Đề tài Ứng dụng điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình plc trong điều khiển động cơ điện một chiều

Chöông 3 GIAÛI QUYEÁT VAÁN ÑEÀ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT TRONG ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU A- CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU I/ KHAÙI QUAÙT CHUNG Trong caùc nhaø maùy xí nghieäp caùc maùy saûn xuaát coâng nghieäp ñoøi hoûi phaûi coù nhieàu caáp toác ñoä tuøy theo coâng taùc saûn xuaát maø ñeå ñieàu chænh toác ñoä cho phuø hôïp vôùi quy trình coâng ngheä . Ñeå coù nhieàu caáp toác ñoä khaùc nhau ta coù theå thay ñoåi cô caáu truyeàn ñoäng baèng cô khí cuûa maùy nhö tyû soá truyeàn hoaëc thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô truyeàn ñoäng Ñieàu chænh toác ñoä truyeàn ñoäng ñieän laø thay ñoåi toác ñoä ñoäng cô ñeå phuø hôïp vôùi yeâu caàu saûn xuaát muoán ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä ñoäng cô ta phaûi döïa vaøo nhieàu yeáu toá nguoàn ñieän, taûi, trong moãi moät yeáu toá naøy thay ñoåi thì toác ñoä ñoäng cô ñeàu thay ñoåi öùng vôùi moãi yeáu toá ta coù moät phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô töông öùng. Trong chöông naøy chæ nghieân cöùu caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu veà phöông dieän ñieàu chænh toác ñoä, ñoäng cô ñieän moät chieàu coù ñaëc tính ñieàu chænh öu vieät hôn so vôùi loaïi ñoäng cô khaùc, khoâng nhöõng coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñoäng löïc maïch ñieàu khieån ñôn giaûn hôn ñoàng thôøi laïi ñaït chaát löôïng ñieàu chænh cao trong daûi ñieàu chænh toác ñoä Trong thöïc teá ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu hieän nay coù hai phöông phaùp cô baûn ñeå ñieàu chænh toác ñoä Ñieàu chænh ñieän aùp caáp cho phaàn öùng ñoäng cô Ñieàu chænh ñieän aùp caáp cho maïch kích töø ñoäng cô Caáu truùc phaàn ñoäng löïc cuûa heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu bao giôø cuõng caàn coù boä bieán ñoåi. Caùc boä bieán ñoåi naøy caáp cho maïch phaàn öùng ñoäng cô hoaëc maïch kích töø ñoäng cô trong caùc nhaø maùy saûn xuaát hieän nay coù 4 boä bieán ñoåi. - Boä bieán ñoåi maùy ñieän goàm : ñoäng cô sô caáp keùo maùy phaùt moät chieàu hoaëc maùy ñieän khuyeách ñaïi (KÑM) Boä bieán ñoåi ñieän töø : khuyeách ñaïi töø (KÑT) Boä bieán ñoåi chænh löu baùn daãn : chænh löu thysistor Boä bieán ñoåi xung aùp moät chieàu: thysistor hoaëc transistor II/ CAÙC CHÆ TIEÂU CHAÁT LÖÔÏNG CUÛA TRUYEÀN ÑOÄNG ÑIEÄN: Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu moät heä truyeàn ñoäng ñieän ñieàu chænh coù theå laø töï ñoäng neáu coù duøng caùc khaâu hoài tieáp ñeå laäp voøng kín hoaëc laø baùn töï ñoäng khi chæ ñieàu khieån voøng hôû baèng tay, chaát löôïng cuûa noù ñöôïc ñaùnh giaù nhö sau. Sai soá toác ñoä Sai soá toác ñoä laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho ñoä chính xaùc duy trì toác ñoä mong muoán noù laø giaù trò töông ñoái cuûa ñoä suït toác öùng vôùi taûi ñònh möùc so vôùi toác ñoä ñaët khi khoâng taûi lyù töôûng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: Trong ñoù : w : toác ñoä töông öùng vôùi taûi ñònh möùc (rad/s) w0d : Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng öùng vôùi giaù trò mong muoán Neáu toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng cuûa heä k xaùc ñònh thì sai soá tónh ñöôïc tính w1 : toác ñoä khi taûi nhoû nhaát M min w2 : toác ñoä khi taûi M = Mmin + Mñm Neáu nhö ñaëc tính cô laø ñöôøng thaúng thì töø quan heä : Ta coù : Nhö vaäy sai soá toác ñoä phuï thuoäc vaøo ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô b, toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng w0ñ vaø phuï taûi treân truïc ñoäng cô Mc sai soá caøng nhoû nghóa laø ñoä chính xaùc caøng cao thì heä caøng toát Trong thöïc teá coù maùy yeâu caàu veà sai soá toác ñoä chaët cheõ ví duï nhö maùy quaán cuûa maùy laøm giaáy, maùy deät, maùy naâng haøng… Phaïm vi ñieàu chænh Giaûi ñieàu chænh D laø tyû soá giöõa toác ñoä laøm vieäc lôùn nhaát vaø nhoû nhaát öùng vôùi phuï taûi ñaõ cho Caùc maùy saûn xuaát hieän ñaïi ñeàu coù yeâu caàu giaûi ñieàu chænh roäng Ví duï : Maùy caùn theùp coù D = 5 ¸ 25 maùy caét kim loaïi coù D=200 - 2000 Nhö vaäy heä truyeàn ñoäng ñieän coù D caøng lôùn caøng toát, giaù trò cuûa D phuï thuoäc vaøo wmax vaø wmin toác ñoä lôùn nhaát wmax thöôøng bò giôùi haïn bôûi ñoä beàn cô hoïc cuûa phaàn quay cuûa maùy ñieän moät chieàu, khi toác ñoä cao caùc boä phaän naøy chòu löïc taùc ñoäng khaù lôùn neân deã bò hö hoûng ñoäng cô ñieän moät chieàu toác ñoä lôùn coøn bò giôùi haïn bôûi ñieàu kieän ñoåi chieàu treân coå goùp khi toác ñoä lôùn tia löûa phaùt sinh treân coå goùp vöôït möùc cho pheùp vì vaäy maùy ñieän chæ cho pheùp wmax £ (2 ¸ 3) wñm Toác ñoä nhoû nhaát wmin trong giaûi ñieàu chænh bò chaën bôûi yeâu caàu khaéc phuïc moâment quaù taûi cho pheùp, baûo ñaûm ñoä chính xaùc ñieàu chænh hoaëc do nhöõng tính chaát ñaëc thuø cuûa töøng heä. Mc b wmax wmin Mnm1 Mnm2 b O Dw Dw w01 M w Mc b1 wmax wmin Mnm1 Mnm2 b2 O Dw1 Dw2 w0 M w w02 b) Hình 6 -3 a: Ñieàu chænh baèng caùch giaûm ñoä cöùng b: Ñieàu chænh baèng caùch giaûm w0 (w02 < w01) Ñeå coù toác ñoä thaáp ta phaûi gaûm ñoä cöùng b cuûa ñaëc tính cô hoaëc giaûm toác khoâng taûi lyù töôûng w0, caû hai caùch ñeàu laøm giaûm moâment ngaén maïch (Mnm) vaø taêng sai soá toác ñoä S, ñoà thò hình 6-3 minh hoaï ñieàu ñoù. Hình 6-3a w0 = const, b2 < b1 Þ Mnm2 = w0 b2 < Mnm1 = w0 b1 Hình 6-3b b = const w02 < w01 Mnm2 = w02 b2 < Mnm1 = w01 b1 Ñieàu ñoá chöùng toû khi toác ñoä wmim caøng nhoû thì Mnm2 caøng nhoû vaø S2 caøng lôùn. 3. Ñoä tinh Ñoä tinh ñieàu chænh theå hieän möùc khaùc nhau giöõa hai caáp ñoä thöù i vaø thöù i + 1 noù ñöôïc ñaùnh giaù nhö sau: wi+1: toác ñoä ôû caáp thöù i + 1 wi : toác ñoä ôû caáp thöù i Heä soá tinh caøng nhoû caøng toát, muoán taêng ñoä tinh ta phaûi ñaët phaàn töû ñieàu chænh toác ñoä trong maïch coâng suaát nhoû nhö maïch kích töø, maïch vaøo cuûa caùc heä khuyeách ñaïi. 4. Möùc ñoä phuø hôïp giöõa ñaëc tính taûi cho pheùp cuûa ñoäng cô vaø ñaëc tính cô cuûa maùy saûn xuaát. Ñaëc tính cô cho pheùp Mccp =f(w) laø quan heä giöõa moâment vôùi toác ñoä laøm vieäc xaùc laäp khi doøng ñieän baèng ñònh möùc. Trong toaøn daûi ñieàu chænh : ñaëc tính naøy luoân luoân truøng vôùi ñaëc tính cô nhö w2 w1 Mccp(w) O M w M2 (w) w2 w1 Mccp(w) O M w M2 (w) w3 Hình 6 – 2 hình 6 -2 Ñaëc tính taûi cho pheùp khaùc ñaëc tính cô cuûa maùy saûn xuaát khi ñoäng cô chæ laøm vieäc vôùi Mccp toái öu. 5. Höôùng ñieàu chænh : Höôùng ñieàu chænh laø chieàu höôùng bieán ñoåi toác ñoä so vôùi giaù trò toác ñoä treân ñaëc tính cô baûn coù theå ñieàu chænh (w < wcô baûn ) hoaëc laø (w < wcb) phöông phaùp toái öu laø choïn toác ñoä ñieàu chænh döôùi toác ñoä cô baûn ví duï heä maùy phaùt ñoäng cô, heä ñieàu chænh hai höôùng ... 6. Tính kinh teá : Tính kinh teá coù yù nghóa quan troïng nhieàu tröôøng hôïp noù laø chæ tieâu quyeát ñònh. Ñeå ñaùnh giaù tính kinh teá ta phaûi tính ñeán naêng suaát cuûa maùy saûn xuaát, voán ñaàu tö cô baûn, chi phí vaän haønh ñoä tin caäy vaø ta phaûi quan taâm ñeán chæ tieâu naêng löôïng ñoù laø heä soá coâng suaát vaø hieäu suaát khi heä laøm vieäc vôùi nhieàu toác ñoä xaùc laäp töø wmax ñeán wmin Toùm laïi chaát löôïng cuûa moät heä truyeàn ñoäng ñieän ñieàu chænh theå hieän ôû nhieàu chæ tieâu ñaùnh giaù toång hôïp vì vaäy ñoái vôùi töôøng phöông phaùp töøng heä ñieàu khieån toác ñoä choïn ra nhöõng chæ tieâu phuø hôïp. III/ ÑIEÀU CHÆNH TOÁ ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU BAÈNG CAÙCH ÑIEÀU CHÆNH ÑIEÄN TRÔÛ MAÏCH PHAÀN ÖÙNG: Nguyeân lyù ñieàu chænh ñieän trôû : Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï trong maïch phaàn öùng laø phöông phaùp bieán trôû coù theå söû duïng cho caùc ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp, kích töø noái tieáp, kích töø hoãn hôïp. b Mc a c w2 w1 M w Hình 6 - 1 Ñaëc tính cô ñieàu khieån Ñaëc tính cô töï nhieân b) a) Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh nhö sau hình 6 –1-1 Hình 6 -1 a : Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû phuï maïch phaàn öùng cuûa ñoäng cô moät chieàu. b : Ñaëc tính cô khi ñieàu chænh ñieän trôû phuï cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Nguyeân lyù ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp naøy nhö sau, giaû söû ñoäng cô ñang laøm vieäc xaùc laäp vôùi taûi laø Mc vaø toác ñoä w1 treân ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân nhö hình 6-1b ñeå ñieàu chænh toác ñoä ta ñoùng moät ñieän trôû phuï Rf vaøo maïch phaàn öùng khi ñoù doøng ñieän phaàn öùng Rö giaûm ñoät ngoät, toác ñoä do quaùn tính neân chöa kòp bieán ñoåi treân hình 6-1b laø ñieåm laøm vieäc bieán ñoåi töø ñieåm a ñeán b doøng Iö giaûm laøm cho moâment ñoäng cô cuõng giaûm theo neân M < Mc vaø toác ñoä giaûm neân söùc ñieän ñoäng cuûa phaàn öùng E= KFw cuõng giaûm laøm cho doøng Iö laïi taêng leân keát quaû laø moâment taêng daàn cho ñeán khi M = Mc thì heä trôû neân xaùc laäp nhöng toác ñoä luùc maùy w2 < w1 vì vaäy toác ñoä w2 phuï thuoäc vaøao Rf vaø Mc. M = b(w0 - w) vôùi Þ Vì vaäy ñieän trôû phuï ñöôïc xaùc ñònh nhö treân Trong ñoù Rö : laø ñieän trôû phaàn öùng w0 : laø toác ñoä khoâng taûi w1, w2 :1aø toác ñoä cuûa ñoäng cô khi ñieàu chænh töøng caáp IV/ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU BAÈNG ÑIEÀU CHÆNH XUNG ÑIEÄN TRÔÛ MAÏCH ÑOÄNG LÖÏC: 1. Nguyeân lyù ñieàu chænh Ñieàu chænh toác ñoä baèng bieán trôû laø moät phöông phaùp ñôn giaûn nhöng coù nhieàu nhöôïc ñieåm lieân quan ñeán daïng ñaëc tính cô meàm vaø vieäc duøng ñieän trôû nhieàu caáp trong maïch ñoäng löïc coøn phöông phaùp ñieàu chænh xung ñieän trôû seõ khaéc phuïc ñöôïc moät soá nhöôïc ñieåm treân ñaây laø daïng phaùt trieån cuûa bieän phaùp ñieàu chænh bieán trôû. b) c) a) Hình 7 -1 Hình 7-1 : sô ñoà nguyeân lyù ñieàu chænh xung ñieän trôû (a) (b, c) laø caùc loaïi khoaù K thöïc teá Sô ñoà treân hình 7-1a ta coù sô ñoà ñieàu chænh xung ñieän trôû coù ñieän trôû R coù giaù trò khoâng ñoåi vaø khoaù K ta coù caùc loaïi khoaù K baèng thyristior hoaëc baèng transistor nhö hình7-1b,c khoaù baèng thyristor duøng khi doøng lôùn coù treân 10 ¸15 vôùi taàn soá caét 200-150Hz. Thyristor T ñoùng vai troø chính trong vieäc ñoùng caét ñieän trôû R coøn Tf vaø tuï C vaø caùc thieát bò phuï khaùc ñeá ngaét T. Khoaù baèng trasistor duøng khi doøng ñieän nhoû côõ döôùi 10A vôùi taàn soá caét cho pheùp cao hôn. Neáu caùc khoaù laø lyù töôûng thì khi khoaù K ñoùng ta coù ñieän trôû R = 0 vaø khi K ngaét Rx = R nhö vaäy ñieän trôû phuï trong maïch phaàn öùng ñoäng cô thay ñoåi chu kyø töø 0 ¸ R vaø ñieän trôû toaøn maïch töø Rö ñeán Rö + R. Ñieän trôû ñieàu chænh trong tröôøng hôïp naøy coù giaù trò töông ñöông Rtd naèm giöõa 0 vaø R noù phuï thuoäc töông quan giöõa thôøi gian caét cuûa khoaù K ta seõ thay ñoåi ñöôïc Rtd do ñoù ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä. ÑTCTN M Ñaëc tính ñieàu chænh coù daïng nhö hình 7-2 : ñoä roãng cuûa xung ñieän trôû tñ:Thôøi gian daãn(ñoùng) ;tc:Thôøi gian caét ta coù theå tính ñöôïc ñieän trôû Rtñ = R(1-g) V/ ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU BAÈNG CAÙCH ÑIEÀU CHÆNH KÍCH TÖØ CUÛA ÑOÄNG CÔ Nguyeân lyù ñieàu chænh Phöông phaùp ñieàu chænh kích töø coù theå duøng ñöôïc cho caùc loaïi ñoäng cô ñieän moät chieàu nhöng ngöôøi ta khoâng ñaët vaán ñeà ñieàu chænh taêng töø thoâng bôûi vì moät maët laø khoâng cho pheùp naâng doøng kích töø leân lôùn hôn giaù trò ñònh möùc maët khaùc do maïch kích töø khi töø thoâng ñònh möùc ñaõ baõo hoaø roài neân neáu coù cho pheùp taêng doøng kích töø ñi nöõa thì töø thoâng cuõng taêng khoâng ñaùng keå f2< f1<fñm fñm>f1>f2 Hình 8 -1 a) b) Khi ñieàu chænh töø thoâng ta ñöôïc hai hoï ñaëc tính toác ñoä vaø ñaëc tính cô khaùc nhau nhö hình 8-1a vaø b Hình 8-1 : Ñaëc tính toác ñoä (a), ñaëc tính cô (b) cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp khi ñieàu chænh kích töø. Giaû söû ban ñaàu ñoäng cô ñang laøm vieäc vôùi doøng kích töø ñònh möùc vaø taûi laø Mc khi ñoù ñieåm laø vieäc seõ laø ñieåm a treân ñaëc tính töï nhieân hình 8-1b töông öùng vôùi toác ñoä w1 . neáu ta noái theâm ñieän trôû ñieàu chænh Rfk vaøo maïch kích töø thì doøng ikt seõ giaûm vaø töø thoâng seõ laø f < fñm vì quaùn tính cô hoïc neân toác ñoä bieán ñoåi chaäm hôn töø thoâng do ñoù söùc ñieän ñoäng phaàn öùng giaûm xuoáng vaø doøng ñieän phaàn öùng taêng leân. Neáu töø thoâng chæ giaûm trong moät phaïm vi ñuû nhoû naøo ñoù thì hieän töôïng neâu treân laøm taêng moâment cuûa ñoäng cô Mb luùc ñoù moment ñoäng cô lôùn hôn moment taûi Mb > Mc ñoäng cô seõ taêng toác vaø do toác ñoä taêng leân. Ñeå thaáy roõ quan heä giöõa toác ñoä vôùi töø thoâng vaø moment taûi ta xeùt tröông hôïp ñôn giaûn nhaát khi Mc = const töø phöông trình ñaëc tính cô vôùi Rö = const , Mc = const ta coù (*) Nhö vaäy w = f(Kf), noù ñaït giaù trò lôùn nhaát khi töông öùng coù Kfcöïc trò toác ñoä seõ baèng khoâmg khi Kf = Kf0 Töø phöông trình (*) ta tìm ñöôïc Hình 8 -2 Hình 8-2 laø quan heä w = f(Kf) khi Mc = const Mc2 < Mc1 Ñeå xaùc ñònh moment taûi cho pheùp Mcp ta phaûi xaùc ñònh quan heä giöõa töø thoâng vaø toác ñoä ta coù phöông trình u = Kfw + IöRö » Kfw Þ Mccp = Kf Hình 8-3 Ñaëc tính moment taûi cho pheùp khi ñieàu chænh töø thoâng B- CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU ÖÙNG DUÏNG ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT I/ ÑIEÀU KHIEÅN TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU BAÈNG HEÄ THOÁNG CHÆNH LÖU BAÙN DAÃN Maïch chænh löu coù ñieàu khieån coù söùc ñieän ñoäng Ed phuï thuoäc vaøo giaù trò cuûa pha xung ñieàu khieån goùc ñieàu khieån chænh löu coù theå duøng laøm nguoàn ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng hoaëc doøng kích töø ñoäng cô, tuyø theo yeâu caàu cuï theå maø ta duøng caùc sô ñoà chænh löu hình tia, chænh löu hình caàu ñoái xöùng vaø khoâng ñoái xöùng. Cheá ñoä laøm vieäc cuûa maïch chænh löu phuï thuoäc vaøo phöông thöùc ñieàu khieån vaø tính chaát cuûa taûi, taûi cuûa chænh löu thöôøng laø cuoän kích töø (L - R - E). Ñeå tìm hieåu hoaït ñoäng cuûa sô ñoà chænh löu hình tia ba pha ta xeùt ôû cheá ñoä doøng taûi lieân tuïc hay giaùn ñoaïn. Cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc (b) Hình 9-1 Hình 9-1 a : sô ñoà noái daây, b : sô ñoà thay theá cuûa chænh löu hình tia ba pha Trong ñoù E : söùc ñieän ñoäng quay cuûa ñoäng cô u2a, u2b, u2c : söùc ñieän ñoängthöù caáp maùy bieán aùp nguoàn L, Lx : ñieän caûm maïch moät chieàu, vaø ñieän caûm taûi cuûa daây quaánthöù caáp maùy bieán aùp R : Ñieän trôû maïch moät chieàu ua = u2m sinwt = u2m sinq Khi doøng ñieän chænh löu id laø lieân tuïc thì coù theå döïng ñöôïc ñoà thò caùc quaù trình doøng ñieän vaø ñieän aùp nhö hình 9-2 Hình 9 - 2 Söùc ñieän ñoäng chænh löu laø nhöõng ñoaïn hình sin noái tieáp nhau, giaù trò trung bình nhö sau , q =wet a = a0 – (p/ 2 - p/ r), Trong ñoù : w2 : Taàn soá goùc cuûa ñieän aùp xoay chieàu a : Goùc môû van (hay goùc ñieàu khieån tính töø thôøi ñieåm chuyeån maïch töï nhieân) a0 : Goùc ñieàu khieån tính töø thôøi ñieåm SÑÑ xoay chieàu baét ñaàu döông r : Soá xung aùp ñaäp maïch trong moät chu kyø ñieän aùp xoay chieàu Ñaây laø phöông trình vi phaân moâ taû thay theá hình 9 –2 b vôùi q = a0 thì id=I0 Trong ñoù : Neáu goïi goùc daãn cuûa van laø l thì ta coù theå tính ñöôïc thaønh phaàn moät chieàu cuûa doøng ñieän chænh löu laø thaønh phaàn sinh ra moâment quay cuûa ñoäng cô Töø ñoù ta tính ñöôïc doøng ñieän chænh löu 2. Cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn Hieän töôïng giaùn ñoaïn doøng ñieän chænh löu xaûy ra do naêng löôïng ñieän töø tích luõy trong maïch khi doøng ñieän taêng khoâng ñuû duy trì tính chaát lieân tuïc cuûa doøng ñieän khi noù giaûm luùc naøy goùc daãn cuûa van trôû neân nhoû hôn 2p/p doøng ñieän qua van trôû veà khoâng tröôùc khi van keá tieáp baét ñaàu daãn trong khoaûng daãn cuûa van thì Sññ chænh löu baèng Sññ nguoàn ed = u2 ; 0£ q £a0 + l Khi doøng ñieän baèng khoâng sññ chænh löu baèng sññ cuûa ñoäng cô ñieän ed = E ; a0 + l <q £ 2p/p Doøng ñieän chænh löu ñöôïc tính nhö sau neáu I0 = 0 trong ** id = Im{[(cosjsinq - j)-e]} - [cosjsin(a0 + l - j)-j - e]e -(q - l-a0)cotgj} Trong ñoù : Hình 9 - 3 Hình 9-3: a- Cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn vaø ñeän aùp b- Luoân lieân tuïc Ta coù doøng ñieän chænh löu Khi q = a0 thì id = 0 neân ta coù nghieäm rieâng cho tröôøng doøng ñieän giaùn ñoaïn Doøng ñieän id baét ñaàu xuaát hieän q = a0 vaø taêng ñeán giaù trò cöïc ñaïi taïi ñieåm maø ôû ñoù vaø giaûm ñeán baèng 0 taïi q = a0 + a trong tröôøng giöõ nguyeân goùc ñieàu khieån a0 = const nhöng taêng daàn sññ E cuûa ñoäng cô thì goùc daãn l seõ bò giaûm daàn vaø khi E = u2msina0 thì a = 0 töùc laø khoâng doøng chaûy trong maïch luùc naøy moâment ñoäng cô cuõng seõ baèng khoâng ñoäng cô bò giaûm toác ñoä. Do ñoù E giaûm doøng ñieän laïi xuaát hieän trong maïch nhöng vôùi toác ñoä thaáp hôn 3. Ñaëc tính cô cuûa chænh löu hình tia ba pha Cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc Doøng ñieän chænh löu Id chính laø doøng ñieän phaàn öùng ñoäng cô ñieän döïa vaøo hình 3-1 ta coù phöông trình ñaëc tính Hình 9 - 4 Hình 9 - 4 : Sô ñoà thay theá chænh löu thysistor X : laø ñieän trôû phaûn khaùng gaây suït aùp do hieän töôïng chuyeån maïch E : söùc ññ cuûa ñoäng cô E = Cfñmw Ed : ñieän aùp chænh löu Coù ñoä cöùng Coøn toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng phuï thuoäc vaøo goùc ñieàu khieån a Khi goùc ñieàu khieån bieán thieân trong vuøng 0£a<p/2 boä bieán ñoåi laøm vieäc ôû cheá ñoä chænh löu Khi taêng goùc ñieàu khieån p/2£ a <amax vaø taûi tính chaát theá naêng Khi moâment taûi doøng qua caùc van lôùn laøm goùc chuyeån maïch taêng theo neân ñeå an toaøn caàn phaûi taêng goùc thoâng sôùm bmin ñieàu naøy laøm giaûm söùc ñieän ñoäng boä bieán ñoåi vaø do ñoù giaûm toác ñoä cöïc ñaïi cho pheùp Hình 9-5. Ñaëc tính cô baûn chænh löu hình tia 3 pha b. Hieän töôïng chuyeån maïch : Trong sô ñoà chænh löu hình tia ba pha khi phaùt xung nhaèm ñeå môû moät van thyristor thì ñieän aùp anoât cuûa pha ñoù phaûi döông hôn ñieän aùp cuûa pha coù van ñang daãn doøng do ñoù maø doøng ñieän cuûa van ñang daãn seõ giaûm daàn veà khoâng coøn doøng ñieän cuûa van keá tieáp seõ taêng daàn leân do coù ñieän caûm trong maïch maø quaù trình naøy xaûy ra töø töø taïi thôøi ñieåm caû hai van ñeàu daãn doøng vaø chuyeån maïch cho nhau quaù trình naøy goïi laø chuyeån maïch giöõa caùc van (b) (a) Hình 9 - 6 : Hieän töôïng chuyeån maïch giöõa caùc van thyristor Trong quaù trình chuyeån maïch vì caû hai van ñeàu daãn neân söùc ñieän ñoäng chænh löu baèng trung bình coäng cuûa ñieän aùp pha töø ñoù ta coù phöông trình caân baèng ta coù i1 + i2 =Id vaø coi thì Khi baét ñaàu chuyeån maïch taïi q = a giaûi phöông trình treân ta coù i2 = Imk(cosa - cosq) Quaù trình chuyeån maïch keát thuùc khi i1 = 0, ie = id vaø taïi q = a + p thì goùc chuyeån maïch m trong thöïc teá vaän haønh ít khi doøng ñieän chænh löu vöôït quaù giaù trò do ñoù coù theå noùi raèng trong chænh löu hình tia ba pha goùc chuyeån maïch cöïc ñaïi laø do ñoù coù chuyeån maïch neân suaát ñieän ñoäng chænh löu bò suït ñi do ñoù coù söï suït aùp chuyeån maïch Hình 9 - 7 : Quan heä giöõa goùc chuyeån maïch m vaø goùc ñieàu khieån II/ ÑIEÀU KHIEÅN TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU BAÈNG BOÄ BAÊM XUNG DUØNG THYRISTOR Sô ñoà nguyeân lyù : Trong ñoù ñieän aùp vaø doøng ñieän cuûa ñoäng cô uÑ vaø I chæ coù giaù trò döông Khi khoaù T daãn ta coù uÑ = un i = in Khi khoaù T ngaét in = 0 uD = 0 i = iD Hình 10-1 : Sô ñoà nguyeân lyù ñieàu khieån chænh xung aùp Do taùc duïng duy trì doøng cuûa ñieän caûm L. caùc giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp vaø doøng ñieän phaàn öùng uÑ, I vaø do ñoù söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô. Khi ñoùng vaø ngaét lieân tuïc cuûa khoaù T seõ ñöôïc xaùc ñònh neáu bieát luaät ñoùng vaø ngaét cuûa khoaù vaø caùc thoâng soá trong maïch Moâ taû quaù trình doøng ñieän vaø ñieän aùp lieân tuïc Aùp duïng ñònh luaät Kirchoff ta coù phöông trình uñ + DuR + E = 0 Taïi thôøi ñieåm t = 0 khoaù T baét ñaàu daãn vaø uD = un; -i = imim Neáu coi suaát ñieän ñoäng E khoâng ñoåi trong moät chu kyø ñoùng ngaét cuûa T ta coù doøng i 0 < t <Tñ (*) : haèng soá thôøi gian aûua phaàn öùng Hình 10-2 : Doøng ñieän vaø ñieän cuûa nguyeân lyù ñieàu chænh xung aùp lieân tuïc taïi thôøi ñieåm t = tñ khoaù T baét ñaàu ngaét luùc naøy uD = 0 vaø D daãn ñieän t, = t –tñ (**) Taïi t, = 0 I = imax vaø ta coù doøng I tñ < t < T Taïi t, = T –tñ töùc taïi t = T i = Imax ta coù doøng i Keát hôïp (*) vaø (**) ta ñöôïc giaù trò cöïc trò Neáu T daãn lieân tuïc tñ = T thì doøng ñieän trong maïch phaàn öùng seõ khoâng ñoåi vaø baèng Quaù trình doøng ñieän vaø ñieän aùp giaùn ñoaïn Taïi thôøi ñieåm tñ = tñgh khoaù T daãn giaûm thì doøng ñieän Imim = 0 vaø heä thoáng seõ chuyeån töø cheá ñoä doøng ñieän vaø ñieän aùp lieân tuïc sang cheá ñoä doøng ñieän vaø ñieän aùp giaùn ñoaïn nhö hình 10 - 3 vôùi ñieàu kieän bieân ta coù phöông trình Hình 10 - 3 Ñaët m = r = Ta coù : m = Töø phöông trình m= ta döïng ñöôïc hoï ñöôøng cong phuï thuoäc giöõa m vaø r nhö hình 10 - 4 Hình 10 - 4 Trong ñoù d laø 1 tham soá vuøng giôùi haïn töø ñöôøng cong d = 0 trôû leân laø khoâng theå thöïc hieän ñöôïc vì ngay taïi d = 0 maïch ñaõ coù Tö = ¥ töùc laø phaûi thuaàn caûm giaù trò g = g’ chính laø giaù trò thöïc Do yeâu caàu ñoùng ngaét vôùi taàn soá cao khoaûng vaøi traêm chu kyø trong 1 giaây (200 ¸ 300Hz) neân khoùa T thöôøng laø thysistor neân ta coù sô ñoà Hình 10 – 5 moâ taû quaù trình ñoùng ngaét naøy Thyristor Tc laøm khoùa T (hình 10 - 5) thyristor Tf laøm nhieäm vuï ngaét TC cuoän caûm L vaø van V duøng ñeå naïp cho tuï C coù cöïc tính nhö hình 10 -5 trong thôøi gian TC daãn D coù nhieäm vuï duy trì doøng qua taûi Hình 10 - 5 Nguyeân lyù laøm vieäc Ôû traïng thaùi ban ñaàu caû hai thyristor Tc vaø Tf ñeàu ñoùng khoâng daãn ñieän neân tuï ñieän chuyeån maïch C chöa ñöôïc naïp ñieän Muoán khôûi ñoäng boä khoùa tröôùc heát cho xung ñieàu khieån môû thyristor Tf tuï ñieän C ñöôïc naïp ñieän vôùi trò soá uc = E vôùi cöïc tính ghi trong daáu luùc naøy ñieän aùp treân taûi u=0. Boä baêm ñeå ôû traïng thaùi saün saøng laøm vieäc Ñeå môû khoùa T taïi thôøi ñieåm ban ñaàu t = 0 ta cho xung ñieàu khieån môû Tc ñieän aùp treân taûi luùc naøy u = E vì thyristor Tc môû neân tuï ñieän C ñöôïc tích ñieän saün cuõng phoùng ñieän qua thyristor Tc, cuoän caûm L vaø diode V keát quaû tuï ñieän ñöôïc naïp theo cöïc tính ngöôïc laïi Taïi thôøi ñieåm t=tñ muoán khoùa thyristor chæ caàn cho xung ñieàu khieån môû thyristor Tf, qua thyristor Tf laïi ñieän aùp treân taûi baèng khoâng u =0 vì Tf môû daãn ñieän neân tuï C laïi ñöôïc naïp ñeán uc = E khi tuï naïp ñaày thyristor Tf khoùa laïi quaù trình laïi ñöôïc laëp laïi cöù nhö vaäy treân phuï taûi hình thaønh caùc xung aùp moät chieàu nhö hình 10-6 Tñ T u E t Hình 10 – 6: xung aùp 1C Ñoä daøi môû xung laø Tñ laø thôøi gian môû thyristor Tc öùng vôùi khoaûng thôøi gian göõa xung môû thyristor Tc vaø xung môû thyristor Tf coù theå ñieàu chænh ñoä daøi xung Tñ theo yù muoán song Td khoâng theå nhoû hôn ½ chu kyø cuûa dao ñoäng L- C töùc laø phaûi baûo ñaûm Td >p chu kyø baêm Tc töông öùng vôùi khoaûng thôøi gian giöõa 2 xung lieân tieáp môû thyristor Tc. cuõng coù theå ñieàu chænh chu kyø baêm theo yù muoán Ñaëc tính cô: Ñeå xaây döïng ñaëc tính cô caàn tìm giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp Hình 10 -7 Ta coù ñöôøng ñaëc tính cô nhö hình 10 –7 III/ ÖÙNG DUÏNG ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU BAÈNG BOÄ BIEÁN ÑOÅI VAN TÖØ – ÑOÄNG CÔ Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch D D Hình III -1 Trong sô ñoà hình nhöõng maùy bieán aùp BA coù chöùc naêng bieán ñoåi giaù trò ñieän aùp phuø hôïp vôùi ñoäng cô, naâng cao heä soá coâng suaát caùc van khoâng ñieàu khieån D duøng ñeå chænh löu ñieän aùp xoay chieàu thaønh moät chieàu vaø taïo thaønh söùc töø hoùa phaûn hoài trong khaùng baõo hoøa (KBH) duøng ñeå ñieàu chænh giaù trò söùc ñieän ñoäng cuûa boä bieán ñoåi toå hôïp khaùng baõûo hoøa vaø caùc van D taïo thaønh moät van ñieàu khieån ta xem xeùt hình: b) a) Hình III - 2 Ta coù phöông trình maïch ñieän hìnhIII –2 a xk bieán ñoåi theo traïng thaùi töø cuûa loõi thang ban ñaàu loõi ñöôïc töø hoùa coá ñònh nhôø cuoän ñieàu khieån Wñk ñeán moät giaù trò B0 naøo ñoù hình – b -Bs£ B0 £ Bs. khi nguoàn e döông doøng thuaän qua van Db töø hoùa loõi cuûa khaùng laøm cho ñoä töø caûm bieán thieân, loõi khoâng baõo hoøa Xk raát lôùn coi iRt = 0 ta coù phöông trình khi t = 0, B = B0 ta coù B = B0 + Bm (1 - cosWt) WLV : soá voøng cuûa cuoän laøm vieäc S: tieát dieän loõi cuûa khaùng baõo hoøa Bm = E2m/ WWLVS : bieân ñoä cuûa töø caûm w : Taàn soá goùc cuûa doøng ñieän löôùi Trong nöûa chu kyø döông töø caûm trong loõi khaùng baõo hoøa seõ bieán thieân theo hình sin hìnhIII-2 b noù ñaït giaù trò baõo hoøa khi wt = a vaø B = BS Ta coù goùc baõo hoøa Taïi wt = a B = Bs = const (loõi khaùng baõo hoøa) thì Xk = 0 neân ñieän aùp e ñaët heát leân taûi Rt E2m sinwt= iRt = ub Ub : ñieän aùp ra cuûa boä bieán ñoåi ta coù ñoà thò ub (wt) nhö hìnhIII-2c Ñoù chính laø söùc ñieäng ñoäng Rb cuûa heä bieán ñoåi van töø trong nöõa chu kyø aâm cuûa söùc ñieän ñoäng e van ngaét doøng töø hoùa khoâng coù neân loõi bò khöû töø bôûi cuoän ñieàu khieån vaø ñoä caûm B seõ giaûm daàn veà B0 coøn aùp treân taûi ub» eb = 0 Giaù trò trung bình cuûa e ñöôïc xaùc ñònh : Neáu chænh löu coù soá laàn ñaäp maïch laø m (*) Töø phöông trình (*) ta thaáy khi thay ñoåi B0 töø -Bs ¸ + Bs ta seõ ñieàu chænh ñöôïc söùc ñieän ñoäng Eb töø 0 ¸ Ebm. Vì B0 do doøng ñieàu khieån taïo ra B0 tyû leä vôùi doøng ñieàu khieån Iñk Neân ta coù : Trong ñoù : Rb : ñieän trôû trong Iö : doøng ñieän phaûn öùng a: haèng soá tyû leä göõa Iñk vaø B0 IV/ ÖÙNG DUÏNG LINH KIEÄN BAÙN DAÃN TRONG MAÏCH CHÆNH LÖU CAÀU BA PHA HOÃN HÔÏP KHOÂNG ÑOÁI XÖÙNG ÑOÄNG CÔ Sô ñoà maïch. HìnhIV-1 Trong maïch naøy duøng Ba thyristor Th1, Th2 vaø Th3 vaø Ba diode D’1, D’2, D’3 Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch: Caùc thyristor th1, th2 vaø th3 ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän ñieàu khieån iG1, iG2, iG3 gioáng nhö ôû maïch chænh löu caàu ba pha duøng thyristor moãi thyristor ñöôïc gaây môû chæ khi noù coù tín hieäu IG vaø ñieän aùp treân cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù laø lôùn nhaát trong soá ba ñieän aùp u1, u2, u3 ngoaøi ra ta cuõng giaû thuyeát ñoäng cô coù ñieän caûm L lôùn neân maïch laøm vieäc trong cheá ñoä lieân tuïc cung caáp cho phuï taûi vôùi doøng ñieän phuï taûi coù trò soá khoâng ñoåi vaø baèng giaù trò trung bình cuûa noù I’d trong cheá ñoä naøy thyristor sau khi ñöôïc kích môû seõ tieáp tuïc môû cho ñeán luùc moät thyristor khaùc ñöôïc kích môû coøn moãi diode trong ba diode D’1, D’2, D’3 seõ môû trong khoaûng thôøi gian maø ñieän aùp treân cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù coù giaù trò beù nhaát trong soá ñieän aùp u1, u2, u3 Khi goùc môû chaäm cuûa thyristor a< p/3 ta coù ñoà thò bieán thieân cuûa ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu nhö hình IV-2a Khi goùc môû a> p/3 ta coù ñoà thò bieán thieân cuûa ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu nhö hình IV-2b Treân ñoà thò hìnhIV-2b bieåu dieãn caùc khoaûng môû cuûa moãi thyristor vaø diode + Ta coù theå thaáy a< p/3 hìnhIV-2b treân ñoà thò toàn taïi nhöõng khoaûng môû ñoàng thôøi thyristor vaø diode ñöôïc noái vôùi cuøng moät daây quaán thöù caáp Trong khoaûng q3 £ q £ q4 thyristor vaø diode D’1 (cuøng noái vôùi pha 1) ñöôïc môû ñoàng thôøi trong khoaûng ñoù phuï taûi laïi noái taét bôûi th1 vaø D’1 vaø ñieän aùp ôû hai ñaàu phuï taûi ud=0 + Khi a< p/3 hìnhIV–2a trong ñoà thò khoâng toàn taïi nhöõng khoaûng môû ñoàng thôøi hai thyristor vaø diode ñöôïc noái vôùi cuøng moät pha cuûa nguoàn ñieän. Do ñoù ñieän aùp ud luoân luoân lôùn hôn khoâng Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu ud = um - un + Trong khoaûng q1 £ q £ q3 thyristor th1 môû uM = u1 + Trong khoaûng q3 £ q £ q5 thyristor th2 môû uM = u2 + Trong khoaûng q5 £ q £ 2p vaø 0 £ q £ q1 vaø thyristor th3 môû uM = u3 Do ñoù giaù trò trung bình cuûa uM laø Ta coù: vaø Þ + Trong khoaûng q2 £ q £ q4 diode D’3 môû uN = u3 + Trong khoaûng q4 £ q £ q6 diode D’1 môû uN = u2 + Trong khoaûng q6 £ q £ 2p vaø 0 £ q £ q2 diode D’2 môû uN = u2 Þ Ta coù giaù trò trung bình cuûa un laø : Khi vaø Nhö vaäy Þ Khi thay ñoåi a töø 0 ñeán p ta coù theå thay ñoåi ñieän aùp chænh löu töø Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi : ungmax = um Doøng ñieän phuï taûi Khi ñoäng cô ñieän moät chieàu coù söùc phaûn ñieän ñoäng E ñieän caûm L ñieän trôû R Ta coù : E <