Đồ án Tổng hợp điện cơ - Điện tử công suất

7 thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ wt =n1 Một số biểu thức tính toán - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải với q là số đập mạch trong một chu kì của điện áp sau khi chỉnh lưu. Ở đây với sơ đồ cầu 1 pha thì q = 6. (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp của BA) - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: - Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua một Thyristor: ITtb = ITtbmax = Id/3 - Dòng điện hiệu dụng cuộn day sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ dây nối Y/Y ; ; Xác định công suất tính toán máy biến áp : Đồ thị điện áp chỉnh lưu ,dòng điện các van ,dòng các pha nguồn xoay chiều khi máy biến áp nối U/U như trên hình vẽ . * Sơ đồ mạch động lực : * Các thiết bị trong sơ đồ: ATM : là attomat có nhiệm vụ đóng cắt lới cho mạch động lực đồng thời bảo vệ cho mạch động lực khi gặp sự cố ngắn mạch BA : Máy biến áp 3 pha , cung cấp điện áp 3 pha phù hợp cho bộ chỉnh lu ngoài ra nó còn có nhiệm vụ cách ly giữa lới điện và mạch động lực và bảo vệ Ti . Trong sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực bộ chỉnh lu với nguồn điện xoay chiều . T1 đến T6 : Các thyristor có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiều Mạch R- C đợc mắc song song với các thyristor để bảo vệ quá áp cho các thyristor . CK: cuộn kháng K: tiếp điểm của công tắc tơ. Rh: điện trở hãm. CHƯƠNG II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. Đặt vấn đề: Để cho các van của hai bộ biến đổi mở tại những thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cực điều khiển phải có một điện áp điều khiển (còn gọi là tín hiệu điều khiển hay xung điều khiển) .Để có hệ thống các xung điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van thì ta cần phải có một mạch điện để tạo ra xung điều khiển đó .Mạch điện tạo ra hệ thống xung điều khiển đó gọi là mạch điều khiển . Hệ thống tạo xung điều khiển có nhiệm vụ tạo ra 3 kênh điều khiển Góc điều khiển thay đổi rộng Thông số xung các kênh phải như nhau Xung điều khiển phải thoả mản các yêu cầu cơ bản như công suất ,biên độ cũng như thời gian tồn tại xung để mở chắc chắn các van đối với mọi loại phụ tải .Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng (200¸600)ms là đảm bảo mở chắc chắn các van . Hiện nay thường sử dụng 3 hệ thống tạo xung cơ bản sau Hệ thống điều khiển pha đứng Hệ thống điều khiển pha ngang Hệ thống điều khiển dùng điôt 2 cực gốc Hệ thống điều khiển pha đứng Sơ đồ khối hệ thống điều khiển theo pha đứng (Hình 2.1) 1 5 4 3 2 UGT u1 ĐBH Điện áp tựa (Sóng răng cưa) So sánh Tạo xung Phân chia xung Uđk Hình 2.1. Sơ đồ khối điều khiển theo pha đứng - Khối 1 là khối đồng bộ hoá (ĐBH): Tín hiệu điện áp đưa vào khối này cũng chính là tín hiệu cấp cho mạch động lực của bộ chỉnh lưu (u1). Khối này ta thường sử dụng biến áp đồng bộ hoá để điện áp ra sau khối này có dạng sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn - Khối 2 là khối tạo sóng răng cưa (điện áp tựa): Sau khối 1, điện áp đồng bộ (uđb) được đưa vào khối 2 để tạo ra điện áp dạng xung răng cưa (urc). Điện áp răng cưa urc là điện áp chuẩn để so sánh với Uđk của khối 3. - Khối 3 là khối so sánh: Qua khối này urc và Uđk được so sánh với nhau. Uđk là điện áp 1 chiều. Gia điểm của điện áp này với urc quyết định góc điều khiển α. - Khối 4 là khối tạo xung: Tín hiệu ra sau khối so sánh có dạng số (có tín hiệu “1” và không có tín hiệu “0”). Tuy nhiên xung này hầu như chưa đáp ứng được yêu cầu về biên độ xung, độ rộng xung, độ dốc xung,... Vì vậy cần phải có khối tạo xung để điều chỉnh các thông số này cho phù hợp. - Khối 5 là khối phân chia xung: Khối này để dẫn xung và phân chia xung cho Thyristor. Ta thường dùng biến áp xung (BAX) để thực hiện việc này. Trên thực tế lắp ráp mạch điều khiển theo pha đứng này người ta thường ghép khối 1 với khối 2 và khối 4 với khối 5. Vậy sơ đồ lắp ráp thực tế như (hình 2.2). khối3 khối 2 khối 1 UGT u1 ĐBH & PSRC So sánh Tạo xung & phân chia xung Uđk Hình 2.2. Sơ đồ khối điều khiển theo pha đứng thực tế ul : điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu uđk : điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều lấy từ đầu ra của khối(TH-KĐTG) dùng để điều khiển giá trị góc a . uđkT : điện áp điều khiển Tiristo ,là chuổi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katôt (K) của Tiristo . Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá ta có các điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệnh pha một gócpha xác định nào đó so với điện áp nguồn .Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu là uđb .Các diện áp đồng bộ được đưa vào mạc phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra của mạch phát điện áp răng cưa có một hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng bộ .Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa urc .Các điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh (SS) và ở đó còn có một tín hiệu khác nữa gọi là điện áp điều khiển uđk .Hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch SS là ngược chiều nhau .Khối SS làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối SS sẽ thay đổi trạng thái .Như vậy khối SS là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự-số(Analog-Digital) .Do tín hiệu ra của mạch SS là dạng tín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có ‘1’ hoặc không ‘0’.Tín hiệu ra cua khối SS là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa ,nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vùng sườn xung nào của urc tài sườn xung ấy của urc được gọi là sườn sử dụng .Điều này có nghĩa là :Tại thời điểm êurc ê=êuđkêở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa thìo trên đầu ra của khối SS sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp .Từ đó ta thấy có thể thay đổi được thời điểm xuất hiện xung đầu ra của khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị của uđk khi giữ nguyên dạng của urc .Trong một số trường hợp thì xung ra của khối SS được đưa đến cực điều khiển của Tiristo nhưng đa số các trường hợp thì xung ra của khối SS chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo .Để có tín hiệu đủ yêu cầu thì người ta phải thực hiện việc sửa xung ,khuyếch đại xung ..vv .Các nhiệm vụ này được thực hiện ở mạch tạo xung (TX) cuối cùng trên đầu ra khỗiT là một chuổi xung điều khiển uđkT có đủ thông số yêu cầu về công suất ,biên độ ,độ dài xung vv…mà thời điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thì hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối SS .Vậy thời diểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và Katôt của Tiristo chính củng là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối SS , tức là khối SS đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển a .Như đã nêu ở trên ,ta có thể thay đổi thời điểm xuât hiện xung ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị uđk .Vậy điều khiển giá tri điện áp điều khiển uđk ta điều khiển được giá trị góc mở a . Hệ thống điều khiển pha đứng tuy có mạch phát xung khá phức tạp nhưng các xung được tạo ra đáp ứng được yêu cầu như Phạm vi điều chỉnh góc mở a rộng a = (0 ¸ 1800) Tổng hợp tín hiệu dể dàng Công suất ,biên độ ,độ rộng xung đảm bảo yêu cầu mở Tiristo Dể tự động hoá và tự động hoá ở trình độ cao Hệ thống điều khiển pha ngang Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số của điện áp nguồn và góc pha điều khiển được.Thời điểm xuât hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển.Phương pháp này có mạch điều khiển khá đơn giản nhưng lại có một số nhược điểm sau Phạm vi điều chỉnh góc mở a hẹp a <1800 Khó tổng hợp tín hiệu Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn Hệ thống điều khiển dùng điốt 2 cực gốc Phương pháp nàycủng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ điện áp nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT.Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên no có một số nhược điểm sau. Phạm vi điều chỉnh góc mở a hẹp a <1800 Trong một chu kỳ điện áp nguồn hệ thống thường tạo ra nhiều xung điều khiển gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển Đảo chiều khó khăn chỉ phù hợp hệ thống có công suất nhỏ Đánh giá chọn hệ thống điều khiển Từ những phân tích cụ thể đối với từng hệ thống điều khiển .Ta thấy hệ thống điều khiển pha đứng có nhiều ưu điểm phù hợp với công nghệ của đề tài .Do đó ta chọn hệ thống điều khiển pha đứng để thiết kế cho hệ thống . II.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC) Mạch đồng bộ hoá Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý làm việc Điện áp lấy trên cuộn thứ cấp máy biến áp đồng bộ sau khi đã được dịch pha một góc 300 là uđb đặt lên phần tử R1 và đặt tới cực gốc của Tranzitor Tr1,Tr2. Tại các thời điểm êuđbê£ 0.4 V (đối với Tranzitor Giecmani) và êuđbê£ 0.7 V (đối với Tranzitor loại Silíc) Tr1,Tr2 đều khoá điện áp trên cực góp của chúng đều có giá trị lớn ( mức logic ‘1’ ) ,Tr3,Tr4 mở bảo hoà,điện áp trên cực góp của chúng có trị số nhỏ ( mức logic ‘0’ ) qua phần tử cộng đảo NOR ,uK nhận trị ‘1’ khi này uM , uN cùng nhận trị ‘0’ nhờ Tr1,Tr3 củng như Tr2,Tr4 có hệ số khuyếch đại lớn nên uK là dảy xung vuông có độ rộng đủ nhỏ. Trong khoảng 0 ¸ p ,uđb > 0 đạt trị số đủ lớn uđb³ 0.4 V( uđb³ 0.7 V) thì Tr1 thông ,Tr3 khoá đồng thời Tr2 khoá ,Tr4 thông uM nhận trị ‘1’ còn uK, uN cùng nhận trị ‘0’. Trong khoảng p ¸ 2p ,uđb < 0 đạt trị số tuyệt đối đủ lớn êuđbê³ 0.4 V (êuđbê³ 0.7 V) thì Tr2 thông ,Tr4 khoá đồng thời Tr1 khoá ,Tr3 thông uN nhận trị ‘1’ còn uK , uM cùng nhận trị ‘0’. K M N 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 Qua các phân tích ta nhận được giản đồ điện áp trên các phần tử như hình vẽ (H.29 ) . Mạch phát sóng răng cưa Sơ đồ nguyên lý Mạch tạo điện áp răng cưa bao gồm các phần tử NOR ,R6 ,Tr5 ,C1 ,R7 ,WR1 và IC1 để tạo dòng nạp ổn định cho tụ C1 . Nguyên lý làm việc Khi điện áp uK có mức lôgic ‘ 0 ’ Tranzitor Tr5 khoá tụ C1 được nạp điện bởi dòng điện không đổi ( Giả thiết IC1 là lý tưởng nên iv+= iv- = 0 ) iC=- i1 và và điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính . Tụ C1 được nạp theo đường +ucc ®IC1® C1 ® R7 ® WR7 ®- ucc .Khi uK có mức lôgic ‘ 1 ’ thì Tr5 mở tụ C1 phóng nhanh qua Tr5 và điện áp trên tụ C1 giảm về bằng 0 và giữ nguyên giá trị cho đến uK có mức lôgic ‘ 0 ’ Từ những phân tích trên ta nhận được giản đồ điện áp của mạch phát sóng răng cưa như trên hình vẽ (H.29) c) . Mạch dịch pha Sơ đồ nguyên lý Việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Yo như trên trong khi máy biến áp lực có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđbo) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha của điện áp nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu .Do đó điện áp đồng bộ (uđbo) được dịch chậm pha đi một góc 30o điện bởi mạch dịch pha R-C bằng R0 ,C1 ,R1 sơ đồ mạch dịch pha như hình (H.31) . Nguyên lý làm việc Như vậy điện áp uđb sẽ có thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương trùng với thời điểm mở tự nhiên đối với T1 và T7 trong sơ đồ mạc động lực . Mục đích của việc dịch pha điện áp đồng bộ chậm đi một góc 300 (p/6) như trên hình (H.32) là nhằm thống trị góc điều khiểncủa Tiristo ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển a ở mach phát xung và như vậy có thể điều khiển đượccác Tiristo với trị số góc điều khiển thích hợp .Ta biết rằng thời điểm mở tự nhiên của của các Tiristo được tính tại vị trí giao nhau của 2 điện áp pha liên tiếp và góc điều khiển được tính tại vị trí giao nhau đó trở đi . Mặt khác góc điều khiển a ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp răng cưa đến vị trí mà urc+ uđk = 0 .Do đó việc dịch diện áp đồng bộ chậm đi một góc 300 (p/6) sẽ làm thoả mản khi góc a=0 củng tương ưng với góc mở tự nhiên của các Tiristo . 2. Khối so sánh (SS) a. Nhiệm vụ : So sánh điện áp răng ca Urc do mạch ĐBH-SRC gửi tới với điện áp điều khiển Giao điểm của hai điện áp này xác định góc điều khiển . b. Sơ đồ nguyên lý: Phổ biến hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và KĐTT bằng vi điện tử .ở đây ta sử dụng khối so sánh dùng IC. c. Giản đồ điện áp : Nhìn vào giản đồ điện áp ta thấy : khi tăng Uđk thì góc điều khiển sẽ tăng Lúc này điện áp ra của bộ chỉnh lu sẽ giảm ( do Ud =Uo cos ) . Do đó không đúng với quy luật của điều khiển. Do đó ta phải thiết kế sao cho khi tăng điện áp điều khiển thì điện áp ra của bộ chỉnh lưu sẽ tăng. Lúc này Urc và Uđk phải có dạng sau ( khi Uđk tăng thì U’đk sẽ giảm ) : Nh vậy điều khiển là đúng quy luật : khi uđk tăng thì góc sẽ giảm . Lúc này sơ đồ của khối so sánh sẽ là: Với U’đk=K/Uđk Khối tạo xung (TX) Mạch sửa xung Sơ đồ nguyên lý (H.35) * Nguyên lý làm việc Giả thiết sơ đồ làm việc xác lập trước thời điểm xét . Từ t=0¸t1 xung vào có giá trị dương trước đó tụ C2 đã được nạp đầy đến trị số.trong quá trình này Tr6 luôn mở cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t1 . Từ t =t1¸t2 xung vào có giá trị âm tụ C2 phóng điện theo đường : +C2®R11 ®D1 ®- C2 khi D1 thông Tr6 bị phân cực ngược nên ubeT6 0 và Tr6 mở bảo hoà và mất xung ra usx nhận giá tri lôgic ‘0’ điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t2 . Từ t = t2¸ t3 xung vào có giá trị dương tụ C2 phóng điện theo đường: +C2 ® RbeT6 ® nguồn ® IC2 ® R11 ®-C2 điện áp trên tụ giảm về không và được nạp theo cực tính ngược lại dòng nạp cho tụ C2 : +ucc ® IC2 ®R11 ®C2 ®RbeT6 ® mass .điện áp trên tụ tăng dần đến trị số.trong quá trình này Tr6 luôn mở cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện áp trên tụ giử nguyên giá trị cho đến t3 . Từ t =t3¸t4 xuất hiện xung âm quá trình làm việc lặp lại giống như thời điểm từ t =t1¸t2. Mạch phân chia xung Sơ đồ nguyên lý (H.37) Xung ra ở điểm L của mạch sửa xung có tần số đủ lớn được đưa vào mạch lôgic AND là G1 và G4 .Còn 2 tín hiệu M và N là các xung hình chử nhật tương ứng vơi 2 nửa chu kỳ của mạch đồng bộ hoá . * Nguyên lý làm việc ² Ở nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ điểm M có mức lôgic ‘1’ nên G1=M.L có mức lôgic ‘1’ nên đầu ra G1 có xung điều khiển .còn G4=N.L có mức lôgic ‘0’ nên đầu ra G4 không có xung điều khiển . ² Ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ điểm N có mức lôgic ‘1’ nên G4=N.L có mức lôgic ‘1’ nên đầu ra G4 có xung điều khiển .Còn G1=M.L có mức lôgic ‘0’ nên đầu ra G1 không có xung điều khiển . Mạch gửi xung Nguyên lý làm việc: vì bộ biến đổi dùng sơ đồ hình cầu 3 pha nên ta cần phải thiết kế mạch gửi xung.Các phần tử tạo xung đầu ra đưa đến biến áp xung là các mạch AND từ G1¸G6 . Ở nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ pha A thì G1 có tín hiệu điều khiển qua D2, R14 và D39, R55 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T1 và T2 của mạch động lực . Ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ pha C thì G2 có tín hiệu điều khiển qua D38 ,R54 và D29 ,R45 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T2 và T3 của mạch động lực . Ở nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ pha B thì G3 có tín hiệu điều khiển qua D28 , R44 và D8 , R17 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T3 và T4 của mạch động lực . Ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ pha A thì G4 có tín hiệu điều khiển qua D7 ,R16 và D37 , R53 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T4 và T5 của mạch động lực. Ở nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ pha C thì G5 có tín hiệu điều khiển qua D36, R52 và D31, R47 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T5 và T6 của mạch động lực . Ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ pha B thì G6 có tín hiệu điều khiển qua D30 ,R46 và D3 ,R15 cấp tín hiệu cho 2 mạch khuyếch đại và truyền xung để mở các Tiristo T6 và T1 của mạch động lực . Mạch khuyếch đại và truyền xung Sơ đồ nguyên lý (H.38) Giới thiệu sơ đồ BAX : Biến áp xung Tr7,Tr8 : Hai Tranzitor mắc theo sơ đồ darlington tương đương vơi 1 Tranzitor có hệ số khuyếch đại b =b1. b2 D4 ,D5 : Là các điôt bảo vệ Tranzitor và biến áp xung D6 : Để dẩn xung dương. Nguyên lý làm việc ² Từ t=0¸t < t1 chưa có xung vào nên Tr7 và Tr8 chưa làm việc .Không có dòng điện nào chạy trong cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp BAX nên uđkT =0 . ² Tại t=t1 xuất hiện một xung điện áp dương dẩn đến Tr7 và Tr8 mở (giả thiết là mở bảo hoà ).Trên cuộn sơ cấp W1 của BAX đột ngột được đặt điện áp =ucc.Xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp W1 của BAX tăng dần (dòng đi qua cuộn W1 từ phía cực tính có dấu ‘*’ sang phía không ‘*’dẩn đến trên cuộn thứ cấp W2 xuất hiện mmột xung điện áp có cựcc tính dương ở ‘*’ .Xung trên cuộn thứ cấp W2 đặt thuận lên D6 và truyền xung qua D6 đến cực điều khiển G và Katôt K của Tiristo hay uđkT > 0 . ² Đến t=t’1= t1+tsx thì mất xung vào Tr7 và Tr8 cùng khoá lại dòng qua cuộn sơ cấp giảm về không .Do sự giảm qua cuộn sơ cấp BAX nên từ thông trong lỏi thép BAX biến thiên theo chiều ngược lại với lúc Tr7 và Tr8 mở dẩn đến trong các cuộn dây BAX xuất hiện sức điện động (Sđđ) với cực tính ngược lại . Sđđ tự cảm này chống lại sự biến thiên của dòng điện qua cuộn sơ cấp BAX . Xung trên cuộn thứ cấp phân cực ngược làm cho D6 khoá,điện áp uđkT = 0 xung náy được dập tắt trên điôt D5 .Lúc này trên cuộn sơ cấp BAX điot D4 được phân cực thuận nhờ Sđđ tự cảm sinh ra nên D4 thông dập tắt ngay Sđđ tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp BAX .Ở trường hợp này độ rộng xung ra bằng độ rộng xung vào : txr = tsx . 4. Tổng hợp 1 kênh tạo xung Từ nguyên lý làm việc của mạch đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa,mạch sửa xung và phân chia xung ta có tổng hợp kênh như hình vẽ 2.10 và giản đồ điện áp như hình vẽ 2.11 Hình 2.10 Tạo một kênh tạo xung Hình 2.11 Giản đồ điện áp Xây dựng mạch phản hồi và khuyếch đại trung gian (KĐTG) Do yêu cầu công nghệ là phải có chất lượng cao nên ta phải sử dụng các mạch vòng phản hồi vì vậy cần phải có mạch vòng tổng hợp các tín hiệu . Mặt khác để nâng cao độ cứng đặc tính cơ hệ kín nên cần phải khuyếch đại tín hiệu . Khâu tổng hợp khuyếch đại tín hiệu bao gồm : Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm dòng có ngắt a) Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ Sơ đồ nguyên lý Để lấy tín hiệu phản hồi ta sử dụng máy phát tốc FT nối với động cơ một chiều Đ và bộ phân áp WR và R20 để đo điện áp một chiều như hình vẽ Tín hiệu phản hồi này được đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu cùng tín hiệu chủ đạo . Mạch tổng hợp này bao gồm các vi mạch khuyếch đại thuật toán IC3 và các phần tử khác phục vụ cho khâu tổng hợp như hình vẽ Nguyên lý làm việc Đầu vào khâu khuyếch đại bao gồm tín hiệu chủ đạo ucđ và tín hiệu phản hồi âm tốc độ uph = gn, UvIC3=Ucđ - .Tín hiệu này được đưa vào đầu vào đảo IC3 sau đó được khuyếch đại .tín hiệu ra IC3 ngược dấu với tín hiệu vào IC3 .Tín hiệu ra được đưa đến điều khiển chỉnh lưu uđk . Vậy ta có: UvIC3 = Ucđ- gn ; UIC3 = -K3.(ucđ- gn ) = Udk với K3 là hệ số khuếch đại của IC3. Với hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ(g ≠ 0) thì độ sụt tốc độ sẽ giảm khi tăng g.K, tức tăng hệ số phản hồi hoặc tăng hệ số khuếch đại hệ thống hở.Nếu đạt điều kiện g.K ®¥ thì Dn®0 (không còn sai lệch và đặc tính tuyệt đối cứng). Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm dòng Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý làm việc Tín hiệu phản hồi âm dòng - b.Iư được đưa vào đầu vào đảo của IC4 thông qua điện trở R23.Tín hiệu phản hồi dòng điện b.Iư qua điện trở R23 . * Khi làm việc bình thường thì (Ucđ - b.Iư< 0)chưa xẩy ra quá tải thì khâu phản hồi dòng không làm việc cho nên không tác động vào hệ thống . Khi xẩy ra quá tải lớn thì b.Iư tăng lên cho Udk=Ucđ - b.Iư giảm làm cho góc điều khiển tăng mà ud = f(a) hay điện áp đặt lên phần ứng động cơ giảm do đó tốc độ động cơ giảm để giữ ổn định. 6. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu chủ đạo Để tạo điện áp một chiều ổn định cung cấp cho mạch điều khiển và mạch tạo điện áp chủ đạo .Ta thiết kế mạch như sau . Mạch tạo nguồn nuôi ta sử dụng hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha bằng điôt .Điện áp sau khi được chỉnh thành điện áp một chiều được lọc qua tụ C13 , C15 sau đó được ổn áp bằng 2 IC ổn áp 7815 (+15V) và7915 (-15V) .Tín hiệu này tiếp tục được lọc nhờ tụ C14 , C16 sau khi qua bộ lọc ta được tín hiệu điện áp nguồn nuôi là (+15V) và (-15V) . Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ (H.43) PHẦN III TỔNG HỢP HỆ THỒNG Đặt vấn đề: Ngày nay các hệ điều khiển tốc độ, đặc biệt là các hệ điều khiển công suất lớn, hệ truyền động một chiều kiểu T-Đ đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi vì nó đảm bảo tốt các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ thống, dễ dàng thực hiện các truyền động có công suất lớn và tính bền vững cao. Cấu trúc chung của hệ điều khiển tốc độ gồm hai mạch vòng từ trong ra ngoài như ở phần I là: mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ. Nội dung chính của phần III là: I. Mô hình toán học của hệ chấp hành T-Đ. 1. Mô hình toán học động cơ một chiều, kích từ độc lập. 2. Mô hình toán học bộ chỉnh lưu có điều khiển. II. Cấu trúc hệ điều khiển và phương pháp tổng hợp các mạch vòng 1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện 2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. III.Kết luận. Sau đây ta phân tích nội dung chi tiết phần III như sau: I. Mô hình toán học hệ chấp hành T - Đ 1. Mô hình toán học động cơ một chiều, kích từ độc lập Sơ đồ mạch thay thế động cơ một chiều kích từ độc lập được đưa ra như trên hình 3-2. Trong đó : Uk , Ik : Điện áp và dòng điện kích từ. Ruđ, Lưđ : Điện trở, điện cảm phần ứng. M : Mômen của động cơ một chiều. Mc : Mômen tải. Hình 3 – 2: Sơ đồ mạch thay thế động cơ một chiều. Điện áp và dòng điện kích từ tính theo các công thức sau: Uk =Rk . ik + Lk . (2 - 1) I(p) = (2 - 2) Trong đó : Tk = : Hằng số thời gian mạch kích từ , thông thường Tk =100 (ms) đến 600 (ms) Trên hình 3 - 3 là sơ đồ thay thế mạch điện phần ứng : U – E = R . ( 1 + p . Tư ) . I (2 - 3) Hình 3 – 3 : Là sơ đồ thay thế mạch điện phần ứng động cơ. Tư = : hằng số thời gian phần ứng. Hình 3-4: Là mô hình tuyến tính hóa động cơ điện một chiều Khi = const: Dùng khâu khuyếch đại K thay cho khối nhân phi tuyến: Hình 3-5: Mô hình tuyến tính Đặt: Cu = K= const ta có mô hình tuyến tính như trên hình 3-5. Từ mô hình trên hình 1-5 ta tính được: U – Cu. = R.I(1+p.Tư) (2-4) = U - (Cu.I – Mc) = R.I(1+p.Tư) U + = R.I(1+p.Tư + ) = Vậy ta có: I = (2-5) Hình 3 – 6: Mô hình tuyến tính hoá mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập Gọi Tc = là hằng số thời gian điện cơ, ta có mô hình dòng điện của động cơ một chiều như trên hình 3-6. 2. Mô hình toán học bộ chỉnh lưu có điều khiển Mô hình toán học của bộ chỉnh lưu có điều khiển. Mạch điều khiển biến đổi điện áp một chiều Uđk thành xung điện áp có góc a thích hợp đưa vào mở thyristor cấp nguồn cho động cơ. Hình 2-7:Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển Khi ở đầu vào biến thiên một lượng DUđk thì ở đầu ra biến thiên một lượng DUd . Tín hiệu ra bị trễ so với tín hiệu vào Dt = Uđ(t) = Kcl . Uđk . I [t –Tv ] (2-6) Trong đó: w : tốc độ góc của điện áp lưới. Tv : thời gian trễ của van. Hàm truyền của bộ chỉnh lưu có điều khiển khi bỏ qua phần phi tuyến: Wd(p) = = Kcl. = (2-7) II. Cấu trúc hệ điều khiển và phương pháp tổng hợp các mạch vòng Trong hệ điều chỉnh có hai mạch vòng: Mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ. Hệ thống truyền động này bắt buộc phải đảo ngược chiều được. Quan hệ giữa w và j : j = j0 + dt (2-8) 1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trên hình 3-8 là sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện . Trong đó : Tư:Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng . R=Rb+Rk+Rưd+Rs L=Lb+Lk+Lưd Ki=Rs: Điện trở của sensor Ti=R.C: Hằng số thời gian của sensor dòng điện Từ sơ đồ trên hình3-8 và hình 3-9 ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. ; (2-9) Trong đó: Tđk » 100 ms , Tv » 2,5ms , Ti » 2 ms , Tư » 100 ms Thay Tsi=Ti+Tv+Tđk<< Tư , bỏ qua các hệ số bậc cao ta có : (2-10) Hình 3-8 Là sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Viết gọn lại ta có sơ đồ như trên hình 3-9 Hình 3 – 9 Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mô đun ta có hàm truyền của hệ thống kín: FoMi(p) = (2-11) Mặt khác trên hình 2-10 ta có: Ri(p)= Chọn ts = min(Tsi,Tư) = Tsi Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện: (2-12) Ri(p) là khâu tỉ lệ – tích phân(PI). Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có công thức (2 -13) như sau: Hình 3-10 Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh còn lại như hình 3-10, trong đó ta lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất , bỏ qua các bậc cao. 2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ Viết gọn sơ đồ hình 3-10 ta có sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ như trên hình 3-11: (2-14) Với Tsw=2.Tsi+Tw® Tsw