Tài liệu Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện t đ có đảo chiều điều khiển chungcho động cơ một chiều kích từ độc lập

Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***** ***** ĐỒ ÁN MÔN HỌC TĐĐ Họ và tên sinh viên : Nhóm 5 Lớp : TĐH_K4 -Nguyễn Văn Khoa -Nguyễn Bá Viễn -Trần Văn Phú - Đỗ Quang Pháp -Nguyễn Việt Hùng -Võ Thanh Tùng Ngành : Tự Động Hóa Khoa Điện Trường ĐHCNHN Giáo viên hướng dẫn : ThS . Nguyễn Đăng Toàn I. NỘI DUNG : Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện T-Đ có đảo chiều điều khiển chung cho động cơ một chiều kích từ độc lập II. SỐ LIỆU CHO TRƯỚC : Động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số sau : P = 22 Kw ; Uđm = 400 V ; Uktđm = 200 V ; Iđm = 60 A ; Iktđm = 5 A ; nđm = 750 vòng/phút ; III. NHIỆM VỤ : Chương 1:Khái quát chung về hệ truyền động Chương 2:Tính chọn mạch lực thiết bị bảo vệ Chương 3:Tổng hợp và mô phỏng bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ Chương 4:Thiết kế mạch điều khiển cho bộ chỉnh lưu IV. SỐ BẢN VẼ : TT Tên bản vẽ 1 Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ 2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ T-Đ NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 Khổ giấy A3 A3 Số lượng 01 01 1 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Sinh viên hoàn thành thiết kế đồ án Ngày … tháng … năm 2012 Ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Nhóm sinh viên thực hiện ThS. Nguyễn Đăng Toàn Nhóm 5 Ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên duyệt Kết quả bảo vệ :..................................................................................................... ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 2 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn LỜI NÓI ĐẦU Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản suất . Đặc biệt trong dây truyền sản xuất tự động hiện đại , truyền động điện đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.Vì vậy các hệ truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để đáp ứng các yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hóa cao. Trong thời đại công nghệ hiện nay thì động cơ điện một chiều chiếm một tỉ lệ khá lớn trong nền sản suất công nghiệp của thế giới và đặc biệt là các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy xí nghiệp được sử dụng rất rộng rãi và vận hành có độ tin cậy cao.Vấn đề là quan trọng trong các dây chuyền sản xuất là điều khiển để điều chỉnh tốc độ động cơ hay đảo chiều quay động cơ để nâng cao năng suất .Sau khi nhận được đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện T-Đ có đảo chiều điều khiển chung cho động cơ một chiều kích từ độc lập ,bộ biến đổi sử dụng chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha đối xứng.” Nội dung đồ án gồm có 4 chương: Chương 1: Khái quát chung về hệ truyền động điện Chương 2: Tính chọn mạch lực , thiết bị bảo vệ Chương 3: Tổng hợp và mô phỏng bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển cho bộ chỉnh lưu Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Nguyễn Đăng Toàn cùng với sự nỗ lực của nhóm ,chúng em đã hoàn thành xong khối lượng kiến thức mà thầy đã hướng dẫn . Trong quá trình làm đề tài chúng em đã tích lũy được một số kiến thức để có thể nâng cao kiến thức của mình một cách chắc chắn hơn. Tuy nhiên với thời gian và kiến thức có hạn cho dù chúng em đã cố gắng hết sức mình song khó tránh khỏi những thiếu sót .Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để đồ án của chúng em được hoàn thành hơn nữa.Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của khoa điện trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Đăng Toàn người đã hướng dẫn nhóm chúng em trong quá trình làm đồ án vừa qua. Ngày….tháng… năm 2012 . Sinh viên thực hiện NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 3 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 1.1 .Khái quát chung về hệ truyền động điện. 1.1.1. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện và phân loại. * Định nghĩa hệ thống truyền động điện: Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, v.v. phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ. * Cấu trúc chung: Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ. BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và RT: Bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ; K và KT: các Bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành. 1.1.2. Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính: - Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor). Động cơ có các loại như: động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt. - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 4 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc với máy tính điều khiển. 1.1.3. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động: - Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định. - Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ. - Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình ... - Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v. - Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tự động. - Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v. 1.2.Một số hệ truyền động cơ bản 1.2.1.Hệ F- Đ .(Hệ thống máy phát- Động cơ một chiều). - Hệ thống máy phát – động cơ (F – Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều chỉnh quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. - Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: + Đặc tính từ hóa: là sự phụ thuộc giữa sức điện động của máy phát vào dòng điện kích từ + Đặc tính tải: là sự phụ thuộc của điện áp trên 2 cực của máy phát điện vào dòng điện tải. - Sơ đồ nguyên lý NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 5 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Hình 1-2: Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng máy phát. • Nguyên lý làm việc: Động cơ sơ cấp(ĐK) quay với tốc độ , kéo phần ứng của máy phát F trong khi đã được cáp kích từ với dòng kích từ iKF nên sẽ phát ra điện áp U ở 2 đầu phần ứng , động cơ 1 chiều được cấp kích từ với dòng kích từ i KD nên sẽ quay với tốc độ phương pháp điều chỉnh tốc độ - Điều chỉnh có 3 là : . • • Điều chỉnh dòng kích từ iKF Điều chỉnh dòng kích từ iKD Các chế độ làm việc: Chế độ động cơ Điều chỉnh cả 2 phía. Điện áp máy phát (điều chỉnh kích từ máy phát ). Phương pháp điều chỉnh chính của hệ F-Đ là điều chỉnh dòng kích từ máy phát. - Đảo chiều quay - Đảo chiều kích từ máy phát (hay dùng) - Đảo chiều kích từ động cơ. • Chế độ hãm . - Hãm động năng : thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp kích từ = 0. - Hãm tái sinh : sảy ra khi giảm điện áp để đảo chiều quay hoặc mô men tải có tính chất thế năng . • Đặc điểm của hệ F-Đ. - Ưu điểm : NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 6 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn - Hệ F-Đ có đặc tính cơ cứng và có các trạng thái làm việc rất linh hoạt . Đặc tính của hệ F-Đ rất tốt , thích hợp với nhiều loại tải Hệ F-Đ cho phép quá tải lớn hơn , phạm vi điều chỉnh rộng . Nhược điểm : Trong hệ F-Đ chứa nhiều máy điện giá thành cao , khi làm việc gây tiếng ồn , không gian lắp đặt lớn nên ít dùng hệ F-Đ. 1.2.2. Hệ T-Đ.(Truyền động thyristor-Động cơ một chiều) * Hệ T-Đ không đảo chiều. nguon xoay chieu 220V Ud RW U Ri Udk MTX Ui tai - Hình 1-3:Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ không đảo chiều Bộ biến đổi gồm : chỉnh lưu có điều khiển hoặc chỉnh lưu bán điều khiển. Tồn tại các loại chỉnh lưu sau: Tia 3 pha Tia 1 pha Cầu 3 pha đối xứng và không đối xứng. Cầu 1 pha đối xứng và không đối xứng. Ta có Ud=Udocosα Udo phụ thuộc mạch chỉnh lưu 0 <α < →Ud > 0 Udo = Nếu α↑=>cosα↓=>Ud↓ Vậy nguyên tắc điều chỉnh tốc độ hệ T- Đ là điều chỉnh góc phát xung trong mạch chỉnh lưu . Tùy theo góc α và điện cảm của cuộn kháng lọc, tải động cơ mà mạch chỉnh lưu có thể làm việc ở hai chế độ dòng tải liên tục và dòng tải gián đoạn. • Các chế độ làm việc của hệ T-Đ không đảo chiều . - Chế độ động cơ: Ed> 0=>0< α< - ĐTC thuộc góc phần tư thứ 1. Chế độ hãm. NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 7 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn - Hãm tái sinh: Ed<0=> < α< - Mạch chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu phụ thuộc . Năng lượng của hệ : cơ năng của tải (động cơ) biến thành điện năng qua chỉnh lưu trả về lưới .ĐTC trong chế độ này nằm ở góc phần tư thứ tư. Hãm ngược : được thực hiện bởi mô men cản . năng lượng được tiêu hao trên điện trở dây quấn. Hãm động năng : - Ed=0=> = Trên mặt phẳng ĐTC thì đường hãm động năng là đường đi qua gốc tọa độvới hệ T-Đ không đảo chiều thì đặc tính điều chỉnh thuộc góc phần tư thứ 1 và thứ 4. • Hệ T-Đ có đảo chiều. Các phương pháp đảo chiều : - Phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng - Phương pháp đảo chiều điện áp kích từ - Đảo chiều bằng tiếp điểm công tắc tơ - Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ điều chỉnh mắc theo kiểu thuận nghich • Đảo chiều bằng tiếp điểm công tắc tơ: nguon xoay chieu 220V T T N N DC Hình 1-4:sơ đồ đảo chiều bằng công tắc tơ. Phương pháp này đơn giản nhưng không tốt khó khăn cho nhứng yêu cầu như : hãm tái sinh. • Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ chỉnh lưu mắc theo kiểu thuận nghịch. NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 8 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Ikt Lc DC BCL2 - Hình 1-5: Sơ đồ mắc 2 bộ chỉnh lưu theo kiểu thuận nghịch Hệ này có hai phương pháp điều khiển : Phương pháp điều khiển riêng : Hai mạch chỉnh lưu làm việc độc lập, mạch này làm việc thì mạch kia nghỉ. Phương pháp điều khiển chung: Cả hai mạch chỉnh lưu cùng làm việc nhưng chế độ làm việc của hai mạch khác nhau ( mạch này làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì mạch kia làm việc ở chể độ nghịch lưu , nhưng phải đảm bảo + =π. Đây cũng là điều kiện chống dòng cân bằng chạy giữa hai mạch chỉnh lưu. • Đặc điểm của hệ T-Đ. Ưu điểm: Hệ T-Đ là một trong nhứng hệ TĐ Đ có cấu trúc gọn cho phép sử dụng nguồn trực tiếp từ lưới, điều khiển dễ dàng vì vậy cho phép mức độ tự động hóa cao hiệu suất năng lượng cao • Nhược điểm : Ở chế độ tải nhỏ thì hệ T-Đ dễ xảy ra hiện tượng dòng tải gián đoạn vì vậy trong chế độ này cần áp dụng các phương pháp điều chỉnh thích hợp như điều chỉnh thích nghi( thích nghi với các chế độ khác nhau) 1.2.3.Hệ xung áp – động cơ 1 chiều NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 9 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn - Điều chỉnh xung áp đơn (Loại A: tải R, L, E). Sơ đồ nguyên lý: Hình 1-6: Sơ đồ nguyên lý xung áp đơn (loại A) Hình 1-6: mô tả sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung áp (XA-Đ) loại A ( còn gọi là bộ băm xung loại A) .trong đó điện áp và dòng điện của động cơ u D , i chỉ có giá trị dương. Khi khóa s thong ta có u D = uN; i= iN, khi khóa S ngắt iN=0; uD=0 và i= iDo do tác dụng duy trì dòng điện của điện cảm L. Các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện phần ứng UD, I và do đó sđđ E của động cơ khi đóng và ngắt khóa liên tục sẽ được xác định nếu biết luật đóng , ngắt khóa và các thong số của mạch . Nếu đóng ngắt khóa S với tần số không đổi thì hoạt động của mạch tương tự như của chỉnh lưu một pha , một nửa chu kỳ. • Điều chỉnh xung áp đảo chiều. Để hệ truyển động có thể làm việc ở chế độ hãm tái sinh, có thể dùng sơ đồ điểu chỉnh xung áp loại B (Hình 1-7) trong đó dòng điện phần ứng có thể đảo dấu , song sđđ động cơ chỉ có chiều dương. Khi khóa và van vận hành dòng điện phần ứng luôn luôn dương công suất điện từ của động cơ là . để đảo chiều dòng điện ta đưa khóa và van vào vận hành còn khóa S1 bị ngắt . Nếu E>0 thì sẽ có dòng điện chảy ngược lại chiều ban đầu do trong mạch chỉ có nguồn duy nhất sđđ E, công suất điện từ của động cơ công suất này được tích vào điện cảm L . Khi S 2 ngắt trên điện cảm L sinh ra sđ đ tự cảm ∆UL > 0 , cùng chiều với sđ đ quay E , tổng hai sđđ này trở nên lớn hơn điện áp nguồn UN làm van D2 dấn dòng ngược về nguồn và trả lại nguồn phần năng lượng đã tích lũy trong điện cảm L trước đó . NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 10 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn +UN iN iD2 D2 iS1 UL R iS2 S2 D2 iD1 E Hinh 1-7: Sơ đồ bộ điều chỉnh xung áp loại B. 1.2.4.Truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ dùng biến tần nguồn áp. Dưới đây là sơ đồ mạch điều khiển nghịch lưu cầu 3 pha nguồn áp (Biến tần nguồn áp). Uf Ud Hình 1-8:Biến tần nguồn áp - Nguyên tắc điều khiển như sau: + Điều chỉnh biên độ điện áp .(phương pháp này dễ điều khiển nhưng nguồn ra chất lượng không cao , là xung vuông và sóng hài cao , gây tổn hao phụ) + Điều chế độ rộng xung .Pwm + Điều chế đơn cực. + Điều chế lưỡng cực. - Ưu điểm: trong một nửa chu kỳ có nhiều xung (không có song hài…) + Điều khiển từ thông + Điều khiển véc tơ. 1.2.5.Truyền động điều chỉnh động cơ không đồng bộ dùng biến dòng chuyển mạch tự nhiên. - Sơ đồ nguyên lý: NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 11 Đồ án môn học TĐĐ CL GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Ld NL do vi tri Hình 1-9:Sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ TĐ BBĐ-Động cơ không đồng bộ dùng biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên. Mạch lực của hệ truyền động được trình bày trên hình 1-9 bao gồm: - Chỉnh lưu thyristor (CL) , cuộn lọc (Ld)và nghich lưu thyristor (NL) - Để đảm bảo NL làm việc được trong chế độ chuyển mạch tự nhiên , động cơ phải ở chế độ quá kích từ. Lúc đó NL thực chất là chỉnh lưu làm việc trong chế độ nghịch lưu bị động với điện áp động cơ, vì vậy trong mạch nghịch lưu không có các phần tử chuyển mạch. 1.3. Điều chỉnh tốc độ truyền động điện. Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng nhu cầu công nghệ của máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần túy điện , tác động lên bản than hệ thong truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi tốc độ quay của trục động cơ điện. Tốc độ làm việc của truyền động điện do công nghệ yêu cầu và được gọi là tốc độ đặt , hay tốc độ mong muốn . Trong quá trình làm việc, tốc độ động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt . Trong các hệ truyền động điện tự động thường dùng các phương pháp khác nhau để ổn định tốc độ động cơ .Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản , các chỉ tiêu này cũng được tính đến khi thiết kế hoặc chỉnh định các hệ thống truyền động điện. - Sai tốc độ : là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ. - Độ trơn điều chỉnh tốc độ . - 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. - Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải. - Chỉ tiêu kinh tế 1.3.1.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 12 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. 1.3.2.Nguyên lý điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng. Để điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ 1 chiều cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… Các thiết bị này có chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành 1 chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Vì nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở là R b và điện cảm Lb ≠ 0 (hình 1-10): Hinh 1-10:Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập. Phương trình đặc tính của hệ thống ở chế độ xác lập. Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi , còn tốc độ không tải thì phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển của hệ thống ,do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. 1.3.3.Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện từ của động cơ . Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến. Trong đó: - điện trở dây quấn kích thích - điện trở nguông điện áp kích thích -số vòng dây cả dây quấn kích thích. NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 13 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Ở chế độ xác lập ta có: Thường khi điều chỉnh thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức , do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức từ thông dịnh múc và được gọi là đặc tính cơ bản (đôi khi chính là đặc tính tự nhiên). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện.Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi.Để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép , kết quả là momen trên trục động cơ giảm rất nhanh ngay cả khi giữ nguyen dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm nhanh khi giảm từ thông kích thích. Hình 1.11. Sơ đồ thay thế và đặc tính điều chỉnh từ thông động cơ. 1.3.4.Ổn định tốc độ làm việc của hệ truyền động điện một chiều. Thực chất ta tìm cách nâng cao độ cưng ĐTC tĩnh. Muốn vậy hệ TĐ Đ phải có cấu trúc là hệ kín ( có các mạch phản hồi). • Ổn định tốc độ bằng phương pháp phản hồi dương dòng điện. - Sơ đồ: R1 nguon xoay chieu DC BBD R2 Udu Ru Udk MDK Uph Hình 1-12: Sơ đồ ồn định tốc độ bằng phương pháp phản hồi dương dòng điện. Trong đó: Uph- tín hiệu phản hồi dòng điện NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 14 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Udk- tín hiệu điều khiển Udu- tín hiệu đặt Ru- bộ điều chỉnh BBD – bộ biến đổi DC- động cơ một chiều • Ổn định tốc độ bằng phương pháp phản hồi âm điện áp. - Sơ đồ: R1 nguon xoay chieu DC BBD R2 Udu Udk Ru MDK Uphu Hình 1-13: Sơ đồ ồn định tốc độ bằng phương pháp phản âm điện áp. Trong đó: Uphu- tín hiệu phản hồi điện áp Udk- tín hiệu điều khiển Udu- tín hiệu đặt Ru- bộ điều chỉnh BBD – bộ biến đổi DC- động cơ một chiều • Ổn định tốc độ bằng phương pháp phản hồi âm tốc độ. - Sơ đồ: nguon xoay chieu DC BBD XDK Udw Ru Udk MFT MDK Uphw Hình 1-14: Sơ đồ ồn định tốc độ bằng phương pháp phản âm tốc độ. Trong đó: NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 15 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Uphw- tín hiệu phản hồi dòng điện Udk- tín hiệu điều khiển Udw- tín hiệu đặt Ru- bộ điều chỉnh BBD – bộ biến đổi DC- động cơ một chiều MFT- máy phát tốc 1.3.5.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện xoay chiều được dùng rất phổ biến trong một dải công suất rộng vì có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn điện sẵn (lưới điện xoay chiều). Tuy nhiên, trong các hệ cần điều chỉnh tốc độ, đặc biệt với dải điều chỉnh rộng thì động cơ xoay chiều được sử dụng ít hơn động cơ một chiều vì còn gặp nhiều khó khăn. Gần đây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử, bán dẫn, việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ đã có nhiều khả năng tốt hơn. a, Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. Phương pháp này chỉ được sử dụng với động cơ rotor dây quấn và được ứng dụng rất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phần ứng như hình 1-15: Hình 1-15:Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. Nhận xét: - Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm. - Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên xuống của mômen tải. - Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải. Mômen tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp. - Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn. - Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp. b, Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato. NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 16 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số. Điện áp cấp cho động cơ lấy từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều. BBĐ điện áp có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một BBĐ điện áp bán dẫn như được trình bày ở mục trước. Hình 1.16 trình bày sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm. Hình 1-16: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator. Nhận xét: - Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp. - Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trở phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng được dải điều chỉnh lớn hơn. - Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi. c, Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi được đặc tính cơ. Tần số càng cao, tốc độ động cơ càng lớn. Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các thông số liên quan đến tần số như cảm kháng thay đổi, do đó, dòng điện, từ thông,... của động cơ đều bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, mômen tới hạn cũng bị thay đổi. Chính vì vậy, điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi tần số thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc từ thông của mạch stator. d, Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ. Đây là cách điều chỉnh tốc độ có cấp. Đặc tính cơ thay đổi vì tốc độ đồng bộ đổi theo số đôi cực. Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được cách nối tương ứng với các số đôi cực khác nhau. Các đầu dây để đổi nối được đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây stator. Điều này khó thực hiện được đối với động cơ rotor dây quấn, còn đối với rotor lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng với stator. Do vậy, phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rotor NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 17 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn lồng sóc. Các động cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số đôi cực đều có rotor lồng sóc. Tỷ lệ chuyển đổi số đôi cực có thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay tới 8:1 1.4 . TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CÓ ĐẢO CHIỀU . 1.4.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-D đảo chiều : - Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ . - Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng được phân ra bốn sơ đồ chính : + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ . + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi ) . + Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng . + Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung . Tuy nhiên , mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải , trong phần này ta chọn bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung , bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều êm hơn .Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được mà còn có thể hãm tái sinh . 1.4.2.Phương pháp điều khiển chung : Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc . Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển , nhưng luôn khác chế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu . Vì hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau . Ut = Ud1 = U d2 ; (1-21) Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0.cosα1 ; NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 18 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Ud2 = Ud0.cosα2 ; Vậy : Ud0.cosα1 = Ud0.cosα2 ; Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 1800 ; Nếu α1 là góc mở đối với G1 , α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị α1 và α2 phải được thực hiện theo quan hệ : α1 + α2 = 1800 ; Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 1-17) . α α2 = 0 α1 = 0 0 30 0 600 uc4 uc3 900 uc2 uc uc1 120 0 α1=1800 150 0 180 0 α2=1800 Hình 1-17 : Sơ đồ phối hợp tuyến tính của α1 và α2 . Giả sử cần động cơ quay thuận , ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , α1 = 0 → 900 , Ud1 > 0 , bấy giờ α2 > 900 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu , Ud2< 0. Ud1 = U0 cos α1 > 0 ; Ud2 = U0 cos α2 < 0 ; NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 19 Đồ án môn học TĐĐ GVHD:Th.s.Nguyễn Đăng Toàn Cả hai điện áp Ud1 và Ud2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M . Động cơ chỉ có thể “nghe theo” Ud1 và quay thuận . Động cơ từ chối Ud2 vì các thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt . Khi α1 = α1 = 900 , thì Ud1 = Ud2 = 0 , động cơ ở trạng thái dừng . Giả sử uc là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM quay thuận ta cho uc = uc1 (hình 1-17) . α1 = 300 , α2 = 1800 - α1 = 1500 , Ud1 = 3 3 U0 , Ud2 = U0 ; 2 2 G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn G 2 chuẩn bị sẵn sàng để làm việc ở chế độ nghịch lưu . Nếu bây giờ cần giảm tốc độ động cơ , ta cho uc = uc2 , các góc mở : α1 = 600 , α2 = 1800 - α1 = 1200 , U’d1 = 1 1 U0 , U’d2 = - U0 . 2 2 Lúc này , do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị só ứng với trạng thái trước đó , E > U’d1 → bộ biến đổi G1 bị khoá lại . Mặt khác E > |U’d2| nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc , trả năng lượng tích luỷ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều . Dòng điện phần ứng đổi dấu , chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh , tốc độ giảm xuống đến giá trị ứng với U’d1 . Nếu cho điện áp điều khiển uc < 0 thì G2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu , còn G1 sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc . Vậy bằng cách thay đổi điện áp điều khiển uc ( uc > 0 hoặc uc < 0 ) ta sẽ thay đổi được góc mở α1 và α2 : + Nếu uc > 0 thì α1 < 900 , α2 > 900 dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , còn bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc kết quả là làm cho động cơ quay thuận ωT . + Nếu uc < 0 thì α1 > 900 , α2 < 900 dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc , còn bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , kết quả là làm cho động cơ quay theo chiều ngược ωN . NSVTH:Nhóm 5-TĐH_K4 20