Đề tài Thiết kế bộ biến đổi chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc với lưới cung cấp điện cho tàu điện

Lêi nãi ®Çu Chóng ta ®ang sèng trong x· héi c«ng nghiÖp viÖc øng dông c¸c thµnh tùu khoa häc vµo trong cuéc sèng vµ trong nÒn s¶n xuÊt lµ rÊt quan träng. TruyÒn ®éng ®iÖn cã vai trß quan träng trong sù ph¸t triÓn cña x· héi.§Ó ®¸p øng ®­îc yªu cÇu thùc tÕ c¸c hÖ truyÒn ®éng cã kh¶ n¨ng tù ®éng ®iÒu khiÓn vµ ®é chÝnh x¸c cao chóng ta cÇn ph¶i cã c¸c bé nguån ®iÒu chØnh phï hîp víi sù ph¸t triÓn cña c¸c hÖ truyÒn ®éng. Phôp vô cho nhu cÇu ®i l¹i cña nh©n d©n nhÊt lµ trong c¸c thµnh phè, chèng « nhiÔm m«i tr­êng, ¸ch t¾c giao th«ng tÇu ®iÖn ®­îc dïng phæ biÕn trong c¸c n­íc ph¸t triÓn vµ ngµy cµng ph¸t triÓn. M«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt trong ch­¬ng tr×nh häc cña sinh viªn tù ®éng hãa cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc quan träng cho mçi sinh viªn trong c¸c c«ng viÖc chuyªn m«n. Do yªu cÇu cña m«n häc vµ nh»m gióp sinh viªn lµm quen víi viÖc thiÕt kÕ mét bé nguån c«ng suÊt trong thùc tÕ em ®­îc giao mét ®å ¸n”thiÕt kÕ bé biÕn ®æi chØnh l­u vµ nghÞch l­u phô thuéc víi l­íi cung cÊp ®iÖn cho tµu ®iÖn víi c¸c th«ng sè sau ®iÖn ¸p nguån 690VAC +10%,-10% f=50Hz ®iÖn ¸p ra 600VDC dßng ®iÖn 1 chiÒu ®Þnh møc 1000A Trong khu«n khæ cña ®å ¸n em xin tr×nh bµy nh÷ng néi dung sau giíi thiÖu tæng quan vÒ c«ng nghÖ vµ chän ph­¬ng ¸n ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña ph­¬ng ¸n tÝnh chän phÇn tö cña m¹ch c«ng suÊt giíi thiÖu m¹ch ®iÒu khiÓn cho toµn hÖ thèng vµ tÝnh chän phÇn tö c¬ b¶n cña m¹ch ®iÒu khiÓn giíi thiÖu c¸c m¹ch ph¶n håi Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy ®· h­íng dÉn em trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®å ¸n nµy. Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ em kh«ng tr¸nh khái sai sãt em mong nhËn ®­îc c¸c ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy gi¸o vµ vµ c¸c b¹n ®Ó em cã ®­îc thªm kiÕn thøc cho c¸c c«ng viÖc vÒ sau. Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu vµ ph©n tÝch yªu cÇu ®å ¸n I ) Giíi thiÖu Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt th× viÖc øng dông khoa häc kü thuËt vµo s¶n xuÊt vµ ®êi sèng ngµy cµng gi÷ vai trß quyÕt ®Þnh tíi c¸c chØ tiªu kinh tÕ vµ kü thuËt, nh­ng nh÷ng c«ng nghÖ cò hoÆc ®ang cã xu h­íng bÞ thay thÕ bëi nh÷ng c«ng nghiÖ míi víi tÝnh n¨ng ­u viÖt h¬n. ChÝnh sù yªu cÇu ngµy cµng cao do ®ã mµ viÖc thiÕt kÕ c«ng nghÖ míi lu«n ®i kÌm víi c¸c ®ßi hái rÊt kh¾t khe ®Æc biÖt vÒ c¸c chØ tiªu kÜ thuËt. Trong c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt c«ng nghiÖ vµ sinh ho¹t hµng ngµy hÇu nh­ kh«ng cã thiÕt bÞ noµ kh«ng sö dông n¨ng l­îng ®iÖn, ®iÒu ®ã mét phÇn nãi nªn n¨ng l­îng ®iÖn kh«ng thÓ thiÕu trong thÕ giíi v¨n minh. Trong lÜnh vùc giao th«ng n¨ng l­îng ®iÖn còng ®­îc sö dông réng r·i, ®Æc biÖt ®­îc sö dông ®Ó cÊp cho tÇu ®iÖn mét ph­¬ng tiÖn giao th«ng rÊt tiÖn Ých, hÖ thèng tÇu ®iÖn bao gåm c¶ mét chiÒu vµ xoay chiÒu, sö dông n¨ng l­îng ®iÖn tõ l­íi ®iÖn th­êng tõ 600v- 700v l­íi ®iÖn th­êng ®­îc treo trªn kh«ng däc theo ®­êng ray vµ cÊp ®iÖn cho hÖ thèng ®éng c¬ th«ng qua mét bé phËn gäi lµ c¸c cÇn lÊy ®iÖn, c¸c cÇn nµy ph¶i lu«n lu«n ®¶m b¶o tiÕp xóc tèt víi l­íi ®iÖn. Khi mËt ®é d©n c­ ngµy cµng t¨ng th× c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng ngµy c¸c t¨ng, ®Æc biÖt lµ c¸c ph­¬ng tiÖn c¸ nh©n, c¸c ph­¬ng tiÖn nµy sÏ lµm t¨ng nguy c¬ g©y « nhiÔm m«i tr­êng còng nh­ g©y t¾c nghÏn giao th«ng … Do ®ã chÝnh phñ c¸c n­íc trªn thÕ giíi ®Æc biÖt lµ mét sè n­íc ph¸t triÓn hoÆc ®ang ph¸t triÓn lu«n khuyÕn c¸o ng­êi d©n nªn sö dông c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng c«ng céng vµ tÇu ®iÖn sÏ lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng tiÖn giao th«ng h÷u Ých bëi do cã hÖ thèng ®­êng ray riªng nªn kh«ng cã kh¶ n¨ng t¾c nghÏn, kh«ng g©y « nhiÔm, tiÕng ån … Vµ ®Æc biÖt thÝch hîp víi nh÷ng khu vùc ®­îc x©y dùng cã quy ho¹ch tèt. Tuy nhiªn bªn c¹nh nh÷ng ­­ ®iÓm ®ã, giao th«ng b»ng tÇu ®iÖn còng cã mét sè nh­îc ®iÓm nhÊt ®Þnh ®ã lµ : hÖ thèng l­íi ®iÖn cÊp cho tÇu ®iÖn sÏ chiÕm kh«ng gian , cã thÓ g©y mÊt mÜ quan, g©y nguy hiÓm, h¬n n÷a nÕ sö dông hÖ thèng tÇu ®iÖn mét chiÒu nh­ trong ®å ¸n nµy th× ph¶i thiÕt kÕ nguån mét chiÒu tõ l­íi xoay chiÒu do ®ã kinh phÝ ®Çu t­ t¨ng lª. Sö dông hÖ thèng tÇu ®iÖn mét chiÒu vµ hÖ thèng tÇu ®iÖn xoay chiÒu ®Òu cã nh÷ng ­u ®iÓm, nh­îc ®iÓm riªng vµ tuú vµo yªu cÇu cô thÓ c¶ chÕ ®é vËn hµnh mµ chän mét trong hai lo¹i, cô thÓ víi lo¹i tÇu ®iÖn xoay chiÒu cã ­u ®iÓm lµ sö dông n¨ng l­îng ®iÖn trùc tiÕp tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu 3 pha, gi¸ thµnh kh«ng cao, rÔ vËn hµnh nh­ng nh­îc ®iÓm lín nhÊt vÉn lµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é, tuy nhiªn ngµy nay víi sù ph¸t triÓn cña c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn ®iÖn tö nªn kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é ngµy cµng ®­îc c¶i thiÖn vµ sÏ thay thÕ lo¹i mét chiÒu trong trong t­¬ng lai . Víi lo¹i tÇu ®iÖn mét chiÒu tuy cã gi¸ thµnh cao, yªu cÇu ph¶i biÕn ®æi n¨ng l­îng tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu g©y nhiÔu th«ng tin nh­ng nã cã hai ­u ®iÓm lín sau : Thø nhÊt, kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é tèt , h¬n n÷a d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é cã thÓ lín, ®iÒu chØnh ch¬n ªm, momen khoÎ Thø hai, rÔ thùc hiÖn h·m t¸i sinh tr¶ l¹i n¨ng l­îng vÒ l­íi ®iÖn khi thùc hiÖn h·m t¸i sinh hay cã t¶i thÕ n¨ng H¬n n÷a sö dông ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu sÏ cã momen më m¸y lín, qu¸ t¶i tèt tèc ®é biÕn ®æi theo t¶i trong mét vïng réng( lo¹i cã ®Æc tÝnh c¬ mÒm ). Do vËi rÊt tiÖn khi sö dông ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu trong truyÒn ®éng kÐo. II) §iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn Nh­ ®· giíi thiÖu ë trªn, do cã yªu cÇu cao vÒ h·m t¸i sinh nªn ®éng c¬ sö dông chØ cã thÓ lµ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, ®éng c¬ ®iÖn kÝch tö song song, hoÆc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch hçn hîp bï. Theo yªu cÇu ®Ò bµi th× viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng do vËy ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu thÝch hîp nhÊt cho c«ng nghÖ lµ lo¹i kÝch tõ ®éc lËp hoÆc kÝch thÝch song song lµm viÖc ë chÕ ®é kÝch thÝch ®éc lËp . §Æc tÝnh c¬ cña hai lo¹i ®éng c¬ nµy lµ t­¬ng ®èi gièng nhau, ta ph©n tÝch ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Thµnh lËp ®Æc tÝnh c¬ Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn khi t¶i æn ®Þnh th× = 0 nªn = Do vËy øng víi c¸c gi¸ trÞ U kh¸c nhau ta cã hä ®Æc tÝnh sau Ta thÊy khi ®éng c¬ lµm viÖc øng víi ®Æc tÝnh n»m trong gãc phÇn t­ thø nhÊt vµ thø ba Do ®ã m¸y ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ n¨ng l­îng tõ nguån ®­a vµo ®éng c¬ råi ®Õn t¶i khi ®éng c¬ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø hai vµ gãc phÇn t­ thø t­ do nªn hay E.I > 0 Do ®ã ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh n¨ng l­îng tõ t¶i ®éng n¨ng ®Õn ®éng c¬ ®Õn nguån. T­¬ng tù ë tr¹ng th¸i h·m ng­îc ®éng c¬ ta cã §éng c¬ tiªu thô c¶ c«ng suÊt ®iÖn vµ c«ng suÊt c¬ tÊt c¶ n¨ng l­îng ®­îc biÕn thµnh nhiÖt n¨ng to¶ trªn ®iÖn trë d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp . Khi thùc hiÖn h·m ®éng n¨ng ta cã ®Æc tÝnh qua gèc to¹ ®é , khi ®ã c«ng suÊt ®iÖn ®­a vµo b»ng kh«ng ®éng n¨ng trªn trôc ®éng c¬ ®­îc tiªu t¸n trªn ®iÖn trë h·m vµ ma s¸t trªn trôc ®éng c¬ d­íi d¹ng nhiÖt n¨ng. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, tèc ®é cña ®éng c¬ th­êng bÞ thay ®æi do sù biÕn thiªn cña t¶i, cña nguån vµ do tham gia giao th«ng trªn ®­êng nªn g©y ra sai lÖch gi÷a tèc ®é thùc vµ tèc ®é ®Æt do vËy ®Ó æn ®Þnh tèc ®é ta ph¶i cã vßng ph¶n håi ©m tèc ®é. MÆt kh¸c d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é Còng bÞ h¹n chÕ bëi tèc ®é cùc ®¹i do ®é bÒn c¬ häc ( kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch vµnh gãp sinh ra tia löa ®iÖn g©y guy hiÓm ) vµ yªu cÇu vÒ momen khëi ®éng vµ momen qu¸ t¶i vµ vÒ sai sè tèc ®é lµm viÖc cho phÐp. §Æc biÖt ta quan t©m tíi tèc ®é nhá nhÊt cña ph¹m vi ®iÒu chØnh víi lµ sai sè tèc ®é øng víi lµ ®é cøng øng víi tèc ®é nh¬ nhÊt lµ hÖ sè qu¸ t¶i vÒ momen Khi ®ã ph¹m vi ®iÒu chØnh D ®­îc tÝnh lµ D= Sai sè t­¬ng ®èi cña tèc ®é ë ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt lµ : Víi tõng c«ng nghÖ th× , , lµ x¸c ®Þnh nªn cã thÓ tÝnh ®­îc gi¸ trÞ tèi thiÓu cña ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ sao cho sai sè kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp vµ do ®ã ph¶i x©y dùng c¸c hÖ truyÒn ®éng kiÓu vßng kÝnh( d¹ng cã håi tiÕp), cô thÓ nh­ trong ®å ¸n ta sö dông håi tiÕp ©m tèc ®é. §Ó ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p phÇn øng ta sö dông hÖ thèng chØnh l­u/ nghÞch l­u phô thuéc - ®éng c¬ mét chiÒu sö dông n¨ng l­îng ®iÖn biÕn ®æi trùc tiÕp tõ nguån ®iÖn xoay chiÒu/ tr¶ n¨ng l­îng trùc tiÕp vÒ l­íi. Do vËy hÖ thèng biÕn ®æi sÏ bao gåm hai bé biÕn ®æi m¾c song song ng­îc, mÆt kh¸c do yªu cÇu cña c«ng nghÖ theo ®ã kh«ng cã chÕ ®é ®¶o chiÒu cña ®éng c¬ kÐo nªn mét bé biÕn ®æi lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u cßn bé kia sÏ lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc, bé biÕn ®æi ph¶i thiÕt kÕ lµm viÖc víi t¶i cã c«ng suÊt lín, tÇn sè c«ng nghiÖp nªn ta chän phÇn tö thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng lµ c¸c Thyristor. Tõ ®©y ta cã hai ph­¬ng ¸n phæ dông ®Ó thùc hiÖn theo yªu cÇu trªn §C §K §K ft k® K® §K §K §K ft k® K® S¬ ®å thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn chung Trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi ®­îc ph¸t vµo hai bé biÕn ®æi I &II, mét bé lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, cßn bé kia lµm viÖc ë chÕ ®é chê nghÞch l­u phô thuéc. Trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy nÕu tÝnh ®Õn gãc chuyÓn m¹ch m vµ gãc kho¸ d th× gi¸ trÞ lín nhÊt cña gãc ®iÒu khiÓn cña bé biÕn ®æi ®ang ë chÕ ®é nghÞch l­u ®îi ph¶i lµ: Vµ gi¸ trÞ nhá nhÊt cña gãc ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u lµ : Thùc tÕ , do ph¸t xung ®ång thêi vµo c¶ hai bé biÕn ®æi nªn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p tøc thêi ë c¸c ®iÓm ®Çu/cuèi cña c¸c bé biÕn ®æi kh¸c nhau nªn sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn c©n b»ng gi÷a hai bé biÕn ®æi vµ ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn nµy b¾t buéc ph¶i cã c¸c cuén kh¸ng ®Æt ë ®Çu/ cuèi c¸c bé biÕn ®æi gäi lµ c¸c cuén kh¸ng c©n b»ng. §Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn c©n b»ng ®ång thêi gi¶m bít kÝch th­íc c¸c cuén kh¸ng, ng­êi ta dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung phi tuyÕn: , tÝnh to¸n hîp lý th­êng ®­îc kÕt qu¶ Nh­ vËy, s¬ ®å thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn chung tuy cã ­u ®iÓm lµ dßng ®iÖn ra t¶i liªn tôc nh­ng nh­îc ®iÓm lín lµ viÖc tÝnh to¸n ®iÒu khiÓn t­¬ng ®èi phøc t¹p, mÆt kh¸c do cã c¸c cuén kh¸ng c©n b»ng nªn lµm t¨ng kÝch th­íc bé biÕn ®æi, do ®ã víi nh÷ng t¶i kh«ng cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l­îng dßng ®iÖn nh­ trong ®å ¸n nµy th× dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy sÏ kh«ng kinh tÕ. S¬ ®å thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn riªng Trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy, khi cÇn bé biÕn ®æi nµo lµm viÖc th× ph¸t xung vµo bé biÕn ®æi ®ã vµ ®Ó tr¸nh t×nh tr¹ng ph¸t xung vµo c¶ hai bé biÕn ®æi cïng mét thêi ®iÓm th× cÇn ph¶i x¸c ®Þnh xem bé biÕn ®æi cÇn kho¸ ®· ®­îc kho¸ ch¾c ch¾n råi th× míi ®­îc phÐp ph¸t xung vµo bé biÕn ®æi sÏ cÇn lµm viÖc, do ®ã cÇn cã bé c¶m biÕn dßng ®iÖn ®Ó x¸c ®Þnh dßng ®iÖn cña bé biÕn ®æi cÇn kho¸ ®· vÒ kh«ng hay ch­a, vµ sau khi ®· nhËn biÕt dßng vÒ kh«ng th× ph¶i chê c¸c Thyristor cña bé biÕn ®æi cÇn kho¸ kh«i phôc tÝnh chÊt ®iÒu khiÓn th× míi ®­îc ph¸t xung cho c¸c Thyristor cña bé biÕn ®æi cÇn lµm viÖc, do vËy ph¶i x©y dùng m¹ch kho¸ logic ®Ó kho¸ chÐo hai bé biÕn ®æi I&II Thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng nµy cã ­u ®iÓm lµ lo¹i bá ®­îc c¸c cuén kh¸ng c©n b»ng nh­ trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung, thùc hiÖn ®iÒu khiÓn kh«ng phøc t¹p. Trong ®å ¸n, t¶i lµ tÇu ®iÖn do ®ã dßng ®iÖn t¶i cã thÓ kh«ng cÇn ph¶i liªn tôc vµ theo ph©n tÝch trªn ta chän s¬ ®å thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn riªng. Ch­¬ng 2 Nguyªn lý ho¹t ®éng, ®å thÞ dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p vµ BiÓu thøc tÝnh to¸n I) nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å Gi¶ sö khi t¶i æn ®Þnh, khi ®ã n¨ng l­îng ®iÖn ®­îc ®­a trùc tiÕp tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu 690V qua bé biÕn ®æi (I) cÊp cho ®éng c¬ kÐo, lóc nµy ta ®­îc gi¸ trÞ gãc më chËm anµo ®ã, v× l­íi ®iÖn dao ®éng ®iÖn ¸p nªn ®Ó kh¾c phôc ¶nh h­ëng cña sù thay ®æi nµy ®èi víi t¶i ta sö dông vßng ph¶i håi ©m tèc ®é, khi ®ã gãc më chËm asÏ tù thay ®æi gi¸ trÞ theo sù thay ®æi cña l­íi ®Ó ®¶m b¶o tèc ®é ®éng c¬ æn ®Þnh. Muèn cho truyÒn ®éng kÐo æn ®Þnh ë mét tèc ®é ®Æt nµo ®ã trong ph¹m vi ®iÒu chØnh ta chØ cÇn thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®Æt trong m¹ch ®iÒu khiÓn. Do ë ®©y sö dông ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng nªn khi bé biÕn ®æi (I) lµm viÖc th× bé biÕn ®æi (II) ph¶i ®­îc kho¸ vµ lu«n ë chÕ ®é chê nghÞch l­u. Khi cÇn thùc hiÖn t¸i sinh n¨ng l­îng tr¶ vÒ l­íi ®iÖn(nh­ khi h·m, t¶i thÕ n¨ng) th× bé biÕn ®æi mét cÇn ph¶i kho¸ l¹i vµ bé biÕn ®æi 2 sÏ ®­îc lµm viÖc, viÖc kho¸ bé biÕn ®æi (I) vµ viÖc më bé biÕn ®æi (II) ph¶i tu©n theo nguyªn t¾c chung cña ®iÒu khiÓn riªng, nghÜa lµ khi bé biÕn ®æi (I) ®ang lµm viÖc th× dßng ®iÖn ch¶y vµo ®éng c¬, lóc nµy muèn thùc hiÖn t¸i sinh n¨ng l­îng khi cÇn thiÕt th× ta ph¶i hoÆc ®æi chiÒu dßng ®iÖn I hoÆc ®æi chiÒu suÊt ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ kÐo, ë ®©y ta kh«ng dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tõ th«ng m¹ch kÝch tõ hay cã thÓ ®æi chiÒu quay ®éng c¬ s¬ cÊp nªn ta chØ cã thÓ thay ®æi ®­îc chiÒu dßng ®iÖn I dÓ thùc hiÖn qu¸ tr×nh t¸i sinh, muèn vËy tr­íc hÕt ta t¨ng nhanh a, dßng ®iÖn gi¶m nhanh vÒ kh«ng, khi ®ã bé c¶m biÕn dßng (I) sÏ ph¸t hiÖn dßng vÒ kh«ng t¹i tÝn hiÖu më bé biÕn ®æi (II). Nh­ng nh­ ta ®· tr×nh bÇy th× khi dßng ®iÖn ®· vÒ kh«ng, bé biÕn ®æi (I) chØ kho¸ ch¾c ch¾n sau thêi gian kh«i phôc tÝnh chÊt ®iÒu khiÓn cña van, do vËy khi cã tÝn hiÖu dßng vÒ kh«ng th× ta ph¶i thùc hiÖn mét thêi gian trÔ t nµo ®ã (t > t) råi míi ph¸t xung më bé biÕn ®æi (II), khi ®ã n¨ng l­îng cÇn t¸i sinh sÏ qua bé biÕn ®æi (II) trë vÒ l­íi. II) §å thÞ dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn c¸c phÇn tö vµ c¸c nót III) t×m c¸c biÓu thøc liªn quan Tõ ®å thÞ UnhËn thÊy trong mét chu kú cña ®iÖn ¸p nguån cã 6 chu kú ®iÖn ¸p U trong ®ã ë U cã 3 chu kú, Ucã 3 chu kú ®èi xøng qua trôc hoµnh. Tõ ®ã ta t×m ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p U nh­ sau: tõ biÓu thøc trªn ta thÊy: Víi ta®­îc = th× s¬ ®å lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, ®éng c¬ kÐo lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬. Khi ®ã dßng ®iÖn I vµ suÊt ®iÖn ®éng E cña ®éng c¬ ng­îc chiÒu. Víi ta ®­îc th× s¬ ®å lµm viÖc ë chÕ ®é ngÞch l­u phô thuéc, ®éng c¬ kÐo lµm viÖc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh( dÆc tÝnh c¬ n»m trªn gãc phÇn t­ thø hai) khi ®ã dßng ®iÖn I vµ suÊt ®iÖn ®éng E cña ®éng c¬ cïng chiÒu. TÝnh to¸n gãc cho phÇn chØnh l­u øng víi t¶i cã = 600V, I=1000A Þa =50,2 Gãc mëa cho phÇn nghÞch l­u phô thuéc, phô thuéc vµo gi¸ trÞ tøc thêi khi nghÞch l­u cña ®éng c¬ kÐo. Ch­¬ng 3 TÝnh chän phÇn tö m¹ch c«ng suÊt I) Chän van c«ng suÊt thyristor trªn m¹ch lùc Tõ ®å thÞ dßng ®iÖn qua van t×m ®­îc gi¸ trÞ dßng trung b×nh qua van Þ thay sè ta tÝnh ®­îc =333,3(A) tõ ®å thÞ ®iÖn ¸p ®Æt lªn van ta x¸c ®Þnh ®­îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ thay sè ta tÝnh ®­îc = chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t c­ìng bøc b»ng qu¹t giã cã tèc ®é 12m/s vµ c¸nh to¶ nhiÖt ta cã = ®Ó sö dông van lµm viÖc tin cËy ta chän tõ hai th«ng sè vµta chän 12 van TF666 do h·ng Thomson chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau : I=700(A), =1400(V) I=0,15(A), U=2(V) t=20ms, II) TÝnh chän c¸c phÇn tö b¶o vÖ 1) B¶o vÖ ng¾n m¹ch vµ qu¸ dßng Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ®iÖn qua van : I= Chän ¸pt«m¸t C1001N do h·ng Merlin Gerin chÕ t¹o cã I®m = 1000 A, U®m =690 V 2) B¶o vÖ qu¸ ¸p Nguyªn nh©n: Khi kho¸ thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch ®æi ng­îc hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n (vµi chôc ms). Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m ( L). Ngoµi ra cßn cã nh÷ng nguyªn nh©n ngÉu nhiªn nh­ cã sÐt ®¸nh, d©y ch¶y bÞ ®øt, khi ®ãng c¾t nguån, khi ®ã n¨ng l­îng tõ tr­êng tÝch luü trong c¸c cuén d©y sÏ phãng. §Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p ta ®Êu m¹ch RC song song víi van cÇn b¶o vÖ. R C M¹ch RC ngoµi chøc n¨ng h¹n chÕ tèc ®é , t¨ng ®iÖn ¸p cßn lµm nhiÖm vô b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p khi chuyÓn m¹ch dßng ®iÖn tõ van nµy sang van kh¸c. Chän R = 100 W, C = 0.5 mF . Ch­¬ng IV M¹ch ®iÒu khiÓn Unguån; f A1 A2 U§F Ud U®k ( - ) ( - ) CL§K T¶i SS K§&SX §F Ki Ku I. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn hÖ thèng §F: khèi ®ång pha, t¹o tÝn hiÖu ®ång bé vÒ pha víi ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c thyristor cÇn ®iÒu khiÓn, ë ®©y sö dông tÝn hiÖu ®ång pha d¹ng r¨ng c­a. Ud : ®iÖn ¸p ®Æt, víi mçi gi¸ trÞ Ud t­¬ng øng víi mét ®iÖn ¸p ra t¶i. A1: khèi khuÕch ®¹i 1 A2: khèi khuÕch ®¹i 2 SS : khèi so s¸nh, thùc hiÖn so s¸nh gi÷a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn víi ®iÖn ¸p ®ång pha ®Ó t¹o ra thêi ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo c¸c thyristor. K§&SX: khèi khuÕch ®¹i vµ söa xung, thùc hiÖn khuÕch ®¹i tÝn hiÖu vµ ®Þnh d¹ng xung chuÈn ®ñ c«ng suÊt ®­a vµo c¸c thyristor. CL§K: khèi chØnh l­u ®iÒu khiÓn Ku: hÖ sè ph¶n håi ®iÖn ¸p lÊy qua m¸y ph¸t tèc mét chiÒu. Ki : hÖ sè ph¶n håi dßng ®iÖn, lÊy tõ m¸y biÕn dßng qua chØnh l­u II. Nguyªn lý ho¹t ®éng c¸c khèi. 1. Khèi t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha: §iÖn ¸p ®ång pha ®­îc t¹o thµnh qua m¸y biÕn ¸p ®ång bé 6 pha, qua bé so s¸nh ®Ó t¹o thµnh c¸c xung h×nh ch÷ nhËt ( nh»m lo¹i trõ sù ¶nh h­ëng do biÕn ®éng trªn l­íi ), xung h×nh ch÷ nhËt ®­îc ®­a qua bé tÝch ph©n t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®Ó ®­a vµo bé so s¸nh trong khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. TÝnh chän c¸c phÇn tö trong s¬ ®å R1=10kW, R2=10kW, R4=R8=R11=R7=R10=10kW Di«t D1,D2 lµ lo¹i 1N914 KhuÕch ®¹i thuËt to¸n lo¹i mA741 cã nguån 12V Chän ®Ønh tam gi¸c cã gi¸ trÞ 10V nªn R.C =1,2.10chän R=10k vËy C=1,2mF 2. Kh©u so s¸nh vµ b¨m xung: Kh©u nµy thùc hiÖn so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn vµ ®iÖn ¸p ®ång pha r¨ng c­a ®Ó t¹o ra d·y xung ®¬n . M¹ch ph¸t xung chuÈn ph¸t ra c¸c xung ©m cã tÇn sè x¸c ®Þnh ®Ó b¨m c¸c xung ®¬n råi ®­a vµo bé khuÕch ®¹i xung. Chän phÇn tö cã trong m¹ch R1=R2=R6=10k; KhuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ lo¹i mA741 Dièt lo¹i 1N914, R4=R5=1k Chän f= 10kHz nªn T=10(s) = 2RCln(1+2R/R)= 2RCln3 = 2,2RC chän R3=45(W),C=1mF Chän phÇn tö AND lµ IC7408 cã 4 phÇn tö AND cã nguån cung cÊp V=+5V 3. Khèi khuyÕch ®¹i vµ söa xung: §Ó thùc hiÖn khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®ñ c«ng suÊt ®Ó më c¸c van ®iÒu khiÓn ta dïng s¬ ®å khuÕch ®¹i m¾c nèi tÇng Darlington. Trong s¬ ®å, ®ièt §7 dïng ®Ó kho¸ bé khuÕch ®¹i, thùc hiÖn kho¸ ë phÝa tr­íc bé khuÕch ®¹i. §ièt §8 lµm nhiÖm vô b¶o vÖ qu¶ ®iÖn ¸p ng­îc cho transistor khi kho¸, v× khi thùc hiÖn kho¸ transistor th× sÏ xuÊt hiÖn sù biÕn thiªn dßng ®iÖn , tèc ®é gi¶m nµy t¹o nªn mét ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn cùc CE cña transistor, gi¸ trÞ nµy cã thÓ v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p chät thñng UCegh cña transistor do ®ã lµm háng tiÕp gi¸p b¸n dÉn. V× vËy ®Ó b¶o vÖ hiÖn t­îng nµy ®ièt §8 ®­îc m¾c song song ng­îc víi cuén thø cÊp cña biÕn ¸p xung nh»m t¹o ra dßng khÐp kÝn ®Ó khö dÇn suÊt ®iÖn ®éng do biÕn thiªn sinh ra. §ièt §9 dïng ®Ó chän xung d­¬ng ®­a vµo ®Çu ®iÒu khiÓn c¸c van. §ièt §10 b¶o vÖ qu¸ ¸p ng­îc gi÷a cùc G vµ K cña thyristor. TÝnh chän c¸c phÇn tö cã trong m¹ch D7,D9,D10 lµ lo¹i 1N941 D8 lµ lo¹i 1N4002 ThiÕt kÕ M¸y biÕn ¸p xung chän vËt liÖu s¾t tõ lµ lo¹i '330 cã h×nh d¸ng ch÷ E lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ DB=0,7T, DH=50A/m x¸c ®Þnh gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè tõ thÈm x¸c ®Þnh thÓ tÝch lâi thÐp theo c«ng thøc V=Q.l= Chän tiÕt diÖn lâi Q=2cm2 Þl=15cm Sè vßng s¬ cÊp w1=(vßng) sè vßng thø cÊp (vßng) chän T1,T2 dßng s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung I=I/m =1,5/2 =0,75(A) hÖ sè khuÕch ®¹i Darlington. b= I/I==750 chän b=75, b=100 chän T1,T2 lµ lo¹i C828 Ch­¬ng 5 c¸c m¹ch ph¶n håi Khi ®iÒu chØnh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu b»ng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn ng­êi ta cã thÓ coi bé chØnh l­u lµ mét bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt. Gãc më th­êng ®­îc ®iÒu chØnh nhê mét ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ra cã gi¸ trÞ trung b×nh quyÕt ®Þnh tèc ®é quay cña ®éng c¬, c«ng suÊt cña tÝnh hiÖu vµo chØ vµi miliW trong khi ®ã c«ng suÊt ®Çu ra cña bé chØnh l­u cã thÓ cì mªgaW. Tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu ChØnh l­u cã ®iÒu khiÓn ®c M¹ch ®iÒu khiÓn Ng­êi ta cã thÓ biÕn ®æi hÖ thèng hë nh­ h×nh vÏ trªn thµnh hÖ tù ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é theo nghÜa lµ hÖ cã m¹ch vßng kÝn b»ng c¸ch thªm mét tÝn hiÖu ph¶n håi vµ mét bé khuÕch ®¹i. Ta ®o tèc ®é cña ®éng c¬ b»ng m¸y ph¸t tèc ( m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cã nam ch©m vÜnh cöu) mµ ®iÖn ¸p cña nã lu«n tØ lÖ thuËn víi tèc ®é m¸y ®iÖn. So s¸nh gi¸ trÞ ®Æt ®Çu vµo víi møc ph¶n håi cho tÝnh hiÖu sai lÖch. Víi tr­êng hîp bé biÕn ®æi dïng thyristor cÇn cã mét sai lÖch mét c¸ch liªn tôc, tèc ®é cña ®éng c¬ biÕn thiªn ngay lËp tøc nªn sù t¨ng gi¶m qu¸ møc cña dßng ®iÖn phÇn øng vµ cu¶ thyristor lµ kh«ng thÓ chÊp nhËn ®­îc. Do ®ã cÇn ph¶i giíi h¹n møc dßng ®iÖn mÆt kh¸c vÊn ®Ò h¹n chÕ dßng ®iÖn cßn ®­îc ®Æt ra víi hÖ truyÒn ®éng kiÓu vßng kÝn v× khi thiÕt kÕ, tÝnh to¸n c¸c hÖ nµy cã dïng c¸c m¹ch ph¶i håi ®Ó gi¶m sai sè tèc ®é, tøc lµ t¨ng ®é cøng ®Æc tÝnh c¬, ®ång thêi lµm t¨ng dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ m«men ng¾n m¹ch. KÕt qu¶ lµ g©y nguy hiÓm cho ®éng c¬ khi bÞ qu¸ t¶i lín vµ g©y háng c¸c bé phËn truyÒn lùc bëi ra tèc qu¸ lín khi khëi ®éng vµ h·m. §Ó gi¶i quyÕt m©u thuÉn gi÷a yªu cÇn æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc vµ yªu cÇu vÒ h¹n chÕ dßng ®iÖn, m¹ch vßng ph¶n håi thø 2 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn mét c¸ch tù ®éng. Khi dßng ®iÖn vµ m«men v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp th× ph¶i gi¶m nhanh ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ ®Ó dßng ®iÖn. MÆt kh¸c trong qu¸ tr×nh khëi ®éng, h·m, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ cã gia tèc kh«ng ®æi ®Ó hÖ ®¹t ®­îc tèi ­u vÒ thêi gian qu¸ tr×nh qu¸ ®é. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu nµy trong c¸c hÖ truyÒn ®éng cã m«men t¶i kh«ng ®æi th× ®ÆctÝnh c¬ ph¶i cã ®o¹n cã ®é cøng b»ng kh«ng. Gi¶ sö khi khëi ®éng ®éng c¬. Do sù thay ®æi ®ét ngét cña Utrong khi ®ã Uch­a thay ®æi kÞp do cã qu¸n tÝnh c¬ häc cña hÖ, nªn sai lÖch ®Çu vµo cã gi¸ trÞ rÊt lín. §iÓm lµm viÖc cña khèi sÏ ë sÈutong vïng b·o hoµ cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh, tÝn hiÖu ra cña khèi kh«ng ®æi m¹ch vßng tèc ®é bÞ ng¾t ta khái s¬ ®å. Do ho¹t ®éng cña m¹ch vßng dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn phÇn øng ®­îc duy trØ gi¸ trÞ I= I t­¬ng øng víi tÝn hiÖu vµo cña m¹ch vßng lµ U. MÆc dï sau ®ã tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lªn dÇn nh­ng dßng ®iÖn phÇn øng vÉn ®­îc duy tr× I= I cho tíi khi bé ®iÒu chØnh tèc ®é ra khái vïng b·o hoµ. §Æc tÝnh c¬ khi khëi ®éng cã ®é cøng b»ng kh«ng dßng ®iÖn kh«ng ®æi. Khi ra khái vïng b·o hoµ m¹ch vßng tèc ®é b¾t ®Çu ph¸t huy t¸c dông ®iÒu chØnh cïng víi m¹ch dång ®iÖn t¹o ®Æc tÝnh cã ®é cøng tho¶ m·n ®é chÝnh x¸c cao