Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt, Katôt và cực điều khiển G
Giới thiệu Tiristor
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt, Katôt và cực điều khiển G (hình vẽ).
Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.
Nguyên lý làm việc của Tiristor:
Khi tiristor được đặt dưới điện áp một chiều, anôt kết nối với cực dương và katôt với cực âm, J1 và J3 sẽ được phân cực thuận trong khi J2 bị phân cực ngược Hầu hết điện áp nguồn sẽ tác động lên mặt ghép J2, tạo ra điện trường nội tại E1 hướng từ N1 đến P2 Điện trường ngoài có tác động cùng chiều với E1, dẫn đến việc vùng chuyển tiếp mở rộng và không có dòng điện chảy qua tiristor dù nó đang ở trong trạng thái điện áp thuận.
Khi áp dụng một xung điện áp dương Ug vào cực G, các điện tử từ N2 sẽ di chuyển sang P2 Một phần nhỏ trong số đó tạo thành dòng điều khiển Ig, trong khi phần lớn bị hút vào vùng chuyển tiếp J2, nơi chúng được tăng tốc và tạo ra các điện tử tự do mới bằng cách phá vỡ các liên kết giữa các nguyên tử silic Những điện tử này tiếp tục tấn công các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp, dẫn đến một phản ứng dây chuyền, làm gia tăng số lượng điện tử chảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây ra hiện tượng dẫn điện mạnh mẽ J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ khu vực xung quanh cực G và mở rộng ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100µs, trong khi thời gian mở của Tiristor kéo dài khoảng 10µs.
Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn là cần thiết nữa Để khóa Tiristor có 2 cách:
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH.
- Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)
Khi áp dụng điện áp ngược lên Tiristor với UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 sẽ bị phân cực ngược, trong khi đó J2 được phân cực thuận Điều này dẫn đến sự chuyển động của các điện tử trước thời điểm đảo cực tính.
UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Trong giai đoạn đầu từ t0 đến t1, dòng điện ngược rất lớn, sau đó J1 và J3 trở thành cách điện Một số điện tử vẫn bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, và hiện tượng khuếch tán sẽ làm giảm dần số lượng điện tử này cho đến khi hết, giúp J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển.
Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor: Ud = Ud0.cos
Khi thay đổi góc điều khiển α, giá trị điện áp trung bình ra tải sẽ thay đổi Cụ thể, nếu tăng góc α, điện áp trung bình sẽ giảm, trong khi giảm góc α sẽ làm tăng điện áp trung bình Giá trị cao nhất của điện áp trung bình ra tải đạt được khi α = 0, với giá trị là Ud0.
Dòng điện trung bình qua tải: d d
Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng: d d
Giới thiệu động cơ một chiều
Trong sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng, bất chấp sự phổ biến của các loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều.
Động cơ điện một chiều nổi bật với nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ hiệu quả, khả năng khởi động mạnh mẽ và khả năng chịu quá tải tốt Chính vì những đặc tính này, động cơ một chiều được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, bao gồm ngành cán thép, khai thác mỏ, giao thông vận tải và các lĩnh vực sử dụng nguồn điện một chiều.
Động cơ điện một chiều, mặc dù có giá thành cao hơn và yêu cầu bảo trì cổ góp điện phức tạp hơn so với động cơ điện xoay chiều, vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
1.2.1 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.
1.2.1.1 Phần tĩnh Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
Cực từ chính là thành phần tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm, được ép và tán chặt Trong các động cơ điện nhỏ, có thể sử dụng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bulông, trong khi dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện, mỗi cuộn dây được bọc cách điện kỹ lưỡng và tẩm sơn cách điện trước khi lắp đặt Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau trên các cực từ.
Cực từ phụ là thành phần được lắp đặt trên các cực từ chính nhằm cải thiện khả năng đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường được chế tạo từ thép khối, và trên thân của nó có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Cực từ phụ được cố định vào vỏ máy bằng các bulông.
Gông từ là bộ phận quan trọng trong động cơ điện, có chức năng kết nối các cực từ và làm vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi đó, động cơ điện lớn thường áp dụng thép đúc Ngoài ra, một số động cơ điện nhỏ cũng có thể sử dụng gang để làm vỏ máy.
Nắp máy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, giúp ngăn chặn hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi nguy cơ chạm vào điện Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có chức năng làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ chất liệu gang để tăng cường độ bền và ổn định.
Cơ cấu chổi than là bộ phận quan trọng giúp dẫn dòng điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than đặt trong hộp chổi than với một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá, trong khi giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh, cần sử dụng vít để cố định lại vị trí chổi than.
Bao gồm những bộ phận chính sau :
Lõi sắt là bộ phận quan trọng trong thiết bị điện, được thiết kế để dẫn từ Thường sử dụng tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, được phủ lớp cách điện mỏng ở cả hai mặt và ép chặt để giảm thiểu tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy Trên bề mặt lá thép, có hình dạng rãnh được dập sẵn, giúp việc quấn dây dễ dàng và hiệu quả hơn.
Trong các động cơ có công suất trung bình trở lên, việc dập các lỗ thông gió là cần thiết để khi ép lõi sắt, có thể tạo ra những lỗ thông gió dọc theo trục.
Trong các động cơ điện lớn, lõi sắt được chia thành các đoạn nhỏ với khe hở thông gió giữa chúng Khi máy hoạt động, gió sẽ thổi qua các khe hở này, giúp làm mát dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được gắn trực tiếp vào trục Đối với động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có sử dụng giá rôto, giúp tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm trọng lượng của rôto.
Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng trong máy điện, chịu trách nhiệm phát sinh suất điện động và dẫn dòng điện Thông thường, dây quấn này được làm từ dây đồng có lớp cách điện, với máy điện nhỏ dưới vài kW sử dụng dây có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn thường sử dụng dây tiết diện chữ nhật Để bảo đảm an toàn, dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Ngoài ra, để ngăn ngừa hiện tượng văng ra do lực ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để đè chặt hoặc đai dây quấn, với chất liệu thường là tre, gỗ hoặc bakelit.
Cổ góp là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, cấu tạo từ nhiều phiến đồng được mạ cách điện bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm, tạo thành hình trục tròn Hai đầu trục được cố định bằng hai hình ốp chữ V, trong khi giữa vành ốp và trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi vành góp được thiết kế cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp.
Cánh quạt là bộ phận quan trọng trong việc làm nguội máy điện một chiều, thường được thiết kế với kiểu bảo vệ Hai đầu nắp máy có lỗ thông gió, cho phép cánh quạt lắp trên trục máy hút gió từ bên ngoài vào Khi động cơ quay, gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn, sau đó thoát ra ngoài qua quạt gió, giúp làm mát cho 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.
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta có phương trình đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là:
- Điện áp phần ứng (Uư).
Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:
1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết : Uư=Uđm=const
= đm=const Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:
Độ cứng đặc tính cơ:
Khi Rf càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với Rf = 0
Ta có đặc tính cơ tự nhiên:
Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
1.3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
Bộ chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi điện áp xoay chiều từ nguồn thành điện áp một chiều cho tải Tuy nhiên, điện áp một chiều trên tải không hoàn toàn lý tưởng như điện áp của ắc quy, mà còn chứa các thành phần xoay chiều Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được xem là điện áp một chiều, nhưng thực tế là điện áp này có dạng đập mạch Giá trị điện áp một chiều và hiệu áp suất của chúng phụ thuộc vào nguồn xoay chiều, có sự khác biệt đáng kể.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra là
1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch điện được xác định bởi nguồn điện xoay chiều, giúp thực hiện dòng điện giữa các phần tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập, thực hiện chức năng biến năng lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất
BBĐ là bộ biến đổi van điều khiển, có chức năng chuyển đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều, phục vụ cho động cơ.
+ Uđ tín hiệu điện áp đặt
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung
1.3.2.1 Hoạt động của hệ thống
Khi hệ thống đã được kết nối với lưới điện và đạt điện áp thích hợp, động cơ vẫn chưa hoạt động Khi áp dụng điện áp Uđ tương ứng với một tốc độ nhất định, các xung sẽ được tạo ra qua khâu TH & KH và mạch FX, gửi đến các chân điều khiển của van trong bộ biến đổi Nếu một số van đang nhận điện áp thuận, chúng sẽ mở với một góc α Đầu ra của bộ biến đổi có điện áp Ud đã được đặt, khiến phần ứng động cơ quay với tốc độ tương ứng với Uđ ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu tốc độ động cơ giảm, theo biểu thức UĐK = Uđ - n, khi n giảm thì UĐK tăng, dẫn đến giảm và Ud tăng, làm cho n tăng về điểm làm việc yêu cầu Ngược lại, nếu n tăng quá mức cho phép, quá trình sẽ diễn ra theo chiều ngược lại Đây là nguyên lý ổn định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính.
Đặc tính cơ có độ cứng
Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:
Khi α nằm trong khoảng từ 0 đến π, điện áp chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến -Edo, tạo ra một họ đặc tính song song ở nửa bên phải mặt phẳng tọa độ [ω, M], nhờ vào sự hoạt động của các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ có độ mềm hơn so với hệ F - Đ, điều này xuất phát từ thành phần sụt áp ΔU k, được tạo ra do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn.
Hình 1.7: Họ đặc tính cơ của hệ
Bộ biến đổi hoạt động trong chế độ chỉnh lưu, cho phép động cơ vận hành khi suất điện động E dương, và chuyển sang chế độ hãm ngược khi suất điện động E đổi chiều.
Bộ biến đổi hoạt động ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, chuyển đổi cơ năng từ tải thành điện năng xoay chiều có cùng tần số với lưới điện và trả lại cho lưới Động cơ hoạt động trong chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong quá trình tính toán hệ T - Đ, việc xác định biên giới của vùng dòng điện gián đoạn là rất quan trọng Biên giới này đóng vai trò là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn.
Trạng thái biên liên tục được xác định khi góc dẫn = 2/p và góc chuyển mạch = 0 Đường biên liên tục gần giống với hình elip Để giảm kích thước trục nhỏ của elip, cần tăng số pha trong quá trình chỉnh lưu, tuy nhiên việc này sẽ làm cho sơ đồ trở nên phức tạp hơn.
1.3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos thấp
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động có tải nhỏ.
Lựa chọn thiết bị mạch động lực
Mạch động lực bao gồm các thành phần chính như sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến áp động lực và các phần tử R-C Động cơ được sử dụng trong mạch này là động cơ một chiều kích từ độc lập, đảm bảo hiệu suất và tính ổn định trong quá trình hoạt động.
Công suất truyền động: 20kw
Tốc độ cực đại và phạm vi điều chỉnh 1500 v/p D = 20/1
Như vậy, việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp.
2.1.1 Chọn sơ đồ chỉnh lưu Để lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu ta đưa ra 3 phương án sau:
Phương án 1: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 1 pha
I G4 b) Hình 2.1: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 1 pha
Theo đồ thị ta nhận được:
Dòng điện gián đoạn, với tải thuần trở dạng dòng điện id tương tự như điện áp Ud, có đoạn bằng 0 trong toàn bộ dải điều chỉnh α.
Phương án 2: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha
b)Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha
Khi phát xung để mở van cho mạch hoạt động, cần phải đồng thời kích hoạt hai tiristor Như thể hiện trong đồ thị hình 1.2b, mỗi tiristor nhận hai xung: xung đầu tiên xác định góc điều khiển α, trong khi xung thứ hai đảm bảo mạch tải được thông Điều quan trọng là góc điều khiển của các van phải được giữ bằng nhau.
1 2 6 Theo đồ thị Ud ( ) ta thấy góc giới hạn th giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn bằng 60 0 Vậy:
Nếu 60 0 ta sẽ có qui luật dễ nhớ là:
Nếu >60 0 thì dòng điện sẽ gián đoạn Điện áp chỉnh lưu nhận được (xem đồ thị Ud với giai đoạn T1T6 dẫn khi Ud = Uab) là:
Phương án 3: Sơ đồ chỉnh lưu Tiristor hình tia 3 pha u 2 u a u b u c u a u a u b u c u d
Hình 2.3 trình bày sơ đồ và đồ thị của mạch chỉnh lưu Tiristor 3 pha Đồ thị điện áp Ud được thể hiện trong hình 2.3b với góc điều khiển đặc biệt là 0 0.
Khi góc 30 độ, điện áp Ud sẽ bằng 0, dẫn đến việc dòng điện tải Id gián đoạn, với một số đoạn id = 0 Do đó, dòng điện qua van sẽ luôn kết thúc khi điện áp pha đạt giá trị 0 Đồ thị của Ud được thể hiện trong hình 2.4b.
Hình 2.4: Dạng điện áp U d mạch hình tia 3 pha
Khi < 30°, điện áp Ud trong hình 2.4b luôn lớn hơn 0, cho thấy dòng điện id sẽ liên tục chạy qua tải thuần trở Điều này dẫn đến việc dòng điện này được gọi là dòng liên tục Trong trường hợp này, quy luật điện áp Ud không tuân theo biểu thức (2.1) đã nêu Cần lưu ý rằng ba van sẽ thay nhau dẫn trong một chu kỳ, mỗi van sẽ dẫn trong khoảng 2/3π.
Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có đặc điểm là điện áp U d phụ thuộc vào chế độ dòng: đối với dòng gián đoạn, điện áp tuân theo qui luật (2.1), trong khi với dòng liên tục, điện áp theo qui luật (2.2).
Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng yêu cầu công nghệ, nhưng mỗi sơ đồ lại có các chỉ tiêu chất lượng và giá thành khác nhau Do đó, việc lựa chọn sơ đồ phù hợp là rất quan trọng.
Sơ đồ một pha, mặc dù có chi phí thấp, nhưng chất lượng điện áp đầu ra thường kém, đặc biệt khi góc mở α lớn Với việc truyền động có phạm vi điều chỉnh rộng, yêu cầu về góc mở α cũng trở nên đa dạng, dẫn đến khó khăn trong việc đáp ứng hiệu suất của sơ đồ một pha Điều này có thể khiến hệ thống hoạt động ở chế độ dòng gián đoạn khi góc α không được điều chỉnh hợp lý.
Chúng ta lựa chọn sơ đồ ba pha vì mặc dù sơ đồ cầu ba pha cung cấp chất lượng điện áp tốt hơn, nhưng chi phí và độ phức tạp của mạch điều khiển cao hơn Sơ đồ tia ba pha, mặc dù có chất lượng điện áp kém hơn, có thể được cải thiện bằng các cuộn kháng và hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu công nghệ Do đó, sơ đồ tia ba pha là sự lựa chọn hợp lý.
2.2.2 Lựa chọn phương án đảo chiều hai bộ chỉnh lưu
Ta có thể sử dụng 2 phương án để đảo chiều hai bộ chỉnh lưu:
+ Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ
+ Dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đấu chéo.
Sử dụng cầu tiếp điểm có thể dẫn đến độ bền kém do hệ thống thường xuyên đảo chiều, gây mòn tiếp điểm mỗi khi dòng hồ quang thay đổi Thêm vào đó, vùng hãm tái sinh nhỏ và vùng hãm ngược lớn gây ra hiện tượng giật, đồng thời làm tăng dòng phần ứng trong quá trình hãm ngược.
Dòng điện này có giá rị rất lớn.
- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp.
Sử dụng hai BBĐ đấu song song ngược giúp khắc phục hoàn toàn những nhược điểm của các phương pháp khác Hơn nữa, với yêu cầu đảo chiều nhanh trong truyền động, phương án này là lựa chọn tối ưu nhất.
2.2.3 Lựa chọn phương án điều khiển hai bộ chỉnh lưu Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phương pháp: + Điều khiển riêng
2.2.3.1 Phương pháp điều khiển riêng Ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau Khi phát cho bộ biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngược không được phát xung sẽ khoá lại và ngược lại Phương pháp này có ưu điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhược điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn Vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc ở giai đoạn trước phục hồi lại tính chất điều khiển và như vậy làm giảm độ tác động nhanh của hệ thống.
Để tăng cường hiệu quả của hệ thống, có thể giảm thiểu thời gian ngừng dòng bằng cách sử dụng các mạch kiểm tra tác động nhanh.
2.3.2.2 Phương pháp điều khiển chung
Trong phương pháp này lại gồm có:
+Điều khiển phối hợp tuyến tính.
+ Điều khiển phối hợp phi tuyến.
Phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính cho phép phát xung đồng thời đến hai bộ biến đổi điện (BBĐ) với điều kiện góc mở là 1 + 2 = 1800 Trong quá trình hoạt động, luôn có một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( < 90°) và một BBĐ ở chế độ nghịch lưu ( > 90°).
Tính chọn thiết bị mạch động lực
2.2.1 Tính chọn động cơ Động cơ được chọn là động cơ 1 chiều kích từ độc lập có:
Các thông số cơ bản còn lại của động cơ
U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn
E : sức điện động của động cơ
R, L :điện trở, điện cảm trong mạch
Rba, Lba: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp
Rk, Lk: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc
Rdt: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :
Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức:
Lấy = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn bù.
Kiểu P dm (kW ) U dm ( V ) I dm ( A ) n dm ( vg / ph )
2.2.2 Tính chọn công suất máy biến áp động lực
Chúng ta đã lựa chọn máy biến áp động lực với tổ đấu dây Y/Y0, và trong phần này, chúng ta sẽ tiến hành tính toán các thông số cho máy biến áp Việc chọn máy biến áp được thực hiện dựa trên các điều kiện cụ thể.
* Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức:
+ Uđm là điện áp định mức động cơ
+ Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới thường lấy Ku = 1,05 1,1 , ta chọn Ku = 1,1.
Hệ số Kα được xác định dựa trên góc điều khiển nhỏ nhất (αmin) là 10 độ, nhằm đảm bảo hệ thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu.
Hệ số K được xác định là 1/cosmin, với giá trị là 1.015 Hệ số KR phản ánh sự sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp, điện cảm cuộn dây thứ cấp, do các yếu tố như chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, cũng như trên các van Thông thường, KR được chọn trong khoảng từ 1,15 đến 1,25, và trong trường hợp này, chúng ta chọn KR = 1,15.
Ka là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu
Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được:
* Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp Để đơn giản ta bỏ qua giá trị của dòng cân bằng, khi đó ta có:
+ Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp:
I1đm = (m 2Iđm )/ 3 , với m = U2/U1 = 240/220 = 1,09 là hệ số biến áp I1đm = 101,5 (A)
* Công suất máy biến áp
Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau:
Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
+ Điều kiện về dòng điện: ITtb Ki ITtbmax
+ Điều kiện về điện áp: Ungmax Ku 6U2 a Chọn theo điều kiện dòng điện
Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3
Như vậy ta có: ITtb 114(A) b Chọn theo điều kiện điện áp
Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình tia do đó điện áp mà các van phải chịu là điện áp dây có giá trị bằng 6 U2f
Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5
Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn tiristo có các thông số sau:
2.2.4 Tính chọn cuộn kháng cân bằng
Trong hệ thống làm việc, có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha cùng mở, dẫn đến dòng cân bằng chạy từ pha có điện áp lớn hơn sang pha còn lại Dòng cân bằng này làm cho bộ biến đổi phải hoạt động nặng nề hơn, có nguy cơ phá hỏng các tiristo nếu không có biện pháp hạn chế Do đó, việc lắp đặt cuộn kháng cân bằng là cần thiết Ví dụ, khi xét α1 = 30° và α2 = 150°.
Qua hình vẽ ta thấy rằng: trong khoảng thời gian từ 0 1 dòng cân bằng chảy từ T5 vào T2 Từ 2 3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4
Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là: u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub = 6u2sin(t + /6)
Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng Dịch gốc toạ độ theo chiều t một góc 150 0 điện thì: u12 = - 6 u2 sin , với = t u12 = 2X(di/ dt) 6u2sin = 2X (di/dt)
i = 6 u2 (cost - cos2) / 2X Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng:
Lưu ý rằng với gốc mới 0 ' thì 2 = - 3
Trong giản đồ điện áp, khi góc = 60 độ, thời gian tồn tại của dòng cân bằng đạt giá trị lớn nhất Để đảm bảo dòng cân bằng Icb không vượt quá 10% dòng định mức Iđm, cần thực hiện các tính toán để xác định giá trị X phù hợp.
Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số:
2.2.5 Tính chọn cuộn kháng san bằng
Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện
Khi góc mở α = π/2, điện áp ra sẽ có phần âm bằng một nửa phần dương, cho thấy thành phần xoay chiều đạt cường độ cao nhất Do đó, việc tính toán cuộn kháng theo góc là cần thiết trong tình huống này.
này Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng.
Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết:
Khai triển Furie của điện áp ud ta có:
Ud = b1 sin3t + b2sin6t + + bnsin3nt b n U d ntdt
Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều:
Ud2 = (b2/ 2) = 73,72 (V) Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần ) là:
CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng.
* Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều:
Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm
Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau:
Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A)
+ Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng:
P = (I 2 đm + I1 2 + I2 2)RCK = 39 (W) + Công suất phản kháng của cuộn kháng:
Q = X1I1 2 + X2I2 2 = 56 ( VAR) + Công suất biểu kiến của cuộn kháng:
2.2.6 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực
Tiristo là các phần tử nhạy cảm với sự biến đổi đột ngột của điện áp và dòng điện, được đặc trưng bởi gia tốc dòng điện và điện áp di/dt và du/dt Những hiện tượng này có thể được gây ra bởi nhiều nguyên nhân khác nhau.
+ Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch.
+ Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng.
Quá gia tốc dòng điện có thể xảy ra khi máy biến áp được cắt trong chế độ không tải hoặc tải nhỏ Để bảo vệ an toàn cho các van khỏi những tác động này, chúng ta sử dụng các phần tử R-C mắc song song với các tiristo, như đã minh họa trong hình vẽ.
Trị số của R, C có thể tra theo các đường cong được xây dựng bằng máy tính các quan hệ Ua /Up;
L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch,tra đường cong ta được
Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động
Hình 2.5 Sơ đồ mạch động lực
2.3.2 Nguyên lý làm việc của mạch động lực
Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống được cấp nguồn Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc.
Khi BBĐ1 (gồm các van T1, T2, T3) hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, động cơ sẽ quay thuận, trong khi BBĐ2 (gồm các van T4, T5, T6) sẽ khiến động cơ quay ngược Khi phát xung để mở các van ở BBĐ1 với góc mở 1 nhỏ hơn 90 độ và BBĐ2 với góc mở 2 lớn hơn 90 độ, mối quan hệ giữa các góc mở được xác định là 1 + 2 = 180 độ.
Ở đầu ra của hai bộ biến đổi (BBĐ), điện áp ra được xác định là ud1 và ud2, với công thức ud1 = Ud0cosα1 và ud2 = Ud0cosα2 Điện áp áp dụng cho động cơ là ud, trong khi điện áp cân bằng được tính là điện áp giữa hai điểm N.
M, ud = uk - 0 ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 )
Điện áp ud được đặt vào phần ứng của động cơ sẽ làm cho động cơ quay theo chiều thuận Trong sơ đồ điện áp, ta có các điện áp ud, ud1, ud2, ucb và icb, cũng như dòng điện qua các van, như được thể hiện trong hình vẽ với góc 1 bằng 30 độ.
Do sự tồn tại của điện áp ucb, dòng điện icb được sinh ra, chạy giữa hai bộ biến đổi điện (BBĐ) và có thể gây ra nguy cơ hỏng hóc cho các van do điện trở thuận nhỏ Để hạn chế dòng icb này, cần áp dụng các biện pháp bảo vệ phù hợp Sơ đồ hệ thống sử dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 để kiểm soát dòng điện này.
Lk lớn để đảm bảo Icb 10% Id.
Cuộn kháng có đặc điểm là điện trở Rk nhỏ và độ tự cảm Lk lớn, cho phép dòng một chiều Id dễ dàng đi qua, trong khi đó lại cản trở hiệu quả dòng đập mạch icb.
Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id.
SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:26
Icb i T1 i T2 i T3 i T4 i T5 i T6 b) Hình 2.6 Giản đồ điện áp và dòng điện mạch động lực với 0 0 (a) và 0 (b)
Đặt vấn đề
Để mở các van của hai bộ chỉnh lưu tại thời điểm mong muốn, cần có mạch điện phát ra xung điều khiển cho các tiristo Xung điều khiển phải đảm bảo biên độ, công suất và thời gian tồn tại phù hợp để mở chắc chắn các van với mọi loại tải trong quá trình hoạt động Mạch điện tạo ra xung này được gọi là mạch điều khiển.
Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:
Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ là những hệ thống mà các xung điều khiển được phát ra đúng thời điểm cần thiết để mở tiristo Các xung này lặp lại với chu kỳ thường tương ứng với chu kỳ của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu Trong một số trường hợp, chu kỳ xung có thể bằng 1/2 chu kỳ của nguồn.
Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến.
Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ tạo ra chuỗi xung điều khiển với tần số cao hơn tần số nguồn cung cấp Trong quá trình hoạt động, tần số xung tự động thay đổi để duy trì các đại lượng đầu ra (Ud, Id ) không thay đổi Để đạt được điều này, tần số xung cần được khống chế theo sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lượng cần ổn định Mặc dù các hệ thống điều khiển này khá phức tạp và ít được sử dụng, chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất.
Thiết kế mạch phát xung điều khiển
3.2.1 Lựa chọn phương pháp phát xung
Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là:
+ Phát xung điều khiển theo pha đứng.
+ Phát xung điều khiển theo pha ngang.
+ Phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc.
* Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng:
Hệ thống này sản xuất xung điều khiển bằng cách so sánh tín hiệu điện áp hình răng cưa, biến đổi theo chu kỳ của điện áp lưới, với thời điểm xuất hiện tương ứng với góc pha của lưới và điện áp điều khiển một chiều có thể điều chỉnh.
Hệ thống này, mặc dù phức tạp, lại sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật như khoảng điều chỉnh góc mở rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi điện áp nguồn, dễ dàng tự động hóa, và chỉ cần một xung mở trong mỗi chu kỳ điện áp anốt của tiristo, giúp giảm thiểu tổn thất trong mạch điều khiển Chính vì vậy, hệ thống này được sử dụng rộng rãi.
* Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc (UJT).
Phương pháp này tạo ra xung bằng cách so sánh điện áp răng cưa theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Mặc dù đơn giản, phương pháp này có nhược điểm là góc mở chỉ có thể điều chỉnh trong một phạm vi hẹp do ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn Thêm vào đó, trong một chu kỳ điện áp lưới, mạch thường phát sinh nhiều xung điều khiển, dẫn đến tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang tạo ra điện áp điều khiển hình sin với tần số tương ứng và góc pha điều khiển được xác định bằng các cầu R-C hoặc R-L Thời điểm phát xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khoảng điều chỉnh góc mở α hẹp, nhạy cảm với sự thay đổi của dạng điện áp nguồn và khó khăn trong việc tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển, dẫn đến việc ít được áp dụng.
* Chọn phương pháp điều khiển:
Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này.
3.2.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng
Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh.
Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới mạch tạo xung.
Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân điều khiển của tiristo.
3.2.2.1 Mạch đồng bộ hoá Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly được diện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng.
Hiện nay, một phương pháp phổ biến là sử dụng máy biến áp đồng bộ, trong đó cuộn sơ cấp được kết nối với lưới điện, còn cuộn thứ cấp cung cấp điện áp đồng bộ Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán cẩn thận, nhằm phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các tiristo.
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha sử dụng máy biến áp đấu Y/Δ-1 để thực hiện chức năng chuyển đổi điện năng Hình vẽ minh họa sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ liên quan đến quá trình này.
SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:30
Hình 3.1: Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ mạch đồng bộ hóa
3.2.2.2 Mạch phát sóng răng cưa
Để tạo ra sóng răng cưa với quan hệ góc mở chính xác là 2 + 2 = 180°, cần sử dụng một dạng điện áp răng cưa rất chính xác Điều này có thể đạt được thông qua sơ đồ IC khuyếch đại thuật toán.
Hình 3.2: Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa
Nguyên lý hoạt động của mạch:
Udb > 0 do đó Tr3 khoá Tr4 mở nhờ phân áp bởi R5 UB=0
UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2 mở
UA=0 Đầu ra của NOR có mức logic 1 Tụ C phóng điện từ (+C → Tr5 →-
Udb > UBE tr1 làm Tr1 mở → Tr2 khoá UA=+Ucc Đầu ra của NOR có mức logic 0 Tụ C được nạp điện (+Ucc→C→ R8→WR1→-Ucc).
UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2 mở
UA=0 Đầu ra của NOR có mức logic 1 Tụ C phóng điện từ (+C → Tr5 →-
Việc so sánh điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thể thực hiện bằng Tranrito hoặc vi mạch điện tử Các tín hiệu có thể được ghép nối theo cách nối tiếp hoặc song song, miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau Phương pháp so sánh nối tiếp mang lại độ chính xác cao, nhưng gặp khó khăn khi tín hiệu răng cưa là dạng xoay chiều Do đó, trong đồ án này, chúng tôi lựa chọn phương pháp so sánh song song sử dụng vi mạch.
Hình 3.3: Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp mạch so sánh Nguyên lý hoạt động của mạch:
Uv=0-(Urc+Uđk)>0 →UR=-Ucc
Uv=0-(Urc+Uđk)0 sang uss 90 0 sao cho:
1 + 2 = 180 0 Lúc này điện áp chỉnh lưu của hai nhóm van là:
Ud2 = Ud0cos2 < 0 Động cơ sẽ quay theo chiều thuận phù hợp với chiều của Ud1 Còn bộ biến đổi hai làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi.
4.1.2 Khi động cơ làm việc theo chiều ngược:
Tương tự như khi làm việc theo chiều thuận Lúc này các van T1, T2, T3 được điều khiển với góc mở 1 > 90 0 , còn các van T4, T5, T6 được điều khiển mở với góc mở
Ud2 = Ud0cos2 > 0 Động cơ sẽ quay theo chiều ngược phù hợp với chiều của Ud2.
Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển
Mạch điều khiển của hệ thống được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật là: + Ổn định và điều chỉnh tốc độ.
+ Tự động hạn chế phụ tải.
Xuất phát từ những yêu cầu này ta sẽ phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống theo từng yêu cầu.
4.2.1 Nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ nhất định và quay theo chiều thuận, tiếp điểm T đóng, dẫn đến điện áp Ucđ có dấu dương Điều này tạo ra điện áp dương tại khâu khuyếch đại trung gian IC10, từ đó sinh ra điện áp điều khiển dương Điện áp này mở nhóm van katốt chung với góc mở α190 0 , tức là làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi.
Trong quá trình làm việc, nếu tải tăng lên, sẽ dẫn đến việc tốc độ động cơ giảm Hệ quả là (Ucđ - n) tăng, khiến điện áp điều khiển cũng tăng theo Điều này dẫn đến việc góc mở 1 giảm.
Ud1 điều chỉnh tốc độ động cơ về điểm làm việc yêu cầu, trong khi nếu tải giảm, quá trình sẽ diễn ra ngược lại Đây chính là nguyên lý ổn định tốc độ.
Chất lượng quá trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu S*=1,8% Để thay đổi tốc độ, chúng ta điều chỉnh biến trở WR3, dẫn đến sự thay đổi của điện áp chủ đạo Sự thay đổi này làm thay đổi điện áp điều khiển, từ đó ảnh hưởng đến góc mở và điện áp chỉnh lưu, cuối cùng là tốc độ động cơ Việc điều chỉnh điện áp chủ đạo thông qua biến trở WR3 là vô cấp, do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh một cách liên tục.
4.2.2 Khả năng hạn chế phụ tải
Trong quá trình làm việc, nếu tải của hệ thống vượt quá mức cho phép, dòng phần ứng động cơ sẽ tăng lên quá mức, điều này là không chấp nhận được Hệ thống đã được thiết kế để xử lý khả năng này Khi dòng phần ứng vượt quá giá trị ngắt, cơ chế ngắt dòng sẽ hoạt động để giảm điện áp điều khiển, dẫn đến góc mở tiến gần đến 90 độ, giúp giảm điện áp chỉnh lưu và ngăn chặn dòng phần ứng tăng quá cao.
Đặt vấn đề
Xây dựng đặc tính tĩnh của hệ thống là quá trình xác định mối quan hệ giữa n và I hoặc M, nhằm kiểm tra độ sụt tốc độ và đánh giá sai lệch tĩnh của hệ thống Điều này giúp xác định xem hệ thống có đáp ứng yêu cầu công nghệ hay không Ngoài ra, việc kiểm tra các giá trị dòng điện ngắt, dòng điện dừng và hãm cũng rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống Qua đó, ta có thể đánh giá năng lực quá tải và khả năng hoạt động của hệ thống.
Trang:44 năng tác động nhanh của hệ thống cũng như độ an toàn của hệ thống trong quá trình làm việc.
Động cơ một chiều kích từ độc lập có đặc tính n = (I) và n = (M) tương đồng, cho phép suy ra đặc tính n = (M) từ đặc tính n = (I) Vì vậy, chúng ta chỉ cần xây dựng mối quan hệ n = (I) và gọi đây là đặc tính cơ của hệ thống.
Khi xây dựng đặc tính ta đưa ra các giả thiết sau:
+ Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn.
+ Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi là hằng số.
+ Tiristo là phần tử bán dẫn tác động nhanh không có quán tính.
Điện trở phần ứng của động cơ luôn giữ nguyên trong suốt quá trình hoạt động, trong khi điện cảm phần ứng và các cuộn kháng được thiết kế đủ lớn để đảm bảo dòng điện tải luôn ổn định và liên tục.
Xây dựng đặc tĩnh
5.2.1 Xây dựng đặc tính trong vùng làm việc
Viết phương trình kiếc hốp cho động cơ ta có:
U = 1,4 V là sụt áp trên các tiristo
n = (Ud - IưR - U )KĐ với KĐ = 1/ Ke = 7,8
Hình 5.1: Sơ cấu trúc hệ thống
Từ sơ đồ cấu trúc ta viết được: n = (Ucđ - n).KTGKTHKBĐKHCKĐ - (U +IưR).KĐ n U cd K U K I u R K D
K là hệ số khuyếch đại của hệ thống: K = 447779
R là điện trở mạch phần ứng ; R = 1,51
+ Khi: n = nmax ; Iđm = 100 A Ucđ = Ucđ max = 12,0029V
+ Khi: n = nmin; Iđm = 9 A Ucđ = Ucđmin = 0,0153 V
* Điểm không tải lý tưởng (I = 0)
* Điểm giới hạn vùng làm việc, chọn Ing = 12,5 A
* Đánh giá chất lượng tĩnh:
[ S*] < 3 % Như vậy sai lệch tốc độ tĩnh đảm bảo yêu cầu.
5.2.2 Xây dựng đặc tính ở vùng ngắt dòng Đặc tính khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà:
Hình 5.2 minh họa sơ đồ cấu trúc của hệ thống trong trường hợp khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu kiểm định thử nghiệm chưa bão hòa Điện áp điều khiển được tính toán dựa trên công thức: u = u + u + I * R.
( ở đây ta bỏ qua dòng điện rẽ qua R43 vì dòng này nhỏ )
Từ sơ đồ khối của mạch lúc này ta viết được: n = (Ucđ - n) KTHKTGK ' HC (1- )KBĐKĐ - ' K ' HCKBĐKĐ(I - Ing) –
- (U + I.R ) KĐ (1) Điểm C có toạ độ: (12,5 ; 1499,979) phải nằm trên đường (1) do đó ta có:
(Tức là đường ngắt dòng phải cắt đường làm việc ở toạ độ I = 12,5A)
Từ đây ta tìm được: K1(1 - ) = K
Hệ số phản hồi dòng ' sẽ được chọn khi ta xây dựng xong đường đặc tính có sự tham gia của khâu cải thiện cất lượng động.
* Đặc tính khi có sự tham gia của khâu cải thiện chất lượng động: Đánh giá sự tham gia của khối: để khối tác động thì diốt D7 phải mở.
+ Khi Ucđ = Ucđmax = 12,0029 V thì n 1499,967 v/ph
+ Khi Ucđ = Ucđmin =0,0135 V thì n 1,9386 v/ph
Ta biết rằng : điều kiện để khâu KĐTG bão hoà là
Khi Ucđ = Ucđmax thì n 1499,953 v/ph
Khi Ucđ = Ucđmin thì n 1,606 v/ph
Đặc tính tĩnh không có vùng khâu KĐTG bão hòa do sự tác động của khâu cải thiện chất lượng động trước đó Sơ đồ khối trong tình huống này là:
Từ sơ đồ khối ta có: n = (2,51 + 0,005631.n).0,323.KBĐKĐ - (U + I.R)KĐ n = 7056,3 - 392,9I (*)
(*) là phương trình đường thẳng, với n = 1499,968 v/ph thì I = 13,88 A Điểm toạ độ ( 13,88 ; 1499,968 ) phải nằm trên đường (1) khi Ucđ = Ucđmax
Giải phương trình trên ta được:
Như vậy t của vùng ngắt dòng chỉ có khâu ngắt dòng tác động là: n = 133,3047Ucđ + 0,044 - 0,008595 I
* Đặc tính cao nhất đi qua các điểm: A (9;1500,041) , B (9;1500) ,
* Đặc tính thấp nhất đi qu các điểm: D (0; 2,037) G (12,5; 1,976) ,
SV thực hiện: Nguyễn Thị Chinh Trang:47 n
Hình 5.3: Đặc tính tĩnh của hệ thống
