Đề tài Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

chÕ ®é ®éng c¬ vµ n¨ng l­îng ®­îc chuyÓn vËn theo chiÒu tõ t¶i ® ®éng c¬ ® m¸y ph¸t ® nguån, m¸y ph¸t F vµ ®éng c¬ § dæi chøc n¨ng cho nhau. Vïng h·m ng­îc ®éng c¬ trong hÖ F - § ®­îc gíi h¹n bëi ®Æc tÝnh h·m ®éng n¨ng vµ trôc m«men. H.2.12. Vïng h·m ng­îc ®éng c¬ trong hÖ F - D Søc ®iÖn ®éng E cña ®éng c¬ trë nªn cïng chiÒu suÊt ®iÖn ®éng m¸y ph¸t hoÆc do r«to bÞ kÐo quay ng­îc bëi ngo¹i lùc t¶i thÕ n¨ng, hoÆc do chÝnh suÊt ®iÖn ®éng m¸y ph¸t ®¶o dÊu. BiÓu thøc tÜnh c«ng suÊt sÏ lµ. PF = EP.I > 0 P§ = E.I > 0 Pc¬ = M.w <0 Hai nguån suÊt hiÖn ®iÖn ®éng E vµ RF cïng chiÒu vµ cïng cung cÊp cho ®iÖn trë phÇn øng t¹o nhiÖt n¨ng tiªu t¸n trªn sè. 2.3.2. Hª thèng chØnh l­u - ®éng c¬ mét chiÒu 2.3.2.1. ChØnh l­u b·n dÉn lµm viÖc víi ®éng c¬ ®iÖn. Trong hÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (CL - §), bé biÕn ®æi ®iÖn lµ c¸c m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn cã suÊt ®iÖn ®éng E phô thuéc vµo gi¸ trÞ gãc ®iÒu khiÓn kÝch thÝch ®éng c¬. Tuú theo yªu cÇu cô thÓ cña truyÒn ®éng mµ cã thÓ dïng c¸c s¬ ®å chØnh l­u thÝch hîp ®Ó ph©n biÖt chóng ta cã thÓ c¨n cø vµo c¸c dÊu hiÖu sau: Sè pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha…. S¬ ®å nèi: h×nh tia, h×nh cÇu ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng. Sè nhÞp: sè xung ¸p ®Ëp m¹ch trong thêi gian mét chu kú ®iÖn ¸p nguån. ChÕ ®é n¨ng l­îng: chØnh l­u, nghÞch l­u phô thuéc. TÝnh chÊt dßng t¶i: liªn tôc, gi¸n ®o¹n T¶i cña cuén chØnh l­u th­êng lµ m¹ch phÇn øng ®«ng c¬ (L-R-E) hoÆc lµ cuén kÝch truyÒn (L – R). §Ó t×m hiÓu ho¹t ®éng cña hÖ (L - §) ta h·y ph©n tÝch mét s¬ ®å chØnh l­u h×nh tia 3 pha vµ s¬ ®å thay thÕ nh­ h×nh 2-19. H×nh 2.13: S¬ ®å nèi d©y vµ s¬ ®å thay thÕ cña chØnh l­u tia ba pha H×nh 2.14. §Æc tÝnh ®iÒu ch×nh (a) vµ ®å thÞ thêi gian cña chØnh l­u h×nh tia pha (b) Khi dßng ®iÖn chØnh l­u id lµ liªn tôc th× cã thÓ dùng ®­îc ®å thÞ c¸c qu¸ tr×nh dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p nh­ trªn h×nh 2-20 suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u lµ nh÷ng h×nh sin nèi tiÕp nhau, gi¸ trÞ trung b×nh cña suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u tÝnh nh­ sau: Ed = (2.21) q = wet a: Gãc ®iÒu khiÓn tÝnh tõ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. P: sè xung ¸p ®Ëp m¹ch trong mét chu kú ®iÖn ¸p xoay chiÒu. Edo U2m lµ biªn ®é ®iÖn ¸p ®­a vµo bé chØnh l­u: NÕu gäi gãc dÉn cña van lµ l th× cã thÓ tÝnh ®­îc thµnh phÇn mét chiÒu cña dßng ®iÖn chØnh l­u chÝnh lµ thµnh phÇn sinh momen quay cña ®éng c¬. b. HiÖn t­îng chuyÓn m¹ch Khi ph¸t xung ®Ó më mét van Thiristo th× ®iªn ¸p anèt cña pha ®ã lµ d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña pha cã van ®ang dÉn dßng, do ®ã mµ dßng ®iÖn cña van ®ang dÊnÏ gi¶m dÇn vÒ kh«ng cßn dßng ®iÖn cña van kÕ tiÕp sÏ t¨ng dÇn lªn. Do trong m¹ch cã ®iÖn c¶m mµ qu¸ tr×nh nµy x¶y ra tõ tõ, cïng t¹i mét thêi ®iÓm c¶ hai van ®Òu dÉn dßng va chuyÓn dßng cho nahu. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van. Trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch v× c¶ hai van dÒ dÉn nen suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u b»ng trung b×nh céng cña ®iÖn ¸p hai pha. H×nh 2.15 HiÖn t­îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van Thiristo a: gãc ®iÒu khiÓn tÝnh tõ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt ®Ó van chuyÓn dßng cho nhau (gãc trïng dÉn). Do cã chuyÓn m¹ch nªn suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u bÞ sôt ®i (vïng g¹ch chÐo trªn h×nh vÏ). c. ChÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. HiÖn t­îng gi¸n ®o¹n dßng ®iÖn chØnh l­u x¶y ra do n¨ng l­îng ®iÖn tö tÝch luü trong m¹ch khi dßng ®iÖn t¨ng kh«ng ®ñ duy tr× tÝnh chÊt liªn tôc H×nh 2.16: ChÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n Lóc nµy gãc dÉn van trë lªn nhá h¬n 2p/p. Dßng ®iÖn qua van trë vÒ kh«ng tr­íc khi van kÕ tiÕp b¾t ®Çu dÉn. Trong kho¶ng dÉn van th× suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u b»ng suÊt ®iÖn ®éng cña nguån khi dßng ®iÖn b»ng kh«ng. Khi dßng, suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u b»ng suÊt ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ ®iÖn. d. ChÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc. NÕu trong s¬ ®å h×nh (2-19) ta t¨ng gãc më cña c¸c van ®Õn gi¸ trÞ gÇn b»ng p vµ ®¶o chiÒu suÊt ®iÖn ®éng E b»ng c¸ch dïng ngo¹i lùc b¾t roto ®éng c¬ quay ng­îc, hoÆc ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ ®­îc th× dßng ®iÖn chØnh l­u vÉn theo chiÒu cò nh­ng suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u ®· ®¶o dÊu c¸c van dÉn dßng trong thêi gian ®iÖn ¸p anèt ©m. C«ng suÊt ®iÖn tö cña ®éng c¬ vµ cña chØnh l­u ®· ®¶o dÊu do c¸c van dÉn dßng trong thêi gian ®iÖn ¸p anèt ©m. C«ng suÊt ®iÖn t­ cña ®éng c¬ vµ cña chØnh l­u lµ P®t = EId > 0 Pd = Ed Id <0 ChØnh l­u trë thµnh thiÕt bÞ nhËn ®iÖn n¨ng do ®éng c¬ ph¸t ra vµ biÕn ®iÖn n¨ng mét chiÒu nµy thµnh ®iÖn n¨ng xoay chiÒu tr¶ vÒ l­íi ®iÖn. 2.3.2.2. §Æc tÝnh cña hÖ truyÒn ®éng chØnh l­u Thiristo - ®éng c¬ mét chiÒu. a. ChÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc Dßng ®iÖ chØnh l­u Id chÝnh lµ dßng ®iÖn phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn. C¨n cø vµo s¬ ®å thay thÕ ta cã ph­¬ng tr×h ®Æc tÝnh. w = w = H×nh 2.17: S¬ ®å thay thÕ chØnh l­u ®éng c¬ mét chiÒu §Æc tÝnh c¬ cã ®é øng b = Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng tuú thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn a Thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn a tõ 0 ¸ p th× suÊt ®iÖn ®éng chØnh l­u biÕn thiªn tõ Edo vµ ta ®­îc mét hä ®Æc tÝnh tÝnh song song nhau n»m ë nöa bªn ph¶i cña mÆt ph¼ng to¹ ®é [w, I] H×nh 2.18: §Æc tÝnh c¬ hÖ T - § C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cua hÖ T - § mÒn h¬n c¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ F - § bëi v× cã sù sôt ¸p do hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van b¸n dÉn g©y nªn. Khi gãc ®iÒu khiÓn biÕn thiªn trong vïng 0 £ a £ bé biÕn ®æi lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, ®éng c¬ cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ nÕu suÊt ®iÖn ®éng E cßn d­¬ng vµ ë chÕ ®é h·m ng­îc nÕu suÊt ®iÖn ®éng E ®æi chiÒu (xem h×nh 2-24). Khi t¨ng gãc ®iÒu khiÓn £ a < amax vµ t¶i cã tÝnh chÊt thÕ n¨ng ®Ó quay ng­îc chiÒu ®éng c¬ th× c¶ suÊt ®iÖn ®éng Ed vµ E ®Òu ®æi dÊu. NÕu suÊt ®iÖn ®éng ®éng c¬ lín h¬n gi¸ trÞ trung b×nh cña bé biÕn ®æi th× dßng ®iÖn ch¶y qua c¸c van vÉn theo chiÒu cò, ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é h·m t¸i sinh. b. ChÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. B»ng ph­¬ng ph¸p to¸n häc ta cã thÓ tÝnh vµ vÏ ®­îc ®Æc tÝnh c¬ trong vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n ®ã lµ c¸c do¹n cong nÐt liÒn rÊt dèc s¸t trôc tung trªn h×nh 2-24. HÖ thèng kh«ng thÓ ¸p dông c¸c ph­¬ng ph¸p tù ®éng ®iÒu chØnh ®Æc biÖt. 2.3.2.3. NhËn xÐt chung ­u ®iÓm cña hÖ T - § lµ ®é t¸c ®éng nhanh cao, kh«ng g©y ån vµ dÔ tù ®éng ho¸, thuËn tiÖn cho viÖc thiÕt lËp c¸c hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh vßng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng ®Æc tÝnh tÜnh vµ ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng. Nh­îc ®iÓm cña hÖ T - § lµ do c¸c van b¸n dÉn cã tÝnh phi tuyÕn ®¹ng ®iÖn ¸p chØnh l­u ra cã biªn ®« ®Ëp m¹ch cao, g©y tæn thÊt pha trong m¸y ®iÖn. HÖ sè cos j cña hÖ nãi chung lµ thÊp. HÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - §éng c¬ mét chiÒu. Nguyªn lý hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu. Trªn h×nh 2-19a m« t¶ s¬ ®å nguyªn lý hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu. Khi kho¸ S th«ng ta cã: Uq = UN, i = iN, khi kh¸ S ng¾t th× iN = 0, Uq = 0 vµ i = iq0. Do t¸c dông duy tr× dµng cña L. §å thÞ trªn h×nh 2-19b m« t¶ qu¸ tr×nh dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trong chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc. H×nh 2.19: nguyªn lý lµm viÖc cña hÖ xung ¸p ®éng c¬. C¨n cø vµo s¬ ®å thay thÕ ë h×nh 2-19 a ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p nh­ sau: Uq = DUL + DUR + E = 0 T¹i thêi ®iÓm t = 0 kho¸ S b¾t ®Çu th«ng va Uq = UN Khi ®ã dßng ®iÖn i = Imin. Gi¶i ph­¬ng tr×nh i = Víi 0 £ t < t® vµ T­ = lµ h»ng sè thêi gian cña m¹ch phÇn øng. T¹i thêi ®iÓm t = t® kho¸ s b¾t ®Çu ng¾t khi dã i = Imax Khi ®ã trong m¹ch vÉn tån t¹i dßng ®iÖn khÐp m¹ch qua D0 (do n¨ng l­îng ®iÖn tõ tÝch luü trong m¹ch khi dßng ®iÖn t¨ng) vµ Uq = D NÕu S th«ng liªn tôc t® = T th× dßng ®iÖn trong m¹ch phÇng øng sÏ kh«ngg ®æi vµ b»ng I = Imax = Imin = NÕu thêi gian th«ng kho¸ gi¶m ®Õn mét gi¸ trÞ tíi h¹n ®ã t® = tgh th× dßng Imin = 0, vµ nÕu t® < tgh th× hÖ thèng sÏ chuyÓn sang chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. T¹i thêi ®iÓm trªn h×nh 2-19c lµ khi dßng ®iÖn gi¶m ®Õn gi¸ trÞ 0. Khi tx < T th× x¶y ra chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n vµ gièng nh­ ë hÖ T - q th× ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ trong vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n lµ rÊt mÒm. CH­¬ng III: Ph©n tÝch tÝnh to¸n m¹ch lùc 3.1. Môc ®Ých yªu cÇu Nh­ ®· ph©n tÝch ¬ ch­¬ng I phµn chñ yÕu vÒ truyÒn ®éng sö dông ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu c¬ së 600kW, ®iÖn ¸p ba pha 600V, tèc ®é ®­îc ®iÒu chØnh tr¬n. Ta sö dông hÖ truyÒn ®éng T - § cã ph¶n håi ©m tèc ®é BB§ cÊp cho phÇn øng kÝch tõ cña ®éng c¬ lµ kÝch tõ ®éc lËp. §¶o chiÒu quay b»ng c«ng t¾c t¬ chuyÓn m¹ch ®Ó ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng. §éng c¬ dïng ph­¬ng ph¸p h·m ®éng n¨ng kÝch tõ ®éc lËp. §Ó t¨ng tuæi thä vµ n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông, khai th¸c hÕt c«ng suÊt cña ®éng c¬ vµ bé biÕn ®æi, ta sö dông qu¹t lµm m¸t cã c«ng suÊt 0,7 kW ®Ó qu¹t m¸t cho ®éng c¬ mét chiÒu. Bé ®æi Thiristo còng ®­îc l¾p qu¹t lµm m¸t víi c«ng suÊt 7kW. 3.2. Lùa chän cña bé chØnh l­u Trong tr­êng hîp nµy lµ ®éng c¬ mét chiÒu, tøc lµ trªn s¬ ®å thµy thÕ cã d¹ng R + L + E. 3.2.1. ChØnh l­u cÇu mét pha ®èi xøng cã ®iÒu khiÓn. H×nh 3.1: ChØnh l­u cÇu mét pha ®èi xøng: a) S¬ ®å thay thÕ; b) §å thÞ thêi gian §Ó ®¬n gi¶n cho qu¸ tr×nh ph©n tÝch ra xem dßng ®iÖn chØnh l­u id lµ dßng liªn tôc vµ kh«ng cã hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van, tøc lµ t¹i mét thêi ®iÓm chØ cã mét van dÉn dßng. T¹i q = a ta ph¸t xung ë cÆp Thiristo 1 1 vµ 4. Khi q = a + p ta ph¸t xung më cÆp Thiristo 2 vµ 3, a gäi lµ gãc më van (hay gãc ®iÒu khiÓn ). tÝnh tõ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. U2 lµ trÞ sè hiÖu dông. §iÖn ¸p pha cuén thø cÊp biÕn ¸p nguån. C¨n cø vµo b¶ng c¸c tham sè chÝnh cña c¸c m¹ch chØnh l­u trong quyÓn tµi liÖu "H­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt" cña thÇy Ph¹m Quèc H¶i ta cã c¸c tham sè chÝnh cña m¹ch chØnh l­u cÇu mét pha nh­ sau: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn van Iv = Id/2 Trong ®ã Id lµ trÞ sè trung b×nh dßng ®iÖn ra t¶i. §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu khi lµm viÖc Ung max = 1,41 U2 TrÞ sè hiÖu dông dßng ®iÖn cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån Sba = 1,23.Pd Trong ®ã Pd lµ c«ng suÊt mét chiÒu trªn t¶i. Pd = Udo .Id. HÖ sè ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u K®m = 0,67 NhËn xÐt: S¬ ®å nµy cã thÓ cÊp dßng t¶i lªn tíi 100(A) vµ ®iÖn ¸p ra t¶i tõ 10 (V) trë lªn. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy so víi chØnh l­u h×nh tia lµ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã biÕn ¸p nguån, khi ®iÖn ¸p ra t¶i phï hîp víi cÊp ®iÖn ¸p nguån xoay chiÒu ta cã thÓ m¾c trùc tiÕp m¹ch chØnh l­u vµ l­íi ®iÖn. Do sôt ¸p trªn c¸c van gÊp ®«i s¬ ®å h×nh tia nªn kh«ng thÝch hîp víi t¶i. CÇn dßng lín nh­ng ®iÖn ¸p l¹i nhá. 3.2.2. ChØnh l­u h×nh tia 3 pha. H×nh 32. ChØnh l­u h×nh tia 3 pha: a) s¬ ®å thay thÕ; b) §å thÞ thêi gian C¸c tham sè chÝnh cña m¹ch chØnh l­u h×nh tia 3 pha nh­ sau: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u. Khi a = 0 th× Udo = 1,17 U2 TrÞ sè trung b×nh cña dßng ®iÖn qua van Iv = §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu khi lµm viÖc. Ungmax = 2,45 U2 TrÞ sè hiÖu dông dßng diÖn cuén thø cÊp thø nhÊt MBA nguån. I2 = 0,58 Id C«ng suÊt tÝnh toµn cña m¸y biÕn ¸p nguån Sba = 1,.35Pd NhËn xÐt: S¬ ®å chØnh l­u 3 pha h×nh tia b¾t buéc ph¶i cã biÕn ¸p nguån ®Ó cã ®iÓm trung tÝnh ®­a ra t¶i, c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p nµy lín h¬n c«ng suÊt mét chiÒu 1,35 lÇn. Tuy nhiªn sôt ¸p trong m¹ch van nhá nªn thÝch hîp víi ph¹m vi ®iÖn ¸p lµm viÖc thÊp. V× sö dông nguån 3 pha nªn kh«ng lµm lÖch ®iÖn ¸p l­íi vµ cho phÐp n©ng cao c«ng suÊt t¶i lín lªn nhiÒu, mÆt kh¸c, ®é ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p ra sau m¹ch chØnh l­u gi¶m ®¸ng kÓ nªn kÝch th­íc bé läc cïng nhá ®i nhiÒu so víi s¬ ®å 1 pha. 3.2.3. ChØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÇu. C¸c tham sè chÝnh cña m¹ch chØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÇu nh­ sau: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u. Ud = Khi a = 0 th× Udo = 2,34. U2 TrÞ sè trung b×nh dßng ®iÖn quan van, §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu khi lµm viÖc Unguån max = C«ng suÊt tÝnh to¸n m¹ch MBA nguån. Sba = 1.05. Pd. HÕ sè ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u K®m = 0,057 s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha (H gÇn 6 Thiristo chia thµnh hai nhãm. Nhãm ca tèt chung: T1, T3 vµ T5 Nhãm anèt chung: T2, T4 vµ T6 §iÖn ¸p c¸c pha. U2a = U2b = U2c = Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin. Ho¹t ®éng cña s¬ ®å. Gi¶ thiÕt T5 vµ T6 ®ang cho dßng ch¶y qua VF = U2c , VG = U2b khi q = q1 = cho xung ®iÒu khiÓn më T1. Thiristo nµy më v× U2a >0. Sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn vµ U2a > U2c, Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ch¹y qua. §iÖn ¸p trªn t¶i Ud = Uab = U2a = U2b . Khi q = q2 = cho xung ®iÒu khiÓn më T2. Thiristo nµy më v× khi T6 dÉn dßng, nã ®Æt U2b nªn anèt T2 mµ U2b > U2c. Sù më cña T2 lµm cho T6 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn vµ U2b > U2c C¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau ®­îc lÇn l­ît ®­a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn c¸c Thiristo theo thø tù 1, 2, 3,4, 5, 6, 1… Trong mçi nhãm khi 1 Thiristo më nã sÏ kho¸ ngay Thiristo dÉn dßng tr­íc nã. Tãm t¾t b¶ng. Thêi ®iÓm Më Kho¸ q1 = p/6 + a T1 T5 q2 = 3p/6 + a T2 T6 q3 = 5p/6 + a T3 T1 q4 = 7p/6 + a T4 T2 q5 = 9p/6 + a T5 T3 q6 = 11p/6 + a T6 T4 Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i §­êng bao gi¸ trªn biÓu diÔn ®iÖn thÕ cau F vµ VF. §­êng bao gi¸ d­íi biÔu diÔn ®iÖn thÕ cau G vµ VG. §iÖn ¸p trªn t¶i lµ Ud = VF -VG lµ kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng gi÷a hai ®­êng bao. Ud = Ud = a) H×nh 3.3 ChØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÇu: a) s¬ ®å thay thÕ; b) §å thÞ thêi gian NhËn xÐt: ChØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÇu lµ lo¹i ®­îc sö dông nhiÒu nhÊt trong thùc tÕ v× cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n c¶. Nã cho phÐp ®Êu th¼ng vµo l­íi ®iÖn 3 pha, ®é ®Ëp m¹ch rÊt nhá (5%). NÕu cã dïng biÕn ¸p th× g©y mÐo l­íi ®iÖn Ýt h¬n c¸c lo¹i trªn ®ång thêi c«ng suÊt MBA còng chØ xÊp xØ c«ng suÊt t¶i. C«ng suÊt m¹ch chØnh l­u nµy cã thÓ rÊt lín ®Õn hµng tr¨m kW. Nh­îc ®iÓm cña nã lµ mét sôp ¸p trong m¹ch van gÊp ®«i s¬ ®å h×nh tia nªn kh«ng phï hîp víi cÊp ®iÖn ¸p ra t¶i díi 10V. 3.2.4. KÕt luËn Sau khi ®­a ra c¸c s¬ ®å trªn ta cã nhËn xÐt: C«ng suÊt t¶i cña ta lín nªn nÕu ta dïng s¬ ®å cÇ 1 pha sÏ g©y ra mÐo ®iÖn ¸p l­íi. NÕu dïng chØnh l­u s¬ ®å h×nh tia th× ta cÇn ph¶i cã biÕn thÕ. MÆt kh¸c, do s¬ ®å nµy cã hÖ sè ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u t­¬ng ®èi lín nªn ph¶i dïng thªm bé läc. NÕu dïng chØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÊu th× sÏ ®¶m b¶o ®­îc yªu cÇu v× c«ng suÊt cña t¶i lín. MÆt kh¸c ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ trong tr­êng hîp nµylµ 600V v× vËy ta cã thÓ m¾c trùc tiÕp chØnh l­u 3 pha s¬ ®å cÇu vµo l­íi ®iÖn mµ kh«ng cÇn ph¶i qua biÕn thÕ. HÖ sè ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u cau s¬ ®å nµy rÊt thÊp (0,057). V× thÕ cã thuËn lîi lµ ta kh«ng ph¶i dïng bé läc. VËy sau khi c¨n cø vµo c«ng suÊt vµ ®iÖn ¸p mµ t¶i yªu cÇu ,vµ ®èi chiÕu víi ­u vµ nh­îc ®iÓm cña tõng s¬ ®å lµ chän chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn lµ hîp lý nhÊt. 3.3 TÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc §Ó ®¶m b¶o ®­a ra ®Õn t¶i ®iÖn ¸p 600V c«ng suÊt ®éng c¬ 600 kW cÇn ph¶i bï c¸c sôt ¸p do ®iÖn trë, ®iÖn c¶m cña d©y quÊn MBA vµ sôt ¸p trªn van b¸n dÉn. V× vËy ®iÖn ¸p trªn van thùc tÕ lµ Ud. Ud = U®t + DUr + DUx + DUvr DUv lµ sôt ¸p trªn van DUv = 2A. Sôt ¸p trªn trë d©y quÊn biÕn ¸p. Do ®iÖn ¸p Ud t¹o thµnh nhê ®iÖn ¸p 2 pha cña nguån nªn ®iÖn trë g©y sôt ¸p lµ hai ®iÖn trë pha. V× vËy cã hÖ sè 2 trong nhiÒu biÓu thøc sau: DUr = 2Id rba = 2Id = 2Id = lr DUr = Id = 1,044.lrUd Sôt ¸p do trïng dÉn g©y ra bëi ®iÖn c¶m d©y qu¸n pha biÕn ¸p DUx = = = 0,497lxUd Þ Ud = Ud = 638 Þ U2 = = 272 (V) lr = 2%, lx = 7% lµ l­îng sôt ¸p % do ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m d©y quÊn biÕn ¸p. 3.3.1. TÝnh chän van cho m¹ch ®éng lùc. M¹ch ®éng lùc gåm cã 6 van Thiristo l¾p theo s¬ ®å cÇu. §iÖn ¸p ng­îc mµ mçi van ph¶i chÞu lµ v× van ®­îc m¾c theo s¬ ®å cÇu 3 pha nªn ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van ®­îc tÝnh theo c«ng thøc. Ungmax = 2,45U2 = 2,45.272 = 666,4. §iÖn ¸p cña van ®­îc chän ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn. Uv > Ku.Ungmax ë ®©y Ku lµ hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p cho van. Do thùc tÕ ®iÖn ¸p l­íi kh«ng æn ®Þnh vµ ®­îc phÐp dao ®éng, mÆt kh¸c cã nhiÒu yÕu tè ¶nh h­ëng ngÉu nhiªn trªn m¹ng ®iÖn nªn hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p lÊy trong kho¶ng 1,7 ®Õn 2,2 Ta chän Ku = 2, v× thÕ van ®­îc chän ph¶i cã UV = 2. 666,4 = 1332,8 (V) Dßng ®iÖn ma mçi van ph¶i chÞu lµ IV > KlV .Itbv Trong ®ã: Itbv lµ gi¸ trÞ trung b×nh dßng ®iÖn thùc tÕ qua an Iv lµ dßng trung b×nh cña van ®­îc chän Klv lµ hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng ®iÖn cho van. §èi víi s¬ ®å sau ta cã dßng ®iÖn trung b×nh thùc tÕ qua van. Itbv = = 333,3 (A) Trong ®ã: Id lµ dßng ®Þnh mø cña ®éng c¬. Id = I®m = 1000 (A) Þ Itbv = I®m = 333,3 HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn cña van tuú thuéc vµo ®ùc ®iÓm lµm viÖc cña van, ch¼ng h¹n c­êng ®é dßng ®iÖn qua van thuéc lo¹i lín bÐhau trung b×nh, cã hay lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn qu¸ t¶i hau kh«ng , ®iÒu kiÖn m«i tr­êng chÕ dé lµm m¸t. Víi ®iÒu kiÖn cô thÓ cña nhµ m¸y thÐp ta thÊy. Klv = 2 VËy van mµ ta chän ph¶i cã: 2. 333,3 = 666,6 (A) Iv > Klv .Itbv = 2.333,3 = 666,6 (A) Nh­ vËy ta ph¶i chän van tho¶ m·n hai chØ tiªu. ChØ tiªu ®iÖn ¸p Uv > 1332,8 (V) ChØ tiªu dßng ®iÖn Iv > 666,6 (A) C¨n cø vµo b¶ng tham sè Thiristo do Liªn X« s¶n xuÊt (tµi liÖu §TCS cña thÇy Ph¹m Quèc H¶i) ta chän Thiristo ký hiÖu T -800, cã c¸c th«ng sè sau. Icp = 800 (A) Id = 14.000 (A) cÊp du/dt 4-6 Tx = 3600(A) Id = 30 (mA) cÊp tph = 1 CÊp di /dt = 1-4 DU = 2,1 (V) U®k = 7 (V) I®k = 400 (mA) CÊp ®iÖn ¸p (10 - 24) 100 (V) 3.3.2. TÝnh to¸n thiÕt kÕ cuén kh¸ng b¶o vÖ h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng di/dt. V× m¹ch chØnh l­u m¾c trùc tiÕp vµo l­íi ®iÖn kh«ng cã m¸y biÕn ¸p nªn ta ph¶i cã cuén kh¸ng nµy. Tèc ®é t¨ng dßng di/dt sÏ lín nhÊt khi ®iÖn ¸p tr­íc khi van dÉn lµ cao nhÊt, t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p l­íi t¨ng thªm 5%, do ®ã cuén kh¸ng mµ ta cÇn thiÕt kÕ gi¶i cã hÖ sè tù c¶m tho¶ m·n: L > = 18.10-6H = 18mH Ta chän ®iÖn c¶m h¹n chÕ L = 20mH. Dùa vµo tµi liÖu "ThiÕt kÕ - thiÕt bÞ ®iÖn ®iÖn tö c«ng suÊt" cña t¸c gi¶ TrÇn V¨n ThÞnh ta thiÕt kÕ tÝnh to¸n cuén kh¸ng sau: I = 2pf.L I. Tæng trë cuén kh¸ng. + Sôt ¸p trªn cuén kh¸ng : DUck = I.Z I lµ dßng ®iÖn xoay chiÒu ®i qua cuén kh¸ng vµo bé chØnh l­u cÇu pha 3pha: I = 0,816.Id. Pck = DUck.I = I2 .Z = (0,816.Id)2 Pck = (0,816.100)2.2.3,14.50.20.19-6 = 4181 (VAR) + TÝnh tiÕt diÖn lâi thÐp cuén kh¸ng. SFe = K víi K =5 ¸ 6 ta thÊy k = 5,5 SFe = 5,5 = 50 cm2 . VËy ta chän S = 55cm2 + TÝnh sè vßng d©y cÇn cã cña cuén kh¸ng. W = Trong ®ã: Kdq : lµ hÖ sè d©y quÊn Kdq = 1,1 ¸ 1,3 ta chän Kdq = 1,1 B - lµ mËt ®é tõ c¶m cau lâi thep B = 1,1 ¸ 1,8 (T) ta chän B = 1,2 VËy : W = +Chän tiÕt diÖn d©y quÊn cuén kh¸ng. dßng ®iÖn ®i qua cuén kh¸ng lµ: I = 0,816.100 = 816 (A) Ta chän d©y quÊn kh¸ng lµ d©y ®ång. §Ó cuén kh¸ng ph¸t nhiÖt ta chän mËt ®é dßng ®iÖn qua cuén kh¸ng lµ . J = 3A /mm2 SCU = = (mm2). VËy cuén kh¸ng h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng di/di mµ ta võa thiÕt kÕ cã c¸c th«ng sè chÝnh sau. SFe = 55cm - tiÕt diÖn lâi tõ SCu = 272mm2 - tiÕt diÖn d©y ®ång. W = 3,1 vßng - sè vßng quÊn. 3.3.3. TÝnh m¹ch b¶o vÖ qu¸ ¸p RC m¾c song song víi van. H×nh 3.4: B¶o vÖ Thiristo + HÕ sè qu¸ ¸p cña van ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: K = Trong ®ã: Ungcp - lµ ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ cã thÓ chÞu. Ungtt -lµ ®iÖn ¸p lín nhÊt ®Æt lªn van t­ong­ øng ®iÖn ¸p l­íi t¨ng lªn 5%. V× vËy: K = = 2,25 C¨n cø vµo tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt cña thÇy Ph¹m Quèc H¶i ta cã ph­¬ng ph¸p tÝnh trÞ sè R vµ C. Ta cã ®å thÞ ®Ó tra , vµ C* theo k sau: H×nh 3.5: C¸c hÖ sè C*, R*max, R*min theo hÖ sè K tra ®å thÞ 3 - 5 víi K =2,2 ®­îc C* = 0,25 ; = 2; R*max TrÞ sè dßng ®iÖn ®Ønh qua van. IVmax = Trong ®ã. UVmax = .1,05.600 = 890 (V) Rt = IVmax = = 1390 (A) Trong m¹ch chØnh l­u tÇn sè chuyÓn m¹ch cña van b»ng tÇn sè l­íi v× vËy. (max) = 2pf.Imax = 2.3,14.50.1390 = 436460A/S = 0,436 (A)/ms + X¸c ®Þnh diÖn tÝch Q tån t¹i trong van tr­íc khi kho¸ Q theo hä ®Æc tÝnh trong sæ tra cøu [Q=f(di/dt ; IVmax] Víi lo¹i T-800 tra ®å thÞ Q = f (di/dt; Imax; I) Trong sæ tay víi di/dt vµ IVmax võa tÝnh cã Q = 50 Ams = 50.10-6 ¸ Tõ ®ã ta cã .0,25 = 0,02.10-6(F) Ta chän tô C = 0,1mF + TÝnh R, víi s¬ ®å cÇu cã hai pha tham gia dÉn diÖn cho t¶i nªn gi¸ trÞ L' = 2L nen = 18 V× vËy ®iÖn trë n»m trong ph¹m vi R*min. 18 £ R £R*max.18 36 £ R £ 72 Chän ®iÖn trë R = 60 (W) Lóc nµy dßng phãng lín nhÊt cña tô b»ng. ICmax = Ungtt/R = 890/60 = 15 (A) 3.3.4. Chän cÇu dao ®ãng c¾t cho m¹ch lùc Dßng ®iÖn ®i qua cÇu dao lµ I = 0,816 .Id = 0,816.1000 = 816 (A) CÇu dao nµy ®Æt ë gi¸ l­íi xoay chiÒu, v× thÕ ta chän cÇu dao cã ký hiÖu Po - 3 do Liªn X« s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè: U®m = 1200 (A) I®m = 1000 (A) 3.3.5. Chän cÇu ch× b¶o vÖ cho m¹ch lùc. CÇu ch× ®Æc sau cÇu dao ®Ó b¶o vÖ cho m¹ch lùc. Ta chän cÇu ch× lo¹i Hpp do Liªn Xo s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau ; Idc = §èi víi ®éng c¬ mét chiÒu cã phÇn øng ®­îc cÊp ®iÖn bëi bé biÕn ®ái ta lÊy K = 1,7 a lµ hÖ sã phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khëi ®éng ta lÊy a = 1,5 Idc = =925 Ta chän d©y ch¶y cã I = 1500 (A) . H 3.6. S¬ ®å m¹ch lùcCh­¬ng IV Ph©n tÝch tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 4.1. Yªu cÇu chung ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn - §¶m b¶o ph¸t xung v¬i ®ñ c¸c yªu cÇu ®Ó më van nh­: §ñ biªn ®é, ®ñ ®é réng, s­ên xung ng¾n. - §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn amin ¸ amax t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra t¶i khi thay ®æi cña m¹ch lùc. - §¶m b¶o tÝnh ®èi xøng víi ¸c kªnh ®iÒu khiÓn, kh«ng v­ît qu¸ 10 ¸ 30 ®iÖn, tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn ®èi v¬i mäi van kh«ng ®­îc lÖch qu¸ gi¸ trÞ trªn, §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh. - §¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi l­íi ®iÖn xoay chiÒu dao ®éng c¶ vÒ gi¸ trÞ trªn ®iÖn ¸p vµ tÇn sè. - §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc. - Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xuang quanh. - Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p, qu¸ dßng, mÊt pha… vµ b¸o hiÖu khi cã sù cè. Cã hai lo¹i ®iÒu khiÓn c¬ b¶n lµ hÖ ®ång bé vµ hÖ kh«ng ®ång bé. Trong b¶n ®å ¸n nµy ta sö dông hÖ ®ång bå vµ nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn däc. ë hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn a më van lu«n ®­îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ mét thêi ®iÓm cè ®Þnh cña ®iÖn ¸p m¹ch lùc. V× vËy trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã mét kh©u thùc hiÖn nhiÖm vô nµy gäi lµ kh©u ®ång bé pha ®Ó ®¶m b¶o m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo nhÞp cña ®iÖn ¸p lùc. §Ó ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn däc th× trong m¹ch ph¶i cã mét kh©u t¹o ra ®iÖn ¸p tùa UT cã d¹ng cè ®Þnh (th­êng lµ xung r¨ng c­a) theo chu kú do nhÞp ®ång bé cña kh©u ®ång pha. Kh©u so s¸nh x¸c ®Þnh ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p tùa UT vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k ®Ó ph¸t kh©u t¹o ra xung më van hay gãc ®iÒu khiÓn thay ®æi do sù thay ®æi trÞ sè cña U®k. Trªn ®å thÞ ®ã lµ sù di chuyÓn theo chiÒu däc cña trôc biªn ®é. Trong thùc tÕ ng­êi ta chñ yÕu sö dông nguyªn t¾c nµy. 4.2. TÝnh chän biÕn ¸p cho nguån ®iÒu khiÓn. 4.2.1. Mét sè ®Æc ®iÓm cña biÕn ¸p nguån ®iÒu khiÓn. Nguån ®iÒu khiÓn th­êng cã c«ng suÊt kh«ng qu¸ 1KVA, nªn biÕn ¸p cÊp nguån cho nã lµ lo¹i c«ng suÊt nhá. Do ®ã, viÖc tÝnh to¸n kh¸c nhiÒu so víi lo¹i biÕn ¸p lùc thÓ hiÖn ë c¸c ®iÓm sau: Mét trong nh÷ng nhiÖm vô chñ yÕu cña thiÕt kÕ biÕn ¸p lùc lµ tÝnh to¸n d¹ng kÝch th­íc m¹ch tõ. Trong khi biÕn ¸p c«ng suÊt nhá th­êng cã s½n c¸c lo¹i lâi chuÈn ho¸ vµ ®­îc chÕ t¹o s½n. Sôt ¸p trong biÕn ¸p lùc chñ yÕu lµ do cuén c¶m, cßn ë biÕn ¸p ®iÒu khiÓn lµ do ®iÖn trë cuén d©y. *KÕt luËn: Môc ®Ých tÝnh to¸n biÕn ¸p ®iÒu khiÓn lµ dùa vµo c«ng suÊt cña biÕn ¸p cÇn thiÕt, ta chän trªn c¸c cuén thø cÊp ®ñ ®iÖn ¸p khi mang t¶i vµ kh«ng ph¸t nãng qu¸ møc cho phÐp. 4.2.2. TÝnh to¸n biÕn ¸p 3 pha. Khi nguån ®iÒu khiÓn lµ 3 pha ta cã hai ph­¬ng ph¸p ®Ó thiÕt kÕ. Mét lµ dïng 3 biÕn ¸p lo¹i 1 pha ®Êu thµnh 3 pha hoÆc dïng 1 biÕn ¸p 3 pha. ë biÕn ¸p 1 pha ta chØ cÇn x¸c ®Þnh c¸c tham sè cña mét biÕn ¸p theo b¶ng 16 (tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn t­ c«ng suÊt) cña thÇy Ph¹m QuÕ H¶i. c«ng suÊt cña biÕn ¸p 1 pha = 1 phÇn 3 c«ng suÊt 3 pha, cßn pha B, C tÝnh to¸n t­¬ng tù. BiÕn ¸p nguån ®iÒu khiÓn pha A cã hai cuén d©y thø cÊp. Cuén thø cÊp thø thø nhÊt cho ®iÖn ¸p ®ång pha vµ cuén thø cÊp thø hai cho c¸c m¹ch H4.0. M¹ch cÊp nguån ®iÒu khiÓn KhuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ biÕn ¸p xung. + Víi m¹ch t¹o biÕn ¸p ®ång pha, U21 = 12 (V) + Víi m¹ch t¹o nguån æn ®Þnh cho I21 = 100(mA) KhuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ biÕn ¸p xung U22 = 20 (V); I22 = 1(A) Do c«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p nguån lµ P21 = 12. 0,1 = 1,2 (W) P21 = 20. 1 = 20 (W) Þ P2 = P21 + P22 = 1,2 + 20 = 21,2 (W) Sba = Ssd. P2 Trong ®ã: Ksd lµ hÖ sè s¬ ®å tra trong b¶ng 1.1 [TL-HD§TCS] cña thÇy Ph¹m Quèc H¶i theo m¹ch chØnh l­u Ksd = 1,05. Þ Sba = 1,05. 21,2 = 22,26 (VA) P2 - c«ng suÊt t¸c dông cña cuén thø cÊp Sba - c«ng suÊt toµn phÇn cña m¸y biÕn ¸p nguån x¸c ®Þnh cì lâi thÐp dùa vµo c«ng suÊt MBA ®· cã. Tõ kinh nghiÖm thùc tÕ, tiÕt diÖn lâi thÐp Sth ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: = 5,5 cm2. C¸c tham sè trong biÓu thøc tra trong b¶ng 15[TL-HD §TCS]. Kth = 0,9, S = 2,4 (A/mm2); Bmax = 1,3. Kcs = 0,25. = 5,19 cm4 Tra b¶ng c«ng thøc m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, chän lâi s¾t cã tiÕt diÖn S = 7,28cm2, ®­îc ghÐp b»ng l¸ thÐp lo¹i II 20 x 40 cã bÒ dµy 0,35mm cã c¸c th«ng sè sau: H×nh 4.1: KÝch th­íc lâi thÐp cuén läc mét chiÒu TÝnh sè vßng c¸c cuén d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ: - Sè vßng d©y s¬ cÊp lµ: Trong ®ã: E= U0. (1 - 0,01. DU0%). DU0 lµ sôt ¸p trªn cuén s¬ cÊp DU% = 13 (V) E0 = 220 (1 - 0,01. 13) =191,4 (V) Sè vßng d©y cuén thø cÊp lµ: Trong ®ã: E1 = 12 (1 - 0,01. 18) = 9,84 (V) = 62 (vßng). Sè vßng d©y cuén thø cÊp lµ Trong ®ã: E1 = 20 (1 - 0,01. 18) = 16,4 (V) = 103 (vßng). Dßng ®iÖn ch¹y trong cuén s¬ cÊp lµ = 0,096 (A) Ta lÊy mËt ®é dßng ®iÖn lµ J = 2,5 (A/mm2). Nªn tiÕt diÖn cña cuén s¬ cÊp lµ = 0,038 (mm2) Do ®ã ta chän d©y cã ®­êng kÝnh lµ d1 = 0,3mm T­¬ng tù S21 = 0,04 mm2. Chän d21 = 0,23 mm S22 = 0,4 mm2. Chän d22 = 0,7 mm Ta chän D0 ¸ D5 lo¹i 1N5420 cã I = 2A, U = 70 (V) Chän C1, C2 lµ tô läc nguån IC æn ¸p lo¹i 2200mF - 35 (V) Chän tô C3, C4 lµ tô läc sau æn ¸p lo¹i 470(mF)-25(V) Chän tô C5, C6 lµ tô läc hµi nhiÔu cao tÇn chän 10(mF). 4.3. Kh©u ®ång pha a) b) H4.2. Kh©u ®ång pha: a. S¬ ®å nguyªn lý; b. D¹ng ®iÖn ¸p ë ®Çu ra Kh©u ®ång pha gåm cã khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA1, c¸c ®iÖn trë R1, R2, VR1 vµ biÕn ¸p ®ång pha. §Ó m¹ch lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, trªn ®å thÞ ®­êng ®iÖn ¸p. U0 ph¶i giao nhau víi ®­êng ®iÖn ¸p ®ång pha ®i qua ®iÓm 0, v× thÕ. = 1,41.12. sin100 = 2,93 (V) Víi ®iÖn ¸p U0 lµ gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p ®ång pha ®iÖn ¸p cÊp cho VR1 lµ 12(V) ta chän biÕn trë VR1 = 10 (kW), lóc ®ã dßng ®i qua biÕn trë lµ: = 1,2 (mA) §iÖn trë mµ ta chØnh ®Þnh trªn VR1 lµ: = 2,44 (kW). VËy ta chän R1 = 10 (kW); R2 = 15 (kW). 4.4. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa. a) b. H4.3. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tù: a. S¬ ®å nguyªn lý; b. D¹ng ®iÖn ¸p Khi ®iÖn ¸p ®Çu ra cña OA1 tøc lµ ®iÓm B ©m th× ®iÖn ¸p ra cña OA2 t¹i ®iÓm C ® tô C7 ® R3 ® D8 ® OA1 ® m¸t ® OA2. §ièt æn ¸p ta chän lo¹i cã ng­ìng lµ UDZ = 9V. Thêi gian cña tô lµ t1 t­¬ng øng víi 100. nh­ vËy trong kho¶ng thêi gian t1 ®iÖn ¸p trªn tô ph¶i t¨ng tõ 0 ®Õn 9V. Khi ®iÖn ¸p ë ®Çu ra lµ d­¬ng th× ë ®Çu ra cña OA2 lµ ©m, do ®ã tô C7 phãng tõ C7 ® OA2 ® m¸t ® nguån ® R4 ® VR2 ® tô C7. Dßng ®iÖn qua tô khi nµy ngù¬c chiÒu víi khi n¹p, ®iÖn ¸p trªn tô C7 gi¶m dÇn. V× R4 = const nªn (4-1) Trong ®ã: U® = 9V - lµ ®iÖn ¸p ®Ønh r¨ng c­a. Sau kho¶ng thêi gian t = t2 - t1 t­¬ng øng víi 900 - 100 = 800 th× ®iÖn ¸p trªn tô sÏ gi¶m t­íi 0 ta cã. Chän tô C7 cã ®iÖn dung C7 = 220 nF = 220.10-9(F) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (4-1) ta ®­îc; Chän R4 = 20 (kW). ChiÕt ¸p VR2 chän 15 (kW) ChØnh ®Þnh chän VR2 = 10 (kW). Trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn ¸p trªn tô C7 ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: (4-2) Trng ®ã: Nh­ ®· ph©n tÝch ë trªn ®å thÞ ®iÖn ¸p ë trªn tô C7 sÏ t¨ng tõ 0 ®Õn 9V trong thêi gian t1. Nh­ vËy thêi gian n¹p lµ. (s) Víi khuÕch ®¹i thuËt to¸n cã nguån lµ 12V cã Ubh= 10V, thay vµo c«ng thøc (4-2) ta ®­îc. Khi t = t1 th× Uc = 9V Uc = R3 = 2319 (W). Chän R3 = 2,4 (kW) 4.4. Kh©u so s¸nh t¹o xung. H4.3. Kh©u so s¸nh t¹o xung a. S¬ ®å nguyªn lý; b.D¹ng ®iÖn ¸p PhÇn tö chÝnh lµ OA3 ®­îc cÊp nguån +12V lo¹i LM 324 cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau: Ung = ± 3V ¸ 22V NhiÖt ®é lµm viÖc: t = - 550 ¸ 1250C C«ng suÊt tiªu thô: P = 650 (mW) = 0,65 (W) Tæng trë ®Çu vµo: Zv = 70 (W) Tæng trë ®Çu ra: Zr = 1 (MW) = 1000.000 (W) HÖ sè khuÕch ®¹i: K0 = 5.104 Dßng ®iÖn ®Çu ra: Iv = ± 25 (mA). Tèc ®é t¨ng ¸p: = 0,5 V/ms NhiÖm vô so s¸nh 2 ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn kÕt qu¶ ë ®Çu ra lµ c¸c xung ch÷ nhËt sau khi qua ®ièt D9 ®Ó lo¹i bá phÇn ©m, ta ®­îc d¹ng ®iÖn ¸p nh­ trªn s¬ ®å. §iÖn trë R5 vµ R6 cã nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a U®k vµ UT ®ång thêi h¹n chÕ dßng kh«ng g©y qu¸ t¶i cho tÇng tr­íc. Ta chän R5 = R6 = 15 kW. 4.5. Kh©u t¹o xung chïm. E H4.5. Kh©u t¹o xung chïm a. S¬ ®å m¹ch ®iÖn nguyªn lý; b. D¹ng ®iÖn ¸p §©y lµ m¹ch dao ®éng ®a hµi t¹o xung chïm. Chu kú cña ®iÖn ¸p tÝnh theo c«ng thøc. (4-3) §Ó gi¶m ®é chªnh lÖch ®iÖn ¸p tÝnh gi÷a 2 cöa vµo cña OA4 ta chän R9 < R8, chän R9 = 8 (kW), R8 = 24 (kW). TÇn sè cña m¹ch dao ®éng ta chän f = 1,5 KHz, chän tô C8 lµ lo¹i tô gèm cã ký hiÖu 2A2245J. Cã: C8 = 22.104 pF = 220.10-9 (F) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (4-3) ta ®­îc: Þ R7 = 2966 (W) chän R5 = 3,3 (kW). 4.6. Khèi khuÕch ®¹i xung chïm H4.6. S¬ ®å nguyªn lý khèi khuÕch ®¹i xung chïm Theo nh­ lo¹i thiristor ®· chän ë ch­¬ng III lµ lo¹i T-800 cã ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lµ: U®k = 7(V); I®k = 0,4 (A) kh©u dao ®éng ®a hµi t¹o xung chïm cã f = 1,5KHz. VËy tham sè dßng ®iÖn cuén s¬ cÊp lµ. U1 = U2. K = 7.3 = 21 (V) I1 = PhÇn tö chÝnh cña kh©u khuÕch ®¹i xung lµ c¸c transitor Q42 vµ Q41 ®­îc ghÐp darlington. §ièt D43 vµ ®iÖn trë R41 nh»m ®Ó tiªu tan n¨ng l­îng tÝch luü cña cuén d©y trong giai ®oan kho¸ cña c¸c bãng b¸n ®Én. Nguån c«ng suÊt ph¶i cã trÞ sè lín h¬n U1 ®Ó bï sù sôt ¸p trªn ®iÖn trë. V× vËy ta chän Ec=24V. c¨n cø vµo trÞ sè cña Ecs vµ I1 ta chän bãng Q42 lo¹i 2N3705 cã Icmax=0,5(A), Ucc = 30 (V), bmin = 50. §iÖn trë R41 th­êng chän tõ kh¶ n¨ng dÉn dßng lín nhÊt cho phÐp cña Q42. (W). VËy chän R41 = 60 (W). Bãng Q41 chän lo¹i BC107 cã Ua = 45; Icmax = 0,1 (A); bmin = 110. Theo (tµi liÖu – HDTKMDTCS), ta tÝnh R43 tõ ®iÒu kiÖn më b·o hoµ tèt cho Q41 vµ Q42 sau. (W). Trong ®ã: S- HÖ sè dù tr÷ ®Ó ®¶m b¶o c¸c bãng më b·o hoµ. MÆt kh¸c R43 ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn lµ h¹n chÕ dßng ®Ó kh«ng g©y qu¸ t¶i cho cæng AND. Tõ ®ã ta chän R43 = 15 (kW). Cæng AND lo¹i CMO4084. Theo (tµi liÖu- HDTKMDTCS) ®iÖn trë t¸ch xung R44 ph¶i tho¶ m·n (4-4) Trong ®ã: U®f – gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p ®ång pha U®f = 10V. amin – gãc ®iÒu khiÓn nhá nhÊt amin = 300 UD – sôt ¸p trªn ®i èt D45 = 0,7 (V) UT§X - ®iÖn ¸p ®Çu ra CMOS cã nguån cÊp lµ 12V nªn ®iÖn ¸p ®Çu ra ë møc cao » 11(V). Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc (4-4) ta ®­îc: = 87 (kW) VËy chän R44 = 5,6 (kW). 4.7. BiÕn ¸p xung BiÕn ¸p xung lµ lo¹i biÕn ¸p ®Æc biÖt, trong ®ã ®iÖn ¸p ®Æt lªn phÝa s¬ cÊp cã d¹ng xung ch÷ nhËt mµ kh«ng ph¶i ®iÖn ¸p h×nh sin, ®iÒu nµy dÉn ®Õn chÕ ®é lµm viÖc vµ ph­¬ng ph¸p tÝnh rÊt kh¸c so víi biÕn ¸p th«ng th­êng. TÇn sè ®iÖn ¸p lµm viÖc cña biÕn ¸p xung cã thÓ vµi tr¨m Hz ®Õn hµng tr¨m KHz. NhiÖm vô cña biÕn ¸p xung lµ c¸ch ly m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn, phèi hîp trë kh¸ng tÇng khuÕch ®¹i xung vµ cùc ®iÒu khiÓn van lùc. BiÕn ¸p xung lµm viÖc ë tÇn sè cao nªn lâi dÉn tõ tr­êng lµ lâi ferit. Do tæn thÊt trong biÕn ¸p t¨ng m¹ch theo tÇn sè nªn c­êng ®é tù c¶m còng ph¶i gi¶m ®¸ng kÓ so víi tÇn sè 50Hz. H4.6. §Æc tÝnh tõ ho¸ lâi ferit Do dßng ®iÖn qua c¸c cuén d©y BHX kh«ng liªn tôc mµ cã d¹ng xung nªn trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn nhá. V× vËy, tiÕt diÖn d©y quÊn BAX th­êng kh«ng tÝnh tõ trÞ sè dßng ®iÖn nh­ th«ng th­êng mµ hay ®­îc chän tõ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o ®é bÒn c¬ häc víi ®­êng kÝnh d©y quÊn trong kho¶ng (0,2¸0,4)mm. Do chÕ ®é lµm viÖc cña biÕn ¸p xung lµ tõ ho¸ 1 phÇn nªn theo ®å thÞ ta chän. DB = 0,2 T vµ DH = 30 (mA). Do xung cña bé dao ®éng ®a hµi t¹o ra lµ ®èi xøng nªn thêi gian cã xung b»ng thêi gian nghØ (tx = tn). TÇn sè xung chïm lµ 1,5 KHz t­¬ng øng chu kú 1 xung lµ. Thêi gian cã xung lµ: Tx = 0,5. TXC = 0,5. 0,66. 10-3 = 0,03.10-3 (s) ThÓ tÝch cña lâi tõ lµ: I2 – lµ dßng ®iÖn cuén thø cÊp do tn = tx nªn I2 = 0,5.I®k = 0,5. 0,4 = DUx lµ ®é sôt ¸p xung cho phÐp th­êng lÊy b»ng (0,2 ¸ 0,2) ë ®©y ta lÊy DUx = 0,15 (V) Tû sè biÕn ¸p: Kba = 3 §iÖn ¸p thø cÊp U2 = U®k = 7 (V). Thay c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh vµo c«ng thøc (4-3) ta cã: = Ta chän lâi ferit 3019 §­êng kÝnh ngoµi: 30 (mm) §­êng kÝnh trong: 19 (mm) V = 6,19 (cm3) F = 1,28 (cm3) VËy sè vßng d©y cuén s¬ cÊp: = 107 (vßng) VËy sè vßng d©y cuén thø cÊp: = 36 (vßng) H×nh 4.9. §å thÞ thêi gian cña m¹ch t¹o xung * Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch t¹o xung. BiÕn ¸p ®ång pha lµ biÕn ¸p thø cÊp cã ®iÓm gi÷a nèi m¸t v× thÕ ë 2 ®Çu cuén thø cÊp sÏ cho ra 2 ®iÖn ¸p ng­îc pha nhau 1800. Hai ®iÖn ¸p nµy sau khi qua ®Ý« D6 vµ D7 ®­îc n¾n nöa chu kú nªn ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm A chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®ång pha UA(U®f) cã d¹ng nh­ ë (h×nh 4.2). §iÖn ¸p ®ång pha nµy ®i qua R2 ®­îc ®­a vµo ®Çu ®¶o cña OA1, ®iÖn ¸p nµy ®­îc so s¸nh víi U0 ®­îc ®­a vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña OA1. V× bé biÕn ®æi chØ lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u nªn gãc ®iÒu khiÓn a = 0 ®Õn 900 tÝnh tõ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. §Ó më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh gi¸ trÞ U0 ta lÊy nhá (100 t­¬ng øng víi kho¶ng thêi gian cña tô n¹p ®Ó t¹o s­ên r¨ng c­a ®i lªn ë m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tùa). §iÖn ¸p ë ®Çu ra cña OA1 tøc lµ ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm B cã d¹ng nh­ (h×nh 4.3) ®ã lµ d·y xung h×nh ch÷ nhËt, øng víi kho¶ng thêi gian ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm B ©m th× ®iÖn ¸p nµy th«ng qua ®i èt D8 vµ R3 ®­îc ®­a tíi ®Çu ®¶o cña OA2 lµm cho ®iÖn ¸p ë ®Çu ra OA2 t¹i ®iÓm C7 d­¬ng tô C2 ®­îc n¹p tõ ®iÓm C ® tô C7 ® R3 ® D8 ® ®iÓm B ® OA1 ® m¸t ® OA2 ® ®iÓm C. Thêi gian n¹p cña tô C7 phô thuéc vµo ®iÖn dung cña C7 vµ trÞ sè R3. Th«ng th­êng m¹ch ®­îc thiÕt kÕ víi ®iÒu kiÖn R3 0; U®k <0). KÕt qu¶ ë ®Çu ra cña OA3 sau khi ®i qua D9 ®Ó c¾t bá phÇn ©m ta ®­îc ®iÖn ¸p so s¸nh cã d¹ng ch÷ nhÊt n»m ë phÝa trªn trôc hoµnh (h×nh 4.4) khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA4 cïng víi ®iÖn trë R7, R8, R9, vµ tô C8 t¹o thµnh m¹ch dao ®éng cã tÇn sè tõ 6 ®Õn 10KHz. Sau khi ®i qua D ®Ó c¾t bá hÇn ©m ta ®­îc ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm E cã d¹ng nh­ ë (h×nh 4.5). Xung chïm vµ ®iªn ¸p cña kh©u t¹o xung t¹i ®iÓm D ®­îc chia ra lµm 2 kªnh vµ ®­îc ®­a tíi c¸c cægn AND. kÕt hîp víi m¹ch t¸ch xung D45, R44 kÕt qu¶ lµ ®iÖn ¸p t¹i cùc baz¬ cña transtor Q41 vµ Q42 cã d¹ng nh­ ë (h×nh 4.9). C¸c ®iÖn ¸p nµy ®­îc khuÕch ®¹i b»ng c¸c cÆp transitor ®Êu kiÓu darlington sau ®ã ®­îc truyÒn qua biÕn ¸p xung ®Ó ®­a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn thyristor. 4.8. Tæng hîp hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn 4.8.1. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu KT§L Khi dßng ®iÖn kÝch tõ ®éng c¬ kh«ng ®æi, hoÆc khi ®éng c¬ ®­îc kÝch thÝch b»ng nam ch©m vÜnh cöu th× tõ th«ng kÝch tõ lµ h»ng sè. Ph­¬ng tr×nh ®éng häc cña ®éng c¬ ®­îc viÕt ë d¹ng to¸n tö laplace lµ: KF = const = CU U(P) = R­ . I(P). (1 + T­) + CU. w (P) Víi lµ h»ng sè thêi gian cña m¹ch phÇn øng. R­, L­ lµ ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m cña m¹ch phÇn øng. Ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña hÖ thèng M(P) = MC(P) = J. P. w (P) Trong ®ã: J lµ m« men qu¸n tÝnh cña c¸c phÇn tö chuyÓn ®éng quy vÒ trôc ®éng c¬. Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta x©y dùng ®­îc s¬ ®å cÊu tróc m« t¶ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. H×nh 4.10: S¬ ®å cÊu tróc m« t¶ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Th«ng sè cña ®éng c¬ U®m = 600V R­ = 0,4 I®m = 1000A IKT = 25,5/6,6A P®m = 600 kW UKT = 262/68V N®m = 1300 v/p J = 15,5 Kg/m2 Sè ®«i cùc Zp= 2 Trong ®ã L­ lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch phÇn øng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc (1) NÕu m¹ch phÇn øng cã cuén bï th× hÖ sè KL = 1,4 ¸ 1,9 NÕu m¹ch phÇn øng kh«ng cã cuén bï th× hÖ sè KL = 5,5 ¸ 5,7. §éng c¬ sö dông cã cuén bï lµ lÊy R2 = 1,9 thay c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh vµo c«ng ghøc (1) ta cã. = 0,00044 H Hệ số ®«i cùc tÝnh theo c«ng thøc. V/rad/s Tõ c¸c th«ng sè võa tÝnh ®­îc ta cã cÊu tróc cña ®éng c¬ nh­ sau: H×nh 4.11: Quan hÖ gi÷a U®k vµ gãc a 4.8.2. Bé ®iÒu chØnh cã ®k Hµm truyÒn ®¹t cña bé chØnh l­u thyristor tæng qu¸t lµ Trong đó KBB§ lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi, TBB§ lµ h»ng sè thêi gian cña bé biÕn ®æi ®­îc tÝnh theo c«ng thøc. Víi m = 6 lµ sè xung ¸p ®Çu ra trong mét chu kú ®iÖn ¸p l­íi. F = 50 lµ tÇn sè cña ®iÖn ¸p l­íi. V× thÕ §Ó t×m KBB§ ta ph¶i lËp b¶ng t×m quan hÖ gi÷ U®k , a, E®. §iÖn ¸p chØnh l­u cÇu ba pha lµ: Nh­ ®· tÝnh ë m¹ch t¹o xung th× ®Ønh r¨ng c­a lµ 9V, thêi gian n¹p t­¬ng øng 100, thêi gian phãng t­¬ng øng 800. D H×nh 4.11: Quan hÖ gi÷a U®k vµ gãc a Quan hÖ gi÷a U®k vµ gãc a C¨n cø vµo tam gi¸c ABC ta cã quan hÖ Ta cã b¶ng U®k 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a0 90 81,1 72,2 63,2 54,3 45,4 36,5 2,76 18,7 9,8 E­(V) 0 125,4 247,8 365,5 473 569,2 651,6 718,3 767,8 798,7 C¨n cø vµo quan hÖ gi÷a U®k , a, E® ta dùng ®­îc ®å thÞ thÓ hiÖn quan hÖ gi÷a U®k vµ Ed nh­ sau: H×nh 4.12: Quan hÖ gi÷a U®k vµ Ed V× ®éng c¬ cã U®m = 600V ta dù dù phãng ®iÖn ¸p l­íi dao ®éng sôt ¸p, vµ sôt ¸p trªn c¸c van khi dÉn dßng, sôt ¸p trªn cuén kh¸ng nªn øng víi U®m ta chän Ed = 652 V. Khi Ed = 652 V th× U®k= 6 vµ a = 36,50. Khi ®ã hÖ sè cña BB§ lµ. VËy 4.8.3. Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn Ph¶n håi dßng ®iÖn lµ kh©u qu¸n tÝnh cã hµm truyÒn. Trong ®ã: I§: dßng ®iÖn ®i vµo phÇn øng ®éng c¬ Ti: h»ng sè thêi gian cña kh©u truyÒn phô thuéc vµo tô läc C, ®iÖn trë R, hÖ sè ®iÖn c¶m vµ néi trë cña biÕn dßng ta lÊy Ti = 0,005s. H×nh 4.13: Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn Ki: hÖ sè truyÒn cña kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn Ta lấy điÖn ¸p ph¶n håi Ui = 10V Khi ®éng c¬ ch¹y ë chÕ ®é ®Þnh møc Cã I§ = 1000A V× thÕ Tõ ®ã ta cã: 4.8.4. Kh©u ph¶n håi tèc ®é. H×nh 4.14: Hµm truyÒn cña kh©u ph¶n håi tèc ®é cã d¹ng. Trong ®ã: Tfw lµ h»ng sè thêi gian cña bé läc lÊy Tfw = 0,005s. : khi ®éng c¬ ch¹y víi tèc ®é ®Þnh møc th× ta cã Uw= Uwmax= 1(V) VËy ta cã: 5.8.5. Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn. H×nh 4.15: CÊu tróc s¬ ®å m¹ch vßng dßng ®iÖn Ri lµ bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn TBB§, Ti, T­ lµ h»ng sè thêi gian cña BB§, trong tr­êng hîp hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã h»ng sè thêi gian c¬ häc rÊt lín, h¬n thêi gian ®iÖn tõ cña m¹ch phÇn øng th× ta cã thÓ coi s®® cña ®éng c¬ kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cña m¹ch vßng dßng ®iÖn (coi DE = 0). Hµm truyÒn ®¹t cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. V× Ti vµ TBB§ lµ nhá ta dÆt Ts = Ti + TBB§ lóc nµy biÓu thøc S0(P) cã thÓ viÕt l¹i nh­ sau. ¸p dông tiªu chuÈn tèi ­u m« dun ta t×m ®­îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng kh©u PI. Ta lÊy h»ng sè a = 0. H×nh 4.16: S¬ ®å nguyªn lý bé ®iÒu chØnh Ri Trong ®ã Is = Ti + TBB§ = 0,005 + 0,0017 = 0,0067 KBB§ = 108,7; Ki = 0,01; R­ = 0,4. Ta chän C = 5,7mF, tõ ®ã ta cã. (W) Ta chän R1 = 15 kW TÝnh R3: V× W Chọn R3 = 1 kW Hàm truyền cña m¹ch vßng dßng ®iÖn lµ. 4.8.6. Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é. ë môc trªn ta ®· tæng hîp ®­îc m¹ch vßng dßng ®iÖn trong phÇn nµy ta sÏ sö dông biÓu thøc kÕt qu¶ trong ®ã ®· bá qua ¶nh h­ëng cña søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬. V× 1 + Ts. P » 1 v× thÕ ®Ó ®¬n gi¶n ta cã thÓ dïng biÓu thøc gÇn ®óng ®Ó tÝnh to¸n hµm truyÒn ®¹t cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. S¬ ®å khèi cÊu tróc cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é. H×nh 4.17: S¬ ®å khèi cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é Trong ®ã Sw lµ sensor tèc ®é cã hµm truyÒn lµ kh©u qu¸n tÝnh víi hÖ sè truyÒn lµ Kw vµ h»ng sè thêi gian (läc) Tfw. Th­êng Tfw cã gi¸ trÞ nhá khi ®ã ta ®Æt. 2T's = 2. Ts + Tfw ®èi t­îng ®iÒu chØnh c¸c hµm truyÒn. Theo tiªu chuÈn tèi ­u m«dun cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ bé tû lÖ. Trong ®ã th­êng lÊy a2 = 2. H»ng sè thêi gian c¬ häc ®éng c¬. Trong môc 4.4.1 ta tÝnh ®­îc. Ki = 0,01, Kw = 0,096 2T's = 2Ts + Tfw = 2. 0,067 + 0,005 = 0,0184 (s) Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc trªn ta ®­îc. = 29. §©y lµ bé ®iÒu chØnh tû lÖ Kp = 29 v× thÕ. ta chän R5 = R7 = 10 kW. Tõ ®ã ta cã R6 = KPR5 38,3. 10 =383 kW H×nh 4.18: CÊu tróc bé ®iÒu chØnh H×nh 4.19: S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng 4.9. §¶o chiÒu quay cña ®éng c¬. 4.9.1. §¶o chiÒu tõ th«ng ChiÒu tõ lùc t¸c dông vµo dßng ®iÖn ®­îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i. Khi ®¶o chiÒu tõ th«ng hay ®¶o chiÒu dßng ®iÖn th× lùc tõ cã chiÒu ng­îc l¹i. VËy muèn ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ thùc hiÖn mét trong hai c¸ch sau. HoÆc ®¶o chiÒu tõ th«ng (qua ®¶o chiÒu dßng ®iÖn kÝch tõ). HoÆc ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng. Trong d©y truyÒn c¸n ®éng c¬ sö dông hÖ truyÒn ®éng víi c«ng suÊt lín (v× c«ng suÊt kÝch tõ chØ kho¶ng 18% c«ng suÊt truyÒn ®éng) vµ hÇu nh­ kh«ng ®¶o chiÒu nªn ta sö dông ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu b»ng tõ th«ng. H×nh 4.20. S¬ ®å ®¶o chiÒu ®éng c¬ b»ng kÝch tõ Ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng thùc hiÖn nhÑ nhµng v× m¹ch tõ th«ng cã c«ng suÊt nhá h¬n m¹ch phÇn øng. Tuy vËy cuén kÝch tõ cã sè vßng d©y lín, hÖ sè tù c¶m lín do ®ã thêi gian ®¶o chiÒu t¨ng lªn (thêi gian qu¸ ®é lín) nªn ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng tèc ®é t¨ng qóa, kh«ng tèt. 4.9.2. S¬ ®å m¹ch kÝch tõ H×nh 4.21. S¬ ®å m¹ch kÝch tõ Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Hai m¹ch chØnh l­u ho¹t ®éng riªng biÖt. M¹ch nµy ho¹t ®éng (®­îc ph¸t xung ®iÒu khiÓn) th× m¹ch l¹i hoµn toµn nghØ (bÞ ng¾t xung ®iÒu khiÓn). V× vËy lo¹i trõ ®­îc hiÖn t­îng dßng quÈn vµ kh«ng cÇn cuén kh¸ng c©n b»ng. Song qu¸ tr×nh ®¶o chiÒu cÇn cã thêi gian chÕt (nhá nhÊt lµ vµi ms) ®Ó cho van cña m¹ch ph¶i ngõng ho¹t ®éng kÞp phôc håi tÝnh chÊt kho¸ råi míi b¾t ®Çu ph¸t xung cho m¹ch kia ho¹t ®éng. V× vËy cÇn cã mét khèi logic ®iÒu khiÓn ®¶o chiÒu tin cËy. 4.9.3. Qu¸ tr×nh ®¶o chiÒu. Khi ta nhÊn nót dõng c¾t nguån ®éng c¬ ngõng ho¹t ®éng. Nh­ng theo qu¸n tÝnh ®éng c¬ cßn ch¹y mét thêi gian sau míi ngõng h¼n. V× vËy nã sinh ra mét n¨ng l­îng trong m¹ch phÇn øng. Muèn lµm mÊt n¨ng l­îng ®ã ta ph¶i m¾c mét ®iÖn trë R ®Ó triÖt tiªu n¨ng l­îng ph¸t sinh ®ã. Khi b¾t ®Çu ®ãng ®iÖn cho ®éng c¬, tèc ®é ®éng c¬ b»ng kh«ng nªn dßng ®iÖn ®éng c¬ Im= = (10 - 20) I®m rÊt lín t¹o ra m« men ng¾n m¹ch. Còng rÊt lín vµ cã thÓ g©y ra hËu qu¶ xÊu. M« men më m¸y qu¸ lín sÏ t¹o ra c¸c xung lùc ®éng lµm hÖ truyÒn ®éng bÞ giËt, kh«ng tèt vÒ mÆt c¬ häc, h¹i m¸y, cã thÓ g©y ra nguy hiÓm gÉy trôc, vì b¸nh r¨ng. Mmm = Mnm = K. fdm. Imm. VËy, ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho ®éng c¬ vµ c¸c c¬ cÊu truyÒn ®éng còng nh­ tr¸nh ¶nh h­ëng xÊu tíi l­íi ®iÖn, ph¶i h¹n chÕ dßng ®iÖn khi më m¸y, kh«ng cho v­ît møc gi¸ trÞ Imm =(1,5 - 2,5)I®m. NghÜa lµ ph¶i thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng Rp sao cho. P lín th× chän Imm nhá Trong qu¸ tr×nh më m¸y, tèc ®é ®éng c¬ w t¨ng, søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ E = K.fw cµng t¨ng dÇn vµ dßng ®iÖn ®éng c¬ bÞ gi¶m. Do ®ã m« men ®éng c¬ gi¶m. a. §å thÞ ®Æc tÝnh c¬ lóc më m¸y b. S¬ ®å më m¸y ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu KT§L H×nh 4.22 Do ®ã m« men ®éng c¬ nµy còng gi¶m. §éng c¬ më m¸y theo mòi ten trªn ®­êng ®Æc tÝnh c¬ 1 (H×nh 4.22). NÕu cø gi÷ nguyªn Rp trong m¹ch phÇn øng th× khi ®éng c¬ gi¶m tõ Mmm xuèng b»ng MC, ®éng c¬ sÏ quay æn ®Þnh víi tèc ®é thÊp wB. Do vËy, khi m« mªn gi¶m ®i 1 møc nµo ®ã th× ph¶i c¾t ®iÖn trë Rp trong m¹ch phÇn øng nhê ®ång tiÕp ®iÓm K ®Ó ®éng c¬ trë vÒ lµm viÖc (h·y tiÕp tôc më m¸y) trªn ®Æc tÝnh tù nhiªn t¹i ®iÓm E. Lóc nµy m« men ®éng c¬ ME l¹i lín h¬n nhiÒu m« men t¶i MC nªn ®éng c¬ tiÕp tôc t¨ng tèc nhanh tíi ®iÓm A th× M® = Mc vµ ®éng c¬ sÏ ch¹y æn ®Þnh víi tèc ®é wA . Khi ®ãng tiÕp ®iÓm K ®Ó c¾t ®iÖn trë phô Rp ra khái m¹ch r«to th× ngay lËp tøc ®éng c¬ chuyÓn tõ ®iÓm lµm viÖc D trªn ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o 1 sang lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn 2, do qu¸n tÝnh c¬ khi chuyÓn ®Æc tÝnh, tèc ®é ®éng c¬ kh«ng kÞp thay ®æi trong mét kho¶ng thêi gian qu¸ ng¾n nªn ®o¹n chuyÓn ®æi DE lµ n»m ngang. Ch­¬ng 5: M« pháng hÖ thèng b»ng simulink 5.1. Giíi thiÖu phÇn mÒm simulink Matlab lµ ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm trî gióp cho viÖc tÝnh to¸n vµ hiÓn thÞ. Nã cã thÓ ch¹y trªn hÇu hÕt c¸c loai m¸y tÝnh vµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi sè l­îng løon c¸c lÖnh, c¸c tËp lÖnh. C¸c lÖnh nµy ngµy cµng ®­îc më réng nhê c¸c phÇn Toolbox (th­ viÖn trî gióp) kh¸c nhau hay th«ng qua c¸c hµm øng dông ®­îc t¹o lËp bëi ng­êi sö dông. Simulink lµ mét Toolbox hç trî ®¾c lùc cho viÖc m« h×nh ho¸, m« pháng vµ ph©n tÝch mét hÖ thèng ®éng. Simulink cho phÐp m« t¶ hÖ thèng tuyÕn tÝnh, hÖ phi tuyÕn, c¸c m« h×nh trong thêi gian liªn tôc, gi¸n ®o¹n hay mét hÖ kÕt hîp c¶ liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n. HÖ thèng còng cã thÓ cã nhiÒu tèc ®é kh¸c nhau cã nghÜa lµ c¸c phÇn kh¸c nhau lÊy mÉu vµ cËp nhËt sè liÖu ë tèc ®é kh¸c nhau. §Ó m« h×nh ho¸ Simulink sö dông c¸c ®èi t­îng ®å ho¹ gäi lµ Graphic Programming Unit - GPU. Nã ®­îc x©y dùng trªn c¬ së c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh OOP, t¹o ®iÒu kiÖn hÕt søc thuËn lîi cho viÖc thay ®æi gi¸ trÞ c¸c thuéc tÝnh trong nh÷ng khèi thµnh phÇn. Lo¹i h×nh l©p tr×nh nµy cã xu h­íng ®­îc sö dông nhiÒu trong kü thuËt bëi ­u ®iÓm lín nhÊt cñanã lµ tÝnh trùc quan, dÔ viÕt vµ h×nh dung ®èi víi ng­êi lËp tr×nh kh«ng chuyªn nghiÖp x nh­ nh÷ng ng­êi muèn bá nhiÒu thêi gian cho viÖc nghiªn cøu thªm mét ng«n ng÷ lËp t×nh míi. Th­ viÖn cña Simulink còng bao gåm tßan bé th­ viÖc c¸c khèi nh­ khèi nhËn tÝn hiÖu, c¸c nguån tÝn hiÖu, c¸c phÇn tö tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn, c¸c ®Çu nèi chuÈn. §iÒu ®Æc biÖt ë ch­¬ng tr×nh nµy lµ ng­êi sö dông cã thÓ t¹o ra c¸c khèi th­ viÖn riªng cña m×nh. C¸c m« h×nh bµi to¸n trong Simulink ®­îc x©y dùng cã thø bËc hay cßn gäi lµ x©y dùng theo m« h×nh ph©n cÊp, ®iÒu ®ã cho phÐp ng­êi sö dông cã thÓ x©y dùng m« h×nh theo h­ãng POP-DOWN hoÆc POP-UP. Ng­êi dïng võa cã thÓ quan s¸t hÖ thèng ë møc tæng quan, võa cã thÓ ®¹t ®­îc møc cô thÓ b»ng c¸ch nh¸y kÐp vµo tõng khèi x¸c ®Þnh ®Ó xem chi tiÕt mo h×nh cña tõng khèi. Víi c¸ch x©y dùng kiÓu nµy, ng­êi dïng cã thÓ hiÓu ®­îc s©u s¾c tæ chøc cña mét m« h×nh vµ nh÷ng t¸c ®éng qua l¹i cña c¸c phÇn trong m« h×nh nh­ thÕ noµ. Sau khi x©y dùng m« h×nh hÖ thèng, ng­êi sö dông cã thÓ m« pháng nã trong Simulink b»ng c¸ch nhËp lÖnh trong cöa sæ cña Matlab hoÆc sö dôngc ¸c menu cã s½n. ViÖc sö dông c¸c menu ®Æc biÖt thÝch hiîp cho c¸c c«ng viÖc cã sù t¸c ®éng qua lÞa lÉn nhau, cßn sö dông dßng lÖnhthwêng hay ®­îc sö dông khi ch¹y mét lo¹t c¸c m« h×nh. C¸c bé Scope vµ khèi hiÓn thÞ kh¸c cho phÐp nhiÒu sö dông cã thÓ theo dâi kÕt qu¶ trong khi ®ang ch¹y m« pháng. H¬n n÷a, ng­êi sö dông cã thÓ thay ®æi th«ng sè hÖ thèng mét c¸ch trùc tiÕp vµ nhËn biÕt ®­îc c¸c ¶nh h­ëng ®Õn m« h×nh. KÕt qu¶ m« pháng cã thÓ ®Æt vµo Matlab ®Ó xö lý ®­a ra m¸y in hay hiÓn thÞ. CÇn nhÊn m¹nh ®iÒu quan träng nhÊt trong viÖc m« pháng mét hÖ thèng hay mét qu¸ tr×nh lµ viÖc x©y dùng ®­îc m« h×nh hÖ thèng qu¸ tr×nh ®ã. §Ó sö dông tèt ch­¬ng tr×nh nµy, ta cÇn n¾m ch¾c c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn tù ®éng, x©y dùng m« h×nh to¸n häc theo quan ®iÓm lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng vµ tõ ®ã x©y dùng m« h×nh bµi to¸n cÇn gi¶i quyÕt. 5.2. M« pháng hÖ thèng b»ng simulink. §å thÞ h×nh 5.2 thÓ hiÖn ba ®Æc tÝnh cña ®éng c¬. H×nh 5.2a thÓ hiÖn ®Æc tÝnh cña ®iÖn ¸p. H×nh 2.5b thÓ hiÖn ®Æc tÝnh cña dßng ®iÖn. H×nh 5.2.c thÓ hiÖn ®Æc tÝnh cña tèc ®é khi khëi ®éng th× ®éng c¬ mang t¶i ngay tõ ®Çu, sau 1s qu¸ tr×nh khëi ®éng kÕt thóc vµ ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é x¸c lËp. Khi khëi ®éng ban ®Çu cã mang t¶i. §iÖn ¸p t¨ng dÇn xÊp xØ ®iÖn ¸p ®Þnh møc sau 1,5S. Dßng ®iÖn më m¸y t¨ng lªn v­ît dßng ®Þnh møc nh÷ng do t¸c ®éng cña m¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn nªn nã gi¶m dÇn vµ ®¹t tíi gi¸ trÞ ®Þnh møc sau 1,55. Tèc ®é t¨ng lªn v­ît gi¸ trÞ ®Þnh møc sau 3,5s ta ®ãng t¶i cho hÖ thèng, ®éng c¬ lµm viÖc cã t¶i. §iÖn ¸p æn ®Þnh vµ ®¹t gi¸ trÞ ®Þnh møc 600V. Dßng ®iÖn æn ®Þnh vµ ®¹t gi¸ trÞ ®Þnh møc 1000A. Tèc ®é æn ®Þnh ë 1300V/ph 5.3. ý nghÜa cña qu¸ tr×nh m« pháng. Lµ c«ng cô quan träng cho phÐp kh¶o s¸t c¸c ®èi t­îng, hÖ thèng hay qu¸ tr×nh kü thuËt – vËt lý, mµ kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i cã ®èi t­îng thùc. ®­îc trang bÞ mét c«ng cô m« pháng m¹ch vµ cã hiÓu biÕt vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p m« h×nh ho¸, ng­êi kü s­ sÏ cã kh¶ n¨ng rót ng¾n thêi gian vµ gi¶m chi phÝ nghiªn cøu – ph¸t triÓn s¶n phÈm mét c¸ch ®¸ng kÓ, ®iÒu nµy ®Æc biÖt cã ý nghÜa khi s¶n phÈm lµ c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ kü thuËt phøc t¹p víi gi¸ trÞ kinh tÕ lín. 5.4. M« t¶ qu¸ tr×nh m« h×nh, m« pháng. ë ®©y ta sö dông m« h×nh, m« pháng bé biÕn ®æi thùc tÕ ®Ó tÝnh tíi c¸c yÕu tè phi tuyÕn. + Ta dïng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc l¹p cã c¸c th«ng sè sau: U®m = 600V n =1300 V/ph I®m = 1000A J = 15,5 kg/m2. P®m = 600 kW R­ = 0,4 L­ = 0,00044 (H) T­ = 0,0011 (S) Bé biÕn ®æi dïng s¬ ®å cÇu 3FA cã ®iÒu khiÓn (Thyristor converter). §­îc nhËn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ bé ph¸t xung (Synchronized). Bé ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®­îc cÊp nguån tõ (Synchronization – Voltages). + Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng (PI Curent Regulator) ®Çu vµo nhËn tÝn hiÖu tõ kh©u ph¶n håi tèc ®é ®Çu ra göi tíi khèi ®iÒu khiÓn alpha-deg ®Ó ®iÒu khiÓn gãc më a. + Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é (Speed Controller) ®Çu vµo nhËn tÝn hiÖu tõ m¸y ph¸t tèc vµ kh©u t¹o gia tèc. §Çu ra göi tÝn hiÖu tíi ®Çu vµo cña PI. + Kh©u Scope ®Ó nh×n c¸c d¹ng tÝn hiÖu: ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, tèc ®é. * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m« h×nh, m« pháng. Khi ®éng c¬ lµm viÖc tèc ®é cña ®éng c¬ ®­îc æn ®Þnh nhê bé ph¶n håi tèc ®é vµ bé ph¶n håi dßng ®iÖn tèc ®é thùc tÕ cña ®éng c¬ ®­îc so s¸nh víi tèc ®é ®Æt do vËy trªn Scope ta nh×n thÊy tèc ®é cña ®éng c¬ b¸m s¸t ®­êng ®Æt (®á). Dßng ®iÖn thùc tÕ cña ®éng c¬ sÏ thay ®æi khi ®éng c¬ mang ®Çy t¶i vµ kh«ng t¶i ®­îc hiÓn thÞ trªn Scope vµ dßng ®iÖn thùc tÕ ta thÊy b¸m theo ®­êng ®á theo dßng ®iÖn ®Æt. KÕt luËn Qua thêi gian thùc hiÖn ®å ¸n tèt nghiÖp, víi ®Ò tµi "ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp" ®· gióp em hiÓu nh÷ng vÊn ®Ò lý thuyÕt vµ thùc tÕ liªn quan ®Õn ®Ò tµi nh»m cñng cè thªm nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ë tr­êng. §Ò tµi thiÕt kÕ tèt nghiÖp ®· ®Ò cËp ®Õn c¬ b¶n cña ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §Ò tµi tèt nghiÖp còng ®Ò cËp ®Õn ph­¬ng ph¸p x©y dùng m« h×nh quan s¸t ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, tèc ®é th«ng qua viÖc m« pháng b»ng ch­¬ng tr×nh MATLAB SIMULINK trªn m¸y tÝnh. C¸c kÕt qu¶ m« h×nh ho¸ trªn m¸y tÝnh cho thÊy ®· ®ñ c¬ së ®Ó kh¼ng ®Þnh hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®· ®Ò xuÊt trong ®å ¸n hoµn toµn cã thÓ ¸p dông ®­îc trong thùc tÕ. Tµi liÖu tham kh¶o NguyÔn M¹nh TiÕn, Vò Quang Håi Trang BÞ §iÖn - §iÖn tö m¸y gia c«ng kim lo¹i Ph¹m Quèc H¶i H­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ HiÒn TruyÒn ®éng ®iÖn - NXB KHKT - 2001 Bïi Quèc Kh¸nh, Ph¹m Quèc H¶i, NguyÔn V¨n LiÔn, D­¬ng V¨n Nghi. §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn - NXB KHKT - 1999. NguyÔn BÝnh §iÖn tö c«ng suÊt - NXB KHKT - 2000. D­¬ng Minh TrÝ Sæ tay linh kiÖn - NXB KHKT - 1998. Ph¹m C«ng Ng« Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng - NXB KHKT - 1998. §ç Xu©n Thô Kü thuËt ®iÖn tö - NXB Gi¸o dôc - 1997. Vò Quang Håi Trang bÞ ®iÖn - §iÖn tö c«ng nghiÖp - NXB Gi¸o dôc - 2003. Môc lôc Trang