Thiết kế hệ thống truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “ Thiết kế hệ thống truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay” Bản đồ án này bao gồm 6 phần 

Lời nói đầu

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được cũng như những khó khăn thách thức đang đặt ra Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung và những

kỹ sư “Nghành tự động hoá XNCN” nói riêng nhiệm vụ hết sức quan trọng Đất nước đang cần một đội ngũ lao động có trí thức 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 nói chung

và trong lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang 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 truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay”

Bản đồ án này bao gồm 6 phần

 Phần I : Phân tích lựa chọn phương án TĐĐ và xây dựng hệ thống

 Phần II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống

 Phần III : Tính chọn các thiết bị

 Phần IV : Tổng hợp hệ thống

 Phần V : Khảo sát chất lượng hệ thống

 Phần VI: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

Nay em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: TS Võ Quang Vinh Với kiến thức có hạn nên bản đồ án còn nhiều sai sót mong các thầy cô chỉ bảo em để

em hoàn thiện hơn nữa bản đồ án này Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên

PHẦN I PHÂN TÍCH LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN TĐĐ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Mục đích:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi các hệ thống TĐĐ phải có độ chính xác cao, do đó chúng ta phải đưa ra các

phương án TĐĐ, sau đó phân tích và lựa chọn để đưa ra được các phương

án tối ưu nhất và từ các phương án trên ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Tóm tắt nội dung chính của phần I

A Chọn phương án truyền động điện:

1 Phân tích lựa chọn động cơ 1 chiều

2 Chọn phương án điều chỉnh tốc độ

3 Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ

4 Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu

5 Mạch phản hồi

6 Máy phát tốc

7 Bộ khuếch đại tín hiệu trung gian ( Bộ điều chỉnh )

B Xây dựng cấu trúc hệ thống:

1 Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện

2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc độ

và âm dòng điện

• Kết luận chung

Sau đây ta đi phân tích cụ thể như sau:

- Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa hết sức quan trọng trong thiết kế

nó ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế

- Ở phần này ta lựa chọn các phương án truyền động điện sau:

Động cơ điện 1 chiều

I) PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa ra nhiều phương

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

Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều.Gồm động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập,kích từ nối tiếp,kích từ hỗn hợp

Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai đông cơ có kết cấu phức tạp,giá thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế

1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu

1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ

Φ = const khi tải thay đổi

R MK

u

Sơ đồ nguyên lý Đặc tính cơ

Nhận xét: Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và dễ điều chỉnh Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều chỉnh tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik

1.3 Nhận xét chung:

Từ những phân tích trên cho thấy rằng để đáp ứng các chỉ tiêu: S, ϕ, D, Mc,

∆n% mà yêu cầu của hệ thống đã đặt ra, ta chọn loại động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động cho hệ thống

II CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

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

 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng

ω

R+RK

U

=

2 m

®

f m

®

®

Φ

Φ

RR

)K

E

2 m dm

b

Φ

Φ

Với R =RưΣ +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

2.3 Thay đổi từ thông kích từ

1.1.1.1. 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 =KΦ.Iư và điều chỉnh sức điện động quay E =KΦ.ω của động cơ Do kết cấu của máy điện nên ta thường giảm từ thông Φ

RK

Φ ω

u®k

¦r

u¦

I¦

Độ cứng đặc tính cơ : β = = var

R

) K ( Φx 2

Ở đặc tính cơ điện : Inm =

R

U®m = const

Nhưng nếu giảm từ thông φ quá nhiều vì khi giảm φ do quán tính tốc độ ω sẽ thay đổi chậm hơn so với từ thông φ nên E = Kφ.ω giảm → Iư tăng lên → M =

 độ cứng đặc tính cơ giảm β =

R

) K ( Φx 2 ↓↓

 Sai lệch tĩnh tăng lên

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng

 Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp

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

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

Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω >

ωo) Khi hãm tái sinh Eư > Uư động cơ làm việc như một máy phát nối song song với lưới So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mô men đổi chiều được xác định theo biểu thức sau:

0

R

KK

R

EU

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 hửu ích

Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ

thì các van không cho phép dẩn ngược Nên phương pháp hãm này không phù hợp với yêu cầu công nghệ

3.2 Hãm ngược

Hãm ngược là trạng thái máy phát của động

cơ khi rôto quay ngược chiều 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 hợp đảo 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

a) Sơ đồ nguyên lý

b) Nguyên lý làm việc:

Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm Rh còn mạch kích từ vẩn giử nguyên φ =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.φ.ωbđ

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

0RR

kR

R

EI

h

­

bd h

−

Mhbđ =k.φ.ωbđ < 0 Mômen 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

h

k(

RRI

.k

RR

2

Φ)

Φ

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)

rh ck§

Pkt=(1÷5)%Pđm

3.4 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 năng lượng lớn làm phát nóng động cơ ảnh hương đến tuổi thọ thiết bị Còn phương pháp hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm ngược khi có cùng tốc độ ban đầu và mô men cản Mc Tuy nhiên hãm động năng lại ưu việt hơn về mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và mạch điều khiển củng đơn giản hơn

Do đó ta chọn phương pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.

IV PHÂN TÍCH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU

Từ những phân tích ta đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay 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 một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của hệ thống

Theo yêu cầu của đề tài ở đây ta lựa chọn BBĐ chỉnh lưu là hệ thống van đông cơ (T-Đ)

Sơ đồ khối

a)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 α nhờ đó thay đổi được sức điện động của bộ biến đổi Eb = Ebm.cosα → thay đổi được điện áp đặt vào mạch phần ứng động cơ Ud = f(α) → thay đổi được tốc độ động cơ

b)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

-α

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

ω

ωο

ωο 1

m ng

®n

Eb =-Ebm÷ Ebm khi đó ta nhận được một họ đường thẳng song song với nhau bố trí trên nửa mặt phẳng bên phải của hệ trục (M ,ω) như hình vẽ bên (H 12).

d)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

• Đặc tính mềm hơn hệ F-Đ

V MẠCH PHẢN HỒI

Trong thực tế nhiều máy sản xuất ngoài yêu cầu điều chỉnh tốc độ vô cấp,còn

có yêu cầu cao với sai lệch tĩnh Điều này đối với hệ thống hở không thể thực hiện được, nó chỉ thực hiện điều chỉnh trong 1 phạm vi nhất định Vậy để giải quyết vấn đề này ta sử dụng hệ thống điều khiển mạch vòng kín có phản hồi

Với những yêu cầu mà đề tài đã đưa ra, ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng điện

5.1 Phản hồi âm tốc độ

- Trong sơ đồ dùng phản hồi âm tốc độ bằng máy phát tốc, ưu điểm điểm của

nó là lượng vào và lượng ra có quan hệ tuyến tính, không gây nhiễu loạn, làm việc

êm, kích thước và trọng lượng nhỏ Dùng phản hồi này có tác dụng làm tăng hệ thống khuếch đại của hệ thồng, làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, tức là làm tăng

độ ổn định của tốc độ động cơ

Sơ đồ nguyên lý khâu phản hồi âm tốc độ dùng máy phát tốc như hình vẽ

5.2 Phản hồi âm dòng điện

Trong quá trình quá độ phải luôn giữ được dòng điện (hoặc momen điện từ) ở giá trị tối đa cho phép, làm cho hệ thống truyền động điện đạt được gia tốc tối đa cho phép khi khởi động, sau khi tốc độ đạt tới trạng thái ổn định, lại làm cho dòng điện lập tức giảm xuống để momen cân bằng với phụ tải Muốn đạt được như vậy ở đây ta dung phản hồi âm dòng điện là có thể nhận được quá trình dòng điện gần như không đổi

VI MÁY PHÁT TỐC

Nguyên lý làm việc

Máy phát tốc làm nhiệm vụ đo tốc độ của động cơ để lấy tín hiệu áp đầu ra để khống chế tín hiệu vào giữ cho động cơ luôn quay với tốc độ ổn định Nguyên lý làm việc đơn giản như máy phát điện một chiều Trục của động cơ nối cứng với máy trục của máy fát tốc khi động cơ quay kéo trục của máy fát tốc fát ra ở đầu ra

R

Ft

VII BỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU TRUNG GIAN

Để đáp ứng yêu cầu về độ cứng tính cơ, phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ nhạy, độ tác động nhanh của hệ thống và tăng hiệu quả hệ thống, ta dùng khâu khuếch đại trung gian

Bộ khuếch đại có ưu điểm là:

- Nâng cao khả năng khuếch đại của hệ thống để đạt được hệ số khuếch đại yêu cầu

- Có khả năng khống chế các rơ le, các công tắc tơ và khống chế các mạch đầu vào của bộ khuếch đại Kết quả là để năng cao được độ bền của các thiết bị khống chế rơ le, công tắc tơ

-(-) (-)

β i

FX

Kω: hệ số phản hồi tốc độ.

KI: hệ số phản hồi dòng điện

KBBĐ: là hệ số khuếch đại của BBĐ

KD:hệ số khuếch đại của động cơ

* Kết luận chung:

Qua phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án ở trên em đã chọn ra được phương án tối ưu nhất để phù hợp với yêu cầu của đề tài

1.Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ.3.Hãm động năng để hãm dừng động cơ

4.Mạch phản hồi dùng phản hồi âm tốc độ và phàn hồi âm dòng điện

Kết quả của phần I được sử dụng ở phần II,III,IV,V tiếp theo

• Thiết kế mạch điều khiển.

Mạch động lực: là khâu trực tiếp thực hiện các quá trình biến đổi năng lượng theo yêu cầu công nghệ

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

Nội dung chính của phần II này gồm:

Chương I Thiết kế sơ đồ mạch động lực

1 Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu

2.Sơ đồ mạch lực

Chương II Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển

I.Giới thiệu chung

II Thiết kế mạch điều khiển

1 Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa

2 Khối so sánh

3 Khối tạo xung

4 Tổng hợp 1 kênh tạo xung

5 Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian

6 Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu điều khiển

CHƯƠNG I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐÔNG LỰC

1 Phân tích sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lưu

Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình cầu 3 pha

a) Sơ đồ nguyên lý:

Giới thiệu sơ đồ :

BAL : Máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp điện cho sơ đồ chỉnh lưu

T1÷T6 : Các van chỉnh lưu có điều khiển dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bên phía thứ cấp BAL là ua ,ub ,uc thành điện áp một chiều đặt lên phần ứng động cơ

CK : tác dụng làm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp đầu ra BBĐ

a

b

c

πα

sinωinωtm

U.π2

U = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp của BA)

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

2 Tngmax

I2 = T = d ;

3

2.k

II

S1 1 1 d d π

ttBA 2 2 1 2 d d 1.05.Ud.Id

3.I.USS2

)SS(

π π π

0 0

iT2

0

iT1

π π π

I d

π π

2π 2π

ωτ

I d ωτ

ωτ ωτ

2π 2π

2π 2π 2π

ωτ ωτ

ωτ ωτ ωτ ωτ

2 Sơ đồ mạch động lực

c r

t 5

c r

t 2

c r

t 3

c r

t 1

c r

t 6

c r

t 4

k mba atm

* Các thiết bị trong sơ đồ:

ATM : là attomat có nhiệm vụ đóng cắt lưới cho mạch động lực đồng thời bảo

T1 đến T6 : Các thyristor có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiều

Mạch R- C đợc mắc song song với các thyristor để bảo vệ quá áp cho các thyristor

CK: cuộn kháng

K: tiếp điểm của công tắc tơ

Rh: điện trở hãm

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 thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cực điều khiển phải có một điện áp điều khiển (còn gọi là tín hiệu điều khiển hay xung điều khiển) Để có hệ thống các xung điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van thì ta cần phải có một mạch điện để tạo ra xung điều khiển đó Mạch điện tạo ra

hệ thống xung điều khiển đó gọi là mạch điều khiển

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 độ cũng như thời gian tồn tại xung để mở chắc chắn các van đối với mọi loại phụ tải Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng (200÷600)µs là đảm bảo 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

1 Hệ thống điều khiển pha đứng

- Khối 1 là khối đồng bộ hoá (ĐBH): Tín hiệu điện áp đưa vào khối này cũng chính là tín hiệu cấp cho mạch động lực của bộ chỉnh lưu (u1) Khối này ta thường sử dụng biến áp đồng bộ hoá để điện áp ra sau khối này có dạng sin với tần

số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn

- Khối 2 là khối tạo sóng răng cưa (điện áp tựa): Sau khối 1, điện áp đồng bộ (uđb) được đưa vào khối 2 để tạo ra điện áp dạng xung răng cưa (urc) Điện áp răng cưa urc là điện áp chuẩn để so sánh với Uđk của khối 3

- Khối 3 là khối so sánh: Qua khối này urc và Uđk được so sánh với nhau Uđk

là điện áp 1 chiều Gia điểm của điện áp này với urc quyết định góc điều khiển α

- Khối 4 là khối tạo xung: Tín hiệu ra sau khối so sánh có dạng số (có tín hiệu “1” và không có tín hiệu “0”) Tuy nhiên xung này hầu như chưa đáp ứng được yêu cầu về biên độ xung, độ rộng xung, độ dốc xung, Vì vậy cần phải có khối tạo xung để điều chỉnh các thông số này cho phù hợp

- Khối 5 là khối phân chia xung: Khối này để dẫn xung và phân chia xung cho Thyristor Ta thường dùng biến áp xung (BAX) để thực hiện việc này

Uđk

Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển theo pha đứng

Trên thực tế lắp ráp mạch điều khiển theo pha đứng này người ta thường ghép khối 1 với khối 2 và khối 4 với khối 5 Vậy sơ đồ lắp ráp thực tế như (hình 2.2).

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 α

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

1.2.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 mạch đồng 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 cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệnh pha một góc pha xác định nào đó so với điện áp nguồn Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu là uđb Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa có một hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng bộ Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa urc Các điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh (SS) và ở đó còn có một tín hiệu khác nữa gọi là điện áp điều khiển

khối3khối 2

khối 1

UGT

u1 ĐBH &

PSRC

So sánh Tạo xung &

phân chia xung

Uđk Hình 2.2 Sơ đồ khối điều khiển theo pha đứng thực tế

SS là ngược chiều nhau Khối SS làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối SS sẽ thay đổi trạng thái Như vậy khối SS là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự-số(Analog-Digital) Do tín hiệu ra của mạch SS là dạng tín hiệu

số nên chỉ có hai giá trị có ‘1’ hoặc không ‘0’ Tín hiệu ra cua khối SS là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa, nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của urc tài sườn xung ấy của urc được gọi là sườn sử dụng Điều này có nghĩa là : Tại thời điểm urc =uđkở phần sườn

sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa 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 so sánh bằng cách thay đổi giá trị của uđk khi giữ nguyên dạng của urc Trong một số trường hợp thì xung ra của khối SS được đưa đến cực điều khiển của Tiristo nhưng đa số các trường hợp thì xung ra của khối SS chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo Để có tín hiệu đủ yêu cầu thì người ta phải thực hiện việc sửa xung, khuyếch đại xung vv Các nhiệm vụ này được thực hiện ở mạch tạo xung (TX) cuối cùng trên đầu ra khỗi T

là một chuổi xung điều khiển uđkT có đủ thông số yêu cầu về công suất, biên độ, độ dài xung vvv…mà thời điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thì hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối SS Vậy thời diểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và Katôt của Tiristo chính cũng là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối SS, tức là khối SS đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển α Như đã nêu ở trên, ta có thể thay đổi thời điểm xuât hiện xung ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị uđk Vậy điều khiển giá tri điện áp điều khiển uđk ta điều khiển được giá trị góc mở α

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

• Phạm vi điều chỉnh góc mở α rộng α = (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

2 Hệ thống điều khiển pha ngang

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

số của điện áp nguồn và góc pha điều khiển được Thời điểm xuât hiện 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 α hẹp α <1800

• Khó tổng hợp tín hiệu

• Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn

3 Hệ thống điều khiển dùng điốt 2 cực gốc

Phương pháp nàycũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên no có một số nhược điểm sau:

• Phạm vi điều chỉnh góc mở α hẹp α <1800

• Trong một chu kỳ điện áp nguồn hệ thống thường tạo ra nhiều xung điều khiển 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 hệ thống điều khiển pha đứng có nhiều ưu điểm phù hợp với công nghệ của đề tài Do đó ta

chọn hệ thống điều khiển pha đứng để thiết kế cho hệ thống

II.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

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

có trị số nhỏ ( mức logic ‘0’ ) qua phần tử cộng đảo NOR ,uK nhận trị ‘1’ khi này

uM , uN cùng nhận trị ‘0’ nhờ Tr1,Tr3 củng như Tr2,Tr4 có hệ số khuyếch đại lớn nên uK là dảy xung vuông có độ rộng đủ nhỏ

Trong khoảng 0 ÷ π ,uđb > 0 đạt trị số đủ lớn uđb≥ 0.4 V( uđb≥ 0.7 V) thì Tr1 thông ,Tr3 khoá đồng thời Tr2 khoá ,Tr4 thông uM nhận trị ‘1’ còn uK, uN cùng nhận trị ‘0’

-u

1 0

nu

Trong khoảng π ÷ 2π ,uđb < 0 đạt trị số tuyệt đối đủ lớn uđb≥ 0.4 V (uđb≥

0.7 V) thì Tr2 thông ,Tr4 khoá đồng thời Tr1 khoá ,Tr3 thông uN nhận trị ‘1’ còn

Khi điện áp uK có mức lôgic ‘ 0 ’ Tranzitor

Tr5 khoá tụ C1 được nạp điện bởi dòng điện không đổi ( Giả thiết IC1 là lý tưởng nên iv+= iv- = 0 )

iC=- i1 và i WRU R I const

7 1

(dt.i

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 sóng răng cưa như trên hình vẽ (H.29)

ωτ 3π

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 khi máy biến áp lực có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđbo) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha của điện áp nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu Do đó điện áp đồng bộ (uđbo) được dịch 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)

 Nguyên lý làm việc

abc

a b c o

u®bo

Như vậy điện áp uđb sẽ có thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang nửa chu

kỳ dương trùng với thời điểm mở tự nhiên đối với T1 và T7 trong sơ đồ mạc động lực

Mục đích của việc dịch pha điện áp đồng bộ chậm đi một góc 300 (π/6) như trên hình (H.32) là nhằm thống trị góc điều khiển của Tiristo ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển α ở mach phát xung và như vậy có thể điều khiển được các Tiristo với trị số góc điều khiển thích hợp Ta biết rằng thời điểm

mở tự nhiên của của các Tiristo được tính tại vị trí giao nhau của 2 điện áp pha liên tiếp và góc điều khiển được tính tại vị trí giao nhau đó trở đi

Mặt khác góc điều khiển α ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp răng cưa đến vị trí mà urc+ uđk = 0 Do đó việc dịch diện áp đồng bộ chậm

đi một góc 300 (π/6) sẽ làm thoả mản khi góc α=0 củng tương ưng với góc mở tự nhiên của các Tiristo

Phổ biến hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và KĐTT bằng vi điện

tử Ở đây ta sử dụng khối so sánh dùng IC

-Ucc

+Ucc

UrU®k

Urc

IC

Do đó ta phải thiết kế sao cho khi tăng điện áp điều khiển thì điện áp ra của bộ chỉnh lưu sẽ tăng Lúc này Urc và Uđk phải có dạng sau ( khi Uđk tăng thì U’đk sẽ giảm ):

U'®k2 U

0

t t

U

α2

α1

Như vậy điều khiển là đúng quy luật : khi uđk tăng thì góc α sẽ giảm

Lúc này sơ đồ của khối so sánh sẽ là:

Từ t=0÷t1 xung vào có giá trị dương

trước đó tụ C2 đã được nạp đầy đến trị số+

max

ra

cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và

điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t1

Từ t =t ÷t xung vào có giá trị âm tụ C phóng điện theo đường : +C →R →D

t 1 t' 1 t 2 t 3 t' 3 t 4 t1 t 2 t 3 t 4

hiện xung ra usx nhận giá trị lôgic ‘1’ Khi tụ C2 phóng hết điện áp trên tụ giảm về bằng không (uc2 = 0) và được nạp theo chiều ngược lại dòng nạp cho tụ C2 : +ucc

→ IC2 → D6→ - C2→ - ucc.Khi tụ C2được nạp đầy đến giá trị u−ramaxthì D1 lại

bị đặt điện áp ngược nhờ cách chọn điện trở R11=(0.1÷ 0.2)R12 nên ube T6> 0 và

Tr6 mở bảo hoà và mất xung ra usx nhận giá tri lôgic ‘0’ điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t2

Từ t = t2÷ t3 xung vào có giá trị dương tụ C2 phóng điện theo đường: +C2 →

Rbe T6 → nguồn → IC2→ R11 →-C2 điện áp trên tụ giảm về không và được nạp theo cực tính ngược lại dòng nạp cho tụ C2 : +ucc → IC2 →R11 →C2 →RbeT6→

mass điện áp trên tụ tăng dần đến trị sốu+ramax.trong quá trình này Tr6 luôn mở cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t3

Từ t =t3÷t4 xuất hiện xung âm quá trình làm việc lặp lại giống như thời điểm từ t

=t1÷t2

b) Mạch phân chia xung

* Sơ đồ nguyên lý (H.37)

Xung ra ở điểm L của mạch sửa xung có tần số đủ lớn được

đưa vào mạch 40ogic AND là G1 và G4 Còn 2 tín hiệu M và

N là các xung hình chử nhật tương ứng vơi 2 nửa chu kỳ của

mạch đồng bộ hoá

* Nguyên lý làm việc

- Ở nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ điểm M có mức 40ogic ‘1’ nên G1=M.L có mức 40ogic ‘1’ nên đầu ra G1 có xung điều khiển còn G4=N.L có mức 40ogic ‘0’ nên đầu ra G4 không có xung điều khiển

g4

l n m

h 37

and