Chương 4: Hệ thống truyền động đảo chiều

Tổng hợp hệ điện cơ là môn học chuyên ngành của ngành Tự động hóa, đây có thể xem là kiến thức tổng hợp của nhiều học phần cơ sở ngành và chuyên ngành. Trong nhiều năm qua, đã có khá nhiều tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các kiến thức thuộc lĩnh vực này, tuy nhiên một giáo trình chuẩn và đầy đủ phù hợp với chương trình đào tạo kỹ sư điện chuyên ngành Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp của Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp còn thiếu. Để đáp ứng yêu cầu đào tạo, đặc biệt là đào tạo theo hệ thống tín chỉ, bộ môn Tự động hóa XNCN Khoa Điện tiến hành biên soạn giáo trình môn học Tổng hợp hệ điện cơ.

Hệ thống truyền động đảo chiều 4.1.ưCácưsơưđồưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưdùngưhệưthốngưT-Đ

4.1.1.ưĐảoưchiềuưápưdòngưtrongưmạchưphầnưứngưđộngưcơ

Trong hệ thống điều tốc đảo chiều, yêu cầu cơ bản đối với động cơ

điện là có thể thay đổi chiều quay của nó Nh ng muốn thay đổi chiều quay

phần ứng của động cơ, trên thực tế là thay đổi cực tính điện áp của mạch

điện phần ứng, hai là đổi chiều từ thông kích từ động cơ, tức là thay đổi chiều dòng điện kích từ T ơng ứng với chúng, mạch điện đảo chiều của hệ thống tiristor - động cơ cũng có hai ph ơng thức: đảo cách đấu đầu ra bộ biến đổi (BBĐ) với mạch phần ứng và đảo cách đấu đầu ra BBĐ kích từ với cuộn dây kích từ động cơ.

Hình 4.2: Mạch điện đảo chiều dùng bộ

đóng cắt không tiếp điểm bằng tiristor

động đảo chiều

động cơ một chiều dùng BBĐ có

đảo dòng bằng hai sơ đồ chỉnh l u mắc song song ng ợc

Đ

CKĐ

CK CL1

CL2

Id

ở những máy công tác yêu cầu

đổi chiều quay th ờng xuyên,

đặc biệt là những máy có yêu

cầu thời gian quá trình quá độ

khi đảo ngắn thì th ờng sử dụng

hệ truyền độ T-Đ với bộ biến

đổi có đảo dòng BBĐ có đảo

dòng đ ợc xây dựng từ hai sơ đồ

chỉnh l u điều khiển dùng tiristor

mắc song song ng ợc hoặc đấu

chéo (hình 4.3)

rõ ràng là công suất của của các thiết bị đóng cắt hoặc sơ đồ chỉnh tiristor dùng để đảo chiều dòng và cung cấp cho cuộn dây kích từ nhỏ hơn rất nhiều khi thực hiện đảo chiều dòng phần ứng, do vậy đối với động cơ công suất lớn thì dùng ph ơng án đảo chiều dòng kích từ là t ơng đối rẻ tiền Tuy nhiên, quá trình đổi chiều dòng kích từ xẩy ra chậm hơn rất nhiều so với đổi chiều dòng điện mạch phần ứng, ở những động cơ có công suất trung bình, hằng số thời gian mạch kích từ chiếm khoảng vài giây, nếu cứ cho dòng

điện kích từ tăng giảm tự nhiên, thì việc đổi chiều dòng điện có thể chiếm mất khoảng 10 giây

Trong thực tế, việc đảo chiều quay động cơ bằng ph ơng pháp đảo chiều từ thông th ờng áp dụng cho các hệ thống truyền động điện công suất trung bình và lớn và ít diễn ra quá trình đảo chiều nh hệ thống truyền động trục cán của máy cán liên tục.



có giá trị lớn hơn giá trị tuyệt đối của điện áp chỉnh l u trung bình.

4.2.1.ư Chếư độư chỉnhư lưuư vàư nghịchư lưuư củaư chỉnhư lưuư cóư điềuư khiển

4.2.ưH mưtáiưsinhưcủaưhệưthốngưtiristorư-ưđộngưcơ ãm tái sinh của hệ thống tiristor - động cơ

4.2.2.ư H mư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tốcư ãm tái sinh của hệ thống tiristor - động cơ

giảm tốc hoặc dừng máy với tải phản kháng khác nhau ở 3 điểm sau:

làm việc ở góc phần t thứ hai, chiều của tốc độ quay vẫn là d ơng, mô men

có tính chất thế năng thì động cơ làm việc ở góc phần t thứ 4, chiều quay biến thành âm, chiều mômen động cơ không đổi.

4.2.2.ư H mư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tốcư ãm tái sinh của hệ thống tiristor - động cơ

hoặcưdừng

hoặc dừng máy th ờng là một quá trình quá độ, cuối cùng phải trở về góc phần t thứ nhất mới ổn định đ ợc, hoặc là cuối cùng phải trở về gốc tọa độ (động cơ dừng).

cực tính của s.đ.đ động cơ thay đổi theo chiều quay của động cơ để duy trì

giảm tốc hoặc dừng máy, từ góc độ động cơ mà xem xét, dù phụ tải nào

muốn trả lại điện năng bắt buộc phải tìm cách làm cho dòng điện đổi chiều

4.2.2.ư H mư táiư sinhư củaư độngư cơư điệnư khiư điềuư chỉnhư giảmư tốcư ãm tái sinh của hệ thống tiristor - động cơ

hoặcưdừng

Hình 4.5: Sơ đồ thay thế hệ T-Đ khi sử dụng BBĐ có đảo dòng trong các chế

độ làm việc:

c) Đặc tính cơ điện trong quá trình điều chỉnh giảm tốc từ điểm A về điểm B

Id

Ic0

n

c

4.3.ưCácưphươngưphápưđiềuưkhiểnưBBĐưcóưđảoưdòng

Các bộ biến đổi có đảo dòng dùng hai sơ đồ chỉnh l u mắc song song ng ợc hoặc đấu chéo trong hệ truyền động T-Đ có đảo chiều có hai ph

ơng pháp điều khiển: điều khiển độc lập (còn gọi là điều khiển riêng) và

điều khiển phối hợp (còn gọi là điều khiển chung).

4.3.1.ưPhươngưphápưđiềuưkhiểnưđộcưlập

Là ph ơng pháp điều khiển mà khi hệ thống làm việc, ở một chế độ, tại một thời điểm chỉ có các van của một sơ đồ làm việc, các van của sơ đồ chỉnh l u kia không đ ợc cấp xung điều khiển và không làm việc Khi cần đảo chiều dòng (đảo chiều quay hoặc điều chỉnh giảm tốc), ng ời ta tác động vào mạch điều khiển để ngắt dòng qua các van của sơ đồ đang làm việc, cắt xung điều khiển các van này và duy trì một khoảng thời gian dòng qua tất cả các van đều bằng không (để các van vừa khóa khôi phục tính chất

điều điều khiển) rồi thực hiện cấp xung cho các van của sơ đồ cần đ a vào làm việc để đảo chiều dòng động cơ

đến tăng kích th ớc hệ truyền động và tăng tổn hao công suất Mặc dù có

động nhanh cao, chất l ợng quá trình quá độ tốt hơn nhiều so với hệ dùng ph

ơng pháp điều khiển độc lập nên th ờng đ ợc sử dụng khi có yêu cầu cao về

độ tác động nhanh

4.3.ưCácưphươngưphápưđiềuưkhiểnưBBĐưcóưđảoưdòng

4.3.2.ưPhươngưphápưđiềuưkhiểnưphốiưhợp

Phụ thuộc vào quan hệ giữa góc điều khiển của hai sơ đồ chỉnh l u thuận và ng ợc, ph ơng điều khiển phối hợp đ ợc chia thành hai:

- Điều khiển phối hợp tuyến tính

- Điều khiển phối hợp phi tuyến

4.4.1.ưCấuưtạoưvàưnguyênưlýưlàmưviệcưcủaưhệưthống

Hình 4.6: Cấu trúc hệ thống truyền động đảo chiều động cơ một chiềuhai

mạch vòng dùng BBĐ có đảo dòng điều khiển độc lập

Đ

CKĐ



CK CL1

FT

ui

uLGT

uLGN

xung, khi một tín hiệu có mức logic "0" thì mạch phát xung t ơng ứng không làm việc, khi tín hiệu có mức logic "1" thì mạch phát xung t ơng ứng làm việc, cả hai đều không thể đồng thời là “1” để bảo đảm chắc chắn hai mạch phát xung không bao giờ đồng thời tạo ra xung điều khiển, còn trong giai đoạn

đảo chiều dòng sẽ có khoảng thời gian cả hai đều có mức “0”,

4.4.2.ư Yêuư cầuư củaư hệư thốngư đảoư chiềuư đốiư vớiư bộư điềuư khiểnư logicưđảoưchiều

t ơng ứng cả hai mạch phát xung đều không làm việc (cũng cần l u ý: một số

tr ờng có thể chọn mức logic để cho mạch phát xung làm việc ng ợc lại với qui định trên, tức là mức “0” là cho phép mạch phát xung làm việc, điều này phụ thuộc vào cấu trúc và hoạt động cụ thể của mạch phát xung, tuy nhiên phải đảm bảo không đ ợc để xẩy ra tr ờng hợp cả hai mạch phát xung đồng

ờng đ ợc sử dụng khi có yêu cầu cao về độ tác động nhanh.

4.4.2.ư Yêuư cầuư củaư hệư thốngư đảoư chiềuư đốiư vớiư bộư điềuư khiểnư logicưđảoưchiều

Tóm lại yêu cầu đối với mạch logic LG trong hệ truyền động đảo chiều sử dụng BBĐ có đảo dòng điều khiển độc lập:

4.4.2.ư Yêuư cầuư củaư hệư thốngư đảoư chiềuư đốiư vớiư bộư điềuư khiểnư logicưđảoưchiều

(1) Khi có sự thay đổi cực tính của tín hiệu đặt dòng điện và tín hiệu

chỉnh l u làm việc ở giai đoạn tr ớc, còn mạch phát xung cho sơ đồ chuẩn bị

(3) Dù cho ở bất cứ tình huống nào, tuyệt đối không cho phép cả hai mạch phát xung đồng thời phát xung, lúc FXT làm việc thì FXN phải không làm việc và ng ợc lại.

Tạo thời gian trễ

Tín hiệu khống chế FXN: u LGN

Từ các phân tích trên cho phép xác định đ ợc tín hiều vào và ra của mạch LG Cấu trúc của LG với các tín hiệu vào ra của nó đ ợc minh họa trên hình 4.7.

Về cơ bản có thể xem LG gồm bốn bộ phận chính, đó là: Khối biến

đổi tín hiệu, khối xử lý thuật toán logic, tạo thời gian trễ và khóa liên động các tín hiệu đầu ra của LG.

4.4.3.1 Khối biến đổi tín hiệu

Hình 4.8: sơ đồ mạch chuyển đổi tín hiệu ở đầu vào mạch logic đảo chiều và

dạng tính quan hệ vào - ra

+ -

KiÓm tra tr¹ng th¸i khãa cña c¸c van:

4.4.3.2 Khèi xö lý logic

4.4.3.2 Khối xử lý logic

Sau khi l ợc bỏ các đại l ợng trùng lặp trong bảng 4.1 sẽ đ ợc bảng 4.2

Căn cứ vào bảng giá trị thực, dựa vào điều kiện đóng ngắt phản xung có thể đ a ra đại số logic sau đây:

4.4.3.3 Mạch điện kéo dài thời gian (tạo thời gian trễ)

xung ở đầu khối XLLG đến lúc có lệnh khóa mạch phát xung gọi là thời gian trễ cắt xung, ký hiệu là tc và th ờng chọn bằng 0

(không có trễ); khoảng thời từ lúc có lệnh cho

phép mạch phát xung họat động ở đầu ra khối

XLLG đến lúc có lệnh mở mạch phát xung gọi là

khoảng thời gian rất cần thiết để tránh hiện t ợng

ngắn mạch khi đổi chiều dòng

Hình 4.9: Mạch tạo thời gian trễ dùng mạch R-

4.4.3.3 M¹ch ®iÖn kÐo dµi thêi gian (t¹o thêi gian trÔ)

c0 f

4.4.3.4 Mạch điện bảo vệ liên động

chiều th ờng có giá trị logic ng ợc nhau, hoặc cả đều có mức logic “0” (giá trị tín hiệu khóa các mạch phát xung) Nếu phát sinh sự cố, cả hai đại l ợng đó nếu đồng thời ở trạng thái "1“ sẽ xẩy ra hiện t ợng cả hai sơ đồ cchinhr l u

đồng thời làm việc, gây ngắn mạch nguồn điện Để tránh sự cố này xẩy ra,

ở phần cuối bộ điều khiển logic th ờng bố trí thêm mạch điện bảo vệ liên

động "1" tăng c ờng Trong nhiều sơ đồ th ờng không cần sử dụng mạch này,

4.4.3.5 Một ví dụ về mạch logic đảo chiều

Tín hiệu khống chế

chiều dòng tải

+ -

Đầu nối chung của một nhóm van

(Một đầu của điện áp chỉnh l u)

thành uz (trong khung nét đứt)

Nh ợc điểm: Do xuất hiện khoảng thời gian dòng điện bằng không trong giai đoạn đảo chiều dòng nên làm xấu chất l ợng quá trình quá độ Hệ thống này khi đổi chiều dòng do điều chỉnh giảm tốc hoặc đảo chiều có thể xuất hiện xung dòng điện khá lớn, đó là do trong giai đoạn chờ tín hiệu ra của LG cho phép mạch phát xung làm việc, giá trị của phản hồi dòng điện

và có tác dụng quyết định

Hình 4.11: Sơ đồ thay thế phần mạch lực của hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp: a) Dạng chung; b) Khi phân tích điện áp chỉnh l u thành hai thành phẫn xoay chiều và một chiều

hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối

hợp đối với thành phần một chiều

4.5.1.ư Hệư thốngư truyềnư độngư đảoư chiềuư điềuư khiểnư phốiư hợpư tuyếnưtính

4.5.1.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh l u

Với giả thiết các sơ đồ ở chế độ dòng liên tục thì:

trung bình của một sơ đồ khi góc điều khiển bằng không.

Biểu thức trên là quy luật về góc điều khiển của hệ thống truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính

4.5.1.2 Các chế độ làm việc của hệ thống khi điều khiển phối hợp tuyến tính

Hình 4.13: Sơ đồ thay thế hệ truyền

động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính đối với thành phần một chiều khi 1 <90 0 và 2 >90 0 :

a) Khi E Đ > 0 và E Đ < U d1 = -U d2 b) Khi E Đ > 0 và E Đ > U d1 = -U d2 c) Khi E Đ < 0

4.5.1.2 Các chế độ làm việc của hệ thống khi điều khiển phối hợp tuyến tính

Hình 4.14: Sơ đồ thay thế hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính đối với thành phần một chiều khi

4.5.2.ưHệưthốngưtruyềnưđộngưđảoưchiềuưđiềuưkhiểnưphốiưhợpưphiư tuyến

4.5.2.1 Quy luật phối hợp góc điều khiển hai sơ đồ chỉnh l u khi phối hợp phi tuyến

4.5.2.2 Các chế độ làm việc của hệ thống khi điều khiển phối hợp phi tuyến

Hình 4.14: Sơ đồ thay thế hệ truyền động đảo chiều điều khiển phối hợp tuyến tính đối với thành phần một chiều khi  1 < 90 0 và  2 > 90 0 :

a) Khi E Đ > 0 và E Đ < U d1 < -U d2 ; b) Khi E Đ > 0 và -U d2 >E Đ > U d1 ;