Đề tài " Tính toán và thiết kế bộ nguồn cấp cho động cơ điện một chiều có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay "

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt lμ trong khoa học kỹ thuật đang ngμy cμng phát triển rất mạnh mẽ, công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội. Hiện nay kỹ thuật điều khiển về Điện tử công suất cũng nằm trong số các môn khoa học kỹ thuật có vai trò đặc biệt quan trọng. Môn điện tử công suất đã đợc giảng dạy rộng rãi ở các trờng Đại học, Cao đẳng vμ Trung học chuyên nghiệp trong cả nớc....

Bộ Giáo dục & đào tạOTr-ờng đại học s- phạm kỹ thuật H-ng Yên

khoa điện - điện tử -o0o -

Tr-ờng đhsp kỹ thuật h-ng yên cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

Khoa điện –điện tử Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

2/ Số liệu cho tr-ớc:

- Thông số động cơ một chiều kích từ độc lập P đm =15kw, Uđm = 220V, L- = 100 mH; nđm = 1000vòng/phút, Iđm= 81,5A

-Dải điều chỉnh tốc độ D=20/1, sai số tốc độ tỉnh s=0,06

3/ Nội dung cần hoàn thành:

1 Thiết kế , phân tích bộ nguồn biến đổi AC thành DC dùng điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

2 Điều chỉnh , ổn định tốc độ động cơ có đảo chiều quay

Nhận xét đánh giá của giáo viên h-ớng dẫn

Giáo viên h-ớng dẫn

Ngày tháng năm 2006

1.2 Phân tích và lựa chọn loại động cơ truyền động

1.3 Giới thiệu động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

2 Lựa chọn ph-ơng án điều chỉnh tốc độ cho động cơ

2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách đ-a điện trở phụ

vào mạch phần ứng động cơ

2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng

1 Giới thiệu chung

2 Chọn sơ đồ chỉnh l-u để cung cấp cho động cơ

3 Nhận xét và kết luận ph-ơng án lựa chọn

4 Chọn ph-ơng án đảo chiều quay

Phần III: Chọn và phân tích mạch điều khiển

1 Giới thiệu chung

2

3 Phân tích mạch điều khiển

4

5

6 Thiết kế mạch tạo nguồn nuôi

7 Giản đồ mạch điều khiển và sơ đồ nguyên lí toàn mạch

Phần IV: Tính chọn thiết bị

1 Mục đích ý nghĩa

3 Tính chọn các thiết bị mạch điều khiển:

Phần V: Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất l-ợng tĩnh

1 Mục đích ý nghĩa

2 Xây dựng đặc tính cơ cao nhất

3 Xây dựng đặc tính cơ thấp nhất

4 Kiểm tra chất l-ợng tĩnh

Phần IV: Xây dựng mô hình toán học và mô phỏng MATLAB

1.Mô hình hoá toán học hệ thống

2 Mô phỏng Matlab& Simulink

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong khoa học kỹ thuật

đang ngày càng phát triển rất mạnh mẽ, công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội Hiện nay kỹ thuật điều khiển về

Điện tử công suất cũng nằm trong số các môn khoa học kỹ thuật có vai trò đặc biệt quan trọng Môn điện tử công suất đã đ-ợc giảng dạy rộng rãi ở các tr-ờng Đại học, Cao đẳng

và Trung học chuyên nghiệp trong cả n-ớc Tuy nhiên những ứng dụng của nó vẫn ch-a

đ-ợc khai thác triệt để trong các hệ thống điều khiển, đo l-ờng Trong quá trình tham gia học tập tại tr-ờng ĐHSPKT H-ng Yên, đ-ợc sự chỉ đạo của nhà tr-ờng, của khoa Điện-

Điện Tử, đặc biệt là sự chỉ đạo, h-ớng dẫn trực tiếp của thầy giáo Đỗ Công Thắng giao

cho làm đề tài đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo bộ nguồn biến đổi AC- DC điều khiển

tốc độ động cơ một chiều Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã

hoàn thành đề tài của mình Với kiến thức còn rất hạn chế, kinh nghiệm ch-a vững vàng cho nên không tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong đ-ợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em đ-ợc hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

đại l-ợng nhiễu trong hệ điều chỉnh

- Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực hiện đ-ợc tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu chất l-ợng và các yêu cầu về kinh tế Chất l-ợng của hệ đ-ợc thể hiện trong trạng thái động và tĩnh Trong trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác

điều chỉnh Đối với trạng thái động có các yêu cầu về ổn định và các chỉ tiêu về chất l-ợng động là độ quá điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh và tần

số dao động ở các hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển và tham số của các bộ điều khiển có ảnh h-ởng rất lớn đến chất l-ợng của hệ Vì vậy khi thiết kế hệ ta phải thực hiện các bài toán về phân tích

và tổng hợp hệ để tìm ra lời giải hợp lí đáp ứng đ-ợc yêu cầu kinh tế và kĩ thuật đề

Máy phát đóng vai trò bộ biến đổi điện Điện năng đ-ợc biến đổi thành cơ năng

và sau đó cơ năng lại đ-ợc biến thành điện năng một chiều thông qua biến điều khiển là dòng điện kích từ máy phát một chiều Máy phát này th-ờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ (KĐB) ba pha điều quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

* Ưu điểm của hệ (F- Đ) là sự chuyển trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá

tải lớn Do vậy th-ờng sử dụng hệ truyền động (F- Đ) ở các nhà máy khai thác trong công nghiệp mỏ

* Nh-ợc điểm của hệ (F - Đ) là gây tiếng ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp

ba lần công suất chấp hành

b Hệ thống truyền động chỉnh l-u điều khiển - động cơ (CL - V),

Bộ biến đổi điện là các mạch chỉnh l-u điều khiển có suất điện động Ed phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh l-u có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu

cụ thể của truyền động mà có thể dùng sơ đồ chỉnh l-u thích hợp

Còn hệ thống van - động cơ có độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh mạch vòng để nâng cao chất l-ợng các

đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ

 Từ các -u nh-ợc điểm của các hệ truyền động trên ta chọn hệ truyền động van -

Động cơ (CL - V) vì hệ thống này khắc phục đ-ợc những nh-ợc điểm của hệ thống

b Động cơ xoay chiều đồng bộ

Động cơ đồng bộ đ-ợc sử dụng khá rộng rãi trong những truyền động công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ th-ờng dùng cho các máy bơm, quạt gió, các truyền động của nhà máy luyện kim, th-ờng sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn

c Động cơ xoay chiều không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ (KĐB) đ-ợc sử dụng khá rộng dãi trong thực tế

Ưu điểm: Nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ

rôto lồng sóc, so với động cơ một chiều động cơ không đoòng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp l-ới

điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo

Nh-ợc điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các

quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi

động xấu hơn

* Từ các loại động cơ trên ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập vì điều

chỉnh tốc độ và các quá trình quá độ dễ dàng, không những vậy cấu trúc mạch

lực và mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất l-ợng cao, giải điều chỉnh tốc độ rộng

1.3 Giới thiệu động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Rf điện trở phụ trong mạch phần ứng,  Với: R- = r- + rcf +rb + rct

r- Điện trở cuộn dây phần ứng

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

a là số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng  là từ thông kích từ d-ới một cực

K

R R K

U





   

Đây là đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác mô men điện từ của động cơ xác định bởi:





K

M I I K

u u

Thay vào ph-ơng trình đặc tính cơ điện ta có:

f u

K

R R K

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục động cơ bằng môn men điện từ kí hiệu M  M dt M co M



R R K

u u

M Inm K M

I R R

U I

Ta thấy có 3 tham số ảnh h-ởng : từ thông , điện áp phần ứng U uvà điện trở phần ứng R- động cơ

2 Lựa chọn ph-ơng án điều chỉnh tốc độ động cơ

2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách đ-a điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ

Giả thiết U u U dm constvà   dm const

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

Tốc độ không tải lí t-ởng const

K

U dm

dm R R

u

dm TN

R

K 2

  

TN

 có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn nhất hơn tất cả các

đ-ờng đặc tính có điện trở phụ

Nh- vậy khi thay đổi điện trở phụ R f ta đ-ợc 1 họ dặc tính biến trở có dạng nh- hình 1.3



Rf1

M Rf3

Rf2

Mc

Rf4

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ưu điểm: Mạch thực hiện đơn giản, tốc độ giảm nhanh khi điện trở phụ

lớn, hạn chế đ-ợc dòng điện

Nh-ợc điểm: Khó điều chỉnh trơn tốc độ, độ cứng đặc tính cơ thay đổi, chỉ điều

chỉnh đ-ợc d-ới tốc độ cơ bản

2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Giả thiết điện áp phần ứng U- = Uđm = const Điện trở phần ứng R- = const Muốn

thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ

Tốc độ không tải lý t-ởng :   var

dm

dm ox

Do cấu tạo động cơ điện, thực tế th-ờng điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ

thông giảm thì ox tăng còn  sẽ giảm Họ đặc tính cơ với 0 tăng dần và độ cứng

Hình 1.4: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ địên một chiều

Ưu điểm: có thể thay đổi tốc độ( trên tốc độ cơ bản)

Nh-ợc điểm: Do phụ thuộc vào kết cấu của máy nên chỉ điều chỉnh giảm từ thông,

độ cứng đặc tính cơ thay đổi

2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Giả thiết từ thông  = đm =const, điện trở phần ứng R - =const Khi thay đổi

điện áp phần ứng theo h-ớng giảm so với định mức, ta có

Hình 1.5: Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi giảm áp và đặt vào phần ứng động cơ

2.4 Nhận xét và kết luận ph-ơng án lựa chọn

Nh- vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đ-ợc họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên hình 2.3 Thấy khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì

momen ngắn mạch, dòng ngắn mạch của động cơ và tốc độ của động cơ giảm

Do đó ph-ơng pháp này đ-ợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng

điện khi khởi động

*Ta thấy với ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đã đem lại hiệu quả tốt hơn hai ph-ơng pháp trên :

+ Độ cứng đặc tính cơ không thay đổi do đó độ sụt tốc độ t-ơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh

+ Sai số tốc độ không v-ợt quá sai số cho phép

+ Tốc độ không tải lý t-ởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của

+ Tính chất của máy phát đ-ợc xác định bởi 2 đặc tính:

- Đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc giữa sđđ của máy phát vào dòng điện kích từ

- Đặc tính tải là sự phụ thuộc của điện áp trên 2 cực của máy phát vào dòng điện tải

U

Nếu đặt R=R UF + R UD có thể viết ph-ơng trình đặc tính của hệ F - Đ:

Vậy khi điều chỉnh dòng kích từ của MF thì điều chỉnh đ-ợc tốc độ không tải của

K

K KF F

2

  

KD KF

U

M U

U





b) Đặc điểm của hệ F- Đ

Ưu điểm:

- Ưu diểm nổi bật của hệ F- Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, dù giảm tốc theo chiều d-ơng hay chiều âm đều có thể thực hiện phản hồi Vì thế, hệ thống này là hệ thống cho phép mômen vận hành cả 4 góc toạ độ

- Khả năng quá tải lớn, đ-ợc sử dụng ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ

Nh-ợc điểm:

Vì hệ thống này đòi hỏi dùng nhiều máy điện quay, ít nhất phải bao gồm 2 máy

điện quay t-ơng đ-ơng dung l-ợng với động cơ điều khiển tốc độ, ngoài ra còn phải dùng máy phát kích thích từ => thiết bị nhiều, kích th-ơc lớn, kinh phí cao, hiệu suất thấp, vận hành nhiều tiếng ồn Ngoài ra, do MF 1 chiều có từ d-, đặc tính

từ hoá có thể trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ

3.2-Hệ thống truyền động Van-Động cơ

a) Giới thiệu chung

- Là hệ thống truyền động điện gồm mạch chỉnh l-u điều khiển và động cơ điện Trong đó V là bộ chỉnh l-u Tiristor nó có thể là dạng 1 pha, 2 pha, 3pha hoặc nhiều hơn, dạng nửa chu kỳ, toàn chu kỳ, điều khiển bán phần, toàn phần thông qua điều chỉnh điện áp khống chế của bộ phát xung để điều khiển vị trí phát xung (góc mở

 ) là có thể thay đổi điện áp chỉnh l-u U d từ đó tiến hành điều chỉnh tốc độ của

động cơ

Động cơ có thể là động cơ KĐB 3 pha ,động cơ 1 chiều…

b) Sơ đồ thay thế và đặc tính

Hình 1.9: Sơ đồ thay thế và đặc tính điều chỉnh

Chế độ dòng điện liên tục: Dòng điện chỉnh l-u Iđ chính là dòng điện phần ứng

động cơ điện Dựa vào sơ đồ thay thế có thể viết đ-ợc ph-ơng trình đặc tính:

Độ cứng đặc tính cơ :

còn tốc độ không tải lí t-ởng thì phụ thuộc vào góc điều khiển  :

Từ ph-ơng trình đặc tính cơ cho thấy tốc độ của động cơ phụ thuộc vào góc mở 

(cos).Vì vậy để điều chỉnh động cơ ta có thể thay đổi góc mở  => thay đổi đ-ợc

điện áp đặt lên động cơ điện => tốc độ sẽ thay đổi

X R K

E

dm

K t

.

cos

c K

E

dm

K t dm

d

.

0

E dm

dc

0

0 

c) Nhận xét về -u nh-ợc điểm của hệ thống V- Đ

Ưu điểm:

Ưu điểm nổi bật là tác động nhanh, cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất l-ợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

3.3 Kết luận về lựa chọn bộ biến đổi

Tuy nhiên, hệ thống V- Đ đã khắc phục đ-ợc những nh-ợc điểm của hệ thống

Phần II

Chọn và phân tích mạch động lực

1 Giới thiệu chung

- Chỉnh l-u là thiêt bị để biến đổi nguồn xoay chiều thanh nguồn 1 chiều cung cấp cho phụ tải 1 chiều

VD: Phụ tải 1 chiều có thể là động cơ điện 1 chiều, mạch kích từ của máy điện, 1số thiết bị sử dụng 1 nguồn điện 1 chiều nh- bể mạ, bể điện phân

-Tuỳ theo yêu cầu của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào chỉnh l-u là 1 pha, 3 pha, n pha mà chỉnh l-u có thể là 1 pha, 3 pha , n pha

2 Chọn sơ đồ chỉnh l-u để cung cấp cho động cơ điện

- Chúng ta sẽ tìm hiểu chung về các sơ đồ chỉnh l-u có thể là 1 pha, 3 pha

Với các sơ đồ có điều khiển, không có điều khiển về nguyên lý thì giống nhau nh-ng ở sơ đồ có điều khiển ta có thể điều khiển góc mở  từ đó điều chỉnh đ-ợc

điện áp sau chỉnh l-u

a Sơ đồ chỉnh l-u hình tia 3 pha :

Hình 2.0: Sơ đồ chỉnh l-u tia ba pha

- Số van chỉnh l-u bằng số pha nguồn xoay chiều

- Các van có một điện cực cùng tên nối chung (Anôt hoặc Catôt), điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều

- Hệ thông điện áp xoay chiều 3 pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn là

điện cực còn lại của điện áp chỉnh l-u

Ưu điểm:

- Tỉ số (U1 /Ud ) nhỏ cho ta thấy điện áp đầu ra của mạch chỉnh l-u t-ơng đối lớn,

điều này nói lên sự ổn định dòng, áp ở đầu ra là tốt, không những tạo ra đ-ợc 1

điện áp và dòng chỉnh l-u có trị số lớn mà tính liên tục còn cao

- Độ gợn sóng: cho ta biết thành phần xoay chiều ở đầu ra nh- thế nào? Nếu độ gợn sóng nhỏ thì chất l-ợng chỉnh l-u tốt.Ơ mạch hình tia độ gợn sóng nhỏ => Chất l-ợng chỉnh l-u tốt

Nh-ợc điểm:

- Cần có bộ đổi nguồn 3 pha, yêu cầu về thông số các van phức tạp

- Mạch điều khiển t-ơng đối phức tạp ( vì có 3 van điều khiển góc mở khác nhau so với có điều khiển)

- Trong chỉnh l-u tia 3 pha, phải sử dụng MBA có công suất lớn hơn từ 10%-15% (do hiện t-ợng từ hoá c-ỡng bức một chiều) Để triệt tiêu dòng từ hoá ta có thể đầu nối dây zic-zắc Tuy nhiên, nó sẽ làm cho tổn hao trong MBA tăng

=>Vì vậy mạch chỉnh l-u hình tia 3 pha thích hợp cho các chỉnh l-u công suất nhỏ

b) Sơ đồ chỉnh l-u cầu 1 pha

Ưu điểm:

- Sơ đồ mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản

- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha

- Điện áp ra sau chỉnh l-u t-ơng đối ổn định, có tính liên tục

Nh-ợc điểm:

- Điện áp sau khi chỉnh l-u nhỏ (U1 /Ud lớn)

- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA

- Sử dụng các mạch chỉnh l-u công suất nhỏ

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh l-u cầu một pha

c) Sơ đồ chỉnh l-u cầu 3 pha

Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh l-u cầu ba pha

iT2

iT1

Ld

Rd

- Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với 2 van, 1 nhóm Katôt chung, 1 nhóm Anốt chung

- Điểm nối chung của các van nhóm Katốt chung, nhóm Anốt chung là 2 điện cực của điện áp ra

+ Điện áp ra lớn, độ ổn định tốt, có tính liên tục cao

+ Sử dụng hiệu quả công suất máy biến áp

+ Điện áp ng-ợc trên các van lớn => Khả năng chịu dòng tốt

Tuy nhiên:

+ Nó chỉ sử dụng trong mạch có công suất cao

+ Mạch điều khiển phức tạp

Với sơ đồ chỉnh l-u cầu 1 pha :

- Vẫn đảm bảo điện áp sau chỉnh l-u là ổn định

- Mạch điều khiển đơn giản ( với sơ đồ có điều khiển => điều khiển điện áp ra theo góc )

- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha, sử dụng bộ đổi nguồn 1 pha

 Vậy ta có thể sử dụng mạch chỉnh l-u cầu 1 pha vẫn đảm bảo tính ổn định, mạch

điều khiển đơn giản làm việc vẫn hiệu quả với yêu cầu công suất nhỏ (nh- của đề tài)

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh l-u cầu một pha

- Giả thiết trong khoảng lân cận phía tr-ớc thời điểm t = v1 =  thì trong sơ đồ có

2 van T3,T4 đang dẫn, tại t = v1 =  thì 2 van T1,T2 đồng thời có tín hiệu điều

khiển Lúc đó điện áp trên 2 van này đều thuận (UT1 = UT2 = U2), do vậy cả 2 van

đều mở Hai van T1,T2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng 0 Ta có:

Ud = U2, UT3 = UT4 = -U2 và tại thời điểm t = v1 =  thì U2 > 0 nên T3,T4 bị khoá

Từ thời điểm này (t = v1), trong sơ đồ chỉ có 2 van dẫn dòng Khi 2 van T1,T2 làm việc thì :

Do T1,T2 vẫn mở nên các biểu thức điện áp không thay đổi)

Tại t = v2 =  +  ; T3,T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển và điện áp thuận nên T3,T4 cùng mở, sụt điện áp trên T3,T4 giảm về bằng 0; Ud= - U2; UT1 = UT2 = U2

và tại thời điểm t =  +  thì U2 < 0 nên van T1, T2 bị khoá; T3, T4 dẫn dòng

Khi 2 van T3,T4 cùng làm việc thì:

Ud = - U2; UT1 = UT2 = U3 , UT3 = UT4 = 0

IT1 = iT2 = 0 ; iT3 = iT4 = id = Id

Đến  = 2 thì U2 = 0 bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d-ơng và nó tác dụng ng-ợc với chiều dòng qua T3,T4, đồng thời trên T1, T2 lúc này có điện áp thuận nh-ng ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển, nên T3, T4 vẫn tiếp tục dẫn do suất điện động tự cảm

Đến t = v3 = 2 +  thì T1, T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển và T1,T2 cùng dẫn.T3, T4 bị đặt điện áp ng-ợc => khoá lại Từ thời điểm này sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc nh- từ t = v1 = 

Hình 2.3: Giản đồ dòng điện, điện áp của các van

v1 e)

4.Chọn ph-ơng án đảo chiều quay.

a Giới thiệu chung

Chỉnh l-u điều khiển pha dù có thể cung cấp áp ra > 0 và < 0 nh-ng dòng ra chỉ cho phép > 0 (làm viẹc ở góc phần t- thứ I và thứ IV của mặt phẳng tải V0 , I0) hình 2-4 Để có thể đảo chiều dòng điện tảI , có hai sơ đồ chính:

Sử dụng các tiếp điểm đảo chiều (hinh 2-5) hình vẽ đang có tiếp điểm T đóng , cung cấp một chiều dòng tảI, nếu T ngắt và N đóng dòng tảI sẽ đ-ợc phép đảo chiều

Hình 2-4

Hình 2-5

Bộ biến đổi đảo chiều : gồm hai bộ chỉnh l-u cung cấp hai chiều dòng tảI (hình 2-6) là sơ đồ nguyên lý và (hinh 2-7 ) là sơ đồ cụ thể với bộ chỉnh l-u hình cầu một pha

b Nguyên lý điều khiển bộ biến đổi đảo chiều :

Để hai bộ biến đổi cung cấp cùng giá trị V0 cho tảI, các góc điều khiển pha của hai

bộ biến đổi sẽ có quan hệ nh- sau khi giả sử dòng tảI là liên tục

Bộ biến đổi 1 cung cấp áp trung bình V01 với góc mở α1 , bộ biến đổi 2 cung cấp

áp trung bình V02 với góc mở α2

Ta có V0 = V01 =Vd0 cos α1 = V02 = - Vd0 cos α2

 cos α1 = - cos α2 hay α1 + α2 = 

Nếu α1 > 0 thì bộ biến đổi 1 là chỉnh l-u  α2 < 0 bộ biến đổi 2 là nghịch l-u

Dù các giá trị trung bình hai bộ biến đổi là bằng nhau , giá trị tức thời của chúng không bằng nhau làm xuất hiện dòng cân bằng (còn gọi là tuần hoàn -circulation) chỉ chạy qua hai bộ chỉnh l-u khi chúng cùng làm việc Dòng cân bằng có thể rất lớn nếu ta không có tổng trở hạn chế chúng

Ng-ời ta có các cách điều khiển sau :

Điều khiển riêng: mỗi lúc chỉ cho một bộ chỉnh l-u làm việc t-ơng ứng với chiều dòng điện hoạt động hay mong muốn nh- vậy không có dòng cân bằng Với cùng điện áp V0 trên tảI , khi đảo chiều dòng thì một bộ biến đồi là bộ chỉnh l-u,

bộ còn lại là nghịch l-u và ng-ợc lại

Ưu điểm quan trọng của điều khiển riênglà mạch động lực rẻ tiền , hiệu suất cao hơn điều khiển chung nh-ợc điểm là là mạch điều khiển phức tạp và đặc tính động kém , cần có thời giẩnc hai bộ biến đổi không làm việc khi chuyển bộ biến đổi làm việc để tránh tr-ờng hợp có thể cả hai bộ biến đổi cùng làm việc

Điều khiển chung (đồng thời ) hai bộ biến đỏi cùng có xung điều khiển nhung chỉ

có một bộ có dòng tảI , dòng cân bằng đ-ợc hạn chế bằng cuộn kháng và qui luật

điều khiển thích hợp có hai cách phối hợp : tuyến tính và phi tuyến

Phối hợp tuyến tính : gọi α1 , α2 là góc điều khiển pha hai bộ chỉnh l-u Các áp trung bình V01 = V02 = V0 cho ta α1 =  - α2 áp trên cuộn kháng cân bằng Vcb =

V01 - V 02 không có thành phần một chiều (trị trung bình bằng 0) có thể tính t-ơng

Hình 2-8 :Đặc tính cơ truyền động đảo chiều khi

điều khiển riêng và điều khiển riêng

tự nh- kháng cân bằng của bộ chỉnh l-u sáu pha có kháng cân bằng Dòng cân bằng có tác dụng làm cho dòng qua qua các bộ biến đổi luôn liên tục

Phối hợp phi tuyến :Để giảm nhỏ kích th-ớc kích th-ớc cuộn kháng cân bằng trong khi vẫn hanj chế dòng cân bằng ở giá trị mong muốn , ng-ời ta điều khiển cho áp ra nghịc l-u lớn hơn áp ra chỉnh l-u

Điều khiển chung có lợi là mạch điều khiển đơn giản , dòng tảI liên tục Bất lợi

là tăng giá thành và tổn hao công suất cao do có dòng cân bằng

Điều khiển hỗn hợp : sơ đồ điều khiển hỗn hợp có mạch động lực nh- sơ đồ đièu khiển chung và điều khiển chung có dòng tảI bé và điều khiển riêng khi dòng tảI lớn

c Chọn ph-ơng án điều khiển bộ biến đổi đảo chiều quay

Từ những phân tich ở trên kết hợp với yêu cầu thực tế của đề tài ở đây chúng em chọn ph-ơng án điều khiển chung

hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện theo đúng các yêu cầu mở van ng-ời ta

sử dụng 1 mạch điện để tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển cho bộ chỉnh l-u hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh l-u

b Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển

* Đảm bảo phát xung với các yêu cầu để mở van

- Đủ biên độ

- Đủ độ rộng

- S-ờn xung ngắn(t s  0 , 5  1s)

* Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển:

Đối với sơ đồ điều khiển các thyistor nhiều pha thì độ lệch xung điều khiển ở các kênh khác nhau cho phép từ ( 0 0

3

1  )

* Đảm bảo cách li giữa mạch lực và mạch điều khiển

* Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của xung điều khiển Đối với chỉnh l-u

có điều khiển  phải thay đổi d-ơc trong phạm vi ( 0 0

170

10  )

* Có thể hạn chế đ-ơc phạm vi điều chỉnh góc không phụ thuộc sự thay đổi điện

áp l-ới

* Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xung quanh

* Có khả năng bảo vệ quá áp , quá dòng mất pha

* Dễ lắp đặt, sửa chữa và kiêm tra

2 Thiết kế mạch phát xung:

a Giới thiệu chung

Nh- ta đã biết để cho các van của 2 BBĐ mở tại thời điểm mong muốn ta cần phải

có mạch điện phát ra các xung điều khiển đ-a đến mở các tiristor tại các thời điểm yêu cầu nh-: Biên độ, tần số, công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc để làm đ-ợc điều đó ta phải đi thiết

kế mạch phát xung điều khiển

b Chọn ph-ơng pháp phát xung:

Với mạch động lực nh- đã chọn ở phần tr-ớc để đáp ứng đ-ợc yêu cầu điều khiển các tiristor của bộ biến đổi ng-ời ta có 3 ph-ơng pháp phát xung điều khiển nh- sau:

- Ph-ơng pháp điều khiển theo pha ngang: Ph-ơng pháp này có -u điểm là có mạch phát xung điều khiển đơn giản nh-ng có 1 số nh-ợc điểm là phạm vi điều khiển góc mở  không rộng Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển Do những nh-ợc điểm này mà hệ thống phát xung điều khiển theo ph-ơng pháp pha ngang không phù hợp với yêu cầu

- Ph-ơng pháp điều khiển theo Điốt 2 cực gốc: Mạch phát xung ph-ơng pháp này

đơn giản nh-ng nó có nh-ợc điểm là chỉ phù hợp với hệ thống công suất nhỏ, đảo chiều khó khăn Cho nên trong thực tế ng-ời ta ít dùng và nó không phù hợp với yêu cầu

- Ph-ơng pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng : ph-ơng pháp này tuy có mạch phát xung phức tạp nh-ng đáp ứng đ-ợc các yêu cầu chỉ tiêu chất l-ợng + Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc

+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

+ Góc mở  của tiristo có thể thay đổi đ-ợc trong khoảng rộng

+ Độ dốc s-ờn tr-ớc của xung đảm bảo có hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tin cậy chính xác với độ nhạy cao

+ Có thể điều khiển đ-ợc hệ có công suất lớn

3 Phân tích mạch điều khiển

a Sơ đồ khối của hệ thống phát xung điều khiển theo pha đứng

Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo pha đứng

K1: Khối đồng bộ hoá và phát điện áp răng c-a

K2: Khối so sánh

K3: Khối tạo xung và sửa xung

K4: Khối khuyếch đại và truyền xung

b Khối đồng bộ hoá và phát xung răng c-a

Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh l-u, nghĩa là cho phép xác định giá trị

đầu của góc điều khiển 

Th-ờng thì điện áp đòng bộ này có dạng răng c-a là tốt nhất

* Mạch đồng bộ hoá

Để tạo ra điện áp đồng bộ ng-ời ta th-ờng sử dụng 2 kiểu mạch đơn giản:

- Mạch phân áp bằng các điện trở, hoặc điện trở kết hợp với điện dung hay điện cảm Trong mạch đồng bộ này thì điện áp vào là điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh l-u Điện áp ra là điện áp hình sin cùng tần số, độ lệch pha xác định

Nh-ợc điểm: Có sự liên hệ trực tiếp giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ

chỉnh l-u nên ít đ-ợc sử dụng

ĐBH FSRC

- Mạch đồng bộ dùng máy biến áp: Ng-ời ta dùng 1 mba công suất nhỏ th-ờng là máy biến áp hạ áp để tạo điện áp đồng bộ Điện áp đ-a vào là điện áp xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh l-u, điện áp ra là điẹn áp đồng bộ

Với giả thiết KĐTT là lí t-ởng thì hệ số khuyếch đại là vô cùng lớn, nếu KĐTT

đang ở chế độ khuyếch đại tuyến tính thì U v  0 ,U rc U c U v U c Tức là điện áp răng c-a đầu ra bằng điện áp trên tụ C

Hình 2.6: Sơ đồ mạch phát sóng răng c-a dùng vi mạch KĐTT

Hình 2.7: Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng c-a dùng vi mạch KĐTT

c Khối so sánh

Để tạo ra 1 hệ thống các xung xuất hiện 1 cách chu kì với chu kì bằng chu kì điện

áp răng c-a và điều khiển đ-ợc thời điểm xuất hiện của mỗi xung ta sử dụng mạch

so sánh.Ta có thể sử dụng sơ đồ so sánh nối tiếp sử dụng KĐTT

 t

Urc Udb

R1

 



Hình 2.9: Sơ đồ mạch so sánh và giản đồ điện áp

- Giả sử Điện áp răng c-a và điện áp điều khiển có dạng nh- hình vẽ các điện áp

URC, UC có cực tính ng-ợc nhau đ-ợc đặt vào cổng đảo OA

Điện thế cổng đảo:

r c

c ủc dk dk

R R

R U

U U U

Trong giai đoạn từ '

Giả sử thời điển van mở tự nhiên Ti là: t 0 , t  2  thì góc điều kiển  đ-ợc xác

định nh- hình vẽ với dạng điện áp răng c-a không đổi khi điện áp Uđk tăng thì góc

 tăng

d Khâu tạo xung

Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở kênh khác nhau mà ng-ời ta th-ờng thiết kế cho khâu so sánh làm việc với xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh ch-a đủ các thông số yêu cầu của

điện cực điều khiển và katốt cuat tiristor Vì vậy mà ta phải sử dụng một số mạch

điện để thực hiện các cộng việc trện, các mạch này th-ờng gồm: Mạch khuyếch

đại, mạch sửa xung, mạch phận chia xung, mạch truyền xung đến các tiristor Toàn

bộ các mạch này đ-ợc ghép chung vào một khâu là khâu tạo xung

e Khối mạch sửa sung

Từ nguyên lí hoạt động của khâu so sánh và mạch khuyếch đại xung của khâu tạo xung, ta thấy rằng khi thay đổi giá trị Uđk để thay đổi góc thì độ dài xung đầu ra của khâu so sánh sẽ thay đổi Nh- vậy sẽ xuất hiện tình trạng là có 1 số tr-ờng hợp

độ dài xung quá ngắn không đủ để mở Ti và ng-ợc lại có 1 số tr-ờng hợp độ dài

xung quá lớn làm cho các Tr khuyếch đại xung làm việc ở chế độ dòng cực góp lớn khi điện áp cực góp cao (khi BAX đã bão hoà), gây lên tổn thất lớn trong mạch

phát xung và làm tăng kích th-ớc mạch phát xung Để khắc phục chúng ta dựa vào

hệ thống điều khiển 1 mạch điện có tác dụng thay đổi lại độ dài xung cho phù hợp với yêu cầu gọi là mạch sửa xung

Hình 3.0: Khối mạch sửa xung

Mạch sửa xung gồm có ( tụ C, R3, D, Tr1, R4, R5) Ta giả thiết đồ thị điện

áp răng c-a U và một giá trị nào đó của điện áp điều khiển (U ) bộ chỉnh l-u nh-

UCC

SS R1

+15v

R4

D

R5 Tr1

đồ thị hình bên thì ta có t = 0t = 1 thì điện áp vào mạch so sánh có giá trị âm nên điện áp ra mạch so sánh có giá trị d-ơng, USS = + Ubh  +UCC (Ubh là điện áp ra bão hoà của mạch so sánh) Tại t = 1t = 1*

thì (UV =+Urc +UđkT) là d-ơng nên

điện áp đầu ra USS chuyển sang âm Vậy ở khoảng thời điểm USS = + Ubh thì Tr1 mở bởi định thiên R5 và tụ C đ-ợc nạp theo cực tính (+,-) nh- hình vẽ

Khi USS chuyển sang mức bão hoà âm thì Tranzitor Tr1 khoá, tụ C sẽ phóng

điện qua nguồn  D  R3  - C Sau khi tụ C phóng nó sẽ nạp theo chiều ng-ợc lại với cực tính (+),(-) nh- hình vẽ Chính dòng phóng và nạp của tụ C sẽ đặt 1 điện

áp âm lên cực gốc của Tr1 làm Tranzitor khoá lại và tại điểm D sẽ có xung điều khiển Độ rộng của xung điều khiển này phụ thuộc vào hằng số thời gian phóng nạp của tụ C và phụ thuộc vào mạch C, R3, R4

Hình 3.1: Giản đồ điện áp mạch sửa xung

UC

USS

 1  1  2

f Mạch khuyếch đại và truyền xung

Hình 3.2: Sơ đồ mạch khuyếch đại và truyền xung

* Nguyên lí hoạt động:

Gọi thời gian tồn taị của 1 xung điện áp vào là :txv, thời gian tồn tại của 1 xung điện

áp ra là : txr, thời gian tính từ lúc đóng 1 nguồn điện áp một chiều không đổi có giá trị bằng Ucc cho đến lúc từ thông của lõi thép MBA xung đạt giá trị từ thông bão hoà : tbh

Tr-ờng hợp 1 : khi tbh > txv

Từ t  0 tt1 thì ch-a có xung đầu vào nên 2 Tr chuă làm việc, không có dòng

điện nào chạy trong cuộn sơ cấp của MBA xung nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp, tức là UđkT = 0 Tại t=t1 xuất hiện 1 xung điện áp d-ơng, dẫn đến Tr1,Tr2 đều mở (gia thiết mở bão hoà ) trên cuộn dây sơ cấp của mba xung đột ngột đ-ợc đặt điện áp Ucc xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp W1 của mba xung tăng dần , dẫn đến trên cuộn dây thứ cấp xuất hiện một xung điện áp có cực tính d-ơng ở phía có dấu * Xung trên cuôn thứ cấp đặt thuận lên D3 và truyền qua D3

đến điện cực điều khiển và catốt của Ti Đến tt' t1t xv

1 thì mất xung vào,Tr1,Tr2 cùng khoá lại dòng qua cuộn sơ cấp BAX giảm về bằng không, do có sự giảm dòng cuộn dây sơ cấp BAX nên từ thông trong lõi thép BAX biến thiên theo chiều ng-ợc lại lúc Tr1,Tr2 mở dẫn đến trong các cuộn dây BAX xuất hiện xung điện áp với cực

D2