ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T Đ CÓ ĐẢO CHIỀU

Ngaìy nay trong lnh vỉc saín sut cuía nưn kinh t quc dn, c kh họa cọ lin quan cht cheỵ n in kh họa vaì tỉ ng họa nhịm n giaín kt cu c kh cuía mạy saín sut, tng nng sut lao ng, nng cao cht lỉng kyỵ thut cuía quạ trçnh saín sut vaì giaím nhẻ cỉìng lao ng. Sỉ buìng n cuía khoa hoc kyỵ thut trong cạc lnh vỉc vỉc in, in tỉí, tin hoc trong nhỉỵng nm gưn y aỵ aính hỉíng su sc caí vư ly thuyt ln thỉc t trong cạc lnh vỉc khạc nhau, c bit laì trong lnh vỉc iưu khin tỉ ng, cạc dy chyưn cng ngh khẹp kn ra ìi vaì trong lnh vỉc iưu khin ng c. iưu khin ng c in mt chiưu laì mt lnh vỉc khng mi, cọ nhiưu phỉng phạp iưu khin.Trong gii hản ư ạn mn hoc vn dủng cạc linh kin in tỉí vaì cạc s ư n giaín, em aỵ thit k b iưu khin ng c bịng tiristor khng aío chiưu iưu khin chung i xỉng. Em xin chn thaình caím n sỉ giaíng dảy nhit tçnh cuía cạc thưy c trong nm hoc qua vaì sỉ ch baío tn tçnh hỉng dn cuía c Trưn Th Nga aỵ giụp em hoaìn thaình ư taìi ư ạn mn hoc naìy .

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ

KHOA ÑIEÔN

  

THIEÂT KEÂ HEÔ TRUYEĂN ÑOÔNG T-Ñ COÙ ÑẠO CHIEĂU

Giáo viên hướng dẫn : NGUYEÊN BEĐ

Sinh viên thực hiện : LEĐ ÑÌNH ÑÖÙC

Đà Nẵng, Tháng 07/2003

NAMTRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

 ******************

BẢN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI THI TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quang Anh Tuấn

Lớp : 00Đ1

Khoa : Điện Nghành : Điện Kỹ Thuật Đề bài thi : ” Thiết kế hệ truyền động T-Đ có đảo chiều ” Họ tên giáo hướng dẫn : Nguyễn Bê I Nhận xét của người chấm:

II Điểm đánh giá :

Người chấm ( Ký tên )

LỜI NÓI ĐẦU



Ngày nay trong lĩnh vực sản suất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hóa có liên quan chặt chẽ đến điện khí hóa và tự động hóa nhằm đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản suất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kỹ thuật của quá trình sản suất và giảm nhẹ cường độ lao động Sự bùng nổ của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết lẫn thực tế trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển tự động, các dây chyền công nghệ khép kín ra đời và trong lĩnh vực điều khiển động cơ

Điều khiển động cơ điện một chiều là một lĩnh vực không mới, có nhiều phương pháp điều khiển.Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử và các sơ đồ đơn giản,

em đã thiết kế bộ điều khiển động cơ bằng tiristor không đảo chiều điều khiển chung đối xứng

Em xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong năm học qua và sự chỉ bảo tận tình hướng dẫn của cô Trần Thị Nga đã giúp em hoàn thành đề tài đồ án môn học này

Sinh viên

Lê Văn Mạnh

SVTH :Nguyeên Quang Anh Tuaân – Lôùp 00Ñ1

MÚC LÚC

CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Trang I Khái niệm chung 1

II Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2

1 Phương trình đặc tính cơ 2

2 Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ 4

3 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm 7

III.Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 10

1 Nguyên lý điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng 11

2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông kích từ động cơ 12

3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 12

4 Phạm vi điều chỉnh tốc độ 13

5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 14

CHƯƠNG II: HỆ TRUYỀN ĐỘNG T - Đ CÓ ĐẢO CHIỀU I Tổng quan 18

II Các nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có đảo chiều 18 1 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng 21

2 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển chung 21

3 Truyền động T-Đ có đảo chiều dùng cầu một pha 23

CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC I Xác định điện áp không tải chỉnh lưu và điện áp ra của MBA 31

1 Xác định điện áp không tải chỉnh lưu 31

2 Tính chọn Tiristor 31

3 Tính chọn MBA nguồn 32

4 Tính chọn cuộn kháng cân bằng tải 34

5 Tính chọn cuộn kháng cân bằng 36

CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I Khuếch đại thuật toán 38

1 Khái niệm chung 38

2 Các bộ khuếch đại thuật toán thực tế 39

II Các nguyên tắc điều khiển 40

SVTH :Nguyeên Quang Anh Tuaân – Lôùp 00Ñ1

1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 40

2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS 40

3 Khuếch đại và MBA xung 45

4 Vi mạch ổn áp 48

III.Hoạt động của sơ đồ điều khiển 48

CHƯƠNG V: MẠCH BẢO VỆ I Bảo vệ quá điện áp cho Tiristor 52

II.Bảo vệ quá dòng 53

CHƯƠNG VI: Phần thi công 55

CHƯƠNG I

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG

CƠ

I > Khái niệm chung :

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng phổ biến trong hệ thống truyền động điện chất lượng cao , dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ vài W đến vài ngàn MW

Ta có giãn đồ kết cấu chung của động cơ điện một chiều như sau :

Động cơ điện một chiều là động cơ làm việc với dòng điện một chiều

khi Eư< 0 tức là Iư ngược chiều với sức từ động Eư

Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo cuộn kích từ :

 Động cơ điện một chiều kích từ song song

 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều là động cơ mang nhiều ưu điểm :

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ

Có nhiều phương pháp hãm tốc độ

Vì vậy trong đồ án này ta sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl) là động cơ điện có nguồn cung cấp riêng cho cuộn kích từ và cung cấp riêng cho phần ứng

Phần ứng của động cơ được biểu diễn bởi đường tròn bên trong có sức điện động Eư ,ở phần stato có thể có vài dây quấn kích từ : dây quấn kích từ độc lập CKĐ , dây quấn kích từ nối tiếp CKN , dây quấn cực từ phụ CF và dây quấn bù

CB

Ta có giãn đồ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều :



M

Tuy nhiên đặc tính cơ điện một chiều khác nhau ứng với từng trường hợp kích từ nối tiếp hay kích từ độc lập II > Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : 1)Phương trình đặc tính cơ : Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng lúc này động cơ được gọi là kích từ song song Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng là mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập gọi là động cơ kích từ độc lập U ư I R t E C KT KT U Từ hai sơ đồ trên ta có phương trình cân bằng điện của mạch phần ứng như sau Uư = Eư + (Rư +Rf ) Iư (1)

Trong đó : Uư , Eư , Rư , Rf , Iư lần lược là điện áp ,sức điện động ,điện trở điện trở phụ , dòng điện của mạch phần ứng Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cực từ phụ rb : điện trở của cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc chổi than Suất điện động Eư phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức sau: Eư = a RN  2 = K (2)

Trong đó :

N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số đôi mạch nhánh song song cuộn phần ứng

2 hệ số cấu tạo nên động cơ

Nếu biểu diễn suất điện động theo tốc độ quay (n ) vòng/phút

U

2 ) ( 

M K

R R K

U U U f

2 ) ( 

I R R

U





M = K..nm= M nm

Inm , Mnm : dòng điện ngắn mạch ,mômen ngắn mạch

Như vậy phương trình đặc tính điện , đặc tính cơ có thể viết lại :

) (

M K

R R K

:



 độ sụt tốc

2) Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:

Từ phương trình đặc tính trên ta nhận thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ.Đó là điện áp phần ứng Uư , từ thông động cơ  và điện trở phần ứng động

cơ

a)Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Giả thiết Uư = Uđm =const và  đm const.Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp này:

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

const K

+ Độ cứng đặc tính cơ:

f U

dm

R R

K M

R

K )2( 

Mc M

Rf3 Ứng với một Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch và Mômen ngắn mạch cũng giảm

Người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản

b) Aính hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông   đm const , điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm



Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được họ đặc tính cơ song

ω TN 0

01 Uđm

02 U1 03 U2 U3 Mc Khi thay đổi điện áp bằng cách giảm áp thì Momen ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động c) Aính hưởng của từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const , Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ trong động cơ Tốc độ không tải: 0 0   K U đm  Độ cứng của đặc tính cơ: U R K 2 0 ) (     Trong thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thông giảm thì 0 tăng , còn độ cứng  sẽ giảm Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông dòng điện ngắn mạch : const R U U U nm    Mômen ngắn mạch: M nm Knm là hàm biến đổi Ta có các đường đặc tính:

 

02 2 02  2

01

1  01

0 0 

dm dm MC

0 Inm 0 Mnm1 Mnm2 Mnm M

a Đặc tính động cơ điện ĐMđl khi b Đặc tính cơ của động cơ điện giảm từ thông ĐMđl khi giảm từ thông

Với Mômen phụ tải thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

3) Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng

a) Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ quay không tưởng lý tưởng(  0 ) Khi hãm tái sinh: Eư > Uư ,động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn , lúc này thì dòng hãm và Mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ:

MC 0 M

-0 HTS

Trị số hãm lớn dần đến khi cân bằng với Mômen phụ tải của cơ cấu sản xuất thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ (0đ  0) Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm ở góc phần tư thứ hai và thứ tư của mặt phẳng tọa độ

Động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a , ta đưa một điện trở phụ (Rf) đủ

lớn vào mạch phần ứng ,động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở Tại b mômen do động cơ sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên động cơ giảm

tốc độ nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên Đến tốc độ bằng 0, nhưng vì mômen của động cơ nhỏ hơn mômen tải , nên dưới tác động của tải trọng động cơ quay theo chiều ngược lại Tải trọng hạ với tốc độ tăng dần đến d Mômen động cơ cân bằng Mômen cản nên hệ làm việc với tốc độ hạ không đổi 0đ Ta có đặc tính cơ như hình vẽ b, đoạn cd là đoạn hãm ngược Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc này sức điện động động cơ đổi dấu nên:

Uf U U Uf U

U U h

R R

U R R

E U

hình vẽ a hình vẽ b

Hình vẽ a: Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo Uư

Hình vẽ b: Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo Uư

Động cơ đang làm việc tai a trên đặc tính tự nhiên tải Mc ,ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điện trở phụ vào trong mạch để hạn chế do dòng đảo

chiều lớn Động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b,Mômen đã đảo chiều chống

lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giảm trên đoạn bc Tại c tốc độ quay bằng

0, nếu các phần ứng ra điện áp nguồn thì động cơ sẽ dừng, còn không động cơ đảo chiều quay ngược lại và làm việc ổn định tại d

Đoạn bc là đặc tính hãm ngược Lúc này dòng hãm và Mômen hãm của

động cơ là:

0























Uf U U Uf

U

U U h

R R

U R

R

E

0







Phương trình đặc tính cơ:

M R R

U U U Uf

2 ) (











c)Hãm động năng

Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt

 Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi động cơ đang quay, muốn hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ Do động năng tích lũy trong động cơ nên động

cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng

+ - 

U 0 Uư

b2 b1 bđ

Rh1 Ikt

Ckt Rkt HĐN Rh2

Iư E

Rưf ôđ2 c2

ôđ1 c1

Rh

a Sơ đồ hãm động năng b Đặc tính cơ khi hãm động kích từ độc lập năng kích từ độc lập

Tại thời điểm ban đầu: E hđ  hđ

U

hđ hđ

R R R

R

0

U R R

) (R U R h



Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu Mômen cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn (các đoạn b10 hoặc b20), còn nếu Mômen cản là thế năng thì dưới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại (ôđ1hoặc ôđ2 )

 Hãm động năng tự kích từ:

Hãm động năng tự kích từ xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích lũy trong cơ cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát tự kích biến cơ năng thành nhiệt năng trên các điện trở

0

b1 b2 wđm a

III > Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

Về phương diện điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những 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 dãi điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có ba phương pháp cơ bản dể điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

 Điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng

 Điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động

đm

Uf U đm

U

2 ) (

Ta thấy rằng khi thay đổi Rưf thì 0 const còn  thay đổi, vì vậy

ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng 0 và dốc dần khi Rưf càng lớn, với tải như nhau thì tốc độ càng thấp

lúc này , ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa Do đó phương pháp này là phương pháp điều chỉnh không triệt để

2) Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cách thay đổi từ thông kích từ động cơ:

Ta có phương trình đặc tính cơ:

M R U

đm đm

U

2 ) (

đm đm

U

2 ) (









Ta thấy: khi thay đổi Uư thì0thay đổi, còn = const, vì vậy ta có các

đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uư thì ta

phải có bộ nguồn một chiều thay đổi điện áp ra, thường dùng bộ biến đổi Bộ

biến đổi có thể là: Máy phát điện một chiều; máy điện khuếch đại; khuếch đại từ

một pha, ba pha; các bộ chỉnh lưu dùng tiristor; các bộ băm điện áp; Bộ biến

đổi có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có suất điện

động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk

UĐ b đm

b R R E

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng

không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào già trị điện áp điều

khiển Uđk của hệ thống, do đó phương pháp điều chỉnh này rất triệt để

min

M, I

Mđm MnmPhạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng đặc tính cơ  nó

được nằm trong diện tích giới hạn bởi 0max, M = Mđm và các trục tọa độ

4) Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

Ta có phương trình đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

BBĐ

100 5

U R

33 1

60 2

.

đm U đm

n

R U R





5) Các phương pháp làm ổn định tốc độ động cơ điện một chiều:

Ổn định hóa tốc độ trong truyền động điện có nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của truyền động.Biện pháp chủ yếu để ổn định tốc độ làm việc là tăng độ cứng đặc tính cơ bằng điều khiển theo mạch kín Các đặc tính cơ của hệ hở có giá trị   ( ) 2 R không đổi trong phạm vi điều chỉnh Ở tốc độ thấp nhất ứng với đặc tính cơ thấp nhất có sức điện động Eb0 nếu cho một Mômen tải Mc = Mđm thì tốc độ làm việc sẽ là minvà số tĩnh thì lớn hơn giá trị cho phép:

cp đm

S

S  

min 0



Để cho sai số tĩnh có thể đạt được S  SCP cần tìm biện pháp tăng tốc độ đến

 = min Điểm làm việc  min, Mđm  đã nằm trên đặc tính khác của hệ có

0=01 và Eb1=Kđm01  Eb0 Nối điểm (min , 0) với điểm (min,Mđm) và kéo dài ra ta được đặc tính mong muốn có độ cứng m và:

S =  

min 0 

m

đm Scp Các giao điểm của đặc tính cơ mong muốn với những đặc tính cơ của hệ hở cho biết các giá trị cần thiết của Eb khi thay đổi Mômen tải Đặc tính này được dựng ở góc dưới bên trái của hình sau:

a) Điều chỉnh E b theo dòng điện tải:

Ý định điều chỉnh sức điện động Eb theo dòng điện phụ tải là hệ quả trực tiếp của nhận xét trên, vấn đề còn lại là tìm quan hệ giải tích Eb = f(I) Đặc tính

cơ của hệ hở có dạng như hình trên, tại giao điểm của đặc tính này với đặc tính cơ mong muốn thì tốc độ và Mômen có giá trị như nhau nên có thể viết:

m đm

) ( 2

m d

 b d d

b U R E

d

d U R ( 1 )R



Trong đó: Ud: điện áp đặt tốc độ

Ui: điện áp phản hồi dòng điện

Rd: điện trở sun trong mạch phần ứng

Do đưa thêm điện trở phụ sun vào mạch phần ứng nên có tổn thất phụ và có liên hệ về điện giữa mạch lực (điện áp thường là cao ) với mạch điều khiển (điện áp thấp) Để tránh tổn thất phụ và cách ly về điện giữa các mạch có thể lấy tín hiệu phản hồi dòng Ui qua các biến dòng mắc trong mạch xoay chiều của bộ biến đổi hoặc các xenxin dòng

b) Điều chỉnh E b theo điện áp phần ứng:

Có thể bù được lượng sụt tốc trên điện trở trong của bộ biến đổi bằng mạch phản hồi âm điện áp phần ứng động cơ Dựa vào phương trình đặc tính tải của bộ biến đổi:

Eb= U + Rb I

1 2

m

đm m

Bỏ qua dòng điện trong các điện trở r1, r2 và đặt:

Ka= r2/(r2 + r1 ): hệ số phản hồi điện áp

1 ).

1

b b a

b a

đm b

a

d b

R R

đm ư đm

a

d

2 ) (

BBĐ

ĐC 1

Căn cứ vào các dấu hiệu sau:

 Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha

 Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu, đối xứng và không đối xứng

 Số nhịp: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn

 Khoảng điều chỉnh: là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng tọa độ [Ud, Id]

 Chế độ năng lượng: chỉnh lưu, nghịch lưu, nghịch lưu phụ thuộc

 Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn

Đối với hệ truyền động tiristor - động cơ một chiều (T-Đ) Do chỉnh lưu tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở và khóa được theo điện áp lưới, cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)

Cấu trúc mạch động lực và cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ

II > Các nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có đảo chiều:

Để xây dựng hệ truyền độngT-Đ có đảo chiều ta dựa vào hai nguyên tắc cơ bản sau:

 Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

 Giữ nguyên chiều dòng điện kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ

Dựa vào hai nguyên tắc trên ta phân ra làm năm loại sơ đồ truyền động sau:

 Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ Sơ đồ này dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều

 Truyền động dùng 2 bộ biến đổi song song ngược chiều điềukhiểchung

Sơ đồ này dùng cho dãi công suất vưa và lớn có tần số đảo chiều cao

 Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung

Sơ đồ này dùng với công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao

Ta có sơ đồ sau:

 Mạch điều khiển riêng

 Mạch điều khiển chung

1) Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng:

Xét sơ đồ hệ truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển riêng có sơ đồ như sau:

FX2

I

L R

E

 Hoạt động của sơ đồ:

Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng lẻ nhau, tại một thời điểm ta chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khóa không cho xung điều khiển

Hệ gồm hai bộ biến đổi BĐ1và BĐ2 với các mạch phát xung tương ứng là FX1 và FX2 Việc phát xung của FX1, FX2 được quy định bởi các tín hiệu logic LOG

Nhận xét:

Hệ truyền động van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc an toàn, không có dòng cân bằng chạy qua giữa các bộ biến đổi Tuy nhiên nó có khoảng thời gian trể  là khoảng thời gian mà lúc này dòng điện trong động cơ bằng không

2) Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển chung:

BĐ1 BĐ2 R

Lcb Lcb

i Gồm hai bộ biến đổi như hình vẽ:

 Hoạt động của sơ đồ:

Tại một thời điểm cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung mở nhưng chỉ có một bộ biến đổi được cấp dòng cho chỉnh lưu còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi

Giả thiết điều khiển 1< /2, 2 > /2 sao cho Ed1<Ed2thì dòng điện chỉ có thể chạy từ BĐ1 sang động cơ mà không thể chạy sang BĐ2

Để đạt được trạng thái đó ta có các điều kiện:

2  1 hay 2  1Nếu tính đến góc chuyển mạch  và góc khóa  thì giá tri lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi ở chế độ nghịch lưu đợi phải là:

m=  - (m+ ) Và giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu là:

min  +  Tới đây có hai phương pháp điều khiển đối xứng và không đối xứng:

Nếu chọn Ed1=Ed2 thì 1 + 2 =  và ta có phương pháp điều khiển chung đối xứng, lúc này sức điện động giữa hai bộ biến đổi cũng sẽ triệt tiêu nhau:

0 2

R

E E

Trong đó Rcb là tổng điện trở trong mạch vòng cân bắng cân bằng Tuy nhiên thực tế thường dùng phương pháp điều khiển chung không đối xứng, tức là:

2 > 1Khi đó: Ed1<Ed2 và không có dòng cân bằng

Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo làEd1<Ed2tức là không xuất hiện dòng cân bằng, xong thực tế giá trị tức thời của sức điện động

ed1(t), ed2(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng cân bằng, để hạn chế dòng cân bằng thường dùng các cuộn kháng cân bằng Trong thực tế lắp ráp mạch, việc đồng pha giữa các pha là rất cần thiết cho mạch điều khiển Để tránh hiện tượng không đồng pha xảy ra gây khó khăn cho mạch điều khiển ta dùng hệ truyền động T-Đ có đảo chiều bằng sơ đồ cầu một pha

3) Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều dùng cầu một pha:

a) Giới thiệu Tiristor:

 Cấu trúc và ký hiệu:

Thyristor(Tiristor) viết tắt là SCR (silicon controlled rectifier) do hai từ Thyratron và Transistor ghép lại mà thành

Tiristor là thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 tạo thành

- K

Các ký hiệu :

A: anôt (+) K: katôt (-) G: cực điều khiển

J1, J2, J3: mặt tiếp giáp

 Nguyên lý làm việc:

Khi đặt tiristor dưới điện áp một chiều, anôt nối vào cực dương, katôt nối vào cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần

như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2 Điện trường nội tại E1 của J2 có chiều hướng từ N1 hướng về P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua tiristor mặc dù nó bị đặt dưới điện áp

 Mở Tiristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K), các điện tử từ N2 sang P2 Đến đây, một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chạy theo mạch G - J3 - K - G,còn phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới Số điện tử mới được giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1 qua

P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt, J2trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100s

Điện trở thuận của Tiristor khoảng 100k khi còn ở trạng thái khóa, trở thành khoảng 0.01 khi tiristor mở cho dòng chảy qua

Công thức: Tiristor khóa + UAK > 1V

Tiristor mở: Ig  Igst

Ig: dòng điều khiển

Igst: dòng điều khiẻn sổ tay

 Khóa Tiristor:

Một khi tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn cần thiết nữa Để khóa tiristor có hai cách:

- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì

- Đặt một điện áp ngược lên tiristor (biện pháp thuờng dùng)

Khi đặt điện áp ngược lên tiristor UAK< 0, hai mặt ghép J1 và J3 phân cực ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử trước thời điểm đảo tính cực 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 điện áp ngoài

Lúc đầu của quá trình, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1và J3 trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển

Thời gian khóa toff tính từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược t0 cho đến khi dòng điện ngược bằng 0, (t2) Đấy là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu đặt điện áp thuận lên tiristor, tiristor cũng không mở toff kéo dài khoảng vài chục

s.Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi tiristor chưa bị khóa, nếu không có thể gây nguy cơ ngắn mạch nguồn

Đặc tính vôn - amper của tiristor gồm bốn đoạn:

Đoạn 1: ứng với trạng thái khóa của tiristor, chỉ có dòng điện rò qua tiristor Khi tăng U đến Uch(điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu quá trình tăng trưởng nhanh của dòng điện, tiristor chuyển sang trạng thái mở

Đoạn 2: ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2 Trong giai đoạn này mỗi một lượng tăng trưởng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lượng lớn của điện áp đặt trên tiristor Đoạn 2 còn gọi là đoạn điện trở âm

Đoạn 3: ứng với trạng thái mở của tiristor Khi này cả ba mặt ghép đã trở thành dẫn điện, dòng điện chảy qua tiristor chỉ còn hạn chế bởi điện trở mạch ngoài.Điện áp rơi trên tiristor rất nhỏ Tiristor được giữ ở trạng thái mở chừng nào

I còn lớn hơn Ih(dòng duy trì)

Đoạn 4: ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược Dòng điện ngược rất nhỏ, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đến Uz thì dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị hỏng Bằng cách cho những giá trị Ig > 0 sẽ nhận được một họ đặt tính V-A với các Uch nhỏ dần đi

b)Hoạt động sơ đồ cầu một pha:

Khi tải gồm có điện trở R, điện cảm L, sức điện động E, với sơ đồ cầu một pha như sau:

Giả sử u2 là điện áp có phương trình u2= 2U2sint

Khi  = 1 cho xung điều khiển mở T1 và T3 dòng sẽ chảy từ nguồn đến T1 qua tải đến T3 về nguồn

Đến  =  + cho xung mở T2 và T4, dòng sẽ chảy từ nguồn đến T2 qua tải đến T4 và về nguồn

di X E Ri

d  

 sin

0 

U