ĐÁNH GIÁ1 Điểm từng tiêu chí và điểm cuối cùng làm tròn đến 0,5 L1.1 Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền động điện ứng dụn
TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Giới thiệu chung về hệ truyền động điện
Truyền động cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng điện thì gọi là truyền động điện (TĐĐ).
Hệ truyền động điện là sự kết hợp của nhiều thiết bị và phần tử điện - cơ, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng để cung cấp cho các cơ cấu công tác trên phụ tải Đồng thời, hệ thống này cũng cho phép điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu công nghệ của từng phụ tải.
1.1.2 Cấu trúc chung hệ truyền động điện Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia các khâu của hệ truyền động điện thành 2 phần:
Phần điện gồm: Lưới điện, bộ biến đổi (BĐ), mạch điện từ của động cơ và các thiết bị điều khiển (ĐK)
Phần cơ gồm: Rô to và trục động cơ, khâu truyền lực (TL) và cơ cấu sản xuất.
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện
Bộ biến đổi (BBĐ) là thiết bị quan trọng được sử dụng để chuyển đổi dòng điện từ dạng xoay chiều sang một chiều hoặc ngược lại Ngoài ra, BBĐ còn có khả năng biến đổi nguồn điện áp thành nguồn dòng và ngược lại, giúp tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện năng trong các ứng dụng khác nhau.
Các BBĐ thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần
Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm điện).
Các loại động cơ điện phổ biến bao gồm động cơ điện một chiều với các kiểu kích từ như song song, nối tiếp hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu Ngoài ra, còn có động cơ xoay chiều KĐB ba pha với rôto dây quấn hoặc lồng sóc, cùng với động cơ xoay chiều đồng bộ.
Khâu truyền lực đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực từ động cơ điện đến các cơ cấu sản xuất, đồng thời có khả năng biến đổi dạng chuyển động từ quay sang tịnh tiến hoặc lắc Nó cũng giúp điều chỉnh tốc độ, mômen và lực Để thực hiện việc truyền lực hiệu quả, có thể sử dụng nhiều phương tiện như bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền, cùng với các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ.
CCSX là thuật ngữ chỉ cơ cấu sản xuất hoặc cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ như gia công chi tiết, nâng hạ tải trọng và dịch chuyển.
ĐK: Khối điều khiển, là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện Đ, cơ cấu truyền lực.
Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, cùng với các khí cụ và thiết bị điều khiển Những thiết bị này có thể là loại đóng cắt có tiếp điểm như rơle và công tắc tơ, hoặc không có tiếp điểm như điện tử và bán dẫn.
Một số hệ thống truyền dữ liệu tự động tích hợp mạch kết nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, bộ vi xử lý và PLC Các thiết bị đo lường và cảm biến, bao gồm đồng hồ đo và cảm biến từ, cơ, quang, được sử dụng để thu thập tín hiệu phản hồi.
Hệ thống truyền động điện được phân loại thành hai loại: hệ hở và hệ kín Hệ hở không có phản hồi, trong khi hệ kín có phản hồi, cho phép giá trị đầu ra được đưa trở lại đầu vào dưới dạng tín hiệu Điều này giúp điều chỉnh quá trình điều khiển để đạt được giá trị đầu ra mong muốn.
Truyền động điện có nhiều loại, bao gồm truyền động điện 1 chiều sử dụng động cơ 1 chiều, truyền động điện không đồng bộ với động cơ không đồng bộ, truyền động điện đồng bộ với động cơ đồng bộ, và truyền động điện bước sử dụng động cơ bước.
Truyền động điện một chiều được ưa chuộng cho các ứng dụng cần điều chỉnh tốc độ và mô men, nhờ vào khả năng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp và chi phí cao, đồng thời yêu cầu nguồn điện một chiều Do đó, trong những trường hợp không cần yêu cầu cao về điều chỉnh, truyền động điện không đồng bộ thường được sử dụng Gần đây, truyền động điện không đồng bộ đã phát triển mạnh mẽ, đặc biệt với các hệ thống điều khiển tần số, đạt được chất lượng điều chỉnh cao tương đương với truyền động điện một chiều, mặc dù cần có bộ biến đổi phức tạp.
Truyền động điện có hai loại chính: không điều chỉnh và điều chỉnh Hệ truyền động điện không điều chỉnh thường cần kết hợp với hộp tốc độ để thực hiện điều chỉnh cơ khí, dẫn đến kết cấu phức tạp và chi phí sản xuất cao Ngược lại, hệ truyền động điện điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ và mô men của phụ tải trực tiếp từ động cơ, mang lại kết cấu đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao và thao tác thuận tiện.
Hệ truyền động điện được chia thành hai loại chính: không tự động và tự động Hệ truyền động không tự động thường đơn giản và có thể được áp dụng rộng rãi Trong khi đó, hệ truyền động điện tự động là các hệ điều chỉnh vòng kín với nhiều mạch phản hồi, mang lại chất lượng điều chỉnh cao và khả năng đáp ứng linh hoạt với các yêu cầu công nghệ của phụ tải Ngoài ra, còn có một số phân loại khác trong hệ truyền động điện.
Ngoài việc phân loại theo các cách đã nêu, còn có thể phân loại truyền động điện theo các tiêu chí khác như truyền động điện đảo chiều và không đảo chiều, truyền động điện đơn và nhiều động cơ, cũng như truyền động điện van, đặc biệt khi sử dụng thiết bị biến đổi van bán dẫn.
Giới thiệu các bộ chỉnh lưu
1.2.1.1 Các ứng dụng của bộ chỉnh lưu
Chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều, phục vụ cho nhiều loại phụ tải khác nhau Các thiết bị điện và quy trình công nghệ cần nguồn điện một chiều bao gồm nhiều ứng dụng quan trọng.
- Các động cơ điện một chiều.
- Hệ thống cung cấp kích từ cho các máy điện đồng bộ, máy phát hoặc động cơ.
- Các quá trình công nghệ điện hoá yêu cầu nguồn một chiếu dòng điện rất lớn như mạ, điện phân, xử lý hoá học bề mặt, anot hoá
- Các hệ thống nạp điện cho acquy.
- Các loại bộ nguồn một chiều cho các thiết bị điều khiển, viễn thông.
- Trong hệ thống truyền tải điện một chiều với công suất rất lớn.
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng điện đầu vào từ lưới điện, đóng vai trò quan trọng trong các bộ biến đổi bán dẫn như bộ biến tần Đây là một loại bộ biến đổi cơ bản, có ý nghĩa thiết yếu trong lĩnh vực biến đổi điện năng.
Thyristor, hay còn gọi là chỉnh lưu silic có điều khiển (Silicon Controlled Rectifier - SCR), là một linh kiện bán dẫn được cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn Đây là một phần tử quan trọng trong các thiết bị điện tử hiện đại, hoạt động như một điốt ghép từ hai transistor với hai chiều đối nghịch và có khả năng điều khiển Thyristor thường được sử dụng để chỉnh lưu dòng điện có điều khiển, đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ứng dụng điện tử.
Van Thyristor cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra 3 tiếp giáp p-n, J1, J2, J3
Hình 1.3: Cấu tạo của Thyristor
A – kí hiệu anode: là cực dương Nói với lớp p ngoài cùng.
K – kí hiệu cathode: là cực âm Nối với lớp n ngoài cùng
G – gate: là cực khiển (cực cổng), nối với lớp p ở giữa.
Là phần tử có điều khiển Có thể khóa cả điện áp ngược lẫn điện áp thuận.
Chỉ dẫn dòng theo 1 chiều từ anot đến catot
Hình 1.4: Ký hiệu van Thyristor
Hình 1.5: Đặc tính volt-ampe của Thyristor
Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (I G = 0).
Khi điện áp UAK nhỏ hơn 0, cấu tạo bán dẫn của Thyristor cho thấy hai tiếp giáp J1 và J3 đều phân cực ngược, trong khi lớp J2 lại phân cực thuận Do đó, Thyristor hoạt động tương tự như hai điôt mắc nối tiếp với phân cực ngược.
Khi UAK tăng đến giá trị điện áp tối đa Ung,max, Thyristor sẽ bị đánh thủng, dẫn đến việc dòng điện tăng lên đáng kể, mặc dù trước đó chỉ có một dòng điện nhỏ gọi là dòng rò chạy qua.
Ban đầu, chỉ có một dòng điện nhỏ gọi là dòng rò, trong khi điện trở tương đương giữa mạch anôt và catôt vẫn giữ giá trị lớn Lúc này, tiếp giáp J1 và J3 phân cực thuận, còn J2 phân cực ngược.
Cho đến khi < thyristor cản trở dòng điện
Cho đến khi = trở kháng giảm đột ngột Đặc tính chuyển lên đoạn điện trở nhỏ
Đặc tính chuyển lên đoạn điện trở nhỏ tại Ih gọi là dòng duy trì.
Trường hợp dòng vào cực điều khiển IG > 0:
Khi thêm một dòng điều khiển vào giữa cực điều khiển và catôt, quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ diễn ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt giá trị tối đa Uth,max Điều này được thể hiện qua các đường nét đứt trên đồ thị tương ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau như IG1, IG2, IG3 Tóm lại, khi dòng điều khiển tăng, điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK thấp hơn.
Nguyên lý làm việc của Thyristor:
Thyristor là một linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều từ anot đến catot, ngăn cản dòng chạy ngược lại Để thyristor dẫn điện, ngoài việc yêu cầu điện áp UAK lớn hơn 0, còn cần một số điều kiện khác Vì vậy, thyristor được coi là một phần tử bán dẫn có điều khiển, khác biệt với các linh kiện bán dẫn không điều khiển như diode.
Khi được phân cực thuận, UAK>0, tiristor có thể mở bằng hai cách:
Có thể tăng điện áp anot – catot đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, làm giảm đột ngột điện trở tương đương trong mạch anot – catot, khiến dòng qua thyristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định Tuy nhiên, phương pháp này không khả thi trong thực tế do nguy cơ mở không mong muốn và không phải lúc nào cũng đạt được điện áp Uth,max Hơn nữa, thyristor có thể tự mở do tác động của các xung áp vào những thời điểm ngẫu nhiên không xác định.
Phương pháp điều khiển thyristor trong thực tế bao gồm việc áp dụng một xung dòng điện vào giữa cực điều khiển và catot Xung dòng điện này chuyển thyristor từ trạng thái trở kháng cao sang trở kháng thấp khi điện áp anot – catot nhỏ Nếu dòng qua anot – catot vượt quá giá trị dòng duy trì (Idt), thyristor sẽ tiếp tục dẫn dòng mà không cần xung điều khiển Điều này cho phép điều khiển tiristor bằng các xung dòng có độ rộng nhất định, dẫn đến công suất mạch điều khiển nhỏ hơn nhiều so với công suất mạch lực mà thyristor tham gia.
Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Iđk không còn là cần thiết nữa Để khóa Thyristor có 2 cách:
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì Idt. Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng)
Khi áp dụng điện áp ngược lên Thyristor với UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược, trong khi J2 được phân cực thuận Các electron có mặt tại P1, N1, P2 trước khi đảo cực UAK sẽ đảo chiều hành trình, tạo ra dòng điện ngược chảy từ catot về anot và về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Trong giai đoạn đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược đạt giá trị cao, sau đó J1 và J3 trở thành cách điện Chỉ còn một lượng nhỏ điện tử giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, và hiện tượng khuếch tán sẽ làm giảm số lượng này cho đến khi hết, cho phép J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển Điều kiện để thông khóa van thyristor được thiết lập.
+ Khóa van: UAK < 0 trong thời gian đủ lớn và Iv=0.
1.2.1.3 Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu
Hình 1.6: Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu
Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu cho trên hình 1.6, bao gồm các thành phần chính sau đây:
Máy biến áp (MBA) là thiết bị quan trọng dùng để điều chỉnh mức điện áp giữa lưới điện và đầu vào của bộ chỉnh lưu MBA không thể thiếu trong các sơ đồ hình tia, nhưng không bắt buộc trong các sơ đồ hình cầu.
Chỉnh lưu là một bộ phận quan trọng, bao gồm các van bán dẫn được kết nối theo sơ đồ cầu hoặc sơ đồ hình tỉa Chức năng chính của nó là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, giúp cung cấp nguồn điện ổn định cho các thiết bị điện.
Khâu lọc bao gồm các linh kiện như tụ điện và cuộn cảm, giúp làm mịn điện áp chỉnh lưu và giảm thành phần đập mạch của điện áp đầu ra Trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là với công suất lớn, tính chất lọc của phụ tải có thể đủ để không cần thiết phải sử dụng khâu lọc.
Động cơ điện 1 chiều
1.3.1 Khái niệm Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng.
Hình 1.11: Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
1.3.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: Phần tĩnh và phần động:
Hình 1.12: Cấu tạo động cơ điện một chiều
1- Thép, 2- Cực chính với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5- Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7-Thiết bị chổi, 8- Cổ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây
Dòng điện mạng lưới, là dòng xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng 1 chiều trước khi kết nối với Rotor Khi dòng điện đi qua cuộn dây (phần ứng) nằm giữa hai cực nam châm (Stator), sẽ xảy ra tương tác tạo ra momen lực.
Theo quy tắc bàn tay trái của Fleming, chúng ta có thể xác định lực điện từ tạo ra bởi motor Do đó, motor điện một chiều trong trường hợp này hoạt động tương tự như một máy phát điện một chiều.
1.3.4 Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cấp từ hai nguồn riêng lẻ.
Động cơ điện 1 chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng.
Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai cuộn dây kích từ, trong đó một cuộn được mắc song song với phần ứng và cuộn còn lại được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu bao gồm các thành phần chính như stator (nam châm vĩnh cửu), cổ góp, chổi than, roto, bối dây roto và vòng bi giữ trục roto.
1.3.5 Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
1.3.5.1 Đặc tính động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và momen của động cơ: M = f(ɷ).
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập sử dụng nguồn nuôi một chiều để cung cấp điện cho phần ứng và kích từ một cách độc lập.
Hình 1.13: Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình cân bằng điện áp:
Sức điện động phần ứng động cơ:
Momen điện từ của động cơ:
Phươn trình đặc tính cơ:
Hình 1.14: Hình dạng đặc tính cơ
Phương trình đặc tính cơ điện:
Hình 1.15: Hình dạng đặc tính cơ-điện
1.3.5.2 Đặc tính cơ tự nhiên Đặc tính cơ tự nhiên: Là đặc tính cơ có các tham số định mức và không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tư nhiên.
Phương trình đặc tính cơ- điện tự nhiên:
Phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
1.3.5.3 Đặc tính cơ nhân tạo: Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo.
Phương trình đặc tính cơ nhân tạo:
1.3.6 Các phương pháp điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều
1.3.6.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Hình 1.16: Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Rf Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ không tải lí tưởng không đổi.
Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm.
Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm => Độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ.
Phương pháp này thay đổi Rf chỉ phù hợp khi giảm dòng khởi động của động cơ.
1.3.6.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:
Ta có phương trình đặc tính cơ:
Hình 1.17: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đôi từ thông Đặc điểm điều chỉnh:
Giảm từ thông thì tốc độ thay đổi tỉ lệ nghich, từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lí tưởng càng tăng, tốc độ càng lớn.
Dòng điện ngắn mạch không đổi.
Độ lớn đặc tính cơ giảm khi từ giảm từ thông.
Phương pháp này điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh vô cấp và cho tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản
1.4.6.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Hình 1.18: Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Uư Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng.
Thay đổi được cả tốc độ không tải lí tưởng , và dòng điện ngắn mạch.
Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này thông qua việc thay đổi điện áp phần ứng của động cơ, giúp duy trì độ cứng đường đặc tính Do đó, nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ (T-Đ)
Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển cho động cơ một chiều, bộ biến đổi điện sử dụng mạch chỉnh lưu điều khiển với sức điện động Ed phụ thuộc vào góc điều khiển Chỉnh lưu có khả năng điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích cho động cơ.
Hình 1.19: Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều
Hệ T-Đ có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng tác động nhanh, tổn thất năng lượng thấp và vận hành êm ái Sự dễ dàng trong tự động hóa nhờ vào các van bán dẫn với hệ số khuếch đại công suất lớn giúp thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng, từ đó nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Các van bán dẫn có tính phi tuyến, dẫn đến việc điện áp chỉnh lưu ra có độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện Điều này đặc biệt rõ ràng ở các truyền động có công suất lớn, không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ số công suất của hệ thống cũng thấp, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động tổng thể.
Để khắc phục vấn đề, thiết kế truyền động van cần tập trung vào việc thu hẹp vùng dòng gián đoạn Điều này có thể đạt được bằng cách kết nối kháng lọc có kích thước đủ lớn, tăng số lần đập mạch và thực hiện việc nối van đệm một cách hiệu quả.
1.4.3 Hệ thống T-Đ không đảo chiều
Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển cho động cơ một chiều, bộ biến đổi điện sử dụng các mạch chỉnh lưu điều khiển, trong đó điện áp ra tải Ud phụ thuộc vào góc điều khiển Việc chỉnh lưu có thể được áp dụng để điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích của động cơ, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống truyền động, cho phép lựa chọn các sơ đồ chỉnh lưu phù hợp.
Các sơ đồ thường gặp:
Hình 1.20: Hệ chỉnh lưu Thyristor cầu 1 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Hình 1.21: Hệ chỉnh lưu Thyristor tia 3 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Hình 1.22: Hệ chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Vai trò của máy biến áp trong các sơ đồ chỉnh lưu: Biến đổi điện áp phù hợp.
Cách ly với lưới điện xoay chiều và cải thiện dạng sóng là rất quan trọng để tạo ra điểm trung tính cần thiết cho các sơ đồ hình tia Việc sử dụng máy biến áp trong mạch sẽ phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu cụ thể.
Cuộn kháng CK đóng vai trò quan trọng trong việc lọc các thành phần sóng hài bậc cao từ điện áp sau khi chỉnh lưu, giúp chuyển đổi nó thành thành phần một chiều Điện áp này là một hàm tuần hoàn không sin, và việc khai triển Fourier cho thấy sự tồn tại của các thành phần sóng hài Việc sử dụng cuộn kháng CK giúp loại bỏ các thành phần không mong muốn, cải thiện chất lượng điện áp đầu ra.
1.4.4 Đặc tính cơ hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ điện một chiều ( xét ở chế độ dòng điện liên tục không trùng dẫn)
Hình 1.23: Sơ đồ thay thế hệ T-Đ không đảo chiều
- Vậy đặc tính cơ của động cơ trong hệ T-Đ ở trạng thái dòng điện liên tục là những đường thẳng song song như trên hình 1.24.
Hình 1.24: Đặc tính cơ của động cơ trong hệ T-Đ không đảo chiều
Ta có thể nhận xét về họ đặc tính này:
Tốc độ không tải lý tưởng ω0 phụ thuộc góc mở α của thyristor, tức phụ thuộc vào điện áp điều khiển Uđk: ω0 = cosα = Uđk
Trong đó: KCL là hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu.
Khi tín hiệu điều khiển chuyển từ +Uđk.max sang -Uđk.max, góc α sẽ thay đổi từ 0 đến π; sức điện động Ed biến đổi từ +U0 qua 0 đến -U0; và tốc độ không tải lý tưởng thay đổi từ ω0.max xuống 0 rồi đến -ω0.max Kết quả này cho thấy các đặc tính được bố trí trong góc phần tư thứ nhất và thứ tư.
- Chú ý: Các đường đặc tính không kéo dài sang phía trái trục tung Vì các van không cho dòng điện chạy theo chiều ngược. βCL-Đ = = = const
Trong đó thường có giá trị lớn: = 3
Trong vùng phụ tải nhỏ, khi M->0 và Iư -> 0, dòng điện động cơ không duy trì liên tục mà có dạng xung đập mạch rời rạc do dòng qua van đã tắt trước khi mở van tiếp theo, tạo ra trạng thái “dòng điện gián đoạn” Đặc tính cơ trong vùng này có hình cong và rất dốc, được thể hiện bằng nét liền trong elip hình 1.24 Trong thiết kế, cần hạn chế và loại bỏ vùng dòng điện gián đoạn, đảm bảo động cơ hoạt động không tải với dòng I0= 10%Iđm vẫn duy trì dòng điện liên tục ở góc mở lớn nhất αmax.
1.4.5 Hệ thống T-Đ có đảo chiều
Hệ T-Đ có đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi thuận nghịch
Hình 1.25: Sơ đồ khối của hệ thống T-Đ có đảo chiều
Hình 1.26: Các trạng thái làm việc cơ bản của của hệ thống T-Đ có đảo chiều
1 số hệ T-Đ đảo chiều dùng bộ chỉnh lưu thuận nghịch:
Hình 1.27: Sơ đồ tia 3 pha song song – ngược
Hình 1.28: Sơ đồ tia 3 pha chữ thập
Nguyên lý điều khiển hệ T-Đ có đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi thuận nghịch
1.4.5.1 Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển riêng
Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển riêng
- BĐ1, BĐ2: Bộ biến đổi
- SI1, SI2: cảm biến dòng điện, không của 2 bộ biến đổi
- FX1, FX2: mạch phát xung
Hoạt động: Tại 1 thời điểm chỉ phát xung điều khiển cho 1 bộ biến đổi làm việc, còn bộ kia không làm việc.
1.4.5.2 Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung
Hình 1.30: Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung
- BĐ1, BĐ2: bộ biến đổi
- Lcb: cuộn kháng cân bằng
Tại một thời điểm, cả hai bộ biến đổi hoạt động đồng thời, trong đó một bộ hoạt động ở chế độ chỉnh lưu và bộ còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU
Thiết kế mạch điều khiển
3 Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng cấu trúc hai mạch vòng phản hồi
Tổng hợp mạch vòng dòng điện
3.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
3.4 Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm Matlab/ Simulink
PHẦN THUYẾT MINH Chương 1:Tổng quan về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu
Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng cấu trúc hai mạch vòng phản hồi
Chương 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm matlab-simulink Chương 5: Kết luận và 1 số hướng phát triển của hệ trong tương lai
2 Hoạt động của sinh viên
Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng đáp ứng chuẩn đầu ra:
Vận dụng kiến thức về thiết kế mạch lực và mạch điều khiển bộ biến đổi công suất là rất quan trọng trong việc phát triển hệ truyền động điện, ứng dụng hiệu quả trong các công nghệ sản xuất hiện đại.
- Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điều khiển.
Bản mềm báo cáo đồ án cần được gửi dưới dạng file Word và PDF qua email Tiêu đề thư phải ghi rõ theo định dạng: “Y_DA_DTCS_TDD_Nx_Lz”, trong đó Y là năm học, x là thứ tự nhóm, và z là mã lớp, tất cả phải được gửi đúng thời gian quy định.
- Bản báo cáo đồ án đóng bìa mềm (xanh lá cây- không bóng kính), hai mặt (giấy thường)- Đánh máy.
III Nhiệm vụ học tập
1 Hoàn thành Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án theo đúng thời gian quy định
2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác.
IV Học liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án /Dự án
[1] Trần Văn Thịnh, “Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất”, Nhà xuất bản Giáo dục, 2008
Để đảm bảo chất lượng học tập, cần ghi rõ các sách, tạp chí và tài liệu tham khảo liên quan đến học phần Những tài liệu này nên được sắp xếp theo thứ tự ưu tiên sử dụng và tối thiểu phải có một danh sách đầy đủ để hỗ trợ cho quá trình nghiên cứu và học tập hiệu quả.
[1] Quách Đức Cường, Nguyễn Đăng Toàn, Tổng hợp hệ thống điện cơ, NXBKhoa học kỹ thuật, 2019.
[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
[4] Nguyễn Phùng Quang, “Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008.
2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án(nếu có):
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN
Tên chủ đề: Thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong truyền động điện
Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Phương pháp thực hiện
Chương 1 của bài viết tập trung vào việc giới thiệu hệ truyền động chỉnh lưu và động cơ một chiều, bao gồm nghiên cứu tài liệu và vận dụng kiến thức qua thảo luận nhóm Chương 2 sẽ đi sâu vào việc tính toán và thiết kế mạch chỉnh lưu, giúp sinh viên nắm vững các khái niệm và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực này.
9-11 Sinh viên Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng cấu trúc hai mạch vòng phản hồi
12-13 Sinh viên Chương 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm matlab-simulink
14-15 Sinh viên Chương 5: Kết luận và 1 số hướng phát triển của hệ trong tương lai
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
Tên nhóm (nếu báo cáo học tập nhóm):
Tên chủ đề: thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong truyền động điện
Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Kết quả đạt được
Kiến nghị với giảng viên hướng dẫn (Nêu những khó khăn, hỗ trợ từ phía giảng viên,… nếu cần)
1-4 Sinh viên Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều Báo cáo
5-8 Sinh viên Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu Báo cáo
9-11 Sinh viên Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng cấu trúc hai mạch vòng phản hồi Báo cáo
12-13 Sinh viên Chương 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm matlab-simulink Báo cáo
14-15 Sinh viên Chương 5: Kết luận và 1 số hướng phát triển của hệ trong tương lai Báo cáo
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 12
1.1 Giới thiệu chung về hệ truyền động điện 12
1.1.2 Cấu trúc chung hệ truyền động điện 12
1.2 Giới thiệu các bộ chỉnh lưu 15
1.2.1.1 Các ứng dụng của bộ chỉnh lưu 15
1.2.1.3 Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu 20
1.2.2 Phân loại các bộ chỉnh lưu 21
1.3.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 23
1.3.4 Phân loại động cơ điện một chiều 24
1.3.5 Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều 24
1.3.5.1 Đặc tính động cơ điện 24
1.3.5.2 Đặc tính cơ tự nhiên 26
1.3.5.3 Đặc tính cơ nhân tạo: 27
1.3.6 Các phương pháp điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều 27
1.3.6.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng: 27
1.3.6.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ: 28
1.4 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ (T-Đ) 29
1.4.3 Hệ thống T-Đ không đảo chiều 30
1.4.4 Đặc tính cơ hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ điện một chiều ( xét ở chế độ dòng điện liên tục không trùng dẫn) 32
1.4.5 Hệ thống T-Đ có đảo chiều 34
1.4.5.1 Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển riêng 36
1.4.5.2 Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung 37
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU 38
2.1.1 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu theo công suất, điện áp theo yêu cầu 38
2.1.2 Tính chọn van động lực Thyristor 39
2.1.3 Tính toán, lựa chọn thông số máy biến áp 40
2.1.3.1 Tính thông số cơ bản 40
2.1.3.3 Kết cấu dây quấn sơ cấp và thứ cấp 42
2.1.3.4 Tính toán các thông số máy biến áp 43
2.1.4 Xác định phạm vi góc mở Thyristor 45
2.1.5 Tính chọn cuộn kháng lọc 45
2.1.5.1 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch 45
2.1.6 Tính toán các thiết bị bảo vệ 49
2.1.6.1 Bảo vệ quá nhiệt cho van 49
2.1.6.2 Bảo vệ quá dòng điện 50
2.1.6.3 Tính toán bảo vệ van 50
2.1.7 Sơ đồ mạch động lực 54
2.2 Thiết kế mạch điều khiển 55
2.2.1 Vai trò của mạch điều khiển đối với bộ chỉnh lưu 55
2.2.2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển 56
2.2.3.1 Mạch đồng pha và tạo xung nhịp 58
2.2.3.2 Điện áp tựa (điện áp răng cưa) 60
2.2.5 Khâu khuếch đại và phân phối xung 62
2.2.5.3 Mạch tầng khuếch đại cuối 66
2.2.5.4 Mạch cách ly dùng biến áp xung 67
2.2.8 Tính chọn các phần tử điều khiển 69
2.2.8.1 Tính chọn mạch cách ly dùng biến áp xung 69
2.2.8.2 Tính chọn biến áp xung 71
2.2.8.3 Tính tầng khuyếch đại cuối cùng 72
2.2.8.7 Tính chọn điện áp tựa 76
2.2.8.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 79
2.2.9 Quan điểm và kết luận 80
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG CẤU TRÚC HAI
3.1 Tính chọn thiết bị đo dòng điện và tốc độ 83
3.1.1 Xây dựng mô hình toán học động cơ 1 chiều 83
3.1.2 Các thành phần trong cấu trúc 85
3.1.2.2 Các bộ điều chỉnh Ri, Rω 85
3.1.2.3 Phần tử hạn chế dòng HCD 85
3.1.2.4 Các sensor phản hồi Si, Sω 85
3.1.3 Tính chọn các thiết bị đo dòng điện 85
3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 89
3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 93
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BẰNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK 96
4.1 Tính toán các bộ điều khiển 96
4.1.1 Tính toán mạch vòng dòng điện 96
4.1.2 Tính toán mạch vòng tốc độ 98
4.2 Mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink 100
4.2.1 Lựa chọn cấu trúc sơ đồ tổng hợp trên Matlab Simulink 100
4.2.2 Thực hiện và đánh giá kết quả mô phỏng với tốc độ 500v/p 101
4.2.2.1 Các thông số trong sơ đồ Matlab – Simulink 101
4.2.2.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét 102
4.2.3 Thực hiện và đánh giá kết quả mô phỏng với tốc độ 1600v/p 107
4.2.3.1 Các thông số trong sơ đồ Matlab – Simulink 107
4.2.3.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét 108
4.3 Kết luận 111CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ 1 SỐ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ TRONG
5.1 Các kết quả đạt được 113
5.2 Một số đề xuất và hướng phát triển trong tương lai 113
Tài liệu tham khảo và link hướng dẫn làm đồ án môn học 116
Những thông số của động cơ 1 chiều kích từ độc lập 117
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện 12
Hình 1.3: Cấu tạo của Thyristor 16
Hình 1.4: Ký hiệu van Thyristor 17
Hình 1.5: Đặc tính volt-ampe của Thyristor 17
Hình 1.6: Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu 20
Hình 1.7: Sơ đồ phân loại các bộ chỉnh lưu 21
Hình 1.8: Sơ đồ CL Thyristor hình cầu 1 pha 22
Hình 1.9: Sơ đồ CL Thyristor hình cầu 3 pha 22
Hình 1.10: Sơ đồ chỉnh lưu Thyristor hình tia 3 pha 22
Hình 1.11: Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 23
Hình 1.12: Cấu tạo động cơ điện một chiều 23
Hình 1.13: Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập 25
Hình 1.14: Hình dạng đặc tính cơ 26
Hình 1.15: Hình dạng đặc tính cơ-điện 26
Hình 1.16: Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Rf 27
Hình 1.17: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đôi từ thông 28
Hình 1.18: Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi Uư 29
Hình 1.19: Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều 30
Hình 1.20: Hệ chỉnh lưu Thyristor cầu 1 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 31
Hình 1.21: Hệ chỉnh lưu Thyristor tia 3 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 31
Hình 1.22: Hệ chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha – động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 31
Hình 1.23: Sơ đồ thay thế hệ T-Đ không đảo chiều 32
Hình 1.24: Đặc tính cơ của động cơ trong hệ T-Đ không đảo chiều 33
Hình 1.26: Các trạng thái làm việc cơ bản của của hệ thống T-Đ có đảo chiều 35
Hình 1.27: Sơ đồ tia 3 pha song song – ngược 35
Hình 1.28: Sơ đồ tia 3 pha chữ thập 36
Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý Hệ T-Đ đảo chiều điều khiển riêng 36
Hình 1.30: Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung 37
Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực của bộ chỉnh lưu 54
Hình 2.2: Cấu trúc của hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc 56
Hình 2.3: Điện áp tựa dạng răng cưa 57
Hình 2.4: Điện áp tựa dạng cosin 58
Hình 2.5: Sơ đồ mạch đồng pha và tạo xung nhịp 59
Hình 2.6: Sơ đồ khâu tạo răng cưa 60
Hình 2.7: Sơ đồ mạch so sánh 61
Hình 2.8: Sơ đồ các chân IC LM339 62
Hình 2.9: Sơ đồ mạch tạo xung chùm bằng Op-amp 62
Hình 2.10: Mạch chức năng cổng AND và mạch tạo xung kim 64
Hình 2.11: Dạng sóng điện áp trên R5 của mạch 65
Hình 2.12: Sơ đồ các chân của IC CD4081B 66
Hình 2.13: Sơ đồ mạch khuếch đại 66
Hình 2.14: Sơ đồ mạch cách ly, phân phối xung 67
Hình 2.15: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi 68
Hình 2.16: Sơ đồ mạch điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính 69
Hình 2.18: Sơ đồ tổ nối dây máy biến áp đồng pha 75
Hình 2.22: Hình ảnh 1 IC TCA 785 81
Hình 2.23: Hình ảnh của 1 IC TCA 780 82
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động động cơ 1 chiều kích từ độc lập 84
Hình 3.2: Mạch nguyên lý đo dòng điện 1 chiều 86
Hình 3.3: Cảm biến dòng điện Rogowski 87
Hình 3.4: Sơ đồ đo tốc độ dùng máy phát tốc 88
Hình 3.5: cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện 89
Hình 3.6: Sơ đồ tổng hợp bộ điều khiển 90
Hình 3.7: sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện 91
Hình 3.8: sơ đồ thu gọn của mạch vòng dòng điện 92
Hình 3.9: Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 93
Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng mạch vòng điều chỉnh với tốc độ 500 v/p của động cơ 1 chiều kích từ độc lập trên Matlab – Simulink 101
Hình 4.2: Kết quả mô phỏng phụ tải đặt vào động cơ 103
Hình 4.3: Kết quả mô phỏng tín hiệu đặt của bộ điều khiển 104
Hình 4.4: Kết quả mô phỏng tốc độ mong muốn ωsp 104
Hình 4.5: Kết quả mô phỏng tốc độ khi động cơ khởi động không tải và cấp tải Mc2 sau 2s 105
Hình 4.6: Kết quả mô phỏng dòng điện phần ứng của động cơ khi động cơ khởi động không tải và cấp tải Mc2 sau 2s 105
Hình 4.7: Sơ đồ mô phỏng mạch vòng điều chỉnh với tốc độ 1600 v/p của động cơ 1 chiều kích từ độc lập trên Matlab – Simulink 107
Hình 4.8: Kết quả mô phỏng tín hiệu đặt của bộ điều khiển 109
Hình 4.9: Kết quả mô phỏng tốc độ mong muốn ωsp 109
Hình 4.10: Kết quả mô phỏng tốc độ khi động cơ khởi động không tải và cấp tải Mc2 sau 2s 110
Hình 4.11: Kết quả mô phỏng dòng điện phần ứng của động cơ khi động cơ khởi động không tải và cấp tải Mc2 sau 2s 110
Bảng 2.1: Các thông số yêu cầu đề bài 39Bảng 2.2: Thông số của Thyristor được chọn 40Bảng 4.1: Thông số của động cơ 1 chiều kích từ độc lập vừa chọn 96
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành điện tử công suất và truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống và sản xuất Nghiên cứu và phát triển hệ thống điều khiển truyền động điện ngày càng cần thiết để nâng cao hiệu suất và tính ổn định Điện tử công suất giúp điều khiển quá trình biến đổi năng lượng, từ điện sang điện, điện sang cơ và ngược lại, đảm bảo hoạt động hiệu quả Đồ án "Điện tử công suất và truyền động điện" nhằm nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng hệ thống chỉnh lưu - động cơ một chiều kích từ độc lập, tập trung phân tích nguyên lý hoạt động, ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại và đánh giá hiệu quả qua mô phỏng chi tiết.
Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã áp dụng kiến thức học được vào thực tiễn thông qua việc xây dựng mô hình toán học, thiết kế mạch điều khiển và triển khai mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng Kết quả đạt được không chỉ củng cố và mở rộng hiểu biết mà còn rèn luyện kỹ năng nghiên cứu, phân tích và giải quyết vấn đề.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Đăng Toàn, người đã tận tình hướng dẫn và chia sẻ những kiến thức quý báu với nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Trong quá trình hoàn thiện bản thiết kế, sự cố và sai sót là điều không thể tránh khỏi Do đó, những đóng góp từ thầy và các bạn đóng vai trò rất quan trọng.
Nó là động lực để giúp nhóm chúng em ngày càng hoàn thiện hơn Chúng em xin trân thành cảm ơn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1 Giới thiệu chung về hệ truyền động điện
Truyền động cho một máy, một dây chuyền sản xuất mà dùng năng lượng điện thì gọi là truyền động điện (TĐĐ).
Hệ truyền động điện là một hệ thống bao gồm các thiết bị và phần tử điện - cơ, có chức năng chuyển đổi điện năng thành cơ năng để cung cấp cho các phụ tải Hệ thống này cũng cho phép điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu công nghệ của từng phụ tải.
1.1.2 Cấu trúc chung hệ truyền động điện Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia các khâu của hệ truyền động điện thành 2 phần:
Phần điện gồm: Lưới điện, bộ biến đổi (BĐ), mạch điện từ của động cơ và các thiết bị điều khiển (ĐK)
Phần cơ gồm: Rô to và trục động cơ, khâu truyền lực (TL) và cơ cấu sản xuất.
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện
BBĐ là bộ biến đổi có chức năng chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang một chiều hoặc ngược lại, đồng thời cũng có khả năng biến đổi nguồn điện từ nguồn áp thành nguồn dòng và ngược lại.
Các BBĐ thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần
Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm điện).
Các loại động cơ điện phổ biến bao gồm: động cơ điện một chiều với các kiểu kích từ song song, nối tiếp hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu; động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha với rôto dây quấn hoặc lồng sóc; và động cơ xoay chiều đồng bộ.
Khâu truyền lực là hệ thống quan trọng để chuyển giao năng lượng từ động cơ điện đến các cơ cấu sản xuất, đồng thời biến đổi dạng chuyển động như từ quay sang tịnh tiến hoặc lắc Nó cũng giúp điều chỉnh tốc độ, mômen và lực Các phương tiện truyền lực có thể bao gồm bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền, cùng với các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ.
CCSX đề cập đến cơ cấu sản xuất và cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác như gia công chi tiết, nâng hạ tải trọng và dịch chuyển.
ĐK: Khối điều khiển, là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện Đ, cơ cấu truyền lực.
Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, cũng như các khí cụ và thiết bị điều khiển Những thiết bị này có thể là loại đóng cắt có tiếp điểm như rơle và công tắc tơ, hoặc không có tiếp điểm như thiết bị điện tử và bán dẫn.
Một số hệ thống điều khiển tự động tích hợp mạch kết nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, bộ vi xử lý và PLC Các thiết bị đo lường và cảm biến, bao gồm đồng hồ đo và cảm biến từ, cơ, quang, được sử dụng để thu thập tín hiệu phản hồi.
Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Trong điều khiển tốc độ, cấu trúc nối tầng thường được sử dụng với vòng trong là vòng điều khiển dòng điện và vòng ngoài là vòng tốc độ Tuy nhiên, trong những trường hợp cấu trúc nhỏ và yêu cầu chất lượng điều khiển tốc độ không cao, có thể bỏ qua mạch vòng dòng điện Dựa trên yêu cầu đề bài, chúng tôi sẽ áp dụng cấu trúc với hai mạch vòng phản hồi, trong đó vòng trong là vòng điều khiển dòng điện và vòng ngoài là vòng điều khiển tốc độ.
Hình 3.62: Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ
: Là hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện
: Là hàm truyền của đối tượng điều khiển
: Là hằng số thời gian cơ học
: Là hàm truyền của máy phát tốc
: Hệ số khuếch đại của máy phát tốc
: Hằng số thời gian của máy phát tốc
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ bao gồm sensor tốc độ, trong đó khâu quán tính đóng vai trò quan trọng với hệ số truyền và hằng số thời gian.
Thường có giá trị nhỏ, khi đó đặt 2 = 2 + , vậy đối tượng điều chỉnh có hàm truyền:
Theo tiêu chuẩn module tối ưu, có thể xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỉ lệ:
Theo tiêu chuẩn module đối xứng, hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ:
Ta có: là hệ số truyền của bản thân sensor tốc độ. là hệ số truyền của bản thân sensor dòng điện.
Hàm truyền đạt của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:
