Đồ án Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha mắc song song ngược cung cấp cho động cơ điện một chiều để truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang nấu thép

Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên tự động hóa các quá trình sản xuất là nhiệm vụ then chốt.Do đó các xí nghiệp công nghiệp ngày càng được trang bị các hệ thống tự động hóa hiện đại nó không những nâng cao năng suất lao động mà còn giảm được sự lao động nặng nhọc của con người. Trong những thập niên gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nghành điện tử đã ra đời các linh kiện bán dẫn đã đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống tự động hóa và làm nó trở nên gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao mà giá thành lại giảm xuống. Với những thành tựu mà thế giới đã đạt được, sau 5 năm học tập và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa KT&CN , trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU GỒM HAI SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA MẮC SONG SONG NGƯỢC CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP ”. Với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian.

doc92 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 17/05/2013 | Lượt xem: 1963 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha mắc song song ngược cung cấp cho động cơ điện một chiều để truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang nấu thép, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4 Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 4 1. Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều 4 2. Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược 17 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 23 2. Mạch tạo nguồn nuôi 33 3. Sơ đồ hoàn chỉnh 1 kênh phát xung và bộ nguồn điện áp 1 chiều 34 Chương 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 36 1 . Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 36 2 . Tính chọn thiết bị mạch động lực 36 3 .Tính chọn mạch điều khiển 45 PHẦN II: ỨNG DỤNG BỘ NGUỒN ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG 52 Chương 1 : GIỚI THIỆU CHUNG LÒ HỒ QUANG 52 1. Giới thiệu chung 52 2. Hệ thống mạch điện lò hồ quang 54 3. Yêu cầu truyền động nâng hạ điện cực 57 Chương 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC 60 1. Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động nâng hạ điện cực dùng hệ T-Đ 60 2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và sơ đồ mạch lấy tín hiệu hồ quang tạo tín hiệu điều khiển tự động 69 3. Nguyên lý làm việc 72 Chương 3: XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH 74 1. Đặt vấn đề 74 2. Xây dựng biểu thức đường đặc tính của hệ thống 74 3. Xây dựng hệ số khuếch đại của các khâu 76 4. Xây dựng đặc tính cơ của hệ thống 78 5. Kiểm tra chất lượng tĩnh của hệ thống 83 Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG 84 1. Đặt vấn đề 84 2. Xây dựng hàm truyền của từng khâu 84 3. Tổng hợp bộ điều chỉnh 86 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên tự động hóa các quá trình sản xuất là nhiệm vụ then chốt.Do đó các xí nghiệp công nghiệp ngày càng được trang bị các hệ thống tự động hóa hiện đại nó không những nâng cao năng suất lao động mà còn giảm được sự lao động nặng nhọc của con người. Trong những thập niên gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nghành điện tử đã ra đời các linh kiện bán dẫn đã đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống tự động hóa và làm nó trở nên gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao mà giá thành lại giảm xuống. Với những thành tựu mà thế giới đã đạt được, sau 5 năm học tập và nghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa KT&CN , trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU GỒM HAI SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA MẮC SONG SONG NGƯỢC CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP ”. Với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo trong khoa. Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án. Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúng thời gian. Thái Nguyên, ngày 19 tháng 5 năm 2009 SINH VIÊN THIẾT KẾ : Nguyễn Hữu Lượng PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều: - Nhiều phụ tải của bộ chỉnh lưu yêu cầu đảo chiều điện áp trong quá trình làm việc như động cơ điện một chiều. Đảo chiều điện áp đặt lên mạch phần ứng để đảo chiều quay động cơ (thay đổi chiều dòng điện qua phụ tải của bộ biến đổi). - Do tính chất dẫn dòng 1 chiều của các van nên ta phải đảo chiều bằng công tăc tơ hoặc sử dụng sơ đồ đặc biệt dùng 2 bộ chỉnh lưu mà mỗi bộ chỉnh lưu tạo ra dòng điện theo một hướng gọi là sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược và tuyệt đối không sử dụng Điốt cho các sơ đồ này. - Để đảo chiều dòng điện qua phụ tải người ta thường sử dụng sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược vì có nhiều ưu điểm hơn: · Tác động rất nhanh. · Việc khống chế đảo chiều nhẹ nhàng · Đặc biệt trong truyền động điện khi đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược thì quá trình đảo chiều một bộ chỉnh lưu sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng từ động cơ (động cơ chế độ máy phát) về lưới và động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức mà toàn bộ quá trình này gọi là hãm tái sinh. · Các bộ chỉnh lưu hình tia và hình cầu đều có thể mắc song song ngược. Nhưng nếu mắc song song ngược thì không được dùng Điốt mà phải dùng toàn bộ là Thyristor. - Các bộ chỉnh lưu dùng cho mắc song song ngược thường gặp: Cầu 1 pha 4 Thyristor (dùng cho công suất nhỏ), tia 3 pha 3 Thyristor (dùng cho công suất trung bình), cầu 3 pha 6 Thyristor (dùng cho công suất lớn). - Vậy ta có các sơ đồ sau: · Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha mắc song song ngược. · Hai bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược. · Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược. 1.1. Phân tích hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược: 1.1.1. Sơ đồ mạch:(Hình 1) Hình 1 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng hai bộ chỉnh lưu cầu một pha mắc song song ngược 1.1.2. Nguyên lý hoạt động: Hình 2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích - Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải có L rất lớn và bỏ qua quá trình chuyển mạch. 0 ωt iT2 = iT3 0 ωt 0 ωt i2 (A) ud(v) ωt(rad) 0 ωt(rad) ωt uT2 Id (A) Ungmax=U2 a) b) c) d) e) f) ud T14 T23 T23 0 ωt 0 ωt iT1 = iT4 Id Id i2 Hình 3: a. Điện áp trên tải Ud b. Dòng điện trên tải với L rất lớn bỏ qua hiện tượng trùng dẫn. c, d, e. Dòng điện trên các Thyristor và cuộn thứ cấp máy biến áp. f. Điện áp đặt lên Thyristor. 1.1.3. Các tham số chính của sơ đồ cầu 1 pha: - Điện áp trung bình: Ud = sinwt.d(wt) = Uocosa Với q: hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu, sơ đồ cầu 1 pha q = 2 Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp) - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: UTthmax = UTngmax = U2 - Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor: Itb = ITngmax = - Công suất tính toán: SBA = U2I2 = Pdmax = 1,11Pdmax 1.1.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ cầu 1 pha: - Ưu điểm: · Thiết kế mạch đơn giản · Khống chế chắc chắn · Hoạt động mạch dễ phân tích · Đảm bảo chỉnh lưu được cả hai nửa chu kỳ dòng qua tải là dòng 1 chiều. · Điện áp có thể sử dụng cả điện áp pha và điện áp dây. - Nhược điểm: · Chỉ dùng cho mạch có công suất nhỏ. · Chất lượng điện áp ra không cao 1.2. Hai bộ chỉnh lưu hình tia ba pha mắc song song ngược: 1.2.1. Sơ đồ mạch: Hình 4 Hình 4 Chỉnh lưu có đảo chiều sử dụng hai bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược 1.2.2. Nguyên lý hoạt động: Hình 5 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha - Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ để phân tích nguyên lý hoạt động. - Biến áp 3 pha có thể D/Y hay Y/Y. Trên mỗi pha A, B, C nối một van, Katot đấu chung cho điện áp dương trên tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha A, B, C, lệch pha một góc 120 theo các đường cong điện áp pha. Mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn 2 pha kia. Nguyên lý được thể hiện trên giản đồ: (rad) 0 ωt iT2 = ib 0 ωt iT3 = ic 0 ωt iT1 = ia 0 ωt iA uab uac uT1 ωt 0 ωt iC 0 ωt iB ua ub uc ud u ωt ung uth (v) (A) Hình 6 Giản đồ điện áp và dòng điện ra và điện áp đặt lên Thyristor với a = 60o , tải L rất lớn, bỏ qua hiện tượng trùng dẫn. a 1.2.3. Các tham số cơ bản: - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải: Ud = sinwt.d(wt) = Uocosa Với q = 3 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu. Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp) - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: UTthmax = UTngmax = U2 - Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor: Itb = ITngmax = - Công suất tính toán: Sttba = UdId = 1,355UdId 1.2.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ chỉnh lưu này: - Ưu điểm: · Dòng điện chạy qua các Thyristor nhỏ hơn hình cầu 1 pha. · Chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ cầu 1 pha. - Nhược điểm: Điện áp trên tải là điện pha nên trong hệ thống truyền động đòi hỏi phải có dây trung tính. 1.3. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược: 1.3.1. Sơ đồ nguyên lý: Hình 7 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược 1.3.2. Nguyên lý hoạt động: - Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. Hình 8 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha 1.3.2.1. Điều kiện làm việc sơ đồ: - Để sơ đồ cầu 3 pha hoạt động được trong một thời điểm phải có ít nhất 2 Thyristor mở để dẫn dòng. - Điều kiện gửi xung: + Udây > 0 + wt ³ a + Một thời điểm ít nhất có 2 Thyristor mở dẫn dòng T1 T3 T5 T1 T4 T6 T2 T4 T6 u ωt 1 0 (rad) (V) Hình 9 Giản đồ dẫn dòng của các Thyristor và trạng thái gửi xung (α=600) 1 2 3 4 5 6 T5 T4 T1 T3 T2 T6 Hình 10 Sơ đồ nguyên tắc phối hợp gửi xung T1 T3 T5 T2 T4 T6 1.3.2.2. Nguyên lý hoạt động: Được mô tả như (V) T1 T6 T2 T3 T5 T1 T4 T6 T4 u ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ud id iT1 iT2 ia uT1 uth uab uac Ungmax= a) b) c) d) e) g) f) 0 0 0 0 0 0 ucb uab uac Id Id Id ua ub uc (rad) (A) giản đồ: Hình 11: a Giản đồ dẫn dòng của các Thyristor và trạng thái gửi xung (a = 60o ). b. Tổng hợp điện áp đặt trên tải. c, d, e, f. Dòng điện chạy trên tải, các Thyristor và trong cuộn sơ cấp máy biến áp. g. Điện áp đặt lên Thyristor 1. ua u ωt =450 =450 ub uc ud 0 0 0 0 ωt ωt ωt ud ud T1 T3 T5 T1 T6 T4 T2 T4 ucb uab uac uca ubc uca ucb uab uac T6 (rad) (V) Hình 12a : Với α = 450 <600 a. Trạng thái dẫn dòng của các Thyristor. b. Dạng điện áp ra trên tải có xét đến sự trùng dẫn. c. Điện áp trên tải tổng hợp có xét sự trùng dẫn. d. Điện áp ra trên tải bỏ qua sự trùng dẫn T1 T3 T5 ua T4 T6 T4 u ωt a) 0 =900 =900 ub uc T5 T1 ωt ud b) 0 uca ucb uab uac (rad) (V) Hình 12b : Với α = 900 > 600 1.3.3. Các tham số chính của sơ đồ: - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải: Ud = sinwt.d(wt) = Uocosa Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu. Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp) - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: UTthmax = UTngmax = U2 - Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor: ITtb = ITtbmax = - Công suất tính toán: Sttba = UdId = 1,05UdId 1.3.4. Ưu, nhược điểm của sơ đồ: - Ưu điểm: ● Trong một chu kỳ điện áp lưới có 6 chu kỳ điện áp chỉnh lưu nghĩa là chất lượng điện áp 1 chiều rất cao. ● Dòng điện qua Thyristor nhỏ ● Sơ đồ này khả năng sử dụng máy biến áp tốt nhất - Nhược điểm: ● Sơ đồ sử dụng nhiều linh kiện giá thành đắt. ● Phân tích hoạt động điều khiển phức tạp. ● Sơ đồ chỉ dùng những nơi có yêu cầu chất lượng điện áp một chiều cao. Kết luận: Với tải chúng ta là động cơ công suất nhỏ dùng để nâng hạ điện cực nên chọn sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược là thích hợp nhất. Mặt khác sơ đồ này đơn giản dễ điều khiển, giá thành không cao. 2. Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược: - Ở chế độ làm việc bình thường trong 2 bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ có 1 bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh U cho tải. - Khi có một lý do nào đó ta phải đảo chiều động cơ thì 2 bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau. Bộ này đang làm việc phải dừng lại cho bộ biến đổi kia làm việc. Việc điều khiển chuyển đổi trạng thái làm việc là một nhiệm vụ kỹ thuật quan trọng. - Để thực hiện điều này người ta thường dùng 2 phương pháp: + Phương pháp điều khiển tuyến tính phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (điều khiển chung). Hình 13 Hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược + Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ biến đổi mắc song song ngược (điều khiển riêng). 2.1. Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc: - Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào 2 bộ (2 bộ cùng mở). Tức là xung điều khiển 2 bộ biến đổi này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ: a1 + a2 = p với: a1 : Góc mở ứng với chỉnh lưu 1 a2 : Góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2 - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thiết là dòng liên tục, bỏ qua tổn thất. CL1: Ud1 = Udocosa1 CL2: Ud2 = Udocosa2 = Udocos(180 - a1) = - Udocosa1 Þ Ud = Ud1 = - Ud2 = Udcosa1 - Như vậy ta nhận thấy rằng thành phần một chiều của điện áp trên đầu ra của 2 sơ đồ chỉnh lưu là bằng nhau nên chúng không gây ra thành phần dòng điện khép vòng qua các van của 2 sơ đồ chỉnh lưu: Icb = =0 - Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều. Hình 14 Giản đồ dòng điện khống chế đảo chiều tuyến tính phụ thuộc + Từ thời điểm t = 0 tới tđc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ a1 £ p/2 a2 = p - a1 > p/2 Þ Ud1 = Udocosa1 > 0 CL1 làm việc chỉnh lưu Ud2 = Udocosa2 < 0 CL2 làm việc chế độ chờ nghịch lưu + Từ thời điểm tđc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở a1 đồng thời a2 giảm. Điện áp trên bộ hai bộ chỉnh lưu giảm. Do đó tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độ động cơ không giảm nhanh bằng điện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu nên chỉnh lưu 2 đủ điều kiện nghịch lưu bộ CL2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồng thời hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh. Khi a1 = a2 = p/2 Þ ud = 0 + Từ thời điểm t1 ta tiến hành giảm góc mở a2, tăng a1 để đảo chiều điện áp của 2 bộ chỉnh lưu. a2 < p/2 a1 = p - a2 > p/2 Þ Ud2 = Udocosa2 > 0 Bộ CL2 làm việc chỉnh lưu Ud1 = Udocosa1 < 0 Bộ CL1 làm việc chế độ chờ nghịch lưu ● Sự xuất hiện dòng cân bằng và hạn chế : - Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trung bình bằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của 2 sơ đồ có lúc không bằng nhau, điều này tạo sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra dòng điện khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không đi qua tải, nó được gọi là dòng cân bằng. icb = ¹ 0 - Do tổng trở của nguồn rất nhỏ nên giá trị dòng điện này có thể rất lớn làm hỏng các van và phá huỷ chế độ làm việc của bộ biến đổi. - Vì vậy ta cần phải có biện pháp hạn chế dòng cân bằng. Như ta đã biết dòng cân bằng không có thành phần 1 chiều mà chỉ có thành phần xoay chiều nên ta sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng cân bằng (đặc điểm của điện cảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho dòng 1 chiều đi qua nó dễ dàng và không gây nên tổn thất công suất tác dụng). - Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng: Hình 15 Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng với α1=450 α2=1350 2.2. Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập: - Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ làm việc Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc. - Xét giản đồ dòng điện của các bộ chỉnh lưu: Hình 16 Giản đồ dòng điện của 2 bộ chỉnh lưu + Giả sử BCL1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu (a < p/2) và bộ chỉnh lưu 2 không có xung điều khiển nên không có dòng qua bộ chỉnh lưu 2. + Tại thời điểm tđc ta cần đảo chiều động cơ, BCL1 mất xung điều khiển nhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0. + Tại thời điểm t1, iBCL1 = 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung để kích mở BCL2 mà phải sau một khoảng thời gian tK thì ta mới cấp xung kích mở BCL2. Lý do là khoảng thời gian tK để BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tính chất van của bộ này. Trong khoảng thời gian tK cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc. + Tại thời điểm t2 ta cấp xung để kích mở bộ chỉnh lưu 2 và chỉ duy nhất bộ chỉnh lưu 2 dẫn dòng. - Ta sử dụng phương pháp này phải cần bộ lôgic có mạch tạo trễ thời gian là tK. - Sơ đồ khối mạch lôgic như sau : Hình 17 Hình 17 Sơ đồ khối điều khiển khống chế độc lập dùng bộ logic và tạo trễ + Từ trước tđc: Uđk = 1 Cho phép phát xung BCL1 bICL1 = 1 Có dòng qua bộ chỉnh lưu 1 Phát xung BCL1, không phát xung BCL2 P = 1 Q = 0 + Từ tđc ¸ t1: Uđk = 0 Không cho phép phát xung BCL1 bICL1 = 1 Vẫn có dòng BCL1 không phát xung BCL1, BCL2 P = 0 Q = 0 + Từ t1 ¸ t2: Uđk = 0 Cho phép phát xung BCL2 bICL1 = 0 Dòng qua BCL1 = 0, P = 0 Tạo trễ tK = t2 - t1 Q = 0 + Từ t2 trở đi Uđk = 0 Cho phép phát xung BCL2 bICL1 = 0 Dòng qua BCL1 = 0, bICL2 = 1 Có dòng qua BCL2 P = 0 Không phát xung điều khiển BCL1 Q = 1 Phát xung điều khiển BCL2 - Như vậy với phương pháp khống chế này thì không xuất hiện dòng cân bằng nên không cần mắc thêm cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng. Nhưng nhược điểm là thời gian gián đoạn dòng lớn hơn nhiều so với phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc. Kết luận: Qua phân tích trên cả 2 phương pháp đều có thể dùng để điều khiển đảo chiều động cơ phù hợp với công nghệ nhưng chúng ta cần độ đáp ứng nhanh (không có gián đoạn dòng ) nên ta chọn phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc. Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển: - Để kích mở Thyristor làm việc (dẫn dòng) thì ngoài điều kiện UAK > 0 còn phải có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thyristor (UGK > 0). Ta phải thiết kế mạch tạo xung kích mở Thyristor. - Ngoài 2 điều kiện bắt buộc để Thyristor mở dẫn dòng còn có yêu cầu: Khi có mạch động lực cụ thể thì phải phù hợp với sơ đồ: + Thời gian duy trì xung để mở cho chắc chắn. + Biên độ điện áp xung + Mở chính xác, tức là có độ rộng sườn trước phù hợp (du/dt) Xung điều khiển Thyristor thường có 3 dạng: H×nh 18 C¸c xung th­êng dïng ®Ó ®iÒu khiÓn thyristor + Trong đó xung dạng a, b thường dùng hơn. Trong mạch phát xung chúng ta chọn xung vuông để kích mở Thyristor. - Trong thực tế với hệ thống tự động cao các mạch điều khiển được thiết kế theo 3 nguyên tắc: · Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. · Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. · Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng Điốt 2 cực gốc (UJT). - Từng nguyên tắc cụ thể được trình bày ở sách "Kỹ thuật biến đổi" của thầy Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh, chương "Mạch điều khiển sơ đồ chỉnh lưu" trang 56. - Trong hệ thống này ta dùng nguyên tắc khống chế pha đứng. - Sơ đồ khối của nguyên tắc này: 4 5 2 1 Ul T¹o xung So s¸nh Sãng r¨ng c­a §ång bé ho¸ Ph©n chia xung UGT H×nh 19 S¬ ®å ®iÒu khiÓn theo pha ®øng 3 U®k Khèi 1 Khèi 2 Khèi 3 H×nh 20 S¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn theo pha ®øng thùc tÕ U®k Ul §ång bé ho¸ &T¹o sãng r¨ng c­a So s¸nh T¹o xung & ph©n chia xung UGT 1.1. Sơ đồ mạch đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa: - Để thực hiện chức năng đồng bộ hóa, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp điện dung, điện cảm. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực. Do vậy phương pháp này ít dùng. - Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối với lưới cuộn thứ cấp cho điện áp đồng bộ. Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ tính toán sao cho góc lệch pha của Udb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các Thyristor. - Trong sơ đồ cầu 1 pha ta dùng máy biến áp 1 pha hai cuộn dây thứ cấp. - Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo sóng răng cưa như: · Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng Điốt, điện trở, tụ điện (R - C - D). · Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng D - R - C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định. · Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Transistor. · Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Transistor nạp tụ bởi dòng không đổi. · Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. - Nguyên lý cụ thể các mạch được trình bày ở phần "Mạch điều khiển sơ đồ chỉnh lưu" của sách "Kỹ thuật biến đổi" của thầy Võ Quang Lạp và Trần Xuân Minh. Tuy nhiên để được quan hệ góc mở a1 + a2 = 180o ta cần có dạng sóng răng cưa rất chính xác nên ta phân tích sơ đồ dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. Sơ đồ mạch điện: Hình 21 Sơ đồ m