Đồ án Ứng dụng điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện một chiều

tinh ta phải đặt phần tử điều chỉnh tốc độ trong mạch công suất nhỏ như mạch kích từ, mạch vào của các hệ khuyếch đại. 4. Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép của động cơ và đặc tính cơ của máy sản xuất. Đặc tính cơ cho phép Mccp =f(w) là quan hệ giữa môment với tốc độ làm việc xác lập khi dòng điện bằng định mức. Trong toàn dải điều chỉnh : đặc tính này luôn luôn trùng với đặc tính cơ như w2 w1 Mccp(w) O M w M2 (w) w2 w1 Mccp(w) O M w M2 (w) w3 Hình 6 – 2 hình 6 -2 Đặc tính tải cho phép khác đặc tính cơ của máy sản xuất khi động cơ chỉ làm việc với Mccp tối ưu. 5. Hướng điều chỉnh : Hướng điều chỉnh là chiều hướng biến đổi tốc độ so với giá trị tốc độ trên đặc tính cơ bản có thể điều chỉnh (w < wcơ bản ) hoặc là (w < wcb) phương pháp tối ưu là chọn tốc độ điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản ví dụ hệ máy phát động cơ, hệ điều chỉnh hai hướng ... 6. Tính kinh tế : Tính kinh tế có ý nghĩa quan trọng nhiều trường hợp nó là chỉ tiêu quyết định. Để đánh giá tính kinh tế ta phải tính đến năng suất của máy sản xuất, vốn đầu tư cơ bản, chi phí vận hành độ tin cậy và ta phải quan tâm đến chỉ tiêu năng lượng đó là hệ số công suất và hiệu suất khi hệ làm việc với nhiều tốc độ xác lập từ wmax đến wmin Tóm lại chất lượng của một hệ truyền động điện điều chỉnh thể hiện ở nhiều chỉ tiêu đánh giá tổng hợp vì vậy đối với tường phương pháp từng hệ điều khiển tốc độ chọn ra những chỉ tiêu phù hợp. III/ ĐIỀU CHỈNH TỐ ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ MẠCH PHẦN ỨNG: Nguyên lý điều chỉnh điện trở : Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng là phương pháp biến trở có thể sử dụng cho các động cơ một chiều kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp. b Mc a c w2 w1 M w Hình 6 - 1 Đặc tính cơ điều khiển Đặc tính cơ tự nhiên b) a) Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh như sau hình 6 –1-1 Hình 6 -1 a : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng của động cơ một chiều. b : Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện trở phụ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp này như sau, giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tải là Mc và tốc độ w1 trên đường đặc tính cơ tự nhiên như hình 6-1b để điều chỉnh tốc độ ta đóng một điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng khi đó dòng điện phần ứng Rư giảm đột ngột, tốc độ do quán tính nên chưa kịp biến đổi trên hình 6-1b là điểm làm việc biến đổi từ điểm a đến b dòng Iư giảm làm cho môment động cơ cũng giảm theo nên M < Mc và tốc độ giảm nên sức điện động của phần ứng E= KFw cũng giảm làm cho dòng Iư lại tăng lên kết quả là môment tăng dần cho đến khi M = Mc thì hệ trở nên xác lập nhưng tốc độ lúc máy w2 < w1 vì vậy tốc độ w2 phụ thuộc vàao Rf và Mc. M = b(w0 - w) với Þ Vì vậy điện trở phụ được xác định như trên Trong đó Rư : là điện trở phần ứng w0 : là tốc độ không tải w1, w2 :1à tốc độ của động cơ khi điều chỉnh từng cấp IV/ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN TRỞ MẠCH ĐỘNG LỰC: 1. Nguyên lý điều chỉnh Điều chỉnh tốc độ bằng biến trở là một phương pháp đơn giản nhưng có nhiều nhược điểm liên quan đến dạng đặc tính cơ mềm và việc dùng điện trở nhiều cấp trong mạch động lực còn phương pháp điều chỉnh xung điện trở sẽ khắc phục được một số nhược điểm trên đây là dạng phát triển của biện pháp điều chỉnh biến trở. b) c) a) Hình 7 -1 Hình 7-1 : sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở (a) (b, c) là các loại khoá K thực tế Sơ đồ trên hình 7-1a ta có sơ đồ điều chỉnh xung điện trở có điện trở R có giá trị không đổi và khoá K ta có các loại khoá K bằng thyristior hoặc bằng transistor như hình7-1b,c khoá bằng thyristor dùng khi dòng lớn có trên 10 ¸15 với tần số cắt 200-150Hz. Thyristor T đóng vai trò chính trong việc đóng cắt điện trở R còn Tf và tụ C và các thiết bị phụ khác đế ngắt T. Khoá bằng trasistor dùng khi dòng điện nhỏ cỡ dưới 10A với tần số cắt cho phép cao hơn. Nếu các khoá là lý tưởng thì khi khoá K đóng ta có điện trở R = 0 và khi K ngắt Rx = R như vậy điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thay đổi chu kỳ từ 0 ¸ R và điện trở toàn mạch từ Rư đến Rư + R. Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này có giá trị tương đương Rtd nằm giữa 0 và R nó phụ thuộc tương quan giữa thời gian cắt của khoá K ta sẽ thay đổi được Rtd do đó điều chỉnh được tốc độ. ĐTCTN M Đặc tính điều chỉnh có dạng như hình 7-2 : độ rỗng của xung điện trở tđ:Thời gian dẫn(đóng) ;tc:Thời gian cắt ta có thể tính được điện trở Rtđ = R(1-g) V/ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH KÍCH TỪ CỦA ĐỘNG CƠ Nguyên lý điều chỉnh Phương pháp điều chỉnh kích từ có thể dùng được cho các loại động cơ điện một chiều nhưng người ta không đặt vấn đề điều chỉnh tăng từ thông bởi vì một mặt là không cho phép nâng dòng kích từ lên lớn hơn giá trị định mức mặt khác do mạch kích từ khi từ thông định mức đã bão hoà rồi nên nếu có cho phép tăng dòng kích từ đi nữa thì từ thông cũng tăng không đáng kể f2< f1<fđm fđm>f1>f2 Hình 8 -1 a) b) Khi điều chỉnh từ thông ta được hai họ đặc tính tốc độ và đặc tính cơ khác nhau như hình 8-1a và b Hình 8-1 : Đặc tính tốc độ (a), đặc tính cơ (b) của động cơ một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh kích từ. Giả sử ban đầu động cơ đang làm việc với dòng kích từ định mức và tải là Mc khi đó điểm là việc sẽ là điểm a trên đặc tính tự nhiên hình 8-1b tương ứng với tốc độ w1 . nếu ta nối thêm điện trở điều chỉnh Rfk vào mạch kích từ thì dòng ikt sẽ giảm và từ thông sẽ là f < fđm vì quán tính cơ học nên tốc độ biến đổi chậm hơn từ thông do đó sức điện động phần ứng giảm xuống và dòng điện phần ứng tăng lên. Nếu từ thông chỉ giảm trong một phạm vi đủ nhỏ nào đó thì hiện tượng nêu trên làm tăng môment của động cơ Mb lúc đó moment động cơ lớn hơn moment tải Mb > Mc động cơ sẽ tăng tốc và do tốc độ tăng lên. Để thấy rõ quan hệ giữa tốc độ với từ thông và moment tải ta xét trương hợp đơn giản nhất khi Mc = const từ phương trình đặc tính cơ với Rư = const , Mc = const ta có (*) Như vậy w = f(Kf), nó đạt giá trị lớn nhất khi tương ứng có Kfcực trị tốc độ sẽ bằng khômg khi Kf = Kf0 Từ phương trình (*) ta tìm được Hình 8 -2 Hình 8-2 là quan hệ w = f(Kf) khi Mc = const Mc2 < Mc1 Để xác định moment tải cho phép Mcp ta phải xác định quan hệ giữa từ thông và tốc độ ta có phương trình u = Kfw + IưRư » Kfw Þ Mccp = Kf Hình 8-3 Đặc tính moment tải cho phép khi điều chỉnh từ thông B- CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU BÁN DẪN Mạch chỉnh lưu có điều khiển có sức điện động Ed phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển góc điều khiển chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà ta dùng các sơ đồ chỉnh lưu hình tia, chỉnh lưu hình cầu đối xứng và không đối xứng. Chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và tính chất của tải, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L - R - E). Để tìm hiểu hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta xét ở chế độ dòng tải liên tục hay gián đoạn. Chế độ dòng điện liên tục (b) Hình 9-1 Hình 9-1 a : sơ đồ nối dây, b : sơ đồ thay thế của chỉnh lưu hình tia ba pha Trong đó E : sức điện động quay của động cơ u2a, u2b, u2c : sức điện độngthứ cấp máy biến áp nguồn L, Lx : điện cảm mạch một chiều, và điện cảm tải của dây quấnthứ cấp máy biến áp R : Điện trở mạch một chiều ua = u2m sinwt = u2m sinq Khi dòng điện chỉnh lưu id là liên tục thì có thể dựng được đồ thị các quá trình dòng điện và điện áp như hình 9-2 Hình 9 - 2 Sức điện động chỉnh lưu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình như sau , q =wet a = a0 – (p/ 2 - p/ r), Trong đó : w2 : Tần số góc của điện áp xoay chiều a : Góc mở van (hay góc điều khiển tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên) a0 : Góc điều khiển tính từ thời điểm SĐĐ xoay chiều bắt đầu dương r : Số xung áp đập mạch trong một chu kỳ điện áp xoay chiều Đây là phương trình vi phân mô tả thay thế hình 9 –2 b với q = a0 thì id=I0 Trong đó : Nếu gọi góc dẫn của van là l thì ta có thể tính được thành phần một chiều của dòng điện chỉnh lưu là thành phần sinh ra môment quay của động cơ Từ đó ta tính được dòng điện chỉnh lưu 2. Chế độ dòng điện gián đoạn Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xảy ra do năng lượng điện từ tích lũy trong mạch khi dòng điện tăng không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện khi nó giảm lúc này góc dẫn của van trở nên nhỏ hơn 2p/p dòng điện qua van trở về không trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn trong khoảng dẫn của van thì Sđđ chỉnh lưu bằng Sđđ nguồn ed = u2 ; 0£ q £a0 + l Khi dòng điện bằng không sđđ chỉnh lưu bằng sđđ của động cơ điện ed = E ; a0 + l <q £ 2p/p Dòng điện chỉnh lưu được tính như sau nếu I0 = 0 trong ** id = Im{[(cosjsinq - j)-e]} - [cosjsin(a0 + l - j)-j - e]e -(q - l-a0)cotgj} Trong đó : Hình 9 - 3 Hình 9-3: a- Chế độ dòng điện gián đoạn và đện áp b- Luôn liên tục Ta có dòng điện chỉnh lưu Khi q = a0 thì id = 0 nên ta có nghiệm riêng cho trường dòng điện gián đoạn Dòng điện id bắt đầu xuất hiện q = a0 và tăng đến giá trị cực đại tại điểm mà ở đó và giảm đến bằng 0 tại q = a0 + a trong trường giữ nguyên góc điều khiển a0 = const nhưng tăng dần sđđ E của động cơ thì góc dẫn l sẽ bị giảm dần và khi E = u2msina0 thì a = 0 tức là không dòng chảy trong mạch lúc này môment động cơ cũng sẽ bằng không động cơ bị giảm tốc độ. Do đó E giảm dòng điện lại xuất hiện trong mạch nhưng với tốc độ thấp hơn 3. Đặc tính cơ của chỉnh lưu hình tia ba pha Chế độ dòng điện liên tục Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng điện phần ứng động cơ điện dựa vào hình 3-1 ta có phương trình đặc tính Hình 9 - 4 Hình 9 - 4 : Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thysistor X : là điện trở phản kháng gây sụt áp do hiện tượng chuyển mạch E : sức đđ của động cơ E = Cfđmw Ed : điện áp chỉnh lưu Có độ cứng Còn tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển a Khi góc điều khiển biến thiên trong vùng 0£a<p/2 bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu Khi tăng góc điều khiển p/2£ a <amax và tải tính chất thế năng Khi môment tải dòng qua các van lớn làm góc chuyển mạch tăng theo nên để an toàn cần phải tăng góc thông sớm bmin điều này làm giảm sức điện động bộ biến đổi và do đó giảm tốc độ cực đại cho phép Hình 9-5. Đặc tính cơ bản chỉnh lưu hình tia 3 pha b. Hiện tượng chuyển mạch : Trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha khi phát xung nhằm để mở một van thyristor thì điện áp anôt của pha đó phải dương hơn điện áp của pha có van đang dẫn dòng do đó mà dòng điện của van đang dẫn sẽ giảm dần về không còn dòng điện của van kế tiếp sẽ tăng dần lên do có điện cảm trong mạch mà quá trình này xảy ra từ từ tại thời điểm cả hai van đều dẫn dòng và chuyển mạch cho nhau quá trình này gọi là chuyển mạch giữa các van (b) (a) Hình 9 - 6 : Hiện tượng chuyển mạch giữa các van thyristor Trong quá trình chuyển mạch vì cả hai van đều dẫn nên sức điện động chỉnh lưu bằng trung bình cộng của điện áp pha từ đó ta có phương trình cân bằng ta có i1 + i2 =Id và coi thì Khi bắt đầu chuyển mạch tại q = a giải phương trình trên ta có i2 = Imk(cosa - cosq) Quá trình chuyển mạch kết thúc khi i1 = 0, ie = id và tại q = a + p thì góc chuyển mạch m trong thực tế vận hành ít khi dòng điện chỉnh lưu vượt quá giá trị do đó có thể nói rằng trong chỉnh lưu hình tia ba pha góc chuyển mạch cực đại là do đó có chuyển mạch nên suất điện động chỉnh lưu bị sụt đi do đó có sự sụt áp chuyển mạch Hình 9 - 7 : Quan hệ giữa góc chuyển mạch m và góc điều khiển II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU BẰNG BỘ BĂM XUNG DÙNG THYRISTOR Sơ đồ nguyên lý : Trong đó điện áp và dòng điện của động cơ uĐ và I chỉ có giá trị dương Khi khoá T dẫn ta có uĐ = un i = in Khi khoá T ngắt in = 0 uD = 0 i = iD Hình 10-1 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển chỉnh xung áp Do tác dụng duy trì dòng của điện cảm L. các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện phần ứng uĐ, I và do đó sức điện động của động cơ. Khi đóng và ngắt liên tục của khoá T sẽ được xác định nếu biết luật đóng và ngắt của khoá và các thông số trong mạch Mô tả quá trình dòng điện và điện áp liên tục Ap dụng định luật Kirchoff ta có phương trình uđ + DuR + E = 0 Tại thời điểm t = 0 khoá T bắt đầu dẫn và uD = un; -i = imim Nếu coi suất điện động E không đổi trong một chu kỳ đóng ngắt của T ta có dòng i 0 < t <Tđ (*) : hằng số thời gian ảua phần ứng Hình 10-2 : Dòng điện và điện của nguyên lý điều chỉnh xung áp liên tục tại thời điểm t = tđ khoá T bắt đầu ngắt lúc này uD = 0 và D dẫn điện t, = t –tđ (**) Tại t, = 0 I = imax và ta có dòng I tđ < t < T Tại t, = T –tđ tức tại t = T i = Imax ta có dòng i Kết hợp (*) và (**) ta được giá trị cực trị Nếu T dẫn liên tục tđ = T thì dòng điện trong mạch phần ứng sẽ không đổi và bằng Quá trình dòng điện và điện áp gián đoạn Tại thời điểm tđ = tđgh khoá T dẫn giảm thì dòng điện Imim = 0 và hệ thống sẽ chuyển từ chế độ dòng điện và điện áp liên tục sang chế độ dòng điện và điện áp gián đoạn như hình 10 - 3 với điều kiện biên ta có phương trình Hình 10 - 3 Đặt m = r = Ta có : m = Từ phương trình m= ta dựng được họ đường cong phụ thuộc giữa m và r như hình 10 - 4 Hình 10 - 4 Trong đó d là 1 tham số vùng giới hạn từ đường cong d = 0 trở lên là không thể thực hiện được vì ngay tại d = 0 mạch đã có Tư = ¥ tức là phải thuần cảm giá trị g = g’ chính là giá trị thực Do yêu cầu đóng ngắt với tần số cao khoảng vài trăm chu kỳ trong 1 giây (200 ¸ 300Hz) nên khóa T thường là thysistor nên ta có sơ đồ Hình 10 – 5 mô tả quá trình đóng ngắt này Thyristor Tc làm khóa T (hình 10 - 5) thyristor Tf làm nhiệm vụ ngắt TC cuộn cảm L và van V dùng để nạp cho tụ C có cực tính như hình 10 -5 trong thời gian TC dẫn D có nhiệm vụ duy trì dòng qua tải Hình 10 - 5 Nguyên lý làm việc Ơ trạng thái ban đầu cả hai thyristor Tc và Tf đều đóng không dẫn điện nên tụ điện chuyển mạch C chưa được nạp điện Muốn khởi động bộ khóa trước hết cho xung điều khiển mở thyristor Tf tụ điện C được nạp điện với trị số uc = E với cực tính ghi trong dấu lúc này điện áp trên tải u=0. Bộ băm để ở trạng thái sẵn sàng làm việc Để mở khóa T tại thời điểm ban đầu t = 0 ta cho xung điều khiển mở Tc điện áp trên tải lúc này u = E vì thyristor Tc mở nên tụ điện C được tích điện sẵn cũng phóng điện qua thyristor Tc, cuộn cảm L và diode V kết quả tụ điện được nạp theo cực tính ngược lại Tại thời điểm t=tđ muốn khóa thyristor chỉ cần cho xung điều khiển mở thyristor Tf, qua thyristor Tf lại điện áp trên tải bằng không u =0 vì Tf mở dẫn điện nên tụ C lại được nạp đến uc = E khi tụ nạp đầy thyristor Tf khóa lại quá trình lại được lặp lại cứ như vậy trên phụ tải hình thành các xung áp một chiều như hình 10-6 Tđ T u E t Hình 10 – 6: xung áp 1C Độ dài mở xung là Tđ là thời gian mở thyristor Tc ứng với khoảng thời gian gữa xung mở thyristor Tc và xung mở thyristor Tf có thể điều chỉnh độ dài xung Tđ theo ý muốn song Td không thể nhỏ hơn ½ chu kỳ của dao động L- C tức là phải bảo đảm Td >p chu kỳ băm Tc tương ứng với khoảng thời gian giữa 2 xung liên tiếp mở thyristor Tc. cũng có thể điều chỉnh chu kỳ băm theo ý muốn Đặc tính cơ: Để xây dựng đặc tính cơ cần tìm giá trị trung bình của điện áp Hình 10 -7 Ta có đường đặc tính cơ như hình 10 –7 III/ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI VAN TỪ – ĐỘNG CƠ Sơ đồ nguyên lý của mạch D D Hình III -1 Trong sơ đồ hình những máy biến áp BA có chức năng biến đổi giá trị điện áp phù hợp với động cơ, nâng cao hệ số công suất các van không điều khiển D dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều và tạo thành sức từ hóa phản hồi trong kháng bão hòa (KBH) dùng để điều chỉnh giá trị sức điện động của bộ biến đổi tổ hợp kháng bão hòa và các van D tạo thành một van điều khiển ta xem xét hình: b) a) Hình III - 2 Ta có phương trình mạch điện hìnhIII –2 a xk biến đổi theo trạng thái từ của lõi thang ban đầu lõi được từ hóa cố định nhờ cuộn điều khiển Wđk đến một giá trị B0 nào đó hình – b -Bs£ B0 £ Bs. khi nguồn e dương dòng thuận qua van Db từ hóa lõi của kháng làm cho độ từ cảm biến thiên, lõi không bão hòa Xk rất lớn coi iRt = 0 ta có phương trình khi t = 0, B = B0 ta có B = B0 + Bm (1 - cosWt) WLV : số vòng của cuộn làm việc S: tiết diện lõi của kháng bão hòa Bm = E2m/ WWLVS : biên độ của từ cảm w : Tần số góc của dòng điện lưới Trong nửa chu kỳ dương từ cảm trong lõi kháng bão hòa sẽ biến thiên theo hình sin hìnhIII-2 b nó đạt giá trị bão hòa khi wt = a và B = BS Ta có góc bão hòa Tại wt = a B = Bs = const (lõi kháng bão hòa) thì Xk = 0 nên điện áp e đặt hết lên tải Rt E2m sinwt= iRt = ub Ub : điện áp ra của bộ biến đổi ta có đồ thị ub (wt) như hìnhIII-2c Đó chính là sức điệng động Rb của hệ biến đổi van từ trong nữa chu kỳ âm của sức điện động e van ngắt dòng từ hóa không có nên lõi bị khử từ bởi cuộn điều khiển và độ cảm B sẽ giảm dần về B0 còn áp trên tải ub» eb = 0 Giá trị trung bình của e được xác định : Nếu chỉnh lưu có số lần đập mạch là m (*) Từ phương trình (*) ta thấy khi thay đổi B0 từ -Bs ¸ + Bs ta sẽ điều chỉnh được sức điện động Eb từ 0 ¸ Ebm. Vì B0 do dòng điều khiển tạo ra B0 tỷ lệ với dòng điều khiển Iđk Nên ta có : Trong đó : Rb : điện trở trong Iư : dòng điện phản ứng a: hằng số tỷ lệ gữa Iđk và B0 IV/ ỨNG DỤNG LINH KIỆN BÁN DẪN TRONG MẠCH CHỈNH LƯU CẦU BA PHA HỖN HỢP KHÔNG ĐỐI XỨNG ĐỘNG CƠ Sơ đồ mạch. HìnhIV-1 Trong mạch này dùng Ba thyristor Th1, Th2 và Th3 và Ba diode D’1, D’2, D’3 Nguyên lý hoạt động của mạch: Các thyristor th1, th2 và th3 được điều khiển bằng các xung dòng điện điều khiển iG1, iG2, iG3 giống như ở mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng thyristor mỗi thyristor được gây mở chỉ khi nó có tín hiệu IG và điện áp trên cuộn dây thứ cấp nối với nó là lớn nhất trong số ba điện áp u1, u2, u3 ngoài ra ta cũng giả thuyết động cơ có điện cảm L lớn nên mạch làm việc trong chế độ liên tục cung cấp cho phụ tải với dòng điện phụ tải có trị số không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I’d trong chế độ này thyristor sau khi được kích mở sẽ tiếp tục mở cho đến lúc một thyristor khác được kích mở còn mỗi diode trong ba diode D’1, D’2, D’3 sẽ mở trong khoảng thời gian mà điện áp trên cuộn dây thứ cấp nối với nó có giá trị bé nhất trong số điện áp u1, u2, u3 Khi góc mở chậm của thyristor a< p/3 ta có đồ thị biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh lưu như hình IV-2a Khi góc mở a> p/3 ta có đồ thị biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh lưu như hình IV-2b Trên đồ thị hìnhIV-2b biểu diễn các khoảng mở của mỗi thyristor và diode + Ta có thể thấy a< p/3 hìnhIV-2b trên đồ thị tồn tại những khoảng mở đồng thời thyristor và diode được nối với cùng một dây quấn thứ cấp Trong khoảng q3 £ q £ q4 thyristor và diode D’1 (cùng nối với pha 1) được mở đồng thời trong khoảng đó phụ tải lại nối tắt bởi th1 và D’1 và điện áp ở hai đầu phụ tải ud=0 + Khi a< p/3 hìnhIV–2a trong đồ thị không tồn tại những khoảng mở đồng thời hai thyristor và diode được nối với cùng một pha của nguồn điện. Do đó điện áp ud luôn luôn lớn hơn không Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu ud = um - un + Trong khoảng q1 £ q £ q3 thyristor th1 mở uM = u1 + Trong khoảng q3 £ q £ q5 thyristor th2 mở uM = u2 + Trong khoảng q5 £ q £ 2p và 0 £ q £ q1 và thyristor th3 mở uM = u3 Do đó giá trị trung bình của uM là Ta có: và Þ + Trong khoảng q2 £ q £ q4 diode D’3 mở uN = u3 + Trong khoảng q4 £ q £ q6 diode D’1 mở uN = u2 + Trong khoảng q6 £ q £ 2p và 0 £ q £ q2 diode D’2 mở uN = u2 Þ Ta có giá trị trung bình của un là : Khi và Như vậy Þ Khi thay đổi a từ 0 đến p ta có thể thay đổi điện áp chỉnh lưu từ Điện áp ngược cực đại : ungmax = um Dòng điện phụ tải Khi động cơ điện một chiều có sức phản điện động E điện cảm L điện trở R Ta có : E <  Chương IV: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC) VÀ ỨNG DỤNG CỦA PLC GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC – PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Hiện nay trong nước chưa có một giáo trình tiếng Việt nào giới thiệu đầy đủ về bộ điều khiển lập trình nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu. Trên cơ sở khảo sát những tài liệu kỹ thuật về bộ điều khiển lập trình của hãng Siemens em xin giới thiệu bộ điều khiển lập trình simatic S7- 2000 I/ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA CPU – (CENTRAL PROCCESS UNIT) Khái quát chung : PLC viết tắc của programmable logic controller là thiết bị điều khiển logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữ lập trình bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu: Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, tu sửa Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp Giao tiếp với các thiết bị thông tín máy tính, nối mạng các module mở rộng Giá cả phù hợp Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng Rơ le và thiết bị cồng kềnh nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng, S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens cấu trúc theo kiển module có các module mở rộng các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 và CPU 214 về hình thức bên ngoài sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào ra và nguồn cung cấp CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra có khả năng mở rộng thêm bằng 2 module mở rộng CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng Cấu trúc CPU 212 512 từ đơn (word) tức là 1 kbyte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với Eprom. Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non – volatile 512 từ đơn được lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ ghi thuộc miền non – volatile 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic Có thể ghép nối 2 module để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm cả 2 module tương tự (analog) Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra 64 bộ tạo thời gian trễ (timer) trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms 64 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi 368 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu khác nhau bao gồm ngắt truyền thông ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống. Ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi Cấu trúc CPU 214 CPU 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng 2048 từ đơn (4 kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non – volatile để lưu chương trình (dùng nhớ có giao diện với EEPROM) 2048 từ đơn (4kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu (trong đó có 512 từ đầu thuộc miền EEPROM) IO.O, QO.O, VO.O, SMO.1 Tổng số cổng vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra Có 14 ngõ vào từ IO.O ¸ IO.1 và I1.O ¸ I1.5 Có 10 ngõ ra từ QO.O ¸ IO.1 và Q1.O ¸ Q1.1 Có thể gắn thêm 1 module mở rộng bao gồm cả module analog 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer 1ms, 16 timer 10ms và 108 timer 100ms Có 128 bộ đếm chia làm hai loại + Chỉ đếm lên CTU + Vừa đếm lên vừa đếm xuống CTUD Có 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc + SMO.O : luôn ở trạng thái 1 + SMO.1 : bằng 1 trong vòng quét đầu tiên Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung Có 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2kHz và 7kHz 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO (Pulse traisn output) : điều tần PWM (Pulse width modulation) : điều rộng xung 2 bộ chỉnh tương tự Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi Các đèn báo trên S7-200 CPU 214 + SF (đèn đỏ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc + Run (đèn xanh) : đèn xanh chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy + Stop (đèn vàng): đèn vàng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng + Ix.x (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ix.x (X.X = 0.0 ¸ 1.5) + Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của