Đồ án thiết kế hệ truyền động đảo chiều động cơ một chiều kích từ độc lập

- T7...T12 tạo thành bộ chỉnh lưu cầu 3 pha cho dòng qua tải theo chiều ngược Với sơ đồ này sự chuyển đổi dòng điện từ van này sang van khác chỉ phụ thuộc vào các van trong cùng một nhó

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước với những cơ hội thuật lợi & những khó khăn

thách thức lớn Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất

nước những nhiệm vụ nặng nề, đất nước đang cần sức lực & trí tuệ cũng như lòng

nhiệt huyết của nhưngc tri thức trẻ

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung

& lĩnh vực Điện - Điện tử - Tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi

từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những yêu cầu thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người cán bộ kỹ thuật trong tương lai phải được trang bị những

kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng

Đất nước ta trong thời kỳ hiện nay nền công nghiệp có hoàn cảnh là

có cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện sẽ còn phù hợp và thay thế những phần đã

lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để cho ra thị trường những thiết bị có độ hoàn

thiện cao, khi đưa vào sản xuất cho năng suất & chất lượng sản phẩm cao

Trong quá trình làm đồ án, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Võ Quang Lạp và các thầy giáo trong trường, sự góp ý xây dựng của các bạn học cùng với sự lỗ lực của bản thân đến nay nội dung bản đồ án đã được hoàn

thành Bản đồ án được trình bày một cách ngắn gọn, dễ hiểu, các số liệu được tra

cứu từ những tài liệu có uy tín Tuy nhiên do thời gian làm đồ án và khả năng về lượng kiến thức có hạn, cùng với sự hạn chế về sách tra cứu nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, em rất mong được sự chỉ bảo của các

thầy giáo cũng như bạn bè đồng nghiệp để bản đồ án cũng như sự hiểu biết của em

ngày càng được hoàn thiện hơn

Em xin chan thành cảm ơn !

Ngày 27 tháng 05 năm 2005

Sinh viên thiết kế:

truyền động phức tạp và chiếm tỷ lệ lớn hiện nay trong các máy công nghiệp Khi

đảo chiều dòng điện có gia tốc lớn vì vậy phải sử dụng các phương pháp hãm

*, Các phương pháp đảo chiều động cơ một chiêu:

- Đảo chiều dòng kích từ : Dùng cho Ðc công suất lớn ít đảo chiều , thời gian đảo chiều lâu , thời gian quá độ lớn Khi đảo chiều dòng điện phần ứng sinh ra tia lửa

điện trên các chối than và vành ghóp làm giảm tuổi thọ máy điện

- Đảo chiều dung công tắc tơ chuyển mạch phần ứng : Dùng cho ĐC công suất nhỏ , quá trình đảo chiều nhanh , với tần số thấp , do sử dụng các công tắc tơ nên khi đảo chiều sẽ sinh ra hồ quang điện

- Đảo chiều dùng hai BBĐ mắc song song ngược : Dùng cho ĐC công suất nhỏ và

có tần số đảo chiều lớn , thực hiệndc êm hơn so với các phương pháp đảo chiều trên , thời gian quá độ đảo chiều nhỏ

Như vậy : Đối với động co điện một chiều ta thấy rằng phương pháp đảo chiều bằng cách ding hai BBD mic song song ngược là ưu điểm

*, Khả năng ứng dụng:

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của KHKT, các máy công nghiệp ngày càng

đa dạng và có nhiều chức năng dòng điệnẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp , đòi hỏi độ chính xác , độ tin cậy cao Đặc biệt trong chế độ đảo chiều

ĐC Tuỳ thuộc loại công việc cụ thể mà đòi hỏi thời gian đảo chiều nhanh hay

chậm, liên tục hay gián đoạn , độ chính xác cao hay thấp

- _ Trong xây dựng : máy nâng hạ, cầu trục, máy súc

- _ Trong công nghiệp rôbốt

- - Trong công nghiệp nói chung :

+ Thiết bị gia nhiệt + Thang máy

Như vậy việc nghiên cứu và chọn phương án trong đảo chiều rất quan trọng , trong

công nghiệp nó quyết định sự làm việc an toàn cho người và thiết bị , giá thành và chất lượng cho sản phẩm Bởi vậy trong đồ án này em quyết định dùng hệ truyền

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

động đảo chiều bằng hai BBĐ mắc song song ngược

L Sơ đồ chỉnh lưu hình tỉa 3 pha mắc song song ngược:

- T1, T2, T3 là các Tiristo nối Katôt chung, T4, T5, Tó là các Tiristo nối Anôt

chung Khi làm việc thì một bộ ở chế độ chỉnh lưu , một bộ ở chế độ chờ chỉnh lưu Nguyên lý làm việc : Hai BBĐ có nguyên lý làm việc như nhau nên chỉ xét nguyên lý làm việc của một bộ

Giả thiết Ld=œ Tại œt=0 thì Ua=0 và bắt đầu chuyển sang dương Tai wt=30° 1a

thời điểm mở tự nhiên của TI Tại œt= v, (v, chậm sau thời gian mở tự nhiên 1

góc œ ) T1 có tín hiệu điều khiển và được đặt điện áp thuận , T1 mở

T1 mo ta c6 Ud = Ua; I, = i, = Id; U;, =0

U, = Ub — Ua = Uba

U,, = Uc -— Ua = Uca l¡; = l¡; =0

Tại thời điểm này Uba < 0 và Uca < 0 do đó T2 và T3 bị khoá

Tai wt = 0; thì T2 có tín hiệu điều khiển và được đặt điện áp thuận khi đó T2 mở còn T1 và T3 đóng vì bị đặt điện áp ngược

T2 mo ta cé I, = Id =i, ; Ud = Ub; U,,=0

U,, = Ua-—Uc =Uca<0

U;; = Ub — Uc = Ubc < 0

Tai wt = 0„ thì có tín hiệu điều khiển được đặt điện áp thuận vào T1 nên T1

mo va lam viéc tuong tu wt = v,

Gian đồ điện áp và dòng điện như hình vẽ :

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

II Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha

- BA : Biến áp cung cấp cho so đồ

- T1 T6 tạo thành bộ chỉnh lưu cầu 3 pha cho dòng qua tal theo chiều thuận

T1, T3, T5 là các Tiristo thuộc nhóm Kanôt chung T2, I4, T6 là các Tiristo thuộc nhóm Anôt chung

- T7 T12 tạo thành bộ chỉnh lưu cầu 3 pha cho dòng qua tải theo chiều ngược

Với sơ đồ này sự chuyển đổi dòng điện từ van này sang van khác chỉ phụ

thuộc vào các van trong cùng một nhóm không phụ thuộc vào các van nhóm khác

- Ed, Ld, Rd là các phụ tải một chiều

Nguyên lý làm việc: Nguyên lý làm việc của bộ thuận và bộ ngược là như nhau,

nên ta chỉ xét nguyên lý làm việc cho một bộ

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

Giả thiết sơ đồ làm việc với Ld=oo

Từ œt = Ö ~ @f= 0ạ và từ @t= 0; ~ @t = Vv, hai van T, , T; cng dẫn dòng:

U,=U,- Us = Ue,

m1 = 0; 1+ =0; tị; = Ô; Tra = lạ = lặ ; hs = 1 = Ty 5 re = 0

Up, = Ù„ ; Ủy; = U„„ ; Uy; = U¿ ; Uy, =0 ; Ủy; = 0; Ugg = Ua,

Tt ot = by + Ot = v, vat wt = Vv, + wt = v, hai van T;, T, cùng dẫn dòng :

Ug = U,—- U, = Va,

Ip, = 03 1p = 051, = 903 t6 = 1g = 155 es = 1; = lạ ; lựạ = Ö

Uy, = Ua, 3 Urn = Use 3 Urry = UL, 5 Ug = 05 Ups = 0 5 Uy =

Ti wt = v, + wt = v, va sau wt = v, hai van T,, T, cling dẫn dong :

U,=U,-U, =U,

lrạ = 03 ty = 03 175 = 035 Ig = 1p = 155 1, = 1¿= l ; lịy = 0

Uns = Uae 3 Ur = Urge 3 Urs = Opa 3 Urg = 0; Up, = 0; Uy = U,,

Tir wt = v, + wt = 0a hai van T;, T; cùng dẫn dòng :

U,=U,-U, = U,,

lrạ = Ú; tr = Ö ; 1lạs = Öÿ lạ =l1ạ ; lrạ E 1= lạ ; lạ 0

Urs = Una 3 Urs = Un 3 Urs = Usa 3 Ur = 05 Up = 0; Up = U,,

Từ œ@f = 0¿ + @t = 0„ hai van T;, T; cùng dẫn dong :

U, = U,— U, = UE

trị = 0 5 Igy = 0 5 Ips = O 5 dy = 1g = Ty 5 3 = ty = lạ ; 1rẹ = O

Up, = Uy 3 Ups = Uy 5 Ure = Ua 3 Urn = 05 Uy = 0; Uy = Ue,

Ti wt = v,+ @t = v; hai van T,, T,ctng dan dòng :

U,=U,-U, =U,

Ip, = Ú; ịy = Ö; lịy = Ú; Tịy = lạ = lạ ; lạ = 1ạ = Ï¿; tr = Ö U,, = Uys Up = Uz 3 Urs = Uys U3 = 0; Uy = 0; Urs = Us,

Va tir wt = v, thi so dé lặp lại trạng thái ban đầu giống như œf = v,

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

II Sơ đô cầu 1 pha

Trong sơ đồ này T; + T¿ tạo thành một

sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha cho dòng

quaq tải theo chiều thuận, ta còn gọi là

bộ chỉnh lưu thuận Các van còn lại tạo

thành một sơ đồ chính lưu cầu một pha

cho dòng qua tải theo chiều ngược lại

,và gọi là bộ chỉnh lưu ngựơc Khi làm

việc, nguyên lý của hai bộ tương tự

nhau,vì vậy ta chỉ xét nguyên lý làm

việc của bộ thuận

Trong sơ đồ này:

- BA : Biến áp cung cấp

-T; + T¿ : là các van dùng để biến điện

áp xoay chiều thành một chiều, bốn van

này chia thành hai nhóm : nhóm Katốt

chung( T; + T;), nhóm Anốt chung (T;

Ta sét nguyên lý làm việc của sơ đồ trong trường hợp giả thiết phụ tải có L = œ và

xem rằng sơ đồ đã làm việc trước thời điểm ta bắt đầu xét Giả thiêt trong khoảng

lân cận phía trước thời điểm øt =1 = ø thì trong sơ đồ T;, T, dang dan dòng Tai

t¡ thì T;, T; đang có tín hiệu điều khiển lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận

do đó cả hai van đều mở, sụt áp trên chúng giảm về bằng 0O và ta có :

Ud =U, ,U,, =U, =- U,

Va tai ot =vl = @ thi U, > 0 tic 1a T, , T, dat dién 4p nguoc va khoa lai Tt thoi

diém nay (@t =v1) chicé T, , T, din dong Khi T, , T, lam việc thì :

Uz = U,, Up, = Up =0, Up = Uy, =- Uz

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

lnị= lrạ = lạ = Ủy, ly = lựạ = Ö

Đến øt = z thì U; = 0 và bất đầu chuyển ATM

sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động ngược

với chiều dong điện qua T; ,T;, đồng thời trên

1;, l¿ lúc này có điện áp thuận nhưng T;, T,

chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển ,vì vậy

mà T, ,T; tiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động

tự cảm sinh ra trong L, do dòng tải có xu 3

hướng giảm Do T; ,T; vẫn mở nên các biểu

thức áp và dòng trên các phần tử của sơ đồ vẫn > TI

đồng thời có tín hiệu điều khiển và đang có »⁄ ©

điện áp thuận nên T;, T„ cùng mở Sụt áp trên Loi Loud

chúng giảm về không va ta có : ~ | Oe

Ud =- U, , Up, = Up, = - U, va tai at= a +7

Thì U; < 0 tức là T; ,T; bị đặt điện áp ngược va khoá lại Tiristorừ thời điểm

nay( wt =v2 ) trong so đồ chỉ có T;, T„ dẫn dòng Khi T:, T; cùng làm việc thì :

Ủ¿ = -U; , Ủy; = Ủy; = U; , Ủr; = Ù„ = 0

Irạ= Hựy = lạ = lạ ; lrị = 1r; = Ö

Dén wt = 27 thì U; = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương và nó tác động ngược với chiều dong qua T;, T; đồng thời trên T, ,T; lúc này có điện áp thuận nhưng chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển , nên sức điện động tự cảm sinh ra

trong L vẫn làm cho T›, T¿ tiếp tục dẫn dòng

Đến øt= 2z +ø thì T, ,1; đồng thời có tín hiệu điều khiển và T, ,T; cùng mở, Tạ,

T, bị đặt điện áp ngược và khoá lại Từ thời điểm này sơ đồ lập lại trạng thái làm việc như từ ø@t =DÏ = ø

Các biểu thức cơ bản: Udạ =(24/2/z).U2 = 0,9.U2

Ud = Ud) cosa

Ittb =1/2 Id

Ir = Id/V2

Utthmax = UTngmax = /2 U2

Gian đồ điện áp và dòng điện như hình vé :

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

Kết luận :

*, Sơ đồ hình tia đơn giản, số van ít hơn 2 lần so với sơ đồ hình cầu 3 pha So

đồ hình tia 3 pha có sụt áp và tổn thất công suất chỉ trên một van nên ít hơn sơ đồ

hình cầu Tổn thất do trùng dẫn ( chuyển mạch giữa các van ) cũng ít hơn sơ đồ

hình cầu Nhưng ở sơ đồ hình tia 3 pha điện áp ngược đặt lên van lớn hơn 2 lần so với hình cầu 3 pha, điện áp nguồn cũng lớn hơn 2 lần so với sơ đồ cầu 3 pha

*, Sơ đồ hình cầu 3 pha có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn 2 lần so với sơ

đồ hình tia 3 pha , do đó cấp điện áp yêu cầu đối với van nhỏ hơn Sơ đồ hình cầu 3 pha chỉ cần điện áp nguồn nhỏ hơn 2 lần so với sơ đồ hình tia, các nguồn lấy ở đầu

ra cuộn thứ cấp máy biến áp do đó cuộn dây thứ cấp máy biến áp có số vòng dây ít hơn 2 lần vào từng bộ van một cách riêng rẽ

*, Sơ đồ cầu một pha tuy rẻ song chất lượng điện áp ra kém ,nhất là khi góc

œ lớn

Từ những kết luận trên em chọn sơ đồ hình tia 3 pha

Phan II- Thiết kế mạch điều khiển

L Giới thiệu chung

Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu mở tại những thời điểm

mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở

các tiristo tại các thời điểm yêu cầu Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu như: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại

tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc thông thường đối với các bộ chính lưu thì độ

rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) ps 14 dam bảo mở chắc cắn các tirisío

mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển

Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:

+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều

khiển đưa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các Tiristo đúng thời điểm

cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho

bộ chỉnh lưu ( ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì

nguồn)

Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến

+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung đdieef khiển với tần số thường cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong

quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào

đó (U„, I„ ) không thay đổi Để đạt được điều này thì tần số xung phải được

khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lượng cần ổn định

Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít được dùng, ở đây

ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất

II Thiết kế mạch phát xung

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

1 Lựa chọn phương pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là:

+ Phát xung điều khiển theo pha đứng

+ Phát xung điều khiển theo pha ngang

+ Phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc

a Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện

áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù

hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được

Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật

như: khoảng điều chỉnh góc mở œ rộng , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi

b Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc ( UJT )

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UTT Phương pháp

này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở œ có phạm vi điều chỉnh hẹp

vì ngưỡng mở của UỊT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác, trong một

chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển

c Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang

Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng

tần số nguồn và góc pha điều khiển được ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R - L)

Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Phương

pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở œ hẹp, rất nhạy với sự thay

đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển do vậy

thường ít được sử dụng

d Chọn phương pháp điều khiển

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền

động ăn dao của máy doa là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải

sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển Do vậy,

phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này

III Lựa chọn phương pháp điều khiển

Có 2 phương pháp điều khiển :

chiều lớn Vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toàn thì phải yêu cầu có thời gian

ngừng dòng lớn để cho các van của BBĐ làm việc giai đoạn trước phục hồi lại tính

chất điều khiển ,như vậy làm giảm độ tác động của hệ thống

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

2 Điều khiển chung

Ở phương pháp này ta đồng thời phát xung đến mở cả 2 BBĐ, với góc mở có quan

hé al +a2 = 180° Khi lam viéc thi 1 BBD lam viéc ở chế độ chỉnh lưu (a1<90°), BBD con lại làm việc ở chế độ nghịch lưu (ø2>900) Thực tế thì khi bộ chỉnh lưu thuận đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì bộ chỉnh lưu ngược không làm việc ở chế độ nghịch lưu vì lúc nay không có thành phần dòng điện từ tải qua

bộ chỉnh lưu ngược , lúc nay chỉ có dòng cân bằng xoay chiều mặc dù góc điều

khiển của nó nằm trong vùng nghịch lưu , ta nói rằng bộ chỉnh lưu ngược làm việc

ở chế độ chờ nghịch lưu Để hạn chế dòng cân bằng không quá lớn so với dòng tải

định mức ta phai mắc thêm cuộn kháng cân bằng Trong trường hợp này điện áp

chỉnh lưu trung bình của các sơ đồ chỉnh lưu và trên phụ tải với giả thiết chế độ

dòng liên tục và bỏ qua tổn thất là :

Uy, = Ug.Cosa ,

Ugg = Ugo-Cos a y = Ugy.Cos(180° - @ ,) = - Ugy.Cosa ,

U, = U4, = - Up = Ug Cosa, Như vậy thấy rằng thành phần một chiều của điện áp trên đầu ra của hai sơ đồ

chỉnh lưu là cân bằng nhau nên chúng không gây thành phần dòng điện khép vòng

qua các van của hai sơ đồ chỉnh lưu Tuy vậy khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc (tuy góc điều khiển khác nhau) thì giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra hai

sơ đồ chỉnh lưu thường không bằng nhau, điều này tạo ra một sự chênh lệch điện thế và khi chúng tác động thuận chiều dẫn dòng của các van trong hai sơ đồ chỉnh

lưu sẽ gây nên dòng điện khép vòng qua các van này và các pha nguồn cung cấp

xoay chiều mà không đi qua tải của BBĐ, nó được gọi là dòng cân bằng Do tổng trở nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn làm hỏng các van và phá huỷ chế độ làm việc của BBĐ, vì vậy ta cần phải có các biện pháp hạn chế dòng điện cân bằng Thành phần một chiều của dòng cân bằng không có, vậy dòng cân

bằng chỉ có thành phần xoay chiều nên ta có thể sử dụng điện cảm để hạn chế Giả

thiết dòng qua các sơ đồ chỉnh lưu ở chế độ liên tục Ta có đồ thị điện áp và dòng

điện cân bằng khi goc điều khiển là 907 và 60° như sau :

À UJca al =60 A Ucs al =a2=90

điện áp cân bằng đập mạch 3 lần trong một chu kỳ nguồn , còn khi góc điều khiển

của một sơ đồ nằm trong vùng từ >ó0? đến 90” thì điện áp cân bằng đập mạch 6

lần trong một chu kỳ nguồn xoay chiều

* Phương pháp này có ưu điểm : Đảo chiều nhanh ,quan hệ giữa điện áp ra trung bình và Uạ là đơn trị Song nó làm phát sinh dòng cân bằng gây tổn thất trong

BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách mắc thêm cuộn kháng cân bằng

Kết luận: Qua những phân tích trên ta chọn phương pháp điều khiển phối hợp

tuyến tính để điều khiển 2 BBĐ mắc song song ngược

3 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa Khối này có nhiệm vụ lấy

tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh

Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình

răng cưa với điện áp điều khiển U„ để phát ra tín hiệu xung điện áp đưa tới mạch

tạo xung

Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân

điều khiển cua Tiristo

a Mạch đồng bộ hoá

Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng

điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm Tuy nhiên, phương pháp

này có nhược điểm là không cách ly được điện áp cao giữa mạch điều khiển với

mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ Góc lệch pha giữa

cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của Uđb phù hợp với thời điểm

mở tự nhiên của các Tiristo

Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu Y -

Y, dé thuc hiện chức năng này Sơ đồ đấu dây như hình vẽ:

Điện áp déng b6 duoc dich cham di mot géc 30° dién béi mach tu điện và điện trở

R - C goi la mach dich pha

góc điều khiển œ ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với

góc điều khiển nhỏ Ta biết rằng góc mở tự nhiên của Tiristor được tính tại vị trí

giao nhau của hai điện áp pha ké nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó

trở đi Mặt khác góc điều khiển ø ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu

của điện áp tựa răng cưa ( cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng

bộ hoá ) đến vị trí mà U,„ + Uạ, = 0 Do đó việc dịch pha điện áp đồng bộ hoá U„

chậm đi góc 30” sẽ làm thoả mãn khi góc điều khiển ø = 0Ö cũng ứng với góc mở

tự nhiên của các Tiristor

b Mạch tạo điện áp răng cưa

Để tạo ra điện áp răng cưa có nhiều sơ đồ, ở đây em dùng mạch tạo điện áp răng

cưa dùng IC khuếch đại thuật toán

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

ra này Dòng nạp cho tụ được xác định là: 1 = 1, - 1;

Nếu IC là lý tưởng thì i,= 0 nén i= -i, mà H “TTR = 00nst

Nên I= const và điện áp trên tu tuyến tính

- Ở nửa chu kỳ âm, D khoá Tr1 mở nhờ cặp điện trở định thiên R„ ,R„; tụ C phóng điện qua Tr1 Điện áp trên tụ giảm về 0

Giản đồ điện áp như hình vẽ:

Nhận xét:

Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác , dung lượng của tụ C

cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr1 Mặt khác, do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của

IC Điện áp ra có dạng gần lý tưởng

c Mạch so sánh

Việc so sánh với điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thực hiện bằng

Tranrito hay vi mạch điện tử Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn Do đó ta

chỉ nghiên cứu phương pháp so sánh song song

Tín hiệu điện áp chủ đạo là nguồn một chiều có trị số không đổi và là nguồn điện

áp dương Mục đích của việc đưa +U,„ vào mạch song song với Ư„ và U, như sau :

U

BBD lam việc ở chế độ chính lưu khi các Tiristor mở với góc điều khiến a@ < 5

Tai a = 2 thi U, = Up cosa = 0 Khi ø > > thi BBD làm việc nghịch lưu Còn

khi a = 0 (vi tri giao nhau giữa các điện áp pha của nguồn xoay chiều cung cấp

cho bộ chỉnh lưu) thì các van mở tự nhiênvà điện áp chỉnh lưu có giá trị lớn nhất Như đã phân tích ở khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa là điện áp răng cưa

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

(U,.) có giá tri dòng điệnương và sườn trước tăng dần theo quy luật tuyến tính , còn

sườn sau giảm rất nhanh về — U, Mà mạch điều khiển sử dụng sườn trước của

điện áp rang cưa nói trên Như vậy đưa nguồn (+U,.) vào sẽ làm cho điện áp rang cưa chuyển dịch tịnh tiến song song với trục điện xuống theo chiều 4m , sao cho

tổng đại số tổng đại số U„ + U, = 0 tại vị trí ứng với thời điểm điện áp pha của

nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chính lưu đạt trị số điêu khiến ø = 2" Vậy

tổng đại số điện áp (U„ + U,.) đưa vào so sánh với điện áp điều khiển có trị số dương (Ú„ >0) sẽ thoả mãn quy luật điều khiển :

U„=0 > ư=S > U,=0

U,, tang ø giảm 7D U, tang

U, giam > atang > U,giam

Khi U„ < 0 thì ø > > ~> BBĐ làm việc nghịch lưu

* Nguyên lý làm việc :

Khâu so sánh gồm 3 tín hiệu điện áp đưa vào đầu vào Điện áp U,, 1a tin hiéu ra

của mạch khuếch đại trung gian ,được sử dụng điện áp răng cưa làm điện áp tựa Điện áp -U,„ là điện áp lấy ra trên điện trở mẫu của nguồn chỉnh lưu bên ngoài

¿ Le > tae aed 1

cung cấp Trị số -U,; thoả mãn U,, + U,, = 0 tai thoi diém @ = 2 (tại Uy =0)

IC làm việc ở chế độ bão hoà ,nghĩa là nó có thể biến đổi tức thì điện áp trên đầu ra của nó từ bão hoà âm sang dương hay ngược lại khi tín hiệu vào nó đổi dấu Vậy

(U,, + U,,) so sanh véi U,, sé có trường hợp sau khi :

U„¿„ + U,+U¿<0 2D U,,= Uz >0

Uz + U, + U.g= 0 > bắt đầu lật trạng thái

U„+U,+Ua¿>0 2 U <0

Như vậy điện áp ra của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hoà dương và

âm Các xung điện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung

d Khau tao xung

Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm suất hiện xung và tính đối xứng của

các xung ở các kênh khác nhau nên khâu so sánh thường cho công suất xung ra

nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuyếch đại xung, sửa xung

+ Mạch truyền xung

Để truyền xung điều khiển đến các chân điều khiển của các tiristo tốt nhất

là dung biến áp xung, vừa có thể cách ly giữa mạch động lực với mạch điều khiển

,vừa có thể đồng thời đưa nhiều xung đến mở các Tiristor nối tiếp hay song song

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

+ Mạch khuyếch đại xung

Trong thực tế người ta thường dùng Tranrito, để giảm sự phức tạp của tầng

khuếch đại trong nhiều trường hợp người ta thường dùng hai Tranrito mắc theo

kiểu Dalinton Hai Tranrito mắc nối tiếp tương đương với một Tranrito có hệ số khuyếch đại dòng là B = B,.B;

Trong đó : ÿ.,.B; là hệ số khuyếch đại của Tr;, Tr;

+ Khối sửa xung

Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc mở

œ Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung ra đủ mức cần thiết

Ta biết rằng với hai BBĐ đồng thời cùng làm việc ( œ¡ + œ; = 1807 ) thì góc mở œ

luôn nhỏ hơn 180 một góc ð nào đó , để đảm bảo cho bộ biến đổi không bị lật

nhào nghich lưu thì góc õ thường phải nhỏ hơn 30° điện , tức là lớn hơn 600 us

Thời gian này thừa dé mở các tiristo cho nên ta chỉ cần sửa xung theo hướng thu

ngắn lại

Sơ đồ mạch sửa xung như hình vẽ ( gồm: C, R, D) Để thuận tiện cho việc khảo sát sơ đồ , ở đây có ghép thêm phần mạch so sánh và mạch khuyếch đại xung

+ Khi điện áp đầu ra khâu so sánh có giá trị dương, tụ C3 sẽ được nạp qua

điện trở R›¿ và diốt D,, D, Lúc này Tr,, Ir; khoá nhờ điện áp trên tụ C và điện áp nguồn +15V

+ Khi điện áp đầu ra IC có giá trị âm ,tụ C sẽ phóng qua Trạ, Tr; , Rạ Lúc

nay Tr,, Tr; mo va có xung ra

1 Phuong trinh nap cho tu la: 2Ri + Cc Jidt =Ux,

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

duc

Viết dưới dạng khác tacó: 2C dt? Uc Un,

Chuyển sang toán tử Laplax ta có:

Mặt khác điện áp của điểm F duoc tinh: “4s = Ye

Khi u, = 0 thì Tr¿, Tr; khoá lại và kết thúc xung ra

Bằng cách chọn giá trị của R,ạ, R;„, C một cách thích hợp ta sẽ có được độ

rộng xung ra tir (200 - 600 ) us Gian dé dién 4p như hình vẽ ( giả thiết t, < t,„ cua BAX )

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

Thuyết minh đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

+ Mạch phân chia xung

Trong một số hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu để đảm bảo tính đối xứng của tín

hiệu điều khiển trên các van của sơ đồ chỉnh lưu ,người ta thường sử dụng một

mạch đồng bộ hoá - phát sóng răng cưa chung và khâu so sánh chung Xung ra

khâu so sánh có tần số gấp n lần tần số nguồn ( n là số van chỉnh lưu cần được cấp

tín hiệu điều khiển từ hệ thống pháp xung này )

Trong sơ đồ hình tia ba pha ta sử dụng 6 hệ thống phát xung điều khiển riêng biệt nên không cần có mạch chia xung

e Một số mạch khác

+ Mạch tạo nguồn nuôi

Do trong mạch có sử dụng các vi mạch khuyếch đại thuật toán, ta cần phải

sử dụng hai nguồn nuôi ngược dấu nối tiếp nhau và có điểm chung là điểm nối

mát Ta thiết kế mạch này như sau:

Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nhờ hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia, điện áp

ra được ổn định nhờ các vi mạch ổn áp và được lọc bởi các tụ đưa ra hai nguồn +15V và -15V có điểm chung là điểm o của biến áp Hai nguồn này sẽ nuôi cho

các vi mạch và làm nguồn điện áp ngưỡng

Sở đĩ phải có nguồn -24V là do công suất của các vi mạch hạn chế, nếu sử