ĐÁNH GIÁ Điểm từng tiêu chí và điểm cuối cùng làm tròn đến 0,5 điểm Điểm tối đa Điểm đánh giá Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi công suất,
Tổng quan về hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều
Giới thiệu về Tiristor
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anot, Katot và cực điều khiển G (hình vẽ)
Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor
1.1.1 Nguyên lí làm việc của Tiristor:
Khi tiristor được đặt dưới điện áp một chiều với anôt ở cực dương và katôt ở cực âm, các junc J1 và J3 phân cực thuận trong khi J2 phân cực ngược Điều này dẫn đến hầu hết điện áp nguồn được đặt lên mặt ghép J2, tạo ra điện trường nội tại E1 có chiều từ N1 đến P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, khiến vùng chuyển tiếp mở rộng và không có dòng điện chảy qua tiristor, mặc dù nó đang được đặt dưới điện áp thuận.
Giới thiệu về động cơ một chiều
Động cơ điện 1 chiều DC được viết tắt của cụm từ “Direct Current Motors” là một loại động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng xác định
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động
1.2.1.1 Phần tĩnh Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ
Bao gồm những bộ phận chính sau: lõi sắt, dây quấn phần ứng, cổ góp
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta có phương trình đặc tính cơ: 𝜔 = 𝑈 𝑢
Từ phương trình đặc tính cơ, có ba thông số chính ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ, bao gồm từ thông động cơ (), điện áp phần ứng (Uư) và điện trở phần ứng.
1.2.2.1 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư 0 và chuyển sang chế độ hãm ngược khi sđđ E đổi chiều.
Bộ biến đổi hoạt động ở chế độ nghịch lưu, chuyển đổi cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện Động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong tính toán hệ T - Đ, việc xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn là rất quan trọng, vì đây là đường phân cách giữa dòng điện liên tục và gián đoạn Trạng thái biên liên tục xảy ra khi góc dẫn bằng /p và góc chuyển mạch Đường biên liên tục gần giống với hình elip, và để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, cần tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên, việc tăng số pha sẽ làm cho sơ đồ trở nên phức tạp hơn.
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-Đ 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
Mỗi loại sơ đồ truyền động đều có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại tải Chúng tôi chọn sơ đồ “Bộ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung” vì nó thích hợp cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều một cách êm ái hơn Sơ đồ này cho phép động cơ không chỉ đảo chiều mà còn có khả năng hãm tái sinh.
1.4.2 Phương pháp điều khiển chung
Sơ đồ bao gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 được đấu song song ngược lại với nhau, cùng với các cuộn kháng cân bằng Lc Mỗi bộ biến đổi có khả năng hoạt động ở cả chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu.
1.4.2.1 Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α 1 + α 2 = π
Cả hai mạch chỉnh lưu được điều khiển bằng xung, nhưng hoạt động ở hai chế độ khác nhau: một mạch ở chế độ chỉnh lưu để xác định chiều điện áp một chiều ra tải, trong khi mạch kia ở chế độ nghịch lưu Do cả hai mạch cùng cung cấp điện cho một tải, giá trị trung bình của chúng cần phải bằng nhau.
Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0.cosα1 ; Ud2 = Ud0.cosα2
Vậy: Ud0.cosα1 = Ud0.cosα2
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 = 180 0
Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-10)
Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1 = 0 →
90 0 , Ud1 > 0, bấy giờ α2 > 90 0 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu , Ud2 < 0
Cả hai điện áp Ud1 và Ud2 đều đặt 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 = α2 = 90 0 , 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 2-10) α1 = 30 0 , α2 = 180 0 - α1 = 150 0 , Ud1 = √3
G1 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, trong khi G2 được chuẩn bị cho chế độ nghịch lưu Để giảm tốc độ động cơ, ta điều chỉnh uc = uc2 với các góc mở α1 = 60 độ và α2 = 180 độ - α1 = 120 độ, với U’d1 = 1.
Trong giai đoạn này, do quán tính, sức điện động E của động cơ vẫn giữ nguyên giá trị như trước, dẫn đến E > U’d1 và làm cho bộ biến đổi G1 bị khóa lại.
Bộ biến đổi G2 hoạt động ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc khi E > |U 'd2|, cho phép trả năng lượng tích lũy trong động cơ về nguồn điện xoay chiều Dòng điện phần ứng α2, α1 và α10 cũng được điều chỉnh theo chế độ này.
0 uc uc uc2 uc uc
Hình 1.6 Sơ đồ phối hợp tuyến tính của 𝛼 1 và 𝛼 2
9 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 < 90° và α2 > 90° sẽ khiến bộ chỉnh lưu G1 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, trong khi bộ biến đổi G2 hoạt động ở chế độ nghịch lưu Kết quả của quá trình này là động cơ sẽ quay theo chiều thuận ωT.
Hình 1.7 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha dùng phương pháp điều khiển chung
Khi uc < 0, α1 sẽ lớn hơn 90 độ và α2 sẽ nhỏ hơn 90 độ, dẫn đến bộ chỉnh lưu G1 hoạt động ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trong khi bộ biến đổi G2 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu Kết quả là động cơ sẽ quay theo chiều ngược ωN.
10 Đặc điểm của chế độ đảo dòng đang xét là có một dòng điện lúc thì chảy từ G1 vào
G2, lúc thì chảy từ G2 vào G1 mà không qua mạch tải Người ta gọi dòng điện này là “ dòng điện tuần hoàn ”
Dòng điện tuần hoàn gây ra áp lực lớn cho máy biến áp và các thyristor Để hạn chế hiện tượng này, người ta sử dụng bốn điện cảm Lc, như minh họa trong hình 2-12 Mặc dù phương pháp này làm tăng công suất và chi phí của hệ thống, nhưng nó cũng cho phép điều chỉnh nhanh chóng và tối đa.
Xác định dòng điện tuần hoàn i cc
Hình 1.8 Sơ đồ dạng sóng biểu diễn quan hệ giữa α 1 và α 2
Trong trường hợp α1 = 30° và α2 = 180° - α1 = 150°, như hình 2-13, trong khoảng θ1 đến θ3, có sự xuất hiện của T1 và T6’, T2 và T5’ dẫn dòng Tuy nhiên, anôt T5’ và catôt T2 có cùng một điện thế, dẫn đến việc không có dòng chảy từ T5’ sang T2 Chỉ có dòng tuần hoàn chảy từ G1 vào G2.
T1 và T6’ Điện áp tuần hoàn trong khoảng này là : ucc12 = u2a –u2b = √6U2 sin(θ + π/6)
Nếu chuyển toạ độ từ O sang O2 , ta có : ucc12 = - √6U2 sinθ = 2.Xc
2𝑋 𝑐 cosθ + C Khi θ = α1 , icc12 = 0 , ta có :
Khi xem xét các khoảng khác, chúng ta có thể kết luận rằng dòng điện icc12 chảy từ G1 vào G2, và ba xung dòng điện tuần hoàn icc12 chảy từ G2 vào G1 Giá trị trung bình của dòng điện tuần hoàn được xác định như sau:
Hình 1.9 Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU
Thiết kế mạch điều khiển
3 Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển PID
3.1 Tính chọn thiết bị đo dòng điện, điện áp và tốc độ
3.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
3.3 Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm Matlab/ Simulink3
Ngày giao đề tài: 06/03/2023 Ngày hoàn thành: 16/06/2023
Hà Nội, ngày 06 tháng 03 năm 2023
BỘ MÔN ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS Phạm Văn Hùng Ths Nguyễn Hữu Hải
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu về Tiristor
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anot, Katot và cực điều khiển G (hình vẽ)
Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor
1.1.1 Nguyên lí làm việc của Tiristor:
Khi Tiristor được đặt dưới điện áp một chiều, anôt kết nối với cực dương và katôt với cực âm, các jon J1 và J3 phân cực thuận trong khi J2 phân cực ngược Hầu hết điện áp nguồn tác động lên mặt ghép J2, tạo ra điện trường nội tại E1 hướng từ N1 đến P2 Điện trường bên ngoài tương tác cùng chiều với E1, làm cho vùng chuyển tiếp mở rộng và không có dòng điện chảy qua Tiristor, mặc dù nó đang được cấp điện áp thuận.
1.2 Giới thiệu về động cơ một chiều Động cơ điện 1 chiều DC được viết tắt của cụm từ “Direct Current Motors” là một loại động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng xác định
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động
1.2.1.1 Phần tĩnh Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ
Bao gồm những bộ phận chính sau: lõi sắt, dây quấn phần ứng, cổ góp
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta có phương trình đặc tính cơ: 𝜔 = 𝑈 𝑢
Từ phương trình đặc tính cơ, có ba thông số chính ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ: thông động cơ (), điện áp phần ứng (Uư) và điện trở phần ứng.
1.2.2.1 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư 0 và chuyển sang chế độ hãm ngược khi suất điện động E đổi chiều.
Bộ biến đổi hoạt động ở chế độ nghịch lưu, chuyển đổi cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều với tần số đồng bộ với lưới điện Động cơ sẽ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng, giúp tái sử dụng năng lượng hiệu quả.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong tính toán hệ T - Đ, việc xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn là rất quan trọng, vì nó phân cách vùng dòng điện liên tục và gián đoạn Trạng thái biên liên tục xảy ra khi góc dẫn bằng /p và góc chuyển mạch Đường biên liên tục gần giống như một đường elip, và để giảm kích thước trục nhỏ của elip, cần tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên, việc tăng số pha chỉnh lưu sẽ làm cho sơ đồ trở nên phức tạp hơn.
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-Đ 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
Xây dựng hệ điều khiển tốc độ sử dụng bộ điều khiển pid
Mô phỏng và đánh giá kết quả bằng phần mềm Matlab/ Simulink
Ngày giao đề tài: 06/03/2023 Ngày hoàn thành: 16/06/2023
Hà Nội, ngày 06 tháng 03 năm 2023
BỘ MÔN ĐK & TỰ ĐỘNG HÓA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS Phạm Văn Hùng Ths Nguyễn Hữu Hải
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu về Tiristor
Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anot, Katot và cực điều khiển G (hình vẽ)
Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor
1.1.1 Nguyên lí làm việc của Tiristor:
Khi tiristor được đặt dưới điện áp một chiều với anôt ở cực dương và katôt ở cực âm, các jon J1 và J3 sẽ được phân cực thuận, trong khi jon J2 bị phân cực ngược Hầu hết điện áp nguồn sẽ được đặt lên mặt ghép J2, dẫn đến việc điện trường nội tại E1 của J2 hướng từ N1 đến P2 Đồng thời, điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, làm cho vùng chuyển tiếp trở thành vùng cách điện rộng hơn, và không có dòng điện chảy qua tiristor mặc dù nó đang chịu điện áp thuận.
1.2 Giới thiệu về động cơ một chiều Động cơ điện 1 chiều DC được viết tắt của cụm từ “Direct Current Motors” là một loại động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng xác định
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động
1.2.1.1 Phần tĩnh Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ
Bao gồm những bộ phận chính sau: lõi sắt, dây quấn phần ứng, cổ góp
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta có phương trình đặc tính cơ: 𝜔 = 𝑈 𝑢
Ba thông số chính ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ bao gồm từ thông động cơ (), điện áp phần ứng (Uư) và điện trở phần ứng.
1.2.2.1 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư 0, trong khi động cơ sẽ chuyển sang chế độ hãm ngược khi sđđ E đổi chiều.
Bộ biến đổi hoạt động ở chế độ nghịch lưu, chuyển đổi cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện Động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong tính toán hệ T-Đ, việc xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn là rất quan trọng, vì đây là ranh giới giữa dòng điện liên tục và gián đoạn Trạng thái biên liên tục xảy ra khi góc dẫn bằng π và góc chuyển mạch Đường biên liên tục gần giống với hình elip, và để giảm kích thước của trục nhỏ elip, cần tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên, việc tăng số pha sẽ làm cho sơ đồ trở nên phức tạp hơn.
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-Đ 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