Đồ án Thiết kế và lắp ráp bộ chỉnh lưu cho động cơ một chiều

Chương II : ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Đ 2.1. Phương pháp chỉnh lưu . 2.1.1.Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng tải R_L tổng quát . 2.1.1.1.Sơ đồ nguyên lý. 2.1.1.2.Nguyên lý làm việc . - Nửa chu kỳ đầu t = 0 ¸ P thì T1, T2 thoả mãn điều kiện cần để dẫn dòng điện .Tại thời điểm t = t1 đưa xung nên cực điều khiển để mở T1,T2®T1,T2 dẫn khi đó điện áp tải Ud = U2 ,đến thời điểm t =P thì U2 đổi dấu nhưng do tải trở cảm nên điện cảm tiếp tục cấp dòng duy trì theo chiều cũ nên T1,T2 vẫn dẫn cho đến thời điểm t = t2 khi đưa xung nên cực điều khiển mở T3,T4 ,khi đó T1,T2 bị khoá cưỡng bức còn T3, T4 sẽ dẫn dòng. Và T3,T4 dẫn cho đến khi đưa xung nên cực điều khiển mở T1,T2 và điện áp trên tải Ud = U2 . - Đồ thị dạng điện áp tải như hình vẽ . - Vì tải trở cảm nên dòng điện tải Id được san phẳng . - Dạng dòng điện i1,i2 có dạng hình sin chữ nhật như hình vẽ . - UngT1 có dạng như hình vẽ . - Các công thức tính toán : 2.1.2.Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng . 2.1.2.1.Sơ đồ mắc catốt chung . 2.1.2.1.1.Sơ đồ nguyên lý . 2.1.2.1.2.Nguyên lý làm việc . Sơ đồ các van Thyristor mắc theo kiểu catốt chung chúng được mở ở các thời điểm góc mở a của nó. Các van điốt chúng luôn mở tự nhiên theo điện áp nguồn . - Tại thời điểm t = t1 cho xung điều khiển vào mở T1. Trong khoảng thời gian từ t1 đến p, Thyristor T1 và điốt D2 mở cho dòng chảy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu,điốt D1 mở ngay ,T1 tự nhiên bị khoá lại,dòng id = Id chuyển từ T1 sang D1 . - Từ thời điểm t = p¸(p+a ) thì có điốt D1 và T1 cùng dẫn cho dòng chảy qua nên Ud = 0 . - Tại thời điểm t = t2 = (p+a) thì cho xung điều khiển mở T2 . Dòng tải id = Id chảy qua điốt D1 và Thyristor T2. Điốt D2 bị khoá lại . - Trong sơ đồ này ,góc dẫn dòng của Thyristor và điốt là không bằng nhau . Góc dẫn dòng của điốt là l D = (0 ¸ p ) , còn góc dẫn dòng của Thyristor là l T = (a ¸ p +a) . Như vậy ở sơ đồ này có hai đoạn dẫn của của hai nhóm van T1,D1 và T2,D2 do đó ở những đoạn này tải bị ngắn mạch nên Ud = 0. Như vậy dòng id vẫn liên tục, song dòng i2 lại đứt đoạn do dòng id chảy qua hai van điốt thẳng hàng mà không về nguôn. Điều này sẽ có lợi về năng lượng vì năng lượng không bị trả về nguôn mà giữ lại trong tải . - Trị trung bình điện áp tải : - Trị trung bình dòng điện tải: Id = . - Trị trung bình dòng điện qua Thyristor là: I T = . 2.1.2.2.Sơ đồ thyristor mắc thẳng hàng . 2.1.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý . 2.1.2.2.1.Nguyên lý làm việc . Trong sơ đồ này các điôt D1 ,D2 vẫn mở tự nhiên ở nửa đầu các chu kỳ: D1 mở khi U2 âm; D2 mở khi U2 dương. Các Thyristor mở theo góc mở a.Tuy nhiên các van khoá theo nhóm :D1 dẫn sẽ làm T1 khoá,T1 dẫn thì D1 bị khoá . Tương tự D2 dẫn thì T2 khoá và ngược lại,T2 dẫn thì D2 khoá . - Tại thời điểm t =t1 cho xung điều khiển mở Thyristor T1. Trong khoảng thời gian từ t1 ¸ p , Thyristor T1và điốt D2 cho dòng chảy qua. Khi U2 bắt đầu đổi dấu, điốt D1 mở ngay làm cho Thyristor T1 tự nhiên bị khoá lại, dòng id = Id chuyển từ T1 sang D1. Điốt D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua,Ud = 0 . - Trong khoảng p ¸ (p+a) thì điốt D1,D2 dẫn . - Tại thời điểm t = t2 = (p + a) cho xung điều khiển mở T2. Dòng tải id = Id chảy qua điốt D1 và T2. Điốt D2 bị khoá lại. Như vậy từ thời điểm t = (p+a) ¸ 2p thì T2 ,D1 cùng dẫn, T1 dẫn làm D2 khoá Ud = - U2 . - Trong sơ đồ này ta thấy góc dẫn dòng của Thyristor và của điốt không bằng nhau. Góc dẫn của điốt là lD = (p + a) , còn góc dẫn của Thyristor là lT = (p - a) . Trong khoảng thời gian t = p ¸ (p+a) thì chỉ có điốt D1,D2 dẫn dòng, tải bị ngắn mạch nên ở các đoạn này điện áp tải Ud = 0 . - Dạng điện áp Ud như hình vẽ ,đồ thị dẫn của van cho thấy chúng dẫn không bằng nhau : + Thyristor dẫn trong khoảng (p - a) . + Điốt dẫn trong khoảng (p + a) . - Trị trung bình điện áp tải : - Trị trung bình của dòng điện tải : Id = - Trị trung bình dòng điện qua van là : IT = Id dq = Id ; ID = Id dq = Id ; Đ 2.2. Phương pháp xung áp . 2.2.1.Định nghĩa bộ điều chỉnh xung áp một chiều . Bộ điều chỉnh xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều cố định thành các mức điện áp một chiều khác nhau cấp ra phụ tải. Tuỳ theo nhịp độ đóng - cắt mà có thể điều chỉnh công xuất nguồn cấp ra phụ tải. Bộ điều chỉnh xung áp còn gọi là bộ biến đổi một chiều - một chiều hay bộ băm điện áp một chiều. 2.2.2.Bộ điều chỉnh xung áp một chiều . 2.2.2.1.Sơ đồ nguyên lý . 2.2.2.2.Nguyên lý làm việc . - Khi bộ khoá đóng thì tải được cấp nguồn, khi bộ khoá cắt thì tải bị ngắt khỏi nguồn. Nếu thời gian đóng là tt ,thời gian cắt là tK thì chu kỳ đóng cắt là : T = tt + tK . - Điện áp, cấp cho phụ tải sẽ không liên tục mà có dạng một chuỗi xung điện áp chữ nhật . - Giá trị trung bình của điện áp cấp cho phụ tải sẽ là : Nếu đặt d = , gọi là hệ số lấp đầy xung thì : Ud = dUng . Từ đó ta có thể điều chỉnh được điện áp cấp ra tải bằng 3 phương pháp : + Thay đổi tt, trong khi giữ nguyên T (phương pháp điều chỉnh độ rộng xung): tt tăng thì Ut tăng . Khi tt =T thì Ut = Ung . + Thay đổi T trong khi giữ nguyên tt hay thay đổi tK còn giữ nguyên tt (phương pháp điều chỉnh tần số xuất hiện xung áp): T tăng thì Ut giảm . + Thay đổi cả tt và T (phương pháp điều chỉnh thời gian xung) do đó d thay đổi : d tăng thì Ut tăng . 2.2.3.Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều nối tiếp . 2.2.3.1.Sơ đồ nguyên lý. 2.2.3.2.Nguyên lý hoạt động . Nguồn cấp đặt một điện áp U gần như không đổi lên tải. Bộ khoá điên tử một hướng . - Khi có xung mở vào cực ON thì sẽ cho dòng iu qua tải trong thời gian tt . - Khi có xung khoá vào cực OFF sẽ cắt mạch và iu = 0 . - Do tải cảm kháng nên lúc này dòng điện sẽ khép kín qua điốt đệm D0 và dòng tải là liên tục . - Nếu chu kỳ băm xung T đủ ngắn thì dòng điện phụ tải ít thay đổi . - Điện áp U được băm có giá trị trung bình là : Utb = dU . - Với d là hệ số lấp đầy . Tà còn gọi bộ điều chỉnh xung áp một chiều là bộ giảm điện áp một chiều. - Giá trị trung bình Itb của dòng điện qua tải phụ thuộc vào bản chất của phụ tải . - Nếu tải có cảm kháng lớn thì dòng trung bình Itb càng ít nhấp nhô . - Khi tải có cảm kháng nhỏ , thời gian tK lớn hoặc tải là thuần trở thì dòng điện là gián đoạn . - Khi tải có sức điện động (loại R+L+E) thì dòng điện trung bình qua tải là : - Nếu phụ tải là động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì do Utb=dU nên ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ khi sử dụng bộ điều chỉnh xung áp : Đồ thị đường đặc tính cơ là những đường thẳng song song giống hệt các đường đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ . 2.2.4.Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đảo chiều điện áp . 2.2.4.1.Sơ đồ nguyên lý . 2.2.4.2.Nguyên lý làm việc . Cả hai bộ khoá điều khiển thông – khoá đồng thời nên đầu ra của K1 qua tải sẽ là sẽ là đầu vào của K3 . Vậy : Utb > 0 khi d > Utb< 0 khi d < Utb = 0 khi d = Điện áp ra phụ tải sẽ bị đảo dấu . 2.2.5.Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đảo chiều cả điện áp và dòng điện . 2.2.5.1.Sơ đồ nguyên lý . 2.2.5.2.Nguyên lý làm việc . - Việc điều khiển thông khoá của các khoá điện tử có thể theo các phương pháp sau : + Điều khiển đối xứng: Nhóm khoá điện tử K1, K3 cùng thông trong thời gian t1 thì nhóm khoá điện tử K2, K4 không làm việc và ngược lại khi nhóm khoá điện tử K2, K4 làm việc thông trong thời gian t2, thì nhóm khoá điện tử K1, K3 khoá . + Điều khiển không đối xứng: Nhóm khoá điện tử thẳng hàng, chẳng hạn K1,K4 làm việc thông- khoá ngược pha nhau (một khoá thông, một khoá khoá) còn hai khoá còn lại thì một khoá luôn khoá (chẳng hạn K2) và một luôn thông (K3), trường hợp này điện áp ra tải không đảo cực tính. Và cuối cùng dòng và áp ra tải sẽ bị đảo dấu . KẾT LUẬN : Từ nguyên lý làm việc của hai bộ biến đổi là chỉnh lưu cầu dùng thyristor và bộ điều chỉnh xung áp một chiều ta quyết định dùng bộ chỉnh lưu cầu dùng thyristor vì nó đơn giản tin cậy điều chỉnh rễ dàng và ít tốn kém về kinh tế so với bộ điều chỉnh xung áp một chiều . Đ 2.3. Hệ truyền động chỉnh lưu-động cơ một chiều . 2.3.1.Giới thiệu chung . - Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ thông qua bộ biến đổi chỉnh lưu thyristor, điện áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức Uđm còn từ thông là định mức fđm . - Hệ thống T - Đ có khả năng điều chỉnh trơn (j ~1) với phạm vi điều chỉnh rộng (D ~ 102¸103).Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn ,không gây ồn. Nhưng có nhược điểm là trị số cosj thấp, nhất là điều chỉnh sâu. Dòng điện chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây ra tổn hao phụ trong động cơ và có thể làm xấu dạng điện áp nguồn . 2.3.2.Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều . 2.3.2.1.Sơ đồ nguyên lý . Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng điện phần ứng động cơ điện . Phương trình đặc tính cơ của hệ T- Đ là : Trong đó là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ . - Góc mở a càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mô men cản Mc nào đó, tốc độ động cơ giảm (wA > wB > wC) . 2.3.2.2.Chế độ dòng điện liên tục . Từ phương trình đặc tính cơ : + Độ cứng đặc tính cơ . + Tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào góc điều khiển a . Khi thay đổi góc điều khiển a từ ( 00 ¸ P ), sức đIện động chỉnh lưu biến thiên từ (Ed0 ¸ -Ed0) và ta được một họ đặc tính cơ song song nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ ( w,M ) do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều . + Khi tăng góc điều khiển trong vùng: 0 £ a £ P/2 ,bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ làm việc ở chế độ động cơ nếu sức điện động E còn dương và ở chế độ hãm nếu sức điện động E đổi chiều . + Khi tăng góc điều khiển từ : P/2 £ a < amax và tải có tính chất thế năng để quay ngược chiều động cơ thì cả sđđ EĐ và E đều đổi dấu. Nếu sđđ động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sđđ bộ biến đổi thì dòng điện phần ứng vẫn chảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, dưới tác dụng của sđđ động cơ mà các van Thyristor dẫn dòng trong thời gian nửa chu kỳ âm của điện áp lưới. Góc pha của dòng điện xoay chiều trở nên lớn hơn P/2, bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưuphụ thuộc , biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chièu trả về lưới điện . + Đồ thị đặc tính cơ : 2.3.2.3.Chế độ dòng điện gián đoạn . - Đặc tính cơ là các đoạn cong nét liền rất dốc sát trục tung ( hình 22). Hệ thống không thể làm việc ổn định trong ở vùng dòng điện gián đoạn . - Trong thực tế tính toán hệ T-Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn. Tập hợp các điểm ở trạng thái biên liên tục gần đúng là đường elíp có các trục chính là các trục toạ độ, là đường cong nét đứt (hình2.14) .