Thiết kế hệ thống truyền động T-Đ dùng chỉnh lưu 3 pha

LỜI NÓI ĐẦU Trong chiến lược phát triển nền kinh tế KHCN của bất kỳ một quốc gia nào thì các ngành công nghiệp luôn luôn đóng vai trò quan trọng, vì nó chiếm tỉ trọng đáng kể trong tổng sản phẩm quốc dân. Mà động lực chính cúa mọi nền công nghiệp là động cơ điện, nó đã và đang là đối tượng dường như không thể thay thế được trong các dây chuyền của các ngành công nghiệp, trong các quá trình tự động hoá, cùng với sự bùng nổ của tiến bộ khoa học công nghệ trong các lỉnh vực điện, điện tử và tin học. Trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết lẫn thực tế trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong lĩnh vự điều khiển tự động,các dây chuyền công nghệ khép kín ra đời và trong lĩnh vực điều khiển động cơ.Do đó việc điều khiển tốc độ động cơ điện có ý nghĩa rất lớn, đây là mục đích của hệ truyền động điện. Điều khiển động cơ điện một chiều là một lĩnh vực có nhiều ưu điểm hơn các loại động cơ điện khác, bởi có giải điều chỉnh tốc độ rộng, đặc tính cơ có độ cứng cao và có rất nhiều phương pháp điều khiển. Do đó, việc nghiên cứu điều khiển tự động, truyền động, động cơ điện một chiều đang được mọi người quan tâm và ngày càng hoàn thiện. Hệ thống truyền động điện là một tổ hợp của nhiều thiết bị điện, cơ dung để biến đổi và điều khiển năng lượng từ dạng điện sang dang cơ, phục vụ cho yêu cầu sản xuất Phần tử trung gian quá trình biến đổi điện cơ là động cơ điện. Tốc độ và mômen trên trục động cơ chính là sản phẩm của truyền động điện. Mục đích của truyền động điện là nâng cao chất lượng và giá thành sản phẩm, làm cho sản phẩm hoàn mỹ hơn, chính là yếu tố hang đầu của bất kỳ ngành sản xuất nào. Vì vậy trải qua quá trình nghiên cứu lâu dài và đạt được mứu độ hoàn thiện như ngay nay, ngành truyền động điện đã phat triển qua nhiều giai đoạn, mỗi giai đoan phát triển con người đã tìm cách ứng dụng một cách triệt để,nhất là các thành quả kỹ thuật. Ngày nay, việc nghiên cứu đó không ngừng mà luôn được quan tâm sâu sắc . Ngày nay, nhờ các bước nhảy vọt về bán dẫn và phương pháp tính, người ta đã tạo ra các tổ hợp chức năng để ứng dụng vào truyền động điện. Cho phép thiết kế các hệ thống truyền động điện một cách nhanh chóng và chất lượng. Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy Cường MỞ ĐẦU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều được xem là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy điện dùng nhiều trong ngành công nghiệp, giao thông có yều cầu cao về điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng như cán thép, hầm mỏ, đầu máy điện …Tuy vậy, máy điện một chiều có những nhược điểm như: So với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo cổ ghóp phức tạp. Nhưng do những ưu điểm của nó nên máy điện một chiều hiện này vào khoảng 10000KW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V. Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy và chế tạo những máy công suất lớn hơn. Động cơ điện một chiều được phân loại theo cách kích từ: - Động cơ điện kích từ độc lập. - Kích từ song song. - Kích từ nối tiếp. - Kích từ hổn hợp. Đối với: - Động cơ điện kích từ độc lập: I = Iư. - Động cơ điện kích từ song song và hổn hợp: I = Iư + It. - Động cơ kích từ nối tiếp: I = Iư = It Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích từ độc lập và kích từ song song hầu như giống nhau. Nhưng khi cần công suât lớn, thường dùng động cơ điện kích từ độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và kinh tế hơn, mặc dù động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Động cơ điện kích từ nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện. PHẦN I 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 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông của động cơ điện một chiều: N + - S a) b) Hình 1: a) Sơ đồ máy điện một chiều. b) Mô hình máy điện một chiều. I.1/ Phần tĩnh hay Stato: Là phần đứng yên của máy, phần tĩnh gồm các bộ phận sau. I .1.1/ Cực từ chính: Cực từ chính là một bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ được làm bằng những lá thép kỹ thuật hay thép Cacbon dày 0,5 ÷ 1mm, ép lại với nhau và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng những thép khối, cực từ gắn chặt vào võ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cắch điện và mỗi cuộn dây đều được bọc kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ, các cuộn dây kich từ đặt trên các cực từ được nối tiếp với nhau. I .1.2/ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ đặt dây quấn có cấu tạo giống dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào võ nhờ bulông. I .1.3/ Gông từ: Gông từ dùng để làm mặch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm võ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dây uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc, đối với máy điện nhỏ có khi dùng gang để làm võ máy. I .1.4/ Các bộ phận khác: a/ Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị hư hỏng an toán cho người vận hành .Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi, trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. b/ Cơ cấu chuổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Gồm có chuổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cỏ góp. Giá chôỉ than có thể quay được để điều chỉnh chổi than cho đúng chổ, sau khi điều chỉnh song thì dùng vít để cố định lại vị trí đã chỉnh. I.2/ Phần quay của Sato: gồm. I.2.1/ Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim Slic) dày 0,5mm như cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại ta đặt phần dây quấn vào rảnh đó. 1.2.2/ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.Dây quấn thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất vài KW) thường dùng dây có tiến diện trơn.Máy điện vừa và lớn thường dùng dây có tiết diện hình chử nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thẩn với rảnh của lỏi thép. I.1.3/ Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều I.2.4/ Các bộ phận khác: - Cánh quạt: dùng để quạt gió lam mát động cơ. - Trục quạt: trên đó đặt lõi sắt phản ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi trục máy, thường được làm bằng thép cacbon tốt. I.3/Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của động cơ điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo đã qui định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và được gọi là những đại lượng định mức. - Công suất định mức: Pđm(KW hay W). - Điện áp định mức: Uđm(V). - Dòng điện định mức: Iđm(A). - Tốc độ định mức: nđm(Vòng/phút). Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, và các số liệu về điều kiện sử dụng. II/ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: II.1/ Khái niệm chung: Đặc tính cơ của động cơ là tốc độ quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ: = f(M). Hoặc: n = f (M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất: = f(M). Hoặc: n = f (Mc). Đặc tính cơ có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược, ví dụ v= f(M) hay M = f(). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều còn sử dụng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ điệ biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ. = f(I) Hay: n = f (I). Trong đó: : tốc độ góc ( rad/s). n : tốc độ quay (vòng /phút). M : mômen (Nm). I : dòng điện (A). Trong nhiều trường hợp, để đơn giản cho tính toán hoặc so sánh đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ tương đối. Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối, lấy trị số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Các đại lượng cơ bản thường cho: : Uđm, Iđm, wđm, Mđm, fđm, Rcb. Các đại lượng tương đối thường dùng ký hiệu (*). Như vậy, một số thông số có thể tính được trong hệ tương đối như sau: U* = hoặc U* = 100%. I* = . M* =. * = R* =. * = Việc chọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán là đơn giản thuộn tiện như: Tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập, kích từ hỗn hợp, có tốc độ không tải lý tưởng 0, với động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ 1, với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là đm. Trị số cơ bản là Rcb, với các động cơ điện một chiều Rcb =. II.2/ Đặc tính của động cơ điện một chiều: Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọ là kích từ song song. Hình 1-2: Động cơ một chiều kích từ song song. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ được mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau như Hình 1-3, lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Hình 1-3: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. II.2.1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo Hình 1-2, và Hình 1-3 có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng (V). Eư: Sức điện động phần ứng (V). Rưf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng Iư: Dòng điện phần ứng (A). Rư: Điện trở của mạch phần ứng (W). Với Rư = rư + rcf + ro + rct rư: Điện trở cuộn dây phần ứng. rcf: Điện trở cực từ phụ. rct: Điện trở tiếp xúc của chỗi than. Sức điện động từ của phần ứng của động cỏ được xác định theo biểu thức: Eư = (1-2) Trong đó: p: số đôi cực từ chính. N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a: số đôi mạch nhánh song song. : Từ thông kích từ đến một cực từ (Wb). : Tốc độ góc (rad/s). K = : hệ số cấu tạo của động cơ. Nếu biểu diễn súc điện động theo tốc độ quay n( vòng/phút) thì: Eư = Ke n. (1-3) Và: . Vì vậy: Eư = Đặt Ke= : hệ số sức điện động của động cơ. Từ (1-1) và (1-2) ta có: (1-4) Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ, Mặt khác mômen điện từ Mdtcủa động cơ được xác định bởi: Mdt= K Iư (1-5) Suy ra Iư =. Thay giá trị Iuvào (1-4) ta được: (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ tren trục đông cơ bằng mômen điện từ (M) nghĩa là: Mdt = Mcơ = M. (1-7). Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Gỉa thiết phản ứng phần ứng điện bù đủ, từ thôngđm = const thì các phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên Hình 1-4 và Hình 1-5 là đường thẳng. Theo đồ thị trên, khi Iư = 0. (1-8). 0: được gọi là tốc độ lý tưởng không tải lúc động cơ. Khi = 0 ta có: Iư = Inm. ( 1-9) Và: M = KInm=Mnm Inm, Mnm: gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch Hình 1-4: Hình 1-5: Đặc tính cơ điện của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điên Một chiều kích từ độc lập. một chiều kích từ độc lập. Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể viết dưới dạng: . (1-11) . Trong đó: R = Ru+Ruf = Ru. . . : gọi là độ sụt tốc ứng với giá trị của M. Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ tương đối với điều kiện từ thông là định mứ(đm). Trong đó: M* = . I* = . R* = . Với: Rcb = . Được gọi là điện trở cơ bản. . Từ (2-4) và (2-7) ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của đơn vị tương đối: * = I – R*. (1-13) * = I – R* M*. (1-14) II.2.2/ Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Gỉa thiết từ thôngđm =cosnt, điện trở phần ứng Rư = const khi thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm ta có: 0x = (1-15) Độ cứng của đặc tính cơ: (1-16) Như vậy, khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ ta được một họ đặc tính cơ tự nhiên như Hình 1-6. Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó, phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. Hình 1-5: Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ. Gỉa thiết phần ứng Uư = Uđm =const, điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông, ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ. Độ cứng đặc tính cơ: Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông, nên khi tư thông giảm thì ox tăng giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứng của đặc tính cũng giảm dần khi giảm từ thông. a/ b/ Hình 1-7/ Đặc tính cơ điên (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ Điện một chiều kích từ độc lập khi giam từ thông Khi thay đổi tư thông: - Dòng điện ngắn mạch: Inm = = const. - Mômen ngắn mạch: Mnm = KInm = Var. Các đặc tính cơ điện và đ ặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn trên Hình 1-7 a, b. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ tăng lên. II.2.3/ Khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Trong phần này ta xem xét các vấn đề quan trọng cần quan tâm trong quá trình khởi động động cơ. Ta có, dòng điện ngắn mạch tức là dòng điện khởi động ban đầu ứng với đặc tính cơ tự nhiên là: Inm = const. Vì Ru của những động cơ có công suất trung bình và lớn, thường rất nhỏ: Rư = (0,040,05). Nên: Inm = (2025) Iđm Dòng điện mở máy như vậy không thể cho phép về mặt chuyển mạch và phát nóng của máy điện cũng như sụt áp trên lưới. Như vậy, cần giảm nhỏ dòng điện mở máy. Để làm được việc này, ta phải giảm nhỏ điện áp nguồn đặt vào phần ứng hoặc nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Phương pháp thứ nhất thích hợp với hệ thống truyền động điện Tiristor – động cơ điện một chiều mà đồ án này khảo sát. Còn đối với phương pháp hứ hai thì điện trở phụ được chọn sao cho. Khi = 0 thì: Iđm = ( 1-17) I = (1-18) Do đó, mômen khởi động sẻ giảm dần, thời gian khởi động sẻ dài hơn so với khi khởi động không có Rf . Vậy, muốn đảm bảo thời gian khởi động theo yêu cầu cho trước thì khi tốc độ tăng ta phải ngăn mạch dần điện trở phụ theo từng cấp, việc tính toán điện trở phụ ở từng cấp, ta có thể tiến hành theo hai phương pháp đồ thị hoặc giải tích. Đối với mỗi loại phụ tải có các yêu cầu về khởi động, cụ thể như.Thời gian khởi động, giới hạn dòng điện cho phép, số cấp khởi động, mômen khởi động … ta lựa chọn phương pháp cụ thể. II.2.4/ Đặc tính cơ trong trạng thái hãm: Hãm là một trạng thái mà động cơ sinh ra mômen ngược chiều với tốc độ quay trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược, hãm động năng. II.2.4.1/ Hãm tái sinh: (hãm trả năng lượng về lưới). Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng . Khi hãm tái sinh: Eư Uư, động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới so với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều và được xác định theo biểu thức: Ih= (1-19) Mh = K. Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải của cơ cấu sản xuất thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ o đ o. Vì sơ đồ của mạch nối dây vẫn không thay đổi nên phương trình đặc tính cơ tương tự như coonh thức (1-7) nhưng mômen có giá trị âm. Đường đặc tính của hảm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ hai và thứ tư của mặt phẳng tòa độ. Trong trạng thái hãm tái sinh dòng điện hãm đổi chiều và công suất được trở về lưới P = (E - U)I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích. II.2.4.2/ Hãm ngược: Trạng thái hãm ngược của động cơ, xảy ra khi phần ứng tác dụng của động năng tích lũy trong các bộ phận chuyển động hoặc do mômen thế năng quay ngược chiều với mômen điện tử của động cơ khi chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất. II.2.4.3/ Hãm động năng: (Uư = 0). Hãm động năng là một trạng thái hãm động cơ làm việc như một máy phát, mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng, tiêu tán trong mạch vòng phần ứng không liên quan đến lưới điện, dưới dạng nhiệt. Có hai trường hợp: hãm động năng kích từ độc lập và hãm động năng tự kích. II.3/ Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMd1): mạch kích từ và mạch phần ứng. Điện trở mạch phần ứng động cơ: Uư = rư + rctf + rtx. (1-20) Trong đó: rư: điện trở cuộn dây phần ứng. rctf: điện trở cực từ bù. Rctb: điện trở tiếp xúc chuổi than –cổ góp. Hình 1-9: Sơ đồ nối dây ĐMlđ Hình 1-10: Sơ đồ thay thế ĐMđl. II.3.1/ Mạch phần ứng: Trong đó: uư: điện áp phần ứng. Lư: điện cảm phần ứng. iư: dòng điện phần ứng. : suất điện động phần ứng. E = K.f.w chuyển qua laplace: P = j.w: Biến toán tử laplace. Uư(P) = iư(P).Rư + Lư.iư(P).P + E(P) Û Uư(P) – E(P) = iư(P).Rư(1 + Lư.P/Rư) Mà Tư = Lư/Rư nên Uư(P) – E(P) = iư(P).Rư(1 + Tư.P) Uư(P) Iư(P) E(P) (1-22) II.3.2. Mạch kích từ: Trong đó: Ukt : điện áp kích từ. ikt : dòng điện kích từ. Rkt : điện trở kích từ. Lkt : điện cảm kích từ. Chuyển qua laplace: Ukt(P) = ikt(P).Rkt + Lkt.ikt(P).P Û Ukt(P) = ikt(P).Rkt(1 + Lkt.P/Rkt) Û Ukt(P) = ikt(P).Rkt(1 + Tkt.P) Þ (1-23) Ukt(P) ikt(P) II.3.3. Quan hệ giữa từ thông (f) và dòng kích từ (ikt): Hình 1-10: Quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ. f = f(ikt) ; ikt = f-1(f) Ta có: Mạch kích từ: Chuyển qua laplace: Ukt(P) = ikt(P).Rkt + Nkt.f(P).P Û Ukt(P) - ikt(P).Rkt = Nkt.f(P).P Þ Û (1-24) Ukt(P) f f-1(f).Rkt Giữa mômen và tốc độ phần ứng: Chuyển qua laplace: M(P) – Mc(P) = jw(P).P (1-25) M(P) w(P) Mc(P) Mô hình toán học DMdl: Uư(P) iư Mc _ w E + M Uư f f K f-1(f).Rkt f-1(f) ikt f-1(f) Rkt II.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng nên cuộn kích từ có tiết diện lớn số vòng dây ít, chế tạo dể dàng. Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lí động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Vì dòng kích từ cũng là dòng phần ứng nên từ thông của động cơ biến đổi theo dòng điện phần ứng. II.4.1. Phương trình đặc tính cơ: Từ sơ đồ nguyên lí hình (1-13) ta có: Uư = Eư + Iư.Rư Û Uư = K.f.w + iư.Rư Với: Rư = rư + rctf + rctb + rkt + rtx Sau khi biến đổi ta được: (1-26) (1-27) Trong các phương trình trên, từ thông f biến đổi phụ thuộc vào dòng điện trong mạch kích từ theo đặc tính từ hóa hình (1-12). Để đơn giản khi thành lập phương trình các đặc tính, giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến tính với dòng kích từ đường (1) hình (1-12). f = C.Ikt (1-28) Với C là hệ số tỉ lệ. Nếu phản ứng phần ứng là bù đủ: f = C.Iư (1-29) Hình 1-12: Quan hệ giữa từ thông và dòng kích từ. Thế vào phương trình (1-26) ta được: Û (1-30) Trong đó đặt: A1 = Uư/K.C; B = R/K.C và (1-31) Thay vào ta được: hay (1-32) Với Biểu thức (1-30) và (1-32) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. II.4.2. Trạng thái hảm của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Do đặc điểm của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có tốc độ wot vô cùng lớn nên động cơ chỉ thực hiện hảm ngược và hảm động năng chứ không có hảm tái sinh. Phương pháp hảm ngược và hảm động năng của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cũng giống như động cơ điện một chiều kích từ độc lập. II.4.2.1. Trạng thái hảm ngược: Hảm ngược bằng cách đưa Rưf lớn vào động cơ. Đặc tính cơ khi hảm chính là đặc tình biến trở ứng với tải thế năng, đoạn đặc tính cơ chính là đặc tính hảm ngược. Dòng điện hảm ngược được tính như sau: * Hảm ngược bằng cách đổi chiều điện áp đặt vào phần ứng: Hình 1-13: Hảm ngược II.4.2.2. Hảm động năng: Hảm động năng là một trạng thái động cơ làm việc như một máy phát, mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích luỹ được trong quá trình tích lũy trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch vòng phần ứng, không liên quan đến lưới điện. Hảm động năng kích từ độc lập: Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hảm động năng phải cắt phần ứng động cơ khỏi nguồn điện một chiều và đống vào điện trở hảm. Cuộn kích từ được nối vào lưới điện với một điện trở phụ sao cho dòng kích từ lúc này có chiều như củ và trị số không đổi bằng dòng Ikt định mức. Trạng thái hảm này giống như ở máy điện một chiều kích từ độc lập. b. Hảm động năng tự kích: Khi động cơ đang quay muốn hảm động năng tự kích phải cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lưới điện để đống vào một điện trở hảm. Nhưng dòng kích từ vẫn giữ nguyên chiều củ. CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I. Khái niệm: Để đảm bảo cho quy trình công nghệ của máy hợp lí, cần phải điều chỉnh tốc độ của máy. Trong mọi trường hợp, điều chỉnh tốc độ cho phép sử dụng máy móc một cách hợp lí nhất, đảm bảo các chế độ làm việc một cách tối ưu, và thường cho phép giảm nhỏ năng lượng sử dụng. Nói chung có hai cách điều chỉnh tốc độ các bộ phận của máy: Cách 1: Biến đổi tốc độ góc của động cơ. Cách 2: Biến đổi tỷ số truyền của hệ truyền động. Tuy nhiên, cách hai có nhược điểm cơ bản là làm cho kết cấu máy phức tạp, cồng kềnh, không chắc chắn và không cho phép điều chỉnh tốc độ trơn. Do đó, hiện tượng này thường được điều chỉnh tốc độ bằng cách 1. II. Khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Hình 1-14: Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ diện 1 chiều kích từ song song Với những điều kiện U = const, It = const, khi M hoặc (Iư) thay đổi, từ thông của động cơ điện hầu như không thay đổi. Vì thực ra, ảnh hưởng làm giảm bớt từ thông của phần ứng rất nhỏ cho nên: (1-33) Có thể viết: (1-34) Và đặc tính của động cơ điện kích từ độc lập là một đường thẳng như hình (1-11). Đường đặc tính cơ đó ứng với trường hợp trên mạch phần ứng không có điện trở phụ và được gọi là đặc tính cơ tự nhiên. Do Rư rất nhỏ, nên khi thay đổi từ thông đên định mức, tốc độ giảm rất ít (khoảng 2÷8%) tốc độ định mức. Cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích từ song song được dùng trong trường hợp hầu như không đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại, quạt…) II.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp: Phương pháp này thường được áp dụng đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập, được thực hiện trong kỉ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát – động cơ. Có sơ đồ nguyên lí trình bày như hình (1-15). Hình 1-15: Sơ đồ tổ MF – DC điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổI điện áp ở động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Khi thay đổi điện áp ta có một họ đặc tình cơ có cùng một độ cứng như hình (1-18): đuờng 1 ứng với Uđm; Đường 2,3 ứng với Uđm > U2 > U3 và đường 4 ứng với U4 > Uđm. Nói chung vì không cho phép vượt quá Uđm nên việc điểu chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong một phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của phương pháp này là điều chỉnh tốc độ, mômen không đổi vì f và Iư đều không đổi. Sỡ dĩ Iư không đổi là vì khi giảm điện áp tốc độ w giảm làm E cùng giảm nên: Ngày nay, tổ máy phát – động cơ thường được dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán thép lớn, để đưa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong thời gian rộng rãi từ 1÷10 hoặc hơn nữa. Hình 1-16: Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ song song vớI điện áp phần ứng khác nhau II.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: Nếu tăng điện trở Rdc trên mạch kích từ ứng với các trị số khác nhau của điện trở kích thích, ta có các đặc tính cơ tương ứng như hình (1-17). Các đường đó có wo lớn hớn wo định mức và có độ nghiêng khác nhau và sẽ giao nhau trên trục hoành tại điểm ứng với dòng điện rất lớn. Iư = U/Rư theo điều kiện w = 0 của biểu thức (1-33). Đường thấp nhất trên hình (1-17) ứng với từ thông định mức. Giao điểm của đường mômen cản của phụ tải Mc = f(w) với các đường trên cho biết tốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhau của từ thông. Hình 1-17: Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ song song vớI dòng điện kích từ khác nhau Do điều kiện đổi chiều, các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này, trong giới hạn từ 1÷2. cũng có thể sản xuất những động cơ có giới hạn điều chỉnh 1÷5 thậm chí đến 1÷8. Nhưng phải dùng những phương pháp không chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành của máy tăng lên. III. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Nói chúng có thể chia làm 3 phương pháp như sau: + Phương pháp thay đổi các từ thông của mạch: Thay đổi Rưf, thay đổi kích từ của động cơ. + Phương pháp thay đổi các thông số của nguồn: Thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng: Hệ truyền động điện F-D, T-D, VT-D, DAX-D. + Phương pháp đổi sơ đồ: Phân mạch phần ứng động cơ, nối tầng, liên kết cơ. Mỗi phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đều có ưu, nhược điểm nhất định của nó. Trước khi lựa chọn phương án điều chỉnh nào đó, người ta căn cứ vào các yếu tố như sau: + Các yêu cầu của phụ tải. + Các chỉ tiêu chất lượng cho phép của phương pháp. + Khả năng đầu tư của nhà máy. Trong phạm vi thiết kế này ta chỉ quan tâm đến chỉ tiêu chất lượng của phương pháp điều chỉnh. III.1.Các chỉ tiêu chất lượng cần quan tâm: III.1.1. Phạm vi điều chỉnh: D = wmax/wmin Ta mong muốn tăng D. Tuy nhiên, D vẫn hữu hạn đối với các phương pháp. Vì wmax không thể tăng quá lơn do đó nó phụ thuộc vào độ bền cơ khí của động cơ. Còn wmin bị hạn chế bởi sai số duy trì tốc độ đặt, sai số này phụ thuộc rất nhiều vào độ cứng đặc tính cơ b. - Phương pháp 1: D thấp. - Phương pháp 2: D có thể tăng lên cao. - Phương pháp 3: D cũng thấp. III.1.2. Độ trơn điều chỉnh j: j = w1/wi-1 > 1. Ta mong muốn j > 1, j phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh và công suất của mạch. Cả 3 phươn pháp đều có khả năng cho j ® 1, tuy nhiên phương pháp thay đổi thông số mạch và phương pháp thay đổi điện áp nguồn có khả năng cho chỉ tiêu j tốt nhất. III.1.3. Sai số tốc độ: trong đó: wod: Tốc độ đặt khi không tải lí tưởng. w : Tốc độ làm việc của động cơ. Chỉ tiêu này rất phức tạp phụ thuộc vào độ cứng b, wod và phụ tải trêm trục động cơ Mc. Muốn đánh giá chính xác các chỉ tiêu này phải đi sâu vào từng phương pháp một và phụ thuộc vào các cơ sở điều khiển đúng. III.1.4. Mức độ phù hợp với đặc tính tải cho phép với đặc tính cơ Mc(w): Đặc tính tải cho phép là quan hệ giữa M của động cơ và w của động cơ khi: I = Iđm Người ta mong muốn đặc tính cơ luôn trùng với đặc tính tải cho phép vì nếu không như thế thì sẽ xảy ra hai trườn hợp non tải hoặc quá tải. III.1.5. Hướng điều chỉnh: Có hai hướng điều chỉnh cơ bản w wcb. Nếu dùng phương pháp thay đổi từ thông thì điều chỉnh được w > wcb, còn nếu dùng phương pháp thay đổi điện áp nguồn thi điều chỉnh được w < w cb. Như vậy, khi điều chỉnh mỗi phương pháp chỉ có một hướng điều chỉnh nhất định. Muốn mở rộng D người ta thường kết hợp nhiều phương pháp điều chỉnh cho một hệ. III.1.6. Miền tải điều chỉnh có hiệu quả: Nếu toàn bộ phạm vi biến đổi của tải đều có thể điều chỉnh được tốc độ mong muốn trong dãi điều chỉnh thì hệ điều chỉnh là một hệ tốt. Cũng có những phương pháp chỉ đảm bảo được tốc độ trong một miền mômen nhất định, ngoài miền đó không điều chỉnh được hoặc điều chỉnh ít hiệu quả, phương pháp như vậy gọi là điều chỉnh không triệt để. Để đánh giá chỉ tiêu này người ta xét hệ có khả năng điều chỉnh tốc độ không tải lí tưởng là hệ tốt trong 3 phương pháp trên, có thể nói chỉ tiêu này đều đảm bảo. III.1.7. Khả năng tự động hóa: Nếu hệ truyền động điều chỉnh có khả năng tự động hóa thì có thể cải thiện các chỉ tiêu như độ chính xác điều chỉnh, dãi điều chỉnh, độ tinh. Phương pháp 1 và 2 nhờ sử dụng các phần tử và linh kiện điều chỉnh như Tiristor, kháng bảo hòa, khuếch đại máy điện…để làm phần tử điều khiển trong việc điều chỉnh tốc độ, nên cho khả năng tự động hóa cao. III.1.8. Chỉ tiêu kinh tế: Chỉ tiêu này có ý nghĩa rất quan trọng. Để đánh giá ta phải xét đến năng suất do hệ truyền động đem lại, vốn đầu từ cơ bản, chi phí vận hành, độ tin cậy của thiết bị chọn, tính phổ cập của các thiết bị và các chỉ tiêu năng lượng, khi máy làm việc ở chế độ điều chỉnh. III.2. Nguyên lí điều chỉnh điện áp phần ứng: Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu… Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb, điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb ¹ 0. Ở chế độ xác lập, có thể viết phương trình đặc tính của hệ thống như sau: Eb – Eư = Iư(Rb + Rưd) (1-36) . a) b) Hình 1-19: Sơ đồ khối: a) và sơ đồ thay thế: b) ở chế độ xác lập: Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng thay đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng thì phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định dãi điều chỉnh tốc độ, thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng là định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dãi điều chỉnh bị giới hạn về yêu cầu của sai số tốc độ và mômen khời động. Khi mômen tải là đinh mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: (1-37) Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dãi điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là Mnmmin = Mcmax = Km.Mđm trong đó: Km: Là hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết: (1-38) Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị womax, Mđm, Km: là xác định,vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng b. Hình 1-20: Xác định phạm vi điều khiển. Hình 1-21: Quan hệ hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau. Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen động cơ sinh ra đúng bằng mômen tải trên trục M* = M*c. Và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là: M*c = (w*) thì: (1-39) Hình (1-20): Mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hơp ._.đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dãi điểu chỉnh. Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ thống. III.3. Ưu, nhược điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng: a. Ưu điểm: Các chỉ tiêu kĩ thuật và năng lượng của phương pháp điều chỉnh này được đánh giá như sau: - Điều chỉnh triệt để (điều chỉnh được mọi vùng, kể cả tốc độ không tải lí tưởng). - Đặc tính cơ tuy mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn đặc tính cơ của các phương pháp khác một cách đáng kể. - Sai số tốc độ nhỏ. - Khả năng quá tải lớn. - Dãi điều chỉnh rộng. - Tổn thất năng lượng ít. Mặt khác vì phần tử điều chỉnh được đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ nên độ tinh điều chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện hệ thành tự động phần cứng. b. Nhược điểm: Dùng bộ biến đổi điều khiển khá phức tạp, vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được. Vì thế, với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cúng không vượt quá 10. Đối với máy có yêu cầu cao về dãi điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là không thỏa mãn được. Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dãi điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đặt giá trị lớn nhất tại các đặc tính cơ thấp nhất của dãi điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số tốc độ luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dãi điều chỉnh. Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là: . (1-40) Vì các giá trị Mđm, womin, Scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm việc này trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động kiểu vòng kín. Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi: Mccp = Kfđm.Iđm = Mđm. Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đường thẳng: w = wđm, M = Mđm và các trục tọa độ. Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ: Eb = Eư + Iư(Rb + Rưd). Iư.Eb = Iư.Eư + (Iư)2.(Rb + Rưd) Nếu đặt R = Rb + Rưd thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là: . PHẦN II GIỚI THIỆU VỀ CHỈNH LƯU THYRISTOR BA PHA. PHÂN TÍCH CHỈNH LƯU THYRISTOR BA PHA HÌNH TIA. THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ DÙNG CHỈNH LƯU THYRISTOR BA PHA HINH TIA CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA DÙNG THYRISTOR I/ GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR: I.1/ Khái niệm: Từ Tiristor 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 biến đổi Tiristor. Qua khảo sát ở phần II cho thấy, điện áp ra của bộ biến đổi phụ thuộc vào góc mở của Tiristor. Uđ = Uđo cos: góc hòa pha ban đầu). Và: Uđmax = Uđo khi góc = 0. Như vậy, việc tính chọn các phần tử phải được tiến hành trong trường hợp góc = 0, và lúc này dòng chảy qua động cơ được xem là liên tục. Điện áp ra của bộ biến đổi được tính: U’đo = Uđ +UCK + Ucm + VUV + Ucđ + Uba. (3-1) Trong đó: Uđ = 220V là điện áp định mức của động cơ. UCK: là điệ áp rơi trên điện cảm cuông kháng san bằng. Để nhằm năng cao độ cứng đặc tính cơ, phải chọn sao cho tổn thất trên cuộn kháng càng nhỏ càng tốt, thường chọn UCK = 0,008Uđ = 0,008.220=1,76(V). Ucm : là điện áp rơi do sự chuyển mạch, được xác định. Ucm = . Với UN%: Là điện áp ngắn mạch của MBA thường nằm trong khoảng từ (57) %, chọn UN% = 6%. :là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.Đối với sơ đồ hình tia = 0,7. Ucm = 0,09(V). UV: là điện áp rơi trên một van chỉnh lưu, với van bán dẫn chọn Uv = o,7(V). V: Là hệ số phụ.Đối với sơ đồ hình tia V-1. Ucđ : điện áp rơi trên chổi điện của động cơ.Trong tính toán sơ bộ được bỏ qua. Uba: là điệnáp trên điện trở tác dụng của MBA, thường Uba = (0,0150,o2)Uđ. Ta có: Uba= 0,02U = 0,02.220 = 4,4(V). Thay các số liệu vào (3-1) được: U’đo= 220 + 1,76 + 0,09 + 0,7 + 4,4 = 226,95(V). Nếu kể đến sự dao động của điện áp lưới thì: Uđo = 1,5 U’đo=1,5.226,95 = 304,4(V). Gía trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp MBA. Ur2 = . II/ TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP CUNG CẤP: II.1/ Sơ đồ nối dây của Máy biến áp: Trong MBA các cuộn dây sơ cấp thường được nối theo kiểu sao hoặc tam giác. Đối với sơ đồ MBA có sơ cấp nối sao, công suất tính toán các máy biến áp khi chưa tính đến sự gia tăng trọng lượng của hệ mạch từ là. Sư = 1,45Pđ. VIệc nối dòng thứ cấp với van chỉnh lưu đã làm cho MBA không thực hiện chế độ làm việc bình thường của mình, bởi vì dòng._.