Do an Kich tu doc lap phan hoi am toc do

GIỚI THIỆU CHUNG: Hệ thống truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như các thiết bị điện, thiết bị điện tử, thiết bị điện từ, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như

LỜI NÓI ĐẦU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực

của các ngành kinh tế quốc dân; đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp Từ lâu con người đã sử dụng các hệ thống máy móc và các hệ thống tự động hiện đại trong sảnxuất, nó góp phần làm giảm đáng kể sức lao động của con người và làm tăng năng suất lao động lên gấp nhiều lần

Việc điều khiển các động cơ điện truyền lực cho các máy công cụ là một công việc chủ yếu trong các hệ thống điều khiển, và nó chiếm tới 50% tổng khối lượng công việc Ngày nay con người đã tạo ra được các hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn không cần đến sự điều khiển của con người, với sự trợ giúp của máy tính

và các hệ thống lập trình sẵn do con người tạo ra Chúng ta muốn có nhiều sản phẩm có chất lượng cao thì cũng có nghĩa là chúng ta phải tạo ra được các hệ thốngđiều khiển tự động chất lượng cao, và nhất là điều khiển động cơ điện Vì vậy công việc thiết kế một hệ thống điều khiển động cơ điện cho một hệ thống truyền động làhết sức cần thiết, nhất là khi nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hoá và hiện đại hoá

Trong quá trình học tập, em được giao nhiệm vụ: “thiết kế hệ thống truyền động

BBĐ van - Động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay có phản hồi

âm tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt”

Trong quá trình tìm hiểu và thiết kế, nội dung trong đồ án được xây dựng trên cơ sởtính toán logic, các số liệu được tra cứu chính xác từ những bảng tra trong các tài

liệu tham khảo Dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy Dương Quốc Tuấn, đến nay đồ

án của em đã được hoàn thành Tuy nhiên, do còn thiếu kinh nghiệm và thời gian

có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong được sự giúp đỡ,chỉ bảo của các thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thiết kế

Phạm Ngọc Hạnh

PHẦN I

PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Hệ thống truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như các thiết bị điện, thiết bị điện tử, thiết bị điện từ, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó

Khi biến đổi năng lượng điện - cơ hay gia công chi tiết khác nhau đòi hỏi phải có tốc độ khác nhau, việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn trong sản xuất và năng suất cao Vì vậy, việclựa chọn phương án truyền động điện phù hợp là vô cùng cần thiết

Một phương án truyền động điện phù hợp là luôn đảm bảo các mặt sau:

+ Vốn đầu tư thấp nhất

+ Chi phí vận hành nhỏ

+ Làm việc an toàn, tin cậy

+ Đảm bảo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

+ Chất lượng sản phẩm cao

+ Giá thành hạ

+ Khi hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện dự trữ sẵn

có, dễ kiếm, dễ mua

1.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ.

1.2.1 Giới thiệu về động cơ một chiều kích từ độc lập.

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có cuộn kích từ mắc vào nguồn một chiều độc lập (hình 1.a) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng

có thể cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn)

Hình 1.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Vì vậy có thể ổn định ở mọi tốc độ với dải điều chỉnh rộng do M = K .I mà  = const, M const đồng thời động cơ này có mô men mở máy lớn nên dễ khởi động

1.2.2 lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ cho động cơ một chiều kích từ độc lập.

Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập:

ta thấy có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ :

+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông

+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

a Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Tốc độ không tải lý tưởng: 



0  U K

dm dm

Rf3 Rf2

Rf1

Rf = 0

0



0

Hình 2 Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện

Nhận xét:

Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần

ứng thì độ cứng đặc tính cơ  giảm đi

Với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng

lớn thì tốc độ động cơ giảm, đồng thời

dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn

mạch cũng giảm (hình 2) Như vậy

phương pháp này không thể ổn định tốc

độ cho toàn dải điều chỉnh

b Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông

Khi điều chỉnh từ thông:

Tốc độ không tải lý tưởng: 



ox dm x

U K

Hình 8 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thôngHình 3

Độ cứng đặc tính cơ:  (  ) 

var

K R

x u 2

Nhận xét:

Do cấu tạo động cơ, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thông giảm thì ox tăng, còn  sẽ giảm Ta có đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 3)

Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc độ lớn hơn tốc độ định mức Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này

c Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Khi thay đổi điện áp ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng: 



ox

x dm

U K

Hình 4 Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi

điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Độ cứng đặc tính cơ: const

R

) K (

ta có thể điều chỉnh và ổn định tốc độ ở mọi dải điều chỉnh

Kết luận : Để phù hợp ta chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập và chọn phương

pháp điều áp đặt vào phần ứng động cơ.

1.3 LỰA CHỌN LOẠI BỘ BIẾN ĐỔI.

Về phương diện điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có nhiều ưu điểm hơn

so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt tốc độ điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

Để cung cấp năng lượng cho động cơ một chiều cần có nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển

Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành năng lượng điện một chiều có sức điện động điều chỉnh Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu Uđk Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với các động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb 0

Thực tế có hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:

+ Bội biến đổi máy điện (KĐM)+ Bộ biến đổi điện từ (KĐT)+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn (CLT)+ Bộ biến đổi xung áp một chiều (BBĐXA)Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động sau:

+ Hệ truyền động Máy phát - Động cơ (F - Đ)

+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ )+ Hệ truyền động khuếch đại từ - Động cơ (KĐT - Đ)

+ Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ (T - Đ)+ Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ)s

Theo yêu cầu của đề tài thiết kế, trong đồ án này em chỉ xét truyền động là: Hệ truyền động T - Đ

1.3.1 Giới thiệu hệ truyền động CL - Đ.

Trong hệ truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu điều khiển có suất điện động Eđ phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển) Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lưu thích hợp Sơ đồ nguyên lý

và đặc tính cơ của hệ như hình vẽ 5, 6

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động chỉnh lưu động cơ

Hình 6: Đặc tính cơ của hệ CL-Đ

Ed Ld Rd

Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vàotính chất của tải, trong truyền động tải của chỉnh lưu là cuộn kích từ (L - R) hoặc là mạch phần ứng động cơ

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tựđộng hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyêch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng caochất lượng các các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

Nhược điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp

1.3.2 Giới thiệu bộ biến đổi

Qua những phân tích về hệ thống truyền động điện ta thấy, mỗi hệ thống đều có ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu công nghệ riêng Song để phù hợp với yêu cầu đặt ra của đề tài ta chọn phương án truyền động điện chỉnh lưu T - Đ với

bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng

2.1 GIỚI THIỆU VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC:

Phần I ta đã lựa chọn phương án truyền động điện chỉnh lưu Thiristor - Động

cơ với bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn sử dụng 4 Thiristor có diot D0

Để thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van - động cơ một chiều không đảo chiều quay ta sử dụng nguồn cung cấp là biến đổi van xoay chiều thành một chiều có điều khiển

Sơ đồ khối được miêu tả như sau:

Uph

Trong đó:

 BA là biến áp cung cấp nguồn cho bộ biến đổi

 BBĐ1 là bộ biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều cung cấp cho độngcơ

 BBĐ2: là bộ chỉnh lưu cung cấp nguồn kích từ cho động cơ

 Đ: là động cơ điện một chiều

 FT: là máy phát tốc kết hợp với các phần tử khác của mạch điều khiển tạo ramạch phản hồi âm tốc độ ổn định tốc độ động cơ và đảm bảo chỉ tiêu chấtlượng tĩnh

 HTĐK (Hệ thống điều khiển) là hệ thống có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiểncác Thiristor để từ đó điều khiển được tốc độ động cơ

2.1.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động

Là hệ thống làm việc van - động cơ một chiều với hệ thống khống chế vòng kín (phản hồi âm tốc độ) Việc điều chỉnh tốc độ của hệ thống được thực hiện bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ như thay đổi thời điểm

Họ đường đặc tính cơ của hệ thống như sau:

Hình 2.1: Họ đường đặc tính cơ của hệ

Trong hệ thống có sử dụng máy phát tốc nên khi tốc độ của động cơ thay đổi thì lượng điện áp đưa vào mạch khống chế cũng cao thay đổi theo, cuối cùng làm thay đổi thời điểm tạo xung dẫn đến điện áp bộ biến đổi là U.d = Uư cũng thay đổi theohướng chống lại sự thay đổi tốc độ ban đầu Vì vậy duy trì được điểm làm việc đã chọn

2.1.2 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ

đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng 4 Thiristor có diot D 0

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình

cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng 4 Thiristor có diot D 0

b Nguyên lý làm việc:

Giả thiết phụ tải có Ld=  và xem sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm ta bắt đầu xét (t = 0) Với đồ thị điện áp nguồn và giá trị góc điều khiển  thì nguyên lýlàm việc của sơ đồ như sau:

Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trước thời điểm t = v1= thì trong sơ đồ haivan T3 và T4 đang dẫn dòng

Tại t = v1= thì 2 van T1 và T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận (uT1=uT2=u2) nên cả hai van cùng mở Do van T1, T2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không và ta có: ud=u2; uT3=uT4=-u2 và tại

t = v1= (u2>0), tức là T1,T4 bị đặt điện áp ngược và khoá lại Từ thời điểm này (t = v1) trong sơ đồ chỉ có 2 van T1,T2 dẫn dòng Khi hai van T1, T2 làm việc thì:

ud=u2; uT1=uT2=0; uT3=uT4=-u2; iT1=iT2=id=Id; iT3=iT4=iD0 = 0

Tại t= thì u2=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động ngược với chiều dòng qua T1 và T2, đồng thời trên T3 và T4 lúc này có điện áp thuận nhưng T3 và T4 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển.Vì vậy mà UD0 =-Ud ,nếu

Ud <0 thì D0 sẽ đặt được điện áp thuận và D0 sẽ mở

Do giả thiết bỏ qua sụt áp trên diôt dẫn dòng nên ngay tại thời điểm U D0 = 0 và có

xu hướng chuyển sang dương thì D0 mở (tức là D0bắt đầu mở tại (t = )

Khi D0 mở thì điện áp trên nó giảm dẫn về 0 nên UD0 =Ud = 0,do vậy UT1 = U21 và bắt đầu chuyển sang âm T2 và T1 khoá lại mà T3 và T4 vẫn khoá nên lúc này trong

và t=v2=+ thì u2<0, tức là T1, T2 bị đặt điện áp ngược và khoá lại Từ thời điểm này (t=v2) trong sơ đồ chỉ có 2 van T3 và T4 dẫn dòng Khi hai van T3 và T4 cùng làm việc thì: ud=-u2; uT1=uT2=u2; uT3=uT4=0; iT1=iT2=0; iT3=iT4=id=Id

Tại t=2 thì U2=0 cũng tương tự như ở thời điểm t=2 diôt D0 làm việc dưới tác dụng của sức điện động cảm ứng sinh ra trong Ld, các biểu thức tính toán cũng hoàn toàn tương tự

Tại t=v3=2+ thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ t=v1

ĐỒ THỊ ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN MINH HOẠ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SƠ ĐỒ TRÊN

 Các biểu thức tính toán cơ bản :

cos 1



U Tthmax U Tngmax  2 U 2

Với yêu cầu không cần chhính xác, chỉ cần hãm dừng nhanh để tăng năng suấtđảm bảo yêu cầu đặt ra là không đảo chiều quay.Sau đây ta xét các chế độ hãm củađộng cơ điện một chiều kich từ độc lập để chọn ra một chế độ hãm thích hợp:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:

R

( )2 .

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện đổi chiều và công suất được đưa trả về lưới có giá trị P=(E-U)I Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích.

Nhưng với bộ biến đổi Tiristo-động cơ thì cácTiristo không cho phép dẫn dòng ngược (mà ở chế độ hãm ngược dòng điện đưa lên lưới bị đảo chiều xem hình 1.1) nên dòng Ih không thể chạy ngược qua bộ biến đổi để trả năng lượng về lưới Do

đó hệ truyền động đã nêu trên không thực hiện hãm tái sinh

Hình 2.3: Đặc tính hãm tái sinh của động cơ kích từ độc lập

2.2.2.Hãm ngược

Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momen điện từ của động cơ Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất

Có 2 trường hợp hãm ngược:

a.Thêm điện trở phụ mạch phần ứng

Đưa thêm điện trở phụ có trị số đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho momen ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mômen cản Trường hợp này chỉ

gặp khi tải thế năng Các đặc tính được biểu diễn trên hình -Đoạn đặc tính hãm ngược là đoạn cd.

Trong đoạn hãm ngược cd vì tốc độ đổi chiều, suất điện động E đổi dấu nên:

Vì sơ đồ nối dây của động cơ không thay đổi, nên phương trình đặc tính cơ là phương trình đặc tính biến trở

u f dm

Nhận xét:

Khi hãm ngược ta vẫn sử dụng điện lưới do đó không thực hiện được khi sự cố mấtđiện

Hình 2.4 Đặc tính hãm ngược khi đưa Rf vào mạch phần ứng động cơ kích từ độc lập

b Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Qua đồ thị đặc tính cơ (hình 25) ta có nhận xét : với kiểu hãm này với nhược điểm giống như trường hợp hãm trên nó còn có thêm nhược điểm nữa là phải thêm thiết

bị cắt điện vào đúng thời điểm tốc độ động cơ bằng không (=0) nếu không động

cơ (Mđc>Mc) sẽ quay ngược lại

Hình 2.5 Đặc tính hãm ngược khi đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng của động cơ.

2.2.3 Hãm động năng

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơhọc các động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt

a Hãm động năng kích từ độc lập

Động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điển trở hãm nhưng còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ (hình 26)

Nhận xét: Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích luỹ nân năng lượng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích

từ nhưng phương pháp hãm này có nhược điểm là mất điện lưới thì không thực hiện được quá trình hãm và động cơ quay và dừng tự do

Hình 2.6 Sơ đồ hãm động năng kích tự độc lập

b Hãm động năng kích tự kích

Nó khắc phục nhược điểm của hãm động năng tự kích độc lập Thật vậy hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích thích rakhỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm (hình 2.7).

Theo sơ đồ nguyên lý ta có:

Trong 3 trạng thái hãm trên, xét về mặt năng lượng thì hãm tái sinh là kinh tế hơn

cả Nhưng theo đề tài đã cho yêu cầu không đảo chiều quay nên ta không dùng phương pháp hãm tái sinh

Hai phương pháp hãm còn lại là hãm ngược và hãm động năng So với phương pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc độ ban đầu và cùng mômen cản Tuy nhiên hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng đặc biệt là hãm động năng tự kích ví không tiêu thụ năng lượng từ lưới nên phương pháp hãm này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lưới

Vì vậy trong hệ thống này ta chọn phương pháp hãm động năng tự kích.

2.3 PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC

R11 C8

R10 C7

R12 C9 R13 C10

Rh K

 AT : Aptomat dùng để bảo vệ và đóng cắt mạch điện

 BAĐL : máy biến áp động lực có các nhiệm vụ sau:

Cung cấp điện áp phù hợp cho bộ chỉnh lưu

Cách li về mặt điện giữa nguồn xoay chiều với mạch động lực bộ chỉnh lưu.Nhờ có điện cảm nên có thể hạn chế tốc độ tăng dòng điện qua các van.Hạn chế dòng ngắn mạch qua các van

Giảm ảnh hưởng của bộ biến đổi đến lưới điện xoay chiều

 Các van T1, T2, T3, T4 : các van dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thànhmột chiều có thể điều khiển được để cung cấp cho động cơ

D0

 D0 là diôt

R,C : các điện trở và điện dung dùng để bảo vệ quá tốc độ tăng áp qua các van

 CK : cuộn kháng san bằng được mắc nối tiếp với mạch động lực để san bằngdòng điện qua phụ tải

 Đ : động cơ điện một chiều, là đối tượng điều chỉnh của hệ thống

RH : điện trở dùng để hãm động năng, làm giảm thời gian hãm và dòng điện hãm cho động cơ

2.3.2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu

2.3.3 Nguyên lý làm việc của mạch hãm

PHẦN III CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Với hệ thống truyền động có sơ đồ mạch động lực như đã chọn ở phần trước ta thấy rằng trước tiên muốn cho động cơ làm việc thì bộ chỉnh lưu phải làm việc để cấp điện áp cho động cơ Bộ chỉnh lưu ở đây là bộ chỉnh lưu có điều khiển nên muốn bộ chỉnh lưu làm việc được thì các van có điều khiển (thyristor) phải được cung cấp các tín hiệu điều khiển đủ yêu cầu và theo quy luật xác định Vì vậy ta phải có mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van mà người ta thường gọi là mạch phát xung điều khiển

Mặt khác để cho hệ thống có thể đáp ứng được các yêu cầu như phạm vi điều chỉnh, độ sụt tốc độ, v.v thì ta phải sử dụng các tín hiệu phản hồi và hệ thống cũng phải có hệ số khuếchđại đủ yêu cầu, nên ta phải có mạch lấy tín hiệu phản hồi, bộ phận tổng hợp các tín hiệu, mạch khuếch đại Và để cung cấp nguồn một chiều cho mạch phát xung, mạch khuếch đại, mạch tạo điện áp chủ đạo v.v ta cũng phải có các phần mạch riêng Toàn bộ các mạch điện để thực hiệncác nhiệm vụ trên được gọi là mạch điều khiển của hệ thống truyền động Tóm lại mạch điều khiển hệ thống truyền động gồm :

- Mạch phát xung điều khiển các van chỉnh lưu

- Mạch tổng hợp và khuếch đại các tín hiệu điều khiển

- Các mạch khác

3.2 CHỌN MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC VAN CHỈNH LƯU

3.2.1 Chọn phương pháp phát xung:

Theo tài liệu Kỹ thuật biến đổi thì hiện nay người ta thường sử dụng một số

phương pháp phát xung điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu theo các phương pháp sau:

* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng

Phương pháp này có mạch phát xung phức tạp nhưng đáp ứng được các yêu cầu chỉtiêu chất lượng:

+ Độ rộng xung các yêu cầu làm việc

+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

+ Góc mở  của Tiristor có thể thay đổi được trong khoảng rộng

+ Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo có hệ số khuếch đại phù hợp, làm việc tin cậy độ chính xác cao

+ Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn

* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha ngang

Phương pháp này có ưu điểm là có mạch phát xung điều khiển đơn giản, nhưng có một số nhược điểm là phạm vi điều khiển góc mở  không rộng, rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp được tín hiệu điều khiển Do những nhược điểm này mà hệ phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang không phùhợp với yêu cầu công nghệ

* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt 2 cực gốc ( tranzitor một tiếp giáp ).Mạch phát xung của phương pháp này đơn giản nhưng nó có nhược điểm là chỉ phùhợp với công suất nhỏ, đảo chiều gặp khó khăn

So sánh đặc điểm của 3 phương pháp này ta thấy rằng mạch phát xung pha đứng

có nhiều ưu điểm như: xung ra tốt, độ rộng của xung có thể thay đổi được trong dảirộng Phương pháp này được chia ra các khối hoạt động phối hợp với nhau nên dễ dàng tự động hoá và dễ thay đổi được các thông số chất lượng nên ta sử dụng hệ thống điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng

3.2.2 Sơ đồ khối mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng.

Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng người ta thấy có thể phân chia các mạch điện hệ thống ra làm 3 khối chức năng khác nhau như sơ đồ hình 24 Trong đó bao gồm:

- U1 :là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

- Urc: điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu ra khối ĐBH-PSRC

- Uđk: điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc 

- UđkT: điện áp điều khiển Thyristor là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển (cũng là đầu ra của khối tạo xung) và được truyền đến điện cực điều khiển (G) và katôt (K) của các Thyristor

Nguyên lý cơ bản điều khiển hệ thống theo nguyên tắc pha đứng như sau: Tín hiệu điện áp cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số của điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng phahoặc lệch một pha xác định so với điện áp nguồn Điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ (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 mạch phát điện áp răng cưa ta 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 được gọi là điện áp răng cưa urc

TXSS

Các điện áp răng cưa được đưa đến đầu vào của khối so sánh và ở đó còn có 1 tín hiệu khác nữa là điện áp điều khiển một chiều điều chỉnh được và được đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh là ngược chiều nhau Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm hai 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 Do tín hiệu ra của mạch SS là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có hoặc không Tín hiệu trên đầu ra khối SS

là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của urc, nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn nào của urc thì sườn xung ấy của urc được gọi là sườn sử dụng Điều này có nghĩa rằng: Tại thời điểm urc = uđk ở phần sường

sử dụng trong một chu kì của điện áp răng cưa thì trên đầu ra khối SS sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp Từ đó ta thấy: có thể thay đổi thời điểm xuất hiện của xung đầu ra khối SS bằng cách thay đổi giá trị của uđk khi giữ nguyên dạng urc, trong một số trường hợp thì xung ra từ khối SS được đưa đến điện cực điều khiển của tiristor, nhưng đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ các yêucầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tirsitor Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện việc khuếch đại, thay đổi lại hình dạng của xung… Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch điện gọi là mạch tạo xung (TX), cuối cùng trên đầu rakhối TX ta có chuỗi xung điều khiển (uđkT) có đủ các thông số yêu cầu về công suất,

độ dài, độ dốc mặt đầu của xung, … nhưng 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 thờiđiểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và katốt của Tiristorchính cũng là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh, tức là khối SS đóng vaitrò xác định giá trị góc điều khiển  Vậy điều khiển giá trị điện áp điều khiển uđk tađiều khiển được giá trị góc điều khiển 

Trong sơ đồ chỉnh lưu hình cầu, để tạo ra tín hiệu điều khiển cho nhiều van trong

hệ thống điều khiển này có 2 phương pháp:

+ Sử dụng mạch phát xung giống hệt nhau, mỗi mạch đều có các khối giống nhau

và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lưới đặt vào mạch đồng bộ Mỗi mạch phátxung được dùng để tạo xung điều khiển cho một van hoặc một số van mắc nối tiếp hoặc song song Mạch này gọi là mạch nhiều kênh

+ Sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng cưa, một khối so sánh Mạch này được gọi là mạch điều khiển một kênh.

Mạch điều khiển một kênh phức tạp hơn nhiều so với mạch nhiều kênh Với yêu cầu đầu bài đã cho ta chọn mạch điều khiển có nhiều kênh Vì mạch điều khiển nhiều kênh sử dụng các kênh giống hệt nhau nên ta chỉ cần xét một kênh

3.2.2.1 Khối đồng bộ hoá & phát sóng răng cưa:

nguyên lý làm việc của máy biến áp bình thường Vì vậy ta chọn mạch đồng bộ hoádùng máy biến áp.

b) Mạch phát sóng răng cưa

Phần mạch phát sóng răng cưa sử dụng điôt, transitor, các điện trở, tụ điện Có thể

sử dụng nhiều sơ đồ khác nhau, sau đây ta xét một số sơ đồ:

* Sơ đồ dùng D-R-C và Transitor:

* Giới thiệu sơ đồ :

+Ucc

Tr R3 WR

t

3 

Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa dùng D-R-C và Transitor

Trong sơ đồ này có:

- BAĐ : là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá

- Điôt D, transitor Tr, các điện trở R1, R2, R3, R4 và biến trở WR, tụ điện C là các phần tử của mạch phát điện áp răng cưa

- Điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu u1, điện áp đồng bộ uđb, điện áp nguồn một chiều cung cấp cho sơ đồ tạo sóng răng cưa Ucc, điện áp đầu ra của sơ đồ Urc được kí hiệu như hình vẽ

áp sụt trên R2 lúc này có thế dương đặt lên cực phát Tr còn thế âm đặt vào cực gốc

Tr do vậy Tr bị khoá Tr bị khoá thì tụ C được nạp từ nguồn một chiều cung cấp cho sơ đồ có giá trị ổn định là Ucc qua điện trở R3 và biến trở WR Điện áp trên tụ tăng dần theo biểu thức sau:

uc = Ucc ( 1-e-t/ ) với  = ( R3 + WR ).C là hằng số thời gian mạch nạp của tụ.Đến t =  thì điện áp đồng bộ Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm ( điểm A trở nên âm hơn điểm 0 ) Van D bị đặt diện áp ngược và khoá lại do vậy điện áp đồng bộ không còn tác động đến mạch gốc-phát của Tr nữa, lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở định thiên R1 trong mạch định thiên theo kiểu phân áp gồm R1 và R2 mà Tr mở Tr mở thì tụ C ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp -phát của Tr và điện trở bảo vệ Tr là R4, người ta tínhchọn các điện trở R1, R2 và Tr sao cho Tr mở bão hoà với điện trở tổng mạch cực góp là R3 + WR Vậy tụ C sẽ ngừng phóng khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sụt

áp bão hoà của Transitor cộng với sụt áp trên R4 gây nên bởi dòng mở bão hoà của

Tr : UR4  Ucc.R4/(R3+WR) Sụt điện áp bão hoà trên một Transitor mở rất nhỏ nên

ta có thể bỏ qua, mặt khác do R4 << ( WR +R3 ) nên cũng có thể bỏ qua sụt áp trên

R4 ( tức là UR4 = 0 ) Như vậy thì tụ C sẽ phóng đến hết điện áp bằng không (tại t

= 1 ) và do Tr vẫn mở nên điện áp trên tụ C giữ nguyên giá trị = 0 cho đến thời điểm t=2  Tại t = 2  thì uđb = 0 và lại bắt đầu chuyển sang dương, điôt D lạiđược đặt điện áp thuận nên lại mở và Tr lại khoá , do vậy tụ C lại được nạp tương

tự như từ t=0 và sự làm việc của sơ đồ lặp lại như chu kỳ vừa xét Điện áp răng cưa đầu ra urc được cho trên hình trên Với sơ đồ đồ này thì biên độ điện áp răng cưa không phụ thuộc vào biên độ điện áp đồng bộ, dạng điện áp ra đã gần với hình răng cưa và độ dài sườn trước ( giai đoạn nạp tụ ) đã đạt đến 1800 điện Trong sơ