor vào năm 1948 ,

do hai nhà vật lý ngời Mỹ John Bardeen và W.H Brattain, sáng chế và Thyristor năm

1956 , do nhóm kỹ s của hãng Bell - Téléphone sáng chế , đến nay ngành công nghiệp

điện tử của các nớc phát triển đã chế tạo đợc những thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn điôt , thyristor, triac transistor chịu đợc điện áp cao và dòng điện lớn ; và cả những thiết bị bán dẫn cực nhỏ nh vi mạch , vi mạch đa chức năng , vi xử lý và những phần tử tham gia trong mạch điều khiển các thiết bị bán dẫn công suất nói trên." Trong ch ơng này chúng ta sẽ đ ợc tìm hiểu về các vấn đề sau :

Khi đặt Thyristor dới điện áp một chiều, anôt nối vào cực dơng, catôt nối vào cực

âm của nguồn điện áp, J1 và J3 đợc phân cực thuận, J2 bị phân cực ngợc Gần nh toàn

bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2 Điện trờng nội tại Ei của J2 có chiều từ N1 hớng

về P2 Điện trờng ngoại tác động cùng chiều với Ei, không có dòng điện chảy qua Thyristor mặc dù nó đợc đặt dới điện áp

- Mở Thyristor :

Nếu cho một xung điện áp dơng Ug tác động vào cực G (dơng so với K) , các

điện tử từ N2 chạy qua P2 Đến đây, một số ít của chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G – J3 – K – G; còn phần lớn điện tử, chịu sức hút của điện trờng tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng đợc tăng tốc độ, động năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới Số điện tử mới đợc giải phóng này lại tham gia bắn phá các

G

KA

K

A

Hình 2-2 Sơ đồ kí hiệu và sơ đồ cấu trúc của Tiristor

nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1, qua P1 và đến cực dơng của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tợng dẫn điện ào ạt J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100às.

Điện trở thuận của Thyristor, khoảng 100 kΩ khi còn ở trạng thái khoá, trở thành khoảng 0,01Ω khi Thyristor mở cho dòng chảy qua

Thời gian mở: ton là thời gian cần để thiết lập dòng điện chính chảy trong Thyristor, tính từ thời điểm phóng dòng Ig vào cực điều khiển Thời gian mở của Thyristor kéo dài khoảng 10às

- Đặt một điện áp ngợc lên Thyristor (biện pháp thờng dùng )

Khi đặt điện áp ngợc lên Thyristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực

ng-ợc, J2 bây giờ đợc phân cực thuận Những điện tử, trớc thời điểm đảo cực tính UAK,

đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngợc chảy

từ catôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài

Buổi đầu của quá trình, từ to đến t1, dòng điện ngợc khá lớn, sau đó J1 rồi J3 trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị cầm tù giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tợng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết, Bây giờ J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển

Thời gian khoá toff tính từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngợc (to) cho đến khi dòng điện ngợc bằng không (t2) Đấy là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu đặt điện

áp thuận lên Thyristor, Thyristor cũng không mở toff kéo dài khoảng vài chục às

Trong bất kỳ trờng hợp nào cũng không đợc đặt Thyristor dới điện áp thuận khi Thyristor cha bị khoá, nếu không, có thể có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn

i

O

IH

Uch U

trạng thái), bắt đầu quá trình tăng trởng nhanh chóng của dòng điện, Thyristor chuyển sang trạng thái mở.

Đoạn 2 ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2 Trong giai đoạn này mỗi một ợng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lợng giảm lớn của điện áp đặt trên Thyristor

l-Đoạn 2 còn đợc gọi là đoạn điện trở âm

Đoạn 3 ứng với trạng thái mở cửa Thyristor Khi này cả ba mặt ghép đã trở thành dẫn điện Dòng điện chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài

Điện áp rơi trên Thyristor rất nhỏ, khoảng 1V Thyristor đợc giữ ở trạng thái mở chừng nào i còn lớn hơn IH (dòng duy trì, holding curent)

Đoạn 4 ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dới điện áp ngợc Dòng điện ngợc rất nhỏ, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đến Uz thì dòng điện ngợc tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng, thyristor bị hỏng

Bằng cách cho những Ig >0 sẽ nhận đợc một họ đặc tính V- A với các Uch nhỏ dần đi

II Tổng quan về một số bộ chỉnh lu

Trong mục này chủ yếu chúng ta sẽ nghiên cứu về một số bộ chỉnh lu có điều khiển, đặc biệt là bộ chỉnh lu cầu Nhằm phục vụ cho nội dung chính của đề tài Các

dạng khác của bộ chỉnh lu, chúng ta có thể tham khảo ở tài liệu" Điện tử công suất-

nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật" để đợc biết rõ hơn.

1 sơ đồ chỉnh lu cầu một pha dùng Thyristor

Ta sẽ xét 3 trờng hợp sau đây của sơ đồ này:

- Khi phụ tải của mạch chỉnh lu là thuần trở

- Khi phụ tải của mạch chỉnh lu có tính chất điện cảm

- Khi phụ tải của mạch chỉnh lu là một động cơ điện một chiều

a Chỉnh lu cầu một pha dùng Thyristor với phụ tải thuần trở

a1 Sự hoạt động của mạch và sự biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh l u

Trong sơ đồ hình 2-4 ta dùng 4 Thyristor Th1, Thu’

1, Th2, Thu’

2 Các Thyristor này đợc điều khiển bằng các xung dòng điện điều khiển tơng ứng iG1, i'

G1, ig2, i'

G2 .Thông thờng xung dòng điện này đợc cung cấp từ một máy phát xung chung (không

vẽ trong hình)

Mạch chỉnh lu đợc cung cấp từ một nguồn xoay chiều qua máy biến áp với điện

áp thứ cấp: u2 = U2msin t = 2U2sin  t

α

π +

u2

RN

UdM

Th’ 2B

iG1,i' G

Các xung điều khiển iG1, i'

G1, iG2, i'

G2 có cùng chu kỳ với u2 nhng xuất hiện không

đồng thời với u2 (không đồng pha)

Các xung iG1, i'

G2 xuất hiện sau u2 một góc α, còn các xung iG2, i'

G1 xuất hiện sau

u2 một góc α + π(hình 2-4b).

Trong nửa chu kỳ đầu của u2, (0 ≤ t ≤ π), u2 ≥ 0, các thyristor Th1, Thu’

2 đợc phân cực thuận Do đó tại t = α (có iG1, i'

G2), các thyristor Th1 và Thu’

2 mở Lúc đó dòng điện đi từ điểm A qua Th1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua Thu’

2 về điểm B

Các Thyristor này mở cho đến khi t = π Tại t = π , u2 = 0 Dòng điện qua

thyristor cũng bằng không (vì ở mạch thuần trở dòng điện cùng pha với điện áp )và thyristor tắt một cách tự nhiên

Trong thời gian các thyristor này mở (α ≤ t ≤ π) điện áp chỉnh lu (điện áp giữa hai đầu phụ tải ) là: ud = u2 =U2msin t,

Dòng điện qua Thyristor Th1 và phụ tải là: 2 sin

1

R

U R

u i

G1) các thyristor Th2, Thu’

1 mở, lúc đó dòng

điện đi từ điểm B qua Th2 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua Thu’

1 về điểm A

Các Thyristor này mở cho đến khi t = 2π Tại t = 2π , u2 = 0 Dòng điện qua

thyristor cũng bằng không (vì ở mạch thuần trở dòng điện cùng pha với điện áp )và thyristor tắt một cách tự nhiên

Trong thời gian các thyristor TThu,Thu’

1 mở, điện áp chỉnh lu (điện áp giữa hai

đầu phụ tải ) là: ud = -u2 =-U2msin t,và dòng điện qua phụ tải và thyristor Th2 là:

sin

2

U R

Từ đờng cong dòng điện id ta thấy rằng trong mạch chỉnh lu này phụ tải đợc cấp

điện theo chế độ gián đoạn

a2 Các thông số của mạch chỉnh l u cầu một pha dùng thyristor khi phụ tải thuần trở.

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu:

d u

U do = ∫π d

π

2 0

Trong đó: U2m - biên độ điện áp thứ cấp của máy biến áp.

Ta dễ dàng thấy rằng khi α thay đổi từ 0 ữπ thì U’

- Điện áp ngợc cực đại trên mỗi Thyristor U' ngmax :

Từ đờng cong uth1 hình 2-4b ta suy ra: U’

ngmax = U2m khi góc mở chậm của Thyristor α≤π/2

o

U

u u

α

πα

=+

−

=

m

m o

U

U K

sin)

cos1(2

sin

2

2 '

α

απα

π

α

+

=+

=

m

m o

U

U K

- Giá trị trung bình của dòng điện qua tải:

)cos1(

Th

.sin

.2

2

1

d m

Th o

I R

U t d i

π

ωπ

π α

- Trị số hiệu dụng I 2 của dòng điện thứ cấp và công suất S của máy biến áp:

ở mỗi nửa chu kỳ của điện áp u2, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp chính là dòng

điện qua các thyristor mở Do đó:

π

ααα

πω

π

π α

cos.sin2

ππ

ααα

2.2

2 2

2 2 2

+

−

=+

U U I

U

b Mạch chỉnh lu cầu một pha dùng thyristor với phụ tải L,R (hình 2-5a,b)

b1 Sự hoạt động của mạch và sự biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh l u

Điều khiển mở các thyristor trong mạch nay giống nh ở mạch đối với phụ tải thuần trở, nghĩa là chúng ta vẫn dùng các xung dòng điện điều khiển iG1, i'

b2 Các thông số của mạch chỉnh l u

Khi xác định các thông số của mạch chỉnh lu này ngời ta giả thiết rằng mạch chỉnh lu này làm việc ở chế độ liên tục, nghĩa là nó thoả mãn điều kiện: ϕ≥α

Trong đó: ϕ =arctgωR.L

, R, L: Điện trở và điện cảm của phụ tải

Ngoài ra, ngời ta cũng giả thiết rằng phụ tải có điện kháng L >> R do đó ϕ≠ π

/2 và điều kiện làm việc liên tục của mạch chỉnh lu này là: α ≤ π2 Nói cách khác các

A

LR

iG1,i' G2

thông số của mạch chỉnh lu sẽ đợc tính dới đây chỉ đúng khi góc mở chậm của thyristor α ≤

2

π

và phụ tải có điện kháng L >> R

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu:

2

1

d u

U do d t ,

Từ đờng cong ud hình 2-5 b, ta có:

αα

π

απ

ωωπ

π α α

coscos

22cos

2

sin2

2

2 2

2

'

do m

- Điện áp ngợc cực đại trên mỗi Thyristor U ngmax :

Từ đờng cong uTh1 hình 2-5 b ta có thể suy ra ungmax = U2m

- Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lu:

do

d d

o

U

u u

K max ' min

2

−

Từ đờng cong ud hình 2-5b ta có: udmax = U2m ; udmin = U2msin(π + α) = -U2msinα,

2

)sin1(

2

α

πα

2

1

o d

U R R

Để dễ dàng tính toán các trị số này, ta giả thiết: id = I'd = const, lúc đó:

imax = I'

d ;

22

t d i

o

I t d i

i = ∫+ =

α

ω

- Trị số hiệu dụng của dòng điện thứ cấp I2 và công suất S của máy biến áp:

ở mỗi nửa chu kỳ của u2, dòng điện qua cuộn dây thứ cấp chính là dòng điện qua các thyristor mở Do đó:

d

d d t I i

2 '

2 2 2

R

U I

U I U

2 đợc phân cực thuận và có tín hiệu điều khiển iG1, i'

G2 , nên các thyristor này mở Sự mở đồng thời cả bốn thyristor nh vậy gọi là hiện tợng trùng dẫn

Hiện tợng trùng dẫn này làm cho điện thế ở hai đầu phụ tải M và N bằng nhau và

ud = 0

Hiện tợng trùng dẫn bắt đầu từ góc pha t = α và kéo dài cho đến khi iTh2 giảm

đến trị số không tại t = α + à và Thyristor Th2 và Thu’

Ud

iG1,i' G2

α

O

b )

Trong thời gian trùng dẫn này ta có thể xem mạch chỉnh lu tồn tại hai dòng điện

iS1 và iS2 đi qua điện cảm L2 nh hình 2-6a

Vì iS1 và iS2 có nguồn chung u2 và có trở kháng X2 = L2 nh nhau, nên ta có:

i = =

Trong đó: iS - dòng điện qua điện cảm L2

Ngoài ra trong khoảng trùng dẫn (α ≤  ≤α + à ) ta có phơng trình:

sin

2 2

U

i

t m

2

X

U i

S

Ta dễ dàng thấy rằng iS1 là độ tăng của iTh1 từ trị số không đổi và độ giảm của iTh2

từ trị số trung bình của dòng điện qua phụ tải I'

X

U I

I X

2

' 2

)cos(

Và sự giảm điện áp chỉnh lu trung bình do trùng dẫn gây ra là:

[ α α à ] π

πωωπ

à α α à

' 2 2

2

2)cos(

cos

sin

m

I X U

t td U

à

' 2 2

d

I X U

E’

a )

LR

Ta chỉ giới hạn xét mạch này khi điện cảm L rất lớn và E’ nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu U’

do Trong trờng hợp đó, mạch làm việc ở chế độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải và dòng điện qua phụ tải hầu nh không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I’

d Ngoài ra tuỳ theo góc mở α của Thyristor mạch này có thể làm việc ở hai chế

ωωπ

π α α

cos

2sin

1

2 2

'

m m

22

- Giá trị trung bình của dòng điện đi qua phụ tải:

Mạch chỉnh lu này có hai cặp thyristor: cặp Th1 và Thu’

2 và cặp Th2, Thu’

1 Trong khoảng α ≤ t ≤ π +α cặp Th1, Th’

u E Ri dt

di

t d

I do d

' '

c2 Mạch làm việc ở chế độ nghịch l u phụ thuộc:

Khi góc mở chậm của Thyristor α >

2

π

và E’ <0 thì sơ đồ của mạch có dạng nh hình 2-8a Điện áp và dòng điện chỉnh lu ud, id có dạng nh hình 2-8b

α

+_

E’

A

LR

iG1,i' G2

α

O

π 2

Từ đờng cong ud hình 2-8b ta rút ra giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu.

απ

ωωπ

π α α

cos

2sin

1

2 2

'

m m

22

và tần số của dòng nghịch lu)

Nếu ta vẫn giữ chiều dơng quy ớc của E’, id, ud giống nh trong chế độ chỉnh lu, thì trong chế độ nghịch lu này E’ < 0 ,U’

do < 0 và điều kiện để mạch làm việc trong chế

độ dòng điện liên tục là phụ tải có điện cảm L rất lớn và E’ âm hơn U’

do (E’<U’

do).Trong trờng hợp này giá trị trung bình của dòng điện qua phụ tải ở chế độ nghịch

lu là:

R

E U

I do

d

' '

Bộ điều khiển mở Thyristor phải tạo ra các góc mở α1,α2 của các nhóm G1,G2 theo quan hệ: α1 + α 2 = π

Sự phối hợp theo quy luật nh vậy gọi là phối hợp tuyến tính Khi đó quan hệ giữa tín hiệu điều khiển uđk ở đầu vào của thiết bị điều khiển và các góc mở của các thyristor α1, α2 thuộc các nhóm chỉnh lu G1, G2 đợc vẽ trên hình 2-10b.

Trên hình 2-10a vẽ đặc tính của từng nhóm chỉnh lu Ud = f(α).

Nhóm chỉnh lu G1 tạo ra điện áp chỉnh lu Ud1 và dòng điện id1 Còn nhóm chỉnh

lu G2 tạo ra Ud2 và id2 Ta xét hoạt động của hình 2-9

- Khi không có tín hiệu điều khiển ở đầu vào của mạch điều khiển mở các thyristor (uđk=0) thì các góc mở α1 = α2 = 0 nh chỉ rõ trên đồ thị hình 2-10b Tơng

ứng ta có các điện áp Ud1, Ud2 do các nhóm G1 và G2 tạo ra đều bằng không (Ud1 = Ud2

= 0) Hệ thống ở trạng thái không làm việc, động cơ không hoạt động Góc

2

π

là góc hoà pha ban đầu

- Khi cần mở máy động cơ quay theo chiều thuận ta cho tín hiệu điều khiển

CKT

RdE

G2

G1

iG5

T5

iG8

T8

Hình 2-9 Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều có đảo chiều quay nhờ hai

bộ chỉnh lưu nối song song ngược

ở chế độ làm việc này ta có quan hệ : Ud1 = E + Id1Rd = E + IdRd

Trong đó:

Ud1 : Là trị số trung bình của điện áp chỉnh lu của nhóm G1 tạo ra

Id1 : Dòng điện chỉnh lu trung bình của nhóm G1

Id : Là dòng điện trung bình qua phần ứng động cơ

- Khi cần giảm tốc độ quay của động cơ ta giảm tín hiệu điều khiển tới trị số uđk2

U nên nhóm G2 bắt đầu làm việc ở chế độ nghịch lu với Ud2 < 0 và id2

= id Dòng điện phần ứng id đảo chiều, có chiều cùng với chiều của sức điện động E Máy điện làm việc ở chế độ phát điện, biến cơ năng tích luỹ đợc ở chế độ động cơ thành điện năng trả về cho lới điện

Ta có phơng trình: Ud2 = E - Id2Rd = E - IdRd

Hình 2-10

a ) Đặc tính của bộ chỉnh lưu Ud = f()

b ) Quan hệ giữa tín hiệu điều khiển uđk và các góc mở 1 , 2 của nhóm

chỉnh lưu thuận G1 và nhóm chỉnh lưu ngược G2

’ 2

1

Vì dòng điện phần ứng id có chiều ngợc lại nên moment quay của động cơ đảo chiều, có chiều ngợc vớ chiều tốc độ  và trở thành moment hãm Máy điện làm việc ở chế độ hãm tái sinh trả năng lợng về nguồn Tốc độ quay  giảm nên sức điện động E giảm theo cho đến khi sức điện động đạt giá trị E’d = U’d1 = U'd2 thì quá trình hãm tái sinh kết thúc

Tốc độ động cơ lúc nay là ’ <  tơng ứng với E’ = Kφ’ < E = Kφ Nhóm

chỉnh lu G1 lại mở ra cung cấp điện áp U’d1 và dòng điện i’d1 cho động cơ Còn G2 lại trở về trạng thái chuẩn bị sẵn sàng làm việc nghịch lu với U’d2 < 0 và i’d2 = 0

- Muốn dừng động cơ chỉ việc giảm uđk đến giá trị bằng không ( uđk = 0) để cho các góc mở α1 = α2 =

Ud1 < 0 và id1 = 0

Vì phơng trình của động cơ có dạng: Ud = E + IdRd cho nên ta có quan hệ giữa sức điện động E và dòng điện phần ứng Id: E = f(Id), là cá đờng thẳng song song tơng ứng với giá trị của các góc mở α1, α2 biến thiên từ 0 đến π.

Khi Id > 0 thì máy điện ở chế độ động cơ,

Khi Id < 0 thì máy điện ở chế độ máy phát thực hiện hãm tái sinh trả năng lợng

III Tính chọn linh kiện bộ biến đổi

Tơng ứng giá trị định mức của tải ta chọn α = 0 nên cos α =1 Do công suất của

máy biến áp nhỏ nên ta chọn sụt áp trên điện trở tơng đối lớn và trên điện kháng ít hơn

và sụt áp trên toàn bộ máy biến áp khoảng 7,5% Điện áp sụt trên thyristor khoảng 3V

25,121.14,322

=

Để thyristor làm việc an toàn thì ta phải chọn hệ số dự trữ về dòng điện KI = 1,2

và hệ số điện áp KU = 1,6 Vậy ta chọn thyristor thoả mãn về áp: 1,6.190,35 = 304,56V và về dòng điện là: 1,2.1,175 = 1,41A

I

IVIII

II

G2

G1

iG5

Hình 2-12: Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều có đảo chiều quay nhờ hai bộ chỉnh lưu nối song song ngược

S k

Q= cm2

Trong đó:

k = 5 ữ 6 nếu máy biến áp khô

S : Công suất biểu kiến máy biến áp

c : Số trụ , chọn c = 1

f : Tần số lới điện xoay chiều , f = 50 Hz

1,1550.1

31,316

22044

I S

75,2.14,3

44,1.4

.44

1

1 1

ππ

Đờng kính dây quấn phía thứ cấp:

mm J

I S

75,2.14,3

35,2.4

.44

2

2 2

ππ

2 Tính chọn mạch bảo vệ quá điện áp

Tiristor cũng rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp

Nguyên nhân gây ra quá điện áp đợc chia làm hai loại:

a Nguyên nhân nội tại :

Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngợc, các điện tích đổi ngợc hành trình, tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắn ( khoảng 10 ữ100às ) Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện

Hình 2-13: Cấu trúc mạch

từ máy biến áp động lực

cảm, luôn luôn có, của đờng dây nguồn dẫn đến các Tiristor Quá điện áp này là tổng của điện áp làm việc và

i= Điện cảm L hạn chế biên độ của dòng điện này

Khi kích mở tiristor, tụ điện C sẽ phóng điện qua Tiristor; điện trở R hạn chế dòng điện này

Các linh kiện bảo vệ có thể tính toán bằng công thức, nhng trong thực tế ngời ta thờng dùng các trị số kinh nghiệm là:

Việc tổng hợp các bộ điều chỉnh sẽ đợc tiến hành sao cho bù đợc các khâu có hằng số thời gian tơng đối lớn Tk, bằng cách đó ta giảm cấp cho mạch hở, các khâu có thời gian tơng đối nhỏ sẽ không đợc bù Trong kỹ thuật truyền động điện có thể bỏ qua các hằng số thời gian nhỏ hơn một mili giây, các hằng số thời gian nhỏ hơn vài chục mili giây đợc coi là nhỏ (Ts) , các hằng số thời gian cỡ 0,1s trở lên đợc coi là lớn.

1 Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ theo phơng pháp modul tối u:

Đối với hệ thống kín khi tần số tiến đến vô hạn thì modul của đặc tính tần số - biên độ phải tiến đến không Vì thế đối với đãi tần thấp nhất, hàm truyền đạt phải đạt

Trong đó: R(p) là hàm ảnh Laplace của bộ điều chỉnh

S0(p) là đối tợng điều khiển

K K c c

u

fh D

vo

BBD pT

K

+

1

S0(p)R(p)

Hệ kín có hàm truyền là:

Fk(P) =

)()

(1

)()

(

0

0

p S p R

p S p R

(

)(

S

p F k

p T

δ

2

1+ 1

= K T p

δ

2

1

+

δ

T K

T

2

1

Vậy theo phơng pháp modul tối u ta có hàm truyền bộ điều chỉnh là bộ PI

2 Tổng hợp bộ điều khiển theo tiêu chuẩn modul tối u đối xứng:

Tiêu chuẩn tối u đối xứng thờng áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh trong mạch có yêu cầu vô sai cấp cao, nó cũng đợc áp dụng có hiệu quả để tổng hợp các bộ

điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn Hàm chuẩn tối u đối xứng có dạng:

88

41

41

p T p T p T

p T

δ δ

δ

δ

++

(

)(

S

p F k

k

p T

δ δ

δ

+

+

18

)

(

41

2 2 0

ω

8

)41)(

1(

p T

T pT

δ

δ

++

Giả sử ta có T1 >> Tδ thì: