Đồ án Tính toán và thiết kế bộ nguồn cấp cho động cơ điện một chiều có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay

dßng kÝch tõ cña MF th× ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é kh«ng t¶i cña hÖ thèng, cßn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ th× gi÷ nguyªn. UF = U§ I ~ M UK§ iK§ U§Kf w wF §K F MS § iKF U®ku UKF ~ ~ H×nh 1.8: S¬ ®å nguyªn lý hÖ m¸y ph¸t ®éng c¬ b) §Æc ®iÓm cña hÖ F- § ¦u ®iÓm: - ¦u diÓm næi bËt cña hÖ F- § lµ sù chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i lµm viÖc rÊt linh ho¹t, dï gi¶m tèc theo chiÒu d­¬ng hay chiÒu ©m ®Òu cã thÓ thùc hiÖn ph¶n håi .V× thÕ, hÖ thèng nµy lµ hÖ thèng cho phÐp m«men vËn hµnh c¶ 4 gãc to¹ ®é. - Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lín, ®­îc sö dông ë c¸c m¸y khai th¸c trong c«ng nghiÖp má. Nh­îc ®iÓm: V× hÖ thèng nµy ®ßi hái dïng nhiÒu m¸y ®iÖn quay, Ýt nhÊt ph¶i bao gåm 2 m¸y ®iÖn quay t­¬ng ®­¬ng dung l­îng víi ®éng c¬ ®iÒu khiÓn tèc ®é, ngoµi ra cßn ph¶i dïng m¸y ph¸t kÝch thÝch tõ => thiÕt bÞ nhiÒu, kÝch th­¬c lín, kinh phÝ cao, hiÖu suÊt thÊp, vËn hµnh nhiÒu tiÕng ån. Ngoµi ra, do MF 1 chiÒu cã tõ d­, ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã thÓ trÔ nªn khã ®iÒu chØnh s©u tèc ®é. 3.2-HÖ thèng truyÒn ®éng Van-§éng c¬. a) Giíi thiÖu chung Lµ hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn gåm m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn vµ ®éng c¬ ®iÖn. Trong ®ã V lµ bé chØnh l­u Tiristor nã cã thÓ lµ d¹ng 1 pha, 2 pha, 3pha hoÆc nhiÒu h¬n, d¹ng nöa chu kú, toµn chu kú, ®iÒu khiÓn b¸n phÇn, toµn phÇn th«ng qua ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p khèng chÕ cña bé ph¸t xung ®Ó ®iÒu khiÓn vÞ trÝ ph¸t xung (gãc më ) lµ cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p chØnh l­u tõ ®ã tiÕn hµnh ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬. §éng c¬ cã thÓ lµ ®éng c¬ K§B 3 pha ,®éng c¬ 1 chiÒu…. b) S¬ ®å thay thÕ vµ ®Æc tÝnh. U2c U2b U2a T3 T2 T1 E Z Id Ed Ed Ed0 p/2 p a H×nh 1.9: S¬ ®å thay thÕ vµ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh ChÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc: Dßng ®iÖn chØnh l­u I® chÝnh lµ dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬ ®iÖn. Dùa vµo s¬ ®å thay thÕ cã thÓ viÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh: §é cøng ®Æc tÝnh c¬ : cßn tèc ®é kh«ng t¶i lÝ t­ëng th× phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn : Tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cho thÊy tèc ®é cña ®éng c¬ phô thuéc vµo gãc më (cos).V× vËy ®Ó ®iÒu chØnh ®éng c¬ ta cã thÓ thay ®æi gãc më => thay ®æi ®­îc ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬ ®iÖn => tèc ®é sÏ thay ®æi. c) NhËn xÐt vÒ ­u nh­îc ®iÓm cña hÖ thèng V- § ¦u ®iÓm: ¦u ®iÓm næi bËt lµ t¸c ®éng nhanh, cao, kh«ng g©y ån vµ dÔ tù ®éng ho¸ do c¸c van b¸n dÉn cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt rÊt cao, ®iÒu ®ã thuËn tiÖn cho viÖc thiÕt lËp c¸c hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÒu vßng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng c¸c ®Æc tÝnh tÜnh vµ c¸c ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng. Nh­îc ®iÓm: Do tÝnh dÉn ®iÖn 1 chiÒu cña b¸n dÉn ( kh«ng cho phÐp dßng ch¹y ng­îc chiÒu) nªn viÖc vËn hµnh ®¶o chiÒu gÆp nhiÒu khã kh¨n. RÊt nh¹y víi trÞ sè ®Þnh møc cña c¸c ®¹i l­îng nh­ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn. Do ®ã b¾t buéc ph¶i cã ®ñ thiÕt bÞ b¶o vÖ tin cËy. Do c¸c van b¸n dÉn cã tÝnh phi tuyÕn, d¹ng ®iÖn ¸p chØnh l­u ra cã biªn ®é ®Ëp m¹ch cao, g©y tæn thÊt trong m¸y ®iÖn, ë c¸c truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín cßn lµm xÊu d¹ng ®iÖn ¸p cña nguån vµ l­íi xoay chiÒu, hÖ sè cos thÊp. 3.3. KÕt luËn vÒ lùa chän bé biÕn ®æi: Tuy hÖ thèng V- § ®· kh¾c phôc ®­îc nh÷ng nh­îc ®iÓm cña hÖ thèng F - § lµ: t¸c ®éng nhanh, æn ®Þnh cao, kh«ng g©y tiÕng ån. Söa ch÷a, thay thÕ ®¬n gi¶n, chi phÝ thÊp nh­ng hiÖu suÊt cao, kÝch th­íc nhá. V× vËy, viÖc sö dông hÖ thèng V - § trong thùc tÕ ®­îc sö dông nhiÒu h¬n so víi hÖ thèng F - §. Víi yªu cÇu cña ®Ò tµi, ta nªn lùa chän hÖ thèng V- § ®Ó ®iÒu kiÓn ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu. PhÇn II Chän vµ ph©n tÝch m¹ch ®éng lùc 1. Giíi thiÖu chung ChØnh l­u lµ thiªt bÞ ®Ó biÕn ®æi nguån xoay chiÒu thanh nguån 1 chiÒu cung cÊp cho phô t¶i 1 chiÒu. VD: Phô t¶i 1 chiÒu cã thÓ lµ ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu, m¹ch kÝch tõ cña m¸y ®iÖn, 1sè thiÕt bÞ sö dông 1 nguån ®iÖn 1 chiÒu nh­ bÓ m¹, bÓ ®iÖn ph©n. Tuú theo yªu cÇu cña nguån ®iÖn xoay chiÒu phÝa ®Çu vµo chØnh l­u lµ 1 pha, 3 pha, n pha mµ chØnh l­u cã thÓ lµ 1 pha, 3 pha , n pha. 2. Chän s¬ ®å chØnh l­u ®Ó cung cÊp cho ®éng c¬ ®iÖn. Chóng ta sÏ t×m hiÓu chung vÒ c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã thÓ lµ 1 pha, 3 pha .Víi c¸c s¬ ®å cã ®iÒu khiÓn, kh«ng cã ®iÒu khiÓn vÒ nguyªn lý th× gièng nhau nh­ng ë s¬ ®å cã ®iÒu khiÓn ta cã thÓ ®iÒu khiÓn gãc më tõ ®ã ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p sau chØnh l­u. a. S¬ ®å chØnh l­u h×nh tia 3 pha : A B C BA * iT2 * * * * * IT3 id iT1 T3 T2 ic T1 ib ia Rd Ld Ed H×nh 2.0: S¬ ®å chØnh l­u tia ba pha §Æc ®iÓm chung: - Sè van chØnh l­u b»ng sè pha nguån xoay chiÒu. - C¸c van cã mét ®iÖn cùc cïng tªn nèi chung (An«t hoÆc Cat«t), ®iÖn cùc cßn l¹i nèi víi nguån xoay chiÒu. - HÖ thèng ®iÖn ¸p xoay chiÒu 3 pha ph¶i cã ®iÓm trung tÝnh, trung tÝnh nguån lµ ®iÖn cùc cßn l¹i cña ®iÖn ¸p chØnh l­u. ¦u ®iÓm: TØ sè (U1 /Ud ) nhá cho ta thÊy ®iÖn ¸p ®Çu ra cña m¹ch chØnh l­u t­¬ng ®èi lín, ®iÒu nµy nãi lªn sù æn ®Þnh dßng, ¸p ë ®Çu ra lµ tèt, kh«ng nh÷ng t¹o ra ®­îc 1 ®iÖn ¸p vµ dßng chØnh l­u cã trÞ sè lín mµ tÝnh liªn tôc cßn cao. §é gîn sãng cho ta biÕt thµnh phÇn xoay chiÒu ë ®Çu ra nh­ thÕ nµo? NÕu ®é gîn sãng nhá th× chÊt l­îng chØnh l­u tèt.ë m¹ch h×nh tia ®é gîn sãng nhá => ChÊt l­îng chØnh l­u tèt. Nh­îc ®iÓm: CÇn cã bé ®æi nguån 3 pha, yªu cÇu vÒ th«ng sè c¸c van phøc t¹p . M¹ch ®iÒu khiÓn t­¬ng ®èi phøc t¹p ( v× cã 3 van ®iÒu khiÓn gãc më kh¸c nhau so víi cã ®iÒu khiÓn). Trong chØnh l­u tia 3 pha, ph¶i sö dông MBA cã c«ng suÊt lín h¬n tõ 10%-15% (do hiÖn t­îng tõ ho¸ c­ìng bøc mét chiÒu). §Ó triÖt tiªu dßng tõ ho¸ ta cã thÓ ®Çu nèi d©y zic-z¾c .Tuy nhiªn, nã sÏ lµm cho tæn hao trong MBA t¨ng. =>V× vËy m¹ch chØnh l­u h×nh tia 3 pha thÝch hîp cho c¸c chØnh l­u c«ng suÊt nhá. b) S¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha: ¦u ®iÓm: - S¬ ®å m¹ch ®éng lùc, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n. - Kh«ng cÇn sö dông bé ®æi nguån 3 pha. - §iÖn ¸p ra sau chØnh l­u t­¬ng ®èi æn ®Þnh, cã tÝnh liªn tôc. Nh­îc ®iÓm: - §iÖn ¸p sau khi chØnh l­u nhá (U1 /Ud lín) . - Sö dông kh«ng hiÖu qu¶ c«ng suÊt MBA. - Sö dông c¸c m¹ch chØnh l­u c«ng suÊt nhá. i1 BA u1 u2 i2 ud Ed id iT4 T4 T3 T2 T1 iT3 iT2 iT1 Ld Rd H×nh 2.2: S¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha c) S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha: A B C BA * iT5 * * * * * IT3 iT1 T5 T3 ic T1 ib ia id Rd Ld Ed T4 T6 T2 iT2 iT6 iT4 K A H×nh 2.1: S¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha §Æc ®iÓm chung: - Sè van chØnh l­u trong s¬ ®å b»ng 2 lÇn sè pha. - Mçi pha nguån xoay chiÒu nèi víi 2 van, 1 nhãm Kat«t chung, 1 nhãm Anèt chung. - §iÓm nèi chung cña c¸c van nhãm Katèt chung, nhãm Anèt chung lµ 2 ®iÖn cùc cña ®iÖn ¸p ra. ¦u ®iÓm: Cïng 1 ®iÖn ¸p th× ®iÖn ¸p chØnh l­u ë s¬ ®å cÇu 3 pha lín gÊp 2 lÇn so víi s¬ ®å tia 3 pha (v× chØnh l­u cÇu cã thÓ coi ®­îc cÊu t¹o tõ 2 s¬ ®å tia 3 pha m¾c nèi tiÕp) Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú lín gÊp 2 lÇn so víi h×nh tia 3 pha nªn chÊt l­îng cña m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha tèt h¬n h¼n h×nh tia 3 pha c¶ vÒ trÞ sè lÉn ®é æn ®Þnh. Do sè van gÊp ®«i nªn thêi gian lµm viÖc cña van trong mét chu kú lµ nhá h¬n => Kh¶ n¨ng chÞu dßng cao, tuæi thä cña van còng nh­ m¹ch lín. Sö dông c«ng suÊt MBA hiÖu qu¶. Nh­îc ®iÓm: Do sö dông nhiÒu van (®èi víi s¬ ®å cã ®iÒu khiÓn) nªn m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p Xung ®iÒu khiÓn ph¶i lµ xung kÐp (xung chïm) nÕu lµ xung ng¾n th× s¬ ®å kh«ng thÓ khëi ®éng hoÆc kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é dßng bÞ gi¸n ®o¹n. Sö dông trong c¸c m¹ch cã yªu cÇu c«ng suÊt cao. 3. NhËn xÐt vµ lùa chän. C¸c s¬ ®å chØnh l­u ®Òu cã ®é lín æn ®Þnh vÒ ®iÖn ¸p ®Çu ra, víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha: + §iÖn ¸p ra lín, ®é æn ®Þnh tèt, cã tÝnh liªn tôc cao. + Sö dông hiÖu qu¶ c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p . + §iÖn ¸p ng­îc trªn c¸c van lín => Kh¶ n¨ng chÞu dßng tèt. Tuy nhiªn: + Nã chØ sö dông trong m¹ch cã c«ng suÊt cao. + M¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p . Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha : - VÉn ®¶m b¶o ®iÖn ¸p sau chØnh l­u lµ æn ®Þnh. - M¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n ( víi s¬ ®å cã ®iÒu khiÓn => ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ra theo gãc ) - Kh«ng cÇn sö dông bé ®æi nguån 3 pha, sö dông bé ®æi nguån 1 pha. VËy ta cã thÓ sö dông m¹ch chØnh l­u cÇu 1 pha vÉn ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n lµm viÖc vÉn hiÖu qu¶ víi yªu cÇu c«ng suÊt nhá (nh­ cña ®Ò tµi). i1 BA u1 u2 i2 ud Ed id iT4 T4 T3 T2 T1 iT3 iT2 iT1 Ld Rd H×nh 2.2: S¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha Trong s¬ ®å : - BA: lµ biÕn ¸p cung cÊp ®èi víi s¬ ®å 1 pha cã thÓ dïng hoÆc kh«ng dïng m¸y biÕn ¸p. - C¸c van cã ®iÒu khiÓn T1, T2, T3, T4 dïng ®Ó biÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh mét chiÒu, 4 van ®­îc ph©n lµm 2 nhãm: Nhãm Cat«t chung (T1,T3) Nhãm An«t chung (T2, T4) - L,R : C¸c phÇn tö phô t¶i. - i1, i2 lµ dßng ®iÖn cuén s¬ cÊp vµ dßng thø cÊp. * Nguyªn lý lµm viÖc: Gi¶ thiÕt L= ∞ vµ xem r»ng s¬ ®å ®· lµm viÖc x¸c lËp tr­íc thêi ®iÓm ta b¾t ®Çu xÐt víi ®å thÞ vµ ®iÖn ¸p nguån vµ gi¸ trÞ gãc ®iÒu khiÓn a . Gi¶ thiÕt trong kho¶ng l©n cËn phÝa tr­íc thêi ®iÓm wt = v1 = a th× trong s¬ ®å cã 2 van T3,T4 ®ang dÉn, t¹i wt = v1 = a th× 2 van T1,T2 ®ång thêi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Lóc ®ã ®iÖn ¸p trªn 2 van nµy ®Òu thuËn (UT1 = UT2 = U2), do vËy c¶ 2 van ®Òu më. Hai van T1,T2 më nªn sôt ®iÖn ¸p trªn chóng gi¶m vÒ b»ng 0. Ta cã: Ud = U2, UT3 = UT4 = -U2 vµ t¹i thêi ®iÓm wt = v1 = a th× U2 > 0 nªn T3,T4 bÞ kho¸. Tõ thêi ®iÓm nµy (wt = v1), trong s¬ ®å chØ cã 2 van dÉn dßng. Khi 2 van T1,T2 lµm viÖc th× : Ud = U2 ,UT1 = UT2 = 0, UT3 = UT4 = -U2, IT1 = IT2 = Id , IT3 = IT4 = 0. §Õn wt = p th× U2 = 0 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang nöa chu kú ©m nªn nã t¸c dông ng­îc chiÒu qua dßng T1,T2; ®ång thêi trªn T3,T4 lóc nµy cã ®iÖn ¸p thuËn nh­ng T3,T4 vÉn ch­a më v× ch­a cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. V× vËy mµ T1,T2 vÉn tiÕp rôc dÉn dßng bëi suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m sinh ra trong Ld do dßng t¶i cã xu h­íng gi¶m. ( Do T1,T2 vÉn më nªn c¸c biÓu thøc ®iÖn ¸p kh«ng thay ®æi) T¹i wt = v2 = p + a ; T3,T4 ®ång thêi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ ®iÖn ¸p thuËn nªn T3,T4 cïng më, sôt ®iÖn ¸p trªn T3,T4 gi¶m vÒ b»ng 0; Ud= - U2; UT1 = UT2 = U2 vµ t¹i thêi ®iÓm wt = p + a th× U2 < 0 nªn van T1, T2 bÞ kho¸; T3, T4 dÉn dßng. Khi 2 van T3,T4 cïng lµm viÖc th×: Ud = - U2; UT1 = UT2 = U2 , UT3 = UT4 = 0 iT1 = iT2 = 0 ; iT3 = iT4 = id = Id §Õn w = 2p th× U2 = 0 b¾t ®Çu chuyÓn sang nöa chu kú d­¬ng vµ nã t¸c dông ng­îc víi chiÒu dßng qua T3,T4, ®ång thêi trªn T1, T2 lóc nµy cã ®iÖn ¸p thuËn nh­ng ch­a më v× ch­a cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, nªn T3, T4 vÉn tiÕp tôc dÉn do suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m. §Õn wt = v3 = 2p + a th× T1, T2 ®ång thêi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ T1,T2 cïng dÉn.T3, T4 bÞ ®Æt ®iÖn ¸p ng­îc => kho¸ l¹i. Tõ thêi ®iÓm nµy s¬ ®å lÆp l¹i tr¹ng th¸i lµm viÖc nh­ tõ wt = v1 = a. 2p p 3p 0 wt iT1=iT2 v1 Id v3 v2 b) iT3=iT4 wt p 0 2p c) 3p Id u u2 -u2 wt v2 v3 p 2p v1 ud 3p 0 a) i1 wt p 0 2p d) 3p Id /kba wt 0 p 2p 3p uT3=uT4 v3 v2 v1 e) H×nh 2.3: Gi¶n ®å dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p cña c¸c van 4. Chän ph­¬ng ¸n ®¶o chiÒu quay. a. Giíi thiÖu chung H×nh 2-4 ChØnh l­u ®iÒu khiÓn pha dï cã thÓ cung cÊp ¸p ra > 0 vµ 0 (lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø I vµ thø IV cña mÆt ph¼ng t¶i V0 , I0) h×nh 2-4 .§Ó cã thÓ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn t¶i , cã hai s¬ ®å chÝnh: Sö dông c¸c tiÕp ®iÓm ®¶o chiÒu (h×nh 2-5) h×nh vÏ ®ang cã tiÕp ®iÓm T ®ãng, cung cÊp mét chiÒu dßng t¶i, nÕu T ng¾t vµ N ®ãng dßng t¶i sÏ ®­îc phÐp ®¶o chiÒu. H×nh 2-5 Bé biÕn ®æi ®¶o chiÒu : gåm hai bé chØnh l­u cung cÊp hai chiÒu dßng t¶i (h×nh 2-6) lµ s¬ ®å nguyªn lý vµ (hinh 2-7 ) lµ s¬ ®å cô thÓ víi bé chØnh l­u h×nh cÇu mét pha. H×nh 2-6 H×nh 2-7: S¬ ®å m¹ch ®éng lùc b. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi ®¶o chiÒu : §Ó hai bé biÕn ®æi cung cÊp cïng gi¸ trÞ V0 cho t¶i, c¸c gãc ®iÒu khiÓn pha cña hai bé biÕn ®æi sÏ cã quan hÖ nh­ sau khi gi¶ sö dßng t¶i lµ liªn tôc Bé biÕn ®æi 1 cung cÊp ¸p trung b×nh V01 víi gãc më α1 , bé biÕn ®æi 2 cung cÊp ¸p trung b×nh V02 víi gãc më α2 Ta cã V0 = V01 =Vd0 .cos α1 = V02 = - Vd0 .cos α2 Þ cos α1 = - cos α2 hay α1 + α2 = p NÕu α1 > 0 th× bé biÕn ®æi 1 lµ chØnh l­u Þ α2 < 0 bé biÕn ®æi 2 lµ nghÞch l­u. Dï c¸c gi¸ trÞ trung b×nh hai bé biÕn ®æi lµ b»ng nhau , gi¸ trÞ tøc thêi cña chóng kh«ng b»ng nhau lµm xuÊt hiÖn dßng c©n b»ng (cßn gäi lµ tuÇn hoµn -circulation) chØ ch¹y qua hai bé chØnh l­u khi chóng cïng lµm viÖc . Dßng c©n b»ng cã thÓ rÊt lín nÕu ta kh«ng cã tæng trë h¹n chÕ chóng . Ng­êi ta cã c¸c c¸ch ®iÒu khiÓn sau : §iÒu khiÓn riªng: mçi lóc chØ cho mét bé chØnh l­u lµm viÖc t­¬ng øng víi chiÒu dßng ®iÖn ho¹t ®éng hay mong muèn . Nh­ vËy kh«ng cã dßng c©n b»ng . Víi cïng ®iÖn ¸p V0 trªn t¶i, khi ®¶o chiÒu dßng th× mét bé biÕn ®åi lµ bé chØnh l­u, bé cßn l¹i lµ nghÞch l­u vµ ng­îc l¹i H×nh 2-8 :§Æc tÝnh c¬ truyÒn ®éng ®¶o chiÒu khi ®iÒu khiÓn riªng vµ ®iÒu khiÓn riªng ¦u ®iÓm: Quan träng cña ®iÒu khiÓn riªng lµ m¹ch ®éng lùc rÎ tiÒn , hiÖu suÊt cao h¬n ®iÒu khiÓn chung . Nh­îc ®iÓm : M¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p vµ ®Æc tÝnh ®éng kÐm , cÇn cã thêi gian hai bé biÕn ®æi kh«ng lµm viÖc khi chuyÓn bé biÕn ®æi lµm viÖc ®Ó tr¸nh tr­êng hîp cã thÓ c¶ hai bé biÕn ®æi cïng lµm viÖc . §iÒu khiÓn chung (®ång thêi ) hai bé biÕn ®æi cïng cã xung ®iÒu khiÓn nh­ng chØ cã mét bé cã dßng t¶i , dßng c©n b»ng ®­îc h¹n chÕ b»ng cuén kh¸ng vµ qui luËt ®iÒu khiÓn thÝch hîp . Cã hai c¸ch phèi hîp : tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn + Phèi hîp tuyÕn tÝnh : Gäi α1 , α2 lµ gãc ®iÒu khiÓn pha hai bé chØnh l­u . C¸c ¸p trung b×nh V01 = V02 = V0 cho ta α1 = p - α2 . ¸p trªn cuén kh¸ng c©n b»ng Vcb = V01 - V 02 kh«ng cã thµnh phÇn mét chiÒu (trÞ trung b×nh b»ng 0) cã thÓ tÝnh t­¬ng tù nh­ kh¸ng c©n b»ng cña bé chØnh l­u s¸u pha cã kh¸ng c©n b»ng . Dßng c©n b»ng cã t¸c dông lµm cho dßng qua qua c¸c bé biÕn ®æi lu«n liªn tôc . + Phèi hîp phi tuyÕn : §Ó gi¶m nhá kÝch th­íc kÝch th­íc cuén kh¸ng c©n b»ng trong khi vÉn h¹n chÕ dßng c©n b»ng ë gi¸ trÞ mong muèn , ng­êi ta ®iÒu khiÓn cho ¸p ra nghÞch l­u lín h¬n ¸p ra chØnh l­u . §iÒu khiÓn chung cã lîi lµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n , dßng t¶I liªn tôc . BÊt lîi lµ t¨ng gi¸ thµnh vµ tæn hao c«ng suÊt cao do cã dßng c©n b»ng. §iÒu khiÓn hçn hîp : s¬ ®å ®iÒu khiÓn hçn hîp cã m¹ch ®éng lùc nh­ s¬ ®å ®iÌu khiÓn chung vµ ®iÒu khiÓn chung cã dßng t¶i bÐ vµ ®iÒu khiÓn riªng khi dßng t¶i lín . c. Chän ph­¬ng ¸n ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi ®¶o chiÒu quay Tõ nh÷ng ph©n tich ë trªn kÕt hîp víi yªu cÇu thùc tÕ cña ®Ò tµi ë ®©y chóng em chän ph­¬ng ¸n ®iÒu khiÓn chung. PhÇn III Chän vµ ph©n tÝch m¹ch ®iÒu khiÓn 1. Giíi thiÖu chung: a. Kh¸i niÖm: §Ó c¸c van cña bé chØnh l­u cã thÓ më t¹i c¸c thêi ®iÓm mong muèn th× ngoµi ®iÒu kiÖn t¹i thêi ®iÓm ®ã ph¶i cã ®iÖn ¸p thuËn ®Æt lªn c¸c cùc anèt vµ catèt cña van th× trªn ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vµ catèt cña van còng cÇn ph¶i cã 1 ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. §Ó hÖ thèng c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn xuÊt hiÖn theo ®óng c¸c yªu cÇu më van ng­êi ta sö dông 1 m¹ch ®iÖn ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®ã gäi lµ m¹ch ®iÒu khiÓn cho bé chØnh l­u hay hÖ thèng ®iÒu khiÓn bé chØnh l­u. b. C¸c yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn. * §¶m b¶o ph¸t xung víi c¸c yªu cÇu ®Ó më van. - §ñ biªn ®é. - §ñ ®é réng. - S­ên xung ng¾n() * §¶m b¶o tÝnh ®èi xøng ®èi víi c¸c kªnh ®iÒu khiÓn: §èi víi s¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c thyistor nhiÒu pha th× ®é lÖch xung ®iÒu khiÓn ë c¸c kªnh kh¸c nhau cho phÐp tõ (). * §¶m b¶o c¸ch li gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. * §¶m b¶o ®óng quy luËt thay ®æi vÒ pha cña xung ®iÒu khiÓn. §èi víi chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn ph¶i thay ®æi ®­îc trong ph¹m vi () * Cã thÓ h¹n chÕ ®­¬c ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc kh«ng phô thuéc sù thay ®æi ®iÖn ¸p l­íi. * Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh. * Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p , qu¸ dßng mÊt pha. * DÔ l¾p ®Æt, söa ch÷a vµ kiÓm tra. 2. ThiÕt kÕ m¹ch ph¸t xung: a. Giíi thiÖu chung: Nh­ ta ®· biÕt ®Ó cho c¸c van cña 2 BB§ më t¹i thêi ®iÓm mong muèn ta cÇn ph¶i cã m¹ch ®iÖn ph¸t ra c¸c xung ®iÒu khiÓn ®­a ®Õn më c¸c tiristor t¹i c¸c thêi ®iÓm yªu cÇu nh­: Biªn ®é, tÇn sè, c«ng suÊt vµ thêi gian tån t¹i ®Ó më ch¾c ch¾n c¸c van víi mäi t¶i mµ s¬ ®å gÆp ph¶i khi lµm viÖc ®Ó lµm ®­îc ®iÒu ®ã ta ph¶i ®i thiÕt kÕ m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn. b. Chän ph­¬ng ph¸p ph¸t xung: Víi m¹ch ®éng lùc nh­ ®· chän ë phÇn tr­íc ®Ó ®¸p øng ®­îc yªu cÇu ®iÒu khiÓn c¸c tiristor cña bé biÕn ®æi ng­êi ta cã 3 ph­¬ng ph¸p ph¸t xung ®iÒu khiÓn nh­ sau: *Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo pha ngang: Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ cã m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n nh­ng cã 1 sè nh­îc ®iÓm lµ ph¹m vi ®iÒu khiÓn gãc më a kh«ng réng. RÊt nh¹y víi sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p nguån vµ khã tæng hîp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Do nh÷ng nh­îc ®iÓm nµy mµ hÖ thèng ph¸t xung ®iÒu khiÓn theo ph­¬ng ph¸p pha ngang kh«ng phï hîp víi yªu cÇu. *Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo §ièt 2 cùc gèc: M¹ch ph¸t xung ph­¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n nh­ng nã cã nh­îc ®iÓm lµ chØ phï hîp víi hÖ thèng c«ng suÊt nhá, ®¶o chiÒu khã kh¨n. Cho nªn trong thùc tÕ ng­êi ta Ýt dïng vµ nã kh«ng phï hîp víi yªu cÇu *Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c pha ®øng : Ph­¬ng ph¸p nµy tuy cã m¹ch ph¸t xung phøc t¹p nh­ng ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu chØ tiªu chÊt l­îng . + §é réng xung ®¶m b¶o yªu cÇu lµm viÖc + Tæng hîp tÝn hiÖu dÔ dµng. + Gãc më a cña tiristo cã thÓ thay ®æi ®­îc trong kho¶ng réng. + §é dèc s­ên tr­íc cña xung ®¶m b¶o cã hÖ sè khuyÕch ®¹i phï hîp, lµm viÖc tin cËy chÝnh x¸c víi ®é nh¹y cao. + Cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc hÖ cã c«ng suÊt lín. 3. Ph©n tÝch m¹ch ®iÒu khiÓn: a. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ph¸t xung ®iÒu khiÓn theo pha ®øng: §BH FSRC SS TX UL ~ U§K I II III UdkT Urc H×nh 2.4: S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn theo pha ®øng K1: Khèi ®ång bé ho¸ vµ ph¸t ®iÖn ¸p r¨ng c­a. K2: Khèi so s¸nh. K3: Khèi t¹o xung vµ söa xung. K4: Khèi khuyÕch ®¹i vµ truyÒn xung. b. Khèi ®ång bé ho¸ vµ ph¸t xung r¨ng c­a: §Ó t¹o ra mét hÖ thèng c¸c xung xuÊt hiÖn lÆp ®i lÆp l¹i víi chu kú b»ng chu kú nguån xoay chiÒu cung cÊp cho s¬ ®å chØnh l­u, nghÜa lµ cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®Çu cña gãc ®iÒu khiÓn . Th­êng th× ®iÖn ¸p ®ång bé nµy cã d¹ng r¨ng c­a lµ tèt nhÊt. * M¹ch ®ång bé ho¸: §Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ®ång bé ng­êi ta th­êng sö dông 2 kiÓu m¹ch ®¬n gi¶n: M¹ch ph©n ¸p b»ng c¸c ®iÖn trë, hoÆc ®iÖn trë kÕt hîp víi ®iÖn dung hay ®iÖn c¶m. Trong m¹ch ®ång bé nµy th× ®iÖn ¸p vµo lµ ®iÖn ¸p nguån xoay chiÒu cÊp cho s¬ ®å chØnh l­u. §iÖn ¸p ra lµ ®iÖn ¸p h×nh sin cïng tÇn sè, ®é lÖch pha x¸c ®Þnh. Nh­îc ®iÓm: Cã sù liªn hÖ trùc tiÕp gi÷a m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn bé chØnh l­u nªn Ýt ®­îc sö dông. M¹ch ®ång bé dïng m¸y biÕn ¸p: Ng­êi ta dïng 1MBA c«ng suÊt nhá th­êng lµ m¸y biÕn ¸p h¹ ¸p ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé. §iÖn ¸p ®­a vµo lµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu cÊp cho s¬ ®å chØnh l­u, ®iÖn ¸p ra lµ ®iÖn ¸p ®ång bé. * M¹ch ph¸t xung r¨ng c­a. + Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: Gi¶ thiÕt t¹i thêi ®iÓm xÐt Tr bÞ kho¸ lóc nµy tô C ®­îc n¹p bëi ®Çu ra cña K§TT, dßng n¹p tô: NÕu K§TT lÝ t­ëng th× ®iÖn trë vµo cña nã b»ng . §iÒu nµy cã nghÜa lµ khi Tr kho¸ tô C ®­îc n¹p bëi dßng kh«ng ®æi cã gi¸ trÞ: Tõ vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang nöa chu k× d­¬ng ®ièt D më, Tr kho¸, tô C ®­îc n¹p bëi dßng kh«ng ®æi. §iÖn ¸p trªn tô t¨ng dÇn theo quy luËt tuyÕn tÝnh. §Õn vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang ©m, ®ièt D kho¸, Tr më, tô C phãng ®iÖn nhanh qua Tr ®Õn ®iÖn ¸p b»ng 0 cho ®Õn khi . T¹i ®iÖn ¸p ®ång bé b»ng 0 vµ b¾t ®Çu chuyÓn sang d­¬ng D më, Tr bÞ kho¸, tô C n¹p. Qu¸ tr×nh ®­îc lÆp ®i lÆp l¹i. Víi gi¶ thiÕt K§TT lµ lÝ t­ëng th× hÖ sè khuyÕch ®¹i lµ v« cïng lín, nÕu K§TT ®ang ë chÕ ®é khuyÕch ®¹i tuyÕn tÝnh th× . Tøc lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®Çu ra b»ng ®iÖn ¸p trªn tô C. OA1 -Ucc TR5 C1 Urc R2 R1 H×nh 2.6: S¬ ®å m¹ch ph¸t sãng r¨ng c­a dïng vi m¹ch K§TT wt 0 2p 3p Urc Udb U H×nh 2.7: Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch ph¸t sãng r¨ng c­a dïng vi m¹ch K§TT c. Khèi so s¸nh: Urc Ura1 Udk SS R3 R2 + - §Ó t¹o ra 1 hÖ thèng c¸c xung xuÊt hiÖn 1 c¸ch chu k× víi chu k× b»ng chu k× ®iÖn ¸p r¨ng c­a vµ ®iÒu khiÓn ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña mçi xung ta sö dông m¹ch so s¸nh.Ta cã thÓ sö dông s¬ ®å so s¸nh nèi tiÕp sö dông K§TT : wt 0 2p 3p Urc U wt 3p 2p 0 Ura Ucc H×nh 2.9: S¬ ®å m¹ch so s¸nh vµ gi¶n ®å ®iÖn ¸p Gi¶ sö §iÖn ¸p r¨ng c­a vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cã d¹ng nh­ h×nh vÏ c¸c ®iÖn ¸p URC, UC cã cùc tÝnh ng­îc nhau ®­îc ®Æt vµo cæng ®¶o OA. §iÖn thÕ cæng ®¶o: NÕu Rc=Rr th×: V× U=0 nªn Tõ thêi ®iÓm th× khi ®ã ®iÖn ¸p . Tõ th× lóc nµy D ph©n cùc ng­îc . Trong giai ®o¹n tõ th× Trong giai ®o¹n tõ D bÞ ph©n cùc ng­îc C¸c giai ®o¹n tiÕp theo diÔn ra t­¬ng tù vµ lÆp ®i lÆp l¹i víi chu kú b»ng chu kú ®iÖn ¸p r¨ng c­a. Gi¶ sö thêi ®iÓn van më tù nhiªn Ti lµ: th× gãc ®iÒu khiÓn ®­îc x¸c ®Þnh nh­ h×nh vÏ víi d¹ng ®iÖn ¸p r¨ng c­a kh«ng ®æi khi ®iÖn ¸p U®k t¨ng th× gãc t¨ng. d. Kh©u t¹o xung §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c cña thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung, sù ®èi xøng cña xung ë kªnh kh¸c nhau...mµ ng­êi ta th­êng thiÕt kÕ cho kh©u so s¸nh lµm viÖc víi xung ra nhá, do ®ã xung ra cña kh©u so s¸nh ch­a ®ñ c¸c th«ng sè yªu cÇu cña ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vµ katèt cña tiristor. V× vËy mµ ta ph¶i sö dông mét sè m¹ch ®iÖn ®Ó thùc hiÖn c¸c céng viÖc trªn, c¸c m¹ch nµy th­êng gåm: M¹ch khuyÕch ®¹i, m¹ch söa xung, m¹ch phËn chia xung, m¹ch truyÒn xung ®Õn c¸c tiristor. Toµn bé c¸c m¹ch nµy ®­îc ghÐp chung vµo mét kh©u lµ kh©u t¹o xung. e. M¹ch söa xung Tõ nguyªn lÝ ho¹t ®éng cña kh©u so s¸nh vµ m¹ch khuyÕch ®¹i xung cña kh©u t¹o xung, ta thÊy r»ng khi thay ®æi gi¸ trÞ U®k ®Ó thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn th× ®é dµi xung ®Çu ra cña kh©u so s¸nh sÏ thay ®æi. Nh­ vËy sÏ xuÊt hiÖn t×nh tr¹ng lµ cã 1 sè tr­êng hîp ®é réng xung qu¸ ng¾n kh«ng ®ñ ®Ó më Ti vµ ng­îc l¹i cã 1 sè tr­êng hîp ®é dµi xung qu¸ lín lµm cho c¸c Tr khuyÕch ®¹i xung lµm viÖc ë chÕ ®é dßng cùc gãp lín khi ®iÖn ¸p cùc gãp cao (khi BAX ®· b·o hoµ), g©y lªn tæn thÊt lín trong m¹ch ph¸t xung vµ lµm t¨ng kÝch th­íc m¹ch ph¸t xung. §Ó kh¾c phôc chóng ta dùa vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn 1 m¹ch ®iÖn cã t¸c dông thay ®æi l¹i ®é dµi xung cho phï hîp víi yªu cÇu gäi lµ m¹ch söa xung. UCC SS R1 R2 Urc U®k UCC R3 - Uss + C +15v R4 D R5 Tr1 H×nh 3.0: Khèi m¹ch söa xung M¹ch söa xung gåm cã ( tô C, R3, D, Tr1, R4, R5) . Ta gi¶ thiÕt ®å thÞ ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc vµ mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (U®k) bé chØnh l­u nh­ ®å thÞ h×nh bªn th× ta cã wt = g1 th× ®iÖn ¸p vµo m¹ch so s¸nh cã gi¸ trÞ ©m nªn ®iÖn ¸p ra m¹ch so s¸nh cã gi¸ trÞ d­¬ng, USS = + Ubh » +UCC (Ubh lµ ®iÖn ¸p ra b·o hoµ cña m¹ch so s¸nh). T¹i wt = g14 wt = g1* th× (UV =+Urc +U®kT) lµ d­¬ng nªn ®iÖn ¸p ®Çu ra USS chuyÓn sang ©m. VËy ë kho¶ng thêi ®iÓm USS = + Ubh th× Tr1 më bëi ®Þnh thiªn R5 vµ tô C ®­îc n¹p theo cùc tÝnh (+,-) nh­ h×nh vÏ Khi USS chuyÓn sang møc b·o hoµ ©m th× Tranzitor Tr1 kho¸, tô C sÏ phãng ®iÖn qua nguån ® D ® R3 ® - C. Sau khi tô C phãng nã sÏ n¹p theo chiÒu ng­îc l¹i víi cùc tÝnh (+),(-) nh­ h×nh vÏ. ChÝnh dßng phãng vµ n¹p cña tô C sÏ ®Æt 1 ®iÖn ¸p ©m lªn cùc gèc cña Tr1 lµm Tranzitor kho¸ l¹i vµ t¹i ®iÓm D sÏ cã xung ®iÒu khiÓn. §é réng cña xung ®iÒu khiÓn nµy phô thuéc vµo h»ng sè thêi gian phãng n¹p cña tô C vµ phô thuéc vµo m¹ch C, R3, R4 . wt wt Udb Urc 0 0 wt Urc 0 U®kT U®kxung wt 0 wt 0 UD wt 0 UC USS ¡1 ¡2 ¡1’ ¡3 ¡2’ H×nh 3.1: Gi¶n ®å ®iÖn ¸p m¹ch söa xung f. M¹ch khuÕch ®¹i vµ truyÒn xung. D1 BAX +UCC D3 G U®k K Tr1 UV Tr2 D2 H×nh 3.2: S¬ ®å m¹ch khuÕch ®¹i vµ truyÒn xung * Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: Gäi thêi gian tån taÞ cña 1 xung ®iÖn ¸p vµo lµ :txv, thêi gian tån t¹i cña 1 xung ®iÖn ¸p ra lµ : txr, thêi gian tÝnh tõ lóc ®ãng 1 nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu kh«ng ®æi cã gi¸ trÞ b»ng Ucc cho ®Õn lóc tõ th«ng cña lâi thÐp MBA xung ®¹t gi¸ trÞ tõ th«ng b·o hoµ : tbh . Tr­êng hîp 1 : khi tbh > txv Tõ th× ch­a cã xung ®Çu vµo nªn 2 Tr chu¨ lµm viÖc, kh«ng cã dßng ®iÖn nµo ch¹y trong cuén s¬ cÊp cña MBA xung nªn kh«ng cã xung ®iÖn ¸p trªn cuén thø cÊp, tøc lµ U®kT = 0. T¹i t=t1 xuÊt hiÖn 1 xung ®iÖn ¸p d­¬ng, dÉn ®Õn Tr1,Tr2 ®Òu më (gia thiÕt më b·o hoµ ) trªn cuén d©y s¬ cÊp cña mba xung ®ét ngét ®­îc ®Æt ®iÖn ¸p Ucc xuÊt hiÖn dßng ®iÖn qua cuén s¬ cÊp W1 cña mba xung t¨ng dÇn , dÉn ®Õn trªn cuén d©y thø cÊp xuÊt hiÖn mét xung ®iÖn ¸p cã cùc tÝnh d­¬ng ë phÝa cã dÊu *. Xung trªn cu«n thø cÊp ®Æt thuËn lªn D3 vµ truyÒn qua D3 ®Õn ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vµ catèt cña Ti. §Õn th× mÊt xung vµo,Tr1,Tr2 cïng kho¸ l¹i dßng qua cuén s¬ cÊp BAX gi¶m vÒ b»ng kh«ng, do cã sù gi¶m dßng cuén d©y s¬ cÊp BAX nªn tõ th«ng trong lâi thÐp BAX biÕn thiªn theo chiÒu ng­îc l¹i lóc Tr1,Tr2 më dÉn ®Õn trong c¸c cuén d©y BAX xuÊt hiÖn xung ®iÖn ¸p víi cùc tÝnh ng­¬c l¹i. Xung trªn cuén thø cÊp lµm cho D3 bÞ kho¸ nªn kh«ng cßn xung trªn ®iªn cùc ®iÒu khiÓn cña Ti Tr­êng hîp 2 : Khi tbh < txv Tõ th× ch­a cã xung vµo nªn 2 transitor ch­a lµm viÖc, kh«ng cã dßng ch¹y qua cuén s¬ cÊp cña BAX nªn kh«ng cã ®iÖn ¸p trªn cuén thø cÊp,tøc lµ U®kT = 0. T¹i t=t1 xuÊt hiÖn 1 xung ®iÖn ¸p d­¬ng lµm cho 2 Tr më, trªn cuén d©y s¬ cÊp cña BAX ®ét ngét ®­îc ®Æt ®iÑn ¸p Ucc xuÊt hiÖn dßng ®iÖn qua cuén W1, trªn cuén thø cÊp xuÊt hiÖn 1 xung ®iÖn ¸p cã cùc tÝnh d­¬ng ë phÝa cã dÊu*, xung trªn cuén d©y thø cÊp ®Æt ®iÖn ¸p thuËn lªn D3 vµ truyÒn qua D3 ®Õn ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vµ catèt cña Ti. §Õn th× mÊt xung vµo,Tr1,Tr2 cïng kho¸ l¹i dßng qua cuén s¬ cÊp BAX gi¶m vÒ b»ng kh«ng, do cã sù gi¶m dßng cuén d©y s¬ cÊp BAX nªn tõ th«ng trong lâi thÐp BAX biÕn thiªn theo chiÒu ng­îc l¹i lóc Tr1,Tr2 më dÉn ®Õn trong c¸c cuén d©y BAX xuÊt hiÖn xung ®iÖn ¸p víi cùc tÝnh ng­¬c l¹i. Xung trªn cuén thø cÊp lµm cho D3 bÞ kho¸ nªn kh«ng cßn xung trªn ®iªn cùc ®iÒu khiÓn cña Ti. C¸c ®i«t D1,D2 ®­îc dïng ®Î khö c¸c ®iªn ¸p xung ©m .§i«t D1 cã t¸c dung : khi mÊt xung ®Çu vµo c¸c Tr kho¸ l¹i vµ g©y lªn sù gi¶m cña dßng cuén W1 lµm xuÊt hiÖn c¸c xung ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y cã cùc tÝnh ng­îc l¹i (®­îc gäi lµ xung ©m) th× xung trªn cuén d©y s¬ cÊp ®Æt thuËn lªn D1 lam cho D1 më. Do vËy mµ dßng qua cuén s¬ cÊp BAX kh«ng gi¶m ®ét ngét mµ vÉn duy tr× nªn xung ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn trªn c¸c cuén d©y còng cã gi¸ trÞ nhá, rÊt an toµn cho c¸c Tr. §ièt D2 còng cã t¸c dông nh­ D1 ®¶m b¶o an toµn cho c¸c Tr vµ m¸y biÕn ¸p xung. 4. Kh©u ph¶n håi ©m tèc ®é: Gåm 1 m¸y ph¸t tèc, trôc cña m¸y ®­îc nèi víi ®éng c¬, ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t tèc tØ lÖ víi tèc ®é quay cña ®éng c¬ vµ do ®ã søc tõ ®éng cña cuén ph¶n håi tèc ®é Ft® còng tØ lÖ víi tèc ®é quay cña ®éng c¬. Khi phô t¶i ®éng c¬ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi dÇn, dÉn tíi dßng ®iÖn qua cuén ph¶n håi ©m tèc ®é còng thay ®æi Khi phô t¶i t¨ng tèc ®é ®éng c¬ gi¶m lµm cho ®iÑn ¸p m¸y ph¸t tèc gi¶m, ®iÖn ¸p nµy sÏ t¸c ®éng vµo bé biÕn ®æi lµm cho ®Þªn ¸p U§ t¨ng lªn lµm cho tèc ®é ®éng c¬ t¨ng Ng­îc l¹i khi phô t¶i gi¶m tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lµm cho ®iÖn ¸p m¸y ph¸t tèc t¨ng t¸c ®éng vµo bé biÕn ®æi cho ®Þªn ¸p U§ gi¶m xuèng lµm cho tèc ®é ®éng c¬ gi¶m. BB§ II § FT U® _ Uph U§ CKT Uph = -g n + H×nh 3.3: Kh©u ph¶n håi ©m tèc ®é. Trong ®ã: g: lµ hÖ sè truyÒn. n: tèc ®é cña m¸y ph¸t tèc. * Kh©u tæng hîp m¹ch vßng ©m tèc ®é Ucc WR1 Ur FT + - R1 R3 R2 WR2 OA H×nh 3.4: Kh©u tæng hîp m¹ch vßng ©m tèc ®é TÝn hiÖu ph¶n håi ©m tèc ®é ®­îc lÊy qua m¸y ph¸t tèc cã trôc nèi cøng víi trôc ®éng c¬. TÝn hiÖu nµy tû lÖ víi tèc ®é ®éng c¬ qua hÖ s¬ tuyÕn cña m¸y ph¸t tèc. M¹ch nµy gåm vi m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA vµ c¸c linh kiÖn liªn quan. Trong ®ã tÝn hiÖu ®Çu vµo OA lµ U0 vµ tÝn hiÖu ph¶n håi ©m ®é gn vµ ®­îc khuÕch ®¹i lªn Kw lÇn víi cùc tÝnh ng­îc l¹i. TÝn hiÖu nµy sau khi ®­îc tæng hîp sÏ ®­îc ®Õn kh©u tæng hîp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, sau ®ã ®­a ®Õn kh©u so s¸nh. 5. Kh©u ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t: Kh©u ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t kh«ng ph¶i tham gia hoµn toµn vµo hÖ thèng, chØ khi ®éng c¬ bÞ qu¸ t¶i hoÆc lóc khëi ®éng m¸y U®o > Uss lóc ®ã ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t míi tham gia vµo hÖ thèng. TÝn hiÖu ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t ®­îc lÊy tõ R®o cã trÞ sè nhá, m¾c nèi tiÕp víi phÇn øng ®éng c¬ U®o = I®.R®0 Khi dßng ®iÖn nµy v­ît qu¸ dßng ®iÖn ng¾t tíi h¹n th× tÝn hiÖu ph¶n håi ®­îc ®Æt vµo bé khuyÕch ®¹i, khi nhá h¬n dßng ®iÖn ng¾t tíi h¹n th× c¾t bá ph¶n håi dßng ®iÖn. Uss BB§ II § U® _ U§ ckt + R®o CL H×nh 3.5: Kh©u ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t * Kh©u tæng hîp tÝn hiÖu ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t Ucc WR3 D + - R1 R3 R2 WR4 OA R4 BI H×nh 3.6: Kh©u tæng hîp tÝn hiÖu ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t. M¹ch nµy gåm c¸c khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA vµ ®ièt D, tÝn hiÖu ph¶n håi dßng ®­îc thùc hiÖn bëi bé biÕn dßng BI qua bé chØnh l­u cÇu ®ièt 1 pha ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu phï hîp bëi ®iÖn trë ®iÒu chØnh WR3 (biÕn trë) tÝn hiÖu nµy ®­îc ®­a vµo ®Çu vµo OA. §Çu ra cña tÝn hiÖu ®­îc ®­a ®Õn tæng hîp víi tÝn hiÖu ph¶n håi ©m tèc ®é. Khi I­ < Ing th× tÝn hiÖu ph¶n håi ©m dßng kh«ng tham gia vµo hÖ thèng Khi I­ < Ing, I­ t¨ng dÇn lªn lµm cho ®iÖn ¸p ®Çu ra cña OA cµng ©m h¬n khi ®ã ®ièt D sÏ më ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t sÏ tham gia vµo hÖ thèng. 6. M¹ch t¹o nguån nu«i: Do trong m¹ch cã sö dông khuÕch ®¹i thuËn to¸n ta cÇn ph¶i sö dông hai nguån nu«i ng­îc dÊu nèi tiÕp nhau vµ cã ®Æc ®iÓm chung lµ ®iÓm nèi m¸t. Ta thiÕt kÕ s¬ ®å m¹ch nµy nh­ sau: * * 7815 7915 GN§ +Ucc -Ucc C1 C2 C3 C4 D4 BA u1 D3 D2 D1 H×nh 3.7: S¬ ®å m¹ch t¹o nguån nu«i. §iÖn ¸p xoay chiÒu ®­îc chØnh l­u nhê hai s¬ ®å chØnh l­u h×nh tia, ®iÖn ¸p ra ®­îc æn ®Þnh nhê c¸c vi m¹ch æn ¸p vµ ®­îc läc bëi c¸c tô ®­a ra hai nguån +15v vµ -15v cã ®iÓm chung lµ 0 cña m¸y biÕn ¸p. Hai nguån nµy sÏ nu«i cho c¸c vi m¹ch vµ lµm nguån ®iÖn ¸p ng­ìng. MÆt kh¸c ®iÖn ¸p l­íi lín khiÕn cho ta chØ cÇn chän c¸c tranrito khuÕch ®¹i c«ng suÊt cã dßng nhá. 7. S¬ ®å nguyªn lÝ m¹ch: M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc vÏ cho hai nhãm van lµ (T1 , T2) & (T1’ , T2’) vµ nhãm van (T3 ,T4) & (T’3 ,T’4) : wt wt Udb Urc 0 0 wt Urc 0 U®kT U®kxung wt 0 wt 0 UD wt 0 UC USS ¡1 ¡2 ¡1’ ¡3 ¡2’  PhÇn IV TÝnh chän thiÕt bÞ 1. Môc ®Ých, ý nghÜa: Trong viÖc chän thiÕt bÞ ë c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã ý nghÜa rÊt quan träng. Môc ®Ých cña nã lµ ®Ó ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kÜ thuËt cña hÖ thèng víi vèn ®Çu t­ tèi thiÓu. Trong ®ã viÖc chän c«ng suÊt ®éng c¬ cã ý nghÜa quan träng. NÕu chän c«ng suÊt ®éng c¬ lín h¬n c«ng suÊt yªu cÇu th× lµm t¨ng vèn ®Çu t­, ®éng c¬ lµm viÖc non t¶i kh«ng tËn dông ®­îc hÕt kh¶ n¨ng ph¸t nhiÖt dÉn ®Õn lµm gi¶m hiÖu suÊt cña hÖ thèng, hÖ sè c«ng suÊt thÊp lµm ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng ®iÖn n¨ng. Ngoµi ra viÖc chän c¸c thiÕt bÞ kh¸c còng ph¶i ph¶n ¸nh ®­îc chÕ ®é lµm viÖc vµ ®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng kinh tÕ vµ kÜ thuËt tËn dông kh¶ n¨ng lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ. 2. TÝnh chän m¹ch ®éng lùc: a) Chän ®éng c¬: Sè liÖu ®éng c¬: P®m = 15(kW) , U®m = 220(v) , I®m = 81,5(A ), n®m = 1000(v/p) , L­ = 10(mH) Ta cã : Vµ Thay sè ta cã R­ = 0,22 (W) b) Chän van chØnh l­u: - Van ®éng lùc ®­îc lùa chän dùa vµo c¸c th«ng sè c¬ b¶n: dßng t¶i, s¬ ®å ®· chän, ®iÒu kiÖn t¶n nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®éng lùc ®­îc tÝnh nh­ sau: +) §iÖn ¸p lµm viÖc cña van: víi Trong ®ã: Ud, U2,Ulv: ®iÖn ¸p t¶i, nguån xoay chiÒu, ng­îc van +) Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van: Trong ®ã: Ihd, Id : dßng ®iÖn hiÖu dông cña van vµ dßng ®iÖn t¶i (A); - Th«ng sè cÇn cã cña van ®éng lùc lµ: Trong ®ã: kdtU: hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p th­êng lÊy (víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc nh­ trªn ) Chän Ilv = 25% Idmv - §Ó cã thÓ chän van cho lµm viÖc víi c¸c th«ng sè ®Þnh møc c¬ b¶n trªn, ta tra b¶ng th«ng sè cña c¸c van, chän ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn lín h¬n gÇn nhÊt víi gi¸ trÞ võa tÝnh to¸n. - Chän Thyristor SKT250/08C víi c¸c th«ng sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van Idmv = 250 (A) §iÖn ¸p ng­îc cña van Unv = 800 (V) §é sôt ¸p trªn van: Dßng rß: Ir = 50(mA) §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k = 3 (V) Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn I®k = 200 (mA) c) Chän m¸y biÕn ¸p chØnh l­u: + Trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ta dïng MBA ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p thÝch hîp, t¹o ra sè pha cÇn thiÕt, c¸ch li phô t¶i víi ®iÖn l­íi, c¶i thiÖn dßng ®iÖn s¬ cÊp h¹n chÕ dßng ng¾n m¹ch. + §Ó chän MBA chØnh l­u dùa vµo søc ®iÖn ®éng thø cÊp, ®iÖn ¸p s¬ cÊp vµ c«ng suÊt tÝnh to¸n cÇn thiÕt. §iÖn ¸p s¬ cÊp lÊy theo l­íi ®iÖn, s®® thø cÊp vµ c«ng suÊt tÝnh to¸n ®­îc x¸c ®Þnh tõ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn chØnh l­u vµ s¬ ®å nèi van - C¸c b­íc tÝnh to¸n: Chän MBA 1 pha, lµm m¸t tù nhiªn b»ng kh«ng khÝ. + C«ng suÊt biÓu kiÕn cña MBA: Trong ®ã: Sba- C«ng suÊt biÓu kiÕn cña MBA (W) Ks - hÖ sè c«ng suÊt theo m¹ch ®éng lùc. Tra b¶ng ks = 1,23. + §iÖn ¸p s¬ cÊp cña MBA: U1 = 380 (V) + §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i: Trong ®ã: - ®iÖn ¸p chØnh l­u - lµ sôt ¸p trªn van - sôt ¸p trªn d©y nèi - lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng cña MBA Chän s¬ bé ta chän + §iÖn ¸p thø cÊp MBA + Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp MBA: Trong ®ã: ks2 hÖ sè c«ng suÊt phÝa thø cÊp MBA tra b¶ng ks2 = 1,23. + Dßng ®iªn hiÖu dông phÝa s¬ cÊp MBA: Tõ c¸c th«ng sè trªn ta chän m¸y biÕn ¸p cã: U1 = 380 V; U2 = 250 V; k = U2/U1 = 250/380 0,66. d) Chän aptomat ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn vµ b¶o vÖ m¹ch ®éng lùc. Chän aptomat cã: + I®m = I1 = 99,8 (A) + U®m = 220 (V) + Dßng ng¾n m¹ch: Inm = 2,5I®m = 2,5.100 = 250 (A) + Dßng qu¸ t¶i: Iqt =1,5.I®m = 1,5.100 = 150 (A) 3. TÝnh chän thiÕt bÞ m¹ch ®iÒu khiÓn. a) TÝnh chän m¸y biÕn ¸p xung: - Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit. - TØ sè m¸y biÕn ¸p xung: th­êng chän m = 2, 3 ta chän m = 3 - §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U2 = U®k = 3 (V) - §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp mba xung: U1 = m.U®k = 9 (V) - Dßng ®iÖn thø cÊp mba xung: I2 = I®k = 200 (mA) - Dßng ®iÖn s¬ cÊp mba xung: I1 = I2/ m = 66,67 (mA) b) ThiÕt bÞ m¹ch ®iÒu khiÓn TÝnh chän tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng: 1. Chän tranzito c«ng suÊt Tr4 lo¹i 2SC9111 lµm viÖc ë chÕ ®é xung, cã c¸c th«ng sè sau: Tranzito lo¹i NPN, vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si. §iÖn ¸p gi÷a colect¬ vµ baz¬ khi hë m¹ch emit¬ : UCBO = 40 V. §iÖn ¸p gi÷a emit¬ vµ baz¬ khi hë m¹ch colect¬: UEBO = 4 V. Dßng ®iÖn lín nhÊt ë colect¬ cã thÓ chÞu ®­îc: ICmax = 500 mA. C«ng suÊt tiªu t¸n ë colect¬ : PC = 1,7 W. NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p: T1 = 175oC. HÖ sè khuÕch ®¹i : = 50 Dßng lµm viÖc cña colect¬ : IC4 = I1 = 33,3 mA. Dßng lµm viÖc cña baz¬ : IB4 = IC4/= 33,3/50 = 0,66 mA. Chän t­¬ng tù cho Tr3 vµ Tr2. 2. Chän tô C2 vµ R6: §iÖn trë R6 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®­a vµo baz¬ cña Tr4, chän R6 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: R6 k. Chän R6 = 6,8 k. Chän C2.R6 = tx = 167 s. Suy ra C2 = 0,022 F. TÝnh chän kh©u so s¸nh: 1. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n chän lo¹i TL084 cã c¸c th«ng sè sau: - §iÖn ¸p nguån nu«i: VCC = 18 V, chän VCC = 15 V - HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®Çu vµo : 30 V. - NhiÖt ®é lµm viÖc: T = -25 85oC. - C«ng suÊt tiªu thô: P = 680 mW. - Tæng trë ®Çu vµo: Rin = 106 M - Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = 30 pA. - Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp: du /dt = 13 V/s. 2. Chän R4 vµ R5. Chän : R4 = R5 >k TÝnh chän kh©u ®ång pha vµ t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a: §iÖn ¸p tùa ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1. MÆt kh¸c ®Ó b¶o ®¶m ®iÖn ¸p tùa cã trong nöa chu kú ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian tô n¹p ®­îc Tr = R3.C1 =0.005 s Chän tô C1= 0,1 F th× ®iÖn trë R3= Tr/ C1 = 0,005/(0,1.10-6) VËy R3 = 50.103 = 50 k . §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p r¸p m¹ch , R3 th­êng chän lµ biÕn trë lín h¬n 50 k. Chän tranzito Tr1 lo¹i A564 cã c¸c th«ng sè sau: Tranzito lo¹i PNP, lµm b»ng Si. §iÖn ¸p gi÷a colect¬ vµ baz¬ khi hë m¹ch emit¬ : UCBO = 25 V. §iÖn ¸p gi÷a emit¬ vµ baz¬ khi hë m¹ch colect¬ : UBEO= 7 V. Dßng ®iÖn lín nhÊt ë colect¬ cã thÓ chÞu ®ùng : ICmax= 100 mA. NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p : Tcp= 1500C HÖ sè khuyÕch ®¹i : = 250 Dßng cùc ®¹i cña baz¬ : IB3= IC/ = 100/250 = 0,4 A. §iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo baz¬ cña tranzito Tr1 ®­îc chän nh­ sau: Chän R2 sao cho R2 = UNmax/ IB= 12/ (0,4.10-3) = 30 k Chän R2 = 30 k Chän ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ång pha: UA =9V §iÖn trë R1 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1, th­êng chän R1 sao cho dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n Iv < 1mA. Do ®ã R1>= UA / Iv = 9/(1.10-3) = 9 k Chän R1 = 10 k. c) Chän m¸y ph¸t tèc cã sè liÖu sau: M· hiÖu P®m (W) U®m (V) I®m (A) n(v/p) R­å (W) 32/1YU 115 230 0,5 1000 7,34 HÖ sè truyÒn cña m¸y ph¸t tèc: Tû sè truyÒn cña bé truyÒn: HÖ sè truyÒn cña m¸y ph¸t tèc víi trôc ®éng c¬: §iÖn ¸p ra cña m¸y FT ®­îc ®­a vµo bé K§ trung gian nªn chØ lÊy mét phÇn qua ®iÖn ¸p UT=12(V). HÖ sè khuÕch ®¹i: 4. B¶o vÖ thiÕt bÞ biÕn ®æi: a) C«ng suÊt tæn thÊt vµ lµm m¸t: Khi Thyristor më cho dßng ch¶y qua th× trªn nã cã mét sôt ¸p vµ t¹o ra tæn hao c«ng suÊt bªn trong vµ ®èt nãng chóng. MÆt ghÐp lµ n¬i bÞ ®èt nãng nhiÒu nhÊt. Ng­ßi ta dïng ký hiÖu Tj ®Ó chØ nhiÖt ®é mÆt ghÐp. Tjm ®Ó chØ nhiÖt ®é lín nhÊt cho phÐp. C¸c nguån g©y lªn sù ph¸t nãng cña Thyristor lµ: Tæn hao c«ng suÊt khi dÉn. Tæn hao nµy b»ng tÝch cña dßng vµ ¸p thuËn. §©y lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra sù ph¸t nãng Tæn thÊt do dßng ®iÖn ë tr¹ng th¸i khãa. Tæn thÊt trong m¹ch ®iÒu khiÓn do n¨ng l­îng xung ®iÒug khiÓn g©y ra. Tæn hao nµy rÊt bÐ cã thÓ bá qua. Ngoµi ra cßn tæn hao n¨ng l­îng qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i dÉn sang tr¹ng th¸i khãa vµ ng­îc l¹i. NhiÖt l­îng tõ líp vá chuyÓn tiÕp b¸n dÉn truyÒn ra vá råi truyÒn ®Õn c¸nh t¶n nhiÖt. T¶n nhiÖt chñ yÕu vÉn lµ ®èi l­u gi÷a c¸nh t¶n nhiÖt vµ kh«ng khÝ. V× thiÕt bÞ b¸n dÉn rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é Tjmax cho phÐp th× thiÕt bÞ b¸n dÉn bÞ ph¸ háng. b) B¶o vÖ qu¸ dßng: Sù cè hay g©y h­ háng nhÊt lµ ng¾n m¹ch nguån cung cÊp. Th­êng cã c¸c lo¹i ng¾n m¹ch nh­ ng¾n m¹ch ë ®Çu ra cña bé chØnh l­u, ng¾n m¹ch trong thiÕt bÞ chØnh l­u. §Ó b¶o vÖ nhanh linh kiÖn tr­íc cùc ®¹i cña dßng ta dïng cÇu ch×. CÇu ch× b¶o vÖ ph¶i ®¶m b¶o ®­îc yªu cÇu sau: + CÇu ch× ph¶i chÞu ®­îc dßng lµm viÖc ®Þnh møc cña thiÕt bÞ. + NhiÖt dung chÞu ®ùng cña cÇu ch× ph¶i nhá h¬n nhiÑt dung cña thiÕt bÞ cÇn b¶o vÖ ( nghÜa lµ nhiÖt l­îng I02t cña cÇu ch× < I02t cña thiÕt bÞ). Khi yªu cÇu b¶o vÖ linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt cµng chÆt chÏ th× nguêi ta cã xu h­íng b¶o vÖ tõng linh kiÖn b»ng mé cÇu ch× riªng. ®«i khi ph¶i thªm ®iÖn c¶m ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng cña dßng ng¾n m¹ch. c) B¶o vÖ qu¸ ¸p: §iÖn ¸p ®Ønh ®Þnh møc cña mét linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i lín h¬n ®iÖn ¸p ®Ønh mµ linh kiÖn ph¶i chÞu ®ùng khi lµm viÖc. Khi khãa Thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch ®æi ng­îc hµnh tr×nh t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc lín trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m. ¶nh h­ëng bªn ngoµi do l­íi, do sù ®æi chiÒu cña c¸c c«ng t¾c t¬, do sÐt, dao ®éng ®iÖn ¸p nguån. Ngoµi ra cßn do ¶nh h­ëng cña t¶i nh­ tia löa trªn vµnh ®æi chiÒu ®éng c¬. C¸c ¶nh h­ëng nµy g©y ra ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p qu¸ ®é lín lµm háng thiÕt bÞ. d) Chän m¹ch R- C b¶o vÖ van: -Trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi gi÷a c¸c van th­êng x¶y ra sù biÕn ®æi ®ét ngét cña ®iÖn ¸p víi tèc ®é biÕn thiªn du/ dt.V× vËy ®Ó ®¶m b¶o c¸c van cña bé chØnh l­u lµm viÖc ®­îc an toµn tin cËy vµ bÒn ta dïng m¹ch ®iÖn gåm ®iÖn trë vµ tô ®iÖn (R-C) m¾c song song víi c¸c van chØnh l­u .Khi cã m¹ch R-C m¾c vµo th× qu¸ tr×nh biÕn thiªn trong van th«ng qua tô C sÏ lµm tèc ®é biÕn thiªn gi¶m ®I . - Th­êng chän m¹ch R- C víi c¸c th«ng sè PHÇN V PH©n tÝch chÊt l­îng hÖ thèng ë chÕ ®é tÜnh 1. Môc ®Ých, ý nghÜa: ViÖc x©y dùng ®Æc tÝnh tÜnh cña hÖ thèng nh»m kiÓm tra ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ cã ®¶m b¶o ®é sôt tèc ®é hay kh«ng. Qua ®ã x©y dùng m« h×nh m« t¶ qu¸ tr×nh diÔn biÕn cña chÕ ®é lµm viÖc, ®¸nh gi¸ chÊt l­îng tÜnh cña hÖ thèng. X©y dùng ®Æc tÝnh tÜnh lµ x©y dùng quan hÖ gi÷a tèc ®é vµ m« men hoÆc dßng ®iÖn. Th«ng th­êng ng­êi ta x©y dùng quan hÖ n = f(I) v× dßng ®iÖn ph¶n ¸nh trùc tiÕp chÕ ®é t¶i cña ®éng c¬. 2. ThiÕt kÕ hÖ kÝn: HÖ thèng kÝn gåm ph¶n håi ©m tèc ®é vµ ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t.Tr­íc hÕt ta ®I tÝnh hÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuyÕch ®¹i trung gian §Ó tÝnh ®­îc hÖ sè khuyÕch ®¹i trung gian ta ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè cña chóng . S¬ ®å khèi cña c¶ hÖ thèng víi c¸c kh©u ph¶n håi tèc ®é, ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t . Kw KI B§ α FT § Uc® (-) Uw n (-) Ui Iu S¬ ®å khèi cña hÖ thèng víi c¸c kh©u ph¶n håi §Ó x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè khuyÕch ®¹i cña kh©u trung gian ta chØ xÐt khi ®éng c¬ lµm viÖc æn ®Þnh (tøc lµ cã kh©u ©m tèc ®é t¸c ®éng) khi ®ã s¬ ®å khèi cña hÖ thèng nh­ h×nh vÏ : Kw KI (-) Uw n (-) IuRuS Kp K§ S¬ ®å khèi cña hÖ thèng khi chØ cã kh©u ph¶n håi ©m tèc ®é Trong ®ã : Klµ hÖ sè khuÕch ®¹i tèc ®é. Ki lµ hÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn K lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi K§ lµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®éng c¬ a) Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn: Ta cã : MÆt kh¸c : §Æt K=Kw.KI.Kp.KD: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña c¶ hÖ thèng n = §é sôt tèc ®é øng víi ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt MÆt kh¸c ta cã : Suy ra: (2) Ta l¹i cã ®é sôt tèc ®é cña ®éng c¬: (3) Tõ (2)(3) suy ra: (4) Víi hÖ sè ®éng c¬ K§: K = HÖ sè khuÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a DUr vµ DUv. Hay XÐt quan hÖ U® = f(a).Tõ ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p chØnh l­u cÇu mét pha (5) XÐt quan hÖ U®k = f(a). V× gãc më a phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi c¸c gi¸ trÞ U®k kh¸c nhau t¹i thêi ®iÓm më kh¸c nhau ta cã: (6) Chän Urcmax = 12 (V) lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a cùc ®¹i phô thuéc vµo dung l­îng tô C (Trong m¹ch ph¸t xung r¨ng c­a). Cho a biÕn thiªn tõ ( 0 ¸ 180 0 ) ë c¸c biÓu thøc (5), (6) ta vÏ quan hÖ U® vµ U®k. a 0 p/6 p/3 p/2 2p/3 5p/6 p U®k 0 2 4 6 8 10 12 U® 225 194,85 112,5 0 - 112,5 - 194,85 - 225 U® 0 9 U®k 3 6 8 10 4 2 194,85 225 -194,85 -225 168 -168 112,5 -112,5 §Ó ®¬n gi¶n trong tÝnh to¸n vµ trong giíi h¹n cho phÐp ta cã thÓ tuyÕn tÝnh ho¸ ®­êng cong khi coi hÖ khuyÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi Kp = const HÖ sè khuyÕch ®¹i trung gian. *) Thµnh lËp ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn khi ©m dßng cã ng¾t ch­a t¸c ®éng. Ta cã: n = U.K§. U: §iÖn ¸p qua c¸c kh©u trung gian – bé biÕn ®æi ®­a ra ®iÒu khiÓn ®éng c¬. U = (Uc® - ¡n).Kw.KI.Kp - I­.R­S Nªn ta cã: n = [(Uc® - ¡n).Kw.KI.Kp - I­.R­S].K§. *) Thµnh lËp ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn khi c¶ hai kh©u cïng t¸c ®éng. Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: Trong ®ã: DI = I­ - Ing Ing: Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ng¾t víi kh©u ph¶n håi ©m dßng. *) Thµnh lËp ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi chØ cã kh©u ©m dßng t¸c ®éng. Khi tèc ®é ©m tèc ®é ®¹t gi¸ trÞ b·o hoµ th× lóc ®ã: U®kw = Ubh. U®kw: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn khi cã t¸c ®éng cña ©m tèc ®é. Suy ra ta cã ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn: n = [(Ubh – α.DI)KIKp - I­R­].K§ b) X©y dùng ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña hÖ thèng: *) X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ cao nhÊt. §¶m b¶o tÝnh an toµn cho hÖ thèng th× tèc ®é lín nhÊt cña ®éng c¬ øng víi tèc ®é ®Þnh møc nmax = n®m = 1000 (vg/ph) vµ ®iÖn ¸p chñ ®¹o ®Çu vµo bé khuyÕch ®¹i lµ lín nhÊt Uc® = Uc®max. V× ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ lµ tuyÕn tÝnh bËc nhÊt lªn ta chØ cÇn x¸c ®Þnh 2 ®iÓm. + X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ khi kh©u ng¾t ch­a t¸c ®éng. ë vïng nµy gäi ®iÓm lµm viÖc cña hÖ thèng lµ ®iÓm B. Ta cã B(I®m; n®m) B( 81,5 ; 1000). §iÓm thø 2 lµ ®iÓm kh«ng t¶i lý t­ëng tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta cã: VËy ta cã + X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ khi c¶ hai kh©u cïng t¸c ®éng. Ta chän gi¸ trÞ dßng ®iÖn mµ t¹i ®ã kh©u ng¾t t¸c ®éng lµ: Ing = 1,5I®m = 1,5.24,5 = 122,25 (A) vµ chän gi¸ trÞ mµ t¹i ®ã tèc ®é b»ng kh«ng: Inm = Id = 2,5I®m = 2,5.24,5 = 203,75 (A) Khi dßng ®iÖn t¨ng ®Õn gi¸ trÞ I = Ing th× kh©u ph¶n håi b¾t ®Çu t¸c ®éng. Gäi ®iÓm C lµ ®iÓm mµ kh©u ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t b¾t ®Çu t¸c ®éng, tøc lµ ®iÓm C lµ giao ®iÓm cña 2 vïng t¸c ®éng. To¹ ®é ®iÓm C(Ing; nng). Thay Ing vµo ®Æc tÝnh c¬ cña kh©u ©m dßng ta cã: §iÓm C cã to¹ ®é C(122,25; 998,23) Gäi D lµ ®iÓm ph©n biÖt gi÷a vïng t¸c ®éng vµ vïng kh«ng t¸c ®éng (vïng b·o hoµ) cña kh©u ph¶n håi ©m tèc ®é to¹ ®é ®iÓm D ( Ibh; nbhmax). Ta chän tèc ®é t¹i thêi ®iÓm kh©u ng¾t b¾t ®Çu t¸c ®éng còng lµ tèc ®é mµ t¹i ®ã kh©u ph¶n håi ©m tèc ®é ®¹t gi¸ trÞ b·o hoµ. Nh­ vËy D trïng víi ®iÓm C. + X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ ë vïng chØ cã kh©u ©m dßng t¸c ®éng. Ta ®· biÕt gi¸ trÞ cña nbhmax = nng = 998,23(v/p) nªn ta cã: U®kbh = Ucdmax-¡nbh = 12,7– 0,0122.998,23 = 0,52 (V) Chän Ubh = 12(V) thay Ki vµo ph­¬ng tr×nh: n = T¹i thêi ®iÓm I = Id = 2,5I®m th× tèc ®é n = 0. Thay vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta cã: = 0 Chän gi¸ trÞ UI = 1(V) ta biÕt r»ng t¹i thêi ®iÓm I = Ing th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p lÊy trªn ®iÖn trë cã gÝa trÞ 1 (V). Khi ®ã UI = αI. Trong ®ã α lµ hÖ sè phô thuéc vµo biÕn dßng. Ta cã α = UIng/ Ing = 1/ 122,25 = 0,008 HÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc tÝnh K’I = αng / α = 0,12 / 0,008= 14,6 Gäi E lµ ®iÓm t¹i ®ã tèc ®é b»ng 0 do ®ã ®iÓm E cã to¹ ®é lµ E(Inm; nd) nªn E(62,25; 0) *) X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt. §iÓm lµm viÖc ë ®­êng ®Æc tÝnh c¬ nµy lµ B’ (I®m; nmin). Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é cña hÖ thèng lµ D = 20 / 1 nªn ta cã: nmin = n®m / D = 1000 / 20 = 50(v/p) B’ (81,5 ; 50) MÆt kh¸c: Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng : To¹ ®é ®iÓm kh«ng t¶i lý t­ëng : A’ ( 0; 52,92). + X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ khi c¶ hai kh©u cïng t¸c ®éng. Ucd = Ucdmin thay vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ khi chØ cã ©m tèc ®é. C’(Ing; nngmin) = C’(122,25; 48) ta cã: Tõ biÓu thøc: n = {[Ubh- b( Ibh - Ing)KIKp ] - IbhRu}KD Thay n = nbhmin vµo ta cã: Þ D’ (Ibh; nbn) = D’(201,7; 12,3) + X©y dùng ®Æc tÝnh c¬ khi chØ cã kh©u ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t t¸c ®éng: ë ®o¹n ®Æc tÝnh nµy ®· x¸c ®Þnh ®­îc 1 ®iÓm lµ D’. B©y giê ta x¸c ®Þnh ®iÓm E’ mµ t¹i ®ã tèc ®é triÖt tiªu. Nªn ta cã to¹ ®é ®iÓm E’(62,25; 0). * VÏ ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn tõ to¹ ®é c¸c ®iÓm: A(0; 1003) A’(0; 52,92) B (81,5; 1000) B’(81,5; 50) C(122,25; 998,23) C’(122,25; 48) D(122,25; 998,23) D’( 201,7; 12,3) E(203,75; 0) E’(203,75; 0). Þ §Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng D’ C’ n 0 B’ A’ C = D E = E’ A B I §Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng khi ch­a ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p. - X©y dùng ®­êng ®Æc tÝnh c¬ khi ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ Khi ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng do tèc ®é quay vÉn gi÷ nguyªn nh­ng do ®iÖn ¸p ®¶o chiÒu nªn dßng ®iÖn phÇn øng sÏ lín, nªn kh©u ©m dßng cã ng¾t sÏ t¸c ®éng, ®iÓm lµm viÖc cña ®éng c¬ tõ ®iÓm B sang ®iÓm F. Sau ®ã tèc ®é ®éng c¬ gi¶m dÇn ®Õn ®iÓm lµm viÖc C”. Sau ®ã ®éng c¬ lµm viÖc víi tèc ®é æn ®Þnh khi quay ng­îc. c. KiÓm tra chÊt l­îng tÜnh cña hÖ thèng. - D¶i ®iÒu chØnh : D = - Sai lÖch tÜnh: St = C¸c th«ng sè trªn cña hÖ thèng ®· tho¶ m·n yªu cÇu cña bµi to¸n ®Æt ra lµ: D = 20/1 vµ St = 6% . VËy hÖ thèng lµm viÖc æn ®Þnh. §Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng khi ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p PHÇN VI X©y dùng m« h×nh to¸n häc vµ m« pháng b»ng Matlab-simulink 1. Thµnh lËp s¬ ®å cÊu tróc vµ hµm truyÒn cña hÖ thèng: 1.1. S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng: Khi xÐt hµm truyÒn cña hÖ thèng theo tÝn hiÖu U th× ta bá qua lùc c¶n ma s¸t vµ m«men c¶n. Tõ s¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ta thµnh lËp ®­îc s¬ ®å cÊu tróc : W WI W KE.F U - - - Trong ®ã : W : Bé ®iÒu chØnh tèc ®é WI : Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn W: Bé biÕn ®æi : hÖ sè ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t : hÖ sè ph¶n håi ©m tèc ®é . X¸c ®Þnh hµm truyÒn tõng phÇn tö cña hÖ thèng : HÖ sè khuÕch ®¹i cña ®éng c¬ : K§ = KE.F = 9,55.1/ K§ = 1/ 4,948 = 2 KM.F = KE.F/ 2.P = 0,32 H»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña ®éng c¬ : TE = L­/R­ = 0.1/0.22 = 0,45 s. HÖ sè khuÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi : K = H»ng sè thêi gian cña bé biÕn ®æi : T = =0,005 HÖ sè ph¶n håi ©m dßng cã ng¾t : Ta chän gi¸ trÞ dßng ®iÖn mµ t¹i ®ã kh©u ng¾t dßng t¸c ®éng lµ Ing : Ing =1,5 Idm =1,5.81,5 = 122,25 (A) Ta chän gi¸ trÞ Ung = 1 (V). T¹i thêi ®iÓm I= Ing th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p lÊy trªn ®iÖn trë còng cã gi¸ trÞ = 1 V Ta cã quan hÖ gi÷a Ung vµ Ing lµ : X¸c ®Þnh hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn WI W - Bá qua søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ ta cã s¬ ®å m¹ch vßng dßng ®iÖn: Ui® Coi gÇn ®óng bé ®iÒu chØnh lµ kh©u tØ lÖ qu¸n tÝnh bËc nhÊt : NÕu ta chän thiÕt bÞ ®iÒu chØnh dßng lµ kh©u PI cã d¹ng Th× ta chØ bï ®­îc h»ng sè thêi gian lín WI W1 1/ I Ui® - Hµm truyÒn cña hÖ hë b©y giê lµ : WhI(p) = Hµm truyÒn cña m¹ch kÝn WkI(p) = = Hµm chuÈn theo tiªu chuÈn modul tèi ­u lµ hµm cã d¹ng : WI(p) = ¸p dông theo tiªu chuÈn tèi ­u modul ta cã : Þ KI= VËy ta cã : WI(p) = X¸c ®Þnh hµm truyÒn Wcña bé ®iÒu chØnh tèc ®é theo ph­¬ng ph¸p m«dul tèi ­u: §èi víi vßng ®iÒu chØnh tèc ®é quay , vßng ®iÓu chØnh tèc ®é võa t×m ®­îc lµ vßng cÊp d­íi cã thÓ ®­îc tæng hîp l¹i thµnh mét thµnh phÇn cña moät ®èi t­îng ®iÒu khiÓn víi hµm truyÒn ®¹t nh­ sau: WI(p) = Víi m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn PI cã d¹ng : Ww = W WI n U Hµm truyÒn cña hÖ hë lµ : Whw(p) = = Trong ®ã : T1 = Thw= 2.TP Hµm truyÒn cña hÖ kÝn : Wkw (p)= Wkw (p)= ¸p dông tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng ta cã VËy cuèi cïng ta cã : Þ Ww = Víi c¸c tham sè ë trªn ta thu ®­îc hµm truyÒn ®¹t tæng qu¸t thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng : Tiªu chuÈn modul tèi ­u hiÖu chØnh l¹i ®Æc tÝnh tÇn sè chØ ë vïng tÇn sè thÊp vµ trung b×nh vµ kh«ng ®¶m b¶o ®­îc tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng .Do ®ã , sau khi øng dông tiªu chuÈn modul tèi ­u ta cÇn ph¶i kiÓm tra l¹i sù æn ®Þnh cña hÖ . Sau ®©y lµ kiÓm tra tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng víi mét sè tiªu chuÈn . KiÓm tra tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng Theo tiªu chuÈn æn ®Þnh Hutvit Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh cña hÖ thèng : C¸c hÖ sè cña ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh d­¬ng , ®iÒu kiÖn æn ®Þnh cÇn thiÕt ®­îc ®¶m b¶o Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh cña Hutvit : D1 = 0,0004 > 0 ; D2 = VËy hÖ æn ®Þnh theo tiªu chuÈn Hutvit. Tiªu chuÈn æn ®Þnh Rao Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh cña hÖ thèng LËp b¶ng Rao 0,000002 0,04 0,0004 1 0,000014 TÊt c¶ c¸c sè h¹ng trong cét ®Çu tiªn cña b¶ng Rao ®Òu d­¬ng .VËy hÖ thèng æn ®Þnh . XÐt æn ®Þnh cña hÖ thèng theo tiªu chuÈn Mikhailop Thay p = j w vµo ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh ta cã : T×m nghiÖm cña phÇn thùc Gi¶i ph­¬ng tr×nh chØ lÊy nghiÖm d­¬ng ta ®­îc : T×m nghiÖm cña phÇn ¶o Gi¶i ph­¬ng tr×nh chØ lÊy nghiÖm kh«ng ©m ta ®­îc Trªn trôc tÇn sè c¸c nghiÖm cña phÇn thùc vµ phÇn ¶o ph©n bè nh­ sau : 0 w wa2 wt wa1 Ta thÊy nghiÖm cña phÇn ¶o vµ phÇn thùc ph©n bè xen kÏ nhau b¨ts ®Çu tõ nghiÖm b»ng 0 cña phÇn ¶o . VËy hÖ thèng æn ®Þnh . 2. M« Pháng trªn Matlab – Simulink. S¬ ®å biÓu diÔn hµm truyÒn trªn matlab & simulink §¸p øng tèc ®é §¸p øng tèc ®é §¸p øng dßng ®iÖn Tµi liÖu tham kh¶o 1. §iÖn tö c«ng suÊt- NguyÔn BÝnh 2. KÜ thuËt biÕn ®æi- Vâ Quang L¹p 3. TruyÒn ®éng ®iÖn- Bïi Quèc Kh¸nh NguyÔn V¨n LiÔn NguyÔn ThÞ HiÒn 4. §iÖn tö c«ng suÊt vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kÜ thuËt 5.§iÖn tö c«ng suÊt- Lý thuyÕt- ThiÕt kÕ- øng dông Lª V¨n Doanh (Chñ biªn) Nhµ xuÊt b¶n khoa hoc kÜ thuËt