Đồ án Thiết kế chế tạo bộ nguồn chỉnh lưu công suất một pha điều khiển động cơ

ụ trên mạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb. Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng g xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3… Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh: D= Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh: D = Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb. Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. 1.5.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau: Iư IS In Rn RS · · · · · · - + · CktttttT Rkt E U Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng. Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn ncb và điều chỉnh nhảy cấp. Hệ thống có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch. Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song với điện trở và nối nối tiếp với một điện trở khác. Phương pháp này giống với phương pháp thay đổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại không thay đổi. Do đó, phương pháp này đòi hỏi phải: - Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi. - Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làm cho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức. Ta có phương trình đặc tính cơ: Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ nĐ < ncb. Mặt khác ta có: Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng bPM nhỏ hơn độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên bTN nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ bRf với điện trở phụ chính là Rn. Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau: Giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS: - Khi RS = 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng nHĐN = 0. Ta coù hoï ñaëc tính cô nhö sau :sau: TN n n0 n3 n2 n1 I IA MC RS = 0 RS = ¥ RS2 RS1 · RS1 < RS2 n1 < n2 Hình 10: Họ đặc tính cơ khi Rn = const, RS thay đổi. Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm. Giữ nguyên RS, thay đổi giá trị Rn: Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ. Lúc này ta xem RS như là tải nối song song với động cơ. Ta có được đường đặc tính cơ tự nhiên. Khi Rn = ¥: Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi trên phần ứng động cơ. Đây là trạng thái hãm động năng với RHĐN = RS. Ta có : IB = Uđm/RS. Ta có họ đặc tính cơ như sau: Hình11:Hoï ñaëc tính cô khi RS = const, Rn thay ñoåi. n1 n2 ncb I TN ( RN = 0 ) MC IB n Rn1 Rn2 n0 0 <Rn1 <Rn2 <Rn = ¥ n2 < n1 < ncb Vậy, khi giữ nguyên RS và thay đổi Rn thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế như trường hợp trên. Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại bị giảm xuống. Ngoài ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của RS và Rn: Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế. So với phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng ta nhận thấy: Khi tốc độ và moment động cơ như nhau nghĩa là khi công suất cơ như nhau dòng điện nhận từ lưới trong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồ điều chỉnh bằng điện trở phụ trên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua RS. Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép. Đồng thời tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều chỉnh tốc độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. Ưu điểm: - Với cùng một tốc độ yêu cầu thì độ cứng của đường đặc tính cơ phân mạch có độ cứng lớn hơn đặc tính cơ dùng điện trở phụ trên mạch phần ứng. - Thiết bị vận hành đơn giản. 1.5.6. Điều chỉnh tốc độ bằng hệ thống máy phát động cơ: ( F - Đ) 1.5.6.1 Sơ đồ nguyên lý: Với những hệ thống điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối rộng. Cần những tốc độ lớn hơn hay nhỏ hơn so với tốc độ cơ bản và cần điều chỉnh liên tục như truyền động chính của một số máy bào giường có năng suất thấp, truyền động quay trục cán thép có công suất trung bình và nhỏ, truyền động đúc ống trong phương pháp đúc liên tục… thì người ta dùng hệ thống F - Đ có sơ đồ nguyên lý như sau: - + CD1 Iư PđmC IKF RKF CKF · · · · · · · · · · · 2 IKĐ RKĐ CKÑ 1 CD2 UK RKK CKK Pđ Pcơ2 Pcơ1 UĐ ĐSC n U1; f1 K F CCSX Ñ Hình 12: Sơ đồ nguyên lý hệ thốngF–Đ. Trong đó: ĐSC: Động cơ sơ cấp, cung cấp động lực cho toàn hệ thống. Nhận công suất điện xoay chiều, biến đổi điện năng thành cơ năng kéo máy phát F và máy phát kích thích K. ĐSC có thể là động cơ nổ, động cơ điện tùy thuộc vào chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. F: Máy phát một chiều kích thích độc lập, cung cấp trực tiếp nguồn một chiều cho phần ứng động cơ. Đ: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập kéo cơ cấu sản xuất ( CCSX ), là đối tượng cần điều chỉnh tốc độ trong phạm vi tương đối nhỏ. K: Máy phát kích thích, thực chất là máy phát điện một chiều đặc biệt có từ dư lớn nên có khả năng tự kích. Phát ra điện một chiều UK cung cấp cho mạch kích thích máy phát CKF và kích thích của động cơ CKĐ. 1.5.6.2. Nguyên lý hoạt động: Để khởi động hệ thống F - Đ ta tiến hành các bước như sau: - Mở tất cả các cầu dao CD1, CD2. - Điều chỉnh biến trở ở mạch kích thích của động cơ RKĐ ở trị số cực tiểu sao cho FĐmax và điều chỉnh biến trở ở mạch kích thích của máy phát RKF ở trị số cực đại sao cho FFmin. - Đóng cầu dao CD1 ( lúc này CD2 vẫn hở ) khởi động động cơ ĐSC. Động cơ ĐSC sẽ quay và đợi cho tốc độ ổn định. ĐSC quay làm cho máy phát F và máy phát kích thích K quay. - Đóng cầu dao CD2 để chọn chiều quay cho động cơ là thuận hay ngược. Lúc này có FF nhưng rất bé sẽ làm cho EF bé nên UĐ = EF – IưRưF bé. Động cơ sẽ khởi động và quay với tốc độ thấp. - Để tăng dần điện áp đặt vào động cơ, ta điều chỉnh biến trở RKF giảm dần về trị số cực tiểu ( tăng dòng kích từ của máy phát ), do đó, dòng Iư tăng dần, động cơ tăng tốc độ cho đến khi đạt đến ncb. Quá trình khởi động đến đây là chấm dứt. - Để ngừng truyền động ta điều chỉnh RKF tăng dần để giảm dòng kích thích của máy phát làm cho điện áp phát ra của máy phát UF giảm. Do đó, tốc độ của động cơ giảm xuống và ngừng hẳn vào lúc UF = 0. Sau đó mở cầu dao CD2 dừng động cơ ĐSC. Muốn thay đổi chiều quay của động cơ ta gạt cầu dao CD2 sang vị trí 2. Với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau: Để cho nĐ < ncb: Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát đạt giá trị cực đại để giảm dòng kích từ của máy phát làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb. Gọi DUĐ: Phạm vi điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. Ta có: DUĐ = = Để cho nĐ > ncb : Ta giữ UF ở trị số định mức và điều chỉnh biến trở RKĐ đạt giá trị cực đại để giảm từ thông kích thích của động cơ. Lúc này tốc độ của động cơ tăng lên đạt nĐ > ncb. Gọi DFĐ: Phạm vi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông của động cơ. Ta có: DFĐ = = Kết hợp hai phương pháp điều chỉnh là giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ UĐ và giảm từ thông FĐ ta được phạm vi điều chỉnh chung: D = DUĐ.DFĐ = = 1.5.6.3. Thành lập phương trình đặc tính cơ của hệ thống F - Đ: Phương trình đặc tính cơ tổng quát: Phương trình cân bằng sức điện động của máy phát: UĐ = EF – IưRưF Thay vào phương trình đặc tính cơ ta được: Đây là phương trình đặc tính tốc độ của hệ thống. Thay Iư = vào phương trình đặc tính tốc độ ta được phương trình đặc tính cơ của động cơ trong hệ thống F - Đ như sau: Từ phương trình đặc tính cơ của hệ thống ta nhận thấy: Ứng với mỗi hướng điều chỉnh tốc độ động cơ khác nhau ( lớn hay nhỏ hơn so với tốc độ cơ bản ) ta sẽ có những họ đặc tính điều chỉnh khác nhau như đã trình bày ở trên. n’3 n’2 n’1 RKF ­ RKĐ­ ncb n2 n1 UĐ¯ FĐ ¯ F3 F2 F1 U1 U2 Uđm, Fđm n M 0 MC Hình 13:Họ đặc tính cơ điều chỉnh trong hệ thống F - Đ. 1.5.6.4 Đánh giá hệ thống F - Đ: a. Ưu điểm: - Hệ thống này có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng: D = bởi vì quá trình điều chỉnh được thực hiện bằng mạch kích thích của máy phát và động cơ. Có thể dùng phương pháp biến trở. - Hệ thống có sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn nên thường được sử dụng ở các máy khai thác trong công nghiệp nhỏ. b. Nhược điểm: - Dùng 4 máy để quay nên khi làm việc sẽ gây tiếng ồn lớn, chiếm nhiều diện tích để đặt máy. Đồng thời tổng công suất đặt vào hệ thống F - Đ quá lớn: Gấp 3 lần so với yêu cầu nên vốn đầu tư lớn. - Hiệu suất hoạt động của hệ thống tương đối thấp: h = < 0,75 - Đặc tính cơ dốc nên khi có dao động ở phụ tải thì thể hiện rõ hơn nữa. - Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. c. Nhận xét: Với hệ thống F - Đ vòng hở như trên, ta không thể thực hiện việc ổn định tốc độ động cơ là nhiệm vụ cần thiết đối với các hệ thống truyền động nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm được gia công trên máy, nâng cao chất lượng kỹ thuật của một qui trình công nghệ mà máy sản xuất tham gia hoặc nâng cao năng suất của máy. Để thực hiện nhiệm vụ đó, ta thường dùng các hệ thống F-Đ có khuếch đại máy điện dùng phản hồi vòng kín. Trong các hệ thống này, các bộ khuếch đại máy điện sẽ sư ûdụng các liên hệ phản hồi, nghĩa là đưa một tín hiệu đầu ra của hệ thống quay trở lại đầu vào của nó. Tín hiệu đầu ra có thể là điện áp, dòng điện trong mạch chính hoặc tốc độ quay của động cơ. Tín hiệu đầu vào là sức từ động của khuếch đại máy điện. Các khuếch đại máy điện thường dùng hiện nay là máy kích từ nhiều cuộn dây điều chỉnh được, khuếch đại máy điện tự kích và khuếch đại máy điện từ trường giao trục. 1.3. Giới thiệu về van bán dẫn điều khiển. 1.3.1. Cấu tạo, ký hiệu: a.Cấu tạo: Thyristor là một thiết bị gồn 4 lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2 ghép lại tạo ra 3 lớp tiếp xúc J1,J2,J3. Ký hiệu: A K G P1 P2 N2 N2 G K A J1 J2 J 3 1.3.2. Nguyên lý làm việc: Khi đặt Thyristor vào điện áp một chiều, anot nối vào cực dương, catot nối vào cực âm của nguồn. Khi đó J1,J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược. Gần như toàn bộ điện áp đặt lên mặt ghép J2. Điện trường nội tai Ei của J2 có chiều từ N1 đến P2. Điện trường ngoài tác dụng cùng chiều với Ei vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng chảy qua Thyristor mặc dù nó được đặt điện áp. Để mở Thyristor ta đạt một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K) các điện tử chảy từ N2P2 và một số ít chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển ig chảy theo mạch G-J3-K-G. Còn các phần tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc bắn phá J2, vùng chuyển tiếp J2 bị chọc thủng làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tủ chảy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoaid gây nên hiện tượng dãn điện ào ạt. J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát ra toàn bộ mặt ghép nên Thyristor được mở. E Rt P1 P2 N2 N2 G K A + - E Rt R1 K T R2 + - Hình 14: Mở Thyristor Mở Thyristor bằng cách ấn công tắc K là đơn giản nhất. Một Thyristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển ig không còn là cần thiết nữa. Khóa Thyristor: Có 2 các để khóa Thyristor: Cách 1: Giảm dòng điện ở anot xuống đến giá trị của dòng điện duy trì. Khi Thyristor được phân cực thuận thì mặt ghép J2 có điện trở rất lớn làm cho dòng qua thyristor rất nhỏ nên thyristor bi khóa lại. Cách 2: Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng) Khi đặt điện áp ngược lên thyristor có UAK <0 hai mạt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược còn J2 được phân cực thuận. Những điện tur trước thời điểm đảo cực tính UAK đang có mặt tại P1,N1, P2 bây giờ đảo chiều hình thành dòng điện ngược chảy từ catot về anot và về cực âm của nguồn điện ngoài. Lúc đầu của quá trình từ t0 đến t1,dòng điện ngược khá lớn sau đó J1, J3 trở nên cách điện. òn lại một ít điện tử ở giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đicho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. Thời gian khóa toff tính từ khi bắt đầu có điện áp ngược cho tới khi dòng điện ngược bằng 0 (t2). Đấy là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu mà đặt điện áp thuận lên thyristor thì thyristor cũng không mở. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt Thyristos đươi điện áp thuận khi thyristor chưa bị khóa nếu không có thể gây nguy cơ làm ngắn mạch nguồn. Việc khóa thyristor bằng đặt điện áp ngược bằng cách ấn nút K T K E R1 R2 + - E Rt Ing P1 P2 N2 N2 G K A + - J1 J2 J3 Hình 15: Khóa thyristor 1.3.3 Đặc tính Vôn-ampe của thyristor: Ung Uch i IH 0 4 3 2 1 Hình 16: Đặc tính Vôn-ampe Đoạn 1: Trạng thái khóa của Thyristor. Khi điện áp tăng đến Uch bắt đầu qua trình tăng dòng điện, Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2: Giai đoạn ứng với phân cực thuận (J2) mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thyristor. Đoạn 3: Trạng thái mở của Thyristor J1, J2, J3 trở thành mặt ghép dẫn điện. Đoạn 4: Thyristos bị đặt điện áp ngược, Thyristor bị chọc thủng (do U tăng nên ing cũng tăng lên). PHẦN II : Lựa chọn và phân tích mạch lực 2.1. Khái quát chung: Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển động cơ. Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra. Sau đây chúng em giới thiệu một số mạch chỉn lưu cầu 1 pha điều chỉnh động cơ điện 1 chiều dùng Thyristor như sau: 2.2. Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ 2.2.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha: Ưu điểm: - Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản - Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha. - Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục. Nhược điểm: - Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn) - Sử dụng không hiệu quả công suất MBA - Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ. a. Sơ đồ nguyên lý: T1 T3 T2 T4 uT1 uT3 uT2 uT4 u1 u2 utải R Ld A B i1 i2 itải b. Nguyên lý làm việc: Giả sử Ld = điện áp phía thứ cấp u2 = U2 .sint với góc điều khiển . Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập. Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng 0. Trước thời điểm t= v1 cặp van T1 và T3 dẫn điện khi đó ta có: uT2 = uT3 = 0; utải = - u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0. Đến thời điểm t= v1 cấp xung điều khiển mở cặp van T1 và T4 lúc này cặp van T1 và T4 sẽ dẫn điện, cặp van T1 và T3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện, khi đó ta có: uT1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = - u2; iT1= iT4= itải; iT2 = iT3 = 0. Đến thời điểm t = p, u2 = 0 có xu hướng âm dần và - u2 = 0 có xu hướng dương dần. Tuy nhiên điện áp nguồn lúc này tác động ngược chiều với chiều dẫn dòng của dòng điện qua tải, cho nên suất điện động cảm ứng do Ld tạo ra cho cặp van T1 và T4 tiếp tục dẫn điện, còn cặp van T1 và T3 chưa dẫn do chưa có xung điều khiển kích mở. Lúc này ta có: uT1= uT4= 0; utải = u2 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= 0. Đến thời điểm t =p+ phát xung điều khiển mở cặp van T2 và T3, lúc này cặp van T2 và T3 sẽ dẫn điện còn cặp van T1 và T4 bị phân cực ngược nên không dẫn điện. Ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4 = u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0. Đến thời điểm t =2p, u2= 0 và có xu hướng dương dần, còn - u2 = 0 có xu hướng âm dần, tuy nhiên cặp van T2 và T3 sẽ tiếp tục dẫn do suất điện động của cuộn cảm tải tạo ra để chống lại sự biến thiên của dòng điện. Cặp van T1 và T4 chưa dẫn điện do chưa có xung điều khiển kích mở ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0. Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự như trên. c. Giản đồ dòng điện, điện áp: upha 0 Iđk utải 0 uT1 (uT4) 0 uT2 (uT3) 0 t t t t t p 2p u2 -u2 d. Mét sè biÓu thøc tÝnh to¸n. Điện áp trung bình trên tải: Utải = 2.U2 sint.dt = 0,9 U2 cos Dòng điện trung bình qua Thyristor: IT = Itải .dt = Điện áp thuận, điện áp ngược trên thyristor: uT(thuận) = uT(ngược) =U2. e. Ứng dông. Mạch này có thể dung được với nhiều loại phụ tải khác nhau, với nhiều ưu tiên riêng (các cặp van luôn phiên nhau dẫn, có thể điều chỉnh được trơn điện áp đầu ra) 2.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển: a. S¬ ®å nguyên lý H×nh17: a- s¬ ®å nèi cïng cùc tÝn b- s¬ ®å nèi ng­îc cùc tÝnh (a) (b) H×nh18: §iÖn ¸p cña t¶i vµ c¸c van b¸n dÉn s¬ ®å b¸n ®iÒu khiÓn a- nèi cïng cùc tÝnh b- nèi ng­îc cùc tÝnh b. Nguyên lý làm việc: S¬ ®å nèi cïng cùc tÝnh: Tại a1 cấp xung điều khiển T1, T1 sã mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải về D1 về B. Đến p điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,T1 khóa. Nếu tải điện cảm dòng điện tải là đường thẳng. Năng lượng của cuộn dây sẽ được tích lũy xả qua D2 tới D1 điện áp tải trong vùng p ¸ a2 là bằng 0. Đến a2 cấp xung điều khiển T2, T2 dẫn. Từ a2 ¸ 2p dòng tải là dòng điện của 2 van T2 và D2. Đến 2p điện áp đổi dấu (B âm, A dương) D2 khóa, D1 mở để năng lượng của cuộn dây xả qua D1 về T2. 2p ¸ a3 mở thông D1, T2 điện áp tải bằng 0. Kết quả là chuyển mạch các van bán dẫn có điều khiển được thực hiện bằng việc mở các van kế tiếp. Các van được dẫn thông trong nửa chu kỳ. Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình18.a S¬ ®å nèi ng­îc cùc tÝnh: Tại a1 cấp xung điều khiển T1 với A dương, T1 sẽ mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải về D1 về B. T1 và D1 dẫn từ (a1 ¸ p ). Đến p điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,D2dẫn làm khóa T1 năng lượng của cuộn dây sẽ được tích lũy xả qua D1 và D2. Đến a2 cấp xung điều khiển T2 với A âm, T2phân cực thuận nên t2 mở làm khóa D1 cho dòng điện chạy từ B qua D2 qua tải về T2 về A.. Đến 2p điện áp đổi dấu (B âm, A dương) T2 phân cực ngược nên T2 bị khóa. Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình18.b *BiÓu thøc tÝnh to¸n : Điện áp trung bình trên tải: Utải=2. U2 .sin (t) dt = U2. Điện áp thuận và ngược đặt lên Thyristor và Điot uD(thuận)= uD(ngược) = U2. uT(thuận)= uT(ngược) = U2. PHẦN III Lựa chọn và phân tích mạch điều khiển 3.1 Giới thiệu chung: Như ta đã biết để các van của Thyristor có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên các van phải có điện áp thuận thì trên điện cực điều khiển và catot của van phải có một điện áp điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng như yêu cầu mở theo yêu cầu mở van người ta phải sử dụng một mạch tạo ra các tín hiệu đó. Mạch điện tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển. Điện áp điều khiển thyristor phải đáp ứng yêu cầu cần thiết về công suất biên độ cũng như thời gian tồn tại. Các thong số cần thiết của tín hiệu điều khiển được cho sẵn trong các tài liệu tra cứu về van. Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang được sử dụng có thể chia làm 2 nhóm: Nhóm 1: Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: đây là nhóm hệ thống điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều khiển của các Thyristor đúng thời điểm mở van và lập lại mang tính chu kỳ với chu kỳ thường là bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Nhóm điều khiển này được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nhóm 2: Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: các hệ thống điều khiển theo nhóm này tạo ra các xung điều khiển không tuân theo giá trị góc điều khiển. các hệ thống điều khiển này phát ra các chuỗi xung điều khiển với tần số thường cao hơn rất nhiều so với tần số nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, va ftrong quá trình làm việc thì tần số xung tự động thay đổi để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó. Ví dụ: Như Ud hay Id không thay đổi, để đạt được điều này thì người ta thực hiện khống chế tần số xung điều khiển theo sai lệch tín hiệu đặt và tín hiệu ra thực tế của đại lượng cần ổn định. Như vậy các hệ thống phát xung loại này buộc phải thực hiện hệ thống có phản hồi tức là hệ thống kín. Các hệ thống này tương đối phức tạp nên ta không xét. 3.2. Mét sè hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®ång bé: 3.2.1.Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS Theo nguyên tắc người ta cũng dùng 2 điện áp: - Điện áp đồng bộ UR vượt trước điện áp anot- catot thyristor một góc bằng/2 (nếu UAK = A. sinthì UR = B.cos). Điện áp điều chỉnh UC là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng (dương và âm). Giản đồ điện áp được trình bày như sau: UC (UR +UC) UR 0 UR H×nh19:Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anot-catot của Thyristor. Từ điện áp này người ta tạo ra UR. Tổng đại số (UR + UC) được đưa đến đầu vào khâu so sánh.khi (UR + UC) = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh. UC B.cos = 0 do đó = arccos() Người ta lấy: B= UC max thì Khi UC = 0 thì = Khi UC = UC max thì = 0 Vậy khi cho UC biến thiên từ – UC max đến +UC max thì biến thiên từ 0 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. 3.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này người ta dung 2 điện áp: Điện áp đồng bộ ký hiệu URC có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp đặt trên anot – catot của Thyristor. Điện áp điều khiển ký hiệu là UC là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ. Tổng đại số (Ur + UC) được đưa đến đầu vào của khâu so sánh. Như vậy bằng cách làm biến đổi UC người ta có thể điều chỉnh được thời điểm phát xung ra tức là điều chỉnh được góc Khi UC = 0 ta có = 0 Khi UC < 0 thì < 0 Giữa và UC có quan hệ như sau: = Người ta lấy: UC max = URC max Nếu điều kiện UC = UC max = URC max thì = Giản đồ điện áp được trình bày như sau: UC Ur (UC + Ur) 0 UC URC H×nh20. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh tuyÕn tÝnh 3.3. HÖ thèng ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh 3.3.1. S¬ ®å khèi: ĐBĐ& FXRC SS TX Urc U1 UđkT Uđk Trong đó: Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát xung (điện áp) răng cưa Khối 2: Khối so sánh Khối 3: Khối tạo xung U1: là điện áp lưới (nguồn xoay chiều) cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu Urc: điện áp răng cưa lấy ra từ khối 1 Uđk: điện áp điều khiển, là điện áp 1 chiều đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển góc UđkT: điện áp điều khiển Thyristor là chuồi các xung điều khiển lấy từ đầu ra của hệ thống điều khiển (khối TX) và được truyền tới cực G của thyristor. 3.3.2 Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hóa (khối 1). Đầu ra của mạch đồng bộ có các điện áp thường có dạng hình sin cùng tần số và có thể lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ UĐB. Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa. Đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa ta có một hệ thống các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng bộ, các điện áp này gọi là điện áp răng cưa URC. Nó được đưa vào đầu vào của khối so sánh tại đó còn một tín hiệu khác nữa là điện áp 1 chiều điều chỉnh được lấy từ nguồn vào. Hai điện áp này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch so sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh 2 tín hiệu này (đây là một mạch hoạt động trên nguyên tắc biến đổi tương tự số). Tín hiệu ra của khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của URC. Xung răng cưa có 2 sườn, trong đó một sườn mà tại đó khi mà |URC| = |Uđk| thì đầu ra của khối so sánh xuất hiện một xung điện áp thì sườn đó là sườn sử dụng. Vậy ta có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi Uđk khi giữ nguyên dạng của URC. Trong một số trường hợp khâu ra của khối so sánh được đưa đến