Hệ truyền động Tiristo – động cơ một chiều (T-Đ) có đảo chiều quay

1.3 Các hệ truyền động động cơ điện một chiều

1.3.3 Hệ truyền động Tiristo – động cơ một chiều (T-Đ) có đảo chiều quay

Khi đảo chiều quay động cơ hệ truyền động cần giải phóng động năng tích lũy của phần cơ ở chiều đang quay. Khi tốc độ động cơ giảm về không, hệ truyền động sẽ khởi động theo chiều ngược lại. Hệ truyền động cần qua chế độ hãm và nó chuyển trạng thái qua 3 góc phần tư.

Đối với hệ T-Đ cũng như hệ F-Đ cần thực hiện hãm tái sinh ở vùng tốc độ cao và chuyển sang hãm ngược ở tốc độ thấp. Do chỉnh lưu tiristo chỉ dẫn dòng theo một chiều và nó chỉ điều khiển được khi mở, còn khóa phụ thuộc vào điện lưới, nên hệ T-Đ khó đảo chiều và phức tạp hơn hệ F-Đ.

Hệ T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển chung Tư tưởng thiết kế: cố gắng đưa hệ T-Đ đảo chiều tương tự hệ F-Đ.

Sơ đồ đấu song song ngược có cuộn kháng cân bằng:

Hình 1.13: Sơ đồ hệ T-Đ đảo chiều đấu song song ngược có cuộn kháng cân bằng Để có đặc tính như hệ máy phát động cơ, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển chung tức là 2 bộ biến đổi được phát xung cùng một lúc, nhưng với α 1 + α2 = 1800dẫn đến

1 2

d d

E  E => Ed1 và Ed2 bằng nhau về giá trị, ngược nhau về dấu => 1 bộ chỉnh lưu, bộ còn lại sẵn sàng làm việc ở chế độ nghịch lưu.

27

Giả sử bộ B1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn B2 làm việc ở nghịch lưu. Nếu Ed1 > E thì |𝐸𝑑2|>E tức là chỉ có dòng Id1 còn Id2 không có., truyền động làm việc ở chế độ động cơ.

Khi giảm tốc tức là giảm Ed1<E thì |𝐸𝑑2|<E, dòng Id1 không có và Id2 chạy từ phần ứng động cơ sang bộ B2, truyền động làm việc ở chế độ hãm tái sinh.

Khi đảo chiều từ thuận sang ngược và ngược lại thì quá trình tương tự hệ F-Đ.

Hình 1.14: Các chế độ làm việc của các bộ biến đổi

Để đảm bảo hệ tránh bị lật nghịch lưu, ta sẽ giới hạn góc điều khiển ở đầu nút nghịch lưu.

Dòng điện vòng và cuộn kháng cân bằng

Thực thế điện áp chỉnh lưu tức thời Ed1(t) ≠ -Ed2(t) nên sẽ tồn tại điện áp cân bằng ∆Ucb. Giá trị này thay đổi theo góc điều khiển α, khi đó sẽ phát sinh dòng điện vòng chạy khép kín qua hai bộ biến đổi, đây là nhược điểm lớn nhất của hệ này. Để hạn chế dòng vòng bắt buộc hệ phải dùng 2 cuộn kháng cân bằng quấn ngược cực tính với nhau.

B1 CL1 B2

NL2

B2 CL2

B1 NL1

M W

’’

28

Nếu Ed1( )t  Ed2( )t và Ed1( )t  Uck Ed2( )t  Uck thì dòng cân bằng sẽ triệt tiêu, tuy nhiên không phải với góc điều khiển nào cũng thực hiện được.

Nếu thực hiện đảo chiều với tốc độ biến thiên lớn, thì xuất hiện dòng vòng động:

0( 2 )

m

vd sd

dc cb

I k U

L L

 



Ksd phụ thuộc vào sơ đồ

Lđc là dòng điện cảm mạch đảo chiều Lcb điện kháng cân bằng

Ivđ lớn từ 5÷15 lần dòng vòng tĩnh.

Nhận xét:

+) Ưu điểm: đảo chiều êm, tác động và chuyển trạng thái nhanh, làm việc an toàn, tin cậy, thường được ứng dụng vào hệ có tần số đảo chiều lớn

+) Nhược điểm: kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư lớn và hiệu suất truyền động không cao.

29

Hệ T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển riêng

Hình 1.15: Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng Mạch gồm hai bộ biến đổi riêng rẽ nhau là BĐ1 và BĐ2.Khi điều khiển riêng hai bộ, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian.Trong khoảng thời gian 0t1 ,bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, góc 1<

2

 còn BĐ2 khoá. Tại t1 phát lệnh đảo chiều iLđ, góc điều khiển 1 tăng đột

biến đến lớn hơn

2

, dòng phần giảm dần về 0 lúc này cắt xung điều khiển để khoá

BĐ1, thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện không SI1. Trong khoảng thời gian trễ =t3-t2, BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t3 sđđ động

30

cơ E vẫn còn dương, tín hiệu logic b2 kích cho FX2mở BĐ2với góc 2>

2

 , và sao cho

dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ được hãm tái sinh, nếu nhịp điệu giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống. Trên sơ đồ của khối logic LOG thì iLđ , iL1 , iL2 là các tín hiệu logic đầu vào còn b1,b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển:

iLđ =1 – phát xung điều khiển mở BĐ1. iLđ =0 - phát xung điều khiển mở BĐ2.

i1L(i2L) =1 – có dòng điện chảy qua BĐ1(BĐ2).

b1(b2) = 1 – khoá bộ phát xung FX1(FX2).

Phân tích quá trình đảo chiều: giả sử hệ đang làm việc ở chiều thuận với B1, khi có lệnh đảo chiều sang ngược. Tín hiệu điều khiển Uđk giảm và đổi dấu từ dương sang âm làm góc điều khiển tăng đến α>𝜋

2, Ed1 giảm và đổi dấu => dòng điện giảm về không, cắt phát xung B1. Khi đảm bảo Uđk ở đầu mút nghịch lưu đóng phá xung bộ B2, hệ sẽ hãm tái sinh. Quá trình đảo chiều cần được tuân theo quy trình logic chặt chẽ, tránh 2 bộ đều có xung mở, gây ngắn mạch.

Logic điều khiển:

L1 lệnh đảo chiều (1: chiều thuận, 0: chiều ngược) L2 trạng thái dòng điện (1: Id ≠ 0, 0: Id = 0)

L3 trạng thái bộ biến đổi (1: chỉnh lưu, 0: nghịch lưu)

Biến đầu ra tùy thuộc vào sơ đồ điều khiển, cơ bản có 2 biến:

K1 đóng cắt phát xung B1 (1: đóng, 0: mở) K2 đóng cắt phát xung B2 (1: đóng, 0: mở)

31 Diễn biến quá trình đảo chiều:

Quá trình đảo chiều từ thuận sang ngược, hệ sẽ chuyển trạng thái qua 3 góc phần tư xảy ra 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: góc phần tư I, quá trình giảm điện áp chỉnh lưu, dòng điện giảm về không và khóa bộ B1.

Giai đoạn 2: thời gian chết T0, động cơ quay tự do, là để kiểm tra an toàn đã khóa chắc chắn B1 bởi vì hệ thống đang nằm ở vùng dòng gián đoạn nên khi logic báo Id=0 chưa chắc B1 đã khóa hoàn toàn. T0=20/m (ms)

Giai đoạn 3: hãm tái sinh bộ B2 mở ở chế độ nghịch lưu Pđ = E.I > 0 phát năng lượng, Pb=Ed.id < 0 thu năng lượng ở giai đoạn này cần điều khiển Ed sao cho cho có tốc độ suy giảm phù hợp với quán tính động cơ nhằm giữ dòng điện hãm không vượt quá giới hạn cho phép.

Giai đoạn 4: hãm ngược, ở vùng tốc độ thấp E nhỏ, B2 phải chuyển sang chế độ chỉnh lưu với giá trị Ed vừa đủ để hãm tốc độ động cơ về không và khởi động theo chiều ngược

Giai đoạn 5: khởi động theo chiều ngược.

32

Hình 1.16: Diễn biến quá trình đảo chiều Nhận xét:

+) Ưu điểm: hệ T-D đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi điều khiển riêng có ưu điểm nổi bật là mạch lực đơn giản, kích thước gọn, đầu tư thấp. Tuy vậy, quá trình đảo chiều cần có logic chặt chẽ, thời gian đảo chiều kéo dài do tồn tại thời gian chết T0 và đảo chiều không êm, luôn phải giám sát tín hiệu điều khiển Udk đẩm bảo thay đổi theo đúng trạng thái và giá trị yêu cầu

+) Nhược điểm: phần điều khiển phức tạp, mạch điều khiển số hoặc tương tự kết hợp với logic có thể giải quyết được, đảm bảo hệ làm việc an toàn và tin cậy.

33