Đồ án Tổng hợp điện cơ hệ truyền động chỉnh lưu-Động cơ một chiều

= p/2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương. Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc a này. Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng. 0 Ucb wt 0 Ucb wt Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết: Ud = u2sinwt Khai triển Furie của điện áp ud ta có: Ud = b1 sin3wt + b2sin6wt + ... + bnsin3nwt n = 1, 2, 3, ... Tương tự ta có: Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều: Ud1 = ÷ (b1/ )÷ = 161,26 (V) Ud2 = ÷ (b2/ )÷ = 73,72 (V) Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần ) là: CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng. * Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều: Þ Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm Þ LCK ³ 0,193 (H) Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau: LCK = 200 (mH) RCK = 0,48 (W) Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A) + Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng: P = (I2đm + I12 + I22)RCK = 39 (W) + Công suất phản kháng của cuộn kháng: Q = X1I12 + X2I22 = 56 ( VAR) + Công suất biểu kiến của cuộn kháng: = 68 (VA) 2.2.6 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực. Ta biết rằng các tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áp hay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện và điện áp di/ dt và du/dt. Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm: + Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch. + Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng. + Quá gia tốc dòng, do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ R C T Trị số của R, C có thể tra theo các đường cong được xây dựng bằng máy tính. các quan hệ Ua /Up; phụ thuộc vào L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch,tra đường cong ta được C = 0,346 mF và R = 3,9 KW 2.3 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động 2.3.1 Sơ đồ Hình 2.5 Sơ đồ mạch động lực 2.3.2 Nguyên lý làm việc của mạch động lực Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống được cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc. Giả sử BBĐ1(gồm các van: T1, T2, T3) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay thuận; BBĐ2 (gồm các van: T4, T5, T6) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở a1 900 với quan hệ góc mở: a1 + a2 = 1800 Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2 ud1 = Ud0cosa1 ud2 = Ud0 cosa2 Điện áp đặt nên động cơ là ud , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm N- M, ud = uk - 0 ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 ) Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ a1= 300 , a2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còn dòng icb. Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ, do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này. Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb £ 10% Id. Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb. Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id. a1=300 wt wt wt wt wt wt wt wt wt wt wt Ud1 Ud2 a2=1200 Ud Ucb Icb iT1 iT2 iT3 iT4 iT5 iT6 Id a) wt wt wt wt wt wt wt wt wt wt wt a1=900 Ud1 Ud2 a2=900 Ud Ucb Icb iT1 iT2 iT3 iT4 iT5 iT6 b) Hình 2.6 Giản đồ điện áp và dòng điện mạch động lực với =300 (a) và =900(b) CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Đặt vấn đề Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở các tiristo tại các thời điểm yêu cầu. Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu như: biên độ, công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc. Mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển. Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đưa ra các xung xuất hiện trên cực điều khiển của các tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lưu (ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì nguồn). Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến. + Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung điều khiển với tần số thường cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào đó (Ud, Id ...) không thay đổi. Để đạt được điều này thì tần số xung phải được khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lượng cần ổn định. Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít được dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất. 3.2 Thiết kế mạch phát xung điều khiển 3.2.1. Lựa chọn phương pháp phát xung Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là: + Phát xung điều khiển theo pha đứng. + Phát xung điều khiển theo pha ngang. + Phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc. * Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng: Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được . Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở a rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển...Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi. * Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc (UJT). Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở a có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác, trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển. * Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang: Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được (dùng các cầu R-C hoặc cầu R-L). Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển. Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở a hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển...do vậy thường ít được sử dụng. * Chọn phương pháp điều khiển: Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này. 3.2.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng Trong đó: Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa. Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh. Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới mạch tạo xung. Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân điều khiển của tiristo. 3.2.2.1 Mạch đồng bộ hoá Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly được diện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng. Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ. Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của uđb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các tiristo. Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta dùng một máy biến áp đấu Y/D-1 để thực hiện chức năng này. Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ như hình vẽ: A B C A B C * * * * * * ua ub uc X Y Z x y z c,z a,y b,y eab eab EAB EAB Hình 3.1: Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ mạch đồng bộ hóa 3.2.2.2 Mạch phát sóng răng cưa Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng cưa. Tuy nhiên, để tạo ra được quan hệ góc mở: a2 + a2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng cưa rất chính xác. Ta sử dụng sơ đồ IC khuyếch đại thuật toán. Hình 3.2: Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa Nguyên lý hoạt động của mạch: Xét trong khoảng (0 ÷ π) Udb > 0 do đó Tr3 khoá Tr4 mở nhờ phân áp bởi R5. UB=0 + Xét trong khoảng (0 ÷ θ1) UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2 mở UA=0. Đầu ra của NOR có mức logic 1. Tụ C phóng điện từ (+C → Tr5 →-C ). + Xét trong khoảng (θ1÷ θ2) Udb > UBE tr1 làm Tr1 mở → Tr2 khoá UA=+Ucc. . Đầu ra của NOR có mức logic 0. Tụ C được nạp điện (+Ucc→C→ R8→WR1→-Ucc). + Xét trong khoảng (θ2 ÷ 0) UBE tr1> Udb > 0 làm cho Tr1 khoá, Tr2 nhờ phân áp bởi R2, R3 dẫn đến Tr2 mở UA=0. Đầu ra của NOR có mức logic 1. Tụ C phóng điện từ (+C → Tr5 →-C ). 3.2.2.3 Khối so sánh Việc so sánh với điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thực hiện bằng Tranrito hay vi mạch điện tử. Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau. Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn. Do đó ta chỉ sử dụng phương pháp so sánh song song. Trong đồ án này sử dụng sơ đồ so sánh song song dùng vi mạch Hình 3.3: Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp mạch so sánh Nguyên lý hoạt động của mạch: - Xét trong khoảng từ (0÷θ1) Uv=0-(Urc+Uđk)>0 →UR=-Ucc - Xét trong khoảng từ (θ1÷θ2) Uv=0-(Urc+Uđk)<0 →UR=+Ucc 3.2.2.4 Khâu tạo xung Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và tính đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau...Nên khâu so sánh thường cho công suất xung ra nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung. Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuyếch đại xung, sửa xung. Hình 3.4: Sơ đồ mạch tạo xung Nguyên lý hoạt động: θ4 u p/2 p 2p 3p wt urc - UĐKT 0 uSS 0 wt wt wt wt uC uEB Tr2 -Tr1 0 0 UĐKT1 0 uD2-D3 θ1 θ2 θ3 θ3 Hình 3.5: Giản đồ tạo xung Giả thiết trước thời điểm θ1 tụ C đã được nạp đầy. Tại θ=θ1, uss lật trạng thái từ uss>0 sang uss<0 dẫn đến tụ C phóng điện từ (-C→D1→R1→-C). Tại θ = θ2 dung lượng trên tụ C phóng hết và sẽ được nạp theo chiều ngược lại và khi đó dung lượng trên tụ C sẽ tăng dần, khi tụ C được nạp đầy nó giữ nguyên mức điện áp đến khi uss lập trạng thái. Khi tụ C phóng và nạp ngược lại làm cho Tr1 khoá dẫn đến Tr2,Tr3 mở có dòng qua cuộn sơ cấp của máy biến xung khi đó bên thứ cấp của máy biến áp xung xuất hiện xung đến cực điều khiển của tiristor. 3.2.3 Một số mạch khác 3.2.3.1 Mạch tạo nguồn nuôi Do trong mạch có sử dụng các vi mạch khuyếch đại thuật toán, ta cần phải sử dụng hai nguồn nuôi ngược dấu nối tiếp nhau và có điểm chung là điểm nối mát. Ta thiết kế mạch này như sau: +15 V - 15 V - 24 V 7815 7915 Hình 3.6: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nhờ hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia, điện áp ra được ổn định nhờ các vi mạch ổn áp và được lọc bởi các tụ đưa ra hai nguồn +15V và -15V có điểm chung là điểm 0 của biến áp. Hai nguồn này sẽ nuôi cho các vi mạch và làm nguồn điện áp ngưỡng. Sở dĩ phải có nguồn -24V là do công suất của các vi mạch hạn chế, nếu sử dụng cho mạch khuyếch đại xung đòi hỏi công suất lớn thì các vi mạch ổn áp sẽ bị quá nhiệt . Do đó nguồn nuôi cho mach khuyếch đại xung được lấy ở trước các vi mạch ổn áp. Nguồn này cần có điện áp lớn để khi điện áp lưới dao động vẫn đảm bảo điện áp ra của BAX đủ mở chắc chắn các tiristo. Mặt khác, điện áp lưới lớn khiến cho ta chỉ cần chọn các Tranrito khuyếch đại công suất có dòng nhỏ. b. Khối tạo điện áp chủ đạo Khối tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn +15V và -15V. "Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T-N”. +15V - 15V T N R1 R2 Ucđ Hình 3.7: Sơ đồ khối tạo điện áp chủ đạo c. Khâu phản hồi tốc độ Để nâng cao độ cứng đặc tính cơ biện pháp tốt nhất là sử dụng phản hồi âm tốc độ. Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi được lấy trên R1 đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu . Hình 3.8: Khâu phản hồi tốc độ d. Khối phản hồi âm dòng điện Để tránh dòng điện trong động cơ tăng qúa mức cho phép khi khởi động, hãm, đảo chiều hay gặp quá tải; ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng . ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện. Sơ đồ mạch như hình vẽ : Máy biến dòng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển. Điện áp ra của TI được chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha (để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI là dòng điện xoay chiều). Tín hiệu phản hồi dòng điện được lấy một phần trên biến trở R rồi được đưa vào lọc và khuyếch đại bởi IC1, IC2. Điện áp âm tên điện trở R4 có tác dụng như một ngưỡng; điện áp đầu ra IC2 được tính như sau: Ta chọn R5 = R6 a Là hệ số phân áp. Hình 3.9: Sơ đồ khối phản hồi âm dòng điện Khi Iư < Ing ,điện áp đầu ra IC2 có dấu dương nên các diốt khoá , mạch phản hồi chưa có tác dụng . Khi Iư > Ing , điện áp ra có giá trị âm , lúc này mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở a làm giảm dòng phần ứng. Hình 3.10: Giản đồ điện áp và dòng điện mạch điều khiển 3.3 Tính chọn thiết bị mạch điều khiển 3.3.1 Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo Chọn biến trở : RWR3 = 4,7 KW công suất tiêu tán trên biến trở là Chọn R30 = 4,7 KW , 1w 3.3.2 Tính chọn khâu phản hồi tốc độ Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ và sai lệch tĩnh của hệ thống ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: Kiểu Uđm (V) Iđm ( A) nđm (v/ph) Rư( W) m (kg) GT - 100 110 0,8 1500 200 4,8 Căn cứ vào tốc độ định mức của máy phát tốc và của động cơ ta chọn bộ truyền bánh răng có tỉ số truyền i = 2 để truyền tốc độ từ động cơ đến MFT Điện trở mạch ngoài của MFT Điện áp phản hồi lấy ra là 12V từ đó ta chọn R31 = 47KW , 2w Hệ số phản hồi tốc độ: Khi tốc động cơ là định mức thì điện áp ra là 12V do đó hệ số phản hồi tốc độ ¡ được tính 3.3.3 Tính chọn BAX Tỷ số biến áp xung thường là Ta chọn n = 3 Để đảm bảo tyristo mở khi điện áp lưới dao động ta chọn U2 = 8V, I2 = 2A điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX U1 = nU2 = 3×8 = 24 V Dòng sơ cấp BAX Chọn vật liệu sắt từ '330 hình chữ làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá DB = 0,7T, DH = 50A/m có khe hở Từ thẩm của lõi sắt từ Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ bộ chọn chiều dài đường sức l = 0,1m khe hở lkh = 10-5 m Thể tích lõi sắt từ: Với Q là tiết diện lõi sắt là dòng thứ cấp quy đổi sang sơ cấp Chọn V = 16,35 cm3 ta sẽ được các kích thước (Theo bảng II.2. Điện tử công suất) Q = 163 cm2, l = 10,03cm, a = 1,2 cm, h = 3 cm c = 1,2 cm, e = 4,8 cm, H = 4,2 cm, B = 1,6 cm, P = 7 w H h c a C + Số vòng cuộn sơ cấp BAX: W1=166 (vòng) K = 0,76 là hệ số lấp đầy + Số vòng cuộn thứ cấp BAX: W2 = W1/ 3 = 56 (vòng) 3.3.4 Tính khâu khuyếch đại xung Căn cứ vào dòng sơ cấp BAX là: 0,6 A ta chọn Tr có : PK = 900mW ; nhiệt độ làm việc max là 1500 ; f = 15 MHz ; UC E 0= 160 V ; UCB= 6 V; IK = 1 A ; b = 60; Tr làm việc ở chế độ xung. Như vậy IB3 = 600/60 = 10 mA, IB3 chính là IC Tr2 do đó ta chọn Tr2 là loại A1015 có: PK = 400mW; f = 80 MHz; t0max=1250C; UCE=50 V; UBE = 5V; IC = 150 mA; b = 70. 3.3.5 Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa Ta có khuyếch đại thuật toán là loại TL084, toàn bộ mạch điều khiển cần 20 KĐTT nên ta dùng 5 chiếc TL084 với các thông số như sau: - + - + - + - + 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 +UCC - UCC Điện áp nuôi ± 18 V; hiệu điện thế giữa cổng đảo và cổng không đảo là ±30V nhiệt độ làm việc từ 250C đến 850C. Mỗi chiếc TL084 được bao gói và mã hoá như hình vẽ: Điện áp ra bão hoà của KĐTT có thể lấy là: ½urBH ½= ½½UCC½- ½2V½½. Ta nuôi KĐTT bằng nguồn 15V, để cho điện áp răng cưa được chính xác thì trong suốt thời gian tụ C được nạp điện áp đầu ra phải không đặt tới trị số bão hoà. Chọn điện áp ur max = 12V ta có: ur = uC 1 = iC 1.t /C với iC 1= 15/( R3+R4) ta tính toán R3 , R4 sao cho với thời gian t = 1/ 50 (s) thì iC1= 12V Chọn C = 0,22mF , ta tính được: Chọn R3 = 10 KW; R4= 4,7KW ta chỉnh R4 để đặt được ur max= 12V. Chọn Tr1 là loại A564 A có UC E= 60V; b = 200; PK= 250mW; IC=100 mA Chọn R1= 4,7 KW; R2 = 68 KW Tr4 , Tr5 đều chọn là loại A1015. Điện trở R được tính R ³ 15/ IC Tr4 = 15/0,15 = 100W; chọn R = 1 KW; R0 = 4,7 KW 3.3.6 Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian: Hệ số khuyếch đại của hệ thống được tính theo đặc tính cơ thấp nhất và sai lệch tĩnh yêu cầu. Gọi Dn là độ sụt tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất. Dn = S*. nomin S* = (n0min - nmin )/ n0min Þ nomin = nmin/ (1- S* ) = nđm / (1 - S*) . D Gọi K là hệ số khuyếch đại của hệ thống . Ta có K = KBĐK THKTGKĐK HC Phương trình đặc tính cơ hệ kín là: Độ sụt tốc độ Dn = Iđm.R.KĐ/ (1+¡n) (1) Mặt khác Dn = S* . n0min = S* .nđm / (1- S*)D (2) Từ (1) và (2) ta có: Với KĐ = 7,8 ; nđm = 1500 v/ph ; S* £ 3% ; D = 20 R = RưĐ + Rtx + RCK + RCKcb = 0,139+ 0,33 + 0,48 + 0,48 R = 1,51W Thay các giá trị trên ta tính được: K ³ 446630 Như vậy hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung gian là: KTG ³ K/ ( K HCKBĐKĐK TH ) Thay số vào ta có: KTG ³ 1149 Vậy hệ số khuyếch đại của hệ thống là: K = KBĐK THKTGKĐK HC = 447779 3.3.7 Xác định hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi Do mạch phần ứng động cơ có điện cảm lớn nên ta coi dòng phần ứng là dòng liên tục 0,004 4 6 uđk Ud 304,1 265,7 0,332 0 Từ đây ta xây dựng được quan hệ Ud = ¦(uđk). Thực tế quan hệ này là phi tuyến, để đơn giản ta tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc. Đặc tính có dạng như hình vẽ: Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi: KBĐ = DUd / Duđk = (265,7 - 0,332 )/ (4 - 0,004) = 66,4 CHƯƠNG IV THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 4.1 Nguyên lý làm việc của mạch động lực 4.1.1 Khi động cơ làm việc thuận: Đóng áp tô mát AB cung cấp điện áp ba pha cho máy biến áp động lực BA. Khi đó hai bộ biến đổi hình tia ba pha song song ngược sẽ được cấp điện áp. Các van từ T1¸T6 lần lượt được đặt các điện áp thuận theo chiều biến thiên của điện áp ba pha. Các van T1, T2, T3 được điều khiển với góc mở a1 900 sao cho: a1 + a2 = 1800 . Lúc này điện áp chỉnh lưu của hai nhóm van là: Ud1 = Ud0 cosa1> 0 Ud2 = Ud0cosa2 < 0 Động cơ sẽ quay theo chiều thuận phù hợp với chiều của Ud1. Còn bộ biến đổi hai làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi. 4.1.2 Khi động cơ làm việc theo chiều ngược: Tương tự như khi làm việc theo chiều thuận. Lúc này các van T1, T2, T3 được điều khiển với góc mở a1 > 900, còn các van T4, T5, T6 được điều khiển mở với góc mở a2 < 900 sao cho: Ud1 = Ud0 cosa1< 0 Ud2 = Ud0cosa2 > 0 Động cơ sẽ quay theo chiều ngược phù hợp với chiều của Ud2. 4.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Mạch điều khiển của hệ thống được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật là: + Ổn định và điều chỉnh tốc độ. + Tự động hạn chế phụ tải. + Đảo chiều. + Hãm dừng chính xác. Xuất phát từ những yêu cầu này ta sẽ phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống theo từng yêu cầu. 4.2.1 Nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ Giả sử động cơ đang làm việc ở tốc độ đặt nào đó ở chiều quay thuận, lúc này tiếp điểm T đóng, Ucđ mang dấu dương khiến điện áp ra của khâu khuyếch đại trung gian IC10 có dấu dương và điện áp điều khiển sẽ có dấu dương. Điện áp này sẽ làm cho nhóm van katốt chung mở với góc mở a1900, tức là làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi. Trong qúa trình làm việc nếu có sự thay đổi của tải, giả sử tải tăng khiến tốc độ động cơ giảm Þ (Ucđ - ¡n) sẽ tăng Þ điện áp điều khiển sẽ tăng Þ góc mở a1 giảm Þ Ud1 tăng kéo tốc độ động cơ trở lại điểm làm việc yêu cầu. Nếu tải giảm qúa trình diễn ra ngược lai. Đó chính là nguyên lý ổn định tốc độ. Chất lượng của qúa trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu: S*=1,8% Khi muốn thay đổi tốc độ ta điều chỉnh biến trở WR3 khi đó điện áp chủ đạo sẽ thay đổi, dẫn đến điện áp điều khiển thay đổi Þ góc mở a thay đổi Þ điện áp chỉnh lưu thay đổi Þ tốc độ động cơ thay đổi theo. Điện áp chủ đạo được điều chỉnh nhờ biến trở WR3 là vô cấp do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh vô cấp. 4.2.2 Khả năng hạn chế phụ tải Giả sử trong qúa trình làm việc tải của hệ thống tăng quá mức cho phép khi đó dòng phần ứng động cơ sẽ tăng quá mức cho phép, điều này là không cho phép. Trong hệ thống có tính đến khả năng này. Khi dòng phần ứng tăng quá giá trị ngắt thì khâu ngắt dòng sẽ tham gia tác động làm giảm điện áp điều khiển Þ góc mở a có xu hướng tiến tới 900 làm cho điện áp chỉnh lưu giảm và dòng phần ứng sẽ không tăng quá lớn. Mặt khác, khi điện áp chỉnh lưu giảm Þ tốc độ động cơ sẽ giảm (đủ nhỏ) lúc này khối cải thiện cất lượng động sẽ tác động tiếp tục hạn chế góc mở và dòng điện phần ứng sẽ được hạn chế nhỏ hơn mức cho phép, giá trị này là 18A. 4.2.3 Quá trình đảo chiều động cơ Để đảo chiều quay động cơ ta thay đổi đóng mở tiếp điểm T, N, tức là đảo chiều điện áp chủ đạo. Giả sử T đang đóng và động cơ đang quay theo chiều thuận nếu ta đồng thời mở T và đóng N thì điện áp chủ đạo đảo từ dương sang âm Þ điện áp đầu ra của khâu khuyếch đại trung gian sẽ đảo dấu từ âm sang dương. Tuy nhiên lúc này động cơ vẫn quay thuận nên khối cải thiện chất lượng động sẽ tham gia tác dụng làm cho động cơ được hãm tái sinh. Khi tốc độ động cơ giảm dần thì điốt D khoá lại khiến điện áp điều khiển của nhóm van anốt chung có giá trị dương Þ động cơ chuyển từ hãm tái sinh sang hãm ngược. Khi n = 0 động cơ sẽ được tự động khởi động theo chiều ngược lại. 4.2.4 Hãm dừng Muốn hãm dừng ta chỉ việc ngắt Ucđ bằng cách mở các tiếp điểm T hoặc N đang ở trạng thái đóng. Lúc này qúa trình hãm diễn ra tương tự qúa trình đảo chiều. CHƯƠNG V XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH 5.1 Đặt vấn đề Xây dựng đặc tính tĩnh của hệ thống là xây dựng đặc tính n=¦(I) hoặc n=¦(M) qua đó kiểm tra được độ sụt tốc độ, tức là đánh giá được sai lệch tĩnh của hệ thống xem có đảm bảo yêu cầu đặt ra của công nghệ hay không; đồng thời cũng kiểm tra các giá trị dòng điện ngắt, dòng điện dừng, hãm xem có đảm bảo an toàn cho hệ thống hay không. Từ đó đánh giá được năng lực quá tải của hệ thống; khả năng tác động nhanh của hệ thống cũng như độ an toàn của hệ thống trong quá trình làm việc. Do động cơ một chiều kích từ độc lập có đặc tính n = ¦(I) và n = ¦(M) đồng dạng nhau tức là có thể suy ra đặc tính n= ¦(M) từ đặc tính n= ¦(I) do đó ta chỉ xây dựng quan hệ n = ¦(I) và gọi là đặc tính cơ của hệ thống . Khi xây dựng đặc tính ta đưa ra các giả thiết sau: + Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn. + Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi là hằng số. + Tiristo là phần tử bán dẫn tác động nhanh không có quán tính. + Điện trở phần ứng động cơ không thay đổi trong suốt qúa trình làm việc. + Điện cảm phần ứng của động cơ và các cuộn kháng đủ lớn để duy chì dòng điện tải là liên tục. 5.2 Xây dựng đặc tĩnh 5.2.1 Xây dựng đặc tính trong vùng làm việc Viết phương trình kiếc hốp cho động cơ ta có: Ud = Ke f n + DU +UR DU = 1,4 V là sụt áp trên các tiristo Þ n = (Ud - IưR - DU )KĐ với KĐ = 1/ Ke f = 7,8 KTGKTHKHC KBĐ KĐ ¡ n Ucđ DU + IưR (-) Hình 5.1: Sơ cấu trúc hệ thống Từ sơ đồ cấu trúc ta viết được: n = (Ucđ - ¡n).KTGKTHKBĐKHCKĐ - (DU +IưR).KĐ Trong đó: K là hệ số khuyếch đại của hệ thống: K = 447779 R là điện trở mạch phần ứng ; R = 1,51 W + Khi: n = nmax ; Iđm = 100 A Þ Ucđ = Ucđ max = 12,0029V + Khi: n = nmin; Iđm = 9 A Þ Ucđ = Ucđmin = 0,0153 V * Điểm không tải lý tưởng (I = 0) * Điểm giới hạn vùng làm việc, chọn Ing = 12,5 A Ucđ = Ucđmax Þ n = 1499, 979 v/ ph Ucđ = Ucđmin Þ n = 1,976 v/ph * Đánh giá chất lượng tĩnh: S* = ( n0min - nmin ) / n0min = ( 2,037 - 2 )/ 2,037 = 0,0181 = 1,81 % [ S*] < 3 % Như vậy sai lệch tốc độ tĩnh đảm bảo yêu cầu. 5.2.2 Xây dựng đặc tính ở vùng ngắt dòng (1- a)K'HC KTGKTH KBĐ ¡ n Ucđ (-) a.b'(I - Ing) (-) (-) DU + IưR KĐ Đặc tính khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà: Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà. Điện áp điều khiển được tính như sau: ( ở đây ta bỏ qua dòng điện rẽ qua R43 vì dòn