Tính toán thiết kế hệ truyền động T-Đ

×nh II – 1: ChØnh l­u mét pha hai nöa chu kú U1 U2 Uy Ux UL a a Umax §iÖn ¸p trªn cña t¶i so víi ®iÓm trung b×nh §iÖn ¸p d­íi cña t¶i so víi ®iÓm trung b×nh C¸c xung m«i trªn cùc ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p t¶i Vtb q = wt Dßng ®iÖn t¶i Dßng ®iÖn qua c¸c tirista Dßng ®iÖn nguån Vmax = §Ønh ®iÖn ¸p thuËn Ux 0 Vmax = §Ønh ®iÖn ¸p ng­îc 0 0 0 0 0 0 0 t t t t t t t H×nh 1I-1: S¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha cã ®iÒu khiÓn vµ c¸c d¹ng sãng Bé chØnh l­u ®iÒu khiÓn biÓu diÔn trªn h×nh II-4 dïng toµn tiristor. Tr­íc lóc måi c¸c tiristor ch­a dÉn ®iÖn vµ ®Ó cã ®­îc dßng ®iÖn trªn t¶i cÇn më ®ång thêi tiristor I1 vµ T2, t­¬ng tù sÏ më ®ång thêi tiristor T3 vµ T4 ë nöa chu kú sau. Ph¶i dïng mét m¹ch måi ®ång thêi cho tiristor T1 vµ T2. M¸y biÕn ¸p xung cã hai ®Çu ra c¸ch ly, v× catèt cña c¸c tiristor cã ®iÖn thÕ kh¸c nhau trong m¹ch c«ng suÊt. §iÖn ¸p t¶i còng gièng nh­ ®iÖn ¸p m« t¶ ë bé chØnh l­u hai nöa chu kú, trÞ sè trung b×nh lµ: trõ ®i hai ®iÖn ¸p r¬i trªn tiristor. Ph­¬ng tr×nh trªn kh«ng dïng ®­îc nÕu dßng ®iÖn t¶i lµ kh«ng liªn tôc M¹ch míi Cùc ®iÒu khiÓn ®Ìn tiristor 1 Catèt Cùc ®iÒu khiÓn ®Ìn tiristor Catèt H×nh 11-2: S¬ ®å nèi ®Çu ra cña m¹ch ®iÒu khiÓn 2- S¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha. R E L Va T1 G1 Vb T2 G2 Vc T3 G3 Id Id Id IT3 IT2 IT1 Ud q a q q q q 0 0 0 0 0 §èi víi s¬ ®å tia 3 pha: Gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p t¶i: Ud = dßng trung b×nh qua van: Iv = Id/3, sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u : P = 3; c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: Sba = 1,34Pd. 2-Bé chØnh l­u cÇu 3 pha : ë m¹ch nµy ng­êi thiÕt kÕ sö dông bé chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn ®­îc m¾c theo s¬ ®å cÇu 3 pha ®èi xøng ®­îc biÓu diÔn ë (h×nh III-3) bao gåm 6 thyristor ®­îc chia thµnh 2 nhãm. + Nhãm an«t chung gåm T2, T4, T6. + Nhãm cat«t chung gåm T1, T3, T5. T1 T3 T5 T4 T6 T2 ea eb ec L R ea α π/6 α α α α α eb ec ea α 5π/6 9π/6 13π/6 0 U0 ωt (H×nh II-3) : S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha vµ d¹ng ®iÖn ¸p ra trªn t¶i Nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å cÇu nh­ sau : ë kho¶ng p/6 ; p/3 c¸c søc ®iÖn ®éng ea > eb > ec ®iÖn thÕ t¹i c¸c ®iÓm UA > UC > UB. + Víi nhãm Kt«t chung th× cã ®iÖn thÕ d­¬ng cao nhÊt nªn khi cã xung ®iÒu khiÓn víi sãc më a th× T1 sÏ më ( th«ng ).Khi T1 më th× T3 vµ T5 bÞ kho¸ do bÞ ph©n cùc ng­îc. + VÒ nhãm an«t chung T6 cã ®iÖn thÕ ©m nhÊt nªn khi cã xung ®iÒu khiÓn víi gãc më a => T6 sÏ më => T6 dÉn lµm cho T2 vµ T4 kho¸ v× ph©n cùc ng­îc. => ë kho¶ng p/6 ¸ p/3 th× T1 vµ T6 dÉn dßng Nguån à T1 à phô t¶i à T6 à Nguån ë kho¶ng 3p/6 ¸ 5p/6 th× c¸c søc ®iÖn ®éng Ca > Cb >Cc. -Víi nhãm Ktèt chung T1 vÉn cã thÓ d­¬ng cao nhÊt nªn vÉn dÉn cßn T3 vµ T5 bÞ ph©n cùc ng­îc nªn vÉn bÞ kho¸. -Víi nhãm An«t chung T2 cã thÓ Kt«t ©m thÊp nhÊt nªn khi cã xung ®iÒu khiÓn T2 sÏ dÉn, T4 vµ T6 do ph©n cùc ng­îc nªn bÞ kho¸ l¹i => dßng ®iÖn sÏ dÉn tõ nguån ®Õn t¶i qua T1 vµ T2. Kho¶ng 5p/6 ¸ 7p/6 lóc nµy eb > ea > ec -Víi nhãm Kt«t chung T3 cã thÓ An«t d­¬ng cao nhÊt nªn khi cã xung ®iÒu khiÓn th× T3 sÏ bÞ dÉn. Khi T3 dÉn lµm cho T1 ®ang dÉn bÞ kho¸ l¹i . -Víi nhãm anèt chung à T2 vÉn cã thÓ Kt«t ©m nhÊt nªn vÉn dÉn dßng, cßn T4 vµ T6 bÞ kho¸ l¹i do ph©n cùc ng­îc. Dßng ®iÖn phô t¶i ®­îc dÉn tõ nguån ®Õn t¶i qua T3 vµ T2 xÐt t­¬ng tù nh­ trªn trong c¸c kho¶ng (7p/6 ¸ 9p/6)( 9p/6 ¸ 11p/6)…ta cã ®­îc b¶n kÕt qu¶ toµn bé qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha ®èi xøng nh­ sau : Kho¶ng Thyristor ®­îc më C¸c thy dÉn ChiÒu dßng ®iÖn §iÖn ¸p phô t¶i p/6 ¸3p/6 T1 T1 vµ T6 A à t¶i à B ea - eb 3p/6 ¸ 5p/6 T2 T1 vµ T6 A à t¶i à C ea - ec 5p/6 ¸ 7p/6 T3 T3 vµ T2 B à t¶i à C eb - ec 7p/6 ¸ 9p/6 T4 T3 vµ T4 B àt ¶i à A eb - ea 9p/6 ¸ 11p/6 T5 T5 vµ T4 C à t¶i à A ec - ea 11p/6 ¸13p/6 T6 T6 vµ T6 C à t¶i à B ec - eb Gi¸ trÞ c¸c biÓu thøc : Gi¸ trÞ tøc thêi ®iÖn ¸p trªn phô t¶i : U0=VP -VN Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u HoÆc U0 = Ud1-Ud2 trong ®ã Ud1 = gi¸ trÞ trung b×nh cña Ud1 do nhãm Ktèt chung t¹o nªn Ud2 = gi¸ trÞ trung b×nh cña Ud2 do nhãm Anèt chung t¹o nªn §iÖn ¸p ng­îc ®Æt nªn mçi thyristor cã gi¸ trÞ cùc ®¹i lµ : Ung­îcmax = √6E2 = 2,45E2 + XÐt tr­êng hîp trïng dÉn ta cã s¬ ®å vµ d¹ng ®iÖn ¸p ra trªn t¶i nh­ h×nh vÏ III T1 T3 T5 T4 T6 T2 ea eb ec L R 1 Uo 3 5 1 6 2 4 6 µ α ωt 2π ea eb ec ea Th4 Th1 Th4 Th1 Th6 Th3 Th6 Th5 Th2 Th5 H×nhII-4 + ChØnh l­u cÇu 3 pha khi cã hiÖn t­îng d©y dÉn. + D©y ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn T1. Trong thêi gian xÈy ra hiÖn t­îng trïng dÉn ®iÖn ¸p trªn phô t¶i bÞ gi¶m nªn ®iÖn ¸p chØnh l­u trung b×nh nhá h¬n so víi tr­êng hîp c¶m kh¸ng nguån b»ng kh«ng. Lng = 0 §iÖn ¸p trung b×nh U’0 = §iÖn ¸p ng¾n m¹ch Uc = Ub-Ua = Dong ®iÖn ng¾n m¹ch IC = S¬ ®å chØnh l­u 6 pha dïng cuén kh¸ng c©n b»ng. §èi víi s¬ ®å 6 pha dïng cuén kh¸ng c©n b»ng: - §iÖn ¸p chØnh l­u trªn t¶i: Ud = - Dßng ®iÖn trung b×nh qua van Iv = Id/6. - Sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u P = 6. - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: P = 1,26Pd. NhËn xÐt: §èi víi c¶ 2 s¬ ®å ®Òu cã sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u nh­ nhau. Song c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p dïng víi s¬ ®å chØnh l­u cÇn cã c«ng suÊt nhá h¬n m¸y biÕn ¸p dïng víi s¬ ®å 6 pha. - Dßng ®iÖn trung b×nh qua van ®èi víi s¬ ®å cÇu: Id/3 cßn ®èi víi s¬ ®å 6 pha lµ Id/6. Do ®ã khi lµm viÖc kh¶ n¨ng qu¸ t¶i dïng ®èi víi van cña s¬ ®å 6 pha lµ cao h¬n. Nªn kh«ng ®¶m b¶o khi lµm viÖc. KÕt luËn: Dïng s¬ ®å cÇu 3 pha ®Ó ®iÒu khiÓn thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra Ud b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Udk dïng trong hÖ thèng truyÒn ®éng T - § lµ kinh tÕ vµ ®¶m b¶o ®­îc ®é chÝnh x¸c, an toµn khi lµm viÖc. III. M¹ch ®iÒu khiÓn më Tiristor. M¹ch diÒu khiÓn lµ phÇn m¹ch quan träng nhÊt cña chØnh l­u ®iÒu khiÓn t¹i ®ã c¸c xung më van ®­îc ph¸t ra theo mét trËt tù ®· ®Þnh. Quy l­uËt ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i chØnh l­u (®¶o chiÒu, kh«ng d¶o chiÒu,...) vµ bëi c¸c ®Æc tÝnh phô t¶i. Th­êng cã 02 ph­¬ng ph¸p xung më Tiristor: - Ph­¬ng ph¸p ®ång bé víi l­íi. - Ph­¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé víi l­íi. Trong ®ã ph­¬ng ph¸p kh«ng ®ång bé th­êng chØ ®­îc dïng trong m¹ch ph¶n håi kÝn. C¸c xung ®iÒu khiÓn cã thÓ ®­îc ph¸t tiÕng cho tõng pha ta ®­îc hÖ thèng nhiÒu kªnh. HoÆc c¸c xung ph¸t ra b»ng c¸ch lµm trÔ mét xung c¬ b¶n duy nhÊt ta cã hÖ thèng mét kªnh. Trong thùc tÕ truyÒn ®éng ®iÖn hay dïng nhÊt lµ c¸c hÖ thèng nhiÒu kªnh ®ång bé. Trong ®ã viÖc ®ång bé ®­îc thùc hiÖn nhê viÖc ®ång bé ho¸ ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p l­íi. §iÖn ¸p tùa th­êng cã d¹ng r¨ng c­a quÐt ng­îc hoÆc h×nh sin. 1 - Chøc n¨ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Chøc n¨ng cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn lµ t¹o ra c¸c xung ®ñ ®Ó më c¸c Tiristor. Muèn vËy c¸c xung ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: - C¸c xung ph¸t ra ph¶i cã c«ng suÊt ®ñ lín. - C¸c xung ph¸t ra ph¶i cã ®ñ ®é réng vµ h×nh d¸ng phï hîp. - C¸c xung ph¶i ®­îc ®­a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña c¸c van theo mét tr×nh tù nhÊt ®Þnh vµ c¸c xung ph¶i cã ®é dèc sên tr­íc ®Ó ®¶m b¶o më thanh chÝnh x¸c. Vµ mét ®Æc ®iÓm hÕt søc quan träng lµ cã thÓ thay ®æi ®­îc thêi ®iÓm ®­a xung ®Õn ®Ó më c¸c Tiristor hay cßn gäi lµ thay ®æi gãc a. Trong viÖc ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ chØnh l­u th× viÖc t¹o thêi ®iÓm cho xung më thyristor lµ mét kh©u quan träng. Thyristor th­êng ®­îc më theo hai nguyªn t¾c. +Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh +Nguyªn t¾c th¼nh ®øng ARCCOS A-Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng (ARCCOS) Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p - §iÖn ¸p ®ång bé Ur v­ît tr­íc ®iÖn ¸p A-K cña thyristor mét gãc b»ng p/2 (nÕu UAK = A sin wt th× Ur = B cos wt ). §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn UC lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo hai h­íng ( d­¬ng vµ ©m ). α Ur (Ur+uc) uc ωt Ur UC H×nh IV – 4 : §å thÞ ®iÖn ¸p theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ARCCOS Trªn h×nh IV- 4 ta thÊy ®­êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p A-K cña thyristor. Tõ ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra Ur. Tæng ®¹i sè Ur + UC = 0 ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh UC + B cos a = 0 Do ®ã : a = arc ( ) Khi ta lÊy B = UCmax Khi UC = 0 th× a = p/2 UC = UCmax th× a = p UC = - UCmax th× a = 0 Nh­ vËy cho ®Õn khi UC biÕn thiªn tõ - UCmax à + UCmax th× a - biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. + Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng 2 ®iÖn ¸p. + §iÖn ¸p ®ång bé (Ur cã d¹ng r¨ng c­a ) ®ång bé víi ®iÖn ¸p trªn A-K cña thyristor + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (UC lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu ) cã thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é. ωt Uc α α Ur Ur+Uc Uc Ur H×nh IV – 5 : §å thÞ ®iÖn ¸p theo ph­¬ng th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh D¹ng ®å thÞ ®iÖn ¸p ®ång bé Ur ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn UC ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh IV – 5 nh­ vËy b»ng c¸ch thay ®æi gi¸ trÞ cña UC ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a Khi UC = 0 ta cã a = 0 Khi Uc 0 VËy ta cã mèi quan hÖ gi÷a a vµ Uc nh­ sau : a = p NÕu ta lÊy UCmax = Urmax 2 – C¸c yªu cÇu c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn C¸c yªu cÇu c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸c bé biÕn ®æi phô thuéc vµo d¹ng c¸c phÇn tö, c¸c chÕ ®é ho¹t ®éng cña chóng vµ ®Æc tÝnh cña t¶i. V× vËy c¸c yªu cÇu chÝnh cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn sÏ lµ : A-Yªu cÇu vÒ ®é lín xung ®iÒu khiÓn Mçi thyristor ®Òu cã mét ®Æc tÝnh ®Çu vµo lµ ®iÖn ¸p cùc ®iÒu khiÓn vµ dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c cùc ®iÒu khiÓn. U®k = f(i®k) d¹ng ®Æc tÝnh ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh IV – 7. Giíi h¹n trªn c¸c ®Æc tÝnh Gi¸ tri cùc ®¹i I®k cho phÐp I®k U®k a b II I Gi¸ tri cùc ®¹i U®k cho phÐp H×nh IV – 7 : §Æc tÝnh U®k = f(i®k) cña thyristor Do c¸c sai lÖch vÒ c¸c th«ng sè chÕ t¹o vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc ngay c¶ c¸c thyristor cïng lo¹i còng cã ®Æc tÝnh ®Çu vµo kh¸c nhau. Víi mçi lo¹i thyristor c¸c ®Æc tÝnh nµy dao ®éng gi÷a hai ®Æc tÝnh quan hÖ a vµ b ( H×nh IV – 7 ) yªu cÇu vÒ ®é lín ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn sÏ lµ : +Gi¸ trÞ lín nhÊt kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp cña nhµ s¶n xuÊt. +Gi¸ trÞ nhá nhÊt ph¶i ®¶m b¶o më ®­îc thyristor trong mäi ®iÒu kiÖn lµm viÖc +Tæn hao ph¶o nhá h¬m gi¸ trÞ cho phÐp Th­êng ®é lín cña U = 10 ¸ 20 V vµ I = 20 ¸ 200 mA B-Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn. Thêi gian më cña thyristor chia thµnh hai giai ®o¹n : +Giai ®o¹n dßng t¨ng tr­ëng chËm ( ký hiÖu t1 ) lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó lµm cho J2 chuyÓn dÞch thuËn. (J2 lµ tiÕp gi¸p gi÷a hai líp b¸n dÉn P2 vµ n2 cña thyristor ) +Giai ®o¹n dßng t¨ng tr­ëng nhanh( ký hiÖu lµ t2 ) h×nh IV-8 t1 t2 tm 0,1 ith 0,9 ith tx I®k i®k t t H×nh IV – 8 : §å thÞ dßng I®k (a) vµ dßng qua thyristor (b) Trªn ®å thÞ trªn ta nhËn thÊy ®é réng xung ®iÒu khiÓn ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng thêi gian më cña thyristor tx ³ tm C-Yªu cÇu vÒ ®é dèc cña xung ®iÒu khiÓn §é dèc cña xung ®iÒu khiÓn cµng cao th× viÖc më thyristor cµng tèt, ®Æc biÖt mµ trong khi m¹ch cã nhiÒu thyristor nèi song song vµ nèi tiÕp. Th«ng th­êng ®é dèc xung ®iÒu khiÓn lµ : D-Yªu cÇu b¶o ®¶m ®èi xøng trong c¸c kªnh ®iÒu khiÓn NÕu kh«ng ®¶m b¶o sù ®èi xøng cña c¸c xung ®iÒu khiÓn c¸c thyristor cña bé biÕn ®æi nhiÒu pha sÏ g©y ra sù kh«ng c©n b»ng g¸i trÞ trung b×nh dïng qua thyristor ®ã. E-Yªu cÇu vÒ ®é tin cËy. M¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ®¶m b¶o ®é tin cËy trong mäi hoµn c¶nh nh­ khi nhiÖt ®é thay ®æi, tÝn hiÖu nhiÔu t¨ng …Do vËy : + §iÖn trë ra cña kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i nhá ®Ó thyristor kh«ng tù më khi cã dßng dß t¨ng. + Xung ®iÒu khiÓn Ýt phô thuéc vµo dao ®éng nhiÖt ®é, dao ®éng ®iÒu kiÖn nguån. + CÇn khö ®­îc nhiÔu c¶m øng ( ë c¸c kh©u so s¸nh, biÕn ¸p xung ) ®Ó tr¸nh më nhÇm. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i t¸c ®éng nhanh vµ trong nhiÒu tr­êng hîp ph¶i ®¹t tíi tèc ®é mét phÇm tr¨m gi©y ( 10-6 s ). F-Yªu cÇu vÒ l¾p r¸p vµ vËn hµnh + ThiÕt bÞ dÔ dµng thay thÕ, dÔ l¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh. + DÔ l¾p lÉn vµ mäi khèi cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ®éc lËp Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông réng r·i trong thùc tÕ. 3- S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh sau U®k Utùa Ung BAX K§ TX §F SS RI &Rw T¹o dao ®éng H×nh IV- 9: S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. + §F : Khèi ®ång pha lµ khèi t¹o ra ®iÖn ¸p ®ång bé víi ®iÖn ¸p trªn A-K cña thyristor + RI & Rw : Khèi ®iÒu chØnh Regurlator, viÖc thay ®æi gi¸ trÞ U®k sÏ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. + SS : Khèi so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh tÝn hiÖu U®k vµ Utùa + TX : T¹o xung ®iÒu khiÓn + Dao ®éng : T¹o xung cao tÇn ®­a vµo khèi TX ( ®a hµi ) + K§ : Khèi khuyÕch ®¹i xung t¹o ra xung cã chÊt l­îng theo yªu cÇu. + BAX : Khèi biÕn ¸p xung XuÊt ph¸t tõ c¸c yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn ta chän nguyªn t¾c(ph­¬ng ph¸p) ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng. CÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c kh©u. a. Kh©u ®ång pha. TÝn hiÖu tù biÕn ¸p ®ång pha qua kh©u chØnh l­u nöa chu kú (c¸c ®ièt D32, D33) qua ph©n ¸p R43 - R93 ®­îc ®­a vµo cæng (+) cña Q6. Cæng (-) cña Q6 nhËn tÝn hiÖu mét chiÒu qua ph©n ¸p R41 vµ R11. KÕt qu¶ lµ tõ r¹ng h×nh Sin ë ®Çu vµo th× ë ®Çu ra cña Q6 nhËn ®­îc c¸c xung vu«ng ®ång bé cã chu kú lµ 10ms. §iÒu chØnh chiÕt ¸p P11 sao cho phÇn xung d­¬ng cµng hÑp cµng tèt. 0V D32 R42 R43 R44 -15V Q6 + - P11 U®f Ura Uss t t 0 0 H×nh: Kh©u ®ång pha. b. Kh©u t¹o xung r¨ng c­a. Q7 lµ m¹ch tÝnh ph©n. C¸c ®Çu vµo cña nã nhËn ®iÖn ¸p + E(+15V) vµ c¸c xung ®ång bé xuÊt ph¸t tõ ®Çu ra cña Q6. Khi ®Çu ra cña Q6 cßn ë møc cao th× ®ièt D37 ng¨n kh«ng cho tÝn hiÖu tõ Q6 t¸c ®éng lªn m¹ch tÝch ph©n. Tô C19 ®­îc n¹p ®iÖn tõ nguån +E th«ng qua ®iÖn trë R45 vµ chiÕt ¸p P12. Khi xung ©m ®ång bé tõ Q6 tíi th× ®ièt D37 cho phÐp ®i qua vµ tô C19 phãng ®iÖn qua ®iÖn trë R46 cã trÞ sè nhá. Do vËy ®Çu ra cña Q7 xuÊt hiÖn c¸c xung r¨ng c­a cã chu kú 10ms. Ura Q7 t UQ6 t 0 0 §ièt D35 lµ ®i èt æn ¸p (9V), D36 cã nhiÖm vô ng¨n kh«ng cho b·o hoµ, chiÕt ¸p P12 cho phÐp ®iÒu chØnh ®é réng xung r¨ng c­a. §iÒu chØnh P12 sao cho T1 = 6,6ms; T2 = 3,4ms. c. Kh©u so s¸nh. Ura Q7 t UQ6 t 0 0 T1 T2 T Ura Q8 0 t t + - R48 R47 Q8 U®k U ra C¸c r¨ng c­a ë ®Çu ra cña Q7 ®­îc ®­a tíi ®Çu vµo (-) cña Q8 cßn ®Çu vµo (+) cña Q8 nhËn ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k lÊy tõ bé ®iÒu chØnh. §Çu ra cña Q8 lµ c¸c xung ch÷ nhËt cã ®Æc tÝnh s­ên xuèng lµ cè ®Þnh cßn s­ên lªn lµ di ®éng. NghÜa lµ khi thay ®æi U®k sÏ thay ®ái ®­îc ®é réng cña xung ch÷ nhËt tøc lµ thay ®æi ®­îc gãc më a. H×nh : Kh©u so s¸nh d. Kh©u t¹o xung. Q9 lµ m¹ch dao ®éng t¹o xung cao tÇn cã tÇn sè lín cì 5KHZ dïng transistor T8. Khi cã xung ®ång hå ©m ®Õn th× më cho xung ©m qua vµ khuyÕch ®¹i nã. C¸c xung ch÷ nhËt tõ Q8 trén víi xung ®ång hå tõ T8 (xung ©m) vµ kÕt hîp víi ®iÖn ¸p ®ång pha qua ®ièt D34 vµ D38 ®Ó t¹o thµnh c¸c xung më lu©n phiªn cÆp Transistor T4 - T5 vµ T6 -T7. C¸c cÆp T4 - T5, T6 - T7 lµ c¸c cÆp Transistor ghÐp Darlington mµ t¶i cña nã lµ (BAX) ®Ó khuyÕch ®¹i c¸c xung ®iÒu khiÓn ®ñ ®Ó më c¸c Tiristor cïng 1 pha. Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn më cho 2 cÆp Tiristor cßn l¹i còng t­¬ng tù. Nh­ vËy c¸c xung d­¬ng víi tÇn sè lín ®­îc ®­a vµo ®Ó më T1 hay T2 t¨ng theo cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p nguån. Khi ®ã cã dßng tõ Uc¬ së qua s¬ cÊp biÕn ¸p xung vµ c¶m øng sang thø cÊp t¹o ra tÝn hiÖu xung víi tÇn sè cao ®­a vµo më Tiristor. Ura Q7 t UQ6 t 0 0 Ura Q8 0 t t Ura Ura t8 t Ch­¬ng III hÖ truyÒn ®éng tù ®éng T - § I. M« t¶ to¸n häc c¸c phÇn tö hÖ truyÒn ®éng T - §: 1.1. §Æt vÊn ®Ò: §Ó x©y dùng vµ thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng cÇn cã mé m« h×nh m« t¶ chÝnh x¸c ®Õn tèi ®a ®èi t­îng ®iÒu chØnh. M« h×nh to¸n häc thu ®­îc cÇn ph¶i thÓ hiÖn ®­îc râ rµng c¸c ®Æc tÝnh thêi gian cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh. Nh»m t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc x©y dùng c¸c thuËt to¸n ®iÒu chØnh hÖ thèng. 1.2. M« t¶ to¸n häc chØnh l­u ®iÒu khiÓn: Trong truyÒn ®éng ®iÖn ®a sè c¸c tr­êng hîp chØnh l­u ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng tÝn hiÖu biÕn thiªn chËm. Trong tr­êng hîp nµy ¶nh h­ëng cña tÝnh chÊt xung vµ tÝnh chÊt b¸n ®iÒu khiÓn ®Õn qu¸ tr×nh qu¸ ®é lµ nhá vµ do ®ã cã thÓ coi chØnh l­u lµ m¹ch ®iÒu chØnh liªn tôc víi s¬ ®å thay thÕ (H3-1) Rb RT Id Ed Víi E® = Edo cosa Edo = KSd. U~. víi U~: Gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p xoay chiÒu Ksd: phô thuéc s¬ ®å m¹ch chØnh l­u Gãc a phô thuéc U®k: a = f(U®k) U®k UTm T t a 0 ¸c ®Þnh gãc a theo gi¸ trÞ U®k. Ta cã: Th«ng th­êng T = 10-2S, ®èi víi l­íi ®iÖn f = 50HZ. VËy E® = EdoCos Nh­ng do tÝnh chÊt xung vµ tÝnh chÊt b¸n ®iÒu khiÓn cña chØnh l­u nªn thêi ®iÓm thay ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn kh«ng trïng víi thêi ®iÓm thay ®æi gãc a. §é dµi kho¶ng thêi gian trÔ nµy cã ®Æc tÝnh ngÉu nhiªn. Theo kinh nghiÖm chän kho¶ng thêi gian trÔ t = 1/2mf = Tvo ®­îc tÝnh tõ gãc (a Þ T) - HÖ sè chØnh l­u: KCL = Nh­ng do cã kho¶ng thêi gian trÔ t nªn: KCL x e-Pt U®k = E®. VËy hµm truyÒn cña kh©u chØnh l­u. WCL(P) = víi t = Tvo Khi tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ñ lín cã thÓ dïng biÓu gÇn ®óng bëi khai triÓn Mc.Laurin. ePTvo = Vµ khi nµy cã thÓ thay thÕ hµm trÔ b»ng mét kh©u qu¸n tÝnh. Nªn: WCL(P) = MÆt kh¸c khi ®iÒu khiÓn th× tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn còng cã thêi gian trÔ nªnkh©u qu¸n tÝnh cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn: (1 + PT®k). Tõ ®ã: WCL(P) = §©y lµ biÓu thøc m« t¶ kh©u chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. KCL (1 + PT®k)(1 + PTvo) E® U®k S¬ ®å cÊu tróc kh©u chØnh l­u ®iÒu khiÓn. 1.3. M« t¶ to¸n häc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: NÕu c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ lµ kh«ng ®æi th× ta cã thÓ viÕt ®­îc c¸c ph­¬ng tr×nh m« t¶ s¬ ®å thay thÕ ®é c¬ ®iÖn 1 chiÒu nh­ (H 3-4) U­ Uk Rk ,Lk CKD I­ Ik E M¹ch kÝch tõ cã hai biÕn dßng ®iÖn tÝch tõ ik vµ tõ th«ng m¸y F lµ phô thuéc phi tuyÕn bëi ®­êng cong tõ ho¸ cña lâi s¾t. Uk = Ik . Rk + Lk Hay Uk(P) = Ik(P) . Rk §©y lµ ph­¬ng t×nh m« t¶ to¸n häc cña d©y quÊn kÝch tõ. M¹ch phÇn øng: U - E = IR­ + L­ Hay U(P) - E(P) = I(P) R­ Víi T­ = L­/R­ lµ h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña m¹ch phÇn øng. I (P) = {U(p) - E(p)} §©y lµ ph­¬ng tr×nh m« t¶ to¸n häc d©y quÊn phÇn øng. Ph­¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña hÖ thèng. M - Mc = J Víi J = J® + JM lµ m«men qu¸n tÝnh cña c¸c chuyÓn ®éng quy vÒ trôc ®éng c¬. J®: M«men qu¸n tÝnh ®éng c¬. JM: M« men qu¸n tÝnh m¸y s¶n xuÊt. Hay: M(p) - Mc(p) = PJ . w(p) w(p) = Tõ c¸c ph­¬ng tr×nh trªn ta thµnh lËp ®­îc s¬ ®å cÊu tróc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp (H 3-5). w X K X U Uk Mc M I Ik E (-) f (-) S¬ ®å cÊu tróc ®éng c¬ ®iÖn Khi F = F®m th× Kf®m Kf®m U E (-) I Mc (-) M w khèi kh«ng thay ®æi nªn s¬ ®å cÊu tróc cã d¹ng H3-6. H×nh III-6: S¬ ®å cÊu tróc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu II. X©y dùng hÖ truyÒn ®éng T - §: 2.1. CÊu tróc chung cña hÖ truyÒn ®éng T - §: Môc tiªu c¬ b¶n cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ph¶i ®¶m b¶o gi¸ trÞ yªu cÇu cña c¸c ®¹i l­îng ®iÒu chØnh mµ kh«ng phô thuéc vµo t¸c ®éng cña c¸c ®¹i l­îng nhiÔu lªn hÖ ®iÒu chØnh. HÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng T - § ®­îc x©y dùng dùa trªn cÊu tróc sau: (H3-7) R B§ M Mx §L T§H H×nh III-7: CÊu tróc chung cña hÖ T-§ Trong ®ã: M: §éng c¬ truyÒn ®éng quay m¸y s¶n xuÊt. §L: ThiÕt bÞ ®o l­êng Mx: M¸y s¶n xuÊt R: ThiÕt bÞ ®iÒu chØnh B§: Bé biÕn ®æi Tiristor. Khi thiÕt kÕ mét hÖ truyÒn ®éng tù ®éng cÇn ph¶i ®¶m b¶o lµ hÖ ®ã thùc hiÖn ®­îc c¸c yªu cÇu ®Æt ra. §ã lµ c¸c yªu cÇu vÒ c«ng nghÖ, c¸c chØ tiªu vÒ kinh tÕ. ChÊt l­îng cña hÖ thèng ®­îc ®¸nh gi¸ c¶ trong tr¹ng th¸i ®éng vµ tÜnh. - Trong tr¹ng th¸i tÜnh th× yªu cÇu quan träng nhÊt ®èi víi hÖ thèng lµ ph¶i ®¶m b¶o ®­îc ®é chÝnh x¸c ®iÒu chØnh. - Trong tr¹ng th¸i ®éng th× ph¶i ®¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ ®é æn ®Þnh vµ c¸c chØ tiªu vÒ chÊt l­îng ®éng lµ: §é qu¸ ®iÒu chØnh dmax%; tèc ®é ®iÒu chØnh, thêi gian ®iÒu chØnh Tq®; sè lÇn dao ®éng. ë c¸c hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn th× cÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn, luËt ®iÒu khiÓn vµ tham sè cña c¸c bé ®iÒu khiÓn cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng cña hÖ thèng. Do ®ã khi thiÕt kÕ hÖ thèng ta ph¶i thùc hiÖn c¸c bµi to¸n tæng hîp ®Ó t×m ra cÊu tróc hÖ ®iÒu khiÓn hîp lý nhÊt nh»m n©ng cao chÊt l­îng cña hÖ thèng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cña hÖ thèng. Víi ®èi t­îng ®iÒu chØnh cña hÖ ®­îc chän lµ ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu th× ®¹i l­îng ra chÝnh lµ m«men (dßng ®iÖn) vµ tèc ®é. §©y lµ hai ®¹i l­îng ®éc lËp tuyÕn tÝnh víi nhau nªn khi ®iÒu chØnh ta ph©n thµnh hai m¹ch vßng ®iÒu chØnh nèi cÊp víi nhau: - M¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI. - M¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é cã bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw. Bé ®iÒu chØnh nµy cã ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cã vïng b·o hoµ. §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé Rw chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®Æt dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬ (Uid). Gi¸ trÞ b·o hoµ Uidmax chÝnh lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña dßng ®iÖn phÇn øng. Bé ®iÒu chØnh RI trong m¹ch dßng ®iÖn cã nhiÖm vô duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ (Uid) bÊt kÓ hÖ thèng ®ang lµm viÖc æn ®Þnh hay trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Nh­ vËy m¹ch vßng dßng ®iÖn ®· tiÕn bé biÕn ®æi thµnh mét nguån dßng ®iÖn ®­îc ®iÒu khiÓn bëi tÝn hiÖu ®Æt (Ui®). V× dßng ®iÖn lµ ®¹i l­îng biÕn thiªn nhanh nªn hÖ ®iÒu chØnh RI lu«n lµm viÖc ë vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh. Nh­ vËy ­u ®iÓm cña m¹ch vßng theo kiÓu nèi cÊp c¸c bé ®iÒu chØnh lµ mçi gi¸ trÞ cña l­îng ®Æt (Ui®) ®­îc h¹n chÕ bëi ®o¹n b·o hoµ cña ®Æc tÝnh cña bé ®iÒu chØnh Rw. Vµ c¸c gi¸ trÞ h¹n chÕ nµy cã thÓ ®­îc thay ®æi hoÆc gi÷ nguyªn. 2.2. Tæng hîp hÖ thèng: 2.2.1. §Æt vÊn ®Ò: Trong c¸c hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng nãi chung lu«n tån t¹i c¸c phÇn tö cã chøa c¸c h»ng sè thêi gian lín nh­ h»ng sè thêi gian ®iÖn c¬, h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ, h»ng sè thêi gian cña d©y quÊn kÝch tõ v.v... vµ mét phÇn chøa c¸c h»ng sè thêi gian nhá nh­ h»ng sè thêi gian cña c¸c xen x¬, h»ng sè thêi gian cña m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor v.v... Nªn viÖc tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh ®­îc thùc hiÖn theo tõng m¹ch vßng ®Ó sao cho bï ®­îc c¸c kh©u cã h»ng sè thêi gian lín ®Ó qua ®ã gi¶m ®­îc cÊp cho m¹ch hë nh»m gi¶m sai lÖch ®iÒu chØnh vµ c¶i thiÖn chÊt l­îng ®iÒu chØnh cña hÖ thèng lµ mét viÖc rÊt quan träng. Trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh th­êng sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p hµm chuÈn tèi ­u ®Ó tæng hîp th«ng sè c¸c bé ®iÒu chØnh cho c¸c m¹ch vßng. 2.2.2. C¸c ph­¬ng ph¸p tæng hîp dïng hµm chuÈn tèi ­u: a. Ph­¬ng ph¸p tæng hîp dïng hµm tèi ­u m«®ul. Hµm chuÈn tèi ­u m«®un cã d¹ng: PMC(P) = (3-1) XÐt hÖ h÷u sai cã hµm truyÒn So(p) = Víi T2 > T1 (3-2) R(p) SO(p) (-) X X® CÊu tróc hÖ thèng Hµm truyÒn cña kh©u ®iÒu chØnh R(p) ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau: R (p) = (3-3) Víi FMC(p) lµ hµm chuÈn tèi ­u m«®ul cã d¹ng trªn (3-1) R(p) = Chän t6 = min {T1; T2} = T1 vµ thay So(p) (3-2) vµo ta cã: R(p) = (3-4) Víi hµm truyÒn R(p) th× sÏ bï ®­îc kho¶ng thêi gian lín T2. Nh©n c¶ tõ vµ mÉu sè cña biÓu thøc (2-4) víi T2 ta cã: R = Víi KR = ; TR = T2 Dïng m¹ch sau ®Ó thùc hiÖn hµm truyÒn kh©u R(p) (3-5) Víi KR = R2/R1 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i TR = R2C2: h»ng sè thêi gian R1 R1 R2 C2 Uw1 U1 + _ U2 Tuy nhiªn bé ®iÒu chØnh PI cã cÊu tróc nh­ trªn vÉn cã nh­îc ®iÓm trong viÖc ®iÒu chØnh ®éc lËp 2 tham sè KR vµ TR. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm trªn ta dïng bé PI cã cÊu tróc nh­ sau: R1 R1 R2 C2 Uw1 U1 U2 (+) (-) R3 a U1w U1 R1 R1 C2 R2 U2 R3 a _ + Víi U1w: TÝn hiÖu ®Æt U1: TÝn hiÖu ph¶n håi. U2: TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn KÕt qu¶ ta ®­îc: TR = R2 C2 KR = R2/R1 a Nh­ vËy ta cã thÓ chØnh ®Þnh ®­îc h»ng sè thêi gian TR b»ng c¸ch thay ®æi R2. Sau ®ã chØnh ®Þnh hÖ sè khuÕch ®¹i b»ng viÖc chØnh ®Þnh gi¸ trÞ a trªn chiÕt ¸p R3. ViÖc chØnh ®Þnh KR kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn TR, ®ång thêi víi viÖc chØnh a ta cã thÓ thay ®æi KR rÊt réng. R2/R1 £ KR < µ 1: PhÇn tû lÖ (p) : PhÇn tÝch ph©n (I) Nh­ vËy kh©u ®iÒu chØnh R(p) lµ mét kh©u tû lÖ tÝch ph©n (PI) khi ®ã hµm truyÒn hÖ hë: Fo(p) = R(p) . So(p) = (3-6) = Hµm truyÒn hÖ kÝn lµ: F(p) = (3-7) X(t) X=1(t) 4,3o/o 0 2T1 4,7T1 8,4T1 (t) 1 0,63 H×nh III-10: §Æc tÝnh qu¸ ®é cña hÖ thèng §é qu¸ ®iÒu chØnh 4,3% Qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®iÒu chØnh Tq® = 8,4 T1 - Do h»ng sè T1 nhá nªn cã thÓ coi F(p) » vµ khi ®ã qu¸ tr×nh qu¸ ®é øng víi hµm qu¸n tÝnh F9p) gÇn ®óng lµ ®­êng nÐt ®øt trªn ®Æc tÝnh H3-10. NÕu hÖ cã So(p) = (3-8) Th× theo tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul sÏ tæng hîp ®­îc bé ®iÒu chØnh R(p) cã d¹ng lµ kh©u tû lÖ: R(p) = (3-9) Trong ®ã: T’s = Hµm chuÈn tèi ­u ®èi xøng cã d¹ng: F§X(p) = (3-10) XÐt hÖ thèng So(p) cã d¹ng v« sai cÊp 1. So(p) = (3-11) Trong ®ã: Ts lµ tæng cña c¸c thêi gian nhá T1 lµ h»ng sè thêi gian lín Dïng hµm chuÈn tèi ­u ®èi xøng ®Ó tæng hîp hÖ thèng nh»m bï ®­îc kho¶ng thêi gian lín T1 ®Ó ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng. Hµm truyÒn cña kh©u ®iÒu chØnh T(p) ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: R(p) = (3-12) Thay F§X(p) tõ biÓu thøcd (3-10) vµo ta cã: R(p) = Chän t6 = min {T1; Ts} = Ts vµ thay So(p) tõ biÓu thøc (3-11) vµo ta cã: R(p) = = (3-13) Tõ biÓu thøc (3-13) ta cã T(p) ta cã T(p) lµ kh©u tØ lÖ tÝch ph©n PI víi K2 = 4Ts = TR . R(p) = KR (3-14) Hµm truyÒn hÖ hë lµ: Fo(p) = So(p) . R(p) = (3-15) Hµm truyÒn hÖ kÝn lµ: F(p) = (3-16) 3,1TS 7,8TS 13,3TS 16,5TS 0 1 X(t) X = 1(t) 43,4O/O 8,1O/O ± 2O/O (1) (2) H×nh III-11: §Æc tÝnh qu¸ ®é cña hµm tèi ­u ®èi xøng Ta nhËn thÊy tû sè cña hµm tèi ­u ®èi xøng cã thµnh phÇn ®¹o hµm nªn ®é qu¸ ®iÒu chØnh cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh lµ lín. (43,4%). V× vËy th­êng thªm mét kh©u qu¸n tÝnh víi h»ng sè thêi gian 4Ts th× ®Æc tÝnh qu¸ ®é lµ ®­êng 2 trªn ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh (H3 - 11) víi ®é qu¸ ®iÒu chØnh lµ (8,1%). R(p) So(p) Xd X (-) Hµm truyÒn cña m¹ch ®iÒu chØnh lµ: E(p) = 2.2.3. Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn: a. Giíi thiÖu vÒ m¹ch vßng dßng ®iÖn: Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng còng nh­ trong c¸c hÖ thèng chÊp hµnh th× m¹ch vßng dßng ®iÖn lµ m¹ch vßng c¬ b¶n. Bëi v× víi mét hÖ thèng x¸c ®Þnh th× m« men c¶n Mc vµ m« men qu¸n tÝnh J lµ x¸c ®Þnh. Khi ®ã nÕu KF = Const th× gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn I x¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña m« men (M=KF1). Cho nªn nÕu ®iÒu chØnh ®­îc dßng ®iÖn th× ®iÒu chØnh ®­îc m«men vµ ®iÒu chØnh ®­îc gia tèc cña hÖ thèng. b. Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn dïng hµm tèi ­u m«®ul: Trong m¹ch vßng dßng ®iÖn cã dïng m¹ch ph¶n håi ©m dßng ®­îc ®Ó lµm gi¶m sai sè vÒ tèc ®é khi ®iÒu chØnh. TÝn hiÖu ph¶n håi dßng ®­îc lÊy tõ s¬ ®å ®o dßng xoay chiÒu 3 pha dïng biÕn dßng. S¬ ®å gåm 3 biÕn dßng lÊy ë 3 pha víi ®iÖn trë t¶i Ro. §iÖn ¸p s¬ cÊp biÕn dßng qua m¹ch chØnh l­u cÇu ®i èt 3 pha ®­îc ®­a qua m¹ch läc RC ®Ó läc thµnh phÇn xoay chiÒu sau chØnh l­u vµ ®­a ra ®iÖn ¸p tû lÖ víi dßng ®iÖn (Ui) ®­a vÒ lµm tÝn hiÖu ph¶n håi ©m dßng ®iÖn. Ta ký hiÖu Pi lµ tû sè cña biÕn dßng th× ta cã hµm truyÒn cña c¬ cÊu ®o dßng ®iÖn lµ: Fi(p) = Trong ®ã: Ki = Pi . Ri : hÖ sè tû lÖ Tfi = RC: h»ng sè thêi gian bé läc S¬ ®å khèi cña m¹ch vßng dßng ®iÖn R1 -E Ui® Ui® (-) I H×nh III-12: S¬ ®å khèi m¹ch vßng dßng ®iÖn Trong ®ã: Ri: Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn KCL: HÖ sè khuÕch ®¹i m¹ch chØnh l­u Ki: HÖ sè khuÕch ®¹i dßng ®iÖn T®k, Tvo, Tfi, T­ lµ c¸c h»ng sè thêi gian cña m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u, sù chuyÓn m¹ch chØnh l­u, xen x¬ ®o dßng, phÇn øng. Khi tæng hîp nÕu hÖ truyÒn ®éng ®iÖn cã h»ng sè thêi gian c¬ häc rÊt lín, lín h¬n h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña m¹ch phÇn øng th× cã thÓ soi suÊt ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cña m¹ch vßng dßng ®iÖn (tøc lµ coi E = 0 hoÆc E = 0). Do ®ã ta bá qua sù t¸c ®éng cña suÊt ®iÖn ®éng E trong khi tæng hîp. Hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn (Hµm truyÒn cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh). So(p) = (3-17) Trong ®ã c¸c h»ng sè thêi gian Tw, Ti, T®k lµ rÊt nhá so víi h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ T­. §Æt Tsi = Tvo + T®k + Tfi ta cã: Soi(p) = víi Tsi < T­ (3-18) Dïng tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul ®Ó tæng hîp bé ®iÒu chØnh R(p) nh»m khö ®­îc h»ng sè thêi gian T­ cña kh©u qu¸n tÝnh cã h»ng sè thêi gian lín ta cã hµm truyÒn bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn lµ: Ri(p) = (3-19) = (3-20) = (3-21) Nh­ vËy bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn Ri(p) cã cÊu tróc lµ kh©u tû lÖ tÝch ph©n PI. Dïng s¬ ®å H 3-13 ®Ó thùc hiÖn hµm truyÒn trªn (3-21). Víi KRi = TRi = R2 x C2 R1 R1 R2 C2 Ui® Ui U®k (+) (-) R3 Ui R1 R1 R3 R2 U®k Ui® _ + C2 H×nh III-13: CÊu tróc bé ®iÒu chØnh PI Hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn víi bé ®iÒu chØnh Ri(p) lµ: (3-22) do Ti nhá nªn bá qua thµnh phÇn (Tsi)2P2. (3-23) Víi bé ®iÒu chØnh Ri(p) ®· tæng hîp theo tiªu chuÈn tèi m­u m«®ul th× qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh qu¸ ®é sÏ kÕt thóc sau thêi gian Tq® = 8,4Tsi vµ qu¸ ®é ®iÒu chØnh lµ 4,3%. Tõ c¸c th«ng sè: KCL = Ki = Ta cã: b = 0,6 (m¸y c«ng suÊt nhá) h = 0,85 (hiÖu suÊt cña ®éng c¬) Tvo = Chän Tfi = 1 x 10-3S Tsi + Tfi + Tvo = 2,66 x 10-3S Ri(p) = KPi x Chän th«ng sè cho m¹ch cña bé ®iÒu chØnh Ri(p): TRi = 12 x 10-3 = R2 x C2 Chän C2 = 1mF. Ta cã R2 = 40KW KRi = 1,36 = R2 / R1a ® Ria = 29,5 KW Chän R1 = 10 KW R3 = 5 KW Hµm truyÒn m¹ch vßng kÝn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn: Fi(p) = Ui® Ui® (-) I _ Sau khi tæng hîp theo tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul th× cÊu tróc to¸n häc cña m¹ch vßng dßng ®iÖn nh­ h×nh (H3-14). HÖ thèng kÝn víi tÝn hiÖu ®Çu vµo Ui® vµ tÝn hiÖu ra lµ I cã cÊu t¹o to¸n häc lµ: Uid I 2.2.4. Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é: a. Giíi thiÖu vÒ m¹ch vßng tèc ®é: Rw Ri Fx B§ § Si Sw w (-) Uw Uk MC U® U®k Uid (-) Ui U®w HÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ hÖ thèng mµ ®¹i l­îng ®­îc ®iÒu chØnh lµ tèc ®é gãc cña ®éng c¬ ®iÖn, c¸c hÖ nµy rÊt th­êng gÆp trong thùc tÕ kü thuËt. HÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®­îc h×nh thµnh tõ hÖ thèng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. C¸c hÖ thèng nµy cã thÓ lµ ®¶o chiÒu hoÆc kh«ng ®¶o chiÒu. Do c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ mµ hÖ cÇn ®¹t v« sai cÊp 1 vµ v« sai cÊp 2. NhiÔu cña hÖ thèng chÝnh lµ m«men t¶i Mc. Tuú theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ mµ c¸c bé ®iÒu chØnh R cã thÓ ®­îc tæng hîp theo hai tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn hoÆc theo nhiÔu t¶i M. Trong tr­êng hîp chung hÖ thèng ph¶i cã ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèt tõ hai phÝa tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn lÉn tõ phÝa tÝn hiÖu nhiÔu lo¹n. CÊu tróc hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é b. Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é dïng ®iÒu chuÈn tèi ­u m«®ul: Trong m¹ch vßng tèc ®é dïng m¹ch ph¶n håi ©m tèc ®é ®Ó æn ®Þnh tèc ®é ®iÒu chØnh. TÝn hiÖu ®o tèc ®é ®­îc lÊy tõ m¸y ph¸t tèc 1 chiÒu. Khi tõ th«ng m¸y ph¸t tèc lµ kh«ng ®æi ®iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t tèc lµ: Uw = Kw . w - R­I - DUCT NÕu chän ®iÖn trë ®ñ lín, gÇn ®óng ta cã. Uw » Kw . w Khi cã bé läc ®Çu ra th× hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc lµ: FiF(p) = (3-24) Trong ®ã: Kw: HÖ sè tû lÖ I: Dßng t¶i cña m¸y ph¸t R¦: §iÖn trë phÇn cøng cña m¸y ph¸t Tfw: H»ng sè thêi gian bÞ läc DUCT: Tæn thÊt ®iÖn ¸p trªn chæi than RT Uw R C w Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (coi Mc = 0) Víi m¹ch vßng dßng ®iÖn ®· ®­îc tæng hîp theo tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul. Tõ biÓu thøc (3-23). U®w Uw w -MC (-) M U®i Ta x©y dùng cÊu tróc m¹ch vßng tèc ®é víi bé ®iÒu chØnh tèc ®é R (p). H×nh vÏ sau H×nh : CÊu tróc M¹ch vßng tèc ®é víi hÖ ®iÒu chØnh R ( p ) Tõ s¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch vßng tèc ®é cã hµm truyÒn cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh lµ: Sow(p) = (3-25) Trong ®ã: 2TS w = 2Tsi + Tfw Tc = Dïng tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul ®Ó tæng hîp nh»m bï ®­îc kho¶ng thêi gian lín TC ta cã hµm truyÒn cu¶ bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw (p) lµ kh©u tû lÖ (p). Sw(p) = (3-26) Nh­ vËy víi bé ®iÒu chØnh tèc ®é R (p) ®· tæng hîp ®­îc theo tiªu chuÈn tèi ­u m«®ul th× hµm truyÒn cña m¹ch vßng kÝn lµ: Fw(p) = (3-27) Hµm truyÒn cña m¹ch vßng tèc ®é tÝn hiÖu ®Æt tèc ®é U®cv(p) vµ tÝn hiÖu Ra lµ w(p) lµ: (3-28) KiÓm tra ¶nh h­ëng cña nhiÔu phô t¶i ®Õn ®é qu¸ ®iÒu chØnh vµ ®é chÝnh x¸c tÜnh. Ta coi U®w = Const hay DUw® = 0 cßn M/c = 0. B©y giê m¹ch vßng víi tÝn hiÖu vµo lµ Mc = 0 vµ tÝn hiÖu ra lµ: = - (3-29) Víi Mc = 1 [t] th× ta cã: Dw(p) = - Gi¸ trÞ sai lÖch tÜnh ew (µ) = Dw (µ) = lim Dw (p) P ® 0 Dw(µ) = - VËy víi Rw(p) lµ kh©u tû lÖ th× hÖ thèng ®¹t v« sai cÊp mét víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (Uw®) nh­ng l¹i lµ h÷u sai víi tÝn hiÖu nhiÔu (Mc) vµ cã sai lÖch tèc ®é µ lµ: Dw(µ) c. Tæng hîp m¹ch vßng theo tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng. - Tæng hîp theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (Coi Mc = 0) Tõ hµm truyÒn cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh lµ: Sow(p) = §Æt 2Tsw = 2Tsi + Tfw cã: Sow(p) = Dïng tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng víi hµm truyÒn d¹ng (3-10) ®Ó tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rµ(p). Sw(p) = Sw(p) = = KRw x (3-31) Víi KRw = ; TRw = 8Tsw Nh­ vËy bÞ ®iÒu chØnh Rw(p) tæng hîp theo tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng lµ kh©u tû lÖ tÝch ph©n PI. Hµm truyÒn hÖ hë: Fo(p) = Sow(p) x Rw(p) = (3-32) Hµm truyÒn hÖ kÝn: F(p) = = (3-33) KiÓm tra ¶nh h­ëng cña nhiÔu phô t¶i ®Õn ®é qu¸ ®iÒu chØnh vµ ®é chÝnh x¸c tÜnh. Ta coi U®w = 0 hay Du® = 0 cßn Mc ¹ 0 cßn tÝn hiÖu ra lµ Dµ: x (3-34) Khi nhiÔu t¶i MC = 1[1] ta cã: = Gi¸ trÞ sai lÖch tÜnh ew (µ) = Dw(µ) = lim Dw(p) Dw(µ) = 0 P ® 0 KÕt qu¶ m¹ch vßng ®iÒu chØnh lµ v« sai cÊp 2 víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ lµ v« sai cÊp 1 ®èi víi tÝn hiÖu nhiÔu. Do ®ã khi ®· æn ®Þnh th× sai lÖch tèc ®é b»ng kh«ng. Tuy nhiªn khi tæng hîp hÖ thèng theo ph­¬ng ph¸p ®èi ­u ®èi xøng ph¶i thªm kh©u t¹o tÝn hiÖu ®Æt ®Ó tr¸nh qu¸ ®iÒu chØnh. Kh©u ®¹i tÝn hiÖu nµy cã hµm truyÒn lµ mét kh©u qu¸n tÝnh ®­îc ®Æt ngoµi m¹ch vßng tèc ®é. Hµm truyÒn cña kh©u t¹o tÝn hiÖu ®Æt lµ: F(p) = (3-35) §01 U®v U®w §02 _ + R01 C2 _ R03 R02 Dïng m¹ch ®iÖn sau thùc hiÖn hµm truyÒn cã biÓu thøc (3-35) H×nh III-17: CÊu tróc kh©u t¹o tÝn hiÖu ®Æt Tõ c¸c th«ng sè: K = Chän Tfw = 5 x 10-3S ta cã: 2T sw = 2Tsi + T= = 10,32 x 10-3S TC = Rw(p) = KRw . Chän th«ng sè cho m¹ch cña bé ®iÒu chØnh Rw(p) TRw = 41,28 x 10-3 = R2C2 Chän C2 = 0,47 mF ® R2 = 88KW KRw = 47,23 = R2/R1a ® R2/R1a ® R1a = 1,86 Chän R1 = 10 K W R3 = 5 KW Chän th«ng sè cho m¹ch cña kh©u t¹o tÝn hiÖu ®Æt. R1 . C2 = 8T = 41,28 . 10-3 Chän C2 = 1 mF ® R1 = 41,28 KW CÊu tróc to¸n häc cña m¹ch vßng tèc ®é: 0,65 (-) Uw U®i I w -Mc M U®v U®w Víi cÊu tróc to¸n häc cña m¹ch vßng tèc ®é nh­ trªn th× qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®iÒu chØnh sÏ kÕt thóc sau thêi gian. Tq® = 13,3 (2T) vµ ®é qu¸ ®iÒu chØnh: dmax% = 8,1% Ch­¬ng IV: TÝnh chän m¹ch lùc, m¹ch ®iÒu khiÓn I. M¹ch lùc Th«ng sè ®éng c¬. - C«ng suÊt : 1 KW. - Dßng ®iÖn phÇn øng : 6A - §iÖn ¸p phÇn øng : 220V-1 chiÒu - §iÖn ¸p kÝch tõ : 220V-1 chiÒu - Tèc ®é ®Þnh møc : 3000 vßng/phót C R T4 C R T1 C R T6 C R T3 C R T2 C R T5 §C MF BA A B C S¬ ®å m¹ch lùc vµ bé biÕn ®æi - Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é: Thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬. - CÊu tróc bé ®iÒu chØnh: Sö dông 2 m¹ch vßng tèc ®é vµ dßng ®iÖn. - CÊu tróc bé biÕn ®æi: Sö dông 6 Tiristor m¾c theo s¬ ®å cÇu chØnh l­u 3 pha. - M¹ch b¶o vÖ cã chøc n¨ng b¶o vÖ hoµn chØnh gåm: + B¶o vÖ qu¸ dßng + B¶o vÖ mÊt tõ th«ng + B¶o vÖ mÊt pha. Nguån ®iÖn sö dông: Nguån 3 pha x 380v tÇn sè 50 HZ. I.1.TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch lùc 1. 1TÝnh to¸n chän van tirstor a./ §iÖn ¸p - M¸y biÕn ¸p ®Çu vµo cã c«ng suÊt kiÓu biÕn kho¶ng: P = 1,045p® = 8 x 220 x 1,045VA - VËy dù kiÕn tæn thÊt ®iÖn ¸p trªn thµnh phÇn ®iÖn trë biÕn ¸p lµ 10%, trªn thµnh phÇn ®iÖn kh¸ng 2%, sôt ¸p trªn 2 van lµ 3V. - Tõ biÓu thøc: g1Ud0cosamin= g2E­®m + SDUV + I­max R­ + D"gmax + DUr Trong ®ã: Ud0 : Lµ ®iÖn ¸p kh«ng t¶i cña chØnh l­u g1: hÖ sè tÝnh ®Õn sù suy gi¶m cña ®iÖn ¸p l­íi : 0,95. g2: HÖ sè dù tr÷ m¸y biÕn ¸p g2 = 1,04 ¸1,06 amin: Gãc ®iÒu khiÓn cùc tiÓu ®èi víi s¬ ®å kh«ng ®¶o chiÒu amin= 0. I­max : Dßng ®iÖn phÇn øng cùc ®¹i (2 ¸2,5)I­®m D"gmax : Sôt ¸p cùc ®¹i do trïng dÉn g©y ra. Trong ®ã: I® dm: Dßng ®Þnh møc bé biÕn ®æi coi b»ng I­®m. R­ : §iÖn trë phÇn øng ®éng c¬. R­ = 0,5(1 - h®m) E­ dm : SuÊt ®iÖn ®éng ®Þnh møc ®éng c¬. E­ dm= U­dm- Idm.R­ TÝnh to¸n: Dur = 0,1 x 220 = 22v. Dug®m = 0,02 x 221 = 4,4v. Dugmax = x Du g®m = 2,0 x 4,4 = 8,8v. R­ = 0,5(1 - 0,85) = 2,75W I­maxx R­= 2,75 x 6 x 2 = 32v. E­ ®m = 220 -(6 x 2) = 208V Thay vµo ta cã : 0,95Ud0= 1,06 x 204 + 32 + 3 + 8,8 + 22 U®0= = 296,57v Mµ Ud0= vËy U2 = = 220v - Tû sè m¸y biÕn ¸p: + S¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ®Êu Y : §iÖn ¸p Ufa : 220v. + Thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®Êu Y : §iÖn ¸p Ufa: 117v - §iÖn ¸p ng­îc trªn mçi van ph¶i chÞu lµ: Ungmax = = 2,45 x 127 = 311v. - §Ó an toµn cho van ta chän hÖ sè dù tr÷ k = 1,6. Ungmax = k . 2,45 . U2 = 489v. b./ TÝnh dßng ®iÖn: - Dßng trung b×nh qua mçi van : IVTB = = 2,7A. - §Ó an toµn cho van ta chän hÖ sè dù tr÷ k = 1,2. IV = 1,2 x 2,7 = 3,25A - Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng chÈy trong mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p. I2= 0,816 x 8 = 0,5A - Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y trong mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. I1 = 0,58 x 6,5 = 3,8A. VËy ta chän 6 van TIRISTOR lo¹i T C-10 c¸c th«ng sè ghi ë b¶ng 4-1: M· hiÖu ITH Ungmax (KV) Du (V) tff (ms) Ig (A) Ug(V) di/dt (A/ms) Du/dt (v/ms) T-25 25 0,05 – 1 1 25 – 200 0,3 5 10 20 2. Chän m¸y biÕn ¸p: - C«ng suÊt thø cÊp: S2 = 3U2I2 = 3 x 127 x 6,5 = 2476W - C«ng suÊt s¬ cÊp S1 = 3U1I1 = 3 x 220 x 3,8 = 2508W - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: S = = 2492 W - Chän m¹ch tõ 3 trô, tiÕt diÖn mçi trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm: Q = k (cm2) Trong ®ã : k = 5 ¸6 nÕu lµ biÕn ¸p kh«. Q = 6 = 24,37 (cm2) - M¹ch tõ cã d¹ng nh­ h×nh vÏ, b»ng tõ silic tæn thÊt 1,3W/kg, träng l­îng 7,5kg/dm3. a. Trô: TiÕt diÖn th« : 6 x 3 + 3 x 3 = 27cm2. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ : 0,95 x 27 = 25,65 cm2. Träng l­îng : 7,5 x 0,2565 x 1,7 x 3 = 9,8kg. b. Quy l¸t. TiÕt diÖn th« : 6 x 6 = 36cm2. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ : 0,95 x 36 = 25,65 cm2. Träng l­îng : 7,5 x 0,342 c. Tõ c¶m: - Trong c¸c trô chän Bm = 1,1Tesla - Trong c¸c lo¹i chän B’m = 1,1 x = 0,825T d. D©y quÊn. - Sè vßng d©y s¬ cÊp: n1 = - Sè vßng d©y thø cÊp: n2 = 3,51x = 204 vßng. - Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75A/mm2. - §­êng kÝnh d©y phÝa s¬ cÊp: d1 = = 1,32mm - §­êng kÝnh d©y phÝa thø cÊp: d2 = = 1,7mm Tra b¶ng chän d©y ; - D©y s¬ cÊp : d1 = 1,35; 12,7g/m; 0,0123W/m - D©y thø cÊp : d2 = 1,74; 21,1g/m; 0,0373W/m * èng quÊn d©y: - B¸n kÝnh trong cña vßng trßn ngo¹i tiÕp mçi trô: = 33,5mm - Lång vµo mçi trô mét èng d©y quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn dïng 1,0m cã b¸n kÝnh trong 34mm. VËy b¸n kÝnh trong èng d©y quÊn s¬ cÊp: 35mm. * D©y quÊn s¬ cÊp: 351 vßng chia lµm 4 líp: (3 x 98 + 87 vßng). Gi÷a hai líp giÊy c¸ch ®iÖn dµy 0,1mm. - BÒ dµy d©y quÊn s¬ cÊp: e2 = d2 x 3 + 0,1 x 2 = 5,42 mm - ChiÒu dµi d©y thø cÊp : l2 = 2p. 48,4 . 10-3 . 204 = 62m - §iÖn trë d©y quÊn thø cÊp ë 750C. r2 = 0,0373 x 62 (1 + 0,04 . 75) = 3W. * §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng: DUg = Trong ®ã: X = 8p2 X = 8.3,142 . 2,042 x .3,14.10-7=0,32W §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë DUr = = 27,59v. - Tæng trë ng¾n m¹ch: Z2= = 3,46W - Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: Ingm = = 36,7A 3./ Chän thiÕt bÞ ®ãng c¾t: - Chän ¸p t« m¸t nguån (AT) 3 pha . 500v - 10A - Chän khái ®éng tõ (K§T) : 10A 4./ Bé biÕn ®æi Sö dông s¬ ®å cÊu tróc 3 pha cã m¹ch R-C nh»m b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn ¸p trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch g©y ra. - Chän R = 150W/51W - Chän C = 0,1 mF/600v II. M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn tö. II.1. khèi nguån cung cÊp ®ång pha. 1.1. Chän ph­¬ng ¸n cung cÊp : XuÊt ph¸t tõ c¸c nguån ®iÖn ¸p cÇn cung cÊp lµ; + Nguèn ®iÖn ¸p cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn ± 15V vµ + 10V. + Nguån ®iÖn ¸p ®ång pha ®Ó cung cÊp cho m¹ch t¹o xung vµ c¸c r¬le b¶o vÖ +24V. + Nguån ®iÖn ¸p ®ång pha ®Ó cung cÊp cho m¹ch ®iÖn ¸p tùa ®ång pha : 6V. Chän ph­¬ng ¸n vÒ khèi nguån cung cÊp vµ ®ång pha lµ sö dông 3 biÕn ¸p 1 pha c«ng suÊt 30W cã c¸c ®Çu ra thø cÊp c¸ch ly ®iÖn ¸p ra cña c¸c cuén thø cÊp lµ. + Cuén W11, W12, W13 lµ c¸c cuén d©y thø cÊp cã ®iÓm gi÷a cho ra ®iÖn ¸p : 6V/100mA ®Ó cung cÊp cho m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tùa ®ång pha. + Cuén W21, W22, W23 lµ c¸c cuén cho ra ®iÖn ¸p 15V/1000mA ®Ó cung cÊp cho nguån c«ng suÊt. + Cuén W31, W32, W33 lµ c¸c cuén cho ra ®iÖn ¸p 16V/0,5A ®Ó cung cÊp cho nguån ®iÒu khiÓn. 1.2. M¸y biÕn ¸p ®ång pha 1.2.2. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p ®ång pha Do 3 biÕn ¸p 1 pha giång nhau ®Òu cã 3 cuén thø cÊp cã c«ng suÊt S21, S22, S23 nªn. S2 = S21 + S22 + S23 Víi S21 = 2 U21I21= 2 x 6 x 0,1 = 1,2W S22 = U22I22= 15 x 1 = 15W S23 = U23I23= 16 x 0,5 = 8W C«ng suÊt cuén s¬ cÊp cña mét biÕn ¸p: S11 = 220 x m1 x I21 = 220 x x 0,01 = 0,6W S12 = 220 x m2 x I22 = 220 x x 1 = 15 W S1 = S11+ S12 + S13 = 23,6W Chän m¹ch tõ 2 trô tiÕt diÖn ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm Q = k = 2,4cm2 Chän m¹ch tõ c¶m trong mçi trô : B = 4,4Tesla Sß vßng d©y quÊn s¬ cÊp: n1 = = 1463 vßng Sè vßng d©y c¸c cuén thø cÊp + Cuén thø cÊp W11: 2 cuén cã sè vßng lµ : n21 = 1463 = 40vßng + Cuén thø cÊp W21; W31; n22 = 100 vßng; n23 = 1463 = 106 vßng Chän mËt ®é dßng ®iÖn : J1 = J2 = 2,75 A/mm2. §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp d21 = = 0,21mm d22 = = 0,68mm d23 = = 0,48mm Tra b¶ng ta ®­îc - §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: d1 = 0,23mm 0,369g/m 0,433W/m - §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d21 = 0,21mm 0,308g/m 0,52W/m d22 = 0,69mm 3,32g/m 0,0461W/m d23 = 0,49mm 1,68g/m 0,0914W/m 1.3. Khèi nguån 1.3.1. Khèi nguån ®iÒu khiÓn. H×nh IV-2: . M¹ch ®iÖn nguån ®iÒu khiÓn. Khèi nguån ®iÒu khiÓn lÊy ®iÖn ¸p th× c¸c cuén thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha W31, W32, W33 ®Êu Y ®Ó chia thµnh ®iÖn ¸p 1 chiÒu nhê cÇu chØnh l­u ®ièt (D1 - D6). ®iÖn ¸p ®· chØnh l­u ®­îc läc bëi tô C2, C3 qua hai IC æn ¸p. 7815 cho ra ®iÖn ¸p + 15 v«n 7915 cho ra ®iÖn ¸p - 15 v«n C¸c ®iÖn ¸p nµy l¹i ®­îc läc bëi c¸c tô C, C6 vµ C5, C7 t¹o ra c¸c nguån æn ¸p ±15V cÊp cho nguån nu«i c¸c K§TT. LED L1 chØ thÞ b¸o cã nguån 15V, R3 lµ ®iÖn trë h¹n chÕ ®iÖn ¸p cho L2. - nguån +15V t¹i ®iÓm B tiÕp tôc ®­îc ®­a vµo IC LM 317 ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p chuÈn 10V cung cÊp cho chiÕt ¸p tèc ®é LED L3 b¸o chØ thÞ lµ nguån 10V. - §ièt D7 m¾c nèi tiÕp víi ®Çu ra d­¬ng cña cÇu ®ièt cho phÐp lÊy ra tõ anèt cña nã (®iÓm A) ®­a ®Õn m¹ch b¶o vÖ mÊt pha. 1.3.2. Khèi nguån c«ng suÊt lÊy ®iÖn ¸p tõ 3 cuén thø cÊp biÕn ¸p ®ång pha lµ W21, W22, W23 ®­îc ®Êu Y ®Ó ®­a thµnh ®iÖn ¸p 1 chiÒu nhê cÇu chØnh l­u ®ièt (D9 - D14). Bé läc tô C9 vµ ®iÖn trë h¹n chÕ R6 ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p +24V cung cÊp cho c¸c r¬ le b¶o vÖ (nguån Un). §iÖn ¸p Un göi qua tiÕp ®iÓm RL1-3 (lµ tiÕp ®iÓm cña r¬ le mÊt pha) ®Ó t¹o ra UCS cung cÊp cho m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn. LED L4 b¸o cã nguån UCS, ®iÖn trë h¹n chÕ R7 ®Ó h¹n chÕ ®iÖn ¸p cho L4. 1.3.3. Khèi nguån ®ång pha. LÊy ®iÖn ¸p tõ c¸c cuén thø cÊp cã ®iÓm cña biÕn ¸p ®ång pha W11, W12, W13 ®­a vµo bé chØnh l­u 1 pha 2 nöa chu kú ®Ó to¹ ra ®iÖn ¸p ®ång bé víi nguån cÊp cho m¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®Ó ®iÒu khiÓn më c¸c TIRISTOR cña cÇu chØnh l­u ®iÒu khiÓn m¹ch lùc. H×nh IV-3: . M¹ch ®iÖn nguèn c«ng suÊt. 1.4. Khèi b¶o vÖ. 1.4.1. B¶o vÖ qu¸ dßng. Yªu cÇu: M¹ch ph¶i ®¶m b¶o khi khëi ®éng ®éng c¬ th× kh«ng t¸c ®éng. Nh­ng khi cã hiÖn t­îng qu¸ dßng sù cè th× ph¶i cã t¸c ®éng c¾t ®iÖn K§TK b»ng viÖc nh¶ tiÕp ®iÓm th­êng kÝn RL2-2 lµ tiÕp ®iÓm b¶o vÖ qu¸ dßng. RESET R19 . 1K R20 . 1K R21 . 10K Q2 Q2 P2 . 10 K RL2 - 4 D21 RL2 Tíi K3TJ chØ thÞ m«men SET3A Tíi K3 TT chØ thÞ momen R25 4,7K T26562 R18. 10K R17 . 21K R22.10K R23.100K R24 . 2,2K P1. 1K C12 C13 100mF 100mF Ui Tíi bé ®iÒu chØnh H×nh IV-4: M¹ch b¶o vÖ qu¸ dßng R¬ le b¶o vÖ qu¸ dßng dïng 3 tiÕp ®iÓm. RL2-1: TiÕp ®iÖn cho ®Ìn LED b¸o qu¸ dßng tõ nguån 24V. RL2-2: Lµ tiÕp ®iÓm th­êng kÝn cÊp ®iÖn cho K§T khi qu¸ dßng. RL2-3: TiÕp ®iÖn cho ®Ìn b¸o sù cè tõ nguån 220V. Nguyªn lý ho¹t ®éng: TÝn hiÖu dßng ®iÖn (thÓ hiÖn d­íi d¹ng ®iÖn ¸p mét chiÒu), ®­îc lÊy qua bé SET SA (OMRON). Thùc chÊt ®Êy lµ dßng biÕn ®éng 3 pha. §iÖn ¸p ra mét chiÒu tû lÖ víi dßng ®iÖn m¹ch lùc. Khi ®ñ t¶i diÖn ¸p nµy cì 24V. LÊy trªn ph©n ¸p R17 – R18 vµ tô läc C12 ®Ó lÊy tÝn hiÖu dßng ®iÖn Ui lµm tÝn hiÖu håi tiÕp vÒ dßng ®iÖn cÊp tíi bé ®iÒu chØnh. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®­îc ®­a ®Õn Trig¬ Smit (t¹o bëi K§TT Q2) ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p ng­ìng lÊy trªn chiÕt ¸p P2. Khi ë tr¹ng th¸i b×nh th­êng th× ®iÖn ¸p d­¬ng tõ biÕn ¸p dßng lín h¬n ®iÖn ¸p ng­ìng ©m lÊy trªn chiÕt ¸p P2 th× ®Çu ra Q2 b·o hoµ ©m. Do ®ã T2 më, R¬ le RL2 ®­îc tiÕp ®iÖn tõ nguån(- Un)vµ t¸c ®éng ®Õn c¸c tiÕp ®iÓm RL2-1, RL2-2,RL2-3. Sau khi xö lý xong sù cè ta Ên nót RESET ®Ó lËp l¹i tr¹ng th¸i b×nh th­êng cho c¸c tiÕp ®iÓm RL2 III. Bé ®iÒu chØnh Tõ nh÷ng ph©n tÝch ë phÇn nguyªn lý ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng cÊp cho ®éng c¬ nhê thay ®æi ®iÖn ¸p U®k sÏ t¨ng ®­îc ®é cøng ®Æc tÝnh b. Tõ ®ã sÏ më réng ®­îc d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é vµ gi¶m ®­îc sai sè tèc ®é t­¬ng ®èi ë nh÷ng gi¶i ®Æc tÝnh c¬ thÊp trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é nhá h¬n sai sè cho phÐp th× ta sÏ cã mét hÖ truyÒn ®éng lµm viÖc víi sai sè tèc cho phÐp trong toµn gi¶i ®iÒu chØnh tèc ®é. ChÝnh v× vËy ta x©y dùng mét bé ®iÒu chØnh ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p U®k b»ng hai m¹ch vßng håi tiÕp. 3.1. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng ®iÒu khiÓn. BA A B C §ång fa R¨ng c­a So s¸nh T¹o xung §ång fa R¨ng c­a So s¸nh T¹o xung §ång fa R¨ng c­a So s¸nh T¹o xung RI Rw F Uw Ui T1 T3 T5 T4 T6 T2 H×nh IV-3: CÊu tróc m¹ch vßng ®iÒu khiÓn. 3.2. S¬ ®å m¹ch ®iÖn trë cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh. T­ sè ®å cÊu tróc cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é ra vµ dßng ®iÖn RI ®· x©y dùng ta cã s¬ ®å m¹ch ®iÖn cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh nh­ sau: M¹ch ®iÖn bé ®iÒu chØnh h×nh IV-4 3.3. Nguyªn lý ho¹t ®éng 3.3.1. Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. Chøc n¨ng cña RI lµ bé ®iÒu chØnh P1 ®­îc thiÕt lËp bëi K§TT Q5, ®iÖn trë R37, R38, tô C16, R39, P8. H»ng sè thêi gian tÝch ph©n T = R39 x C16 HÖ sè khuyÕch ®¹i : §iÒu chØnh chiÕt ¸p P8. §Çu vµo kh©u RI gåm c¸c tÝn hiÖu sau: + TÝn hiÖu ®Æt dßng ®iÖn (m«men lÊy tõ ®Çu ra cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw (cÊu t¹o tõ K§TT Q4) qua kh©u h¹n chÕ dßng (m«men) D28, D29, chiÕt ¸p P6, P7. + TÝn hiÖu ®o dßng ®iÖn t¶i tõ bé (biÕn dßng + chØnh l­u) SET 3A. §Çu ra cña Q5 qua bé h¹n chÕ D30, D31 chiÕt ¸p P9, P10 ®Ó h¹n chÕ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña U®k kh«ng v­ît qu¸ biªn ®é ®Ønh cña ®iÖn ¸p r¨ng c­a lµ 9V ®Ó ®­a ®Õn kh©u so s¸nh t¹o gãc më a Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ®¶m b¶o ®iÒu chØnh dßng ®iÖn (m«men) ®¸p øng m«men trong qu¸ tr×nh tÜnh. Cßn trong h¹n chÕ ®é ®éng bé ®iÒu chØnh ®¶m b¶o tèi ­u ho¹t ®éng cña hÖ trong qu¸ tr×nh t¨ng tèc víi gi¶m tèc. 3.3.2. Bé ®iÒu chØnh tèc ®é. Chøc n¨ng cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw lµ bé ®iÒu chØnh PI ®­îc thiÕt lËp bëi K§TTQ4, ®iÖn trë R33, R34, tô ®iÖn C15, ®iÖn trë R35, chiÕt ¸p P5. Víi h»ng sè thêi gian tÝch ph©n t = R35 x C15, hÖ sè khuyÕch ®¹i thay ®æi bëi chiÕt ¸p P5. §Çu vµo bé Rw gåm c¸c tÝn hiÖu sau: + TÝn hiÖu ®Æt tèc ®é: LÊy trªn chiÕt ¸p P4 lµ chiÕt ¸p tèc ®é ®Æt trªn mÆt m¸y. + TÝn hiÖu ®o tèc ®é lÊy tõ cuén d©y ph¸t tèc cña m¸y ph¸t. + ë tèc ®é ®Þnh møc 3000 vßng/phót ®iÖn ¸p 1 chiÒu cña cuén ph¸t tèc lµ 70v. + Dïng ph©n ¸p R44, R45 ®Ó lÊy ®iÖn ¸p nhá h¬n 10v qua kh©u läc R42, R43, C17, P7 ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu tèc ®é lÊy trªn chiÕt ¸p P4 m¾c nèi tiÕp ®iÖn trë R46®Ó ®¶m b¶o ®éng c¬ vÉn ch¹y ë chÕ ®é thÊp nhÊt kho¶ng 100 vßng/ phót khi chiÕt ¸p tèc ®é ë vÞ trÝ cùc tiÓu. _ §Çu ra cña K§TT Q4 qua bé h¹n chÕ D28, D29 chiÕt ¸pP6, P7 ®Ó ng¨n kh«ng cho ®iÖn ¸p v­ît qu¸ giíi h¹n x¸c ®inh bëi chiÕt tèc ®é P4. Bëi vËy nã ®¶m b¶o giíi h¹n ®­îc dßng ®iÖn ë phô t¶ii trong qu¸ tr×nh t¨ng vµ gi¶m tèc. 3.4. Chän thiÕt bÞ cho m¹ch ®iÒu khiÓn më TIRISTOR. C¸c van Tristor : T1 ¸T6chän gièng nhau cã Ug = 7v, Ig = 0,3A. Chän biÕn ¸p xung (BAX) cã hÖ sè m = 3. §iÖn ¸p thø cÊp BAX : U2 = Ug + DU = 7 + 1 = 8v. §iÖn ¸p s¬ cÊp BAX : U2 = m x U2 = 3 x 8 = 24v. Dßng ®iÖn thø cÊp BAX : I2 = 0,3A. Dßng ®iÖn s¬ cÊp BAX : I1 = = 0,1A Chän transitor T5 lµm viÖc ë chÕ ®é xung lo¹i. 2Sc - 517 cã UCE= 60v. ICMAX = 2A; b = 10/40. Chän dßng Ic5 lµm viÖc : 0,1A Ta cã IBT5 = = 0,01A Chän Transitor T4 lµm viÖc ë chÕ ®é xung lo¹i. 2SC - 755 cã UCE= 75v. ICMAX = 1A; b = 5. Chän dßng IC4 lµm viÖc : 0,01A Ta cã IB4= = 0,02A TÝnh chän ®iÖn trë R62= = 2,4KW Víi c¸c IC thuËt to¸n chän dïng lo¹i IC 741, dïng nguån nu«i ±15v. Chän UR4 cña Q8 lµ 15v ta tÝnh chän ®iÖn trë R50 R50 = = 7,5KW Chän 2 ®iÖn trë vµo cña K§TT Q8 lµ R47, R48= 10kW, do ®iÖn trë vµo K§TT lµ rÊt lín nªn R47, R48 tù chän ®­îc gi¸ trÞ mµ kh«ng bÞ ¶nh h­ëng ®Õn m¹ch ®iÖn. Khèi t¹o xung r¨ng c­a: - §ièt D35 lµ ®ièt æn ¸p ®Æt ng­ìng cho biªn ®é ®Ønh cña xung r¨ng c­a : Chän D35 lo¹i ®ièt æn ¸p 9v. - qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn cho tô C19 tõ nguån +15v. UC= do iC = cnt nªn UC= Chän tô C19 = 1mF Chän thêi gian n¹p Tn¹p = 2ms = 2.10-3s ta cã : SAu 2.10-3s th× tô C19 sÏ ®­îc n¹p ®Õn ®iÖn ¸p 9v nªn IC = = 4,5 . 10-3A TÝnh chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng n¹p P12 vµ R45 IC n¹p = = 4,5.10-3A => P12 + R45= = 3,3kW chän P12 = 5kW, R45 = 470kW - Qu¸ tr×nh phãng cña tô C19 Víi thêi gian phãng Tphãng = 8.10-s tô C19 sÏ phãng hÕt ®iÖn. UC = UC0 Víi UC0 b¾t ®Çu qu¸ tr×nh phãng ®iÖn ¸p 9v. IC phãng = = 1,125 x 10-3A TÝnh chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng phãng lµ R46 R46= = 12,4kW - Chän ®iÖn trë ph©n ¸p t¹i tÝn hiÖu ®Æt cho Q6: R44 vµ P11. Do gi¸ trÞ ®Æt ®iÖn ¸p ®Ó so s¸nh cã gi¸ trÞ rÊt bÐ nªn chän dßng qua R44vµ P11 lµ ta cã: R44 + P11= = 5kW U®Æt Q6 = x P11 lµ gi¸ trÞ nhá nªn Chän R44 = 3,9kW P11= 1kW - Chän ®iÖn trë ph©n ¸p t¹o tÝn hiÖu so s¸nh cho Q0: R42, R43. Qua ph©n ¸p R42, R43 lÊy ra tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cã biªn ®é 5 v ®Ó ®­a vµo Q6. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p lín nhÊt qua chØnh l­u : Umax = 2. = 16,9V Chän dßng t¶i qua ph©n ¸p 10-3A R42 + R43= = 16,9kW U55Q6 = x R43= 5V. Nªn chän R42 = 12kW; R43= 4,9 kW - Chän ®iÖn trë R49, R54 cã nhiÖm vô t¹o ra ®iÖn thÕ ©m trªn cùc Baz¬ cña T4 hoÆc T6 khi cùc tÝnh cña nguån thay ®æi , ®Ó ®¶o tÝn hiÖu më ®Õn c¸c cùc ®iÒu khiÓn G1 hay G4 ®óng thø tù +15V - 6V D38 R49 R50 T4 UBT4 = VBT4(-6V) Mµ UBT4= x R49 víi R50= 7,5 kW Chän R49 = 2,5 kW =>VBT4= 5,25v - 6V = - 0,75v VËy chän R49= R54 2,5kW Bé ph¸t xung cao tÇn theo yªu cÇu f = 5kz Ta cã: T = = 2.10-4s T = 2T1 =(R56 + P13)C20 ln R57, R58 cã t¸c dông t¹o ra ®iÖn ¸p Ur ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p trªn UC ®Ó ®Þnh ra thêi gian phãng n¹p tô C20. Chän R57 = 10kW R58= 5kW Ur = = 5v Ta cã T = 2T1 = (R56+ P13). 1,38 . C20= 2.10-4s => R56 + P13= = 14,5kW Chän R56= 10k P13 = 10K Chän Transitor T8 lo¹i MP - 25 cã : UCE = 40v; ICMAX = 300mA Chän dßng IC8= = 2.10-3 TÝnh chän ®iÖn trë R59: R59 = = 7,5KW §Ó tr¸nh t×nh tr¹ng transitorr T4bÞ më tuyÕn tÝnh trong suèt qu¸ tr×nh cã xung ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc baz¬. Ta chän ®iÖn trë R55 sao cho ®iÖn thÕ t¹i cùc baz¬ cña T4 cã gi¸ trÞ ©m mçi khi kh«ng cã xung ®iÖn ¸p ©m tõ bé ph¸t xung ®ång hå tíi. +15V -15V D39 R51 R50 T4 R55 2,1.10-3 => R51+ R55= 6470W Chän R51= 470W R55 = 6kW VËy VBT4 = 15 - 2,1.10-3.R50 = 15 - 2,1.10-3 . 7,5kW = - 0,78v.