Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Như vậy ở đặc tính hãm ngược sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lưới. Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng vì vậy tổn thất năng lượng lớn. Vì sơ đồ nối dây củađộng co không thay đổi, nên phương trình đặc tính cơ là phương trình đặc tính biến trở. ω φφ =− +U K RR K M dm dm uf dm () . 2 Nhận xét: Khi hãm ngược ta vẫn sử dụng điện lưới do đó không thực hiện được khi sự cố mất điện. b. Đảo chiều điện áp phần ứng Hình 21. Đặc tính hãm ngược khi đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng của động cơ. Qua đồ thị đặc tính cơ (hình 21) ta có nhận xét : với kiểu hãm này với nhược điểm giống như trường hợp hãm trên nó còn có thêm nhược điểm nữa là phải thêm thiết bị cắt điện vào đúng thời điểm tốc độ động cơ bằng không (ω=0) nếu không động cơ (M đc >M c ) sẽ quay ngược lại. 3. Hãm động năng Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học các động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt. Hình 22. Sơ đồ hãm động năng kích tự độc lập a. Hãm động năng kích từ độc lập Ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điển trở hãm nhưng còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ (hình 22). Nhận xét: phương pháp hãm này có nhược điểm là mất điện lưới thì không thực hiện được quá trình hãm và động cơ quay và dừng tự do. 25 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện b. Hãm động năng kích từ kích Nó khắc phục nhược điểm trên của hãm động năng tự kích độc lập. Thật vậy hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích thích ra khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm (hình 23). Hình 23. Sơ đồ hãm động năng tự kích của động cơ một chiều kích từ độc lập. a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính hãm Theo sơ đồ nguyên lý ta có: I ư =I n +I kt I u =− E R+ R.R R+R u kt n kt n Và ω φ =− + + R RR RR K M u kt h kt h . () . 2 Nhận xét: So với phương pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc độ ban đầu và cùng mômen cản. Tuy nhiên hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng đặc biệt là hãm động năng tự kích ví không tiêu thụ năng lượng từ lưới nên phương pháp hãm này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lưới. Kết luận: Qua các bước phân tích cùng với nhận xét ở trên em chọn phương pháp hãm động năng kích từ độc lập vì nó phù hợp yêu cầu kinh tế kỹ thuật và công nghệ của máy mài. 26 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện VII. MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỘ CHỈNH LƯU Như đã biết, để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cực điều khiển và katot của van phải có một điện áp điều khiển (mà ta thường gọi là tín hiệu điều khiển). Để có hệ thống các tín hiệu điều chỉnh xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đã nêu người ta phải sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó. Mạch điện dùng để tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Điện áp điều khiển các Thiristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển được cho sẵn trong các tài liệu tra cứu về van. do đặc điểm của Thyristor là khi van đã mở thì việc còn tín hiệu nữa hay không không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển người ta thường chế tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với một độ dư trễ nhất định) để mở van với mọi loại phụ tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng giới hạn từ 200ms-600ms. Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng có thể phân làm 2 nhóm: -Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ gồm: *Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng. *Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha ngang. *Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt 2 cực gốc (tranzitor một tiếp giáp) -Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ gồm: Các hệ thống điều khiển này tương đối phức tạo và ở đây ta không xét. Với công nghệ yêu cầu của máy mài nên đồ án này chúng em sử dụng hệ thống hiều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng. Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng người ta thấy có thể phân chia các mạch điện hệ thống ra làm 3 khối chức năng khác nhau như sơ đồ hình 24. Trong đó bao gồm: Hình 24. Sơ đồ khối của bộ điều khiển -u1 :là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. -urc: điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu ra khối ĐBH-PSRC . -uđk:điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc a. 27 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện -uđkt: điện áp điều khiển tiristor là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển (cũng là đầu ra của khối tạo xung) và được truyền đến điện cực điều khiển (G) và katôt (K) của các tiristor. Nguyên lý cơ bản hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng có thể tóm tắt như sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điện áp thường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch một góc pha xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ và kí hiệu là Uđb. Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra mạch phát điện áp răng cưa ta có một hệ thống các điện áp răng cưa Urc. Điện áp răng cưa được đưa vào đầu vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu khác nữa là điện áp điều chỉnh một chiều điều chỉnh được và được đưa từ nguồn ngoài vào, 2 tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh 2 tín hiệu này tại thời điểm 2 tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tương tự-số. Do tín hiệu ra của của mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có 2 giá trị có hoặc không. Trong một số trường hợp thì xung ra từ khối so sánh được đưa đến điện cực điều chỉnh của tiristor, nhưng trong đa số trường hợp thì tín hiệu điều khiển chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển tiristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện việc khuyếch đại, thay đổi lại hình dạng của xung.v.v Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch điện gọi là mạch tao xung ta có chuỗi xung điều khiển (udkh) có đủ các thông số yêu cầu về công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung .v.v , nhưng thời điểm bắt đầu xuất hiện các xung thì hoàn toàn trùng nhau với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so sánh. Vậy thời điểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển katốt của tiristor chính cũng là thời điểm xuất hiện xung đầu vào khối so sánh, tức là khối so sánh đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển xung. Vậy giá trị điện áp điều khiển uđkh ta điều khiển được giá trị góc điều khiển. Sau đây ta sẽ xét chi tiết các phần mạch điều khiển của hệ thống điều khiển. Ta giả thiết là hệ thống điều khiển có những kênh chỉ cần xét một kênh còn lại tương tự. Với sơ đồ cầu một pha bán điều khiển chỉ có 2 tiristor, để đảm bảo cho van có thể mở tốt ta chọn t x =(50÷100μs) với thời điểm xuất hiện 2 xung này lệch nhau 100 o điện và hình dạng 2 xung ở 2 kênh này là hoàn toàn như nhau. 1.Khâu tạo điện áp răng cưa đồng pha (KĐF): 28 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện khối này có nhiệm vụ tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu .Tín hiệu đầu ra của khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa có dạng răng cưa. 2. Khâu so sánh (SS) Nhiệm vụ của khối so sánh là định thời điểm phát xung bằng cách so sánh hai tín hiệu, tín hiệu điện áp một chiều U ĐK và tín hiệu điện áp răng cưa, khi hai tín hiệu này bằng nhau thì ở đầu ra của khâu so sánh phát ra một xung điều khiển . 3. Khâu tạo xung Chức năng của klhối này là vừa tạo ra xung có đủ độ rộng, vừa phải khuếch đại cho xung có đủ độ rộng yêu cầu của đối tượng điều khiển . Để thực hiện các chức năng này ta sử dụng vi mạch TCA-780, vi mạch này thực hiện được 4 chức năng của một mạch tạo xung điều khiển : + Đồng bộ hoá . + Tạo điện áp răng cưa. + So sánh . + Phân chia xung. Vi mạch TCA-780 do hãng Simens của Đức sản xuất có các thông số cơ bản như sau : -Có thể điều chỉnh góc α từ 0 0 đến 180 0 điện. -Điện áp nuôi : U SS = 12V. -Dòng điện tiêu thụ : I S =10 mA. -Dòng điện ra : I = 50 mA. -Điện áp răng cưa : U rcmax = (U S - 2) V. -Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa : R 9 = 20 K Ω ÷ 500 K Ω -Điện áp điều khiển : U 11 = -0,5 ÷ (U S - 2) V. 29 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tụ C 10 tham gia vào khâu tạo điện áp răng cưa, nó được nạp bằng dòng điện i ở chan 10. Dòng điện i được điều chỉnh bằng R 9 .Nhà chế tạo cho biết : i = U R 8 9 = 33 9 , R với R 9 khoảng 200K Ω . U 10 = i C t 10 . với C 10 = 22 μ F . Khi t = t 0 , U 10 = U ĐK người ta nhận được một xung ra ở chân 15, Nếu U 5 >0 hoặc một xung ra ở chân 14, nếu U 5 <0 . t 0 = C 10 . U i RC U U dk10 910 8 = . Góc α = .t ω 0 = k.U Đk . Tụ điện C 12 sửa lại độ rộng xung, có thẻ chọn C 12 = 0 ÷ 330 PF để có độ rộng xung từ 30 s 220 μ s. μ ÷ Như vậy, với việc sử dụng vi mạch TCA-780 ta có được hai kênh điều khiển được lấy ra từ các chân 14 và 15 có công suất nhỏ, chưa đủ yêu cầu, do đó ta phải khuếch đại công suất của xung. a. Mạch khuyếch đại xung Công suất của tín hiệu nhận được ở đầu ra của bộ so sánh thường nhỏ. Để khuyếch đại công suất xung hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuyếch đại xung bằng Transitor và Tiristor. Các sơ đồ khuyếch đại xung dùng Tiristor được sử dụng khi có yêu cầu công suất xung điều khiển lớn và độ dài xung lớn. Còn các sơ đồ khuyếch đại xung dùng Transitor được sử dụng phổ biến hơn. Trong sơ đồ này người ta thường dùng sơ đồ cực phát chung và có từ một đến hai tầng khuyếch đại. 30 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Hình 30. Mạch khuếch đại xung, biến áp xung *Hoạt động của sơ đồ Tín hiệu vào, u c là một tín hiệu lôgic. Khi u c ="1" thì transitor T mở bão hoà. Khi u c ="0", thì T bị khóa lại. Điện trở R1 hạn chế dòng colecter, điốt D r hạn chế dòng quá điện áp trên các cực colecter-êmiter của T. Điốt D r ngăn chặn xung áp âm có thể có khi T bị khoá, R g hạn chế dòng điều khiển. R2 là điện trở ảnh hưởng đến biên độ và sườn xung ra. Thoạt đầu, khi u c ="0"; i L =i c =0, U CE =E, i Dr =0. Giả thiết khi t=0, u c ="1", T mở. Điện cảm L không cho i c đặt ngay trị bão hoà của nó là I c =E/R1. Dòng i c chỉ có thể tăng trưởng từ từ theo luật hàm mũ. i L =i C = E R e t 1 1( − −τ ) với τ=L/R1 Sau khoảng thời gian 5τ, i c ≈I c =E/R1. Bêb thứ cấp BAX xuất hiện một xung điện áp trên R2 để mở tiristor. Khi t=T1, u c ="0", bấy giờ i L đạt giá trị i L (T1)= i C (T1)= E R e t 1 1( − −τ ) =I o <E/R1. transistor T bị khoá, i c =0. Nếu không có điốt D r thì năng lượng W=(1/2).L.I 2 0 sẽ sinh ra quá điện áp trên các cực C, E của T. Quá điện áp này có thể đạt tới khoảng 100V, phá huỷ transistor T. Điốt D r loại trừ hiện tượng quá điện áp nói trên, bởi vì vừa khi U CE =V C -V 1 =0.8 V thì D r mở cho dòng chẩy qua, nó làm ngắn mạch hai điểm C và F, do đó U CE =E+0,8 V. Từ t=T 1 trở đi, i L suy giảm theo quy luật. i L = Ie , với τ'=L/R t 0 −τ' ' 31 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện trong đó R ' là điện trở của cuộn cảm L và điện trở thuận của D r. b. Máy biến áp xung: Ta sử dụng MBA xung để cách ly về điện với mạch động lực bộ chỉnh lưu, và để phối hợp việc đưa xung ra hợp lý. Trong thực tế tính toán người ta bỏ qua diện cảm tản của MBA xung ,ta có sơ đồ thay thế như sau: R 2 là điện trở phía thứ cấp qui đổi sang phía sơ cấp . L là điện cảm của MBA xung. Dưới dạng toán tử Laplat tổng trở của mạch là : Z(p) = RR R R PL RPL 12 1 2 2 '' ' (). . ++ + . I 1 (p) = E P RPL RR R R PL . . () ' '' 2 12 1 2 + ++ i 1 (t) = E Î ae bt 1 1.( . ) . − − trong đó : a = R RR 2 12 ' ' + ; b = RR RRL 12 12 ' ' () + . mà : U 2 = R 2 ’ .i 2 (t) = a.e -b.t = U 2m .e -b.t . Khi mạch từđã bão hoà thì cuộn đây thứ xấp không có một xung nào. Biến áp không cho phép truyền một xung t x có độ rộng lớn. Độ rộng tối đa của xung t x (m) được xác định nhờ định luật cảm ứng điện từ U = n.Q.dB/dt. 2 trong đó : n là số vòng dây. Q là tiêt diện mạch từ. B là cảm ứng từ. U nQ dt U nQ t m22 ∫ = Từ biểu thức trên ta rút ra : B = . nQB U S m 2 Khi t = t xm thì B = B s (từ cảm bão hoà ). Do đó : t x = 4. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng vòng phản hồi âm tốc độ Để ổn định tốc độ động cơ, đảm bảo điều kiện S t < 10% ta phải tìm cách nâng cao độ cứng đặc tính cơ, muốn làm được điều này ta phải sử dụng mạch phản hồi âm tốc độ, ở đây ta sử dụng mạch phản hồi có : U fh = γ.n. Trong đó γ là hàm truyền của máy phát tốc . 32 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện 5. Khâu khuếch đại trung gian: Để nâng cao hơn nữa độ cứng đặc tính cơ thì ngoài việc sử dụng mạch phản hồi ta còn thiết kế thêm bộ khuếch đại trung gian để khuếch đại tín hiệu điều khiển , làm tăng độ nhạy của hệ thống. Thông số của μ A741: - Hệ số khuếch đại hở mạch : A 0 = 100 db = 1M - Tổng trở ngõ vào : Z Ω V = 150 . - Tổng trở ngõ ra : Z Ω 0 - Điện áp nguồn cực đại : U ngmax = 12V. ± - Điện áp vào cực đại : U Vmax = 7V. ± - Điện áp ra cực đại : U 0max = 10V. ± - Điện áp lệch đầu vào: U d0 = 2 mV. - Tần số chuyển tiếp : f 0 = 1 MHz. Nguyên lý : Khi |U d | > | U đng | thì U 0 = U 0Max ,U d >0. Khi |U d | < | U đng | thì U 0 = -U 0Max ,U d <0. U R U 0Max -U đng U đng -U 0Max 33 . Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Như vậy ở đặc tính hãm ngược sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lưới. Động cơ làm. mất điện lưới thì không thực hiện được quá trình hãm và động cơ quay và dừng tự do. 25 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện b. Hãm động