Thiết kế hệ thống truyền động T D

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng1.4.Các đặc tímh cơ khi hãm Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR 2.1.. Hình 1- 5 : Đặc tình cơ c

Đ Ồ Á N : T H I Ế T K Ế H Ệ T R U Y Ề N Đ Ộ N G H Ệ

T- D

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 2

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNP

PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU1.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

1.1.1.1 Phần tĩnh

1.1.1.2 Phần quay

1.1.2 Các thông số đinh mức

1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

1.2 Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều

1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông kích từ củađộng cơ

1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng1.4.Các đặc tímh cơ khi hãm

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR

2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor động cơ và thyristor

2.1.1 Giới thiệu về thyristor

2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor

2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng

2.2 Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều

2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu

2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn

2.2.3 Nghịch lưu phụ thuộc

2.2.4 Hệ T – Đ không đảo chiều

2.3 Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều

2.3.1 Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều

2.3.2 Phương pháp điều khiển chung

2.3.3 Phương điều khiển riêng

Chương 3 : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Tính chọn mạch động lực

3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor

3.1.2 Các thông số của động cơ

3.1.3 Tính chọn thyristor

3.1.4 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu

3.2 Giới thiệu mạch điều khiển

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý

3.2.2 Nguyên tắc điều khiển

3.2.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

3.2.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

3.2.3 Các khâu cơ bản của mạch điều khiển

3.2.3.1 Khâu đồng pha

3.2.3.2 Khâu so sánh

3.2.3.3 Khâu khếch đại

3.2.3.4 Khâu tạo xung chùm

3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động

3.3 Tính toán các thông số mạch điều khiển

3.3.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha

3.3.10 Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi

3.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực

3.4.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ

3.4.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn

3.4.3 Bảo vệ quá dòng cho van

3.4.4 Bảo vệ quá áp cho van

3.5 Thiết kế cuộn kháng lọc

3.5.1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại

3.5.2 Xác định các thành phần sóng hài

3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc

3.5.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc

Chương 4 : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG CƠ CÓ

ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB – SIMULINK

4.1 Các khối có sẵn trong Simulink

4.1.1 Máy điện một chiều

4.1.2.Khối tạo xung điều khiển các thyristor

4.2 Kết quả mô phỏng

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay, vấn đề

áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách hàng đầu.Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử, công nghệ thông tin, nghành kỹthuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc Tự động hoá các quy trình sảnsuất đang được phổ biến, có thể thay sức lao động con người, đem lại năng suất caochất lượng sản phẩm tốt

Hiện nay, các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy, xí nghiệp được sửdụng rất rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng trong các dây chuyềnsản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động cơ để nângcao năng suất

Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu cầu điềuchỉnh cao, cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi điện

tử Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động cơ và từthông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống có yêu cầu chất lượng cao

Ở nước ta hiện nay một số dây chuyền nhập ngoại, với một số lý do khách quancho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên gia nước ngoài Vềviệc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng với sự phát triển chung củakhoa học kỹ thuật

Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong quý thầy côchỉ bảo để em được hiểu thêm, có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên nghànhcủa mình sau này

Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Khương Công Minh vàcác thầy cô tự động hoá và đo lường đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợicho em hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn !

Đà nẵng, ngày …… tháng …… năm 2008.

Nguyễn Minh Ánh

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNH CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đangdần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thếgiới Tuy thế động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng trongcác nghành công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điềuchỉnh tốc quay liên tục trong phạm vi rộng như cán thép, hầm mỏ….Vì động cơ điệnmột chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt

1.1.1 Cấu tạo:

Động cơ điện một chiều gồm có hai phần:

1 2

3

4 5 6 7 8

9 10

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 6

1.1.1.1 Phần tĩnh (stator): đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận

chính sau :

- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự từ và và dây quấnkích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng nhữnh lá thép kỹ thuật điệnhay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt Dây quấn kích từ được quấn bằngdây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên cáccực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp vói nhau

-Cực từ phụ: cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổichiều.Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ cóđặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ dược gắn vào

võ nhờ những bulông

-Gông từ: gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm võmáy Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong máyđiện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy.-Các bộ phận khác: nó gồm có các bộ phận

+ Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dâyquấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắpmáy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong những trường hợp này nắp thường làmbằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi thangồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cổ góp Hộpchổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thểquay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ Sau khi điều chỉnh xong thìdùng vít cố định chặt lại

1.1.1.2 Phần quay (roto): Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận

sau

- Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹthuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi épchặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạngrãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên,người ta còn dập những lỗ thông gió

để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ.Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục, khi máy làm việc,gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Dây quấn phần ứng: Là phần 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 nhỏthường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây cótiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặcphải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre,gỗ hay bakelit

- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều,dùng để đổi chiều dòngđiện xoay chiều thành một chiều

Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhaubằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùnghai vành ốp hình chử V ép chặt lại Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica

Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vàocác phiến góp được dể dàng.

- Các bộ phận khác : Gồm có cánh quạt và trục máy

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chếtheo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió.Cánh quạt lắp trên trục máy,khimáy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt vàdây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

+ Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trụcmáy thường làm bằng thép cacbon tốt

1.1.2 Các thông số định mức.

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điềukiện mà xưỡng chế tạo đã qui định Chế độ đó được đặt trưng bằng những đại lượngghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghinhững đai lượng sau :

Công suất định mức Pdm(kw hay w);

1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều;

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòngmột chiều thành cơ năng Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòngxoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần cònlại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng

sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng điệntrên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ cóvành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưavào dây quấn phần ứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phầnứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng

- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện

2 n

;

- Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thìmạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọiđộng cơ kích từ song song

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 8

Hình 1-2: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song ;

- Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từmắt vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập

Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập

Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích songsong hầu như là giống nhau, nên ta sét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động

cơ điện kích từ độc lập

-Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (2-2) ta viết

được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau :

Trong đó : rư: Điện trở dây phần ứng (Ω) ;

rcf: Điện trở cực từ phụ (Ω) ;

rcb: Điện trở cuộn bù (Ω) ;

rtx: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω) ;

Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :

E =

a

N P

2

Trong đó : P : Số đôi điện cực chính ;

N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng,

a : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng,

2

 : Hệ số kết cấu của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì E = Kc.Φ.n và

ω =

60

2 n

=

55,9

.60

Φ.n = Kc.Φ.n =

55,9

K

.Φ.n = 0,105K.Φ.n ;Trong đó : Kc: Hệ số sức điện động của động cơ

Từ các phương trình trên ta có :

, ,



R R K

, ,



R R K

, ,



R R K

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác

,



K

R u .M :Gọi là độ sụt tốc.

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 10

Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ Φ = const, thì các phươngtrình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính Đồ thị củachúng được biểu diễn trên đồ thị là những đường thẳng

Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì: Mco= Mdt± ∆M;

Iư

Inm0

ω0

Idm

ωdmω

Hình 1- 4: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập

Theo đồ thị trên khi Iư= 0 hoặc M = 0 thì ta có : ω = ω0=

u

R R

0

ω0

M

ωdmω

Hình 1- 5 : Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phươngtrình đặc tính cơ đó là từ thông, điện áp phần ứng, điện trở phần ứng của động cơ.thayđổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn Dophương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên,tương ứng với đó ta sẽ có baphương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM dl bằng cách thay đổi điện trở phụ R f

Giả thiết Uư= Udm = const và Φ = Φdm= const

Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát :

).(

, ,



R R K

 M hay ω = ω0- ∆ω ;Tốc độ không tải lý tưởng : ω0 =

dm

R R

Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêmđiện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ Khi thay đổi điện trở phụ Rf thì tốc độkhông tải lý tưởng ω0 = cont, còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf như vậy lúc này các đườngđặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω0 Từ (1-12) ta thấy khi điệntrở phụ Rf= 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên, còn khi Rfcàng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Như vậykhi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình1-6

Hình 1- 6 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng

Ta có : 0 < Rf1< Rf2< Rf3 < … thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > ….nhưng nếu ta tăng

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 12

Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mcdẫn đến động cơ sẽ quay không được

và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0, đến bây giờ ta có thay đổi Rf thìđộng cơ vẫn không không quay nữa Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điềuchỉnh tốc độ không triệt để

Hình 1-7 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng

Vậy ứng vói một phụ tải Mcnào đó nếu Rfcàng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm,đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm càng giảm, cho nênngười ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnhtốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ.

Giả thiết điện áp phần ứng: Uư= Udm= const ;

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

).(

,



R K

cơ β giảm ) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc

độ càng khi giảm tư thông Φ

Như vậy : ứng với Φdm> Φ1 > Φ2>…….thì ωdm < ω1< ω2 <……, nhưng nếugiảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép,hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi, do dòng phần ứng tăng cao, hoặt để

đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽlàm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẩn đến động cơ bị quá tải.

Hình :1-9 : Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdlbằng cách thay đổi từ thông Φ

1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM dl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ.

Giả thiết từ thông Φ = Φdm= const, khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướnggiảm so với Udm

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

).(

, ,



R K

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 14

Độ cứng đặc tính cơ : β =

,

2

).(

Hình 1-10 :Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMdlbằng cách thay đổi Uư

Ta thấy rằng khi thay đổi Uưthì ω0thay đổi còn ∆ω = const, vì vậy ta sẽ được họcác đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uưthì phải

có bộ nguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra, thường là dùng các bộ biến đổi

Các bộ biến đổi có thể là:

+ Bộ biến đổi máy điện: Dùng máy phát điện một chiều (F), máy điện khếch đại

(MĐKĐ)

+ Bộ biến đổi từ: Khếch đại từ ( KĐT ) một pha, ba pha

+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẩn: Các bộ chỉnh lưu (CL), các bộ băm điện áp( BĐA ), dùng transistor và thuyistor

Hình 1-11 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdlbằng cách thay đổi điện áp phần ứng Uư.

Ta thấy rằng, khi thay đổi điện áp phần ứng (giảm áp) thì mômen ngắn mạch

Mnm, và dòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với mộtphụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độđộng cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ, haycòn gọi là chế độ máy phát Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng tháihãm:

1.4.1 Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng( ω > ω0) Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn

( E > Uư ), động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng

về nguồn, lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ.Khi hãm tái sinh :

Ih =

R

K K

- Một số trường hợp hãm tái sinh:

a ) Hãm tái sinh khi ω > ω0 : Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quayrôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả về nguồn

Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ:

Iư = Ih =





, ,

u

u

R

E U

< 0 ;

Mh = KФ.Ih< 0 ;Mômen động cơ đổi chiều ( M < 0 ) và trở nên ngược chiều với tốc độ và trởthành mômen hãm ( Mh)

Hình 1-12 : Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ

b ) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2< Uư1):

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 16

Lúc này Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn) Khi giảm điện áp nguồn độtngột, nghĩa là tốc độ ω0giảm đột ngột trong khi tốc độ ω chưa kịp giảm, do đó làm chotốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω > ω02) Về mặt nănglượng, do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động

cơ trở thành máy phát phát năng lượng trả lại nguồn (hay còn gọi là hãm tái sinh)

ω

AB

Hình 1-13 : Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng

c ) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+Uư → - Uư):Lúc này Mclà dạng mômen thế năng (Mc= Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng,nghĩa là đảo chiều tốc độ + ω0 → - ω0, động cơ sẽ dần chuyển sang đường đặc tính

có – Uư, và sẽ làm việc tại điểm B ( B  0 ) Về mặt năng lượng, do thế năng tíchluỹ ở trên cao lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát và phátnăng lượng trả lại về nguồn

Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải, động cơtruyền động thường làm việc ở chế độ động cơ (điểm A hình 1-14), và khi hạ tải thìđộng cơ làm việc ở chế độ máy phát (điểm B hình 1-14)

0HTS

E < Uư

Iư> 0

-E < -Uư

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 17

a ) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điển A, ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thìđộng cơ sẽ chuyển sang điểm B, D làm việc ổn định ở điểm E ( ω = ωEvà ωôđ↑↓ ωA )trên trên đặc tính cơ có thêm Rưf lớn, và doạn DE là đoạn hãm ngược, động cơ làmviệc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảodấu nên:

Ih =

f u f u

u u u

u u

R R

K R R R

E U

, , ,

, ,

Mnm< Mc; Do đó mômen của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ

hạ xuống, (ω < 0, đoạn DE trên hình 1-15) Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tảitrọng, trường hợp này sự chuyển động của hệ được thực hiện nhờ thế năng của tải

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 18

+

Hình 1-15 : a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rưf

b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm Rưf

b ) Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dòng đảochiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế) thì động cơ sẽchuyển sang làm việc tại điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát.Đoạn BC là đoạn hãm ngược, lúc này dòng hảm và mômen hãm của động cơ:

Ih =

f u u

u f u u

u u

R R

K U R

R

U U

, , , ,

,

, ,

K

R R K

.)

, , ,

Hình 1-16 : a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư.

b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư

1.4.3 Hãm động năng:

Ở đây ta chỉ xét hãm động năng kích từ độc lập Động cơ đang làm việc với lướiđiện (điểm A), thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điệntrở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làmviệc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trởphần ứng

Hình 1-17 : a ) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập

b ) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập

Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng :

)(

hđ h

u

hđ

R R

K R

ωôđ2)

Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận của động cơ trênđặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc

)

dm u dm

dm u

K

R K

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 20

Với M = Mcthì ω = ωA = ωthuận

Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo chiều từthông kích từ động cơ Khi đảo chiều điện áp phần ứng thì ω0 đảo dấu, còn ∆ω thìkhông đảo dấu, đặc tính cơ khi quay ngược chiều là:

u

I K

R R I

Động cơ điện một chiều có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ cơ bản :

- Phương pháp thay đổi thông số của điện trở phụ Rfcủa mạch phần ứng động cơ

- Phương pháp thay đổi thông số từ thông Φ của động cơ

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uưcủa động cơ

Nói chung, mổi phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều đều có ưunhươc điểm nhất định của nó Do đó khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động taphải căn cứ vào các yêu cầu của các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng để chọnphương án

1.6.1 Phạm vi điều chỉnh D:

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giũa tốc độ lớn nhất ωmaxvà tốc độ nhỏ nhất

ωmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức

Ta mong muốn tăng D tuy nhiên D vẩn hữu hạn đối với các phương pháp Vì

ωmax không thể tăng quá lớn do nó phụ thuật vào độ bền cơ khí của động cơ.Còn

ωmin thường bị hạn chế bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải,

về sai số tốc độ làm việc cho phép

ωM

ωM

Hình 1-19 :Xác định phạm vi điều chỉnh của động cơ ĐMdl.

ωi+1Tốc độ ổn định đạt được ở cấp i+1

Hệ số φ càng nhỏ càng tốt, lý tưởng là φ → 1 đó là hệ điều chỉnh vô cấp, còn hệđiều chỉnh có cấp khi φ ≠ 1

ω0: Tốc độ không tải của động cơ

∆ωc: Độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc= 0 → Mdm

Sai số càng nhỏ,điều chỉnh càng chính xác và lý tưởng,ta có thể điều chỉnh tuyệtđối chính xác khi S % = 0 Thực tế người ta phải thiết kế các hệ truyền động điềuchỉnh có độ chính xác đáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất, như truyền độngchính của máy cắt gọt kim loại yêu cầu S % ≤ 10%, truyền động ăn dao S% ≤

5% 1.6.4 Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép và đặc tính cơ M c (ω): Đặc tính tải cho phép là quan hệ giữa mômen của động cơ và tốc độ của động cơ

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 22

Như vậy,khi điều chỉnh tốc độ mổi phương pháp chỉ có một hướng điều chỉnhnhất định Muốn mở rộng D người ta thường kết hợp nhiều phương pháp điều chỉnhcho một hệ

1.6.6 Miền tải điều chỉnh có hiệu quả:

Nếu toàn bộ phạm vi biến đổi của tải đều có thể điều chỉnh được tốc độ mongmuốn trong dãi điều chỉnh thì hệ điều chỉnh là một hệ tốt Cũng có những phươngpháp chỉ đảm bảo được trong một miền nhất định, ngoài miền đó không điều chỉnhđược hoặc điều chỉnh ít hiệu quả, phương pháp như vậy gọi là phương điều chỉnhkhông triệt để Để đánh giá chỉ tiêu này người ta xét hệ có khả năng điều chỉnh tốc độkhông tải lý tưởng là hệ tốt trong máy điện Ngoài ra các hệ số cos(φ) của hệ nóichung là thấp

Việc tính toán cụ thể các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy hiệu quả kinh tế,thời gian hoàn vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng hệ điều chỉnh đã chọn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THUYRISTOR

2.1.HỆ CHỈNH LƯU THUYRISTOR ĐỘNG VÀ THYRISTOR.

2.1.1.Giới thiệu về thyristor.

Thyristor là linh kiện gồm bốn lớp bán dẫn là P1-N1-P2-N2liên tiếp tạo nên bacực : anôt A, catôt K, và cực điều khiển G (Gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của cáclớp P1-N1-P2-N2tạo ra các lớp tếp giáp J1, J2, J3

Về lý thuyết có hai loại thyristor :

- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anốt

G

KA

G

J1

J2

J3

Hình 2-1: Ký hiệu và cấu trúc thyiristor.

- Thyiristor kiểu P hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng P gần catôt

- Hoạt động của thyristor:

+ Thyristor khoá nếu UAK < 0 và sẽ vẫn khoá nếu ta cho UAK >0.+ Thyristor chuyển trạng thái tư khoá sang dẫn nếu đồng thời đảm bảo hai điềukiện UAK > 0 và có dòng điều khiển IG đủ mạnh ( về công suất và thời gian ) Khithyristor đã dẫn nếu ngắt dòng điều khiển đi ( cho IG = 0 ) nó sẽ vẫn dẫn chừng nàodòng điện qua van còn lớn hơn một giá trị gọi là dòng điện duy trì.-Trong thực tế người ta thường sử dụng thyristor kiểu N nhiều hơn Còn về mặtcấu trúc thyristor được tạo nên từ một đĩa silic đơn tinh thể loại N có điện trở suất rấtcao Trên lớp đêm bán dẫn loại P có cực điều khiển bằng dây nhôm Các chuyển tiếpđược tạo nên nhờ kỹ thuật bay hơi của gali Lớp tiếp xúc giũa anôt và catôt làm bằngđĩa môlipdem, tungsten có điểm nóng chảy gần bằng silic.Cấu tạo dạng đĩa để dễ tảnnhiệt

2.1.2.Hệ chỉnh lưu thyristor.

Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi bộ biến đổi van điều khiển để biến đổi nănglượng điện xoay chiều thành điện một chiều để cung cấp cho các động cơ điện mộtchiều Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu tức là thay đổigóc mở α của thuyristor

Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động T - Đ là tác động nhanh không gây ồn ào và

dể tự động hoá, do các van bán dẫn có hệ số khếch đại công suất cao, điều đó rất thuậntiện cho việc thiết lập cho hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chấtlượng đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

Nhược điểm chủ yếu là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu củađiện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong van buộc phải dùng hai bộ biến đổi

để cung cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay

2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.

Để điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồnnhư máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển Các thiết bịnguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có sứcđiện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Udk Vì nguồn có công suất hữuhạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rbvà điện cảm Lb≠ 0

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 24

phần ứng của động cơ điện một chiềuChế độ xác lập có thể viết phương trình đặc tính của thệ thống như sau :

ω =

dm

d b dm

b

K

R R K

về sai số tốc độ và mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất

M K

M

)

1(

max 0



M

dm

K M

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của truyền động mộtchiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng cácđặc tính cơ trong toàn dãi điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giátrị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dãi điều chỉnh Hay nói cách khác nếu tại đặctính cơ thấp tại dãi điều chỉnh mà sai số tốc độ không vược quá giá trị cho phép thì hệtruyền động làm việc với sai số luôn nhỏ hơn vói sai số cho phép trong toàn bộ điềuchỉnh Sai số tương đối ở đặc tính cơ thấp nhất là :

S =

min 0 min

0

min min 0

.

 dm

M

Vì các giá trị Mdm, ω0min, S là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của

độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vược quá giá trị cho phép Để làm việc nàytrong đa số các trường hợp cần xây dựng hệ truyền động kiểu vòng kín.Trong quá trình điều chỉnh áp thì từ thông được giữ nguyên, do đó mômen tảicho phép của hệ sẽ là không đổi: Mcp= K.Φ.Idm= Mnm.

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chử nhật bao bởi nhữngđường thẳng ω = ωdm, M = Mdmlà các trục toạ độ

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 26

Hình 2-3 :Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen

2.2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA KHÔNG ĐẢO CHIỀU 2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu.

FG

Hình 2- 4 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều

Các hình trên sơ đồ của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển không đảo chiều quaycủa động cơ, bằng cách dùng các van bán dẫn thyristor với T1, T3, T5 là các thyristornhóm catốt chung; còn T2, T4, T6 là các thyristor nhóm anôt chung.Động cơ ĐMđlđược điều khiển bằng cách thay đổi góc mở α của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứngcủa động cơ

Theo dạng sóng điện áp ở hình 2-3, điện áp tổng đập mạch bật sáu và trị số đỉnhcủa nó bằng điệp dây Góc mở α được tính từ giao điểm các nửa hình sin

Mdm

ωdm

0

Mω

Hình 2-5 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha

Giả thiết T5, T6 đang dẫn nên VF= Uc, VG = Ub

Tại ωt1= π / 6 + α cho xung điều khiển để mở T1, thyristor này sẽ mở vì Ua> 0

Sự mở T1làm cho T5bị khoá một cách tự nhiên vì Ua> Uc, lúc này T6và T1 dẫn vàđiện áp trên tải :

Ul = Ud = Ua- UbTại ωt2=3π / 6 + α cho xung mồi để mở T2 Thyiristor này sẽ mở vì khi T6dẫn cóđiện áp Ub tác dụng lên anôt của T2mà Ub> Uc Sự mở của T2làm cho T6bị khoá lạimột cách tự nhiên, lúc này T1và T2dẫn và điện áp trên tải là

Ul = Ud = Ua- UcTại ωt3=5π / 6 + α lúc này ta có Ub> Ua, Uc cho xung mồi để mở T3.Thyrisrornày sẽ mở vì Ub > 0 Sự mở T3 làm cho T1bị khoá lại một cách tự nhiên vì Ub>

Ua,lúc này T3và T2dẫn và điện áp trên tải là

Ul = Ud = Ub-UcTại ωt4=7π / 6 + α lúc này ta có Ub> Ua, Uccho xung mồi để mở T4 Thyristornày sẽ mở vì khi T2dẫn có điện áp Uctác dụng lên anôt của T4mà Uc> Ua.Sự mở của

T4làm cho T2bị khoá lại một cách tự nhiên, lúc này T3, T4 dẫn và điện áp trên tải là

Ul = Ud = Ub– UaTại ωt5=9π / 6 + α lúc này ta có Uc> Ua, Ub, cho xung mồi để mở T5 Thyristornày sẽ mở vì Uc> 0 Sự mở T5làm cho T3bị khoá lại một cách tự nhiên vì Uc> Ub, lúcnày T4và T5dẫn.Điện áp trên tải là :

Ul = Ud = Uc– UaTại ωt6=11π / 6 + α lúc này ta có Uc> Ua, Ubcho xung mồi để mở lại T6

Thyristor này sẽ mở vì khi T4dẫn có điện áp Uatác dụng lên anôt của T6 mà Ua>

Ub.Sự mở của T6làm cho T4 bị khoá lại một cách tự nhiên, lúc này T5, T6dẫn và điện

áp trên tải là : Ul = Ud= Uc- Ub

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 28

Ta có bảng điều khiển đóng mỏ, mở và dẫn của các van

2

6

Umsin ωt.dωt =



33

Uff max :Điện áp dây cực đại

Dòng điện trung bình trên các van : Ihd= Khd Id

2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn.

Giả sử T1, T2 đang dẫn dòng Khi θ = θ1cho xung điều khiển mở T3, do Lc ≠ 0nên iT3không thể tăng đột ngột từ 0 → Idvà dòng iT1cũng không thể giảm đột ngột từ

Id→ 0 Cả ba thyristor T1, T3, T5đều dẫn dòng, hai nguồn ea, ebnối ngắn mạch

Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 đến θ1ta có:

Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha có trùng dẫn.

Dòng điện chạy trong T1là iT1= Td - Ic;

Dòng điện chạy trong T3là iT3= ic ;

Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2và ký hiệu μ = θ2– θ1là góc trùngdẫn

Khi θ = μ, iT1= 0, ta có biểu thức sau:

cosα – cos(μ + α) =

2

.6

2

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 30

Hình dạng điện áp tải Ud trong giai đoạn trùng dẫn trong khoảng θ1→ θ2 T2dẫndòng, T1, T3trùng dẫn dòng Vậy có thể viết các phương trình sau:

63

2.2.3 Nghịch lưu phụ thuật.

Ta có ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải Idvà điện áp trung bình Udluôn cùng chiều Công suất tiêu thụ trên tải P = Ud.Id luôn dương và chiều của côngsuất luôn từ phía nguồn xoay chiều chuyển qua tải một chiều, ta nói bộ biến đổi làmviệc ở chế độ chỉnh lưu

Tải

a )

M

N_

2

, điện áp chỉnh lưu trung bình đổi dấu Cực M trỏthành âm (-) và N thành dương (+), điện áp – Ud tăng dần đến khi α = π Vì điện áp Udđổi chiều trong khi Id có chiều không đổi nên công suất P đổi dấu Điều này có nghĩa

là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ phía tải vềnguồn Ta nói bộ biến đổi đã chuyển sang làm việc ở chế độ nghịch lưu Lưu ý rằng ởchế độ nghịch lưu, lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếptục cung cấp công suất phản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng, tần số của điện ápxoay chiều ta nói rằng sơ đồ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tải thì tải phải là một nguồn phát và điện

áp của tải phải lớn hơn điện áp của nguồn để đảm bảo cho van bán dẫn phân cực

thuận

Hình 2-9 : Sơ đồ dạng sóng của nghịch lưu phụ thuộc

Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển α > π/2 ta

có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là Utb< 0 như hình 2-9

2.2.4 Hệ T – Đ không đảo chiều ( CL – ĐM ) :

Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor

để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như cácphần trước ta đã giới thiệu, ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là :

Ud = Ud0 cosα ;Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T – Đkhông đảo chiều là :

ω =

dm

cl u dm

d

K

R R K

E





  cos

)(

cos

dm

cl u dm

d

K

R R K

0 là tốc độ không tải lý tưởng, vì lúc đó ở vùng dòng điệngián đoạn, hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn, tốc

độ không,tải lý tưởng thực ω0sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’0nhưhình 2-9

Vậy, khi thay đổi góc điều khiển α = 0 → π thì Ed0 thay đổi từ Ed0đến -Ed0và

ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳngtoạ độ [ ω, I ] hoặc [ω, M ]





cot1

2

sin

1

Trong đó :

XBA: Điện kháng máy biến áp f1: Tần số lưới

LưΣ : Điện cảm tổng mạch phần ứng m : Số pha chỉnh lưu

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 32

Hình 2-10 : a ) Sơ đồ thay thế hệ T – Đ không đảo chiều

U m E

m K

U E

dm

V m

dm

V m

Trong đó : E2m: Biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu

Đường giới hạn tốc độ cực đại :

2.3 TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CÓ ĐẢO CHIỀU.

2.3.1 Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-D đảo chiều :

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ.

- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được phân ra bốn

+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

+ Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung

Tuy nhiên, mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loạitải, trong phần này ta chọn bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngượcđiều khiển chung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và

ωdm

ω1

Id.gđ Id.ltĐC

Id.blt

Giới hạn ωmax

b )

thực hiện đảo chiều êm hơn.Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được màcòn có thể hãm tái sinh.

2.3.2.Phương pháp điều khiển chung :

Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2, đấu song song ngược với nhau và các cuộnkháng cân bằng Lc Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịchlưu

Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α 1 + α 2 = π

Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng luôn khácchế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tảicũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu Vì hai mạch cùngdấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau

Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0.cosα1;

Ud2 = Ud0.cosα2 ;Vậy : Ud0.cosα1 = Ud0.cosα2 ;

Hay : cosα1+ cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 1800 ;

Nếu α1là góc mở đối với G1, α2là góc mở đối với G2thì sự phối hợp giá trị α1và

α2phải được thực hiện theo quan hệ :

α1+ α2= 1800 ;

Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-11)

Hình 2-11 : Sơ đồ phối hợp tuyến tính của α1và α2

Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1

= 0 → 900, Ud1> 0, bấy giờ α2> 900, G2làm việc ở chế độ nghịch lưu, Ui2< 0

Ud1= U0cos α1> 0 ;

Ui2 = U0cos α2 < 0 ;

Cả hai điện áp Ud1 và Ui2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M Động cơ chỉ cóthể “nghe theo” Ud1và quay thuận Động cơ từ chối Ui2vì các thyristor không thể chodòng chảy từ catôt đến anôt

Khi α1= α1= 900, thì Ud1= Ui2= 0, động cơ ở trạng thái dừng

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 34

Mặt khác E > |U’

d2| nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,trả năng lượng tích luỷ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều Dòng điện phần ứngđổi dấu, chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống đến giá trị ứngvới U’

d1

Nếu cho điện áp điều khiển uc< 0 thì G2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn G1

sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Vậy bằng cách thay đổi điện áp điều khiển uc( uc> 0 hoặc uc< 0 ) ta sẽ thay đổiđược góc mở α1 và α2:

+ Nếu uc> 0 thì α1< 900, α2> 900dẫn đến bộ chỉnh lưu G1làm việc ở chế độchỉnh lưu, còn bộ biến đổi G2làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc kết quả là làmcho động cơ quay thuận ωT.

+ Nếu uc< 0 thì α1> 900, α2< 900dẫn đến bộ chỉnh lưu G1làm việc ở chế độnghịch lưu phụ thuộc, còn bộ biến đổi G2làm việc ở chế độ chỉnh lưu, kết quả là làmcho động cơ quay theo chiều ngược ωN

Đặc điểm của chế độ đảo dòng đang xét là có một dòng điện lúc thì chảy từ G1vào G2, lúc thì chảy từ G2 vào G1 mà không qua mạch tải Người ta gọi dòng điện này

là “ dòng điện tuần hoàn ”

Dòng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các thyristor làm việc nặng nề hơn

Để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng bốn điện cảm Lc (như hình 2-12) Nhưthế sẽ làm tăng công suất đặt và giá thành hệ thống Tuy nhiên phương pháp điềukhiển chung cho phép điều chỉnh nhanh tối đa

- Xác định dòng điện tuần hoàn i cc

Hình 2-13 : Sơ đồ dạng sóng biểu diễn quan hệ giữa α1và α2

00

θ0

icc21 icc12

α2

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 36

Xét truờng hợp α1 = 300, α2 = 1800 - α1 = 1500, như hình 2-13 Trong khoảng θ1đến θ3 : có T1 và T6’, T2 và T5’ dẫn dòng,nhưng anôt T5’ và catôt T2 có cùng một điệnthế, không có dòng chảy từ T5’sang T2 Chỉ có dòng tuần hoàn chảy từ G1 vào G2 qua

T1và T6’ Điện áp tuần hoàn trong khoảng này là :

Tiếp tục xét các khoảng khác, kết quả nhận được cho phép ta kết luận :

hoàn icc12chảy từ G1vào G2, và ba xung dòng điện tuần hoàn icc12chảy từ G2vào G1.Trị trung bình của dòng điện tuần hoàn :

.(sinα1– α1cosα1) ; (2-15)

Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α 1 + α 2 = π + ξ.

Đây là kiểu điều khiển phối hợp không hoàn toàn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phituyến ξ và ta có :

α1 + α2 = π + ξ ;Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α1và α2một cách phi tuyến

Id

ω0dm 0dm α1min

Id

α1min 0dm

α2max 0dm

ω0dm 0dm

-ω0dm 0dm

α1max 0dm

α2min 0dm

α1= π/20dm

Ic

b )0dmHình 2-14 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính

b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến

2.3.2.Phương pháp điều khiển riêng :

Hai mạch chỉnh lưu hoạt động riêng biệt Mạch này hoạt động (được phát xungđiều khiển) thì mạch kia hoàn toàn nghỉ (bị ngắt xung điều khiển) Vì vậy loại trừ đượcdòng điện tuần hoàn và không cần cuôn kháng cân bằng Lc Song trong quá trình đảochiều cần có “thời gian chết” (nhỏ nhất là vài ms) để cho van của mạch phải ngừnghoạt động kịp phục hồi tính chất khoá rồi mới bắt đầu phát xung cho mạch kia hoạtđộng Vì vậy cần một khối logic điều khiển đảo chiều tin cậy và phức tạp

Để thay đổi trạng thái làm việc của các bộ chỉnh lưu thì phải dùng thiết bị đặcbiệt để chuyển các tín hiệu điều khiển từ bộ chỉnh lưu này sang bộ chỉnh lưu kia Bởivậy, khi điều khiển riêng, các dặc tính cơ sẽ bị gián đoạn ở tại trục tung Như vậy, khithực hiện thay đổi chế độ làm việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ có tính linh hoạt kémhơn khi điều chỉnh tốc độ

Trong phương pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều khiển kiểu tuyế tính

và phi tuyến

Hình 2-15 : Sơ đồ cầu chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều

dùng phương pháp điều khiển riêng

Do ở sơ đồ này dùng phương pháp điều khiển riêng nên trong mạch không códòng điện tuần hoàn dẫn đến trong mạch ta không dùng bốn cuộn kháng cân bằng Lc

GVHD: TH.S KHƯƠNG CÔNG MINH Trang 38

CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ T-Đ

3.1.2 Các thông số của động cơ.

- Động cơ một chiều có các thông số sau :

6 U d

=

3

.220 = 230,27 V ;

Trong đó : Knv= 6 ; Ku=



63

;

- Điện áp ngược của van cần chọn:

Unv= Kdtu.Unmax= 1,8.230,27 = 414,49 V ;

Trong đó : Kdtu: Hệ số dự trữ điện áp, thường chọn Kdtu= 1,8 ;

- Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng :

Idm= ki.Ilv = 3,2 95,84 = 306,688 A ;

ki : Hệ số dự trữ dòng điện, chọn ki= 3,2

Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên, ta tra bảngthông số van, chọn các van có thông số điện áp ngược, dòng điện định mức lớn hơngần nhất với thông số đã tính Vậy ta chọn thyristor cho mạch động lực loại

TF440-06X có các thông số sau:

- Dòng điện định mức của van: Idm= 400 (A) ;

- Điện áp ngược cực đại của van: UnT= 600 (V) ;

- Đỉnh xung dòng điện : Ipk= 4000 (A) ;

- Độ sụt áp trên thyrisor : ∆UT= 2,0(V) ;

- Dòng điện của xung điều khiển : Ig= 200 (mA) ;

- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) ;