Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn . phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài . Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
s = 2..fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ thông Es = C..fs
33 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 5167 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Môn hoc tổng hợp hệ điện cơ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỒ ÁN MÔN HOC
TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý... các hệ thuyền động ngày nay thường sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều. Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì vậy tăng độ chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.
2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài . Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
ws = 2.p.fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ thông Es = C.f.fs
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi
Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên
*Khi ¦s giảm từ thông f của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát năng lượng quá mức cho phép.
*Khi ¦s tăng từ thông f của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không đổi thì theo biểu thức M = k.f.I.n.cosf ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng lên.Vậy trong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động cơ giảm xuống.
Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải
Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh
b. Các loại biến tần :
gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch van là ra ngay tải với tần số f2,U2.
Đặc điểm:
Hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần mạch điện phụ.
Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.
II.Biến tần gián tiếp:
a Biến tần nguồn áp:
Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu .Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới
a Biến tần nguồn dòng :
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt chặn.
MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
Pđm = 37 kW
= 3,6
=3,3
Uđm=380 V;nđm = 720v/p
Istdm = 104 A ; Rs=0,08 ;Xs=0,17 ;Rr=0,19 ;Xr=0,16
J = 1,32 kgm2
1. Tính toán các phần tử mạch nghịch lưu
* Dòng chảy qua các van T1 T6 và D1 D6 chính bằng dòng chảy qua các pha của stato động cơ I = 91A.
* Điện áp ngược mở van phải chịu = Ud = 370 V
* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2
Dùng để chọn cả T và D
Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:
LoạI
Itb(A)
Uim(V)
DU(V)
Tốc độ quạt(m/s)
B-200
200
100-1000
0.7
12
Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
Loại
I(A)
Uim(V)
DU(V)
Toff(ms)
Ig(V)
Ug(V)
du/dt(V/ms)
TL.250
250
300-1000
0,82
70-250
0,4
8
20-200
* Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức
Trong đó:
- fn: tần số định mức = 50Hz
- fmax: tần số cực đại = 100Hz
- Im: dòng từ hoá
- In: dòng định mức = 91A
- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10-3H
- Um: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
=212F
Chọn C = 200F
* Quận kháng L
Trong đó DId=(0,05 - 0,1) Id
2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu
* Theo tính toán phần trên ta có:
Id = 116,7 (A); Ud = 370 (V)
* Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V có thể không cần sử dụng MBA.
Ta có:
a=65,30
- Dòng trung bình chảy qua T1-T0
- Điện áp ngược đặt lên mỗi van:
- Chọn KI=2; KU=1,6
IC=2x38,9=78,9»80 (A)
UC=1,6x930,8»1500 (V)
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại
I(A)
Uim(V)
DU(V)
Toff(ms)
Ig(V)
Ug(V)
du/dt(V/ms)
T.250
250
100-2200
1
150-250
0,3
5
20-500
3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.
UN=220V PN=37kW n=720v/p
IN=91A f=50Hz cosj=0,78
1. Tính dòng kích từ danh định.
2.Tính dòng danh định tạo mômen quay IsqN.
3. Hằng số thời gian roto Tr ở chế độ danh định.
4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần Xs ở chế độ danh định.
5.Tính điện kháng phức Xh.
6. Tính hệ số tiêu tán tổng s và Ts.
7.Điện cảm tản stato động cơ
4 . Tính các thiết bị đo:
a, Máy phát tốc:
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
Kw hệ số tỷ lệ Kw = Uw/w Uw = 10V
tfw là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
Chọn tfw = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:
b.Phản hồi dòng:
Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình vẽ
Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện trở Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện áp vi sai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạo ra đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.
Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.
điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V
=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1kW => R2=133kW
CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máyhoặc từ thông stator không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi RS = 0 thì:
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rotor không đổi: . Ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng mạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:
Nếu giữ được biên độ vector từ thông thì =0 và và ta có phương trình cân bằng mạc rotor:
trong đó:
Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương 2 vế của từng phương trình và cộng hai phương trình với nhau, đồng thời để ý rằng:
Ta có thể rút ra biểu thức cuối cùng:
Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotor luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.
Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng giá trị từ thông định mức, như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của động cơ KĐB.
* Trong thiết kế môn học này chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua từ thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng chính lưu Id và tần số trượt f2.
- Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng điện stato I1 và tần số trượt f2 sao cho từ thông của máy điện được giữ không đổi.
Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I1 (f2).
- Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển:
* Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển tốc độ Rw là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng Id.
* Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ:
Trongđó fm: tần số quay wr f2: tần số trượt
Tín hiệu tỉ lệ với dòng điện lấy ra từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ Rw được đưa qua khâu đạo hàm phi tuyến
Ta có quan hệ:
trong đó
- Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện Ri và tốc độ Rw ta giả thiết rằng:
Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ được đề cập đến ở chương 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Ri và bộ điều chỉnh tốc độ Rw theo kênh 1.
Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lập được sơ đồ cấu trúc của hệ thống:
II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
Irđ
Ud
Uđk
CL+ĐK
Ri
Ld
Rd
2L1t
2R1
2L2t
2R2/ S0
Id
Iđo
- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R1, người ta dùng sơ đồ đơn giản sau:
Trong đó Ld, Rd: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc
L1t, R1: điện cảm tản, điện trở 1 pha stato
L2t, R2: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về stato
s: hệ số trượt
* Ta có hàm truyền đạt bộ chính lưu
Ud: điện áp đầu ra CL
Udk: điện ạp điều khiển chính lưu
KCL, TCL: hệ số điều khiển và hằng số t
- Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phần điện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng ta bỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán.
Ta được:
Ta có: trong đó
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện.
Uud
Uuđk
Uir
Uiđ +
-
Uiđo
Uid
Kđo
III. Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.
* Mômen điện từ ở chế độ tĩnh có dạng
ws: tốc độ truyền của động cơ
Tr: hằng số thời gian mạch roto
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ
IS2
+
-
MC
IS
-Uw
Uiđ
Id
wS
Uwđ
Ri
Rw
FM
X
X
Kdo
Trong đó:
- Khâu phi tuyến Id(f2) hay Id(ws) có thể được tuyến tính hoá thành khâu khuếch đại đơn giản
- Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức)
tại (Mđm, wsđm, I1đm) ta có
* Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi đã tuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ)
-
-
+
-
+
+
DIS
Id
MC
DwS
Uwđt
w
Kdo
RI
Rw
B
Fi
A
IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá.
1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều)
2. Máy phát tốc.
3. Khâu khuếch đại tuyến tính Fi
Isdm: dòng điện định mức Idđm = 117 A (khi Is = đm = 91A)
4. Khâu chỉnh lưu
trong đó
5. Tính các hệ số A, B.
- Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có:
6. Tính T quy đổi hệ thống.
V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
Ta có sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Rr:
Uud
Uuđk
Uir
Uid
-
Ri
Với
=> Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh:
* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu với hàm truyền:
=> Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện Ri là khâu tỉ lệ tích phân (PI):
Vậy hàm truyền
=> Hàm truyền của mạch vòng dòng điện:
*kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dòng Ri bằng Matlab-Simulink:
Đặc tính quá độ của dòng điện:
VI. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
Ở trên, ta dùng tiêu chuẩn môdun tối ưu để tổng hợp mạch vòng dòng điện:
- Khi tiến hành tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta coi gần đúng hàm truyền hệ kín mạch vòng điều chỉnh tốc độ là khâu quán tính bậc nhất.
trong đó
Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện.
+
+
+
-
Uđw
Uw
Wi(p)
MC
w
Rw
KF
A
B
Khi bỏ qua MC ta có sơ đồ tương đương sau:
w
Uw
Uđw
Wi(p).C.KF+A
-
* Hàm truyền của đối tượng cần điều khiển:
* Áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu đối xứng với hàm truyền:
Ta thấy nhỏ => có thể bỏ qua
=>
với là hằng số thời gian bé.
Chọn
Ta thấy hàm truyền Rw(p) có dạng một khâu trễ nối tiếp với một khâu PI.
Ta có:
Ta thấy thời gian trễ nhỏ có thể bỏ qua.
Để giảm độ quá điều chỉnh
=> Dùng thêm một khâu lọc có hàm truyền
*Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh tốc độ Rw bằng Matlab-Simulink
Đồ thị quá độ của tốc độ trước và sau khi có bộ lọc
Đặc tính quá độ của mômen động cơ với tảI định mức và không định mức
CHƯƠNG 5: MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ khối mạch điều khiển:
A. Mạch điều khiển chính lưu
* Mạch điều khiển được sử dụng để dóng mở các thyristor đúng theo góc mở a yêu cầu, tạo dòng điện và điện áp ra tải đúng với mục đích điều khiển. Mạch điều khiển quyết định độ tin cậy, chất lượng của toàn bộ biến đổi. Với yêu cầu điều khiển hệ chính lưu cần 3 pha thyristor, yêu cầu phải có 2 thyristor cùng dẫn trong 1 thời điểm. Điều kiện mở là:
- Xung điện áp dùng đường đưa vào cực phải đủ lớn về biên độ và độ rộng.
- Có điện áp dương đặt lên thyristor từ A->K.
Để thay đổi điện áp, dòng điện => phải thay đổi góc mở a nghĩa là thay đổi thời điểm phát xung hay góc a. Ta áp dụng phương pháp điều khiển số
1. Sơ đồ mạch điều khiển (một kênh).
- Điện áp các pha A, B, C được đưa qua bộ đồng bộ với lưới được 6 tín hiệu đồng bộ +A, +B, +C, và -A, -B, -C tạo ra các xung tương ứng với góc mở a=0 của 6 thyristor.
- Mỗi xung ra từ bộ đồng bộ với lưới được đặt vào trigơ RS để tạo ra tín hiệu đồng pha (C).
- Đưa xung vuông vào bộ đếm cho phép bộ đếm hoạt động trong khi xung cao tần liên tục được cấp vào chân CLK của bộ đếm.
Vi mạch đếm sẽ thực hiện đúng 16 xung và đưa ra 1 xung vuông (F). Xung này xác định thời điểm mở thyristor. Vậy khoảng thời gian đếm 16 xung chính là góc mở a.
- Tần số bộ phát xung có thể thay đổi do đó thời gian đếm 16 xung có thể thay đổi hay có thể thay đổi góc mở a.
- Thời gian đếm 16 xung:
- Ta thấy trong khoảng nếu tần số fx càng lớn và số bit bộ đếm càng lớn thì độ chính xác càng cao nhưng tuy nhiên nó bị hạn chế bởi mặt công nghệ và giá trị kinh tế. Vì vậy ở đây chọn bộ đếm môdun 16.
- Khi tần số tăng thì thời gian đếm hết 16 giảm do đó a bé và ngược lại. Khi góc a biến thiên từ 0-180 với tần số ??? f=50Hz => thời gian t tương ứng từ 0->0,01s
chọn fmin=2Hz.
- Khi tần số f càng cao thì a càng nhỏ => chọn khi góc a nhỏ nhất amin:
- Sau khi đếm song 16 đầu ra của bộ đếm cho một xung vuông (F). Khi có xung vuông F => D đạt mức logic 1 cho đến khi xung từ ???(khoá) đồng pha thay đổi mức logic và nó được đưa về khoá không cho bộ đếm hoạt động.
- Xung ra từ (D) được đưa tới cổng AMD cùng với xung tần số cao được phát ra từ mạch tự dao động 555 để tạo ra xung (E) đưa đến biến áp xung để tạo xung điều khiển mở thyristor tại thời điểm (góc a) đã định.
Sơ đồ điều khiển một kênh và biểu đồ dạng xung được trình bày như hình vẽ
SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH CHỈNH LƯ
B. Mạch điều khiển nghịch lưu
- Chức năng của mạch điều khiển là tạo ra những xung có biên độ, độ rộng và thời điểm thích hợp để điều khiển mở các Tiristor của mạch động lực sao cho các Tirisitor của bộ nghịc lưu dòng 3 pha được đóng mở thứ tự từ T1-T6 lẹch nhau p/3.
Sơ đồ khối chức năng.
FX: Bộ phát chủ đạo, phát xung có tần số thích hợp với yêu cầu của tần số bộ biến tần.
FFX: Phân phối xung từ FX đến các Tiristor.
TX: Trộn giữa xung của FFX với xung của DĐ để tạo xung chùm.
DĐ: Bộ tạo xung dao động có tần số không đổi.
KĐ: Khuyếch đại xung có biên độ thích hợp để mở Tiristor.
2. Yêu cầu đối với mạch điều khiển.
a. Bộ FX: Tự động phát ra xung có tần số thay đổi được.
Chu kỳ dòng điện ra của bộ biến tần nguồn dòng:
f: tần số ra của BBT 3 pha.
Chu kỳ bộ FX:
b. Bộ DĐ: Phát ra xung có tần số không đổi cung cấp cho TX.
Thay đổi R trong mạch sẽ được tần số ra thay đổi.
c. Bộ FFX:
- Nhận 6 xung từ FX (trong 1 chu kỳ) để phân phối đi mở 6 Tiristor theo thứ tự T1, T2, T3, T4, T5, T6 cách nhau lần lượt để bảo đảm góc dẫn của mỗi Tiristor là 120o hay trong một thời điểm chỉ có 2 Tiristor cùng dẫn.
- Để thực hiện được yêu cầu trên, ta thấy: Bộ FFX là sử dụng thanh ghi dịch 6 bit. Thời gian để 1 bit của thanh ghi trở về trạng thái ban đầu phải bằng chu kỳ của
dòng điện ra. Thực hiện mạch này bằng 3 D-FF được mắc như hình vẽ.
CLK
Q1
Q2
Q3
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
2
1
1
0
0
0
1
3
1
1
1
0
0
0
4
0
1
1
1
0
0
5
0
0
1
1
1
0
6
0
0
0
1
1
1
Để tạo ra xung phát lần lượt vào T1, T2, T3, T4, T5, T6 cách nhau p/3 hay góc dẫn của mã Tiristor là 120o
=> Tạo ra 3 xung A, B, C lệch nhau 120o. Dịch các xung này đi 60o ta được các xung A’, B’, C’ tương ứng. Để tạo được xung phát T1, T2, T3, T4, T5, T6 ta chỉ việc đưa các xung ban đầu và các xung đã dịch đi 60 của nó vào mạch AND => Thoả mãn dạng xung cần có.
Từ nhận xét trên và qua bảng trạng thái ngõ ra của thanh ghi dịch 6 bit ta thấy:
- Các tín hiệu A, B, C lần lượt được lấy từ các đầu ra Q1, Q3 và .
- Các tín hiệu A’, B’, C’ lần lượt được lấy ra từ các đầu ra Q2, và
- Xung phát T1=Q1 AND Q2
T2=Q2 AND Q3
T3=Q3 AND
T4= AND
T5= AND
T6= AND Q1
- Bộ FFX ngoài nhiệm vụ phát xung tuần tự đến các Tiristor như trên còn có nhiệm vụ phân phối xung trong các chế độ tương ứng của động cơ đó là: Động cơ quay thuận, động cơ quay ngược, chế độ hãm tái sinh.
- Giả sử giản đồ phát xung đã trình bày ở trên là dùng để phát cho BBĐ cung cấp dòng cho Động cơ làm việc ở chế độ chạy thuận. Để động cơ quay ngược ta chỉ cần đổi thứ tự phát xung vào các Tiristor bằng cách đổi pha B cho pha C. Việc này được thực hiện dễ dàng bằng MUX 74157 được trình bày như trên hình vẽ.
- Để hãm tái sinh năng lượng, phải ??? (trang 28) chậm các Tiristor của bộ nghịch lưu do đó làm giảm tần số của bộ nghịch lưu sao cho động cơ quay quá tốc độ đồng bộ và trở thành máy phát. Trong chế độ hãm tái sinh ta chỉ cần đảo các xung A’, B’, C’. Việc này cũng được thực hiện bằng vi mạch ??? kênh MUX 74157 được trình bày như hình vẽ.
d. Bộ trộn xung.
Xung từ bộ FFX được trộn với xung đến từ bộ dao động bằng mạch AND để đi tới bộ KĐX.
e. Bộ KĐX:
- Bộ KĐX làm nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiển có biên độ, độ rộng thích hợp cho việc điều khiển mở Tiristor.
- Mạch KĐX được thực hiện bằng BAX.
C. Các mạch bảo vệ:
1. Mạch hạn chế dòng:
Trong thực tế, hệ thống thường mất ổn định do dòng điện vượt quá giới hạn cho phép. Nguyên nhân của hiện tượng này là do nhiễu loạn động của hệ thống gây ra. Đây là nhiễu loạn không khắc phục được. Để hạn chế nhiễu loại này ta dùng khâu hạn chế lượng đặt đầu vào của mạch vòng dòng điện không vưọt quá giới hạn.
Khi U1>0, nếu U1>U+ thì D+ mở, U2=U+
Khi U1<0, nếu thì D- mở, U2=U-
2. Mạch hạn chế gia tốc và giảm tốc:
Trong các hệ truyền động điện dùng bộ biến đổi điện tử công suất, do độ tác động nhanh của bộ biến đổi nên cần hạn chế tốc độ tăng lượng đặt đầu vào của m