Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

or gồm hai từ thyristor và transistor ghép lại mà thành. Do nhóm kỹ sư của hảng Bell Telephone phát minh sang chế vào năm 1956.Hiện nay Tiristor có thể làm việc dưới điện áp hang kilôvôn và chịu được dòng điện cở kilôampe. I.2 Cấu trúc: Tiristor là một thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn: P1, N1, P2, N 2 tạo thành với A: Anốt : K; katốt, G; cực điều khiển , I1 I2 I3 các mặt ghép. A tốt Các mặt ghép K tốt Cực điều khiển Hình 2-1: Cấu tạo của Tiristor. I.3/ Các thông số của thyristor: 1/ Điện áp thuận cực đại Umaxđiện áp lớn nhất có thể đặt lâu dài lên Tirristor theo chiều thuận mà tirristor vẫn ơ trạng thái khoá.Nếu vượt quá giá trị này có thể làm hỏng tirristor. 2/ Điện áp ngược cực đại Ung max Điện áp ngược lớn nhất có thể đạt lên Tiristor theo chiều ngược mà tiristor khong bị hỏng.Với giá trị này dòng điện cho phép qua tiristor khoảng (10-20) mA khi đó không phải giảm dòng Iđiều kiện 3/ Điện ap định mức ( Uđđm) -Điện áp cho phép đặt lâu dài lên Tirristor theo chiều thuận và ngược thường Uđm = 2/3U max 4/ Điện áp rơi trên tiristor ∆U Điện áp trên tiristor khi tiristor mở ∆U = (0.5-1)V 5/ Điện áp chuyển trạng thái (Uch) điện áp chuyển trạng thái cho tiristor. Từ trạng thái đóng sang trạng thái mở không cần Ikd 6/ Dòng và áp điều khiển (Uđm , Idk) dòng và áp nhỏ nhất đặt lên điều khiển, đảm bảo cho tiristor mở 7/ Dòng định mức (Iđm) đòng có giá trị trung bình lớn nhất cho phép chạy qua tiristor 8/ Thời gian mở tiristor ( Tm) thời gian tính từ sườn trước xung điều khiển đến khi I = 0.9 Iđm 9/ Thời gian khoá tiristor khoảng thời gian tính từ thời điểm suất hiện điện ápthuận trên tiristor, không chuyển trạng thái mở (còn gọi là thời gian phục hồi tính chất cách điện của tiristor) 10/ Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép () giá trị lớn nhất của tốc độ tăng điện áp trên A nốt mà không cần có chuyển trạng thái từ khoá sang mở 11/ Tốc độ tăng dòng điện thuận cho phép (). Giá trị tăng dòng diện trong quá trình mở của tiristor mà không gây nóng II / C ÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN TIRISTOR: Việc điều khiển đóng mở Tiristor có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau .Sau đây ta sẽ sơ lược một số phương pháp chính thường dung II.1/ Phương pháp điều khiển theo biên độ: Cơ sở cua phương pháp này là quy định sự phụ thuộc của điện áp chuyển mạch Tiristor với dòng điều khiển Ubđ=f(Idk) Khi dong điều khiển càng nằm thẳng nhỏ, thời điểm chuyển mạch của Tiristor làm việc với điện áp xoay chiều phụ thuộc không những biên độ chu kỳ của nguồn cung cấp, mà còn phụ thuộc vào độ lớn của dong điều khiển Góc mở lớn nhất của Tiristor ở điều kiện:Uα=Umax và dòng điều khiển định mức.Khi αmin=900 với việc tăng dòng điểu khiển thì biên độ điện áp pha mở và góc pha sẽ giảm Phương pháp biên độ hiện nay ít dung vì có những nhược điểm: + / Quán tính lớn + / Thời gian mở không rỏ rang + / Thời gian có sự phân tán đặc tính lớn Ubđ=f(Iđk) còn phạm vi điểu chỉnh góc pha lớn nhất là 900.Tuy nhiên nhờ việc sử dụng các sơ đồ phức tạp ,các phần tử góc pha có thể > 900 + / Tính ổn định của phương pháp này không cao vì thời gian mở Tiristor phụ thuộc vào giá trị nhỏ nhất của dòng điều khiển. II.2/ Phương pháp điều khiển pha xung: Việc điều khiển pha xung thực chất là cực điều khiển pha xung một các có chu kỳ với tần số bằng tần số bằng tần số của điện áp Anốt Hệ thống điều khiển pha xung gồm 2 thành phần: +/ Thiết bị chuyển dịch. +/ Bộ phát xung. Hình 2-2.Sơ đồ khối của nguyên tắc điều khiển pha xung: Trong đó: 1.thiết bị dịch pha (đồng bộ) 2. Bộ so sang 3. Bộ tạo sung 4. Bộ khoách đại công suất 5. Mach đầu ra 6. Nguồn áp khoá Trong hệ thống điều khiển băng bán dẫn khác với hệ thống điều khiển khác(như hệ thống điều khiển điện từ) là thiết bị dịch pha không phải là nguồn cung cấp cho máy phát xung,sơ đồ khối của phương pháp điểu khiẻn pha xung như Hình 22 II.2.1/ Nguyên tác điều khiển theo chiều đứng: Là việc phát xung điều khiển dưa trên cơ sở so sang phần ử phi tuyến một đại lượng xoay chiều mà ta gọi là điện áp tựa co dạng chuẩn hình sin hoặc răng cưa với điện áp một chiều tạu điểm ma 2 điện áp bằng nhau thì hiệu số của chúng sẽ đổi dấu , lúc đó trên phần tử phi thuyền sẽ phát ra xung điều khiển ,pha của xung điều khiẻn có thể thay đổi bằng cách đổi tính hiệu điều khiển ,thong thường ,phần tử phi thuyền sẽ sữ dụng Transitor. Hình 2-3.Sơ đồ khối của nguyên tắc điều khiển theo chiều đứng Trong đó: 1. Khối bộ tạo điện áp tựa: đồng pha 2. Thiết bị đầu vào 3. Thiết bị so sánh 4. Thiết bị tạo xung II.2.2/ Nguyên tắc điều khiển theo khuếch đại mức song: Hình 2 – 4: Sơ đồ khối của yên tắc điều khiển theo khuếch đại mức sóng. Trong nguyên tắc này dùng hai điện áp: - Điện áp tựa Ur là một điện áp cosinus (vượt trước điện áp A-nốt _ K-tốt Tiristor một góc ). Điện áp điêu khiển UC là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo 2 hướng (dương và âm) Trên hình vẽ, đường đứt là điện áp đồng bộ với điện áp A nốt, K tốt, Tiristor.Từ điện áp đồng bộ này người ta tạo ra điện áp tức Bằng cách làm biến đổi UC người ta điều chỉng góc 0 ≤ Uc≤Ucmax UrUcmaxcost Khi: Ur +Uc =0 người ta nhận được một pha xung ở đầu ra của khâu so sánh Uc+Ucmax cos α =0 Do đó: α = ascos (-) Khi Uc = 0 thì α = Uc < 0 thì α tiến tới 0 Uc >0 thì α tiến tới Л Như vậy khi khi cho Uc biến đổi từ -Uc max đến +Uc max thì góc α tiến từ 0 đến . II.2.3 Nguyên tắc điều khiển theo góc tà: Nguyên tắc này sữ dụng trên nguyên tắc UST.Lợi dụng điệu kiện tự dao động của UST để tạo điện áp răng cưa khống chế góc mở Tiristor.1 2 Hình 2 – 5: Nguyên tắc điều khiển theo góc tà Trên hình vẽ: - Điện áp tựa, kí hiệu Ur có dạng hình răng cưa đồng pha điện áp đặt lên Anốt – Ktốt của Tiristor. - Điện áp Uc điện áp điều khiển ,là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ. Nhờ có điều khiển tự dao động của UST tạo được điện áp răng cưa Ur khác nhau có góc α mở của tiristor khác nhau. Khi: Uc = 0 α =0 Uc > 0 α >0 II.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo chiều ngang: Khi ở đầu vào có điện áp Uđk, dựa vào bộ dịch pha kiểu cầu có đầu ra và tín hiệu hình sin pha thay đổi theo Uđk. Hình 2 – 6: Sơ đồ khối của nguyên tắc điều khiển theo chiều ngang. Trong đó: 1:.Khối đầu vào 2. Bộ dịch pha kiểu cầu 3. Bộ pha xung 4. Bộ tạo điện áp đồng bộ III/ CHỈNH LƯU TIRISTOR 3 PHA HÌNH TIA: Dùng tiristor chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện một chiều để cung cấp cho động cơ điện một chiều gọi là chỉnh lưu có điều khiển :ta dung sơ đồ tia ba pha. III.1/ Sơ đồ tia ba pha khi không có hiện tượng trùng dẫn: Trong mạch tải có điện cảm L nên iđ là dòng liền tục iư = iư góc mở α được tính từ giao điểm hai điện áp pha (phần giá trị dương). Ta có: va=V2sin . Vb V2sin (-). vc=V2sin (-). Uđ = . Hình 2-7: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha khi không có trùng dẫn. Hình 2-8: Đồ thi dạng sóng điện áp và dòng điện khi không có trùng dẫn. III.2/ Sơ đồ tia 3 pha khi có hiện tượng trùng dẫn: Hình 2-8: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha khi không có trùng dẫn. Hình 1 - 9: Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện khi có trùng dẫn. Gỉa sử T1 đang dẫn dòng điện iT1 khi = 2 cho xung điều khiển mở T2 cả hai Tiristor T1 vàT2 đều mở cho dòng điện làm ngắn mạch hai nguồn eavà eb. Điện áp chuyển mạch: Ta chuyển góc tòa độ “0” sang “02”. ea= V2sin(0 + eb= V2sin( + uc = eb + ea +V2sin. Dòng ngắt nạch xác định bởi phương trình: V2sin( + ) = 2Xc. Do đó: ic = . (2-1). Gỉa thiết quá trình chuyển mạch kết thúc khi và gọi là góc trùng dẫn:Uđ trùng dẫn: ea = Lc Uđ. eb = Lc Uđ. iT1 + iT2 = Iđ = const. Do đó: (2-1) cos = cos(. (2-2). Vì: Uđ = . U Đtđ < U đoTĐ . Trong giai đoạn trùng dẫn điện áp tải Uđ nhỏ so với trường hợp lý tưởng.Gía trị trung bình điện áp tải bị hụt đi một lượng gọi là sụt áp trùng dẫn. U = . . Kết hợp phương trình (2-2) ta có: . Trong đó: Uđ = III.3/ Nguyên lý làm việc của chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển: Hình 2-10: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia điều khiển. III/3.1/ Khi = 0: Uđ = Uđo = Umax III/3.2/ Khi Gỉa thiết Lđ = Xung điều khiển mở Tiritor với góc mở và . Điện áp chỉnh lưu trung bình: Với m = 3: Gía trị dòng chỉnh lưu trung bình: . Dòng qua các van: I1 = I2 = I3 =. III.4/ Sóng hài trong điện áp chỉnh lưu: Đối với bất kì sơ đồ nào điện áp chỉnh lưu ra đều nhấp nhô, có tính xung. Đó là điện áp chỉnh lưu ra gồm thành phần một chiều và thành phần xoay chiều. Uđ = Uđ + Uđ (xoay chiều). Trong đó Uđ (xoay chiều) là tổng các sóng hài của điện áp chỉnh lưu. Biên độ của chúng phụ thuộc vào điện trở của máy biến áp của van, tính chất của phụ tải, bậc sóng hài và sơ đồ chỉnh lưu.Để khảo sát được đơn giản ta xem tải và thuần trở và bỏ qua điện trở của mạch điện xoay chiều. Ở hình 2-11, trình bày dạng điện áp chỉnh lưu với chu kỳ biến thiên là:, (ở đây m là số xung điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ). Hình 2-11: Dạng điện áp chỉnh lưu. Nếu chuyển góc tòa độ sang điểm 0, có thể viết; Uđ = . Uđ Biên độ các sóng hài sin: an = Km0.d0. an = Uđ0 Biên độ các sóng hài cosin: an = Km0.d0. an = Uđ0 Trong các biểu thức trên: m: số xung áp trong một chu kỳ. K: số sóng hài thứ K. N: Km. Biên độ toàn phần của sóng hài thứ n (n =Km). an = = Uđocos. Gía trị hiệu dụng của sóng hài thứ n viết dưới dạng tương đối. Un* = . Hình 1-12 biểu diễn các giá trị sóng hài Un* theo góc điều khiển .Qua hình 2-12 thấy rằng góc điều khiển càng lớn thì biên độ sóng hài càng tăng. Trường hợp có xét cả hiện tượng trùng dẫn thì giá trị hiệu dụng của sóng hài thứ n xác định theo biểu thức sau. Hình 2-12: Quan hệ của Un* và Un= + Khi tính toán thiết kế cần hạn chế các thành phần sóng hài này để hạn chế tổn thất trong hệ thống. CHƯƠNG II HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THYRISTOR ĐỘNG CƠ T-Đ I/ KHÁI NIỆM: Hệ T – Đ là một hệ biến đổi van điều khiển động cơ. Bộ biến đổi van điều khiển là một loại nguồn điện áp một chiều. Khi nối vào mạch phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ truyền động Tiristor-động cơ theo sơ đồ sau: b) Hình 2-13: Sơ đồ hệ thống truyền động một chiều có điều chỉnh điên áp nguồn. a/ Sơ đồ nguyên lý. b/ Sơ đồ thay thế. Bộ biến đổi Tiristor có nhiệm vu biến đổi dòng điện xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó còn làm nhiệm vụ điều khiển sức điền động của bộ biến đổi. Do đó điều khiển được tốc độ động cơ. Một bộ biến đổi van có thể gồm máy biến áp lực, van, kháng lọc, thiết bị bão vệ và hệ thống điều khiển.tuỳ thuộc số lượng van và cách nối, ta chia làm hai loại: Loại sơ đồ hình tia và sơ đồ hình cầu. II/ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN T-Đ: Hình 2-14: Sơ đồ nguyên lý hệ T – Đ. Để điều khiển cho động cơ điện một chiều ta dung sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia như trên III/ VAI TRÒ CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ T-Đ III.1/ Máy biến áp lực: Dùng để biến đổi giá trị điện áp lưới cho phù hợp với cấp điện áp cho động cơ.Ngoài ra còn có chức năng biến đổi số pha, tạo điểm trung bình cần thiết, bão vệ truyền động điện khi ngắt mạch động lực, cách điện giữa phụ tải và lưới điện để vận hành an toàn, hạn chế ảnh hưởng đến truyền động có độ nhạy cao,thứ cấp nối Y để phù hợp với nhóm van III.2/ Nhóm van Là nhóm ba van nối theo hình tia, có nhiệm vụ nắn dòng cho phù hợp với động cơ III.3/ Cuộn kháng san bằng xsb: Có nhiệm vụ hạn chế thành phần xoay chiều của dòng phụ tải, hạn chế dòng điện ngắn mạch chạy qua van ở giữa chu kỳ của điện áp lưới và khi sảy ra ngắn mạch ở phụ tải. III.4/ Bộ điều khiển: Có nhiệm vụ thay đổi góc mở của van và do đó thay đổi được điện áp cung cấp cho động cơ. IV/ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI: Với thời điểm đặt xung áp điều khiển đã chọn lên các van điện áp không tải. Của các bộ biến đổi tương ứng sẻ có dạng đường cong đập mạnh eb=f(θ) như hình sau: Hình 2-15: Đồ thị sức điện động của bộ biến đổi van. Việc sử dụng van ở trong mạch điện làm cho quan hệ giữa áp và dòng của bộ biến đổi mang những đặc điểm khác biệt với biến đổi máy điện. Để phân tích các quan hệ đó ta sữ dụng sơ đồ thay thế của bộ biến đổi trên. Hình 2-16: Sơ đồ thay thế hệ T-Đdùng cho các giá trị tức thời. Hình 2-17: Các đồ thị sức điện động và dòng điện. Với e2: Sức điện động pha thứ cấp của máy biến áp. ∆Uv; Sụt áp thuận trên một van. R = Rba + Rư +Rkh L = Lba + Lư + Lkh. R, L: Điện trở và điện kháng tổng của mạch bao gồm máy biến áp, phần ứng động cơ và kháng lọc, trong đó Rba , Lba lấy giá trị một pha của máy biến áp. Sơ đồ hình tia dòng chỉ chạy qua một máy biến ap và một van. Gỉa sử xét quá trình lam việc của hệ rong khoảng thong của một van nào đó, đố thị sức điện động và dòng điện trong hệ có dạng như Hình 2-17. Nếu van mở tại thời điểm t ứng với góc o= θo tính từ góc của hình sin e 2,thì từ sơ đồ thay thế Hình 2-16 ta có: E2msin (θ +o) = E + ∆Uv + Riư + L. (2-4) Đặt: T = : hằng số thời gian điện từ của mặch. = aretg(θ):góc pha của mạch. Nghiệm của phương trình (2-4)là: Iu={[RIc+E- E2m cos4sin(αo –φ)] C-0cotgφ -[E –E2m cosφ sin (θ +αo-φ)]} (2-5) Trong đó I0 là giá trị đầu tiên của dòng điện trong mỗi khoảng dẫn của van. Từ những thông số cho trước của mạch và nguồn vẽ được quan hệ Iư. Hình 2-18: Đồ thị thời gian của dòng phần ứng DC trong hệ T – Đ. b. liên tục c. gián đoạn d. biên lien tục Dòng Tu có dạng dập mạnh, nên có thể phân tích thành các phần một chiều và xoay chiều.Thành phần một chiều chiều chính là thành phần tác dụng và được xác định bằng giá trị chung của Iư trong một chu kỳ. Iư = (2-6) Trong đó là khoảng tồn tại của một xung dòng hoặc còn gọi là khoảng thông của van. Đối với trạng thái dòng điện gián đoạn thì. Ở trạng thái dòng liên tục van này chưa khoá thì van kế tiếp đã mở , việc mở của van tiếp là điệu kiện cần của khoá van đang dẫn .Do đó trên đầu ra của bộ biến đổi ta luôn nhận được bộ điện áp lấy trực tiếp từ các đầu nối của dây quấn thứ cấp máy biến áp. Với giả thiết bỏ qua sụt áp trên van thì điện áp ra của bộ biến dổi ở trạng thái dòng liên tục sẽ là đường bao,do chính là sứt điện động của bộ điều khiển.Giá trị trung bình của nó được xác định như sau. Eb=eb d Ebm cos (2-7) Trong đó: =o=(-) góc mỡ van tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên (2-8) Em=()E2m sức điện động lớn nhấtcủa bộ biến đổi ứng với α = 0 E2m là biên độ sức điện động pha thứ cấp máy biến áp. Ở trạng thái dòng liên lục,sụt áp tổng trong bộ biến đổi bao gồm ; sụt áp do dòng tải ngay ra trên các điện trở tác dụng của nó và sụt áp do hiện tượng chuyển mạch từ van này sang van khác. ∆U b= ∆U1 + Ux ∆U b= IưRba+XbaIư (2-10) Hoặc: ∆U b = Iư phẳng Rb Trong đó: Rb = Rba +Xbx: Điện trở trong của bộ biến đổi.(2-11) Điện trở và điện kháng của máy biến áp được xác định bởi giá trị của dây quấn sơ cấp đổi sang phía thứ cấp. Rba=R2 + R1= R2+R1= R2+R1() (2-12) Xba=X2 + X1= X2 + X1() (2-13) W1, W2 Là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Như vậy, khi dòng tải liên tục thì bộ biến đổi có thể thay bằng một nguồn áp tương đương, với sức điện dộng một chiều. Hình 2-19: Đồ thị sức điện động và bộ biến đổi Và dòng tải ở các trạng thái liên tục. a: Liên tục. b: Gián đoạn. c: Biên liên tục. Hình 2-20: Sơ đồ thay thế hệ T – Đ ứng các trạng thái làm việc. a) Chỉnh lưu DC c) Hảm động năng. b) Nghịch lưu-Máy phát (hảm tái sinh)d)Chỉnh lưu-hảm ngược. Sơ đồ thay thế Hình 2-21 được vẽ như hình 2-21. Hình 2-21: Sơ đồ thay thế hệ T – Đ ở trạng thái dòng liên tục. Đồng thời nó có dạng tương đương như hình 2-16.Khi điện kháng của mạch nhỏ sức điện động của động cơ đủ lớn thì dòng tải sẻ trở thành gián đoạn ở trạng thái này dòng qua một van bất kỳ bằng không trước khi van mở kế tiếp. Do đó, phần ứng động cơ tựa như dòng cắt và nguồn một cách xen kẻ. Khi van thông: 0 0, ta có Cb=C2 và khi van ngắt , ta có Cb=E Đồ thị sức điện động Cb(0) có dạng như đường nét liền trên hình 2-21b,thành phần một chiều của sức điện động của bộ biến đổi là. Eb= (2-15) Từ ths thể xác định nhờ (2-5) bằng cách cho Io= 0và đặt Iu= 0 khi ,để thuận tiện cho việc tính toán kết quả này được viết dưới dạng hàm ngược E = E2mcos (2-16) Dựa vào biểu thức này có thể lựa chọn giá trị và tính ra E tương ứng với những điều kiện cho trước () thay cặp giá trị và E tìm được Eb V / ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ: Ở trạng thái dòng liên tục ta dựa vào sơ đồ thay thế sau để viết phương trình đặc tính cơ. (2-17) Đối với các van ban dẫn: Uv12V nên có thể bỏ qua. Đối với các van Ion Uv, có giá trị đáng kể 1,52V nên cần xét đến nó khi tính toán. Từ (2-17) ta thấy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là những đường thẳng. Độ cứng đặc tính cơ. (2-18) Và tốc độ không tải lý tưởng là: (2-19) Hình 2-19: Đặc tính cơ của động cơ trong hệ T-Đ. Thay đổi góc mở từ 01800 thì sức diện động của bộ biến đổi sẽ biến thiên từ +Ebm -Ebm và sẽ được một họ đường thẳng song song nhau bố trí nên nữa mặt phẳng bên phải của trục phẳng (Iư,) hoặcnhư.Hình 2-24.Những đặc tính đó không tồn tại ở nửa mặt phẳng bên trái và do van không cho dòng phần ứng đổi chiều. Biểu thức (2-15) cho thấy rằng đặc tính cơ của hệ T-Đ mềm hơn đặc tính tự nhiên và mềm hơn đặc tính cơ của hệ P - Đ: đó là điện trở trong K3 của bộ biến đổi có chứa thành phần đẳng trị do hiện tượng chuyển mạch các van. : Thành phần này có giá trị khá lớn. Ở góc phần tư thứ nhất của mặt phẳng (Iư,)hoặc Tương ứng với góc mở van, động cơ làm việc ở trạng thái động cơ với chiều quay quy ước .Lúc đó, Eb, bộ biến đổi làm việc ở trạng thái chỉnh lưu và truyền năng lượng cho động cơ.Sơ đồ thay thé của trường hợp này vẽ trên Hình 2-22a. Nếu cho, nếu truyên động có tải thế năng. Để quay trục động cơ theo chiều ngược với một giá trị đủ lớn thì dòng vẫn tồn tại trong mạch theo chiều của sức điện động động cơ. Lúc đó động cơ hãm tái sinh, còn bộ biến đổi làm việc ở trạng trái nghịch lưu nhận năng lượng từ động cơ để biến đổi thành dòng điện xoay chiều rồi trả về lưới.Sơ đồ thay thế của hệ được vẽ trên Hình 2-22,các đặc tính cơ tương ứng với trạng thái này nằm trong góc phần tư thứ IV(miền ghi chữ trên Hình 2-24). Trường hợp nghĩa là Eb>0, nhưng ngoại lực làm cho động cơ quay ngược thì được sơ đồ thay thế Hình 2-22d. Đó là sơ đồ hãm ngược, tương ứng với những đoạn đặc tính kẹp giữa trục hoành và tia O. Như vậy, nếu sử dụng bộ biến đổi đơn như sơ đồ đã nêu Hình 2-16 thì máy điện chỉ làm việc ở trangj thái động cơ với chiều quay, còn trạng thái hãm chỉ có thể xảy ra khi ngoại lực làm cho động cơ quay ngược.Nguyên nhân hiện tượng này là do tính dẫn một chiều của van. Dạng đặc tính thẳng (phương trình (2-17) và hình 2-24) chỉ đúng với trạng thái dòng liên tục mà thôi. Khi tải đủ nhỏ, dòng Iư giảm đến giá trị mà năng lượng điện tử tích luỹ trong kháng điện không đủ để duy trì dòng một cách liên tục thì sẽ xuất hiện trạng thái dòng gián đoạn. Như đã trình bày,các hệ thống trong bộ biến đổi và đặc tính của hệ truyền động điện ở trạng thái này đều khác so với trạng hái dòng liên tục. Để dựng đường đặc tính cơ ở trạng thaí dòng gián đoạn, dựa vào quan hệ(2-5) kết hợp(2-16). Bằng cách thay E = Kđmvào hai biểu thức. (2-20) (2-21) Trong đó bỏ qua . Khi thay đổi giá trị, điểm B sẻ dịch chuyển trên nửa đường E Lip như đường nét đứt Hình 2-24. Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ không phải là (biểu thức 2-19) khi dòng phần ứng Iư. Rõ rang Iư chỉ có thể tiến đến 0 khi E tiến đến giá trị lớn nhất của sức điện động nguồn Eb. Nhận xét này được minh hoạ bởi hình sau. Hình 2-23: Minh họa việc tìm giới hạn của sức điện động cơ. Khi góc mở .Hình 2-23 a và b. Gía trị lớn nhất của eb chính là biên độ của điện áp thứ cấp. Khi. Hình 2-23c và d. Gía trị đố là giá trị tức thời của điệ áp thứ cấp tại thời điểm mở van do đó: . (2-22) Từ đó ta xác định được giá trị của tốc độ không tải lý tưởng. (2-23). Các đoạn đặc tính cơ ở trạng thái dòng gián đoạn và giá trị được biểu diễn trên Hình 2-22. Bởi những đường nét liền. Vì dòng gián đoạn có dạng xung nên chứa thành phần xoay chiều rất lớn nghĩa là gay tổn thất nhiệt rất nhiều. Hơn nữa, đặc tính cơ của hệ trong trạng thái này rất dốc nên kém ổn định.Vì vậy, vì vậy khi thiết kế truyền động van người ta cố gắng làm hẹp vùng gián đoạn. Các biện pháp thường dùng là nối kháng lọc đủ lớn tang số lần đập mạch P của bộ biến đổi, nối van đệm dùng những sơ đồ đặc biệt. VI/ VẤN ĐỀ TỰ ĐỘNG HÓA VÙNG KÍN: Hệ truyền động T – Đ nhờ vào việc sử dụng van điều khiển và nhờ vào bộ biến đổi có hệ số khuếch đại lớn hơn nên có thể thiết lập hệ truyền động vùng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thiện một số đặc tính làm việc của hệ như tăng khả năng quá tải, ổn định tốc độ làm việc. Hệ thống T – Đ mà vừa khảo sát dùng điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập. Trong quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng được thay đổi để đáp ứng yêu cầu tốc độ đặt. Qua khảo sát trên ta thấy rằng tốc độ của độ của động cơ được điều chỉnh nhờ thay đổi , còn độ cứng đặc tính cơ được giữ không đổi. Để đơn giản, bỏ qua vùng điện không liên tục thì đặc tính điều chỉnh của hệ thống này là đường thẳng nét đứt ở hình sau. Hình 2-24: Đặc tính điều chỉnh của hệ T – Đ. Gỉa sử đặc tính của hệ có độ cứng là và khi điều chỉnh sâu đến tốc độ , sai số tỉnh sẻ vượt qua giá trị cho phép. S = Scp. Khi đó tìm biện pháp ổn định hóa tốc độ, nghĩa là phải điều khiển Eb sao cho khi tải tăng, Ebtăng theo bù lượng sụt tốc. Nếu khi không tải sức điện động của bộ biến đổi là Ebotương ứng với tốc độ omin thì khi tải tăng Mđm của sức điện động của bộ biến đổi phải tăng lên Eb1. Nhờ đó điểm làm việc của hệ thống không phải là l mà là điểm l tương ứng với tốc độ min mức độ biến đổi của E phải đảm bảo sao cho: S = Scp. (2-24) Nối điểm omin với điểm l(min) được đường đặc tính mong muốn (đường nét đậm trên Hình 2-24, phương trình của đường này là: . Trong đó, m là độ cứng mong muốn. Được xác định theo sai số cho phép nhờ biểu thức: (2-25) . (2-26) Giao điểm của đặc tính mong muốn với họ đặc tính cơ của hệ hở cho biết những giá trị phụ tải của truyền động điện. Để có những giá trị Eb đó, có thể điều khiển hệ thống ba pha sau: a/ Điều khiển Eb theo dòng phần ứng. b/ Điều khiển Eb theo điện áp phần ứng. c/ Điều khiển Eb theo động cơ chấp hành. Ba phương pháp trên có thể chấp hành nhờ vào việc thiết lập các hệ vùng kín dùng các khâu như: phản hồi dương dòng, phản hồi âm điện áp, phản hồi âp tốc độ hoặc có thể dùng phản hồi hỗn hợp. Tùy thuộc vào yêu cầu của từng phụ tải và tính chất công nghệ mà hệ truyền động điện áp ứng, khi thiết kế có thể chọn một khâu nào đó để hợp lý để dạt được các yêu cầu đề ra và thỏa mãn tính chất đơn giản của thiết kế. Trước tiên, phải quan tâm đến vấn đề điều khiển Eb theo tốc độ của động cơ chấp hành. VI.1/ Đặc tính điều chỉnh của hệ Eb = f(): Hình 2- 25: Sơ đồ hệ T-Đ dùng mạch phản hồi tốc độ. Hình 2-25: Đường dặc tính cơ của hệ có hồi tiếp ăm tốc độ. Để tạo đặc tính mong muốn có thể điều khiển Eb theo hàm của tốc độ động cơ, từ phương trình đặc tính cơ: (2-27) Tại giao điểm của đặc tính này với đặc tính mong muốn tốc độ và mômen trên hai đặc tính bằng nhau, cân bằng hai phương trình (2-25) và (2-26) được: (2-28) Hoặc: Eb = K. Đặt: Eb0 = Kđm là giá trị của sức điện động của bộ biến đổi ứng với khi không tải định mức. Kđ = (K . M = K. Thay vào (2-28) được: Eb = . Thay giá trị Kđvào và đặt:. Ta có: Eb = . Hoặc: Eb = . (2-29) Trong đó: . . Như vậy sức điện động của bộ biến đổi được điều khiển theo hàm bậc một suy giảm của tốc độ. Quan hệ Eb = f() ở (2-24) được biểu diễn tren hình ứng với các giá trị khác nhau của .Để thực hiện phương pháp này người ta dùng mạch phản hồi tốc độ động cơ được lấy từ bộ cảm biến máy phát tốc độ và cho tác dụng ngược chiều tín hiệu đặt. Từ Hình 2-24 có thể viết: Eb = Kb (Uđặt - Kt. (2-30) Trong đó: Kb hệ số khuếch đại của bộ biến đổi. Kt =: hệ số hồi tiếp tốc độ. (2-31) So sánh ta xác định được các hệ số: đặt và Kt = KbKt*. VII/ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ HỒI ÂM TỐC ĐỘ: Từ sơ đồ hình 2-27 có thể viết: Uđặt = Uđặt- K. Eb = KbUđk. E = IưR. (2-32) Iư = CdM. Trong đó: Cđ = :hệ số khuếch đại động cơ. (2-33) Từ phương trình (2-30) viết được phương trình đặc tính cơ cử hệ số hồi tiếp âm tốc độ là: (2-34) Quan hệ (2-34) được biểu diễn bằng những đường thẳng trên Hình 2-25. Tốc độ không tải lý tưởng: . (2-35) Độ cứng đặc tính cơ: . (2-36) Ta thấy đều phụ thuộc vào Kt. Khi Ktthay đổi từ 0, độ cứng đặc tính cơ sẻ biến đổi từ .Như vậy, bằng cách dựa vào các lựa chọn của các hệ số hồi tiếp Kt, có thể đạt độ cứng tuyệt đối. Hệ số khuếch đại theo yêu cầu: Kb. (2-37) Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động điện Tiristor – động cơ có hồi tiết âm tốc độ được trình bày như Hình 2-26. Hình 2-26: Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện Tiristor có hồi tiết âm tốc độ PHẦN III TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH ĐỘNG LỰC I/ XÁC ĐỊNH ĐIỆN ÁP RA CỦA BỘ BIẾN ĐỔI: Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ, trước hết cần xác định được điện áp ra của bộ b