Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao

Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: Uđm = 220v , Pđm = 2,7 Kw, dđm = 1500V/ph, PO = 4% Pđm, hđm = 0,86. Lưới đơn xoay chiều 220/380V - 50Hz Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000 Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%. III. Nội dung các thuyết minh và tính toán; 1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor 3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực 4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở 5/ Thiết kế mạch điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu moodul. IV. Các bản vẽ đồ thị: 05 bản vẽ Ao lờI NóI ĐàU Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy điện một chiều nói riêng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là động cơ điện một chiều được dùng nhiều trong các ngành như cán thép, hầm mỏ, giao thông, vận tải…. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao, bảo dưỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhưng do các đặc tính ưu việt về tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy điện khác khó có thể có được. Cùng với ưu điểm về khởi động, đổi chiều quay và có thể chịu quá tải cao, những ưu điểm quan trọng trên với sự phát triển của kỹ thuật điện tử bán dẫn đã khắc phục được sự hạn chế về nguồn một chiều và công nghệ điều khiển động cơ một chiều cũng hiện đại hơn góp phần tích cực trong nền công nghiệp sản suất. Với tầm quan trọng của công nghệ điều khiển tự động động cơ một chiều nói trên, em chọn đề tài này mong muốn được hiểu biết một phần trong công nghệ điều khiển tự động, để sau khi ra trường em có thể góp một phần nhỏ xây dựng nền công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Đồ án tốt nghiệp của em gồm 06 phần: Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao Phần 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập Phần 3: Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyistor Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạch động lực. Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor vòng hở. Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phương pháp 02 mạch vòng tối ưu Module. Phần I: Khái quát máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao I. Khái niệm Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại. II. Máy doa ngang Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính xác và độ bóng cao. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng của máy được mô tả như sau: Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ máy. ụ trục chính có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phương ngang. Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. III. yêu cầu đối với máy doa 1.. truyền động chính: Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh j = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. 2.. Truyền động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph á 600mm/ph. Khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph á 3m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động. Phần II - Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều. I. Khái niệm chung: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục động điện. Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay động cơ, người ta xây dựng nên đặc tính w = f (M) gọi là đặc tính cơ. II. - Phương trình đặc tính động cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập: Uư U KT Từ sơ đồ này ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng: Uư = Eư + RưIư (1-1) Uư : Điện áp phần ứng (V) Eư : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1 Rư : Điện trở của mạch phần ứng (W) Sức điện động Eư được xác định bởi biểu thức : (1-2) Trong đó: P: Số đôi cực N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb) w : Tốc độ góc (rad/s) hệ số cấu tạo động cơ Từ (1-1) và (1-2) ta có (1-3) Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức: Mđt = KΦ Iư (1-4) Iư = Từ đó ta có Mđt KΦ Thay vào (1-3 ) ta được: w = - (1-5) Uư RưMđt KΦ (KΦ)2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ Uư Rư w = - M (1-6) KΦ (KΦ)2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. w wO Đồ thị của phương trình (1-6) - Cắt trục hoành tại Dw Mnm = KΦ Uư Rư Mnm M - Cắt trục tung tại wO = Uư KΦ Hình 2 - Độ dốc của đường đặc tính: Dw = Rư M (KΦ)2 wO : Tốc độ không tải lý tưởng Dw: Độ sụt tốc III. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau: * Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và thường được tính theo %: s% = 100% wđ - w wđ Trong đó: wđ : Tốc độ đặt w : Tốc độ làm việc thực * Độ trơn: Được định nghĩa: Ă = wi + 1 wi Trong đó: wi + 1: Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) wi : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ơ cấp i w D = * Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho: wmax TN wmin Dải điều chỉnh căn cứ vào Mđm và Mnm Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu M khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và Mđm Mnm=(1,5-2)Mđm đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến Hình 3 2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập: * Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng Ư Rf K1 K2 KT Hình 4 Nguyên lý: Chúng ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng lên đ thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) w wđm w1 w2 wnm TN Rf1 Rf1+Rf2 Mnm M Phương trình cơ bản w = - M Uư (Rư + Rf) KΦ (KΦ)2 w = wO - Dw Ta thấy khi chưa có Rf tốc độ là tốc độ định mức tương ứng với đường ĐTC tự nhiên. Khi thêm Rf1 đường ĐTC Hình 5 chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêm Rf2 ĐTC càng dốc. Nó bị chận dưới tại wnm và chặn trên tại wđm Phương pháp này wO không đổi, Dw được thay đổi liên tục. Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp đ đặc tính và tốc độ nhảy cấp. * Ưu, nhược điểm: Ta thấy: Công suất nhận từ lưới UưIđc = Mw + (Rư + Rf)I2đc = Mw + RưI2đc +DPf - Khi thấy Rf càng tăng đ DRf tăng đ tổn hao điện trở phụ lơn đ tính kinh tế không cao - Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện nay không sử dụng phương pháp này * Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ: Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điều khiển từ thông của động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ M = KF.Iư Và sức điện động quay của động cơ: Eư = KFw F: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm F bằng cách thêm điện trở. + - I E rk Wk rbk Ik Hiện nay cuộn dây kích từ được cấp Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay đổi ta thay đổi dòng kích từ IKT tỉ lệ với F Ik = + wk ek dF rb + rk dt Trong đó: rb: Điện trở dây quấn kích thích rb : Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6 wk: Số vòng dây quấn của dòng kích thích. Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ định mức. Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. M Mdm M I w w wmax ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên f2 f1 fđm Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức: (KF)2 bF = hay b*F = (F*)2 đ kết quả ta có điện tích cảm ứng Kư Lk(Uđk F) F Ikwk Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cầu của máy điện Hình 8 * Đánh giá: - Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 á 3) wđm, lý thuyết có thể tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi. - Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự nhiên đ sai số nhiều hơn - Độ trơn: j : F được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiển liên tục bởi đường kích từ chỉ chiếm (2á5)%I. - Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển tốc độ động cơ bằng F chỉ áp dụng loại có tải P không đổi. * Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng: BBĐ Đ LK Uđk Eb(Uđk) U Eư Rb Rưđ Nguyên lý: Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (Uư) động cơ điện một chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ biến đổi, v..v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi Uđk. Các bộ phận có Rb và Lb. Hình 9 Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: w = - Iư Eb - Eư = Iư(Rb + Rưđ) Eb Rb + Rưđ KFđư KFđư w = wO(Uđk) - M ùbù Vì từ thông của động cơ được giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là : wmax = wOmax - Mđm ùbù Mđm wmin = wOmin - ùbù Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh phải có momen ngắn mạch là: Mnmin = Mc max = KM.Mđm Trong đó KM là hệ số quá tải về moomen Vì đặc tính là những đường song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng điều khiển có thể viết wmin = (Mnmmin - Mđm) = (KM - 1 ) 1 Mđm ùbù ùbù wOmax - - 1 Mđm wOmax. ùbù D = = ùbù Mđm (KM - 1).Mđm/ùbù KM - 1 w wOmax wmax wOmin wmin wđk1 wđk i M,I Mđm Mnmmin Hình 10 Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép. Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là: s = = s = Ê j wOmin - wmin Dw Mđm wOmin wOmin ùbù . wOmin Nếu các giá trị Mđm, wOmin, sCD là xác định thì có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích được giữ nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không đổi MC = KFđm.Iđm = Mđm Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đường thẳng w=wđm, M=Mđm và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng là tổn hao trong mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ. Eb = Eư + Iư ( Rb + Rưđ) IưEb= Iư Eư + I2ư ( Rb + Rưđ) Nếu đặt Rb + Rưđ = R thì hệ số biến đổi năng lượng của hệ sẽ là: hư = = Iư Eư w Iư Eư + I2ư R w + [ MR/(KFđm)2] w w M 1 hư 1 x=0 x=-1 Hình 11 * Nhận xét: - Giải điều khiển có thể đạt 5 á 10, nếu đường đặc tính càng dốc thì giải điều khiển càng phức tạp. - Bộ biến đổi có điện trở càng lớn thì sai số càng nhiều. - Độ trơn j: Các bộ phận biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường dòng điều khiển bé. - Đối với động cơ điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao công suất ít. - Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao, chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức. U1 U2 R L T Phần III - Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyristor I. Chỉnh lưu nửa chu kỳ 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý: Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều U1 = U1msinwt thì thứ cấp biến áp cảm ứng một điện áp xoay chiều U2 = U2msinwt. Tại nửa chu kỳ Hình 12 p 2p 3p 4p a1 a2 wt đầu A có điện thế (+) hơn đầu B, ta có điện áp thuận (+) đặt trên Anode và điện thế (-) đặt vào Katode của Thyristor. Nếu ta cấp xung điều khiển tại góc mở a nào đó thì Thyristor sẽ dẫn dòng điện qua tải. ở nửa chu kỳ sau A(-) và B(+), lúc này có điện thế ngược đặt trên Thyristor, lúc này Thyristor chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khóa, nửa chủ kỳ tiếp theo khi A(+) và B(-), lại có xung điểu khiển cho Thyristor , Thyristor lại dẫn tuần tự như trên, ở sơ đồ này có điện áp đập mạnh. 3/ Đồ thị điện áp sẽ có dạng như sau: U Hình 13 Từ đó điện áp trung bình ( đối với tải thuần trở) (V) a : Góc mở van Ud: Điện áp trung bình Udo: Điện áp chỉnh lưu khi a =0 với Udo = 0,45U2 (V) Điện áp ngược van phải chịu: UNV = ệ 2 U2 (V) Hệ số sử dụng biến áp: Sba = 3,09.Udid Nhận xét: Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản, tuy vậy các chất lượng điện áp kỹ thuật như chất lượng điện áp 1 chiều, hiệu suất sử dụng biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế. II. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính U1 B T2 A T1 F R L E U2 U2 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý: Tại nửa chu kỳ đầu: Khi A(+), B(-) ta cấp xung điều khiển cho T1 có dòng tải đi từ A qua T1 đến E qua L,R về F. Nửa chu kỳ sau: Khi A(-), B(+) ta cấp xung điều khiển cho T2 có dòng tải đi từ B qua T2 , đến E qua L, R về F. Hình 14 Như vậy có dòng qua tải trong 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều 0 t1 t2 t3 Ud Id I1 I2 t t t t 0 t1 t2 t3 Ud Id I1 I2 t t t t b. Tải R-L a: Tải R p1 p2 p3 UT1 UT1 3/ Đồ thị Hình 15 Hính 15 - Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở: (V) Với Udo : Điện áp chỉnh lưu không điều khiển Udo = 0,9 U2 (V) - Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục Ud = Udo. cosa (V) - Điện áp ngược mà van phải chịu Unv = 2ệ 2 U2 (V) - Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó: - Công suất máy biến áp: Sba = 1,48 Id.Ud T2 T1 D1 D2 R Ld Nhận xét: Sơ đồ này chất lượng điện áp tốt hơn so với chỉnh lưu 1/2 chu kỳ nhưng phải chế tạo biến áp trung tính và 2 cuộn dây W1 và W2 giống nhau. III. Chỉnh lưu cầu 1 pha 1/ Sơ đồ mạch lực 2/ Nguyên lý hoạt động Tại nửa chu kỳ đầu, điện áp Anốt của T1 (+), lúc đó Katốt D1 âm (-), nếu có xung điều khiển cho van T1, đồng thời thì các van này sẽ được mở Hình 16 thông để dẫn điện áp lưới lên tải, điện áp tải 1 chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Thyristor còn dẫn Nửa chu kỳ sau: Điện áp đổi dấu, Anốt của D2(+), lúc này Katốt T2(-), nếu có xung điểu khiển cho van T2, đồng thời thì các van này mở thông, dẫn điện áp lưới lên tải. Với sơ đồ này ta nhận được điện áp và dòng trên tải và van ở dạng sau: 0 t1 t2 t3 Ud Id IT1 IT2 ID1 ID2 t t t t t t b. 3/ Đồ thị: Hình 17 - Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở: (V) - Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục Ud = Udo. cosa (V) Với Udo = 0,9 U2 - Điện áp ngược mà van phải chịu Unv = 2ệ 2 U2 (V) - Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó: p 2ệ2 - Công suất máy biến áp: Sba = 1,48 Id.Ud = Id.Ud A B C a b c R T1 T2 T3 L III. Sơ đồ chỉnh lưu điện áp 3 pha 1. Sơ đồ mạch điện. 2. Nguyên lý hoạt động Ba pha điện áp a,b,c dịch pha nhau một Góc 1200, theo các đường cong điện áp pha, ta có chênh lệch điện áp của 1 pha dương hơn 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (1200) Nguyên tắc mở thông và điều khiển của van ở đây là khi Anốt của van này dương hơn van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của 2 van giao nhau được coi là góc mở thông tự nhiên. Các thyristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên. Như vậy ta thấy trong chỉnh lưu 3 pha, góc mở nhỏ nhất a = 00 sẽ dịch pha 1 góc là 300 3/ Đồ thị điện áp và dòng điện Ud Id UT1 t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 t t t t t 0 Hình 19 - Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải Ud = UO . cosa Với Udo = 1,17 U21 U21 : Điện áp pha thứ cấp biến áp - Điện áp ngược pha van phải chịu: UNV = ệ 6 U21 - Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp: Ihd = Id/ệ 3 - Dòng điện qua van là: IV = Id/ 3 - Công suất máy biến áp: S6a = 1,35 UdId Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chất lượng điện áp 1 chiều tốt hơn, biên độ đập mạch thấp hơn và số lần đập mạch trong một chu kỳ nhiều hơn, việc điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn giản. Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng 1 chiều cho nên lõi sắt máy biến áp chóng bị bão hoà Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao cho co dây trung tính (U0) và dây trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha. A B C T2 a b c T1 T4 T3 T6 T5 F R L E V. Chỉnh lưu cầu 3 pha 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý hoạt động Dòng chạy qua tải là dòng chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Thyristor chúng ta cần cấp 2 xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm Anốt ,một xung ở nhóm Katốt ). Nhóm Anốt gồm 3 Thyristor T1, T3, T5 tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho điện áp (+). Nhóm Katốt gồm Thyristor T2, T4, T5 Tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho điện áp (-). Hình 20 Hai nhóm này ghép lại thành cầu 3 pha điều khiển đối xứng Ví dụ: Tại thời điểm T1 cần mở T1 của pha A phía Anốt, ta cấp xung điểu khiển X1 đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho T4 của pha B phía Katốt. Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuần tự theo đúng thứ tự pha. X anốt X Katốt Khi cần xung điều khiển, sẽ có dòng 1 chiều chạy từ pha có điện áp (+) hơn về pha có điện áp thấp hơn. Khi góc mở van nhỏ hoặc tại điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của 1 van ở nhóm này sẽ có hai van ở nhóm kia đỗi chỗ cho nhau. a1 T1 T4 a4 T2 T3 a3 T3 T6 a6 T4 T5 a5 T5 T2 a2 T6 T1 3. Đồ thị điện áp và xung điều khiển Hình 21 - Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải Ud = Udo . cosa Với Udo = 2,34 U2 - Điện áp ngược pha van phải chịu: UNV = ệ 6 U2f Với U2f = Ud/ ệ3 (V) - Giá trị dòng hiệu dụng chạy trong mỗi Thyristor: Ihd = Id/ệ 3 - Dòng điện hiệu dụng của tứ cấp máy biến áp - Công suất máy biến áp: S6a = 1,05 UdId Nhận xét: Hiện nay chỉnh lưu cầu 3 pha là cơ sở để có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt nhất. Nhưng đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất. + Công suất MBA: SBA = 1,05 . Id . Ud * Các sơ đồ chỉnh lưu ở trên dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và phức tạp. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ. VI. Truyền động Tiristo - động cơ 1 chiều có đảo chiều quay. Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều. - Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ. - Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Trong thực tế các sơ đồ đảo chiều đều thực hiện theo 1 trong 2 nguyên tắc trên và phân ra 5 loại sơ đồ chính: a. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ. U s L KT b. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông f không đổi) U t n n t ~ kt L c. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. u cl 1 cl 2 kt L d. truyền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngược điều khiển chung u kt e. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung: Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ - Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều - Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp - Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiều lớn - Loại d,e: Dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao So với 3 loại trên thì nó đảo chiều êm hơn nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn hơn. LOG FX2 FX1 A B C Ua1 a1 IUI SI1 SI2 b1 b2 Ua2 a2 Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển có thể chia làm 2 loại chính điều khiển riêng và điều khiển chung * Truyền động đảo chiều điều khiển riêng Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 có các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2. Trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá trình hãm và đảo chiều có thể được mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong khoảng thời gian 0 á t1, BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc a1 p/2 và sao cho dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm a2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống Trên sơ đồ của khối logic LOG, iLd, i1L, i2L là các tín hiệu logic đầu vào; b1, b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển iLđ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1 Liđ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2 i1L (i2L) = 1 có dòng chạy qua BĐ1 (BĐ2) b1 (b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1(FX2) * Truyền động đảo chiều kiểu chung: Hình bên là 1 ví dụ về hệ Tisisto động cơ đảo chiều điều khiển chung, tại 1 thời điểm có cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung mở nhưng chỉ có 1 bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu, còn bộ biến đổi lưu làm việc ở chế độ đợi. Đặc tính điều khiển của BĐ1 là dòng I, đường II là của BĐ2. Giả thiết a1 < p/2; a2 < p/2 sao cho thì dòng điện chỉ có thể chảy từ BĐ1 sang động cơ mà không thể chảy từ BĐ1 sang động cơ mà không chảy từ BĐ1 sang BĐ2 được. Để đạt được trạng thái này thì góc điều khiển phải thoả mãn điều kiện: a2 ³ p - a1 hay b2 a1 Nếu tính góc chuyển mạch m và góc khoá thì giá trị lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lưu phải đợi là amax = p - (mmax + ) Giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu là: amin ³ m + d Nếu chọn thì a1 + a2 = p và ta có phương pháp điều khiển chung đối xứng, lúc này dòng điện trong mạch vòng giữa 2 bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điện trung bình chảy vòng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu: Icb = Trong đó Rcb là điện trở trong mạch vòng cân bằng Trong thực tế điều khiển, thường dùng phương pháp điều khiển chung không đổi xứng, tức là a2 > p - a1, khi đó và không có dòng cân bằng Trong các phương pháp điều khiển chung, mặc dù đã đảm bảo ³ tức là không xuất hiện giá trị trung bình của dòng cân bằng, song giá trị tức thời của sđđ các bộ chỉnh lưu Cd1(t), Cd2(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng. Để hạn chế biên độ