Đồ án Tổng Hợp Điện Cơ

I.1 : phân tích chọn động cơ truyền động và phơng án điều chỉnh tốc độ - Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là đối tợng điều khiển của hệ thống điều khiển t

ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn.

* ý nghĩa:

- Việc lựa chọn phơng án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng

Nó liên quan đến chất lợng sản phẩm cũng nh ảnh hởng đến hiệu quả kinh

tế của sản xuất Nếu nh lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng xuất làm việc, hạn chế đợc những hành trình thừa, chất lợng sản phẩm sẽ tốt hơn,

do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngợc lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trớc

* phơng án lựa chọn:

- Muốn chọn đợc hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đa ra các phơng án có thể đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá những u nhợc điểm mà chọn cho hợp lý

I chọn phơng án truyền động điện:

-Để thiết kế hệ thống truyền động điện ngời thiết kế phải đa ra nhiều phơng án khác nhau Rồi sau đó so sánh các phơng án trên hai phơng diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phơng án tối u nhất Phơng án tối u nhất là phơng án đáp ứng đợc yêu cầu đề ra đồng thời là phơng án đảm bảo về mặt

kỹ thuật và chi phí thấp nhất

I.1 : phân tích chọn động cơ truyền động và phơng án điều chỉnh tốc độ

- Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là

đối tợng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ đợc chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải

đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt

động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa

đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lợt các loại động cơ :Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :

- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :

+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn

- Đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế, u điểm là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rô to lồng sóc So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác nhợc điểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn.

đc

rf

hình 1

S X

S

R R

s

R U

23

Trong đó :

Uf : là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to

R2, ,R1 : là điện trở rô to và stato đã quy đổi

S S Sth

Sth a Mth M

2

) 1 (

2

+ +

+

=

Trong đó :

).(

.2

.3

2 1

2 1

1

2

nm X R

- Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ

- Thay đổi điện áp U khi tần số f = const

- Thay đổi điện trở mạch roto

- Thay đổi công suất trợt ( thay đổi số đôi cực )

a Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ

- Sức điện động của động cơ đợc cho bởi công thức sau :

U1 = E = 4,44.W1.f1.Kdq1.Ф = C.f1 Ф => Ф = U1/C.f1 (*)

Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const

+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì Ф giảm ( vì U = const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K Ф.I2.cosφ = const ) thì I2 phải tăng lên I2 > I2đm Nh vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn roto quá tải

+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì Ф tăng dòng từ hoá Iμ tăng mạch từ bão hoà , cosφ giảm , tổn hao lớn , nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép

Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) ngời ta thờng đi kèm với việc thay đổi điện áp để giữ cho Ф = const điều này rất phức tạp

b Thay đổi điện áp U khi f = const

rf = 0

rf # 0

n1

mth1 mth2

-Vì mômen động cơ tỉ lệ bình phơng điện áp vì vậy khi thay đổi điện áp đặt vào stato sẽ thay đổi đợc mômen và thay đổi đợc tốc độ Để điều chỉnh đợc

điện áp phải có bộ biến đổi điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) thông thờng

không áp dụng điều chỉnh U cho động cơ roto lồng sóc vì Sth của đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ Với động cơ roto dây quấn khi điều chỉnh điện áp cần nối thêm Rf mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh

Phơng pháp điều chỉnh điện áp mạch roto chỉ thích hợp với những truyền

động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh quạt gió , bơm li tâm …

c Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto

n 1

rf # 0

rf = 0

mth mn

Ta có thể điều chỉnh trơn điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn , u thế là

dễ tự động hoá việc điều chỉnh Điện trở trong mạch roto động cơ đợc xác

định theo biểu thức

Rr = Rrd + Rf

Trong đó : Rrd : Điện trở mạch dây quấn roto

Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không thay

đổi và độ trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

S = Si.Rr/Rrd

Trong đó : S : Độ trợt khi điện trở mạch roto là Rr

Si : : Độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd

Rrd I Rrd

Rr Si

Rr r I S

Rr r I M

3

.3

.3

1 2 1

2 1

2

ωω

Với máy điện không đồng bộ rô to dây cuốn, ta có thể dùng phơng pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng để thay đổi tốc của nó Ưu điểm là kết cấu bộ biến đổi rất đơn giản nhng nó có nhợc điểm là ở vùng tốc độ thấp do hệ số trợt S lớn nên gây tổn hao nhiều.

n 1 p= 1

p= 2

n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p

Khi thay đổi p thì n thay đổi

Tuy nhiên việc thay đổi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh

Hình 1 Hình2

- Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ truyền động của nhà máy luyện kim

- Ưu điểm là có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn , vận hành có độ tin cậy cao

- Mạch stato tơng tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động

- Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng

Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống cũng phức tạp và đắt tiền nh bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lợng cao nếu sử dụng máy điện đồng

bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian nh vậy thì năng suất lao động không cao

I.1.2 : Động cơ một chiều

- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,

có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều, nhng nhợc điểm là giá thành đắt

Động cơ một chiều có 3 loại chính :

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập

+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai loại trên

I.1.2.1 : Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

- Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ đợc ghép nối tiếp với phần ứng

- Phơng trình đặc tính cơ điện :

KC

R I KC

KC

R KCM U

điện trở phần ứng bằng cách mắc thêm điện trở phụ

* Nhận xét :

- Đặc tính cơ có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức ở vùng có dòng điện lớn hơn do mạch từ bão hoà nên từ

thông hầu nh không đổi và có dạng gần tuyến tính Do đó loại động cơ này không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao mà sử dụng cho những hệ truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen ( nhờ cuộn CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử dụng cho những hệ truyền động yêu cầu quá tải cao và mômen khởi động lớn

Vì từ thông phụ thuộc dòng điện nên khả năng chịu tải của động cơ không chịu ảnh hởng của sụt áp lới

I.1.2.2: Động cơ một chiều kích từ độc lập :

- Phơng trình đặc tính cơ điện : I

K

R K

U

φφ

- Phơng trình đặc tính cơ : M

K

R K

U

2

)( φφ

đặc tính mômen cản của phụ tải

- Từ phơng trình đặc tính cơ ta đa ra các phơng pháp điều chỉnh tốc độ nhsau :

- Phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

- Phơng pháp thay đổi từ thông

- Phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng

a Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ nh hình vẽ

đc ckt

c

- Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc

- Muốn thay đổi tốc độ ta đóng các điện trở phụ khi đó I giảm đột biến , do quán tính cơ nên tốc độ cha kịp biến đổi Trên hệ toạ độ (ωM) điểm làm việc chuyển từ a sang b Mômen giảm M<Mc => tốc độ giảm làm I lại tăng lên và tiến tới làm việc xác lập tại c với tốc độ ω2< ω1

- Khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thì :

+ ω2 = U/KΦđm = const

+ β = -(KΦđm)2/R Phụ thuộc vào R

R càng tăng thì β càng giảm và đặc tính cơ càng mềm Đây là điều hoàn toàn không mong muốn

* Nhận xét :

- Phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ Nó là phơng pháp điều chỉnh không triệt để dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản , độ chính xác duy trì tốc độ không cao , độ tinh chỉnh kém

- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp , sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn mạch càng nhỏ nghĩa là độ duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém , ngoài ra

số cấp điện trở có hạn , và việc điều chỉnh không trơn Tất cả những nguyên nhân trên đều hạn chế dải điều chỉnh

- Đặc biệt phơng pháp này gây tổn thất nhiều năng lợng do đó giảm hiệu suất hệ thống

b Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi từ thông nh hình vẽ

đc ckt

n

a' ab' a'' b''

tn

φ1

φ2

c

- Khi điều chỉnh từ thông ngời ta không đặt vấn đề tăng từ thông vì :

+ Không cho phép nâng dòng kích từ lớn hơn định mức Hơn nữa nếu

Φ = Φđm mà tiếp tục tăng thì mạch từ bão hoà từ thông không thể tăng

đ-ợc nữa vì vậy khi điều chỉnh từ thông ngời ta sẽ giảm từ Φđm trở xuống

M x K

Ru x

K

Udm I

x K

Ru x

K

Udm

)( φφ

φφ

- Khi giảm từ Φđm xuống Φ2 do quán tính cơ cha kịp thay đổi nên ω cha thay đổi và chuyển sang A’’ , M giảm xuống MA’’ > Mc => tốc độ tăng và

β −= Khi Φ càng giảm thì đặc tính cơ càng dốc ( đây là

điều hoàn toàn không mong muốn vì sẽ làm cho St tăng )

* Nhận xét :

Khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông thì

- Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh là dễ dàng và tổn hao công suất ít

- Khả năng tự động hoá cao

- Độ cứng đặc tính cơ giảm mạnh khi từ thông giảm và tốc độ không tải lý tởng tăng , sai lệch tĩnh tăng

- Dải điều chỉnh khi thay đổi từ thông nói chung là không rộng

- Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu đi vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thờng thì phải đồng thời giảm I => mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh

- Do điện cảm lớn nên hằng số thời gian lớn , thời gian quá độ dài

c Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ

- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho nh hình

vẽ

đc ckt

R dm

K

Ux I

dm K

R dm

K

Ux

2

)( φφ

φφ

Khi U giảm thì tốc độ giảm

dm K

ω

ωψ

* Nhận xét :

- Đây là phơng pháp đợc đánh giá tốt , nó là phơng án điều chỉnh triệt để , nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tởng , phơng pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lợng ít

- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao

- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh

- Đặc biệt phơng pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và bằng hằng số ( Mc = const )

động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng vì những u điểm nổi bật của chúng

I.2 Phân tích chọn bộ biến đổi :

Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi , các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từ của động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính

- Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : Chỉnh lu Tiristor hoặc Diôt

- Bộ biến đổi chỉnh lu không điều khiển + xung áp một chiều : Tranzitor hoặc Tiristor

I.2.1 : Bộ biến đổi máy điện

- Bộ biến đổi này gồm máy phát một chiều kích từ độc lập phát ra điện áp cung cấp cho mạch phần ứng động cơ , máy phát này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha ĐK kéo quay và tốc độ quay của máy phát là không đổi

Sơ đồ nguyên lý nh sau :

KF KF

KF F F F

F F F

i C

R

U i

i C K

K E

R U

KD KD

KF

KF F

U

M U

U

M K

R U

K

K

.).(

)(

0

2

βω

ω

φφ

Từ hệ trên ta thấy khi điều chỉnh dòng kích thích máy phát thì điều chỉnh

đ-ợc tốc độ không tải còn độ cứng đặc tính cơ thì không đổi

* Nhận xét :

_ Ưu điểm : Đây là một hệ thống cổ điển nhng vẫn thờng đợc sử dụng bởi : + Đơn giản , dễ điều chỉnh , độ tin cậy cao , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ môi trờng

+ Điện áp ra bằng phẳng gần nh không có sóng hài bậc cao

+ Dải điều chỉnh D = 10/1ữ30/1 Khi sử dụng các biện pháp ổn định tốc độ dải điều chỉnh D có thể đạt D= 100/1ữ200/1

+ Có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp

+ Hệ thống làm việc linh hoạt ở bốn góc phần t

+ Thực hiện tốt việc đảo chiều và các chế độ hãm

+ Phù hợp với tải Mc = const

- Nhợc điểm

+Công suất lắp đặt của hệ thống lớn gấp 5 lần công suất tải

+ Việc gia công nền móng tốn kém , diện tích lắp đặt lớn

+ Bảo quản phức tạp , gây tiếng ồn lớn

+ Hiệu suất không cao do sử dụng nhiều máy điện

I.2.2 : Bộ biến đổi điện từ :

Sơ đồ nguyên lý nh sau :

-a b c

Bằng cách thay đổi giá trị nguồn cấp cho KĐT ta sẽ thay đổi đợc giá trị

điện áp ra của bộ biến đổi và thay đổi đợc tốc độ động cơ

* Nhận xét :

- Ưu điểm :

Phạm vi điều chỉnh tốc độ tơng đối rộng , dễ chế tạo , bền , giá thành hạ

- Nhợc điểm :

+ Độ linh động điều khiển kém , đảo chiều khó khăn

+ Quán tính của hệ lớn do ảnh hởng của điện kháng khuếch đại từ + Hệ số công suất thấp , khi điều khiển chịu ảnh hởng phi tuyến của đặc tính từ hoá mạch từ

I.2.3 : Bộ biến đổi chỉnh lu không điều khiển + xung áp một chiều

Sơ đồ nguyên lý nh sau :

bbđ

uđk

ud

- Điện áp đặt lên động cơ có dạng xung , muốn vậy phải có bộ nguồn một chiều , thông thờng bộ nguồn này lấy từ bộ biến đổi chỉnh lu không điều khiển ( chỉnh lu điôt )

- Điện áp trung bình trên tải có dạng :

γ

.1.1

1

1 0

U Tck

t U udt Tck

udt Tck Utb

t t

t

=

=+

Bằng cách thay đổi giá trị của γ ta sẽ thay đổi đợc giá trị của Utb và tốc độ

động cơ thay đổi theo

Về lý thuyết có 3 cách thay đổi γ là :

+ Giữ nguyên Tck và thay đổi t1

+ Giữ nguyên t1 và thay đổi Tck

+ Kết hợp cả hai cách trên : Nhng phức tạp và ít dùng thông thờng dùng cách 1

* Nhận xét :

+ Đặc điểm của bộ biến đổi xung áp là : Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên tổn hao ít , không phụ thuộc nhiệt độ môi trờng , khả năng tự động hoá cao , tuy nhiên sơ đồ phức tạp , mạch điều khiển cũng phức tạp

I.2.4 : Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : dùng Tiristor

u d

u đk

fx

- Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay

đổi đợc bằng cách thay đổi Uđk

- Nguyên lý điều khiển : khi có Uđk thông qua bộ phát xung ( FX ) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận đợc điện áp chỉnh lu bằng việc thay đổi Uđk ta

sẽ thay đổi đợc góc mở của T và thay đổi đợc giá trị điện áp đầu ra

*Nhận xét :

_ Ưu điểm

+Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ , dễ tạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao đợc độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh Có thể điều chỉnh vô cấp , sai lêch tĩnh nhỏ

+ Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây

ồn , không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao

_ Nhợc điểm

+ Hệ thống chịu nhiều ảnh hởng của nhiệt độ khi dòng nhỏ suất hiện vùng gián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ

thống đảo chiều phức tạp , khả năng quá tải của các van kém

+ Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lu ra có dạng đập mạch rất cao

* Nhận xét chung :

Sau khi đa ra 4 phơng án trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật chọn phơng án dùng T-Đ Vì phơng án này có nhiều u điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ

+ Cầu 1 pha : 4T hoặc 2T + 2D hoặc 4D + 1T

+ Cầu 3 pha : 6T hoặc 3T + 3D

Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu từng sơ đồ cụ thể

Ii.1.1 Sơ đồ nối dây hình tia

- Số van chỉnh lu bằng số pha nguồn xoay chiều

- Các van có một điện cực cùng tên nối chung

- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính , trung tính nguồn là một điện cực còn lại của điện áp chỉnh lu

Muốn giảm dòng qua T và tăng độ bằng phẳng của điện áp ra ta tăng số tia lên , về lý thuyết ta có thể tăng từ 1 ữ ∞ tia nhng thực tế không thể vì số tia phụ thuộc số cuộn dây biến áp nguồn , thông thờng gặp : n = 1 , 2 , 3

( Dòng nhỏ đến trung bình ) ,n = 6 ít dùng ( dòng tải lớn )

+ n = 1 : Sơ đồ chỉnh lu tia một pha :

Đây là sơ đồ đơn giản nhất , Sơ đồ này thờng sử dụng ở dạng có D0và đợc ứng dụng trong một số trờng hợp sau : Hệ thống truyền động điện dùng khớp ly hợp điện từ , để cung cấp điện áp một chiều điều chỉnh đợc cho một số thiết bị khác

Chỉnh lu tia 2 pha có hoặc không có D0

Khi không có D0 điện áp trên tải có dạng :

ω

.2

2

) 0 (

U t td U

Điện áp trên tải vẫn còn phần điện áp âm ( phần nghịch lu )

Dòng qua các T :

22

L aT

I t d I

I = π∫+α =

α

ωπ

Khi đóng K ( có D0 ) : phần điện áp âm trên tải không còn nữa và điện áp trên tải là :

2

1

cos

) 0 (

+

u d

αω

π

αππ

ωπ

α

α

.2

2

)(

22

1

0

0

L L

D

L L

aT

I t d I I

I t d I I

để đảo chiều quay cho động cơ

* n=3 Giả sử xét một sơ đồ chỉnh lu hình tia 3 pha nh sau :

c b

- Giả sử tại thời điểm ωt = α+π/6 thì T3 dẫn dòng , T1 , T2 khoá

Tại thời điểm v1 uac > 0 đồng thời cho xung vào T1 mở , T3 đặt điện áp

ng-ợc nên khoá lại , T2 vẫn khoá ,ud = ua

- Đến ωt = π , ua = 0 và chuyển sang âm , nhng T1 vẫn mở vì nhờ sđđ tự cảm của Ld ( đây chính là phần điện áp âm trên hình vẽ )

- Đến ωt = α+5π/6 = v2 thì uba > 0 và có xung điều khiển -> T2 dẫn dòng

- Đến ωt = v3 Thì T3 dẫn dòng , các T thay nhau dẫn dòng -> dòng qua các

T là liên tục

Điện áp trên tải tính theo biểu thức :

3

cos

) 0 (

d Ltb

d

I I

)6/(

32

)6/5(2

)6/cos(

13

0

) 0 (

παπ

απ

π

πα

=

d D

L Ttb

d

I I

I I

U

u

.ii.1.2 : Sơ đồ nối hình cầu :

Phổ biến hiện nay là sử dụng sơ đồ cầu 1 pha và 3 pha

+ Sơ đồ hình a ( Sử dụng 4T : Cầu 1 pha điều khiển toàn phân )

+ Sơ đồ hình b , c ( Sử dụng 2T + 2D : chỉnh lu hai nửa sóng điều khiển bán phần )

+ Sơ đồ hình d ( Sử dụng 4D + 1T ) T có nhiệm vụ điều khiển còn 4D làm nhiệm vụ chỉnh lu

Các sơ đồ có hoặc không có D0 tuỳ thuộc vào tính chất của tải

Trong các sơ đồ trên nếu sử dụng 2 BBĐ mắc song song ngợc để đảo chiều

động cơ thì sơ đồ hình a là có thể và với tải không đảo chiều thì sơ đồ hình

c là có lợi nhất ( T1 , T2 chỉnh lu , D1 D2 có vai trò nh D0 )

Các dạng điện áp ra giống nhau , để tổng quát ta phân tích nguyên lý hoạt

động sơ đồ hình a

Giản đồ điện áp và dòng điện nh hình vẽ

+ Giả sử trớc thời điểm v1 T3 , T4 vẫn dẫn dòng

Đến ωt = v1 , u1 > 0 và có xung điều khiển T1 T2 dẫn dòng và đến ωt = π thì

u1 = 0 nhng T1 và T2 vẫn dẫn dòng do có điện áp tự cảm trên L => Điện áp trên tải nh hình vẽ

1 max

max

) 0 (

22

cossin

22

U U

U

I I

U t td U

u

ang ath

L aT

m d

- Khi K đóng ( có D0 ) Nguyên lý hoạt động tơng tự nh trên chỉ khác đến thì

T1 , T2 ngừng dẫn ( vì điện áp tự cảm khép mạch qua D0 ) và điện áp trên tải không còn phần âm nữa Lúc đó ta có :

αππ

αω

ω

πα

)(

2

2

1cossin

22

0

) 0 (

L D

L aT

m d

I I

I I

U t d t U

- BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu Trong sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp có điện

áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực

bộ chỉnh lu với nguồn điện xoay chiều

- T1 đến T6 : Các van chỉnh lu có điều khiển để biến đổi điện áp xoay chiều

3 pha bên thứ cấp ua , ub , uc bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , Ld , Ed

- Từ ωt = v0 ữ v1 và từ ωt = v6 ữ v7 thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub do không có D0 nên ud còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trớc gửi

đến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ có thể bỏ qua

- Trong 2 loai sơ đồ hình tia 3 pha và hình cầu 3 pha Sơ đồ hình tia 3 pha

để làm sơ đồ của BBĐ tạo điện áp một chiều cung cấp cho động cơ

II.2 : Chọn phơng án đảo chiều :

Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà động cơ có hoặc không đảo chiều Theo yêu cầu của đề tài phải đảo chiều động cơ với tần số lớn , vì vậy ta sẽ chọn phơng án để đảo chiều cho động cơ

Do T chỉ dẫn dòng theo một chiều vì vậy nếu dùng một bộ chỉnh lu cầu sẽ không thể thực hiện đảo chiều cho mạch phần ứng hoặc mạch kích từ , thông thờng có hai phơng pháp đảo chiều động cơ là :

- Giữ nguyên dòng điện phần ứng và đảo chiều kích từ : Phơng pháp này gây ra thời gian quá độ lớn và phơng pháp này chỉ thực hiện đảo chiều với tần số thấp

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

+ Đảo chiều bằng hệ thống rơ le công tắc tơ : Qúa trình đảo chiều lâu và chỉ thực hiện đảo chiều với tần số thấp và máy công suất nhỏ , mặt khác phơng pháp này còn tạo hồ quang gây hỏng tiếp điểm ,

+ Đảo chiều dòng phần ứng bằng cách mắc song song ngợc hai bộ biến

đổi : phơng pháp này có thể thực hiện đảo chiều với tần số lớn , thực hiện

đảo chiều dễ dàng rất phù hợp với hệ thống công suất lớn , đòi hỏi tự động hoá cao và thời gian quá độ do đảo chiều nhỏ

* Kết luận :

qua việc phân tích trên và để tận dụng u điểm của bộ chỉnh lu cầu 3 pha ta chọn phơng án đảo chiều động cơ bằng cách mắc song song ngợc hai bộ biến đổi cầu 3 pha

Chỉnh lu có đảo chiều bằng cách mắc song song ngợc hai bộ biến đổi có hai phơng pháp điều khiển là điều khiển chung và điều khiển riêng

II.2.1 : Điều khiển chung:

Sơ đồ nguyên lý nh sau :

Nếu điều khiển chung đối xứng thì α1 và α2 quan hệ nhau theo biểu thức

α1 + α2 = 1800 giả thiết bỏ qua tổn thất và chế độ dòng là liên tục thì

điên áp chỉnh lu trung bình của sơ đồ là :

Ud1 = Udo.cosα1

Ud2 = Udo.cosα2 = Udo.cos(1800 - α1) = -Udo.cosα1

Ud = Ud1 = - Ud2 = Udo.cosα1

Nh vậy thành phần một chiều trên đầu ra của hai bộ biến đổi là cân bằng nhau nên không gây ra dòng cân bằng khép vòng qua các van của bộ biến

đổi Tuy vậy giá trị tức thời trên đầu ra của hai bộ biến đổi không cân bằng nhau , điều này đã tạo ra sự chênh lệch về điện thế và gây ra dòng khép vòng qua các van và các pha của nguồn cung cấp xoay chiều mà không đi qua tải , nó đợc gọi là dòng cân bằng

Do giá trị tổng trở của nguồn rất nhỏ nên dòng này có thể rất lớn phá huỷ chế độ làm việc của bộ biến đổi Để hạn chế dòng cân bằng này ngời ta mắc 4 nửa cuộn kháng nh hình vẽ hoặc phối hợp điều khiển không tuyến tính tức là hai góc α1và α2 không còn quan hệ nh trớc nữa mà

α1 + α2 > 1800 => α1 + α2 = 180 + 2.θ

bằng việc tăng giá trị θ thì Ed2 > Ed1dòng chỉ có thể chạy từ bộ biến đổi

1 sang động cơ mà không thể chạy sang bộ biến đổi 2 Do đó dòng cân bằng giảm khá mạnh Tuy nhiên phơng pháp này cùng một giá trị góc điều khiển α nhng giá trị điện áp trên tải có thể khácnhau Thời gian ngừng dòng khi điều khiển lớn làm xấu các chỉ tiêu chất lợng động khi tải có sức

điện động và có tính cảm lớn

* Nhận xét :

Phơng pháp điều khiển chung có u điểm là điều khiển nhanh và trơn , mạch điều khiển đơn giản , quan hệ điện áp trung bình ra và Uđk là đơn trị Tuy nhiên sơ đồ loại này có nhợc điểm là phát sinh dòng cân bằng gây tổn thất trong BBĐ , có thể phá huỷ hệ thống nếu dòng cân bằng lớn , muốn hạn chế dòng cân bằng phải mắc thêm cuộn kháng điều này làm tăng kích thớc mạch động lực và tăng chi phí đầu t

II.2.2 : Điều khiển riêng

Sơ đồ nguyên lý nh hình vẽ

lI

r c c

r

atmba

Điều này làm xuất hiện khoảng ngừng dòng khi đảo chiều mà thời gian ngắn nhất cũng phải cỡ vài ms , nó hạn chế độ tác động nhanh của BBĐ Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ bán dẫn ngời ta đã sử dụng các dụng cụ bán dẫn và vi điện tử có độ chính xác cao , kết hợp các thiết bị đo

lờng có độ nhạy cao nên thời gian ngừng dòng khi đảo chiều đợc hạn chế

II.3 : phân tích mạch động lực

Khi điều khiển riêng thì hai bộ chỉnh lu làm việc riêng rẽ với nhau Tại một thời điểm chỉ phát xung cho một bộ Bộ kia sẽ khoá do không có xung

điều khiển

atm ba

CD : Cầu dao nguồn

BA : Biến áp nguồn có nhiệm vụ :

+ Tạo điện áp phù hợp cho BBĐ

+ Cách ly về điện giữa lới điện xoay chiều và mạch động lực của chỉnh lu

+ Hạn chế tăng tốc độ của dòng qua van khi mở van

+ Hạn chế quá áp bên ngoài truyền vào BBĐ

T1 đến T12 các Tiristor làm nhiệm vụ chỉnh lu

T1 đến T6 : Thuộc BBĐ1 chỉnh lu điện áp một chiều cấp cho phần ứng động cơ khi quay thuận

T7 đến T12 : Thuộc BBĐ2 chỉnh lu điện áp một chiều cấp cho phần ứng động cơ khi quay ngợc

Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập

CK : Cuộn kháng san bằng có nhiệm vụ ngăn thành phần xoay chiều bậc cao từ BBĐ sang động cơ nhờ cảm khang Xl và cảm kháng này góp phần duy trì dòng qua động cơ là liên tục

LOG , Ukc, i1l, i2l các tín hiệu logic đầu vào

LI , LII các tín hiệu logic đầu ra quyết định mở hay khoá bộ biến đổi

Hai bộ chỉnh lu CL1 Và CL2 có hai mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và FX2 Trật tự phát xung của hai bộ này đợc quy định bởi các tín hiệu lô gíc LI và LII Quá trình hãm và đảo chiều đợc biểu diễn bằng đồ thị thời gian

Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi Ukc góc điều khiển α tăngđột biến đến

α >π/2 Do vậy phần ứng giảm dần về 0 Lúc này cắt xung điều khiển để khoá bộ CL1 Thời điểm t2 đợc xác định bằng cảm biến dòng điện không SI1 trong khoảng thời gian trễ τ = t3 - t2 bộ chỉnh lu 1 khoá hoàn toàn , dòng điện phần ứng bị triệt tiêu

Tại t3 sđđ của động cơ E vẫn còn dơng tín hiệu lôgíc LII kích thích cho bộ phát xung FX2 mở bộ chỉnh lu CL2 với góc mở α >π/2và sao cho dòng

điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép động cơ đợc hãm tái sinh Nếu nhịp độ giảm t2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng

điện hãm và dòng điện khởi động không đổi , điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

Phần III : Chọn và phân tích mạch điều khiển

- Do chúng ta sử dụng bộ biến đổi van nên để các van của bộ chỉnh lu

có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thoả mãn hai điều kiện

+ Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van+ Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thờng gọi là tín hiệu điều khiển

Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, ngời ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển đó gọi là mạch phát xung

- Vì hệ thống yêu cầu chất lợng cao , độ ổn định tốc độ cao tức là đặc tính cơ phải rất cứng , muốn vậy ta phải thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ

để hệ tự động ổn định tốc độ khi tải dao động Ngoài ra cũng cần thiết kế mạch phản hồi âm dòng điện để tự động hạn chế dòng điện khi khởi động hoặc khi có quá tải quá phạm vi cho phép

- Để đảm bảo chất lợng động , chất lợng tĩnh đồng thời nâng cao khả năng tự động hoá và dễ dàng tổng hợp tín hiệu phản hồi ta phải thiết kế khâu khuếch đại trung gian

- Ngoài những mạch chính trên cũng phải kể đến các mạch tạo nguồn nuôi , các mạch lấy tín hiệu phản hồi

III.1 : Thiết kế mạch phát xung

* Chức năng điều khiển của mạch phát xung