Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc.. Với sơ đồ căn bản như hình 10 động cơ chấp
Trang 1Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá là
sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt do các phản ứng của dòng điện phần ứng v.v Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hoá các đặc tính này:
8
9
10
11
12
13
14
15
EF=KF.φF.ωF= KF.φF.c.iKF
Trong đó KF là hệ số kết cấu của máy phát
C=ΔφF/Δi Nếu dây quấn kích thức của máy phát được cấp bởi nguồn áp lý tưởng UKF thì
i U r KF KF KF
=
16
17
18
19
20
21
22
Sức điện động của máy phát trong trường hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số hằng KF, như vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính
EF=KF.UKF Nếu đặt R=RƯF+RƯD thì có thể viết được phương trình các đặc tính của hệ F-Đ như sau:
ω φ
RI K
F
KF φ
ω
R
F
KF ( ) 2 (2)
24
ω ω
β
= O KF KD −
KD
U
( , )
( ) (3)
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
Các biểu thức (1), (2), (3) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn
-Các chế độ làm việc của hệ F-Đ
Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc Với sơ đồ căn bản như hình 10 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc được chế độ điều chỉnh cả hai phía; kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách điều chỉnh dòng kích thích máy phát, hãm dộng khi dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng v.v Hệ F-Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ [ω,M] (hình 11)
Trang 2Ở góc phần tư thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sẽ điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và |E
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
F| >
|E|, |ωC| > |ω| Công suất điện từ của máy phát và động cơ là:
F F
D F Co
= >
= <
= >
⎫
⎬
⎪
⎭
⎪
.
0 0 0 ω
(4)
Hình 11 Đặc tính cơ hệ F-Đ trong chế độ động cơ
Các biểu thức này nói lên rằng năng lượng điện vận chuyển thuận chiều từ nguồn → máy phát → động cơ → tải
Nhận xét:
Ưu điểm nổi bật của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng qúa tải lớn Do vậy thường sử dụng hệ truyền động F-Đ ở các máy khai thác trong hầm mỏ
Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó
ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần
Trang 3công suất động cơ chấp hành Ngoài ra các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
2 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ (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 Sơ đồ nguyên lý như hình 12
Hình 12 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động chỉnh lưu động cơ
Với bộ biến đổi là chỉnh lưu hình tia 3 pha
(hình 13 a,b,c):
Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế
là dòng điện liên tục id=Id Góc mở α được tính
từ giao điểm 2 điện áp pha (phần giá trị dương)
Hình 13 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu tia ba pha c)
Đồ thị thời gian Giá trị trung bình của điện áp tải:
Ud = U Sin d = U Cos
+
+
∫
3
3 6 2 6
5 6
2
2
α
π α
24
Trang 48
9
10
11
12
Hình 14 -a) Sơ đồ nối dây;
b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu cầu không đỗi xứng c) Đồ thị thời gian Với chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng (hình 14):
Ud = 1∫ 2 U Sin d = 2U Cos
2
2
π
13
14
(6) của dòng tải
I U R d d
=
∑
15
16
17
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng điện phần ứng động cơ điện dựa vào sơ đồ thay thế có thể viết phương trình đặc tính:
ω
K
R X
d dm
t k dm
.
18
ω
K
R X
d dm
t k dm
.
19
Đặc tính có độ cứng β=( )
.
K
R X
dm
t k
φ 2
còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào góc điểu khiển α
20
21
ω
o
dm
U
= 3 6 2
2
. (đối với chỉnh lưu tia 3 pha)
22
ω
o
dm
U
2
23
24
25
(đối với chỉnh cầu 1 pha) Thay đổi góc điều khiển α từ 0 đến π, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax → -Edmax và ta được họ đặc tính song song (hình 15) nhau nằm ở nửa bên phải
Trang 5của mặt phẳng toạ độ [ω,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp ΔU
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
k do hiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên
Hình 15- Đặc tính cơ của hệ CL-Đ
Nhận xét:
Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động 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 cao chất 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 cosφ của hệ nói chung là thấp
Kết luận:
Qua các nhận xét về hai hệ truyền động trên cùng với ưu nhược điểm của chúng
em quyết định chọn hệ truyền động chỉnh lưu động cơ vì nó có nhiều ưu điểm hơn, và truyền động cho máy mài không cần công suất lớn nên tránh được nhược điểm của nó
là xấu điện áp nguồn và lưới điện xoay chiều
IV CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI
Trang 6Sau khi đã chọn được hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến đổi Vì hệ
có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và mạch kích từ Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3 pha
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
1 Chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng
Hoạt động của sơ đồ:
Khi θ=θ1 cho xung điều khiển
mở T1 trong khoảng thời gian θ1θ2
tiristor T1 và điôt D2 cho dòng chảy
qua Khi U2 bắt đầu đổi dấu D1 mở
ngay, T1 tự nhiên khoá lại, dòng
id=Id chuyển từ T1 sang D1 (lúc này
D2 vẫn cho dòng chảy qua do sức
điện động tự cảm trong Ld tạo ra)
Hình 16 Sơ đồ đấu dâu của chỉnh lưu cầu
một pha bán điều khiển
D1 và D2 cùng cho dòng chảy
qua, Ud=0
Khi θ=θ3=π+α cho xung mở
T3 Dòng tải id=Id chảy qua D1 và T2
Điot D2 bị khoá lại
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau
Góc dẫn dòng của điốt là λD=π+α, còn góc dẫn dòng của tiristor là λT=π-α Giá trị trung bình của điện áp tải:
Ud = 1 ∫ 2U Sin d2 = 2U2 1
π
29
30 của dòng tải
I U R d d
=
∑
31
32 của dòng trong tiristor
IT = 21π∫ I dd θ = Id 2π α−
π
α
π
33
34 của dòng trong điốt
IT = I dd = Id −
+
∫
1
π α π
α
π α
35
Trang 7Hình 17 Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu cầu bán điều khiển
Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp
8
I2 1 I dd2 Id
1
π
α
π
−
9
10
11
12
13
Nhận xét:
Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là tiristor, nửa còn lại là điốt Do
đó làm giảm được giá thành thiết bị biến đổi vì rẻ tiền hơn nhiều so với tiristor Sơ đồ điều khiển cũng trở nên đơn giản hơn
Trang 82 Sơ đồ 3 pha hình tia
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
* Giới thiệu sơ đồ:
BA: máy biến áp cung cấp
T1,T2,T3: các van chỉnh lưu có điều khiển
* Nguyên lý làm việc:
Giả thiết Ld=∞, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng α và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (ωt=0)
Ta tạm giả thiết rằng : trước thời điểm ωt=ν1=αthì trong sơ đồ vanT3 đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T1 sẽ có điện áp thuận (vì
uT1= ua- uc= uac , và tại ωt =ν1=α thì uac>0 nên uT1>0 ) Tại ωt =ν1=α thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ hai điều kiện để mở nên T1 mở và uT1 giảm về bằng không
Do uT1=0 nên ud=ua , và từ sơ đồ ta xác định được điện áp trên T3 là
uT3=uc - ua = uac , tại ν1 thì uac<0, tức là T3 bị đặt điện áp ngượng nên khoá lại, van T2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau ν1 trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng :
ud= ua ; iT1= ia = Id ; iT2=0 ; iT1=0 ; uT2= uba ; uT2=uca
Đến ωt = 5π/6 thì ua=ub , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 , nhưng T2 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển,do ua vẫn dương kết hợp với tác dụng cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng
Đến ωt = π thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T2 còn chưa mở nên T1vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của Ld ( ở đây α>300 )
Tại ωt = ν2 = 5π/6 + α thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng không nên ud= ub và uT1= ua- ub= uab mà tại ν2
thì uab<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược nên khoá lại Do vậy từ ν2 trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở :
ud= ub uT1= 0 iT3= 0 iT2= id= Id
uT1= uba uT3= ucb iT1= 0 Suy luận tương tự như vậy ta có từ ωt=ν2 đến ωt=ν3 thì T3 làm việc và:
ud= uc uT1= 0 iT2= 0 iT3= id= Id
uT1= uac uT2= ubc iT3=0 Tại uT1=u1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T1 1 góc điều khiển α) thì
T1 có tín hiệu điều khiển lúc này uT1 thuận (uT1= uac tại u1>0) dẫn đến T1mở suy ra uT1
giảm về 0 và uT3= uc - ua = uca
Tại ν1: uT3 <0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược còn van T3 vẫn chưa dẫn dòng Như vậy trong gia đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng ta có:
ud=ua uT2=uba iT1=id = Id
Trang 9uT1=0 uT3=uca iT2=0; iT3 = 0
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
-Đến ωt=π thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trường hợp này ta phải giả sử góc α> 300 thì tại thời điểm này van T2 vẫn chưa có tín hiệu điều khiển ung, ua có xu hướng chống lại dòng qua T1, nhưng do suất điện động tự cảm trong Ld do đó van T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng
Tại ν2: uT1 <0 tức là T1 bị đặt
điện áp ngược còn van T1 khoá lại và
ta có:
ud=ub uT2=0 iT3=0 iT2=id=Id
uT1=uba uT3=ucb iT1=0
-Tại ωt=uB, TB
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
3 có tín hiệu điều khiển UT3 thuận dẫn đến T3 mở và uT3
giảm về 0, uT2=ub-uc
Tại ν3: uT2 <0 tức là T2 bị đặt
điện áp ngược còn van T2 khoá lại và
ta có:
ud=uc uT2=ubc
iT1=0 iT3=id=Id
uT1=uac uT3=0 iT2=0
Tại ν4: uT2 <0 tức là T2 lại có tín
hiệu điều khiển T1 mở, T3 bị đặt điện
áp ngược khoá lại Sơ đồ lặp lại trạng
thái làm việc ban đầu
Nhận xét :
Qua phân tích 2 bộ biến đổi trên
ta thấy sơ đồ 3 pha hình tia rất phức
tạp và tốn nhiều linh kiện bán dẫn
Còn sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng dùng ít linh kiện hơn, mật độ phức tạp ít hơn , nên đối với yêu cầu công nghệ của máy mài ta chỉ cần dùng sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng
V MẠCH BẢO VỆ
1 Bảo vệ cắt khẩn cấp
a Bảo vệ ngắn mạch và qúa tải bằng dây chảy
Để bảo vệ Tiristor và điôt tránh dòng điện phá hoại chúng em dùng dây chẩy
Trang 10tác động nhanh Loại dây chảy này làm bằng lá bạc đặt trong vỏ sứ có chứa cát thạch anh
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Hình 15 Biều đồ hoạt động của dây
chảy Hình 16 Cách mắc dây chảy để bảo vệ mạch Hoạt động của dây chẩy chia thành hai giai đoạn (hình 15)
-Giai đoạn chảy từ t=0 đến khi bắt đầu xuất hiện hồ quang thq
-Giai đoạn hồ quang từ thq đến tc
Cách đặt dây chảy bảo vệ thiết bị bán dẫn mà em dùng trong sơ đồ (hình 16): -Đặt nối tiếp từng Tiristor
-Đặt từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến ấp
b Bảo vệ quá điện áp
Tiristor cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp Mà thường do hai loại nguyên nhân sảy gây nên qúa điện áp
-Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắt
Hình 18 Sơ đồ mắc RC để bảo vệ mạch điện Hình 17
Trang 11Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các tiristor
Vì vậy giữa Anot và Catot của tiristor xuất hiện quá điện áp (xem hình 17)
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
-Nguyên nhân bên ngoài
Những nguyên nhân ngoài thường xảy ra ngẫu nhiên khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ nhẩy, khi có sấm sét
Để bảo vệ quá điện áp em dùng mạch RC Mạch RC đấu song song với tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tự điện khi chuyển mạch gây nên Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp máy biến áp là để bảo vệ quá điện áp do cắt không tải (dòng điện từ hoá) máy biến áp gây nên (hình 18)
2 Bảo vệ cắt có thời gian
Quá tải, cách điện giảm, quá nhiệt v.v Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người vận hành trực tiếp điều chỉnh Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ thống, ngừng làm việc để giải quyết vấn đề sự cố Mạch bảo vệ thực hiện cắt có thời gian bằng các thiết bị như áptômát, rơ le nhiệt
VI CHỌN CHẾ ĐỘ HÃM
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng
1 Hãm tái sinh
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khi hãm tái sinh Eư>Uư động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới So với chế độ động cơ, dòng và momen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức:
Ih = Uu−Eu = K o−K o <
φω φω
0
34
35
36
37
38
Mh=KφIn<0 Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải của cơ cấu thì
hệ thống làm việc ổn định với ωođ>ωo
Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là (hình 19):
ω
= U − K
R
( ) 2 .
39
40
41
Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ 2 và thứ
4 của mặt phẳng toạ độ
Trang 12Hình 19 Đặc tính hãm tái sinh của động
cơ kích từ độc lập
Hình 20 Đặc tính hãm ngược khi đưa Rf vào mạch phần ứng động cơ kích từ độc lập
Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm 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
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Do bộ biến đổi đơn khôngcho phép dẫn dòng ngược (mà ở chế độ hãm ngược thỉ dòng điện đưa lên lưới bị đảo chiều (xem hình 19)) nên hệ truyền động của ta không thực hiện được hãm tái sinh
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 19-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: Dòng điện hãm:
Ih = Uu +Eu K o K o
R + Ru f R + Ru f
φω φω
27
28
