phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế

Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu của thực tế Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn

Đồ án môn học Điện tử công suất

Lời nói đầu

Việc sự dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi , đặc biệt là động cơ điện chiều bởi vì động cơ điện 1 chiều có rất nhiều ưu điểm so vơi động cơ xoay chiều Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu của thực tế

Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn Tự Động Hoá được trang bị với những kiến thức về nhiều môn học trong đó có môn điện tử công suât, qua các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu em đã hoàn thành bản đồ án này.

Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lượng công việc lớn và mới mẻ đối với chúng em cho nên em đã gặp một số khó khăn trong qúa trình thiết

kế, song được sự hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn cùng lớp, nên em đã hoàn thành bản đồ án này Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quí báu đó Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng như

về trình độ của bản thân, nên không tránh khỏi còn nhiều chỗ thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để em hoàn thiện hơn bản đồ án này.

Trong bản đồ án này em xin trình bày một số nội dung sau :

Chương 1 : Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều.

Chương 2 : Các phương án tổng thể.

Chương 3: Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế

Chương 4 : Thiết kế và tính toán mạch lực

Chương 5 : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.

Chương I

Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều

I.Động cơ điện một chiều

Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều

Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp

có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải

mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng

10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu , nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn

2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động

2.1.Phần tĩnh hay stato

Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau:

a, Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

b, Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.

c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d, Các bộ phận khác

Bao gồm:

- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

2.2 Phần quay hay rôto

Bao gồm những bộ phận chính sau :

a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

b, Dây quấn phần ứng

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để

đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

d, Các bộ phận khác

- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

3 Phân loại máy điện

Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động

cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp

Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện do

đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài

Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập

U

kt

Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động

cơ điện một chiều kích từ độc lập

4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh

ra dòng điện Iư Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vòng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động cơ

có chiều quay không đổi,khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay tráiPhương trình phần ứng

RfU

Eư = Ke θ n

u f u u

f u

K

R R K

U K

I R R U

K

E

θ θ

θ θ

.

).

(

+

−

= +

R R K

U u u f .

) ( θ θ 2

Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng

Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thông θ tức là thay đổi dòng kích từ Ikt và thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf

M =K.θ.Iư do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen

M ta có thể dùng phương pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ Ikt ) hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng Iư

2 Các phương pháp thay đổi tốc độ

a) Phương pháp thay đổi từ thông θ ,thay đổi dòng kích từ Ikt Với một phụ tải Mc nhất định Khi θ giảm tốc độ động cơ tăng lên

Khi kích thích dòng khác nhau đặc tính cơ nhận được khác nhau và độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với các đường trên cho biết tốc

độ xác lập ứng với thông số khác nhau của từ thông

b) Thay đổi điện áp phần ứng

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành một chiều có suất điện động Eb điều chỉnh được là nhờ tín hiệu Uđk

BBĐ

LK

R R K

= ω

- Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính

cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

- Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ là

β ω

−

= 0maxmax

β ω

−

= 0 min min

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là:

Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm

Trong đó : KM hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:

1 1

1 1

max 0 max

0

min min

M

dm

M

dm dm

nm

K

M M

K

M D

K

M M

M

β ω β

β ω

β β ω

* Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β

3.Vấn đề đảo chiều

Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai phương pháp Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư hoặc đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích từ Ikt)

Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ Khi máy đang quay thì do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên khi thay đổi dòng kích thích Ikt thì xuất hiện suất điện động cảm ứng rất cao gây ra điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích

Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư

4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác

γ → 1 tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dải điều chỉnh

b) Dải điều chỉnh tốc độ

Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc

độ làm việc ứng với mômen tải đã cho

Trong đó : ω max bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành góp

ω min bị chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động ,khả năng quá tải và sai số tốc độ làm việc cho phép

u

R

U R

E U

=

−

Do U không đổi và Rư rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư rất lớn làm cháy dây quấn và vành góp

Cách khắc phục điều này là phải có bộ phận nhận biết được mất kích từ (θ = 0 và do đó Iư =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = 0 Khi đó Iư không lớn và tránh được sự cố trên.

Chương 2

Các phương án tổng thể

Để lựa chọn được một phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đông

cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng

“ ta cần phải lựa chọn 1 phương án điều chỉnh tốc độ và sơ đồ mạch lực phù hợp

I Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ đông cơ

Nói chung ta có thể tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ theo 2 phương pháp chủ yếu như đã nêu ơ trên : Điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ thông φ

 Phương pháp điều chỉnh từ thông φ

Phương pháp điều chỉnh từ thông φ có thể thay đổi tốc độ được một cách liên tục và kinh tế nhưng chỉ có thể điều chỉnh được tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí

 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có thể điều chỉnh tốc độ 1 cách liên tục và dễ dàng thực hiện bằng cách thay đổi góc điều kiển α Mặt khác phương pháp này trong quá trình điều kiển thay đổi tốc độ thì không tiêu hao năng lương và momen của đông

cơ không đổi

Nhân xét :

Từ những phân tích ở trên ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ của đông cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

II Lựa chọn phương án mạch lực.

Để thay đổi và đảo chiều của động cơ điện 1 chiều chúng ta buộc phải thiết

kế các bộ chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý như sau

CL II

Tải

Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha Thông thường theo kinh nghiêm ta có :

+ Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 3 pha

+ Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha

- Công suất mạch phần ứng :

Pư = 600.5 = 3000W = 3kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần ứng

- Công suất mạch phần cảm :

Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần cảm

 Các sơ đồ chỉnh lưu 1 pha

1 Chỉnh lưu một nửa chu kỳ

Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu

Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải

- Chất lượng điện áp xấu

- Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp

2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

T2 U1

 Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt

- Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua

- Khi θ = α cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có xung mở Khi θ = π , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi θ = π + α ,

2?

U d

phát xung mở T2 thì T1 bị khoá và T2 dẫn T1 khoá không phải dòng đã về 0

Với α : là góc điều khiển mở

+ Điện áp trung bình trên tải

 Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở

+ Điện áp ngược trên van là lớn

Unv = 2 2U2

Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id

Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ

+ Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp)

- So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện

áp với chất lượng tốt hơn

- Dòng qua van không quá lớn

- Điều khiển van đơn giản

+ Nhược điểm

- Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm việc 1nửa chu kỳ

- Chế tạo biến áp phức tạp

- Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn

- Điện áp ngược trên van là lớn

3 Chỉnh lưu cầu một pha

Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp

ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải

là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ

- Mạch có T1 , T3 chung Katot

T2 , T4 chung Anot

Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm Nếu có xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn (Khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải )

Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm , nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông

và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước + Giá trị trung bình của tải

Ud = π+∫α

α

θ θ

- Số van nhiều hơn

- Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó

Vậy ta lựa chọn sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng và phần cảm của động cơ như sau:

Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng

Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm.

Chương 3

Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế

i.nguyên lý hoạt động của mạch lực

Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh lưu I chạy thì bộ chỉnh lưu II không chạy , ngược lại bộ chỉnh lưu II chạy thì

bộ chỉnh lưu I nghỉ

Do vậy khi bình thường 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lưu thì sơ đồ mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha

1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha như sau :

Tải ta coi tải là RLE , cuộn cảm L được thêm vào để lọc điện áp và dòng

α π α

α π α

θ π π

π θ θ

E di X i

R d

U sin 1 .d 1 L. d2

ic = 2. sin( ) 2. 2 (cos cos( ))

∫ X U c X U c

Đặt ic = ic1 + ic2 , ic1 = ic2 = 0,5.ic

ic1 : làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T2

Ic2 : làm tăng dòng trong T3 và làm giảm dòng trong T1

( α − α + θ )

= cos cos

2

.

2 2

4 , 3

c

U i

( )( α − θ + α )

−

2

.

2 22

, 1

c d

U I

2 cos

µ

∆ ∫ 2 sin 2. cos cos

2

0 2

U d

U U

I X U

I

cos 2 2

2

=

Ud’ = R.Id +E

Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ

Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực hiện các bước đảo chiều như sau :

Giả sử ta chuyển từ sự làm việc của bộ chỉnh lưu I sang bộ chỉnh lưu II

Ta cần thực hiện thứ tự các bước như sau

1 Ngắt xung điều khiển bộ chỉnh lưu I

2 Đo dòng chạy qua tải để xác định dòng điện về không

3. Sau khi phát hiện dòng về không phải dữ trữ 1 thời gian trễ τ > tph

đủ để đảm bảo thyristor đã khoá chắc khi đó mới phát xung để điều khiển van kia

4 Phát xung điều kiển cho các van ở bộ chỉnh lưu II

Nếu suất điện động Ed chưa đảo chiều ,thì không được chạy bộ chỉnh lưu II với α < 900 vì lúc đó suất điện động Ed và Id cùng chiều nhau , trường hợp nay dễ gây sập nghịch lưu do dòng điện rất lớn Do đó bắt đầu phải điều

khiển α ở bộ chỉnh lưu II lớn hơn 900 , lúc đó bộ chỉnh lưu II làm viêc ở chế

độ nghịch lưu phụ thuộc

a) Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong sơ đồ cầu 1 pha như sau :

Trong đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện nào đó nó có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu - là chế độ biến đổi năng lượng dòng một chiều phía tải thành dòng điện xoay chiều cấp trở lại lưới điện, chế độ làm việc như vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng lượng

Để sức điện động E phát năng lượng trở lại lưới điện thì dòng và áp phải ngược chiều nhau Ud và Id ngược nhau

Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta điều chỉnh sao cho

- Chiều dòng như cũ

- Đảo chiều sức điện động Ed

- ở trong chế độ chỉnh lưu với góc mở là α thì Ud =Ud0.cosα

Trong chế độ nghịch lưu lưới điện nhận năng lượng từ phía tải

Điều kiện hoạt động chế độ nghịch lưu phụ thuộc

- α > Π2

- Đảo chiều Ed

- Đảm bảo E >U d

Xét dạng điện áp trên tải

Trong mạch có điện cảm biến áp nên nó có quá trình trùng dẫn với góc trùng dẫn µ

α

0

2 π

µ Ud

θ

Xét T1,T2 đang dẫn , θ = α phát xung mở T3 ,T4 ,UA > UK nên có dòng qua van và T1,T2 vẫn còn dẫn từ đó 4 van cùng dẫn trong khoảng µ

khoảng thời gian này khá nhỏ

Nếu π − ( α + µ ) < θoff (ứng với thời gian phục hồi Thyristor)

Thyristor sẽ tự mở trở lại không cần dòng điều khiển (mở tự nhiên )

Khi đó trong mạch cả hai nguồn cùng phát năng lượng khi đó Id rất lớn gây sự cố sập nghịch lưu

Do đó để an toàn phải có π − ( α + µ ) > θoff

II.Phương pháp điều khiển riêng

Để thực hiện quá trình đảo chiều cho động cơ ta cần có 1 bộ điều khiển Lôgic Sơ đồ của bộ điều khiển Lôgic như sau :

Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién đổi kia bị khoá do chưa có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và

BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2 Trật tự hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu lôgic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian Trong khoảng thời gian từ 0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với α1 < π/2 còn bộ BĐ2 thì khoá Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLĐ góc điều khiển α1

tăng đột biến lớn hơn π/2 dòng điện phần ứng giảm về không lúc này các xung để khoá bộ BĐ1 Thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện SI1 Trong khoảng thời gian trễ t= t3 – t2 bộ BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3 sđđ E vẫn còn dương, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với góc α > π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép động cơ được hãm tái sinh Nếu nhịp điệu giảm α2

phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi , điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG ,

iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lôgic đầu vào b1,b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển

iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1

iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2

i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2

b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2

Từ mạch lôgic trên ta có:

L L LD

L L LD

i i i b

i i i b

1

2 2

 Do nguyên tắc điều khiển riêng dùng hai bộ biến đổi làm việc độc lập, trong một thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia phải chắc chắn khoá( có nghĩa là dòng điện qua bộ BĐ này phải bằng “0”) Ta

sẽ dùng xenxơ dòng điện để nhận biết có dòng điện chạy qua bộ BĐ hay không xenxo dòng này ta dùng điện trở shunt điện trở này khi có dòng qua nó thì một điện áp cỡ 60 mV lấy ra ở đầu ra tín hiệu này qua bộ khuyếch đại thuật toán để khuyếch đại điện áp này

 Ta dùng một khâu thuật toán so sánh LM311: tín hiệu dòng điện qua xenxơ được hạ trên một điện trở RS tạo ra tín hiệu điện áp Vi

Đầu ra chân 7 mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo lên 1kΩ Đất của

bộ so chân 1 được mắc vào đầu nối đất của mạch Cách mắc này dẫn đến đầu ra có các trạng thái khả dĩ là 0 và 5V Lôgic của mạch là:

V0 =5V đối với Vi > 0

V0 =0V đối với Vi < 0

Nếu V0 = 5V nghĩa là bộ BĐ đó có dòng điện chạy qua

Nếu V0 = 0V có nghĩa là bộ BĐ đó không có dòng điện chạy qua

 Do mạch điểu khiển riêng cần có thời gian tạo trễ nên ta chọn bộ tạo trễ là mạch 555

Chương IV Thiết kế và tính toán mạch lực

I Tính chọn Tiristo

Khi lựa chọn van ta dựa vào 2 thông số cơ bản quan trọng nhất là dòng điên qua van và điện áp ngược lớn nhất mà van chịu được , các thông

số cơ bản của van được tính như sau :

+ Điện áp ngược đặt lên van :

Ihd là dòng điện hiệu dụng qua van

Khd là hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 1 pha khd = 0,71

Iđm là dòng điện qua tải ( cung cấp cho phần ứng )

Do đó : Ilv = 0,71.5 = 3,55 A

Để sơ đồ làm việc tin cậy ta cần phải lưa chọn các van có độ dữ trữ ,

do đó ta chọn thông số của van :

+ Điện áp ngược của van cần chọn