Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ một chiều không đảo chiều quay

hêi gian n1¸p tiristor T1 vμ ®i«t D2 cho dßng ch¶y qua. Khi U2 b¾t ®Çu ®æi dÊu D1 më ngay, T1 tù nhiªn kho¸ l¹i, dßng id=Id chuyÓn tõ T1 sang D1 (lóc nμy D2 vÉn cho dßng ch¶y qua do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong Ld t¹o ra). D1 vμ D2 cïng cho dßng ch¶y qua, Ud=0 Khi wt =n2=p+a cho xung më T2. Dßng t¶i id=Id ch¶y qua D1 vμ T2. §ièt D2 bÞ kho¸ l¹i. Khi U2 b¾t ®Çu ®æi dÊu D2 më ngay, T2 tù nhiªn kho¸ l¹i, dßng id=Id chuyÓn tõ T2 sang D2 (lóc nμy D1 vÉn cho dßng ch¶y qua do søc ®iÖn ®éng tù c¶m trong Ld t¹o ra). Khi wt =n3=2p+a cho xung më T1 qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña c¸c van t−¬ng tù nh− chu kú tr−íc ®ã. uD a 0 p 2p 3p wt iT1 0 Id wt iT2 0 wt iD1 wt 0 iD2 wt 0 uT1 0 wt §å thÞ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña m¹ch chØnh l−u cÇu b¸n ®iÒu khiÓn Trong s¬ ®å nμy, gãc dÉn dßng cña Tiristor vμ cña ®i«t kh«ng b»ng nhau. Gãc dÉn dßng cña ®ièt lμ lD=p+a, cßn gãc dÉn dßng cña tiristor lμ lT=p-a. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i: p p Ud = 1 ò a  2U 2 Sinq. dq =  2U 2 (1 + cos a) p cña dßng t¶i cña dßng trong tiristor  I U d = d R å IT =  p d 1 ò I  .dq = I d .(p - a) cña dßng trong ®ièt 2p a 2p IT =  1 p+a ò  d I .dq = I d .(p - a) 2p a 2p Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¶y trong cuén d©y thø cÊp m¸y biÕn ¸p I 2 = 1 p p d d ò I 2 dq = I a 1 - a p KÕt luËn: S¬ ®å chØnh l−u tia 3 pha lμ mét s¬ ®å hoμn chØnh, chÊt l−îng ®iÖn ¸p ra tèt h¬n s¬ ®å h×nh tia 2 pha, nh−ng sè van nhiÒu h¬n vμ m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p h¬n s¬ ®å h×nh tia 2 pha, do ®ã ta kh«ng sö dông s¬ ®å nμy cho ®Ò tμi. S¬ ®å chØnh l−u h×nh cÇu 3 pha lμ mét s¬ ®å chØnh l−u tèt. Cho phÐp sö dông ë hÖ thèng truyÒn ®éng c«ng suÊt lín, chÊt l−îng ®iÖn ¸p ra tèt, ®iÖn ¸p ®Æt trªn van nhá h¬n mét nöa so víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn mçi van cña s¬ ®å chØnh l−u h×nh tia 2 pha vμ 3pha do ®ã dÔ chän van trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ, nh−ng nh−îc ®iÓn cña nã lμ m¹ch ®éng lùc phøc t¹p, m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p, sè l−îng van nhiÒu, gi¸ thμnh cao, trong khi yªu cÇu cña phô t¶i mμ ®Ò t¶i cho kh«ng cÇn chÊt l−îng ®iÖn ¸p ra qu¸ tèt. S¬ ®å chØnh l−u h×nh tia hai pha cã D0 lμ s¬ ®å ®¬n gi¶n h¬n so víi s¬ ®å chØnh l−u h×nh cÇu vμ h×nh tia 3 pha. §Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña phô t¶i mμ ®Ò tμi ®· cho vμ b¶o ®¶m ®−îc tÝnh kinh tÕ ta chän s¬ ®å chØnh l−u h×nh tia 2 pha cã D0 lμ m¹ch ®éng lùc cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn. B. Chän ph−¬ng ph¸p h∙m. §Ó h·m mét hÖ T§§ cã thÓ: - H·m theo ph−¬ng ph¸p c¬. - H·m theo ph−¬ng ph¸p ®iÖn . H·m theo ph−¬ng ph¸p c¬ lμ dïng phanh c¬ hoÆc phanh ®iÖn-c¬,phanh ®iÖn c¬ th−êng ®Æt ë cæ trôc ®éng c¬ vμ cã nhiÒu kiÓu,nhiÒu lo¹i nh−ng nguyªn t¾c ho¹t ®éng chung t−¬ng tù nhau.§ã lμ khi cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ch¹y th× cuén phanh còng ®−îc cÊp ®iÖn vμ cæ trôc ®éng c¬ ®−îc níi láng . Khi c¾t ®iÖn ®Ó ®éng c¬ dõng th× cuén phanh còng mÊt ®iÖn vμ cæ trôc ®éng c¬ bÞ Ðp l¹i. H·m mét hÖ T§§ nh»m mét trong c¸c môc ®Ých sau : ƒ Dõng hÖ T§§ ƒ Gi÷ hÖ thèng ®øng yªn khi hÖ thèng dang chÞu mét lùc cã h−íng g©y chuyÓn ®éng. ƒ Gi¶m tèc hÖ T§§ ƒ Gh×m cho hÖ T§§ lμm viÖc víi tèc ®é æn ®Þnh Hai môc ®Ých sau kh«ng dïng phanh ®iÖn-c¬ v× rÊt khã thùc hiÖn.Ph−¬ng ph¸p h·m b»ng ®iÖn tá ra cã hiÖu lùc trong tÊt c¶ c¸c tr−êng hîp. Tr¹ng th¸i h·m cña ®éng c¬ lμ tr¹ng th¸i ®éng c¬ sinh ra m«men ®iÖn tõ ng−îc víi chiÒu quay mμ r«to dang cã. Phanh h·m c¬ vμ ®iÖn-c¬ cã m¸ phanh tú Ðp vμo trôc ®éng c¬ khi phanh.Khi h·m ®iÖn, trôc ®éng c¬ kh«ng bÞ phÇn tö nμo tú vμo c¶ mμ chØ cã m«men ®iÖn tõ t¸c dông vμo r«to ®éng c¬ ®Ó c¶n l¹i chuyÓn ®éng quay ®ã cña ®éng c¬. Cã 3 tr¹ng th¸i h·m : ƒ H·m t¸i sinh (h·m tr¶ n¨ng l−îng vÒ l−íi) ƒ H·m ng−îc ƒ H·m ®éng n¨ng. §Æc ®iÓm chung cho c¶ 3 tr¹ng th¸i h·m ®iÖn lμ ®éng c¬ ®Òu lμm viÖc oÎ chÕ ®é m¸y ph¸t,biÕn c¬ n¨ng mμ hÖ T§§ ®ang cã qua ®éng c¬ thμnh ®iÖn n¨ng ®Ó hoμn tr¶ vÒ l−íi (h·m t¸i sinh) hoÆc tiªu thô ë d¹ng nhiÖt trªn ®iÖn trë (h·m ng−îc, h·m ®éng n¨ng). M«men ®Ó quay ®éng c¬ ë chÕ ®é m¸y ph¸t sÏ lμ m«men h·m ®èi víi hÖ T§§. §èi víi ®éng c¬ 1 chiÒu KT§L ta cã c¸c ph−¬ng ph¸p h·m lμ : ƒ H·m t¸i sinh . ƒ H·m ng−îc. ƒ H·m ®éng n¨ng : ¾ H·m ®éng n¨ng : kÝch tõ tù kÝch. ¾ H·m ®éng n¨ng : kÝch tõ ®éc lËp. Ta ®i xÐt tõng ph−¬ng ph¸p h·m a1. H·m t¸i sinh . H·m t¸i sinh x¶y ra khi tèc ®é quay cña ®éng c¬ lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i. Khi h·m t¸i sinh E−>U− ®éng c¬ lμm viÖc nh− mét m¸y ph¸t ®iÖn song song víi l−íi. So víi chÕ ®é ®éng c¬, dßng vμ momen h·m ®· ®æi chiÒu vμ ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: I h = U u - E u R = Kfw o - Kfw o < 0 R Mh=KfIn<0 TrÞ sè h·m lín dÇn lªn cho ®Õn khi c©n b»ng víi m«men phô t¶i cña c¬ cÊu th× hÖ thèng lμm viÖc æn ®Þnh víi wo®>wo. Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ë ®o¹n h·m t¸i sinh lμ U R w = u - u . M Kf (Kf) 2 §−êng ®Æc tÝnh c¬ ë tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh n»m trong gãc phÇn t− thø 2 vμ thø 4 cña mÆt ph¼ng to¹ ®é. Trong tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh, dßng ®iÖn h·m ®æi chiÒu vμ c«ng suÊt ®−îc ®−a tr¶ vÒ l−íi cã gi¸ trÞ P=(E-U)I. §©y lμ ph−¬ng ph¸p h·m kinh tÕ nhÊt v× ®éng c¬ sinh ra ®iÖn n¨ng h÷u Ých. * H·m t¸i sinh x¶y ra trong c¸c tr−êng hîp sau ®©y : + §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch gi¶m ®iÖn ¸p nguån. + Víi t¶i mang tÝnh chÊt thÕ n¨ng, ta tiÕn hμnh h¹ t¶i b»ng c¸ch ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p ph¶n øng.ë ®ay ta nghiªn cøu t¶i mang tÝnh chÊt ph¶n kh¸ng nªn ta kh«ng xÐt tr−êng hîp nμy . Khi h·m t¸i sinh kh«ng nªn ®−a ®iÖn trë phô vμo m¹ch phÇn øng v× ®−a thªm ®iÖn trë phô vμo sÏ lμm cho hiÖu suÊt cña viÖc h·m t¸i sinh gi¶m ®i vμ tèc ®é lμm viÖc khi h·m lín g©y mÊt an toμn . * NhËn xÐt : H·m t¸i sinh lμ ph−¬ng ph¸p h·m kinh tÕ nh−ng do ta chän lo¹i bé biÕn ®æi lμ cÇu mét pha tøc lμ bé biÕn ®æi ®¬n. Bé biÕn ®æi ®¬n kh«ngcho phÐp dÉn dßng ng−îc mμ chØ cho dÉn dßng theo mét chiÒu nªn hÖ truyÒn ®éng cña ta kh«ng thùc hiÖn ®−îc h·m t¸i sinh. a2. H·m ng−îc Hμm ng−îc lμ tr¹ng th¸i m¸y ph¸t cña ®éng c¬, mμ khi r«to cña ®éng c¬ quay ng−îc chiÒu so víi chiÒu quay do cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p nguån g©y ra . Cã 2 lo¹i h·m ng−îc : + H·m ®−a ®iÖn trë phô vμo m¹ch phÇn øng. + H·m ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng vμ ®−a thªm ®iÖn trë phô . Ta ®i xÐt c¸c lo¹i h·m ng−îc nªu trªn : * H·m ®−a ®iÖn trë phô vμo m¹ch phÇn øng (sö dông víi t¶i mang tÝnh chÊt thÕ n¨ng) h Dßng ®iÖn h·m: I  = U u + E u  = Kfw o + Kfw o R u + R f R u + R f Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: w = U dm  Ru + R f 2 - .M Kf dm (Kfdm ) (Ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ lμ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh biÕn trë) NhËn xÐt: Khi h·m ng−îc ta vÉn sö dông ®iÖn l−íi do ®ã sÏ kh«ng thùc hiÖn ®−îc khi sù cè mÊt ®iÖn. * H·m ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p vμ ®−a thªm ®iÖn trë phô vμo m¹ch ph¶n øng: Víi kiÓu h·m nμy cã nh−îc ®iÓm gièng nh− tr−êng hîp h·m trªn nã cßn cã thªm nh−îc ®iÓm n÷a lμ ph¶i thªm thiÕt bÞ c¾t ®iÖn vμo ®óng thêi ®iÓm tèc ®é ®éng c¬ b»ng kh«ng (w=0) nÕu kh«ng ®éng c¬ (M®c>Mc) sÏ quay ng−îc l¹i. V× th«ng th−êng ®éng c¬ lμm viÖc ë ®iÓm a trªn ®Æc tÝnh tù nhiªn víi t¶i Mc ta ®æi chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng vμ ®−a thªm ®iÖn trë phô vμo m¹ch, ®éng c¬ chuyÓn sang lμm viÖc ë ®iÓm b trªn ®Æc tÝnh biÕn trë. T¹i b m« men ®· ®æi chiÒu chèng l¹i chiÒu quay cña ®éng c¬ nªn tèc ®é gi¶m theo ®o¹n bc, t¹i c tèc ®é b»ng kh«ng nÕu ta c¾t phÇn øng ra khái ®iÖn ¸p nguån ®Æt vμo ®éng c¬ th× ®éng c¬ sÏ dõng l¹i, cßn nÕu ta kh«ng nÕu ta kh«ng c¾t phÇn øng ra khái ®iÖn ¸p nguån ®Æt vμo ®éng c¬ th× t¹i c (Mo>Mc) ®éng c¬ sÏ quay ng−îc l¹i vμ lμm viÖc æn ®Þnh t¹i d. Trong tr−êng hîp nμy dßng ®iÖn h·m rÊt lín v×: h I = - U u - E u  = - U u - E u R u + R f R S M h = K FIh V× vËy cÇn ®−a thªm ®iÖn trë Rf ®ñ lín vμo m¹ch phÇn øng ®Ó h¹n chÕ Ih. Tãm l¹i h·m ng−îc b»ng ph−¬ng ph¸p ®¶o cùc tÝnh ®Æt vμo phÇn øng ®éng c¬ nh¬ trªn dßng ®iÖn rÊt lín g©y tæn thÊt n¨ng l−îng lín. E− cïng chiÒu U ®éng c¬ lμm viÖc nh− mét m¸y ph¸t m¾c nèi tiÕp víi l−íi. Lóc ®ã nã võa nhËn n¨ng l−îng tõ l−íi ®iÖn ®ång thêi n¨ng l−îng ®iÖn do nã ph¸t ra ®Òu tiªu t¸n trªn m¹ch phÇn øng d−íi d¹ng nhiÖt lμm gi¶m tuæi thä ®éng c¬. MÆt kh¸c nÕu nh− tèc ®é ®éng c¬ ®· gi¶m thÊp nÕu ta kh«ng c¾t ®éng c¬ ra khái l−íi mét c¸ch chÝnh x¸c th× ®éng c¬ sÏ quay ng−îc l¹i do ®ã kh«ng phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ. Trong s¬ ®å bé chØnh l−u tia 2 pha cã D0 ta chän cho hÖ thèng truyÒn ®éng kh«ng lμm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l−u, kh«ng cã chuyÓn n¨ng l−îng vÒ nguån do ®ã kh«ng cã h·m t¸i sinh. MÆt kh¸c phô t¶i ®· cho kh«ng ®¶o chiÒu, suÊt ®iÖn ®éng E kh«ng ®æi chiÒu v× vËy tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®¶o chiÒu. Muèn h·m ng−îc ta ph¶i cã c¸c c«ng t¾c t¬ ®Ó thùc hiÖn ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p, nh− vËy sÏ rÊt phøc t¹p, gi¸ thμnh cao, kÝch th−íc l¹i lín. MÆt kh¸c vÒ mÆt n¨ng l−îng th× h·m ng−îc cã chØ tiªu n¨ng l−îng xÊu nhÊt, cho nªn ta kh«ng chän h·m ng−îc trong hÖ thèng truyÒn ®éng. V× vËy chØ cßn l¹i cã h·m ®éng n¨ng víi −u ®iÓm lμ ®¬n gi¶n vμ chØ tiªu n¨ng l−îng h¬n ë h·m ng−îc lμ hîp lý h¬n c¶ cho hÖ thèng truyÒn ®éng. * Chọn thiết bị bảo vệ sơ đồ mạch động lực: 1- AB: Aptomat dùng để bảo vệ và đóng cắt mạch điện. 2- MBA: Máy biến áp chỉnh lưu cung cấp điện áp phù hợp cho bộ chỉnh lưu, cách li về mặt điện giữa nguồn xoay chiều với mạch động lực bộ chỉnh lưu. 3- R,C: Các điện trở và điện dung dùng để bảo vệ quá gia tốc điện áp qua các van. 4- CK: Cuộn kháng san bằng được mắc nối tiếp với mạch động lực để san bằng dòng điện qua phụ tải. 5- RH: Điện trở dùng để hãm động năng, làm giảm thời gian hãm và dòng điện hãm cho động cơ. * S¬ ®å m¹ch ®éng lùc T1 * * * BA ATM C R Ul~ D0 T2 C R rh H ck ®c CKT rKT + UKT - Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch h∙m: Khi hÖ thèng lμm viÖc b×nh th−êng c¸c tiÕp ®iÓm K th−êng më ®ãng, c¸c tiÕp ®iÓm K th−êng ®ãng më nhê m¹ch ®iÒu khiÓn qua tr×nh khëi ®éng (ë ®©y kh«ng tr×nh bμy). Khi muèn h·m ®éng c¬ ta tiÕn hμnh Ên nót dõng ë m¹ch ®iÒu khiÓn. Lóc ®ã c¸c tiÕp ®iÓm K trë vÒ tr¹ng th¸i lμm viÖc b×nh th−êng ®éng c¬ ®−îc c¾t ra khái l−íi, ®iÖn trë h·m ®−îc ®−a vμo ho¹t ®éng, cuén d©y kÝch tõ vÉn ®−îc cÊp ®iÖn. Do qu¸n tÝnh c¬ roto ®éng c¬ vÉn quay vμ sinh ra mét søc ®iÖn ®éng E=K.Φ.ω. Søc ®iÖn ®éng nμy khÐp m¹ch qua Rh vμ tiªu t¸n n¨ng l−îng -> ®éng c¬ ®−îc h·m. Qu¸ tr×nh h·m tèc ®é ®éng c¬ gi¶m dÇn. Khi nμo tèc ®é ®éng c¬ b»ng 0 th× qu¸ tr×nh h·m kÕt thóc. PhÇn 3 Chän vμ ph©n tÝch m¹ch ®iÒu khiÓn III.1. Giíi thiÖu chung: §Ó cã ®iÖn ¸p cÊp cho ®éng c¬ th× c¸c Tiristo cÇn cã c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn; dÉn ®Õn cÇn cã m¹ch ph¸t xung cÊp cho c¸c Tiristo.§Ó ®¹t ®−îc sù æn ®Þnh tèc ®é cμn cã ph¶n håi ©m vμ do vËy cÇn ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ hÖ sè khuÕch ®¹i nªn ta ph¶i cã bé khuÕch ®¹i. Ngoμi ra cÇn cã nguån nu«i c¸c kh©u ph¸t xung, khuÕch ®¹i. CÇn cã bé t¹o ra ®iÖn ¸p chñ ®¹o, lÊy tÝn hiÖu ph¶n håi. III.2. ThiÕt kÕ m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn s¬ ®å chØnh l−u III.2.1. Giíi thiÖu chung: Ta ®· biÕt ®Ó van cña bé chØnh l−u cã thÓ më t¹i c¸c thêi ®iÓm mong muèn th× ngoμi ®iÒu kiÖn trªn van ®ã ph¶i cã ®iÖn ¸p thuËn th× trªn ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vμ katot cña van ph¶i cã mét ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (mμ th−êng gäi lμ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn). §Ó cã hÖ thèng xuÊt hiÖn theo ®óng yªu cÇu më van ng−êi ta sö dông mét m¹ch ®iÖn t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®ã gäi lμ m¹ch ®iÒu khiÓn hay hÖ thèng ®iÒu khiÓn bé chØnh l−u . - C¸c xung ®iÒu khiÓn ®−îc tÝnh to¸n vÒ ®é dμi xung sao cho ®ñ thêi gian cÇn thiÕt (víi mét ®é dù tr÷ nhÊt ®Þnh) ®Ó më van víi mäi lo¹i phô t¶i cã thÓ cã khi s¬ ®å lμm viÖc. Th«ng th−êng ®é dμi xung n»m trong kho¶ng 200 ®Õn 600 m s . - C¸c hÖ thèng ph¸t xung ®iÒu khiÓn bé chØnh l−u hiÖn nay ®ang sö dông cã thÓ ph©n chia lμm hai nhãm: Nhãm hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®ång bé vμ nhãm hÖ thèng ®iÒu khiÓn kh«ng ®ång bé. Nhãm thø nhÊt ®ang ®−îc sö dông phæ biÕn hiÖn nay vμ ta chØ nghiªn cøu nhãm nμy. C¸c hÖ thèng ®ång bé th−êng sö dông hiÖn nay bao gåm: + HÖ thèng ®iÒu khiÓn theo pha ngang: ph−¬ng ph¸p nμy cã −u ®iÓm lμ cã m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n nh−ng cã 1 sè nh−îc ®iÓm lμ ph¹m vi ®iÒu khiÓn gãc më a kh«ng réng. RÊt nh¹y víi sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p nguån vμ khã tæng hîp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Do nh÷ng nh−îc ®iÓm nμy mμ hÖ thèng ph¸t xung ®iÒu khiÓn theo ph−¬ng ph¸p pha ngang kh«ng phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ. + Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn dïng ®ièt hai cùc gèc (Tranzito mét tiÕp gi¸p): M¹ch ph¸t xung ph−¬ng ph¸p nμy ®¬n gi¶n nh−ng cã nh−îc ®iÓm lμ chØ phï hîp víi hÖ thèng c«ng suÊt nhá, ®¶o chiÒu khã kh¨n. Cho nªn trong thùc tÕ Ýt dïng. + Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c pha ®øng: ph−¬ng ph¸p nμy tuy cã m¹ch ph¸t xung phøc t¹p nh−ng ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu chØ tiªu chÊt l−îng. - §é réng xung ®¶m b¶o yªu cÇu lμm viÖc. - Tæng hîp tÝn hiÖu dÔ dμng. - Gãc më a cña tiristor cã thÓ thay ®æi ®−îc trong kho¶ng réng. - §é dèc s−ên tr−íc cña xung ®¶m b¶o cã hÖ sè khuyÕch ®¹i phï hîp,lμm viÑc tin cËy chÝnh x¸c víi ®é nh¹y cao. - Cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc hÖ cã c«ng suÊt lín. * Sau ®©y ta sÏ x©y dùng mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo pha ®øng. S¬ ®å khèi cña m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn: - Nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ch t¹o xung trong c¸c bé chØnh l−u: VÒ nguyªn t¾c mçi Tiristor cã mét kªnh. Ta sö dông m¹ch ®éng lùc lμ chØnh l−u tia 2 pha cã D0 th× ph¶i cã hai kªnh t¹o xung, kªnh nä lÖch kªnh kia 1800 2. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn theo pha ®øng Khèi 1 Khèi 2 Khèi 3 u1 §BH & FSRC  urc  SS TX  X§K u®k Khèi 1: Khèi ®ång bé ho¸ vμ ph¸t sãng r¨ng c−a. Khèi nμy cã nhiÖm vô lÊy tÝn hiÖu ®ång bé ho¸ vμ ph¸t ra sãng ®iÖn ¸p h×nh r¨ng c−a ®Ó ®−a vμo khèi so s¸nh. Khèi 2: Khèi so s¸nh, cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa h×nh r¨ng c−a víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k ®Ó ph¸t ra tÝn hiÖu xung ®iÖn ¸p ®−a tíi m¹ch t¹o xung. Khèi 3: Khèi t¹o xung, cã nhiÖm vô t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn ®−a tíi ch©n ®iÒu khiÓn cña Tiristo. III.2.2. Ph©n tÝch lùa chän kh©u ®ång bé ho¸ vµ t¹o sãng r¨ng c−a a. NhiÖm vô cña khèi: T¹o ra hÖ thèng c¸c xung ®iÖn ¸p cã d¹ng r¨ng c−a xuÊt hiÖn lÆp ®i lÆp l¹i víi chu kú b»ng chu kú cña ®iÖn ¸p ®ång bé (xoay chiÒu) cung cÊp cho s¬ ®å chØnh l−u. §ång thêi ®iÒu khiÓn ®−îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña chóng trong mçi chu kú . b. S¬ ®å nguyªn lý: Cã nhiÒu c¸ch thiÕt kÕ khèi nμy . ë ®©y ta ph©n chia ra 3 c¸ch dùa trªn c¬ së linh kiÖn thiÕt kÕ . - § + C : §iot vμ tô. - Tr + C : Tranzitor vμ tô. - IC + C : IC vμ tô. Sau ®©y ta x©y dùng khèi ®ång bé ho¸ vμ t¹o sãng r¨ng c−a dïng IC + tô . S¬ ®å gåm BA§BH t¹o ra ®iÖn ¸p ®ång bé ho¸ . PhÇn t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a sö sông ®ièt, tranzitor, c¸c ®iÖn trë, tô ®iÖn vμ ë ®©y ®Ó t¹o ra dßng n¹p æn ®Þnh ta øng dông tÝnh chÊt ®Æc biÖt cña c¸c bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vi ®iÖn tö K§TT . +Ucc U1 -Ucc  BA§BH * * R1 D1 R2 R3 WR1  Tr1  C Ic1  Urc c. Nguyªn lý lµm viÖc : §iÖn ¸p xoay chiÒu qua BA§BH ta ®−îc ®iÖn ¸p ®ång bé ®Æt lªn Tr1 m¹ch lμm viÖc ë chÕ ®é ®îi nhËn ®iÖn ¸p vμo lμ U®b cho d·y xung ®iÖn ¸p r¨ng c−a , xung nμy cã s−ên tr−íc biÕn ®æi tuyÕn tÝnh vμ cã thÓ ®iÒu chØnh trÞ sè cña biªn ®é xung . T¹i ωt = 0 (U®b = 0) D1 më, Tr1 kho¸, ®iÖn ¸p tõ – Ucc qua wR1 ®Õn R3 ®−a ®Õn ®Çu vμo cña IC1 , ®Çu ra cña IC1 cã trÞ sè d−¬ng. Tô C n¹p ®iÖn víi chiÒu n¹p +Ucc ®Õn IC1 ®Õn C1 ®Õn R3 ®Õn w1 vÒ – Ucc. Dßng n¹p cã trÞ sè kh«ng ®æi : Ucc Ic1n¹p = R 3 +  wR 1 V× ®iÖn ¸p ®Çu vμo cña IC thuËt to¸n cã gi¸ trÞ rÊt nhá nªn : Urc = Uc1 = 1 0 , 01 ( T / 2 ) 0 C 1 ò ic 1 dt  + Uco T¹i ωt = π (U®b = 0) b¾t ®Çu lËt tr¹ng th¸i, dÞnh chuyÓn sang chu kú ©m nªn D1 bÞ ®Æt ®iÖn ¸p ng−îc nªn D1 kho¸. D−íi t¸c dông cña nguån mét chiÒu +Ucc qua R1 sÏ lμm cho Tr1 më tô C ngõng n¹p vμ phãng ®iÖn qua Tr1 cho ®Õn khi ®iÖn ¸p trªn tô = 0 vμ ®−îc duy tr× cho ®Õn khi ωt = 2π. Sau ®ã U®b lËt tr¹ng th¸i chuyÓn sang chu kú d−¬ng tiÕp theo vμ l¹i ®−îc lÆp l¹i nh− cò. Do Urc lμ ®iÖn ¸p ra cña Ic1 cã ®iÖn trë trong rÊt nhá. V× vËy ®iÖn ¸p ra cã d¹ng kh«ng phô thuéc vμo t¶i. Víi s¬ ®å nμy dung l−îng tô C chØ cÇn rÊt nhá th−êng chän kho¶ng 200nF.V× vËy chän tô dÔ dμng. MÆt kh¸c tô phãng rÊt nhanh nªn an toμn cho Tr1 vμ ®iÖn ¸p rÊt gÇn víi d¹ng r¨ng c−a lý t−ëng. d. Gi¶n ®å ®iÖn ¸p : u®b p 2p 3p O w t u rc 0 w t III.2.3. Lùa chän m¹ch so s¸nh : a. NhiÖm vô: So s¸nh ®iÖn ¸p r¨ng c−a Urc do m¹ch §BH-SRC göi tíi víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Giao ®iÓm cña hai ®iÖn ¸p nμy x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn a . b. S¬ ®å nguyªn lý: Phæ biÕn hiÖn nay lμ c¸c s¬ ®å so s¸nh dïng Tranzitor vμ K§TT b»ng vi ®iÖn tö. ë ®©y ta sö dông khèi so s¸nh dïng IC. r4 +Urc r5 -U®k +ucc ic2 Uss -ucc c. Gi¶n ®å ®iÖn ¸p : u u rc 0 u ss -u ®k w t 0 a w t Nh×n vμo gi¶n ®å ®iÖn ¸p ta thÊy: khi t¨ng U®k th× gãc ®iÒu khiÓn a sÏ t¨ng Lóc nμy ®iÖn ¸p ra cña bé chØnh l−u sÏ gi¶m (do Ud =Uo cos a ) . Do ®ã kh«ng ®óng víi quy luËt cña ®iÒu khiÓn. Do ®ã ta ph¶i thiÕt kÕ sao cho khi t¨ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra cña bé chØnh l−u sÏ t¨ng. Lóc nμy Urc vμ U®k ph¶i cã d¹ng sau ( khi U®k t¨ng th× U’®k sÏ gi¶m): U Urc 0 U 0 a1 U  U'®k1 U'®k2 t t 0 t a2 Nh− vËy ®iÒu khiÓn lμ ®óng quy luËt : khi u®k t¨ng th× gãc a sÏ gi¶m . Lóc nμy s¬ ®å cña khèi so s¸nh sÏ lμ: +Ucc Urc U'®k IC Ur K -Ucc U®k Víi U’®k=K/U®k -Ucc R Tr U'®k WR U®k 2.3. Khèi t¹o xung vµ ph©n chia xung: - Xung ra cña kh©u so s¸nh th−êng ch−a ®ñ c¸c th«ng sè yªu cÇu cña cùc ®iÒu khiÓn. §Ó cã xung cã ®Çy ®ñ c¸c th«ng sè yªu cÇu ®ã ta ph¶i khuÕch ®¹i xung, thay ®æi ®é dμi xung, trong mét sè tr−êng hîp ph¶i ph©n chia l¹i xung vμ cuèi cïng lμ truyÒn xung tõ ®Çu ra cña m¹ch ph¸t xung tíi cùc ®iÒu khiÓn vμ cùc K cña Tiristor. * M¹ch söa xung: - Khi thay ®æi u®k th× gãc ®iÒu khiÓn sÏ thay ®æi nh− vËy sÏ xuÊt hiÖn mét sè tr−êng hîp ®é dμi xung qu¸ ng¾n hoÆc qu¸ dμi, ®Ó kh¾c phôc t×nh tr¹ng nμy ta dïng m¹ch söa xung cã t¸c dông thay ®æi ®é dμi xung cho phï hîp víi yªu cÇu chóng ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c: Khi cã c¸c xung vμo víi ®é dμi kh¸c nhau m¹ch vÉn cã xung ra víi ®é dμi gièng nhau theo yªu cÇu vμ gi÷ nguyªn thêi ®iÓm b¾t ®Çu xuÊt hiÖn xung. Trong ®a sè c¸c tr−êng hîp xung vμo th−êng cã ®é dμi lín h¬n xung ra ta th−êng sö dông m¹ch söa xung sau. S¬ ®å nguyªn lý +Ucc R8 R9 Uss C2 R7  tr3 D2  Usx Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch: Khi ®iÖn ¸p vμo (uv) ë møc b·o hoμ d−¬ng (tøc lμ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra cña kh©u so s¸nh cã møc b·o hoμ d−¬ng) cïng víi sù cã mÆt cña ®Þnh thiªn R8 lμm cho Tranzitor Tr3 më b·o hoμ vμ tô C2 n¹p ®iÖn theo ®−êng +uv ® C2® Tr3. Tr3 më b·o hoμ dÉn ®Õn ura= 0 . Khi ®iÖn ¸p ®Çu vμo ë møc b·o hoμ ©m (uv < 0) tøc lμ theo (+C2) ® nguån ucc ® D2® R7® (-C2). ChÝnh dßng phãng cña tô C2 sÏ ®Æt thÕ ©m lªn m¹ch ph¸t gèc cña Tranzitor Tr3 lμm cho Tr3 kho¸ dÉn ®Õn ë ®Çu ra nhËn ®−îc xung ra, nÕu nh− bá qua gi¸ trÞ cña R9 th× ®iÖn ¸p ra ura @ ucc. Khi tô C2 phãng hÕt ®iÖn tÝch nã sÏ ®−îc n¹p theo chiÒu ng−îc l¹i nhê cã R8 mμ Tr3 l¹i ®−îc ®Æt ®iÖn ¸p thuËn lªn m¹ch ph¸t gèc ura= 0 . MÆc dï cã cßn xung ©m ë ®Çu vμo nh−ng tô C2 ®· phãng hÕt ®iÖn tÝch nªn nã kh«ng cßn t¸c dông ®Õn ®Çu vμo ®iÒu khiÓn (m¹ch ph¸t - gèc) cña Tr3 nªn Tr3 më b·o hoμ nhê ®Þnh thiªn R8. Nh− vËy thêi gian tån t¹i ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc. tx = R7.C2.ln2 §é dμi cña xung ra chØ phô thuéc vμo gi¸ trÞ cña R7 vμ C2 do ®ã c¸c xung ra lu«n cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi. u uss 0 +ucc 0 -ucc uc2 urc  U'd k wt w t 0 w t usx 0 U®kT a 0  wt w t Gi¶n ®å ®iÖn ¸p * M¹ch khuÕch ®¹i xung : nhiÒu khi ®é lín xung (biªn ®é xung) th−êng ch−a ®ñ lín ®Ó më Tiristor. Do ®ã ta dïng m¹ch khuÕch ®¹i xung. Phæ biÕn hiÖn nay lμ dïng Tranzitor vμ biÕn ¸p xung. Trong nhiÒu tr−êng hîp ®Ó ®¬n gi¶n cho kÕt cÊu m¹ch ta sö dông 2 Tr ghÐp l¹i theo kiÓu Darlington vμ m¾c theo mét tÇng khuÕch ®¹i. Ta sö dông m¹ch khuÕch ®¹i xung nh− sau : S¬ ®å nguyªn lý vμ gi¶n ®å ®iÖn ¸p ®−îc tr×nh bμy nh− sau : BAX +Ucc R D * * * D D D  G U®kT K G R Usx D D U®kT K Tr Tr Uv 0 t1 U®kT t'1 txv t2 t'2 t 0 t1 t'1 t2 t'2 t txr tbh §å thÞ ®iÖn ¸p khi tbh > txv Uv 0 U®kT t1 t'1 t2 txv t'2 t 0 t1 t'1 t2 t'2 t txr = tbh §å thÞ ®iÖn ¸p khi tbh < txv Víi txv : Thêi gian tån t¹i xung vμo . txr : Thêi gian tån t¹i xung ra . tbh : thêi gian tÝnh tõ khi ®ãng ®iÖn ¸p nguån mét chiÒu kh«ng ®æi = Ucc cho ®Õn khi tõ th«ng BAX ®¹t gi¸ trÞ b·o hoμ . Nguyªn lý ho¹t ®éng nh− sau: - Khi t > tbh. Tõ t = 0 -> t1 ch−a cã xung vμo -> u®kT = 0. Khi t = t1 cã xung vμo lμm Tr1 , Tr2 më hoμn toμn => W1 cã dßng c¶m øng sang W2 mét ®iÖn ¸p , më D3 vμ cã u®k. §Õn t = t’1 = t1 + txv th× mÊt xung, Tr kho¸, dßng qua cuén W1 gi¶m vÒ 0, do sù gi¶m nμy mμ tõ th«ng qua c¸c cuén biÕn ¸p xung sÏ biÕn thiªn theo h−íng ng−îc l¹i => kho¸ D3 vμ u®kT = 0. - Khi tbh < txv. Khi ch−a cã xung vμo th× u®kT = 0. Khi t = t1 lμm cho Tr1 , Tr2 më => cã u®kT. §Õn t = t1 + tbh th× m¹ch tõ cña biÕn ¸p xung bÞ b·o hoμ tõ th«ng kh«ng biÕn thiªn n÷a nªn xung c¶m øng trªn c¸c cuén d©y mÊt, xung ra còng mÊt =>u®kT=0 §Õn t = t1 + txv th× mÊt xung => l¹i gièng tr−êng hîp 1 III.3. ThiÕt kÕ m¹ch tæng hîp vµ khuÕch ®¹i trung gian: III.3.1. Giíi thiÖu chung: §Ó ®¸p øng yªu cÇu c«ng nghÖ cña hÖ thèng th× vai trß cña m¹ch tæng hîp vμ khuÕch ®¹i trung gian cã ý nghÜa rÊt quan träng trong viÖc tæng hîp tÝn hiÖu ®Æt vμ tÝn hiÖu ph¶n håi ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn nh»m gi÷ æn ®Þnh hÖ thèng. §Ó gi÷ cho tèc ®é cña hÖ ®−îc æn ®Þnh th× ta sö dông 2 ph¶n håi ®ã lμ ph¶n håi ©m tèc ®é vμ ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t. III.3.2. M¹ch ph¶n håi ©m tèc ®é:  -Ucc uc® - gn  r16  r15 +ucc _ Ic3 +  r13 r14  -uc® wr13 wr3 wr23 ®c -ucc ft wr4 g n M¹ch vßng ph¶n håi ©m tèc ®é lμm t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ dÉn ®Õn lμm t¨ng chÊt l−îng æn ®Þnh tèc ®é. §Ó t¹o ra tÝn hiÖu ph¶n håi ©m tèc ®é ta sö dông m¸y ph¸t tèc g¾n cøng víi trôc ®éng c¬, tÝn hiÖu ®iÖn ¸p mμ nã ph¸t ra tØ lÖ tuyÕn tÝnh víi tèc ®é ®éng c¬. III.3.3. M¹ch ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t: -Ucc r12 +ucc _  r10  ung Ic4 d +  r11 bi -ucc + - d3 d4 d1 d2 ATM Ul~ §Ó tr¸nh dßng ®iÖn trong ®éng c¬ t¨ng qu¸ møc cho phÐp khi khëi ®éng, h·m, hay gÆp qu¸ t¶i th× ta ®−a thªm m¹ch vßng ph¶n håi ©m dßng ®iÖn vμo lμm cho hÖ thèng lμm viÖc liªn tôc lμm t¨ng n¨ng suÊt. §Ó lÊy tÝn hiÖu ta dïng m¸y biÕn dßng m¾c vμo dßng thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p chinh l−u vμ th«ng qua bé chØnh l−u ta lÊy ®−îc tÝn hiÖu ph¶n håi ©m dong ®iÖn, mÆc dï tÝn hiÖu kh«ng trung thùc (tØ lÖ kh«ng tuyÕn tÝnh) nh−ng chÊp nhËn ®−îc do kho¶ng Ing ¸ Id kh«ng cÇn chÝnh x¸c l¾m. III.3.4. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p chñ ®¹o §iÖn ¸p chñ ®¹o cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc nhê sù thay ®æi ®iÖn trë cña biÕn trë WR2. +ucc wr2 wr1 UC§ wr3 III.3.5. M¹ch tæng hîp vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu: -ucc  r12 +ucc _  r10 -Ucc ung U®k  r19  r18  d r17  r16 Ic4 +  +ucc _  r11  bi r13 r14  -Ucc wr13 -uc® wr3 tr5 Ic3 + -ucc  wr23 g n ë ®©y ta sö dông 2 lo¹i m¹ch vßng ph¶n håi lμ m¹ch vßng ph¶n håi ©m tèc ®é vμ m¹ch cßng ph¶n håi ©m dßng ®iÖn cã ng¾t. * Nguyªn lý ho¹t ®éng: * Nguyªn lý ho¹t ®éng: + §iÒu chØnh tèc ®é: Khi ®éng c¬ lμm viÖc ë mét tèc ®é nhÊt ®Þnh gi¶ sö ®ang ë ®Þnh møc lóc nμy ta cã gãc më α®m muèn t¨ng tèc ®é tøc lμ cÇn gi¶m gãc më α ta thùc hiÖn nh− sau: §iÒu chØnh biÕn trë WR3 ®i xuèng do ®ã gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt vμo cùc E cña Tr5. Tæng hîp gi÷a ®iÖn ¸p chñ ®¹o vμ ®iÖn ¸p ph¶n håi tõ FT sÏ lμm Tr5 më Ýt h¬n -> DÉn ®Õn U§K gi¶m -> gãc më α cña bé biÕn ®æi gi¶m hay ®iÖn ¸p ra cña bé biÕn ®æi t¨ng -> ®éng c¬ t¨ng tèc ®é. Lý luËn t−¬ng tù khi ®éng c¬ bÞ gi¶m tèc ®é + Tù ®éng æn ®Þnh tèc ®é: Gi¶ sö hÖ thèng ®ang lμm viÖc b×nh th−êng. V× mét lý do nμo ®ã tèc ®é bÞ gi¶m lóc nμy ®iÖn ¸p ph¸t ra tõ FT gi¶m -> TR5 më Ýt h¬n. DÉn ®Õn U§K gi¶m -> gãc më α cña bé biÕn ®æi gi¶m hay ®iÖn ¸p ra cña bé biÕn ®æi t¨ng -> ®éng c¬ t¨ng tèc ®é. Lý luËn t−¬ng tù khi ®éng c¬ bÞ t¨ng tèc ®é. III.4. M¹ch t¹o nguån nu«i: Ta sö dông m¹ch chØnh l−u cÇu 3 pha dïng §ièt, sau ®ã dïng tô läc vμ IC æn ¸p tao ra +UCC vμ -UCC ®Ó lμm nguån nu«i cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn vμ lÊy tÝn hiÖu ph¶n håi. S¬ ®å nh− sau: * BA A * C C  7815 C +Ucc C * C C O  C 7915 C -Ucc phÇn IV §Æt vÊn ®Ò tÝnh chän thiÕt bÞ ViÖc tÝnh chän c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ph¶i dùa trªn c¬ së yªu cÇu cña t¶i vμ ph−¬ng ph¸p truyÒn ®éng, dùa vμo yªu cÊu tróc cña s− ®å chØnh l−u. TÝnh chän thiÕt bÞ ®iÖn lμ vÊn ®Ò cÇn thiÕt vμ quan träng, quyÕt ®Þnh ®Õn viÖc ®−a s¬ ®å thiÕt kÕ cã ý nghÜa trong thùc tÕ. HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lμm viÖc cã ®¶o chiÒu liªn tôc dïng hai bé biÕn ®æi cÇu ba pha ®èi xøng m¾c song song ng−îc. §Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu cña hÖ thèng, ph¶i chän c¸c thiÕt bÞ m¹ch ®éng lùc vμ m¹ch ®iÒu khiÓn, sao cho c¸c thiÕt bÞ lμm viÖc tin cÊy ch¾c ch¾n. ViÖc chän ®óng thiÕt bÞ ®iÖn th× hÖ thèng míi cã hiÖu suÊt lμm viÖc cao, an toμn, tin cËy vμ gi¶m ®−îc nhiÒu háng hãc. Ngoμi ra viÖc tÝnh chän thiÕt bÞ ®iÖn cÇn ph¶i quan t©m ®Õn chØ tiªu kinh tÕ. HÖ thèng ph¶i gän nhÑ, ®¬n gi¶n, dÔ söa ch÷a. IV.1. TÝnh chän thiÕt bÞ m¹ch ®éng lùc: IV.1.1. §éng c¬ ®iÖn: Theo yªu cÇu ®Ò tμi: §éng c¬ truyÒn ®éng hÖ thèng ®−îc chän víi c¸c th«ng sè sau (Theo b¶ng tra do Bé m«n T§H cung cÊp) - C«ng suÊt ®Þnh møc cña ®éng c¬: P®m=1,5 (KW). - §iÖn ¸p ®Þmh møc m¹ch phÇn øng: U®m= 220 (V). - Dßng ®iÖn ®Þnh møc m¹ch phÇn øng: I®m=9 (A). - Tèc ®é ®Þnh møc cña ®éng c¬: n®m=3000 (v/p). - §iÖn trë cuén d©y phÇn øng: R− = 2,06 (Ù). - §iÖn c¶m cuén d©y phÇn øng : L− = 0,0464 (H).