Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Nh vậy ở đặc tính hãm ngợc sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lới. Động cơ làm việc nh một máy phát nối tiếp với lới điện biến điện năng nhận từ lới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng vì vậy tổn thất năng lợng lớn. Vì sơ đồ nối dây củađộng co không thay đổi, nên phơng trình đặc tính cơ là ph- ơng trình đặc tính biến trở. = + U K R R K M dm dm u f dm ( ) . 2 Nhận xét: Khi hãm ngợc ta vẫn sử dụng điện lới do đó không thực hiện đợc khi sự cố mất điện. b. Đảo chiều điện áp phần ứng Qua đồ thị đặc tính cơ (hình 21) ta có nhận xét : với kiểu hãm này với nh ợc điểm giống nh trờng hợp hãm trên nó còn có thêm nhợc điểm nữa là phải thêm thiết bị cắt điện vào đúng thời điểm tốc độ động cơ bằng không (=0) nếu không động cơ (M đc >M c ) sẽ quay ngợc lại. 3. Hãm động năng Hình 21. Đặc tính hãm ngợc khi đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng của động cơ. 25 Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà năng lợng cơ học các động cơ đã tích luỹ đợc trong quá trình làm việc trớc đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dới dạng nhiệt. a. Hãm động năng kích từ độc lập Ta cắt phần ứng động cơ khỏi lới điện một chiều và đóng vào một điển trở hãm nhng còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn nh cũ (hình 22). Nhận xét: phơng pháp hãm này có nhợc điểm là mất điện lới thì không thực hiện đợc quá trình hãm và động cơ quay và dừng tự do. Hình 22. Sơ đồ hãm động năng kích tự độc lập 26 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện b. Hãm động năng kích từ kích Nó khắc phục nhợc 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 lới điện để đóng vào một điện trở hãm (hình 23). Theo sơ đồ nguyên lý ta có: I=I n +I kt I u = E R + R .R R + R u kt n kt n Và = + + R R R R R K M u kt h kt h . ( ) . 2 Nhận xét: So với phơng pháp hãm ngợc, 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 u việt hơn về mặt năng lợng đặc biệt là hãm động năng tự kích ví không tiêu thụ năng lợng từ lới nên phơng pháp hãm này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lới. Kết luận: Qua các bớc phân tích cùng với nhận xét ở trên em chọn phơng pháp hãm động năng kích từ độc lập vì nó phù hợp yêu cầu kinh tế kỹ thuật và công nghệ của máy mài. 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 27 VII. mạch điều khiển sơ độ chỉnh lu Nh đã biết, để các van của bộ chỉnh lu 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 thờng 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 ngời 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 lu. Điện áp điều khiển các Thiristor phải đáp ứng đợc các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng nh thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển đợc 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 hởng 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 ngời ta thờng chế tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với một độ d trễ nhất định) để mở van với mọi loại phụ tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thờng độ dài xung nằm trong khoảng giới hạn từ 200às-600às. Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lu 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 lu theo nguyên tắc pha đứng. *Hệ thống điều khiển chỉnh lu theo nguyên tắc pha ngang. *Hệ thống điều khiển chỉnh lu 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 tơng 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 ngời ta thấy có thể phân chia các mạch điện hệ thống ra làm 3 khối chức năng khác nhau nh sơ đồ hình 24. Trong đó bao gồm: -u1 :là điện áp lới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu. -urc: điện áp tựa thờng có dạng hình răng ca lấy từ đầu ra khối ĐBH-PSRC . -uđk:điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều đợc đa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc . Hình 24. Sơ đồ khối của bộ điều khiển 28 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 đợc 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 nh sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lu đợc đa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điện áp thờng có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và trùng pha hoặc lệch một góc pha xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này đợc gọi là điện áp đồng bộ và kí hiệu là Uđb. Các điện áp đồng bộ đợc đa vào mạch phát điện áp răng ca để khống chế sự làm việc của mạch điện này, kết quả là trên đầu ra mạch phát điện áp răng ca ta có một hệ thống các điện áp răng ca Urc. Điện áp răng ca đợc đa 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 đợc và đợc đa từ nguồn ngoài vào, 2 tín hiệu này đợc mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh là ngợc 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. Nh vậy khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tơng 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 trờng hợp thì xung ra từ khối so sánh đợc đa đến điện cực điều chỉnh của tiristor, nhng trong đa số trờng hợp thì tín hiệu điều khiển cha đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển tiristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu ngời ta thực hiện việc khuyếch đại, thay đổi lại hình dạng của xung.v.v Các nhiệm vụ này đợc 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 , nhng 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 đợc 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 tơng 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 =(50ữ100às) 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 nh nhau. 1.Khâu tạo điện áp răng ca đồng pha (KĐF): 29 khối này có nhiệm vụ tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lu .Tín hiệu đầu ra của khối đồng bộ hoá và phát xung răng ca có dạng răng ca. 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 ca, 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 tợng điều khiển . Để thực hiện các chức năng này ta sử dụng vi mạch TCA-780, vi mạch này thực hiện đợc 4 chức năng của một mạch tạo xung điều khiển : + Đồng bộ hoá . + Tạo điện áp răng ca. + So sánh . + Phân chia xung. Vi mạch TCA-780 do hãng Simens của Đức sản xuất có các thông số cơ bản nh sau : -Có thể điều chỉnh góc 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 ca : U rcmax = (U S - 2) V. -Điện trở trong mạch tạo điện áp răng ca : R 9 = 20 K ữ 500 K -Điện áp điều khiển : U 11 = -0,5 ữ (U S - 2) V. 30 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tụ C 10 tham gia vào khâu tạo điện áp răng ca, nó đợc nạp bằng dòng điện i ở chan 10. Dòng điện i đợc điều chỉnh bằng R 9 .Nhà chế tạo cho biết : i = U R 8 9 = 3 3 9 , R với R 9 khoảng 200K . U 10 = i C t 10 . với C 10 = 22 à F . Khi t = t 0 , U 10 = U ĐK ngời ta nhận đợc 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 R C U U dk10 9 10 8 = . . . Góc = .t 0 = k.U Đk . Tụ điện C 12 sửa lại độ rộng xung, có thẻ chọn C 12 = 0 ữ 330 PF để có độ rộng xung từ 30 à s ữ 220 à s. Nh vậy, với việc sử dụng vi mạch TCA-780 ta có đợc hai kênh điều khiển đợc lấy ra từ các chân 14 và 15 có công suất nhỏ, cha đủ yêu cầu, do đó ta phải khuếch đại công suất của xung. a. Mạch khuyếch đại xung Công suất của tín hiệu nhận đợc ở đầu ra của bộ so sánh thờng 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 đợc 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 đợc sử dụng phổ biến hơn. Trong sơ đồ này ngời ta thờng dùng sơ đồ cực phát chung và có từ một đến hai tầng khuyếch đại. 31 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 hởng đến biên độ và sờn 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 trởng từ từ theo luật hàm mũ. i L =i C = E R e t 1 1( ) với =L/R1 Sau khoảng thời gian 5, 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( ) =I o <E/R1. transistor T bị khoá, i c =0. Nếu không có điốt D r thì năng lợng 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 tợng 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 = I e t 0 ' , với '=L/R ' trong đó R ' là điện trở của cuộn cảm L và điện trở thuận của D r. 32 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện b. Máy biến áp xung: Ta sử dụng MBA xung để cách ly về điện với mạch động lực bộ chỉnh lu, và để phối hợp việc đa xung ra hợp lý. Trong thực tế tính toán ngời ta bỏ qua diện cảm tản của MBA xung ,ta có sơ đồ thay thế nh sau: R 2 là điện trở phía thứ cấp qui đổi sang phía sơ cấp . L là điện cảm của MBA xung. Dới dạng toán tử Laplat tổng trở của mạch là : Z(p) = R R R R P L R P L 1 2 1 2 2 ' ' ' ( ). . . + + + I 1 (p) = E P R P L R R R R PL . . ( ) ' ' ' 2 1 2 1 2 + + + i 1 (t) = E ẻ a e b t 1 1.( . ) . trong đó : a = R R R 2 1 2 ' ' + ; b = R R R R L 1 2 1 2 ' ' ( ) + . 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) đ- ợc xác định nhờ định luật cảm ứng điện từ U 2 = n.Q.dB/dt. trong đó : n là số vòng dây. Q là tiêt diện mạch từ. B là cảm ứng từ. Từ biểu thức trên ta rút ra : B = U n Q dt U n Q t m2 2 . . = . Khi t = t xm thì B = B s (từ cảm bão hoà ). Do đó : t x = n Q B U S m . . 2 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 đợc điều này ta phải sử dụng mạch phản hồi âm tốc độ, ở đây ta sử dụng mạch phản hồi có : U fh = .n. Trong đó là hàm truyền của máy phát tốc . 5. Khâu khuếch đại trung gian: 33 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 à A741: - Hệ số khuếch đại hở mạch : A 0 = 100 db - Tổng trở ngõ vào : Z V = 1M - Tổng trở ngõ ra : Z 0 = 150 . - 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. 34 - U 0Max U đng -U đng U 0Max U R . Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Nh vậy ở đặc tính hãm ngợc sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lới. Động cơ làm việc nh. mạch tạo điện áp răng ca : R 9 = 20 K ữ 500 K -Điện áp điều khiển : U 11 = -0,5 ữ (U S - 2) V. 30 Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện Tụ