Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều không đảo chiều quay

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính & Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông - Lâm - Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Lời Nói Đầu.

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời kỳcông nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được củng nhưnhững khó khăn thách thức đang đặt ra Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nóichung và những kỹ sư “Nghành tự động hoá - cung cấp điện” nói riêngnhiệm vụ hết sức quan trọng Đất nước đang cần một đội ngũ lao động có tríthức cũng như lòng nhiệt huyết để phục vụ và phát triển đất nước

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

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

kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều không đảo chiều quay”

không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý củacác thầy, cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn

Phần I Phân tích lựa chọn phương án TĐ Đ

I) Phân tích chọn động cơ truyền động

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

tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất Theo yêu cầu của đề tài, emlựa chọn động cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ độc lập

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

 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng

 Điều chỉnh từ thông kích từ

1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

R+RK

U

=

2 m

®

f m

®

®

Φ

Φ

RR

2 f dm

 Độ cứng đặc tính cơ  =

f

2

RR

)K( dm

2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng

a ) Sơ đồ nguyên lý tổng quát

RK

E

2 m dm

b

Φ

Φ

Với R =R ư+Rb

c ) Dạng đặc tính cơ

Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ

song song với nhau như hình vẽ (H6)

Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lượng nhỏ

Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để kể

cả khi không tải lý tưỡng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào

3 Thay đổi từ thông kích từ

a ) Sơ đồ nguyên lý (H.7)

Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều

kích từ độc lập chính là điều chỉnh mô men điện từ

của động cơ M =K.Iư và điều chỉnh sức điện

động quay E =K. của động cơ Do kết cấu

Φ ω

R

) K

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

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

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

Như vậy khi điều chỉnh giảm từ thông  thì

 độ cứng đặc tính cơ giảm  =

R

) K

Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấymổi phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợpvới từng yêu cầu công nghệ Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phươngpháp thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ

có nhiều ưu điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu truyền động ăn dao máy doanhư

Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng

Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp

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

II Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu

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

ra 3 phương án để lập hệ điều áp như sau

Phương án I : Hệ thống van - động cơ (T - Đ)

Phương án II : Hệ thống máy phát- động cơ (F- Đ)

Phương án III: Hệ thống xung áp - động cơ (ĐAX - Đ)

5 Hệ thống van động cơ (T-Đ)

a ) Sơ đồ khối

b ) Nguyên lý làm việc

Bộ biến đổi biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Khi thay

đổi giá trị điện áp Uđk ta thay đổi được góc điều khiển  nhờ đó thay đổi

được sức điện động của bộ biến đổi Eb = Ebm.cos  thay đổi được điện

áp đặt vào mạch phần ứng động cơ Ud = f()  thay đổi được tốc độ động

cơ

c ) Phương trình đặc tính cơ

M

*)

K(

RRRK

Ucos

.E

2 dm

ck b

dm

V bm

Φ

Φ

-Δ-α

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

M

*)

K(

RRRK

cos.E

2 dm

ck b

dm

bm

Φ

Φ

®n

Trong đó :

αcos.E

Eb  bm : Sức điện động của bộ biến đổi

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

d ) Dạng đặc tính cơ

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

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

Kém linh hoạt chuyển đổi

Điều khiển kém độ nhạy khi tín hiệu điều khiển lớn

Đảo chiều gặp khó khăn

c ) Phương trình đặc tính cơ

M

* ) K (

R + R K

Khi thay đổi dòng kích từ máy phát F thì

tốc độ không tải lý tưởng

®n ts

®

f f

®

K

k

= K

E

=

Φ Φ

ω0   thay đổi còn độ cứng đặc tính cơ

R

) k

Việc điều chỉnh tốc độ điều chỉnh trên mạch kích từ nên tổn hao nhỏ

Nếu sử dụng 2 mạch vòng điều chỉnh tốc độ thì dải điều chỉnh đạt khoảng

D = 10  30

Nhược điểm

Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp  =đs F Đ

Cồng kềnh chiếm diện tích lắp đặt ,gây ồn ,nền móng phức tạp

Công suất lắp đặt lớn = (45)lần công suất động cơ

Vốn đầu tư lớn ,chỉ tiêu kinh tế thấp

7 Hệ thống xung áp động cơ (ĐXA-Đ)

a ) Sơ đồ nguyên lý của hệ ĐAX-Đ khi dùng khoá Tiristor

Trong đó :

Đ : Động cơ một chiều

T1 : Tiristo có chức năng như một khoá đóng mở

T2 : Tiristo có chức năng ngắt T1

C : Tụ dùng để tạo điện áp khoác T1

L ,Vo :Dùng để nạp cho tụ C vào đầu mổi chu kỳ thông của T1

 : Độ rổng của xung áp

Ebđ : Sức điện động của bộ biến đổi xung

Rb ,Rư : Điện trở của BBĐ và của phần ứng động cơ

b ) Nguyên lý làm việc

Từ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế của hệ

ĐAX-Đ khi dùng khoá Tiristo ta thấy

Tiristo T1 làm nhiệm vụ như khoá đóng mở

.Nó được mở theo chu kỳ đóng cắt của

khoá.Tiristo T2 làm nhiệm vụ ngắt T1.Thời

điểm mở của nó quyết định độ rổng xung

 ở trạng thái dòng liên tục Sức điện động của BBĐ xung sẽ được thay thếbằng một nguồn đẳng trị có giá trị trung bình

U U

T

t dt U T

1

E

1 t

1 ck

 : Độ rổng xung áp

Tck: Thời gian một chu kỳ đóng cắt

Có thể điều chỉnh Eb =  U nhờ thay đổi thời gian khoá ở trạng thái đóng t1

nhờ đó thay đổi được giá trị điện áp một chiều đặt lên phần ứng động cơ thay đổi được tốc độ động cơ

c ) Phương trình đặc tính cơ

Từ sơ đồ thay thế ta viết được phương trình đặc tính cơ của hệ như sau

M

*)K(

RR

Khi thay đổi giá trị độ rổng  ta được một

họ đường thẳng song song với nhau với tốc

độ không tải lý tưởng o’ và độ cứng  là

M

* ) K (

R + R K

R

) K

Khi nguồn có công suất lớn hơn nhiếuo với động cơ thì xem Rb=0 

TN

2

= R

Hệ thống thích hợp với công suất nhỏ

Hệ thống đơn giản thì khả năng hãm điện đảo chiều khó khăn, muốn đảochiều phải thiết lập những sơ đồ phức tạp

8 Đánh giá chọn Bộ biến đổi:

Từ những phân tích cụ thể ưu nhược điểm của từng hệ thống ta thấy mổi hệthống đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng công nghệ cụthể từng hệ thống truyền động.Qua phân tích trên ta thấy hệ thống truyềnđộng T-Đ có nhiều ưu điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu công nghệ

III.Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ

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

và mô men đổi chiều được xác định theo biểu thức sau.

0R

KK

h

k(

RI

ω

ở trạng thái hãm tái sinh Ih < 0 đổi chiều

và công suất được trả về lưới là P =

(U-E).I ,đây là phương pháp hãm hữu ích về

kinh tế vì động cơ sinh ra điện năng hữu

ích

Tuy nhiên hệ thống truyền động van động

cơ (T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một chiều

nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lượng

trả về lưới thì các van không cho phép dẩn

ngược .Nên phương pháp hãm này không

phù hợp với yêu cầu công nghệ

Hãm ngược là trạng thái máy phát của động cơ khi rôto quay ngượcchiều với chiều quay tương ứng của từ trường do điện áp nguồn gây ra.

Mặt khác phụ tải mang tính chất phản kháng nên ta chỉ xét trường hợpđảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay

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

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

vào mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở chiều quay ngược.Tại b do quán tính nên rôto vẩn quay theo chiều

củ còn mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh

theo đoạn bc Tại c tốc độ bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lưới động cơ

sẽ dừng lại.Còn nếu vẩn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới và nếu tại c mô

men của động cơ lớn hơn mô men cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngược cuối

cùng làm việc tại điểm d Trên đoạn hãm ngược bc vì điện áp đổi cực tính

nên

0RR

)EU(R

R

EUI

f

l f

b) Nguyên lý làm việc.

Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần

ứngđộng cơ ra khỏi lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm

Rh còn mạch kích từ vẩn giử nguyên  =const

Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích luỷ được ở quá

trình làm việc trước đó nên rôto vẩn quay theo chiều củ với tốc độ ban đầu

Ebđ = k..bđ

Vì phần ứng được khép mạch qua điện trở hãm Rh nên sức điện động banđầu sinh ra dòng điện hãm ban đầu được xác định

0RR

kR

Mhbđ =k..bđ < 0 Mô men ngược chiều với tốc độ Mặt khác điện áp lúc

đầu đặt vào phần ứng động cơ lúc hãm bằng không nên ta có phương trình

đặc tính cơ khi hãm là

h

h h

k(

RRI

.k

Với Ih ,Mh< 0 Đây là phương trình đường

thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của chúng được

biểu diển như trên hình (H.22)

Ta có :

h

2

RR

).k(β

4 Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ

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

Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất nănglượng lớn làm phát nóng động cơ ảnh hương đến tuổi thọ thiết bị Cònphương pháp hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãmngược khi có cùng tốc độ ban đầu và mô men cản Mc Tuy nhiên hãm độngnăng lại ưu việt hơn về mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới vàmạch điều khiển củng đơn giản hơn Do đó ta chọn phương pháp hãm độngnăng để hãm dừng động cơ

Mạch phản hồi

B. Thiết kế sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ ngyên lý hệ thống truyền động điện bao gồm 2 phần

Mạch động lực

Mạch điều khiển

Mạch động lực : là khâu trực tiếpthực hiện các quá trình biến đổi nănglượng theo yêu cầu công nghệ

Mạch điều khiển : là khâu có chức năng điều khiển khống chế mạch độnglực thực hiện các quá trình biến đổi đó

Chương I : thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực

phân tích sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lưu

Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình cầu 1pha 4 tiristor

1 Sơ đồ nguyên lý.

Giới thiệu sơ đồ :

BAL : Là biến áp cung cấp,với sơ đồ cầu 1 pha thì có thể dùng hoặckhông dùng máy biến áp

T1T4: Là Các van điều khiển dùng để biến điện áp xoay chiều thành mộtchiều,4 van này được phân làm hai nhóm: nhóm katôt chung gồm T1 Và T3

Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trước thời điểm t=1=thì trong sơ đồ hai van T

nó tác động ngược với chiều dòng qua T

1 và T

2, đồng thời trênT

3 và T

4 lúc này có điện áp thuận nhưng T

3 và T

4 chưa mở vìchưa có tín hiệu điều khiển , vì vậy mà T

1 và T

2 tiếp tục dẫn dòngbởi s.đ.đ tự cảm sinh ra trong L

d do dòng tải có xu hướng giảm

Do T

1 và T

2 vẫn mở nên các biểu thức áp và dòng trên các phần

tử của sơ đồ vẫn giữ nguyên như trên

Tại t=2=+ thì T3 và T

4 đồng thời có tín hiệu điềukhiển,trên 2 van đang có điện áp thuận nên T và T cùng mở Hai

và nó tác động ngược với chiều dòng qua T

3 và T

4 , đồng thờitrên T

1 và T

2 lúc này có điện áp thuận nhưng T

1 và T

2 chưa mở vìchưa có tín hiệu điều khiển, nên s.đ.đ tự cảm sinh ra trong L

từ t=1=

Giai đoạn t=0  1 có thể suy ra từ giai đoạn t=2  3 dotính chất lặp đi lặp lại khi sơ đồ làm việc, ta thấy rằng nó hoàntoàn phù hợp với giả thiết ban đầu là T

3 và T

4 dẫn dòng

Tóm tắt sự làm việc của sơ đồ trong hơn 1 chu kỳ như sau:

IV PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẢO CHIỀU

Để đảo chiều quay của động cơ điện một chiều có hai phương pháp như sauĐảo chiều dòng kích từ

Đảo chiều phần ứng động cơ

1 Đảo chiều dòng kích từ

Khi thực hiện đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều dòng kích từ thì

ta phải giảm điện áp đặt vào mạch phần ứng động cơ vì nếu không động cơ

sẽ bị ngắn mạch.Ta có

R

kUR

Khi  =0 với Rư =(0.04  0.05)Udm/Idmthì Iư tăng rất lớnIư =(2025)Iđm

làm phá hỏng kết cấu động cơ Như vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích

từ (mà vẩn đảm bảo điều kiện trên thì thời gian đảo chiều lớn) làm giảmnăng suất của hệ thống

2 Đảo chiều dòng phần ứng

Phương pháp đảo chiều này có thể thực hiện bằng hai cách như sau

Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ

Dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngược

a ) Sử dụng cầu tiếp điểm

Phương pháp đảo chiều này thì quá trình đảo chiều lâu ,đảo chiều với tần sốthấp vì sử dụng công tắc tơ nên khi đảo chiều sẽ phát sinh ra hồ quang làmgiảm tuổi thọ tiếp điểm và dòng phần ứng lớn

b ) Dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngược

Phương pháp dảo chiều này sẽ đảm bảo khắc phục được những nhược điểmtrên Phương pháp đảo chiều nàycó tần số đảo chiều lớn ,công suất lớn ,thờigian quá độ nhỏ

c ) Nhận xét chọn phương pháp đảo chiều

Qua những phân tích trên ta chọn phương pháp dùng hai bộ biến đổi mắcsong song ngược để đảo chiều quay động cơ

V LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HAI BỘ BIẾN ĐỔI

Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc có hai phương pháp như sau

Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng )

Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung )

1 Điều khiển độc lập

Khi điều khiển độc lập hai bộ biến đổi làm việc riêng rẻ nhau thì tại mộtthời điểm chỉ phát xung đến cho một bộ biến đổi làm việc còn bộ kia khôngđược phát xung và khoá lại

Phương pháp điều khiển này không làm xuất hiện dòng cân bằng tuy nhiênphương pháp điều khiển riêng phải đảm bảo nguyên tắc như sau Giả sử khiđộng cơ quay thuận BBĐ1 làm việc đến 1 thời điểm nào đó (t1) ta phát lệnhđảo chiều mạch điều khiển phải làm sao cho 1 >900 và phải làm cho dòngphần ứng giảm nhanh về không Lúc này cắt xung điều khiển để khoáBBĐ1 Đến thời điểm (t2) được xác định bởi cảm biến ,dòng điện phần ứngbằng không thì ta cho trể một khoảng thời gian T=t3-t2 sau đó cho BBĐ2làm việc với góc điều khiển 2 >900 sao cho dòng phần ứng không vượt

quá giá trị cho phép để thực hiện hãm tái sinh quá trình hãm kết thúc khitốc độ  = 0 Khi  = 0 thì BBĐ2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu động cơđược khởi động ngược lại và làm việc

2 Điều khiển phối hợp

Tại một thời điểm đồng thời ta phát xung đến cả hai bộ biến đổi Trongphương pháp này lại được chia ra :

Điều khiển phối hợp tuyến tính

Điều khiển phối hợp phi tuyến

a ) Điều khiển phối hợp tuyến tính

Ở phương pháp này ta đồng thời phát xung đến mở cả hai BBĐ với quan hệgóc mở 1+2=1800 Khi hệ thống làm việc thì một BBĐ làm việc ở chế độchỉnh lưu (1< 900 ) còn bộ kia làm việc ở chế độ chờ nghịch lưu (2>900) Phương pháp này có ưu diểm là

Đảo chiều nhanh

Quan hệ giữa điện áp trung bình đầu ra và Uđk là đơn trị

Tuy nhiên phương pháp này lại làm xuất hiện dòng cân bằng gây tổn thấttrong BBĐ dẩn đến phải tăng công suất tính toán

Để khắc phục nhược điểm này bằng cách mắc thêm cuộn kháng cân bằng

b ) Điều khiển phối hợp phi tuyến

t 0

Ở phương pháp này người ta cho hai BBĐ làm việc với quan hệ góc mở

1+2=1800 + ( góc ’’ được gọi là góc không phù hợp )

Phương pháp này có ưu điểm là giẩm được dòng cân bằng.Song nhượcđiểm của nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một góc điều khiển sẽ có haigiá trị điện áp khác nhau ,thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm xấucác chỉ tiêu chất lượng động khi tải có sức điện động lớn và điện cảm lớn

3 Đánh giá chọn phương pháp điều khiển

Từ những phân tích cụ thể đối với từng phương pháp điều khiển ta thấy mổiphương pháp đều có những ưu nhược điểm phù hợp với từng công nghệ cụthể.Với đề tài của em, em chọn phương pháp điều khiển phối hợp tuyếntính.Từ những phân tích đánh giá lựa chọn sơ đồ bộ biến đổi ,phương phápđiều khiển ta có sơ đồ mạch động lực như sau

4 Sơ đồ nguyên lý

Ban A3

5 Giớí thiệu sơ đồ

Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập dùng cho truyền động ăn dao

CK : Cuộn kháng san bằng

CKĐ : Cuộn kích từ cho động cơ

BAL : Máy biến áp động lực cung cấp điện áp cho BBĐ

ATM : áptomat đóng cắt nguồn

R ,C : Mạch bảo vệ quá áp

CHƯƠNG II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I GIỚI THIỆU CHUNG

Để cho các van của hai bộ biến đổi mở tại những thời điểm mong muốn thìngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cựcđiều khiển phải có một điện áp điều khiển (còn gọi là tín hiệu điều khiểnhay xung điều khiển) Để có hệ thống các xung điều khiển xuất hiện đúngtheo yêu cầu mở van thì ta cần phải có một mạch điện để tạo ra xung điềukhiển đó Mạch điện tạo ra hệ thống xung điều khiển đó gọi là mạch điềukhiển

Hệ thống tạo xung điều khiển có nhiệm vụ tạo ra

3 kênh điều khiển

Góc điều khiển thay đổi rộng

Thông số xung các kênh phải như nhau

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

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

Hệ thống điều khiển pha đứng

Hệ thống điều khiển pha ngang

Hệ thống điều khiển dùng điôt 2 cực gốc

 Hệ thống điều khiển pha đứng

a ) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo pha đứng

Khối 1 : Khối đồng bộ hoá và phát phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC)

Khối (ĐBH-FSRC) có nhiệm vụ tạo ra một hệ thống xung hình răng cưalặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều cung cấpcho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển được thời điểm xuất của chúng trong mổichu kỳ

Khối 2 : Khối so sánh (SS)

Khối này có nhiệm vụ so sánh điện áp răng cưa và điện áp điều khiển đểtạo ra một hệ thốngcác xung xuất hiện một cách chu kỳ bằng chu kỳ điện áprăng cưa và điều khiển được thời điểm xuất hiện xung

Khối 3 : Khối tạo xung (TX)

Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung ,sựđối xứng của các xung ở các kênh khác nhau, mà người ta thường thiết kếcho khâu so sánhlàm việc với công suất ra nhỏ,do đó xung ra của khâu sosánh thường chưa đủ các thông số yêu cầu của điện cực điều khiểnTiristo Để có xung có đủ các thông số yêu cầu cần thiết ta phải thay đổi lại

độ dài xung ,phân chia xung ,khuyếch đại xung và cuối cùng là truyền xung.Mạch tạo xung bao gồm

Mạch sửa xung

Mạch phân chia xung

Mạch khuyếch đại và truyền xung

Khối 4 : Khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian (TH-KĐTG)

Khối này có nhiệm vụ tổng hợp cácc tín hiệu phản hồi với tín hiệu chủ đạosau đó khuyếch đại chúng lên thành điện áp điều khiển

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

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

khối(TH-uđkT : điện áp điều khiển Tiristo ,là chuổi các xung điều khiển lấy từ đầu ra

hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katôt (K)của Tiristo

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

Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực chỉnh lưu được đưa đến mạchđồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá ta có các điện

áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấpcho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệnh pha một gócpha xác định nào đó

so với điện áp nguồn Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu là

uđb Các diện áp đồng bộ được đưa vào mạc phát điện áp răng cưa để khốngchế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra của mạch phátđiện áp răng cưa có một hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ vềtần số và góc pha với các điện áp đồng bộ Các điện áp này gọi là điện áprăng cưa urc Các điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh (SS) và ở đócòn có một tín hiệu khác nữa gọi là điện áp điều khiển uđk Hai tín hiệu nàyđược mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch SS là ngượcchiều nhau Khối SS làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thờiđiểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối SS sẽ thayđổi trạng thái Như vậy khối SS là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc

hiệu số nên chỉ có hai giá trị có ‘1’ hoặc không ‘0’.Tín hiệu ra cua khối SS làcác xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa ,nếu thời điểmbắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của urc tàisườn xung ấy của urc được gọi là sườn sử dụng Điều này có nghĩa là :Tạithời điểm urc =uđkở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răngcưa thìo trên đầu ra của khối SS sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp Từ

đó ta thấy có thể thay đổi được thời điểm xuất hiện xung đầu ra của khối sosánh bằng cách thay đổi giá trị của uđk khi giữ nguyên dạng của urc Trongmột số trường hợp thì xung ra của khối SS được đưa đến cực điều khiển củaTiristo nhưng đa số các trường hợp thì xung ra của khối SS chưa đủ các yêucầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo Để có tín hiệu đủ yêu cầu thìngười ta phải thực hiện việc sửa xung ,khuyếch đại xung vv Các nhiệm vụnày được thực hiện ở mạch tạo xung (TX) cuối cùng trên đầu ra khỗiT làmột chuổi xung điều khiển uđkT có đủ thông số yêu cầu về công suất ,biên

độ ,độ dài xung vv…mà thời điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thì hoàntoàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối SS Vậy thời diểmxuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và Katôt củaTiristo chính củng là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối SS , tức là khối

SS đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển  Như đã nêu ở trên ,ta cóthể thay đổi thời điểm xuât hiện xung ra khối so sánh bằng cách thay đổi giátrị uđk Vậy điều khiển giá tri điện áp điều khiển uđk ta điều khiển được giátrị góc mở 

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

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

Tổng hợp tín hiệu dể dàng

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

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

 Hệ thống điều khiển pha ngang

Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần sốbằng tần số của điện áp nguồn và góc pha điều khiển được.Thời điểm xuâthiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển.Phương pháp này

có mạch điều khiển khá đơn giản nhưng lại có một số nhược điểm sau

Phạm vi điều chỉnh góc mở  hẹp  <1800

Khó tổng hợp tín hiệu

Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn

 Hệ thống điều khiển dùng điốt 2 cực gốc

Phương pháp nàycủng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răngcưa xuất hiện theo chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều với điện áp mở củaUJT.Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên no có một số nhược điểmsau

Phạm vi điều chỉnh góc mở  hẹp  <1800

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

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

 Đánh giá chọn hệ thống điều khiển

Từ những phân tích cụ thể đối với từng hệ thống điều khiển Ta thấy hệthống điều khiển pha đứng có nhiều ưu điểm phù hợp với công nghệ của đềtài Do đó ta chọn hệ thống điều khiển pha đứng để thiết kế cho hệ thống

II.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

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

Tại các thời điểm uđb 0.4 V (đối với Tranzitor Giecmani) và uđ b 0.7

V (đối với Tranzitor loại Silíc) Tr1,Tr2 đều khoá điện áp trên cực góp củachúng đều có giá trị lớn ( mức logic ‘1’ ) ,Tr3,Tr4 mở bảo hoà,điện áp trêncực góp của chúng có trị số nhỏ ( mức logic ‘0’ ) qua phần tử cộng đảoNOR ,uK nhận trị ‘1’ khi này uM , uN cùng nhận trị ‘0’ nhờ Tr1,Tr3 củngnhư Tr2,Tr4 có hệ số khuyếch đại lớn nên uK là dảy xung vuông có độ rộng

đủ nhỏ

*A

-u

1 0

cc +u 1

h 28

iC=- i1 và I const

RWR

Ui

7 1

cc





quy luật tuyến tính

)0U

(dt

Tụ C1 được nạp theo đường +ucc IC1 C1  R7  WR7 - ucc Khi uK

có mức lôgic ‘ 1 ’ thì Tr5 mở tụ C1 phóng nhanh qua Tr5 và điện áp trên tụ

C1 giảm về bằng 0 và giữ nguyên giá trị cho đến uK có mức lôgic ‘ 0 ’

Từ những phân tích trên ta nhận được giản đồ điện áp của mạch phát sóngrăng cưa như trên hình vẽ (H.29)

c) Mạch dịch pha

 Sơ đồ nguyên lý

Việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Yo như trên trong khimáy biến áp lực có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđbo) lấy ra ở phíathứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha của điện áp nguồn điệnxoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu Do đó điện áp đồng bộ (uđbo) đượcdịch chậm pha đi một góc 30o điện bởi mạch dịch pha R-C bằng R0 ,C1 ,R1

sơ đồ mạch dịch pha như hình (H.31)