Đồ án Tổng hợp điện cơ - Điện tử công suất - tia 2 pha

ạch điều khiển : là khâu có chức năng điều khiển khống chế mạch động lực thực hiện các quá trình biến đổi đó -Nội dung chính của phần II này gồm A . Thiết kế sơ đồ mạch động lực I. Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu II.Sơ đồ mạch lực B. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển I.Giới thiệu chung II Thiết kế mạch điều khiển 1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa. 2. Khối so sánh. 3. Khối tạo xung. 4. Mạch khuếch đại và truyền xung. 5. Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian. 6. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu điều khiển. * ) Kết luận : A. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC I. Phân tích sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lưu Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình tia 2 pha không có Do Sơ đồ nguyên lý I.1. Sơ đồ tia 2 pha kh«ng cã diot D0 - Nguyªn lý lµm viÖc Ta chØ xÐt tr­êng hîp víi c¸c gi¶ thiÕt: Ld =¥ vµ còng cho s¬ ®å lµm viÖc víi mét gãc ®iÒu khiÓn lµ a, s¬ ®å ®· lµm viÖc x¸c lËp tr­íc thêi ®iÓm b¾t ®Çu xÐt (wt=0), t¹i wt=0 th× u21=0 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang d­¬ng: Ta t¹m thêi gi¶ thiÕt giai ®o¹n wt=0 ¸wt=n1=a th× D0 ®ang dÉn dßng nhê s.®.®. tù c¶m trong Ld , vµ nh­ vËy th× uT1 =u21 vµ uT2 =u22 tøc lµ uT1>0 cßn uT2 0, dÉn ®Õn D0 bÞ ®Æt ®iÖn ¸p ng­îc (uDo=-ud) vµ kho¸ l¹i, van T2 cßn ë tr¹ng th¸i kho¸ nªn trong s¬ ®å tõ thêi ®iÓm wt=n1 chØ cã m×nh van T1 dÉn dßng . Trong kho¶ng T1 dÉn dßng ta cã: ud=u21 ; uT1=0 ; uT2=u22 - u21 =2u22 ; iT1=id=Id ; iT2=0 ; iDo=0 ; §Õn wt =p th× u21=0 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang ©m, cßn u22 = 0 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang d­¬ng. Tõ thêi ®iÓm nµy ®iÖn ¸p nguån t¸c ®éng ng­îc chiÒu dÉn dßng cña T1 vµ ®Æt ®iÖn ¸p thuËn lªn T2 nh­ng T2 ch­a më v× ch­a cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn.Víi tr­êng hîp s¬ ®å kh«ng cã D0 nh­ ®· xÐt th× giai ®o¹n tiÕp van T1 vÉn dÉn dßng do t¸c dông cña s.®.®. tù c¶m sinh ra trong Ld vµ ud<0, nh­ng trong s¬ ®å cã D0 th× uDo=-ud nªn ud<0 th× D0 sÏ ®­îc ®Æt ®iÖn ¸p thuËn vµ D0 sÏ më. Do gi¶ thiÕt bá qua sôt ®iÖn ¸p trªn ®i«t dÉn dßng nªn ngay t¹i thêi ®iÓm uDo= 0 vµ cã xu h­íng chuyÓn sang d­¬ng th× D0 ®· më, tøc lµ D0 b¾t ®Çu më t¹i wt=p. Khi D0 më th× ®iÖn ¸p trªn nã gi¶m vÒ b»ng kh«ng nªn ud=-uDo=0, do vËy uT1=u21 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang ©m, T1 kho¸ l¹i mµ T2 vÉn kho¸ nªn lóc nµy trong s¬ ®å chØ cã van D0 dÉn dßng vµ ta cã: ud=0 ; uT1= u21 ; uT2=u22 ; iT1=0 ; iT2=0 ; iDo= id=Id ; T¹i wt=n2=p +a th× T2 cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ do ®ang cã ®iÖn ¸p thuËn nªn T2 më.Van T2 më th× sôt ¸p trªn nã gi¶m vÒ b»ng kh«ng, do vËy ud=u22>0 vµ uDo=-ud =-u22<0, tøc lµ ®i«t kh«ng bÞ ®Æt ®iÖn ¸p ng­îc nªn D0 kho¸ l¹i. Trong giai ®o¹n tiÕp tõ wt=n2=p +a th× trong s¬ ®å chØ cã van T2 dÉn dßng vµ ta cã : ud=u22 ; uT1= u21 - u22 =2u21 ; uT2=0 ; iT1=0 ; iT2= id=Id ; iDo=0 ; uT1(nÐt ®Ëm) wt ud (nÐt ®Ëm) u22 u21 u 0 a a a 2p n3= n2= n1= p iT1 n2= n1= n3= wt 0 2p p n3= n2= n1= wt 0 Id uT1 2u21 u21 Id wt iT2 0 Id/kba wt i1 0 Id wt iDo 0 a b c d e g Tõ wt=2p ®Õn wt=n3=2p +a còng t­¬ng tù nh­ giai ®o¹n wt=p ®Õn wt=n2=p +a, van D0 lµm viÖc d­íi t¸c dông cña s.®.®. tù c¶m sinh ra trong Ld , c¸c biÓu thøc còng gièng nh­ ®· nªu. T¹i wt=n3=2p +a van T1 l¹i cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, T1 l¹i më , s¬ ®å lÆp l¹i tr¹ng th¸i lµm viÖc gièng nh­ tõ wt=n1 . Giai ®o¹n tõ wt=0 ®Õn wt=n1 cã thÓ suy ra tõ giai ®o¹n tõ wt=2p ®Õn wt=n3=2p +a , van D0 dÉn (hoµn toµn phï hîp víi gi¶ thiÕt ban ®Çu ). §å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn minh ho¹ nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å biÓu diÔn trªn h×nh 1-18. c-Mét sè biÓu thøc: - Ud=Udo (1+cosa)/2 - ITtb =Id(p-a)/2p ; IT =Id (p-a)/2p - UTthmax= 2. U2 ; UTngmax=2. 2 .U2 - IDotb = Id(a/p) ; IDo = Id a/p - UDongmax= 2 .U2 Kết Luận : Như vậy ta thấy để đáp ứng yêu cầu công nghệ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện áp một chiều có thể thay đổi giá trị cấp điện cho phần ứng động cơ thì các sơ đồ trên đều đáp ứng được .Nhưng khi so sánh tương quan và yêu cầu đề tài thiết kế không đảo chiều quay động cơ với công suất không lớn lắm,chÊt l­îng yªu cÇu kh«ng cao thì sơ đồ tia 2 pha có Do là tối ưu nhất vì về mặt sơ đồ và kênh điều khiển đơn giản hơn sơ đồ cầu ,và giá thành đầu tư là nhỏ nhất. Ta có sơ đồ mạch lực: B. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. Giới thiệu chung 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 1.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 chuỗi 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 . 2. 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 góc pha 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 mạch 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 của 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 tại 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 thì 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 khối TX là một chuỗi 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 điểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và Katôt của Tiristo cũng chính 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 xuất 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 dễ dàng Công suất ,biên độ ,độ rộng xung đảm bảo yêu cầu mở Tiristo Dễ 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 xuất 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 này cũng 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 nó 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 2.1.Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC) Sơ đồ nguyên lý: * Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ này sử dụng khuếch đại thuật toán(KĐTT) ghép với tụ C tạo thành một mạch tích phân,hoạt động của khâu này như sau: Giả thiết Tr khoá tụ C được nạp bởi dòng đầu ra của (KĐTT) dòng nạp được xác định (ic= -i1+iv) nếu (KĐTT) là lý tưởng thì điện trở của nó bằng vô cùng dẫn đến dòng iv và iv+ bằng không do vậy ic=-i1 mặt khác i1 I = const . Điều này nghĩa là khi Tr khoá thì tụ C được nạp với dòng không đổi có giá trị I Từ w t=0 thì Uđb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương dẫn đến D mở mạch gốc phát bị đặt điện áp ngược Tr khoá tụ C được nạp với dòng không đổi . Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính Đến w t=p và bắt đầu chuyển sang âm D khóa Tr mở tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp bằng không và giữ nguyên giá trị băng không cho tới khi w t=2p . Tại w t=2p điện áp đồng bộ bằng không và bắt đầu chuyển sang dương D lại mở Tr lại khoá tụ C được nạp điện như khi w t=0 Ta có dạng điện áp như sau: Hình : Giản đồ điện áp khâu phát sóng răng cưa . Khối so sánh Khối so sánh dựng để so sánh tớn hiệu điện áp ra sau khi ĐBH&PSRC (urc) với điện áp điều khiển một chiều (Uđk). Hai tín hiệu này đựơc mắc sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau. Chính qua khối này sẽ quyết định thời điểm xuất hiện xung để kích mở Thyristor. Cụ thể thực hiện khối so sánh theo nhiều mạch khác nhau nhưng phổ biến nhất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Transistor và dùng bộ khuếch đại thuật toán bằng vi điện tử. Ta có mạch so sánh sau: Kết quả đầu ra khối so sánh ta thu được dạng xung điện áp ra như hình 2.8. Hình 2.8. Qua sơ đồ sau ta thấy quan hệ: U’đk=K / Uđk . Với quan hệ này ta thấy U’đk và Uđk tỉ lệ ngịch với nhau. khi tăng Uđk thì U’đk sẽ giảm và như vậy Ud tăng (và ngược lại),đúng với quy luật điều khiển. 2.3. 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 Tr2 luôn mở cho nên usx nhận giá trị logic ‘0’ và điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị cho đến t1 . Từ t =t1¸t2 xung vào có giá trị âm tụ C2 phóng điện theo đường : +C2®R11 ®1D2 ®- C2 khi 1D2 thông Tr2 bị phân cực ngược nên ubeT2 0 và Tr2 mở bão hoà và mất xung ra usx nhận giá tri lôgic ‘0’ điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị cho đến t2 . Từ t = t2¸ t3 xung vào có giá trị dương tụ C2 phóng điện theo đường: +C2 ® RbeT2 ® 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 ®RbeT2 ® 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 giữ 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. 2.4. Mạch khuyếch đại và truyền xung Sơ đồ nguyên lý (H.38) Giới thiệu sơ đồ BAX : Biến áp xung Tr3,Tr4 : 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 dẫn xung dương. Nguyên lý làm việc ² Từ t=0¸t < t1 chưa có xung vào nên Tr3 và Tr4 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 dẫn đến Tr3 và Tr4 mở (giả thiết là mở bão 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 ‘*’dẫn 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 Tr3 và Tr4 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 Tr3 và Tr4 mở dẫn 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 . 2.5. Khối tổng hợp 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 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), b. 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. 2.6. 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) *) Kết luận : Từ các sơ đồ khối trên ta có sơ đồ nguyên lý 1 kênh phát xung điều khiển như sau : PHẦN III TỔNG HỢP CÁC MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ VÀ DÒNG ĐIỆN Nội dung chính của phần III I. Giới thiệu chung II. Mô hình toán học hệ chấp hành T-Đ 3.2.1. Mô hình toán học động cơ một chiều, kích từ độc lập 3.2.2. Mô hình toán học bộ chỉnh lưu có điều khiển III. Cấu trúc hệ điều khiển và phương pháp tổng hợp các mạch vòng 3.3.1.Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3.3.2.Tổng hợp mạch vòng tốc độ. IV. Kết luận I. Giới thiệu chung 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 là: mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ như sau: Hình 3 - 0 Sơ đồ cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tốc độ sử dụng hệ chấp hành T-Đ II. Mô hình toán học hệ chấp hành T - Đ 3.2.1. 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. 3.2.2. 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) III. 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) 3.3.1. 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. 3.3.2. 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 rất nhỏ. Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môdun : Hình 3-12 Chọn ts=Tsw Ta có: (2-16) Vậy Rw(p) là khâu tỷ lệ của (p). Tiêu chuẩn này được sử dụng khi hệ thống khởi động đã mang tải, lúc đó ta không coi ic là nhiễu nữa. Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng : (2-17) Chọn ts=Tsw ta có: (2-18) Vậy Rw là khâu tỷ lệ _ tích phân (pI). Đó là khâu vô sai cấp hai đối vơi đại lượng dặt và vô sai cấp một đối với đại lượng nhiễu Ic. IV. Kết luận : Qua phần 3 đã cho ta cách nhìn tổng quan về hệ điều khiển tốc độ sự ứng dụng rộng rãi và phổ biến của hệ điều khiển tốc độ trong công nghiệp . Hệ điều khiển tốc độ tuyến tính được thiết kế theo phương pháp kinh điển đó đã được tổng hợp dựa vào các tiêu chuẩn tối ưu môdunl và tối ưu đối xứng nhằm đạt được chất lượng điều khiển tốt nhất đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng cao và rất cao về thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao… trong yêu cầu công nghệ hệ truyền động một chiều có đảo chiều quay động cơ một chiều kích từ độc lập. PHẦN IV TÍNH CHỌN THIẾT BỊ *) Đặt vấn đề. Để hệ thống làm việc một cách an toàn tin cậy và chắc chắn đảm bảo được yêu cầu công nghệ ngoài việc thiết kế , tính chọn phương án truyền động thì việc tính chọn thiết bị trong hệ thống có ý nghĩa rất quan trọng thiết kế hệ thống truyền động điện .Việc tính chọn thiết bị có ảnh hưởng đến tuổi thọ của các thiết bị ,chất lượng làm việc của hệ thống giúp hệ thống làm việc đảm bảo an toàn tin cậy trong mọi chế độ .Do đó ta phải tính chọn các thiết bị cho hệ thống một cách chính xác đảm bảo yêu cầu kỷ thuật thiết kế . Mục lục của phần IV Tính chọn mạch