I .Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ đông cơ

Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một

pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thông thường theo kinh nghiêm ta có :

+ Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng

mạch chỉnh lưu 3 pha

+ Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 ÷ 7 kW ta sử dụng

mạch chỉnh lưu 1 pha

- Công suất mạch phần ứng :

Pư = 600.5 = 3000W = 3kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng mạch

chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần ứng.

- Công suất mạch phần cảm :

Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5 ÷ 7 kW nên ta sử dụng

mạch chỉnh lưu 1 pha để cung cấp cho phần cảm.

 Các sơ đồ chỉnh lưu 1 pha

1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ .

T

U1



U2

R



L



Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa

chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh

lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu .

Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải

Udo = 0,45U2

Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp .

Sba = 3,09.Ud.Id

+Ưu điểm

- Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van

+Nhược điểm

- Chất lượng điện áp xấu

- Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp

4



5

3

2

1

0



4



5

3

2

1

0



2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

T1

U2

U1



R



U2



L

T2



Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường

hợp tải điện cảm lớn

a



Ud

o



2?



id



i T1

i



T1



Id



Id



4



5

3

2

1

0



4



5

3

2

1

0



Id



Ud



o



2?



 Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt

- Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi

nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua

- Khi θ = α cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có

xung mở . Khi θ = π , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn

còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi θ = π + α ,



phát xung mở T2 thì T1 bị khoá và T2 dẫn . T1 khoá không phải dòng đã về 0

mà là do T2 dẫn .

T2 lại dẫn cho đến khi θ = 2π + α , T1 được phát xung mở , T1 dẫn và T2

bị khoá lại.

Quá trình cứ như vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2

lần tần số điện áp xoay chiều .

Với α : là góc điều khiển mở .

+ Điện áp trung bình trên tải

Ud



2

= 2π



Udo =



π+

α



2 2



π



∫



α



2. U2.sinαdα



=



2 2



π



.U2.cosα = Udo.cosα



.U2 = 0,9.U2 :



 Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở .

+ Điện áp ngược trên van là lớn

Unv = 2 2 U2

Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id

Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ

+ Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp).

2π



Ihd =



1

2

. ∫ I d dθ

2π 0



=



Id

2



= 0,71.Id



+ Hệ số đập mạch Kđm = 0,67.

+ Công suất máy biến áp Sba = 1,48.UdId

 Nhận xét :

+ Ưu điểm :

- So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện

áp với chất lượng tốt hơn

- Dòng qua van không quá lớn

- Điều khiển van đơn giản

+ Nhược điểm

- Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm

việc 1nửa chu kỳ

- Chế tạo biến áp phức tạp

- Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn

- Điện áp ngược trên van là lớn .

3. Chỉnh lưu cầu một pha



Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp

ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải

là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ

Ud



a



0



2 ?



Id



id



i T1T2



Id



Id



i T3T4



U T1



o



i2



2 ?



Id



- Mạch có T1 , T3 chung Katot

T2 , T4 chung Anot

Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có

xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và

đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay

chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van

phụ thuộc vào tải ) .



Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm ,

nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông

và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước

+ Giá trị trung bình của tải

Ud =



2

2π



π +α



∫



α



2.U 2 sin θ.dθ



=



2 2

.U 2 cos α =

2



Udo cosα.



Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển .

+ Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) .

+ Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp

I2 =



2

2π



π +α



∫Id



2



θ



α



= Id



+ Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu

Unv = 2 U2

+ Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình

IT =



1

2π



π +α



∫Id



α



2



θ



=



Id

2



= 0.71 Id



+ Hệ số đập mạch kđm = 0,67

+ Công suất biến áp Sba = 1,23Pd

Nhận xét :

Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu

hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn ,

hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia .

+ Ưu điểm :

- Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia

Unv= 2 U2.

- Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với

chỉnh lưu hình tia .

+ Nhược điểm :

- Số van nhiều hơn

- Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó

khăn hơn.

Nhận xét chung

Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu điều

khiển cầu một pha.

Do yêu cầu cấp điện cho động cơ có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển

riêng nên ở đây ta lựa chọn sơ đồ cầu 1 pha đối xứng vì sơ đồ cầu 1 pha

không đối xứng có hệ số cosϕ cao hơn nhưng không đảo chiều dòng điện ra

tải .



Vậy ta lựa chọn sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng và phần cảm

của động cơ như sau:



Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng .



T1



T2



Ru



T1’



T2’



T3’



T4’



Lu

T3



T4



Eu



Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm.

T1



D2



T3



D4



Rf



Chương 3

Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế

i.nguyên lý hoạt động của mạch lực .

Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh

lưu I chạy thì bộ chỉnh lưu II không chạy , ngược lại bộ chỉnh lưu II chạy thì

bộ chỉnh lưu I nghỉ .

Do vậy khi bình thường 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lưu thì sơ đồ

mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha .

1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha như sau :

Tải ta coi tải là RLE , cuộn cảm L được thêm vào để lọc điện áp và dòng .



a) Mạch hoạt động khi La = o

+ θ = α phát xung mở T1 , T2

T1T2 dẫn T3 , T4 khoá

Điện áp ra tải Ud = U2

+ θ = π + α phát xung mở T3 , T4

T1 , T2 khoá ; T3 , T4 dẫn (mở)

Điện áp ra tải Ud = - U2

+ Điện áp trung bình tải



2 2



Ud =



π



U2cosα



+ Điện áp ngược lớn nhất trên van

Unv = 2 .U 2

+ Dòng liên tục nên id =Id

+ Phương trình mạch tải

2U 2 . sin θ



1



π



π +α



∫



di



=R.id +XL . dt +E



2U 2 sin θ.dθ =



α



π +α



1



π



∫ R.id +



α



1



π +α



π



∫ X L .did +



α



E



π



π +α



∫ dθ



α



Ud =RId +E

+ Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp

1



I2 =



π



π +α



∫I

α



2

d



dθ = I d



b) Trùng dẫn

Ud

0



id



θ



2π



iT1



iT3



Id



Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm La nên trong mạch sẽ xẩy

ra hiện tượng trùng dẫn.

Giả sử T1 ,T2 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT2 =Id

Khi θ = π + α phát xung mở T3,T4

Vì có La nên dòng iT1,iT2 không giảm đột ngột về 0 và dòng iT3,iT4 cũng

không tăng đột ngột từ 0 đến Id

Lúc này cả 4 van cùng mở thông cho dòng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch

ud =0

Nguồn e2 bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch ic

Phương trình

2U 2 sin θ = X a



dia

( X a= ω.La )

dθ



θ



ic = ∫

0



Đặt



2 .U 2

sin(θ +α) =

Xc



2 .U 2

(cos α − cos(θ +α))

Xc



ic = ic1 + ic2 , ic1 = ic2 = 0,5.ic

ic1 : làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T2

Ic2 : làm tăng dòng trong T3 và làm giảm dòng trong T1

iT 3,4 =



2 .U 2

( cos α − cos(α + θ ) )

2. X c



iT 1,2 = I d −



Khi kết thúc giai đoạn trùng



2. U 2

( cos α − cos(θ + α ) )

2. X c

dẫn tức khi θ = µ, thì



cos α − cos( α + µ ) =



iT1,2 = 0



2. X c . I d

2 .U 2



Ta thấy so với không trùng dẫn đặc tính điện áp sụt một phần và đó là sụt

U

áp gây ra do trùng dẫn ∆ µ

2

∆U µ =

2.π



∆U µ =



µ



∫



2 .U 2 . sin (θ + α ) dθ =



0



2 .U 2

.( cos α − cos( µ + α ) )

π



2 . X c .I d



π



khi đó giá trị trung bình điện áp trên tải là

Ud’ = Ud ’



2. X c .I d



Ud = R.Id +E



π



=



2. 2



π



.U 2 . cos α −



2. X c .I d



απ



Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ

Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực

hiện các bước đảo chiều như sau :

Giả sử ta chuyển từ sự làm việc của bộ chỉnh lưu I sang bộ chỉnh lưu II

Ta cần thực hiện thứ tự các bước như sau

1. Ngắt xung điều khiển bộ chỉnh lưu I

2. Đo dòng chạy qua tải để xác định dòng điện về không

3. Sau khi phát hiện dòng về không phải dữ trữ 1 thời gian trễ τ > tph

đủ để đảm bảo thyristor đã khoá chắc khi đó mới phát xung để điều

khiển van kia

4. Phát xung điều kiển cho các van ở bộ chỉnh lưu II

Nếu suất điện động Ed chưa đảo chiều ,thì không được chạy bộ chỉnh

lưu II với α < 900 vì lúc đó suất điện động Ed và Id cùng chiều nhau , trường

hợp nay dễ gây sập nghịch lưu do dòng điện rất lớn .Do đó bắt đầu phải điều



khiển α ở bộ chỉnh lưu II lớn hơn 900 , lúc đó bộ chỉnh lưu II làm viêc ở chế

độ nghịch lưu phụ thuộc .

a) Chế độ nghịch lưu phụ thuộc trong sơ đồ cầu 1 pha như sau :

Trong đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện

nào đó nó có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu - là chế độ biến đổi năng

lượng dòng một chiều phía tải thành dòng điện xoay chiều cấp trở lại lưới

điện, chế độ làm việc như vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng

lượng .

Để sức điện động E phát năng lượng trở lại lưới điện thì dòng và áp phải

ngược chiều nhau Ud và Id ngược nhau

Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta

điều chỉnh sao cho

- Chiều dòng như cũ

- Đảo chiều sức điện động Ed

- ở trong chế độ chỉnh lưu với góc mở là α thì Ud =Ud0.cos α .

π

Nên nếu α > 2 → U d



< 0 tức



là điện áp trên tải thay đổi cực tính và ngược



chiều van .Do đó để duy trì dòng chảy qua van từ A đến K của van thì ta

phải đảo chiều Ed và đảm bảo E > U d vậy ở chế độ chỉnh lưu ,dòng trong

mạch được duy trì bởi Ud – E > 0 thì trong chế độ nghịch lưu phụ thuộc

dòng được duy trì bởi E − U d > 0

Trong chế độ nghịch lưu lưới điện nhận năng lượng từ phía tải

Điều kiện hoạt động chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Π

-α> 2



- Đảo chiều Ed

- Đảm bảo E > U d

Xét dạng điện áp trên tải .

Ud



α

0



θ



µ

2π



Trong mạch có điện cảm biến áp nên nó có quá trình trùng dẫn với góc trùng

dẫn µ



Xét T1,T2 đang dẫn , θ = α phát xung mở T3 ,T4 ,UA > UK nên có dòng

qua van và T1,T2 vẫn còn dẫn từ đó 4 van cùng dẫn trong khoảng µ .

Sau đó T1 ,T2 khoá và T3,T4 mở

Điện áp ngược trên van T1 ,T2

Unv = 2 .U 2 . sin θ = U 2 (θ )

Điện áp ngược chỉ xuất hiện trên van trong khoang từ θ = α + µ đến θ = π vì

sau đó điện áp trên T1 ,T2 lại là thuận (UA > UK )

Như vậy trong một chu kỳ làm việc mỗi van chỉ chịu điện áp ngược trong

khoảng từ θ = α + µ đến θ = π tức là trong khoảng thời gian σ = π − (α + µ )

khoảng thời gian này khá nhỏ .

Nếu π − (α + µ) < θoff (ứng với thời gian phục hồi Thyristor)

Thyristor sẽ tự mở trở lại không cần dòng điều khiển (mở tự nhiên )

Khi đó trong mạch cả hai nguồn cùng phát năng lượng khi đó Id rất lớn

gây sự cố sập nghịch lưu .

Do đó để an toàn phải có π − (α + µ) > θoff

Chọn θoff =10 o ( ứng với toff =555 µs thì có thể khoá van Thyristor thông

thường ) → α < π − (µ + θoff )

Vậy góc mở α phải thoả mãn trong nghịch lưu phụ thuộc là

Π

< α < π − ( µ + θ off )

2



II.Phương pháp điều khiển riêng

Để thực hiện quá trình đảo chiều cho động cơ ta cần có 1 bộ điều

khiển Lôgic. Sơ đồ của bộ điều khiển Lôgic như sau :



2L



b1



b1



b2



1



b2



iLd



Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một

thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién đổi

kia bị khoá do chưa có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và