Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều

LỜI MỞ ĐẦU Bước sang thế kỷ 21, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã trở thành nòng cốt của mọi sự tiến bộ xã hội, đặc biệt quan trọng là sự tiến bộ về kinh tế. Nhờ đó xã hội được thay đổi từng ngày, từng giê. Đất nước ta đang từng bước chuyển mình, để theo kịp với thế giới. Trong những năm gần đây, xu thế CNH đã mang lại nhiều thay đổi cho đất nước, đặc biệt là lĩnh vực TĐH. Công nghệ TĐH đã mang lại rất nhiều lợi Ých cho con người như tăng năng suất lao động, giảm nhân công, hạ giá thành sản phẩm… hơn nữa giúp con người tránh phải làm việc ở môi trường bất lợi hay khó tham gia. Do đó yêu cầu CNH – HĐH trở thành vấn đề cấp thiết. Đất nước ta vốn là một nước nông nghiệp, nền nông nghiệp còn lạc hậu vì vậy vấn đề CNH CN trở nên hết sức quan trọng. Trước đây công nghiệp nước ta chủ yếu lao động thủ công, thô sơ, con người phải lao động nhiều. Do đó chất lượng và hiệu quả thấp. Ngày nay công nghiệp nước ta đang từng bước tiến hành TĐH. Các thiết bị TĐH đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thủy điện , giấy, đường… đang sử dụng ngày càng nhiều thành tựu của công nghiệp hiện đại với mục tiêu CNH – HĐH đất nươc, ngày càng có nhiều dây truyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi những cán bộ kỹ thuật, kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất, vi mạch, vi sử lý… trong công tác kỹ thuật hiện đại để đưa TĐH vào sản xuất. Để nâng cao năng suất chất lượng trước hết ta phải điều chỉnh những động cơ trong dây truyền sản xuất. Để điều chỉnh động cơ ta có nhiều cách: Điều chỉnh bằng phương pháp băm xung áp một chiều, biến tần, PLC… và bằng bộ chỉnh lưu điều khiển tiristo. Theo nhiệm vụ được giao của thiế kết tốt nghiệp là tề tài: ”Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều” Với kiến thức đã học, kiến thức thực tế, sự tìm tòi và với sự hướng dẫn tận tình của thầy Lưu Đức Dũng cùng các thấy trong trung tâm nghiên cứu và phát triển tự động hoá (CERDA), em đã hoàn thành quyển đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, em mong thầy cô và các bạn góp ý kiến để quyển đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ Khái niệm chung về máy điện Máy điện là thiết bị điện tử, nguyên lý làm việc dùa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn) dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ điên). Máy điện là máy thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải… Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng… Phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng: máy điện tĩnh, máy điện quay. II/ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Máy điện có nhiều loại nhưng trong đồ án này theo đề tài được nhận em chỉ trình bày về động cơ điện một chiều. 1, Cấu tạo động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều là thiết bị điền từ quay, nó biến điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc của nó dùa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vì vậy nó được dùng nhiều trong công nghiệp cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (như máy cán thép, máy bơm, quạt gió, máy căt…) Ngoài dây quấn xếp ở máy điện một chiều còn kiểu dây quấn sóng. Các phần tử được nối thành mạch vòng kín ở dây quấn sóng đơn chỉ có hai mạch nhánh song song, thường thấy ở máy có công suất nhỏ. - cổ góp và chổi điện: Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạnh hình trụ gắn ở đầu trục rô to. Các đầu dây của phần từ nối với phiến góp. Chổi điện làm bằng than grafit. Các chổi tỳ đặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy. Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: - Phần tĩnh (stato) - Phần quay (roto) a, Phần tĩnh. Hay còn gọi là phần kích từ của động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm có mạch từ và dây quấn kích thích lồng ngoài mạch từ. - Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc) - Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (êmay). Các cuộn dây kích từ này được nối với nhau. 12 2 1 – Mạch từ2 – Cuộn dây kích từ 2 – Cuén d©y kÝch tõ H. 1-1: Cấu tạo động cơ điện 1 chiều B, Phần quay. Hay còn gọi là phần ứng, sinh ra sức điện động. Gồm có mạch từ được làm băng vật liệu sắt từ (các lá thép kỹ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có xẻ rãnh để lồng dây quấn phần ứng (được làm băng dây điện từ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối vơi nhau theo mét quy luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối lên các phiến đồng gọi là các phiến góp. Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than, được làm bằng than graphit và được Ðp sát vào mặt cổ góp nhờ lò xo. Mạch roto3. trục 1 chổi than 3. trôc 1 chæi than Cổ góp 2. lõi thép cuộn dây a,b, b, H. 1-2: cổ góp 2, Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều. Ở động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ. - Nguồn phần ứng được đưa vào 2 chổi than để đưa vào cổ góp của phần ứng Fđt c c Fđt b A d b A d A a + n + n + n b n b cFđt F®t Fđt Ba F®t B a B q - - - H. 1-3: sơ đồ nguyên lý hoạt động. Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho roto quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab và cd đổi chỗ cho nhau. Do co phiến góp chiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không đổi. Đảm bảo động cơ co chiều quay không đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư. Chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều với chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp trong mạch vòng phần ứng: U = Eư + Rư Iư 3, Phân loại động cơ điện một chiều. Tuỳ theo cách kích từ động cơ điện một chiều mà được phân loại thành các động cơ sau: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Động cơ điện một chiều kích từ song song. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Trong động cơ điện một chiều kich từ song song ta có phương trình đặc tính cơ: ω01 ω02 Δω1 Δω2 Đặc tính cơ ứng với Uư1 là: (1) (1) (1) (1) 0 H×nh 1-4 ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ M M2 M1 ΔM (2) có độ cứng: đặc tính cơ ứng với Uư2 là: có độ cứng: ta thấy ( vì ) vì động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song có điện trở phần ứng nhỏ do đó rất lớn => Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập hoặc song song có độ cứng ứng với đặc tính cơ tự nhiên tương đối cứng nghĩa là động cơ có độ ổn định tốc độ tương đối tốt. độ cứng đặc tính cơ tương đối tốt nên sau này ta xây dưng hệ kín để nâng cao độ cứng lớn hơn độ cứng tự nhiên. III/ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY SẢN XUẤT. Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng tuy vậy phần lớn được biểu diễn dưới dạng tổng quát. trong đó:Mco – Mô men ứng với tốc độ Mco – M« men øng víi tèc ®é ω = 0 Mđm – Mô men ứng với tốc đé định mức Wđm Mc – Mô men ứng với tốc độ W - α = 0, Mc = Mđm = const, đặc tính cơ của các cơ cấu nâng hạ, bằng tải (đường 1 hình 1-6) - α = 2, mô men tỷ lệ bậc 2 với tốc độ là đường đặc tính của các máy bơm, quạt gió (đường 2 hình) - α = -1, mô men tỉ lệ nghịch với tốc độ là đường đặc tính cơ của các máy cắt gọt kim loại. ω (1) (2) (3) (3) 0 M H. 1-5: Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất IV/ ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay W(n) và mô men của động cơ: ω = f (M) hoặc n = f(n) với: ω – tốc độ góc, rad/s N – tốc độ quay, vòng/ phót M – mô men, Nm có 2 loại đặc tính cơ: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. Nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, từ thông định mức và không nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ) thì ta có đường đặc tính cơ tự nhiên. Trên đường đặc tính cơ tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị (Mđm, wđm). Đặc tính nhân tạo là khi thay đổi các tham số nguồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ. ω0 ω ω ω0 ωdm ωđm TNTN TN ωcb ωnt r ≠ 0 NT (r lớn) NT (r lín) 0 I Iđm I 0 M 0 Mđm Mc M a,b, b, H, 1-6: a, đặc tính cơ điện của động cơ b, đặc tính cơ của động cơ. để đánh giá đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm về độ cứng của đặc tính cơ. + lớn ta có đặc tính cơ cứng. + nhá ta có đặc tính cơ mềm + -> ta có đặc tính cơ tuyệt đối cứng Vậy động cơ có đặc tính càng cứng thì tốc độ thay đổi càng Ýt khi mô men thay đổi nhiều. Nghĩa là động cơ có khả năng tự ổn định tốc độ, Ýt phụ thuộc vào mô men cản trên trục động cơ. V/ Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ và máy sản xuất Trong truyển động điện vấn đề quan trọng đặt ra là phải phối hợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản xuất. Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và của máy sản xuất là phải tìm ra được điểm chung giữa hai đặc tính cơ đó, để sao cho luôn đảm bảo được tính ổn định công tác trong chế độ làm việc. Phương trình động học của hệ truyển động: với:M – mô men của động cơ. M – m« men cña ®éng c¬. Mc – mô men cản của động cơ. J – mô men quán tính. Nếu M > Mc thì M > Mc th× > 0 ta có hệ tăng tốc M < Mc thì<0 ta có hệ giảm tốc M = Mc thì = 0 ta có hệ làm việc ổn định. Điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm giao nhau giữa đặc tính cơ của động cơ và máy sản xuất. Phải thoả mãn điều kiện ổn định gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ và tải. điểm làm việc là điểm cắt nhau giữa đường đặc tính cơ của động cơ và máy sản xuất w Mđ wA’ A’ M A’ Mc wA A A wA” A” M 0 wB B B H. 1-7: d¹ng ®Æc tÝnh c¬ m¸y s¶n xuÊt. Trên hình vẽ ta thấy: * A (MA, wA), A’ (MA’, wA’) MA > MA’ do đó MĐ - MT = J hệ giảm tốc * A (MA, wA), A” (MA”, wA”) MA < MA” do đó MĐ - MT = J hệ tăng tốc Vậy điểm A’, A” là điểm làm việc không ổn định, chỉ có điểm a là điểm làm việc ổn định tại đó thoả mãn phương trình cân bằng mô men MĐ - MT = J VI/ Xây dựng phương trình và đồ thị đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập E Uư Rđ Iư CKTR Rk Ukt H. 1-8: sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớng thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau gọi là động cơ kích từ độc lập (Hình 1-8) 1, Phương trình đặc tính cơ của động cơ điên một chiều kích từ độc lập. Phương trình điện áp cân bằng của mạch phần ứng Uư = Eư + (Rư + Rf) Iư Trong đó:Uư - điện áp phần ứng (V) U­ - ®iÖn ¸p phÇn øng (V) Eư – sức điện động phần ứng (V) Rư - điện trở mạch phần ứng (Ω) Iư – dòng điện mạch phần ứng (A) Với: Rư = rư + rcf + rb + rct R­ = r­ + rcf + rb + rct rư - điện trở cuộn dây phần cứng rcf - điện trở cực từ phụ rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc chổi điện. Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: với:P – số đối cực từ chính P – sè ®èi cùc tõ chÝnh N – sè thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng - từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) ω– tốc độ góc (rad/s) : hệ số cấu tạo động cơ. Nừu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n thì: Eư = ken Và: Vì vậy: Từ đó ta có: (1) đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ mặt khác, mô men điện từ (Mđt) của động cơ được xác định bởi: Mđt => (2) từ (1) và (2) ta có: bá qua các tổn thất cơ và tổn thất kép thì mô men trên trục động cơ sẽ bằng mô men điện từ (M) Mđt = Mcơ = M => Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông = const thì phương trình đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ điện là tuyến tính. Đồ thị được biểu diễn trên hình (H. 1-9, 1-10) w w wo wo wđm wđm 0I Iđm I Inm I 0 M I 0 Mđw M Mnm M H. 1-9: đặc tính cơ điện động cơ H. 1-10: đặc tính cơ của động cơ Trên đồ thị; khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì Wo gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Khi W = 0 thì: Inm, Mnm được gọi là dòng điện và mô men ngăn mạch phương trình đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có thể viết ở dạng: Trong đó:R = Rư + Rf R = R­ + Rf ta có độ sụt tốc độ: CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Như đã nói ở trên điều chỉnh động cơ một chiều có đặc tính cơ tự nhiên tương đối cứng nghĩa là có khả năng tự ổn định tốc độ tương đối tốt. Tuy nhiên trong những hệ TĐĐ của động cơ 1 chiều mà mô men cản của động cơ thay đổi nhiều thì tốc độ động cơ vẫn bị dao động theo nên hệ TĐĐ đó yêu cầu chất lượng ổn định tốc độ phải thật tốt nghĩa là tốc độ thực của động cơ phải rất gần với tốc độ đặt thì hệ TĐĐ hở chưa đáp ứng được do đó để nâng cao độ ổn định tốc độ người ta phải xây dựng hệ TĐĐ kín có phản hồi tốc độ để nâng cao độ ổn định tốc độ hay nói cách khác giảm sai số giữa tốc độ thực và tốc độ đặt. Sơ đồ khối của khệ thống này là: Rw BB§ §. c¬ P. håi w wđặt Δw Uđk - wt Khâu phải hồi tốc độ đo tốc độ thực để đem so sánh với tốc độ đặt. Khâu so sánh sẽ so sánh wđ và wt sai số tốc độ đo được khâu điều chỉnh. tốc độ w biến đổi thành tín hiệu điều chỉnh bộ biến đổi để điều chỉnh điện áp ra động cơ theo su hướng làm cho wcđ gần wđ nghĩa là giảm nhỏ sai sè wt và wđ Do đó nếu ta điều chỉnh w động cơ bằng dùng hệ Tiristo thì hoàn toàn có thể điều chỉnh bằng phương pháp trên do vậy đồ án này chính là làm điều đó. Trong trường hợp hệ thống TĐĐ cần chất lượng cao hơn. Ví dụ điều chỉnh dòng để giữ Mđcơ = Mphụ tải thì người ta còn phải thực hiện phản hồi dòng qua khâu RI. Khi đó ta có 2 mạch vòng phản hồi mà trong đồ án này không cần nên ta chỉ cần ổn định tốc độ. Chi tiết cụ thể được trình bày ở phần chỉnh lưu điều khiển. Để điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh dễ dàng mà cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản, đạt tốc độ điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. I/ Chỉ tiêu đánh giá hệ truyền động Để đánh giá chất lượng của một hệ truyển động điện thường phải căn cứ vào một số chỉ tiêu sau: 1, Độ trơn của điều chỉnh tốc độ. Trong đó:W Wi – giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp i Wi+1 – giá trị tốc độ đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) Hệ điều chỉnh vô cấp nếu -> 1, tức hệ tự động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trị trong suốt giải điều chỉnh. Hệ điều chỉnh có cấp khi nó chỉ có thể làm việc ổn định ở một số giá trị của tốc độ trong dải điều chỉnh. 2, Độ rộng điều chỉnh (dải điều chỉnh) Dải điều chỉnh hay phạm vi điều chỉnh là tỷ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mo men tải đã cho: Giá trị tốc độ cực đại Wmax bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ và với động cơ một chiều nó còn bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp. Tốc độ nhỏ nhất Wmin bị chặn dưới bởi yêu cầu về mô men khởi động, khả năng quá tải và về sai số tốc độ làm việc cho phép. Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều: Ta thấy có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp sau: - Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ - Điều chỉnh điện trở trên mạch phần ứng - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ. II/ Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông. ω ω01 w0 wB B B wA A TN TN φđm φ < φđm 0 Mc M Mc M H. 2-1: đặc tính động cơ khi biến đổi φ Thay đổi từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mo men điện từ của động cơ M = KφIư và sức điện động động cơ Eư = KφW. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: với:r rkt - điện trở dây quốn kích từ. Rb - điện trở của nguồn điện áp kích từ Wk – số vòng dây của dây quấn kt Trong chế độ xác lập ta có quan hệ: Xét trường hợp φ < φđm. Khi φ giảm dần đến ω0 tăng và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần. Việc tăng tốc độ khi φ giảmchỉ dùng trong một giới hạn phụ tải nào đó thì việc giảm dẫn đến giảm tốc độ. Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức. Do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính cơ có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi à đặc tính cơ bản (có trường hợp chính là đặc tính tự nhiên của động cơ). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng xấu đi. Ưu nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ được bằng phương pháp này ta thu được w >wđm và chỉ chỉnh được giảm từ thông. Khi giảm từ thông ta thu được họ đặc tính cơ dốc hơn đặc tính cơ định mức, do đó độ cứng đặc tính giảm khi giảm từ thông chỉ làm việc trong phạm vi tải nhỏ chú không dùng cho tải lớn vì M = KφIư, giảm từ thông thì mô men giảm rất nhiều khi điều chỉnh bằng giảm từ thông rất dễ dẫn đến mất φ làm cho dòng điện tăng lên rất nhanh làm háng động cơ. III/ Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng. Giả sử: Uư = Uđm φ = φđm = const tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi Rf w w wo wo wA A wC C wB B TN Rf= 0 TN Rf= 0 wB B TN Rf = 0 TN Rf = 0 wC C Rf Rf1 wA A Rf Rf1 Rf2 Rf2 0 M 0 M M 0 M a,b, b, H. 2-2: đặc tính động cơ khi thay đổi R phần ứng a, khi giảm tốc độ; b, khi tăng tốc Khi thay đổi Rf trên mạch phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ biến đổi và ta được quan hệ đường đặc tính như hình H. 2-2 các đường đặc tính cơ luôn đi qua điểm (0, wo), Rf càng lớn thì càng nhỏ dần đến đặc tính cơ càng dốc. Ưu nhược điểm: Điện trở phụ càng lớn thì tố độ càng giảm. cách điều chỉnh này có cấp nên độ mịn điều chỉnh kén, không trơn. Sai lệch tĩnh lớn, không đo được tốc độ cơ bản ωo Độ cứng đặc tính giảm khi Rf tăng ,không thể điều chỉnh đến tốc độ nhỏ vì độ cứng rất dốc dẫn đến độ ổn định tốc độ kém, tổt thất năng lượng trên Rf rất lớn. Khi Rf tăng làm M mở máy giảmvì vậy khó khởi động phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện, thường được sử dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm ω < ωđm IV/ ĐIỀU CHỈNH BẰNG THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ. w w MC M MC wo A wo B WA TN wB TN w01 B U Uđm w01 A U Uđm wB Uư wA UƯ M M M M A, Khi giảm U b, Khi tăng U H. 2-3: đặc tính động cơ khi thay đổi điện áp phần ứng Khi điều chỉnh tốc độ theo điện áp phần ứng động cơ thì điện áp kích từ là không đổi. để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ 1 chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành 1 chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Phương trình cân băng điện áp ở chế độ xác lập. Phương trình đặc tính cơ: Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = Km Mđm Với KM hệ số quá tải về mô men. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nên theo độ cứng đặc tính cơ ta có: Phạm vi điều chỉnh tốc độ D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng . 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 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Vậy với tải có tính mô men không đổi thì phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt quá ωđm. Do đó muốn nâng cao dải điều chỉnh cần phải cấu trúc theo hệ kín. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đặt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh. Tron suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ đươc giữ nguyên. Do đó mô men cho phép của hệ sẽ là không đổi. Ưu điểm: Cấp điều chỉnh rất trơn, tinh . Dải điều chỉnh rộng nhưng không làm thay đổi độ cứng nên độ ổn định tốc độ tốt. Mô men mở máy giảm Ýt do vậy dễ khởi động Trước khi giảm tốc độ thì quá chế độ hãm tái sinh nên trả lại năng lượng cho nguồn Không có tổn thất trong mạch phần ứng Phương pháp này có thể áp dụng cho non tải, đẩy tải, sử dụng rộng dãi Nhược điểm: Chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản. Muốn thay đổi được điện áp nguồn phải có nguồn thay đổi điện áp. V, PHƯƠNG PHÁP BĂM XUNG ÁP 1 CHIỀU U U U Uđm Uđm Utb1 Utb2 tc tk tc tk T t T tc tk tc tk T tck tck a, thời gian có tăngb, thời gian có giảm b, thêi gian cã gi¶m H. 2-4: Đồ thị băm xung áp Thời gian có xung tăng, thời gian mất giảm thì Utb tăng làm tốc độ tăng và ngược lại. Ưu điểm: Phương pháp này có ưu điểm giống như thay đổi điện áp phần ứng và còn ưu điểm khác là giá trị trung bình giảm nhưng giá trị định mức không đổi do đó mo men mở máy cao dễ khởi động. Tuy nhiên cần phải có bộ điều chỉnh độ rộng xung. Nhận xét: Qua các phương pháp điều chỉnh trên ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ là phù hợp vì khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ ta được họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Khi thay đổi điện áp thì Mnm, Inm của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất định. VI/ BỘ BIẾN ĐỔI. Như đã trình bày ở trên, muốn thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng ta cần có nguồn điện áp phần ứng. Nguồn điện áp phần ứng đó chính là bộ biến đổi, để biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp 1 chiều cấp cho phần ứng động cơ điện 1 chiều bộ biến đổi là bộ phận rất quan trọng của hệ thống truyền động, nó quyết định khả năng và chất lượng điệu chỉnh các chế độ làm việc. Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ thống truyền động sau: - Dùng hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) - Dùng hệ thống chỉnh lưu Tiristor - động cơ (T - Đ) 1, Hệ thống máy phát động cơ (F - Đ) F § UF Ukt Phương trình đặc tính cơ: Ưu nhược điểm: Khi sử dụng hệ thống F - Đ dải điều chỉnh rộng, trơn tính linh động cao. Tuổi thọ cao, chịu quá tải lớn. Tuy nhiên do sử dụng nhiều máy điện nên hiệu suất thấp, cồng kềnh, gây tiếng ồn lớn. Công suất, lắp đặt, vốn đầu tư, chi phí vận hành lớn. Do máy phát có từ dư nên đặc tính từ hoá rễ vì vậy khó điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp. 2, Hệ thống chỉnh lưu Tiristo - động cơ (T - Đ) FX ˜3 pha Uđk Phương trình đặc tính cơ: Trong hệ thống chỉnh lưu - động cơ, bộ biến đổi làm nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều cung cấp cho điện áp động cơ truyển động. BBĐ tính trực tiếp biến từ xoay chiều thành 1 chiều qua khâu trung gian cơ học nào đó và bên cạnh chức năng biến đổi năng lượng đó, nó có chức năng điều chỉnh sức điện động ra vào bộ biến đổi. Ưu điểm của hệ thống này là: Thường sử dụng các linh kiện bán dẫn nên hệ thống tác động nhanh nhạy với tín hiệu điều khiển. Tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển nhỏ. Hệ số khuyếch đại lớn có khả năng tự động hoá ở trình độ cao, gọn nhẹ, không gây tiếng ồn. Giá thành hạ độ tin cậy cao, phạm vi điều chỉnh rộng. Nhược điểm: Do sử dụng các linh kiện bán dẫn nên hệ số quá tải kém mạch, điều khiển phức tạp. Hệ thống đảo chiều phức tạp, điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu có dạng đập mạch, đây là nguyên nhân gây ra tổn hao phô trong động cơ, hệ số cosφ thấp. Nhận xét: Qua phân tích ở trên ta thấy, hệ thống truyền động chỉnh lưu tiristo - động cơ rất phù hợp với đề tài đồ án vì vậy ta chọn phương pháp này cho đồ án. Ưu điểm của hệ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh. Hệ thống gọn nhẹ chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao V II/ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ. Ổn định tốc độ trong truyền động điện có ý nghĩa rất lớn trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của truyền động điện người ta có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện 1 chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng do đó điều chỉnh được tốc độ động cơ. Phương pháp kích từ tốt nhất là cung cấp cho phần cảm một điện áp định mức qua bộ chỉnh lưu bán điều khiển, sẽ được trình bày ở phần sau. Điện áp trung bình của phần ứng quyết định tốc độ quay của động cơ. Quán tính của động cơ là đặt tất cả các mô men dao động cho các điều hoà của điện áp. Tốc độ quay động cơ do đó chỉ phụ thuộc vào góc mở bộ chỉnh lưu góc mở thường được điều chỉnh nhờ điện áp điều khiển. Tốc độ làm việc của truyển động điện do công nghệ yêu cầu và được gọi là tốc độ đặt. Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải do đó gây ra sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt. Biện pháp chủ yếu để ổn định tốc độ làm việc là tăng độ cứng của đặc tính cơ bằng điều khiển theo hệ kín. Được thực hiện bằng mạch phản hồi âm tốc độ, trong đó tín hiệu tốc độ được lấy trên máy phát tốc độ FT là máy phát có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ quay. Uw = Kt W Sơ đồ mạch phản hổi âm tốc độ. Rω BB§ §. c¬ P. håi tèc ®é Nguồn động lực ωđặ ss Δω t/h đk Uư U t/h ®k U­ U ωthực - CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU. Người ta dùng mạch chỉnh lưu 3 pha trong những trường hợp tải công suất lớn nến dùng bằng chỉnh lưu 1 pha thì sẽ làm lệch lước dùng băng chỉnh lưu 3 pha thì chất lượng tốt trong đề tài này công suất nhỏ. Yêu cầy không cao vì vậy ta chọn bằng phưong pháp cầu 1 pha không đối sưng. Với chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng thì có rất nhiều cách mắc. Nếu ta dùng sơ đồ như hình b và c, thì cần pảhi có van đệm. Bởi vì trong chỉnh lưu mạch đơn khi góc điều khiển α đủ lớn thì thành phần đập mạch của điện áp và dòng chỉnh lưu cùng tăng lên, làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp động cơ và gây phát nóng phụ trong động cơ. Ở các sơ đồ truyển động không chỉ đảo chiều và động cơ có sức điện động luôn dương người ta mắc thêm 1 van đệm song song ngược với sức điện động của động cơ việc mắc thêm van đệm sẽ gây tốn kém thêm 1 đi ốt. Ta chọn cách mắc như hình a, bởi vì 2 đi ốt song song vơi 2 tiristo chính là hai van đệm. Trong sơ đồ (a) các diot D1, D2 vẫn mở tự nhiên ở đầu chu kỳ. D1 mở khi U2 âm, D2 mở khi U2 dương. Các Tiristo mở theo góc α. Tuy nhiên các van khoá theo nhóm D1 dẫn sẽ làm T1 ( cùng nhóm Catot chung ) khoá, T1 dẫn D1 bị khoá tươnag tự T2 dẫn thì D2 khoá. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi θ= α cho xung điều khiển mở T1 trong khoảng từ α đến Π. T1 và D2 cho dòng chạy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu, D1 mở ngay, T1 bị khoá lại dòng id = Id chuyển từ T1 sang D1, D1 cho dòng chạy qua Ud = 0, D2 khoá. Khi θ = Π + α cho xung mở T2. Dòng tải id = I chạy qua D1 và T2. Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristo và diot không bằng nhau. Góc dẫn dòng của diot là: θD = Π + α, còn của Tiristo là: θT = Π – α Giá trị trung bình của điện áp tải: chính là 2 van đệm Trong sơ đồ a) các điôt Đ1, Đ2 vẫn mở tự nhiên ở đầu chu kỳ Đ1 mở khi U2 âm, Đ2 mở khi U2 dương. Các Tiristo mở theo góc a. Tuy nhiên các van khoá theo nhóm Đ1 dẫn sẽ làm T1 (cùng nhóm catôt chung) khoá, T1 dẫn Đ1 bị khoá tương tù T1 dẫn thì Đ2 khoá và ngược lại Đ2 dẫn thì T2 khoá. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi q = a cho xung điều khiển mở T1 trong khoảng từ a đến p. T1 và Đ2 cho dòng chạy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu, Đ1 mở ngay, T1 bị khoá lại dòng id = Id chuyển từ T1 sang Đ1, Đ1 cho dòng chạy qua, Ud = 0, q2 khoá. Khi q = p + a cho xung mở T2. Dòng tải id = I chạy qua T2 và Đ1. Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristo và điôt không bằng nhau. Góc dẫn dòng của điôt là: ld = p + a còn của Tiristo: lT = p + a. Giá trị trung bình của điện áp tải: Giá trị trung bình của tải: Id = CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH LỰC. I. Tính toán thông số điện áp và dòng điện. Các tham sè cho trước: Dải điều chỉnh tốc độ: độ sụt tốc độ: Tốc độ định mức của động cơ: Mômen định mức của động cơ: Dòng định mức của động cơ: với Ud = Umax: Vậy với amin = 29,5o với Ud = Umin: Þ amax = 132o Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điôt và tiristo là: Ta có góc mở amin= 29,5o nên giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Vì mạch lực là cầu một pha không đối xứng cho nên góc dẫn dòng của Tiristo và điôt là không bằng nhau. Góc dẫn dòng của điôt là , còn của Tiristo là Giá trị trung bình của dòng tải: Giá trị trung bình của dòng trong Tiristo là: Trị trung bình của dòng trong điôt. Điện trở của cuộn dây phần ứng: Rư= 0,5(1-h) = 0,5(1- 0,73). Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ: no = Trị sè Kjđm khi động cơ làm việc ở chế độ định mức: Để xác định được Umax ứng với góc mở amin và Umin ứng với góc mở amax thì phương trình đặc tính cơ ta có: với n = var ta có giá trị Umax, Umin là: Từ công thức: Trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp: II. Tính chọn van cho sơ đồ mạch lực. Việc chọn van bán dẫn mạch lực được chọn theo các thông số cơ bản của van. Giá trị trung bình lớn nhất của van (Itbmax), đây là giá trị dòng lớn nhất mà van có thể chịu đựng được ứng với chế độ làm mát tốt nhất cho van (chế độ lý tưởng). Trong thực tế không đạt điều kiện làm mát lý tưởng nên khi sử dụng không được quá giá trị này. Giá trị biên độ điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên van (Ungmax) nếu vượt quá giá trị này thì van bị chọc thủng. Để chọn điôt và Tiristo thì theo kinh nghiệm thực tế ta chọn hệ số an toàn về áp là: ku = 1,6 và hệ số an toàn về dòng ki = 1,2. Khi đó van chịu được điện áp ngược là: Uv > Ungmax . ku = 311. 1,6 = 498 (V) chọn điôt chịu được dòng: Iv > ID. ki = 40.1,2 = 48(A). chọn Tiristo chịu được dòng là: Iv > IT . ki =28,6.1,2 = 34,3 (A). Từ điều kiện trên ta chọn 2 điôt loại B_20 do Liên Xô chế tạo có các tham sè: Itb = 50(A) Uv = 500 (V) Tiristo loại TU_10 do Liên Xô chế tạo có các tham sè: Itb = 50(A) Uv = 500 (V) Ig = 0,9 (A) Ug = 3 (V) toff = 10,5 (ms) III. Chọn thiết bị bảo vệ. Để bảo vệ quá điện ápb người ta dùng mạch bảo vệ RC. Mạch RC được mắc song song với van sẽ giúp giảm tổn thất trong quá trình đóng cắt và giảm xung áp trên van. Nếu điện áp đặt trên Tiristo tăng với tốc độ lớn (du/ dt khoảng vài chục Vol trong mét ms) thì Tiristo cũng có thể chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái mở mặc dù chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G. Đạo hàm du/ dt này sinh ra dòng điện đặt trên hai bản cực của CT. i = C. Dòng điện này giữ vai trò như là dòng điều khiển Ig, làm cho Tiristo mở cho dòng chảy qua ngoài mong muốn. Khi có xung mở Tiristo tụ điện C sẽ phóng điện qua Tiristo. Điện trở R sẽ hạn chế dòng điện này. Sử dụng các trị số kinh nghiệm ta chọn: C = 1mF, R = 100W. Khi Tiristo bắt đầu dẫn dòng không cho phép dòng qua nó tăng vượt giới hạn cho phép nếu không van sẽ bị chọc thủng. Để bảo vệ người ta dùng điện cảm để hạn chế tốc độ tăng dòng. Chọn L = 100mH. CHƯƠNG V. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. I. Khởi tạo nguồn nuôi. Hầu hết các thiết bị điện tử đều dùng nguồn một chiều, nguồn một chiều này được tạo ra bằng cách biến đổi điện áp lưới 220V xoay chiều sau đó ổn định điện áp một chiều này và cung cấp cho các thiết bị điện tử. Nguồn ổn áp là nguồn luôn ổn định điện áp ra khi thay đổi điện áp vào hoặc thay đổi tải. Sơ đồ khối của bộ nguồn một chiều ổn áp. Các phần tử thực hiện khối chức năng: - Khối hạ áp cách ly: dùng máy biến áp. - Khối chỉnh lưu: dùng điôt (hoặc cần chỉnh lưu). - Mạch lọc: dùng tụ điện (tụ hoá) có điện dung lớn. - Mạch ổn định điện áp dùng IC chuyên dụng để thực hiện. IC ổn áp chuyên dụng có giá thành rẻ và tham số tốt. Phần lớn nguồn ổn áp dùng cho mạch điều khiển dùng IC ổn áp chế tạo sẵn. Trong đó IC ổn áp 78xx là thông dụng nhất hiện nay. IC này được chế tạo công nghiệp với các cấp điện áp ra chuẩn và được thể hiện bằng 2 dấu xx. Dòng tải cho phép của loại này là 1A (khi có tản nhiệt tốt). Sơ đồ dùng IC ổn áp 7812 (ổn áp dương), 7912 (ổn áp âm). Tính toán, lùa chọn các phần tử, linh kiện. Yêu cầu: Điện áp đầu ra của nguồn ổn áp Ur = +12V. Dòng tải lớn nhất It = 1A. Phạm vi thay đổi điện áp lưới: U1= 160V ¸ 240V. Chọn điện áp rơi nhỏ nhất trên IC ổn áp ứng với điện áp xoay chiều đầu vào nhỏ nhất U1min = 160V. Điện áp nhỏ nhất ở cửa vào IC ổn áp (khi đã có tụ lọc) Uvmin = Ur + Điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất khi chưa có tụ lọc (giá trị trung bình của điện áp đập mạch): Điện áp nhỏ nhất của thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha: Trong đó là điện áp rơi trên dây quấn máy biến áp và dây quấn. Điện áp lớn nhất của thứ cấp máy biến áp ứng với khi U1max = 240V: Điện áp chỉnh lưu lớn nhất (khi chưa có tụ lọc): UCLmax = 0,9U2max = 23,38V. Điện áp lớn nhất ở cửa vào IC ổn áp (chưa có tụ lọc) ứng với điện áp lưới: Uvmax = (Coi tô C1 nâng điện áp trung bình lên lần). Sụt áp lớn nhất trên IC ổn áp: Công suất tổn thất lớn nhất trên IC ổn áp: .Itải = 21 W. Công suất tải yêu cầu: Ptải = Ura . Itải = 12 V. Công suất máy biến áp: Pba = Ptải + = 33 W. Tiết diện lõi sắt máy biến áp: S = 1,2 Hệ số dây quấn: (vòng/vol). Số vòng dây: cuộn sơ cấp: W1 = No . U1max = (vòng). cuộn thứ cấp: W2 = No . U2max = (vòng). Dòng điện: thứ cấp: . sơ cấp: Tiết diện dây chọn mật độ dòng điện J = 5 A/mm2. sơ cấp: . thứ cấp: . Đường kính dây: sơ cấp: thứ cấp: . Chọn tụ hoá C1= 2200. C2 = 4,7 . Chọn cần chỉnh lưu: 5A (không có tản nhiệt). Chế tạo bộ nguồn một chiều ổn áp liên tục sử dụng vi mạch ổn áp tuyến tính: Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra của nó khi đầu vào thay đổi theo sự mất ổn định của điện áp đầu vào hay dòng tải. Nhiệm vụ của ổn định điện áp rất cần cho mạch điện tử công nghiệp để đảm bảo chất lượng của mạch mỗi khi điện áp nguồn thay đổi, tần số nguồn dòng điện hoặc khi thay đổi. Bộ nguồn một chiều sử dụng vi mạch ổn áp IC 7812 chế tạo như sơ đồ nguyên lý hình 2_9 được lấy từ nguồn xoay chiều 18V qua bộ lọc sử dụng cần chỉnh lưu CL1. Điện áp U* sau cần chỉnh lưu là điện áp một chiều không bằng phẳng (có giá trị nhấp nhô). Thông qua tô C1 có tác dụng san bằng điện áp một chiều đập mạch U* thành điện áp một chiều Ýt nhấp nhô hơn để đưa vào (chân số 1) của vi mạch IC7812. Tô C2 nối ngoài vi mạch để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện trở của mạch đủ nhỏ ở tần số cao, dòng điện ra nhỏ hơn 1A. Để tăng dòng tải ta đấu thêm Tranzicto Tr3 ngoài để phối hợp với IC ổn áp. Để tạo dòng mở Tr3 phải mắc thêm Tr1, Tr2 theo cách mắc lặp đalinhtơn để khuyếch đại dòng lên. Điện áp ra U** được lọc phẳng nhờ RTG và C3. Giá trị các tham số các phần tử trên sơ đồ nguyên lý: VR = 50K R1 = R2 = R3 = R4 = 2,2K. RTG = 100W/2W ; R5 = 4,7K. C1 = C4 = 2200m/50A; C2 = C5 = 4,7m/16V; C3 = 100m/50V. C6 = C7 = 470m/36V. CL1 = CL2 = CL3 = CL4 = 5A. Tr1= C828; Tr2 = 41061; Tr3 = 4N3055. nguồn nuôi: UMN = UPQ = 18V. URS = UUV = 10V. Sơ đồ lắp ráp các khối của ổn áp. II. Thiết kế mạch điều khiển. Muốn các Tiristo trong các mạch chỉnh lưu mở để dẫn dòng điện trong nửa chu kỳ điện áp anốt dương và muốn thay đổi được độ lớn của điện áp chỉnh lưu phải có mạch điều khiển để thay đổi được góc mở a. 1. Các yêu cầu đối với xung điều khiển. - Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và góc điều khiển a cần thiết. - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển amin + amax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra của tải mạch lực. - Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu. - Có độ đối xứng xung làm việc tốt. - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số. - Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt. - Độ tác động của mạch điều khiển nhanh. - Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều khiển. - Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở van chắc. 2. Các hệ điều chỉnh chỉnh lưu. - Hệ đồng bộ: Trong hệ này góc mở a luôn được xác định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực, vì vậy trong mạch điều khiển phải có khâu đồng bộ hay đồng pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực. Hệ này có nhược điểm là nhậy nhiễu lưới điện vì có khâu đồng pha liên quan đến điện áp lực nhưng có ưu điểm là hoạt động ổn định và dễ thực hiện. - Hệ không đồng bộ: Trong hệ này góc a không xác định theo điện áp lực mà được tính dùa vào trạng thái của tải chỉnh lưu vào góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trước đấy. Do đó dạng này không có khâu đồng bộ. Hệ này chống nhiễu tốt nhưng kém ổn định. 3. Mạch điều khiển Để thiết kế mạch điều khiển góc mở a ta có thể dùng Tranzitor hoặc IC555. Nếu dùng Tranzitor thì cần có thêm biến áp xung để khuyếch đại và cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển. Nếu dùng IC555 thì ta chỉ cần hai linh kiện cách lý quang để khuyếch đại và cách ly, còn cách ly quang này được bán rất nhiều trên thị trường. Trong đồ án này em xin trình bày về mạch điều khiển dùng IC555. Nguyên tắc tạo góc mở a bằng vi mạch 555. Khâu đồng pha sẽ biến điện áp đồng pha (hình sin) với điện áp cần chỉnh lưu thành dãy xung hẹp lân cận điền 0 của điện áp đồng pha. Đưa dãy xung này vào chân 2 của vi mạch 555 mắc theo sơ đồ hình trên thì ở cửa ra (chân 3) sẽ xuất hiện một dãy xung tương ứng. Thời gian tồn tại của xung này: T = VR·.C2 T gọi là tính chất định thời phần tử 555. Khi thay đổi VR· hoặc C2 thì T sẽ thay đổi. Lợi dụng tính chất này chế tạo xung điều khiển góc mở a. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển góc mở a bằng IC555. Thuyết minh nguyên lý làm việc: Điện áp lưới qua biến áp đồng pha (có điểm giữa) qua chỉnh lưu hai nửa chu kỳ (D1, D2). Điện áp ở điểm A sẽ có dạng đập mạch dương. Qua khâu so sánh (HĐT1) cho xung vuông ở điểm B có dạng 0 ® 1, đây chưa phải là xung để đưa vào IC555. Qua khâu đảo sẽ cho xung ở điểm C có dạng 1 ® 0 thì tại chân 3 của IC555 (điểm D) xung có dạng 0 ® 1. Xung để mở Tiristo là xung có dạng từ 1 ® 0 vì vậy cần phải đảo xung ở D thành xung ở điểm E. Xung ở E qua khâu vi phân biến xung vuông thành xung nhọn qua cách ly quang khuyếch đại đưa vào cực điều khiển của Tiristo. Tất cả các phần tử ở trên mạch điều khiển đều là phần tử tín hiệu nên không cần quan tâm đến công suất. Nhiệm vụ của các khối chức năng: Đ1, Đ2 là khâu chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ. R1, R2 dùng để tạo phân áp giảm nhỏ điện áp đặt vào khâu so sánh (HĐT1). Tuỳ vào điện áp A và U vào khâu so sánh ta chọn R1, R2. R3, R4 điện trở vào khâu HĐT1 dùng để bảo vệ. R5 tải cho đầu ra khâu so sánh. R6, R7 đầu vào ra của IC555 dùng để bảo vệ khi đằng sau ngắn mạch thì không ảnh hưởng đến IC555. C3, R8 : khâu vi phân: vi phân xung vuông ở điểm E thành xung nhọn đưa vào cực điều khiển của Tiristo. Ta chọn RC sao cho xung nhọn có độ rộng đủ lớn để mở Tiristo cách ly quang dùng khuyếch đại xung mở Tiristo và cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực (không liên quan về điện). ta chọn loại 4N35 được sử dụng rất nhiều trên thị trường. Theo kinh nghiệm thực tế ta chọn được các phần tử: KĐT – MA741 CL – 1A, điôt – 1 A. R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = R9 = R11 = R15 =15K. R8 = R13 = R14 =2,2K. R10 = R12 = R51 = 4,7K. R52 = R53 = R54 = 100K. R55 = 22K; R* = 150K; R** = 1K; C1 = C3 = 0,1m; C2 = 0,047m; C4 = C5 = 100m; C51 = C52 = 0,22m. VR = VRPh = Tr3 = C828. Tr4 = Tr5 = H1061. CQ1 = CQ2 = 4N35. Phản hồi tốc độ: Khi ta thay đổi biến trở ở IC555 thì sẽ thay đổi được góc mở a. Ta thay biến trở đó bằng Tranzitor, khi nội trở của Tranzitor thay đổi sẽ thay đổi được thời điểm mở xung hay thay đổi được góc mở a. Để thay Tranzitor tự động thay đổi để ổn định tốc độ ta đặt vào cực E của Tranzitor Uđks = UCĐ - UPh. Giả sử khi tải tăng tốc độ động cơ giảm xuống làm UPh giảm làm cho Uđks tăng lên khi đó nội trở Tranzitor giảm làm góc mở a giảm (thời gian xuất hiện xung sớm hơn). Do đó UCL sẽ tăng làm tốc độ tăng dần lên. Khi tốc độ động cơ tăng hơn giá trị đặt thì UPh tăng làm Uđks giảm. Điều này làm nội trở của Tranzitor tăng làm a tăng (thời điểm có xung muộn hơn) vì vậy UCL giảm và tốc độ sẽ giảm về giá trị đặt. Như vậy khâu phản hồi tốc độ sẽ tự động điều chỉnh, ổn định động cơ khi tải thay đổi. III. Lắp ráp tư điều khiển. Sơ đồ H..... lắp mạch điều khiển góc mở a. Kiểm tra bảng mạch vừa lắp ráp theo trình tự thao tác các bước ở trên. Ghép nối với các khối: biến áp đồng pha mạch động lực, mảng mạch điều khiển trên tấm lắp của tư chỉnh lưu. Cấp nguồn xoay chiều rồi thử với tải là bóng đèn.