Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện 1 chiều

n hệ có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Hệ F - Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ. + Đặc điểm của hệ F - Đ *Ưu điểm Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín). Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản. *Nhược điểm 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 công suất tải yêu cầu. Vốn đầu tư cao, cồng kềnh tốn diện tích Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%) Điều chỉnh sâu bị hạn chế Hiện nay người ta có khuynh hướng thay thế hệ F - Đ bằng hệ thống CL - Đ Hệ thống CL - Đ một chiều Hệ thống CL - Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điều áp một chiều. Khi nối nó vào mạch phần ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ thống CL - Đ. Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực tiếp biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào. Hiện nay các Tiristo được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh… - Nguyên lý điều khiển Động cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành điện một chiều cấp điện cho phần ứng của động cơ điện một chiều. Khi điều khiển góc mở của các Tiristo ( tức là Tirito chỉ được mở khi điện áp anod dương hơn catod) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều. - Các chế độ làm việc Chế độ dòng điện liên tục Khi mômen tải tăng Mt ↑ thì dòng điện Iđc ↑ dẫn đến năng lượng điện từ tăng. Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn làm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kế tiếp. Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu UCL = Udo.cosα . T ∼ Ư Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Chế độ dòng điện gián đoạn Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy và xả năng lượng. Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng lượng nhỏ. Vì vậy khi điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động của động cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện. Lúc này, dòng điện qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn. Chế độ biên liên tục Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ sẽ phải qua một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục. - Đặc tính cơ của hệ thống Chế độ dòng điện liên tục Phương trình đặc tính cơ: Thay đổi góc điều khiển α = ( 0 - π),điện áp của chỉnh lưu biến thiên từ Udo – ( - Udo) và ta được họ đặc tính song song nằm ở nửa bên phải của hệ trục tọa độ {M, ω}. Những đặc tính đó không tồn tại ở nửa mặt bên trái là do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Khi đó tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α Và độ cứng đặc tính cơ: ( ) CL dm RR k + Φ= ¦ 2 β là không đổi. → Các đường đặc tính của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ Chế độ dòng điện gián đoạn Phương trình đặc tính cơ: M kk RR k U M kk RR k U e CL e do e CL e CL . ... cos. . .. 2 − 2 − Φ +−Φ=Φ +−Φ= μμ αω dme do o k U Φ= . cos. αω Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH ( ) ( ) ( )( )γλ γλλγαγαγω g gU k oom dm cotexp1 cotexpsinsin.cos1 2 − +−− Φ= Khi làm việc ở chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính cơ không là đường thẳng, là đường cong có độ cứng thấp hơn. Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và vùng dòng điện gián đoạn chính là tập hợp các đường trạng thái biên {Mblt; ωblt} khi thay đổi góc α = ( 0 - π ) gần đúng là đường elip có các trục chính là các trục tọa độ - đường cong nét đứt trên hình vẽ. H7. đặc tính cơ của hệ (CL - Đ) + Đặc điểm của hệ CL - Đ * Ưu điểm: Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn. Có khả năng điều chỉnh trơn (γ ∼ 1) với phạm vi điều chỉnh rộng ( D ∼ 102 – 103) Có thể thiết lập hệ tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thiện điều kiện làm việc của hệ. *Nhược điểm: Khả năng linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả năng quá tải về dòng và áp của các van kém. 0 Biên liên tục ω ωo1 ωo2 Iblt ωblt I α = 0 α = π/2 Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn. Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất cosγ thấp nhất. HỆ THỐNG BĂM ÁP ĐỘNG CƠ Bộ băm áp một chiều dùng để biến đổi trị số điện áp, dòng điện một chiều dựa trên nguyên lý đóng ngắt có chu kì nguồn điện một chiều. - Nguyên lý điều khiển Khi khóa K đóng dòng điện tăng làm tăng tốc độ động cơ và tích lũy năng lượng điện từ cho điện cảm trong mạch. Trong thời gian khóa cắt, năng lượng điện từ đã tích lũy sẽ phóng qua Vo để duy trì dòng điện phần ứng. - Các chế độ làm việc Chế độ dòng điện liên tục Khi dòng và điện cảm trong mạch đủ lớn thì nănsg lượng điện từ đủ duy trì dòng điện cho đến khi bắt đầu chu kì mới. Khi đó dòng phần ứng có dạng liên tục. Điện áp một chiều được điều chỉnh bằng bộ băm áp cung cấp cho phần ứng của động cơ. Điện áp môt chiều được băm với điện áp trung bình: Ta điều chỉnh thông qua chu kì T. Chu kì càng nhỏ ( tần số càng lớn f = 1 /T) thì vùng gián đoạn càng nhỏ, chất lượng điều khiển càng cao. → Điều khiển băm áp có chất lượng tốt hơn điều khiển chỉnh lưu khi tần số f cao. Chế độ dòng điện gián đoạn 11 .UUT U TB γθ == Vo Ư K+ - Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị nhỏ thì đường cong có dạng gián đoạn. Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị giới hạn nào đó thì dòng điện có thể giảm đến 0 đúng vào thời điểm đầu của chu kì tiếp theo. Khi đó ta có dòng biên liên tục. Đặc tính cơ của hệ thống Với dòng điện liên tục: Phương trình đặc tính cơ H8. đặc tính cơ của hệ thống với dòng liên tục Để điều khiển tốc độ ta điều khiển hệ số γ tức là điều khiển độ rộng xung điện áp θ trong chu kì điện áp. Trong vùng liên tục, đặc tính cơ là tập hợp các đường thẳng song song với tốc độ không tải lý tưởng dm o k U Φ= γω và độ cứng đặc tính cơ: ( ) baRR k + Φ= ¦ 2 β Với dòng điện gián đoạn M kk RR k U M kk RR k U e ba ee ba e ba . .. . . .. 2 ¦1 2 ¦ Φ +−Φ=Φ +−Φ= μμ γω ω γ = 0 γ = 1 I, M ωo Iblt ωblt 0 Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Đặc tính cơ là các đường cong. Cũng như trong hệ CL - Đ, ở chế độ này do mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm. Biên giới liên tục là đường có dạng nửa hình elip nằm ở góc phần tư thứ nhất và có dạng nét đứt trên hình vẽ. + Đặc điểm: * Ưu điểm Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắc chắn. Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên. *Nhược điểm Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tính kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều. III: HỆ TRUYỀN ĐỘNG (T-Đ) -Hệ TĐ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khi nối nó vào mạch phaanf ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ TĐ . -Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào . -Hiện nay Tirstor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ , tổn hao ít tác động nhanh . 1. Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều: nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều .Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều. 2. Các chế độ làm việc . a,Chế độ dòng liên tục . -Khi mô men tải Mt tăng thì dòng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượng điện từ tăng .Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH dây lớn làm cho năng lượng xẳ ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thừi điểm mở van kế tiếp . -Khi ở chế độ dòng liên tục Ucl=Udo.cosα b, Chế độ dòng gián đoạn . -Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy năng lượng .Nếu dòng điện nhỏ , lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng lượng nhỏ , vì vậy điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động cảu động cơ năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện .Lúc này dòng điện qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn . c,Chế độ biên liên tục . -Khi chuyển từ trạng thái kliên tục sang trạng thái gián đoạn hệ sẽ phải trải qua một trạng thái giới hạn , đó là trạng thái biên liên tục . 3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG . a, Chế độ dòng liên tục . +Phương trình đặc tính cơ M μKK RR K CosU M μKK RR K U ω e cl e do e cl e cl . Φ. +. =. Φ. + . = − 2 − Φ α Φ Thay đổi góc điều khiển α=(0÷Π) điện áp cảu chỉnh lưu điều khiển từ Udo-(-Udo) và ta được đặc tính họ song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ (Moω) những đặc tính đó không thuộc nửa bên trái là do các van không cho dòng điện phản ứng đổi chiều . -Khi đó tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α . me do K U o ® cos. = Φ α ω -Và độ cứng đặc tính cơ Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH cl m RR K β + )Φ( = − 2 ® b, Chế độ dòng gián đoạn +Phương trình đặc tính cơ )cotexp(1 )cotexp()+()sin(.. . Φ 1 = 2 ® γλ g γgλλγαSinγαγCosU K ω oom m -Khi làm việc ở chế độ dòng gián đoạn đường đặc tính cơ không là đường thẳng mà là đường cong có độ cứng thấp hơn . -Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là dòng phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng gián đoạn chính là tập hợp đường trạng thái biên độ .KHi thay đổi góc α=(0-Π) gần đúng là đường ê líp có các trục chính là trục tọa độ . +Ưu điểm -Độ tác động nhanh , cao tổn thất ít giảm tiếng ồn hiệu suất lớn có khả năng điều chỉnh trơn (8-1)với phạm vi điều chỉnh rộng (D-102-103) -Có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thiện điều kiện làm việc của hệ. +Nhược điểm :\ -Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc không cao , khả năng quá tải về dòng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn . - Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos γ thấp nhất. Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH PHẦN II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN : I: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC: 1: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC: Dựa trên những phân tích đánh giá về các ưu nhược điểm của các loại Sơ đồ về chỉnh lưu ,với tải là kích từ động cơ thì dùng chỉnh lưu cầu Một pha ,điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả vì nó cho chất lượng Điện áp và dòng một chiều tốt nhất : 2: SƠ ĐỒ : Sơ đồ mạch lực Ikt L T3 T4 T2 T1 1 C2 R2 R1 Đ C1 U∼ Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH GIỚI THIỆU MẠCH LỰC : Mạch lực gồm : 4 Triristor T1-T4 mắc với nhau thành một sơ đồ Cầu đối xứng; 2 Điện trở R1;R2 2 Tụ C1;C2 mắc nối tiếp nhau và từng nhóm mắc song song với Triristor nhiệm vụ bảo vệ quá tải về điện áp 1 Ap tô mát .AT dùng để đóng cắt để sửa chữa khi có sự cố đồng thời nó được bảo vệ động cơ khi ngắn mạch : I-3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC : Đóng AT cấp nguồn cho mạch lực Khi Φ =Φ1 cho xung điều khiển mở T1 . Trong khoảng từ Φ1-Φ2 . Tiristor T1 và T4 cho dòng chạy qua , khin điện áp vào đổi dấu Thì T3 mở ngay . T1 tự nhiên khoá lại dòng id =I d chuyển từ T1 Sang T3 lúc này T3 và T4 cùng cho dòng chạy qua Ud= 0 + Khi Φ =Φ3 =Π + α cho xung mở T2 dòng tải id =Id chạy qua T3 và T2 Đồng thời T4 bị khoá lại . Quá trình có thể lặp đi lặp lại sơ đồ sử dụng van là Tiristor khi muốn ngừng hoạt động ta có thể ngắt AT cắt nguồn: I-4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ : 4-1: Các số liệu ban đầu của mạch lực : P = 2,2 (kw) Uđm = 220 (v) Iđm = 10 (A) Nđm = 1500 (v/p) η = 0,85 4-2: tính chọn van . Để điều khiển tiristor dẫn dòng thì ta có : UAk > 0 I g > 0 Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Các thông số cơ bản của van được tính như sau. Ulv = KNV .U2 = 1,41.110 =155 (v) Do sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha nên ta có . 41,12 ==nvK Điện áp ngược mà van phải chịu . Unv = Kđtv . Ulv = 1,9.155 =294 (v) Kđtv la hệ số dự chữ điện áp thường lấy >1,6. Nên dòng điện đinh mức của van là . Ilv = Khd .I =0,67.10 =6,7 ( A) Khd =0,67 Do chỉnh lưu cầu một pha Dòng điện định mức của van được chọn dựa vào điều kiện làm mát van chọn điều kiện làm mát van bằng không khí tức làm mát tự nhiên bằng cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép làm việc Iđmv =Ki .Ilv =1,5.6,7 = 10 (A) Ki = 1,5 là hệ số dự chữ dòng điện Chọn van bán dẫn với . Unv = 294 (v) Iđmv = 10 (A) Loại tiristor cần chọn là ,T12N400COE có các tham số sau Điện áp ngược cực đại của van là : Un = 400(v) Dòng định mức của van là : Iđm = 15(A) Đỉnh xungdòng điện : Ipik = 220(A) Dòng điện của xung điều khiển Iđk = 40(mA) Điện áp của xung điều khiển Uđk=2(v) Dòng điện rò Ir =5(mA Sụt áp lớn nhất của tiristor ΔU =2,8(v Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Tốc độ biến thiên điện áp )/(200 mv dt du = Tốc độ biến thiên dòng điện )(180 μςA dt di = Thời gian chuyển mạch Tcm =50μs Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C 4-3: Tính chọn thiết bị bảo vệ van: Dùng áptômát để tác động nhanh đóng cắt mạch đọng lực tự bảo vệ .Quá tải và ngăn mạch tiristor. + chọn áptômát (AT) có Iđm =(1,1-1,3)Id Sao cho dòng bảo vệ của áptômát không vượt quá dòng ngăn Mạch của thứ cấp . Chọn Iđm = 1,1I1d =1,1.3,74 =4,11(A) Uđm = 220(v). Dùng cầu chì ( cc) tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch , nhóm 1cc bảo vệ ngắn mạch bên ngoài được chọn theo. Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp của máy biến áp I1cc = 1,1.I2 =1,1.6,7 =7,37 (A) Chọn I1cc =8 (A) Nhóm 2cc bảo vệ van phụ tải . I2cc =1,1 Id =1,1.10 =11 (A) +; Bảo vệ quá nhiệt độ cho van bán dẫn . Để van bán dẫn làm việc an toàn không bi trọc thủng vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý . hiện nay phổ biến người ta thường dùng làm mát bằng cánh tản nhiệt . - tổn thất công suất trên 1 tiristor . ΔP =ΔU.Ilv = 1,9.6,7 =12,73 (w) - diện tích bề mặt toả nhiệt . 35,0 40.9 73,12 . ==Δ= tKtn PStn ( m2) =35 (cm2) Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Trong đó : t0 =t0lv –t0mt độ chênh lệch so với môi trường nhiệt độ làm việc t0lv = 800 Nhiệt độ môi trường : t0mt = 40 vậy t0 = t0lv = t0mt = 800 Bảo vệ quá điện áp: Quá điện áp chuyển mạch xuất hiện khi van bán dẫn chuyển mạch từ trạng thái thông sang trạng thái ngắt . Để bảo vệ về điện áp chuyển mạch người ta nối song song với mỗi van một mạch R- C khi có mạch R-C mắc song song với tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên tiristor không bị quá điện áp trị số của điện trở và điện dung của mạch tuỳ theo từng loai van: R = (5÷10) (Ω) C = (0,25÷4) (μF) Vậy ta chọn R = 22Ω C = 0,47 (μF) 4-4: xách định thông số mạch phần ứng : Với các thông số đã cho của động cơ ta tính được điện trở phần ứng động cơ. Theo công thức phần ứng : Rư= 0,5(1-ηđm) . Idm Udm Thay số : Rư = 0,5.(1-0,85). 10 220 = 1,25(Ω) Điện cảm mạch phần ứng tính theo công thức gần đúng : Lư =K2 . ¦.. WdmZpIudm Udm Wđm = 55,9 Ndm Trong đó : K2 là hệ số chọn = 5,6 (đối với máy không bù) Zp là số đôi cực Zp =2 Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Thay số ta có : Lư = )(2,0 55,9/3000.2.10 220.6,5 H= Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN : II-1 : các chức năng mạch điều khiển Mạch điều khiển có chức năng điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Anot và Ktot của tiristor: Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor (xung điều khiển thường Có biên độ từ 2÷10v Độ rộng của xung Tx = 20÷100μs Độ rộng của xung được tính theo biểu thức : Tx = dt di Idt Trong đó: Iđt là dòng duy trì tiristor dt di tốc độ tăng trưởng dòng tải Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH II-2: CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN . Điều khiển tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính . nội dung của nguyên tắc này như sau : Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristor, để có thể điều khiển được góc mở α của Tiristor trong vùng điện áp dương anod ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác ,ta thường gọi điện áp tựa là điện áp răng cưa Urc như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa .tại thời điểm điện àp tựa bằng điện áp điều khiển ( Urc = Uđk) trong vùng điện áp dương anod thì phát xung điều khiển để mở van. Sơ đồ cấu trúc của mạch điện điều khiển Ta có sơ đồ cấu trúc: -ĐF: khâu đồng pha là khối tạo điện áp đồng bộ với điện áp trên anot – knot của tiristor. - RC: khâu tạo điện áp răng cưa Urc - SS: Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu Urc và Uđk - TX: khâu tạo xung chùm -KD:khâu khuyếch đại xung -BAX: biến áp xung Uđk ĐF RC SS TX KĐ BAX Urc Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Giản đồ điện áp 0 0 0 0 0 U 0 0 ω t U 1 U 2 U 3 U 4 U 4 U 5 U 6 ω t ω t ω t ω t ω t ω t ω t Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH II-3: LỰA CHỌN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN : CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHÂU 3-1: KHÂU ĐỒNG PHA . Đầu vào tín hiệu xoay chiều biên độ nhỏ lấy từ biến áp. Đầu ra là tín hiệu xung vuông đồng pha với tín hiệu điện áp lưới đưa vào khâu tạo điện áp tựa Urc Sơ đồ gồm máy biến áp đồng pha và một khâu so sánh. Cuộn thứ cấp của biến áp đồng pha gồm hai cuộn dây có điểm giữa trung tính. Sau hai nữa chu kỳ điện áp hình sin ở đầu vào Đ1và Đ2 thì ở đầu ra của nó có điện áp dương. Tín hiệu đồng pha này được dưa vào cổng đạo và khuếch đại thuật toán OA1. Cộng không đạo OA1 nhận tín hiệu đặt một chiều qua khâu phân áp VR1. Kết quả ở đầu ra của OA1 ta có được các xung vuông. H Sơ đồ cấu trúc của khâu đồng pha R1 VRĐ2 Đ1 BAĐP OA1 B +E U~ t UA t Ung t UB Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH 3-2: KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA . Là điện áp để so sánh với Uđk điểm cân bằng là thời điểm phát xung, hình dạng của Ur phụ thuộc vào nguyên tắc điều khiển ở đây ta chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Điện áp ur là điện áp răng cưa đồng pha với điện áp lưới. Có nhiều phương pháp để tạo ra ur + Sơ đồ dùng đi ốt và tụ điện + Sơ đồ dùng cho Tranzitor + Sơ đồ dùng vi mạch Trong bản thiết kế này ta chọn sơ đồ dùng vi mạch, tín hiệu răng cưa được tạo thành nhờ tụ C1 nhờ vào sự phóng nạp. Sơ đồ mắc theo kiểu tích phân, phần tử chính của mạch là tụ C1 và khuếch đại thuật toán OA1 và OA2. Chọn loại khuếch đại thuật toán OA2 là loại khuếch đại thuật toán μA741 Nguồn cung cấp ± 15V . Tín hiệu được đưa vào cổng đảo của OA2 thông qua đi ốt chặn để lấy tín hiệu điện áp âm Nguồn E+ (15) được mắc vào cửa đảo nối tiếp tụ C1 để nạp cho tụ thông qua R3 và VR2 để khống chế thời gian và phóng của tụ C1 UC +URCM -URCM Uđk VR OA2 R4 R3B + - + - D3 C1 C Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi u0 > uA điện áp ra của OA1 (Uđp < 0) thì tụ Đ3 thông tu được nạp theo ký hiệu như hình vẽ In = Ic = i2 – i1 Trong đó R E RVR EI =+= 322 (R = VR2 + R3) 4 =1 R UdUbh I Chọn Ubh = 12V Với (Ud = 0,5V sụt áp trên đi ốt Đ3) 4 5,0121 R I −= u = u ∫ i dt Với quy ước chiều như hình vẽ thì ic < 0 thay vào ta có 1 ).15 4 5,11( C t RR Ur −= Khu Ub = -Ubh thì Đ3 dẫn tụ C1được nạp điện đến giá trị bão hòa + Urcmax Khi Ub = + Ubh thì Đ3 khóa tụ C3 phóng điện từ + Urcmax ÷ - Urcmax RR EIp 15== Điện áp trên tụ giảm dần 1 .15 RC tUzUr −== nếu thời gian tp là thời gian phóng của tụ ta có 1 .15 RC tUzUr −== Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH 3-3: KHÂU SO SÁNH . H Sơ đồ cấu trúc của khâu so sánh Nhiệm vụ của khâu so sánh là so sánh điện áp răng cưa Urc với điện áp điều khiển Uđk để định thời điểm phát xung mở Tiritor. Điện trở R5 ,R6 có tác dụng hạn chế đầu vào khuếch đại thuật toán ( chon vào khoảng 10 kΩ ) Điện áp đầu ra của khâu so sánh tại điểm D là UD = - 15 V khi Urc > Uđk UD = + 15 V khi Urc < Uđk t +URC Uđk - t Ud α t T1 UF t T2 UG + - OA3 R5 R6 C D Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH Điểm Urc = Uđk là điẻm lật trạng thái xác định thời điểm phát xung. Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH 3-4:KHÂU KHUẾCH ĐẠI XUNG. H Sơ đồ công cấu trúc của khâu khuếch đại xung. Sơ đồ sử dụng hai Tranzitor T1 và T2 ghép trực tiếp làm chức năng khuếch đại, đầu ra ghép với tải bằng biến áp xung, tín hiệu lấy ra từ hai khâu gửi tới: - Tín hiệu từ khâu so sánh gửi tới. - Tín hiệu từ khâu xung chùm gửi tới. Nguyên lý hoạt động Khi đầu ra của khâu so sánh là một xung điện áp đường dẫn tới T1 mở tạo thiên áp cho T2 mở. Khi T2 mở sẽ có dòng chảy qua cuộn sơ cấp biến áp xung và kết quả là thứ cấp biến áp xung có được một chuỗi xung có tần số bằng mạch của máy phát xung chùm, và có độ dài xung phụ thuộc vào xung dương của khâu so sánh. XC SS Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 R8 R9 T1 T2 BA+E Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH 3-5: KHÂU TẠO XUNG CHÙM. H sơ đồ khâu tạo xumg trùm Nhiệm vụ của khâu tạo xung chùm là băm tín hiệu xung điều khiển thành dãy xung nhỏ với tần số cao (cỡ khoảng 10 KHZ) Người ta dùng xumg chùm là nhằm mục đích làm mở chắc chắn Tiristor Tần số xung ra 210 11 CRT f +== R13 hạn chế điện áp đặt lên cực Bazơ của Tranitor T3 Đ8 loại bỏ xung âm đặt lên T3 Ở đây ta chọn bộ dao động dùng IC khuyến đại thuật toán μA 741 Tụ C2 liên tục được phóng nạp làm cho IC khuếch đại thuật toán lật trạng thái liên tục Mạch tạo xung chùm có tàn số fXC = 10 KHZ Txc = 100μs Chọn R11 = R12 = 10KΩ Đ9 R10 R11 R12 R13 EOA4 - + T3 C2 R14 Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH II-4:TÍNH TOÁN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN . 4-1: khâu biến áp xung. + Biến áp xung có nhiệm vụ để truyền tín hiệu điều khiển BAX có các đặc + Điểm sau: - Tạo xung vuông có biên độ theo yêu cầu - Để phân bố đi các kênh - Để thay đổi cực tính xung ra - Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực Do ta đã tính chọn van là Tiristor có các thông số sau đây Ug = 10V Ig = 0,42 A Qua các tài liệu tham khảo tỉ số máy biến áp xung thường chọn ( 1 ÷ 3) là tốt nhất, ở đây ta chọn tỉ số máy biến áp KBA = 2 - Chọn vật liệu là lõi thép pherit làm việc trên một phần đặc tính từ hóa + Độ biến thiên cường độ từ trường B = 0;2 (Tesla) + Độ biến thiên mật độ từ cảm H = 30A/m Do TX = Tn nên coi trị số dòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấp bằng 1/2 dòng điều khiển I2 = 1/2Ig = 1/2.0,42 = 0,21 (A) + Thể tích lõi pherit được tính BH UxtxIUKbaxV ..2.2.= Trong đó UX là độ sụt áp xung lấy bằng 0,2 + Tần số xung chúm là txc = 10 KHZ txc = 1/txc = 1/10.103 = 100 μs Cho rằng xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng có xung vậy độ rộng của xung tx = 0,5 . Tx = 0,5 . 100 = 50 μs Vậy