đồ án môn hocTổng hợp hệ điện cơLời nói đầuTrong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của cácbộ biến đổi điện tử công suất, với kích thớc gon nhẹ, độ tác động nhanh cao,dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày nay th-ờng sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều. Phầnlớn các điều khiển này thơng dùng kĩ thuật số với chơng trình phần mền linhhoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì vậy tăng độchính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng ph ơng pháp tần số: Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành côngnghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động họccủa hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơKĐB nói riêng. Trớc hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốcđộ nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băngtải, bánh lăn phơng pháp này còn đợc ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻnhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao nh máy ly tâm , máy mài . Đặcbiệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấpsử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giáthành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trờngNhợc điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lới chung mà từ một bộ biếntần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độclập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnhtốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng tronghệ truyền động biến tần - động cơ KĐB a . Nguyên lý điều chỉnh tần số: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi củađiện áp stato đợc rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB s = 2..fsVậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từthông Es = C..fsMặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coiVậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồncung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điệnáp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên *Khi s giảm từ thông của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà vàdòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lợng xấu đi và đôi khi nhiềuđộng cơ còn phát năng lợng quá mức cho phép.*Khi s tăng từ thông của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải khôngđổi thì theo biểu thức M = k..I.n.cos ta thấy dòng điện rôto Ir phải tănglên.Vậy trong trờng hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì1fsCEsUsXsRsIsUs=+=022phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tảicủa động cơ giảm xuống. Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốcđộ bằng phơng pháp biến đổi tần số ngời ta còn phải điều chỉnh cả điện áp vàdòng điện theo hàm của tần số và phụ tải Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể đợcthực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tầncho trớc nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độcứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số vàphụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối u trong chế độ tĩnh b. Các loại biến tần :gồm hai loại: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp I.Biến tần trực tiếp:Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch van là ra ngay tảivới tần số f2,U2.Đặc điểm:Hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thựchiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần mạch điện phụ.Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cungcấp.Thờng dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.II.Biến tần gián tiếp: Biến tần nguồn áp:Đặc điểm là điện áp ra trên tải đợc định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ítphụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thựchiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lu .Phơng phápđiều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lới Biến tần nguồn dòng : Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng đợc sử dụng rộng rãi để điềukhiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầuchỉnh lu và một cầu biến tần, mỗi tiristor đợc nối tiếp thêm một một điôt gọi làđiôt chặn.MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%Pđm = 37 kW 2BTU1,f1U2,f2U2,f2U1,f1LCCLNLLCLNLU1,f1U2,f2dmthMM= 3,6 dmkdMM=3,3 Uđm=380 V;nđm = 720v/pIstdm = 104 A ; Rs=0,08 ;Xs=0,17 ;Rr=0,19 ;Xr=0,16 J = 1,32 kgm21. Tính toán các phần tử mạch nghịch l uVUUUUAIIIIsddssdds370cos63cos637,1166.611111======* Dòng chảy qua các van T1 T6 và D1 D6 chính bằng dòng chảy qua cácpha của stato động cơ I = 91A.* Điện áp ngợc mở van phải chịu = Ud = 370 V* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2 =ì==ì=VVUAIcc7403702182912 Dùng để chọn cả T và D Chọn Diôt loại B - 200 có các thông số sau:LoạI Itb(A) Uim(V)U(V)Tốc độ quạt(m/s)B-200 200 100-1000 0.7 12 Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:Loại I(A) Uim(V)U(V) Toff(às)Ig(V) Ug(V)du/dt(V/às)TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200* Tụ chuyển mạch C1 - C6 đợc tính theo công thức2mnmmaxm1mmaxLIfU202,0LfUfI91,0666,0C+=Trong đó:- fn: tần số định mức = 50Hz- fmax: tần số cực đại = 100Hz- Im: dòng từ hoá A5,63)(cos191I2m==- In: dòng định mức = 91A- L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x7,3.10-3H- Um: biên độ cực đại điện áp dây = 380V233max10.6,1450.5,63380202,010.6,14100.38050.5,6391,0666,0C+==212àF Chọn C = 200àF3* Quận kháng LdddIULì=.3134,0Trong đó Id=(0,05 - 0,1) Id )(028,07,11605,03145,3703134,0HL =ìììì=2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh l u* Theo tính toán phần trên ta có:Id = 116,7 (A); Ud = 370 (V)* Khi lấy điện áp cung cấp từ trớc ~380V có thể không cần sử dụngMBA.Ta có: 41,063coscos6322=ì==UUUUdd=65,30- Dòng trung bình chảy qua T1-T0)A(9,3837,1163IIdtb===- Điện áp ngợc đặt lên mỗi van:)V(8,930U6U2ng==- Chọn KI=2; KU=1,6IC=2x38,9=78,980 (A)UC=1,6x930,81500 (V) Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:Loại I(A) Uim(V)U(V) Toff(às)Ig(V) Ug(V)du/dt(V/às)T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-5003. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp. sqI rsrRUN=220V PN=37kW n=720v/pIN=91A f=50Hz cos=0,781. Tính dòng kích từ danh định.)(1,6872,01912cos12 AIINsdN=ì==2.Tính dòng danh định tạo mômen quay IsqN.)(2,109222AIIIsdNNsqN=3. Hằng số thời gian roto Tr ở chế độ danh định.4sRsLIsdLmUssIITsdNrNsqNr01822,01,689,877,113=ì==sradnfNrN/9,876032 ==4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần X ở chế độ danh định.NNsqNsdNI3UIIcossinX= == 342,091.32202,1091,6872,062,05.Tính điện kháng phức Xh.=== 296,2342,01,68.3220.232XIUXsdNNh)(022,03/3147,2. HXLLXshmmsh====6. Tính hệ số tiêu tán tổng và Ts.sRLTIfXIRRHfXLXXssssqNNnsdNrNrsNnsn09125,008,00073,0)(08,02,109314296,21,689,872)(0073,02149,0296,2342,0====ììì=======7.Điện cảm tản stato động cơ)(00054,031417,0HXLess===4 . Tính các thiết bị đo:a, Máy phát tốc: Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyênlý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốcK hệ số tỷ lệ K = U/ U = 10V5=.KU( )( )PjKPPPfFUF+==1RCRTWf là hằng số thời gian của bộ lọc và <5msChọn f = 0,001s = 1msHàm truyền máy phát tốc: b.Phản hồi dòng:Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo đợc trình bày trên hình vẽNguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lu đợc cho qua đIện trởRsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện ápvi sai này đợc đa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạora đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V=>hệ số khuyếch đại của OA bằng: Chọn R1=1k => R2=133k61326,04,7510/4,7560.2===Ksradndmdm( )PpFft001,011326,0+=_+r2r175mV10vrsunid12133075.010RRUvUrK ====Chơng V: Tổng hợp hệ điều khiểnI. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.Is/IsđmwsthOwsTừ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máyhoặc từ thông stator s không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tầnsố và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi RS =0 thì:constUUdm0sdm0SS===Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở statorcó thể so sánh đợc sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thôngcũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.Có thể thiết lập đợc chiến lợc điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rotorkhông đổi: constr=. ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa vào sơđồ thay thế ta có thể tính đợc từ thông rotor và phơng trình cân bằng mạchrotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:++=++=+=+=rxsryryrrysrxrxrryrsymryrxrsxmrxpi.R0pi.R0i.LiLi.LiLNếu giữ đợc biên độ vector từ thông constr=thì rp =0 và,0ppryrx==và ta có phơng trình cân bằng mạc rotor:=+=rxssymryrryssxmixr)iL(T10)iL(T10trong đó: rrrRLT=Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phơng 2 vế củatừng phơng trình và cộng hai phơng trình với nhau, đồng thời để ý rằng:=+=+2p2ry2rx212sy2sxIiiTa có thể rút ra biểu thức cuối cùng:2srmrdms).T(1LI +=7Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotorluôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của độngcơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor.Điều chỉnh từ thông là trờng hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằnggiá trị từ thông định mức, nh vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ củađộng cơ KĐB.* Trong thiết kế môn học này chọn phơng pháp điều khiển tần số thông qua từthông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòngchính lu Id và tần số trợt f2.- Bản chất của phơng pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòngđiện stato I1 và tần số trợt f2 sao cho từ thông của máy điện đợc giữ không đổi. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I1 (f2).- Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển:* Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòngđiều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ8điều khiển tốc độ R là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tínhiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng Id.* Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ:m21fff += Trongđó fm: tần số quay r f2: tần số trợt Tín hiệu tỉ lệ với dòng điện lấy ra từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ R đợc đaqua khâu đạo hàm phi tuyến ( )22dfffI =Ta có quan hệ:2*2222221f1*f1I++= trong đó 212m22dm12LLL1RL.==- Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện Ri và tốc độ Rta giả thiết rằng:Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ đợc đề cập đến ởchơng 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Ri và bộđiều chỉnh tốc độ R theo kênh 1.Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lậpđợc sơ đồ cấu trúc của hệ thống:)(FT1LIsi2s2rmrdmS=+=2SsMM2r2s2ssr2mI).(F.KT1I.RL23M =+=II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.9- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế đợc bộ điều chỉnh dòng điện R1, ngời tadùng sơ đồ đơn giản sau:Trong đó Ld, Rd: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọcL1t, R1: điện cảm tản, điện trở 1 pha statoL2t, R2: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về statos: hệ số trợt* Ta có hàm truyền đạt bộ chính luCLCLdkddkcrpT1KUUW+==+Ud: điện áp đầu ra CLUdk: điện ạp điều khiển chính luKCL, TCL: hệ số điều khiển và hằng số t- Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phầnđiện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng tabỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán.Ta đợc: t1ddL2LLR2RR+=+=Ta có: ddrU.pT1R/1pLRUI+=+= trong đó =RLT=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện.10IrđUdUđkCL+ĐKRiLdRd2L1t2R12L2t2R2/ S0IdIđoUudUuđkUirUiđ ++ pT1R/1-UiđoUidiRCLCLpT1K+KđoIII. Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.* Mômen điện từ ở chế độ tĩnh có dạng2r2s2ss22mT1I.RL'p23M+= s: tốc độ truyền của động cơTr: hằng số thời gian mạch roto=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độTrong đó:2ssMM2r2s2ssr2mI)(F.KT1IRL23M =+=- Khâu phi tuyến Id(f2) hay Id(ws) có thể đợc tuyến tính hoá thành khâu khuếchđại đơn giảnsdmsdmFIK=- Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức)ssssIIMMM += tại (Mđm, wsđm, I1đm) ta có11IS2+-MCIS-UUiđIdSUđRiR( )( )++ pT1pT1R/KCLCL32FMXXr2mRL23Jp1+ pT1KKdoBT1I2RLm23IMA)T1(T1IRLm23M2r2sdmsdmsdmr2s22r2sdm2r2sdm2sdmr2s=+==+=* Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi đãtuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ)IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá.1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều)08569,07,11610===ddmidoIUK5,37105,370===cCLCLUUdK2. Máy phát tốc.ppTKpFtt01,011326,01)(+=+=3. Khâu khuếch đại tuyến tính FisdmsdmFIKi=Isdm: dòng điện định mức Idđm = 117 A (khi Is = đm = 91A)s/rad4,7555,972055,9ns/rad7,1043f2Seedmesdm=======12--+-+ +ISIdMCSUđtKdoRIR( )( )++ pT1pT1R/KCLICL32BFiA+pT1KJp1_+r2r175mV10vrsunid12,33,2991/3,294,757,104====iFsdmKsrad4. Khâu chỉnh luCLCLCLpT1KW+= )(005,05,37sTKCLCL==drUpT1R/1I+=trong đó +=+=1d1dL2LLR2RR112 2 0,08 0,162 0,028 2 0,00054 0,029080,181751/37,5 6,25.1 1 1 0,005 1 0,18175dCLTCLR RL L LLTRRKWpT pT p p= = ì = = + = + ì == == = ì+ + + +5. Tính các hệ số A, B.- Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có: ( )( )( ) ( )79,1501822,0.1,2911,29.91.219,0022,0231.223*86,1301822,0.1,29101822,0.1,2919119,0022,0231123*22222222222222222222=+=+==+ì=+=rsdmsdmsdmrmrsdmrsdmsdmrmTIRLBATTJRLA6. Tính T quy đổi hệ thống.2qdkgm8,1T =V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.- Ta có sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Rr:Với 887,20.1.2==doCLiKRKK=> Hàm truyền của đối tợng điều chỉnh:( )( )( )( )18175,0.1005,0.144,011 pppTpTKWCLiir++=++=* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u với hàm truyền:222sKipT2pT211)p(W++=13UudUuđkUirUid-Ri)pT1)(pT1(KCLi++=> Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện Ri là khâu tỉ lệ tích phân (PI):ppWpppTpTTKTWirCLiir18175,018175,01.8702,018175,018175,01.005,0.887,20218175,01.2+=+ì=+=Vậy hàm truyền 005,0),min(18175,018175,018702,0)(==+=TTTpppRCLsi=> Hàm truyền của mạch vòng dòng điện:2205,0.2005,0.211)(pppSKI++=*kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dòng Ri bằng Matlab-Simulink:Đặc tính quá độ của dòng điện:VI. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.ở trên, ta dùng tiêu chuẩn môdun tối u để tổng hợp mạch vòng dòng điện:2CL2CLdoKiTp2pT211.K1)p(W++=- Khi tiến hành tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta coi gần đúng hàm truyền hệ kínmạch vòng điều chỉnh tốc độ là khâu quán tính bậc nhất.iiKipT1KW+=14trong đó pKTTKKKiCLidoi01,017,1101,0005,02.27,1108569,011+==ì===== Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện.- Khi bỏ qua MC ta có sơ đồ tơng đơng sau:* Hàm truyền của đối tợng cần điều khiển:( )( )( )JppTpTKpATAKCKSpTKJpAKCpTSiiirFoFio1.111.1 11++++=+++=* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u đối xứng với hàm truyền:( )( )( )( )22332233223322811.1141)(8841411884141)(884141)(ppJppTpTKpATAKCKppRppppSpppppRpppppFSiiirFoDXk++++++=++++++++=++++==15UđJp1-URWi(p).C.KF+A+pT1K+++-UđUWi(p)pT1K+Jp1MC R32KFABTa thấy 00001,0001,0005,02. =ìì=TTi nhỏ => có thể bỏ qua=> ( )( )( )[ ]( )2281.1.141)(ppJpTTiKpATAKCKppRiirF++++++=với 011,0=+=TTTis là hằng số thời gian bé.Chọn 011,0=sTT( ) ( )( )( )++++++++++++pTKpTpAKCKTKJAKCKTKJAKCKATpABTKJABTKpJTAKCKATRTRirFsirFsirFisssirFi111)8211)''8''8411222Ta thấy hàm truyền R(p) có dạng một khâu trễ nối tiếp với một khâu PI.Ta có:0002139,086,1308569,01.12,3.79,153.2005,0486,132=+ììì=+=AKCKATTirFitreTa thấy thời gian trễ nhỏ có thể bỏ qua.( )( )+==+==+=PPRpAKCKTKJTAKCKTKJKirFsirFsR04619,019525,0)(04619,0)819525,022Để giảm độ quá điều chỉnh=> Dùng thêm một khâu lọc có hàm truyền pWL044,011+=*Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh tốc độ R bằng Matlab-Simulink16Đồ thị quá độ của tốc độ trớc và sau khi có bộ lọcĐặc tính quá độ của mômen động cơ với tảI định mức và không định mức176.250.18175s+1Transfer Fcn610.044s+1Transfer Fcn50.13260.001s+1Transfer Fcn411.8sTransfer Fcn337.50.005s+1Transfer Fcn20.18175*0.8702s+0.87020.18175sTransfer Fcn10.044s+10.04619sTransfer FcnStepScope2ScopeKMatrixGain3KMatrixGain2KMatrixGain1KMatrixGain0Constant18Chơng 5: Mạch điều khiểnSơ đồ khối mạch điều khiển:A. Mạch điều khiển chính lu* Mạch điều khiển đợc sử dụng để dóng mở các thyristor đúng theo góc mở yêu cầu, tạo dòng điện và điện áp ra tải đúng với mục đích điều khiển. Mạch điềukhiển quyết định độ tin cậy, chất lợng của toàn bộ biến đổi. Với yêu cầu điềukhiển hệ chính lu cần 3 pha thyristor, yêu cầu phải có 2 thyristor cùng dẫn trong1 thời điểm. Điều kiện mở là:- Xung điện áp dùng đờng đa vào cực phải đủ lớn về biên độ và độ rộng.- Có điện áp dơng đặt lên thyristor từ A->K.Để thay đổi điện áp, dòng điện => phải thay đổi góc mở nghĩa là thay đổi thờiđiểm phát xung hay góc . Ta áp dụng phơng pháp điều khiển số1. Sơ đồ mạch điều khiển (một kênh).- Điện áp các pha A, B, C đợc đa qua bộ đồng bộ với lới đợc 6 tín hiệu đồng bộ+A, +B, +C, và -A, -B, -C tạo ra các xung tơng ứng với góc mở =0 của 6thyristor.- Mỗi xung ra từ bộ đồng bộ với lới đợc đặt vào trigơ RS để tạo ra tín hiệu đồngpha (C).- Đa xung vuông vào bộ đếm cho phép bộ đếm hoạt động trong khi xung cao tầnliên tục đợc cấp vào chân CLK của bộ đếm.19Vi mạch đếm sẽ thực hiện đúng 16 xung và đa ra 1 xung vuông (F). Xung nàyxác định thời điểm mở thyristor. Vậy khoảng thời gian đếm 16 xung chính là gócmở .- Tần số bộ phát xung có thể thay đổi do đó thời gian đếm 16 xung có thể thayđổi hay có thể thay đổi góc mở .- Thời gian đếm 16 xung:)rad(f116txì==- Ta thấy trong khoảng ữ= 0 nếu tần số fx càng lớn và số bit bộ đếm càng lớnthì độ chính xác càng cao nhng tuy nhiên nó bị hạn chế bởi mặt công nghệ và giátrị kinh tế. Vì vậy ở đây chọn bộ đếm môdun 16.- Khi tần số tăng thì thời gian đếm hết 16 giảm do đó bé và ngợc lại. Khi góc biến thiên từ 0-180 với tần số ??? f=50Hz => thời gian t tơng ứng từ 0->0,01sHz6,1t16fmin== chọn fmin=2Hz.- Khi tần số f càng cao thì càng nhỏ => chọn lHz64fmax=khi góc nhỏ nhấtmin:oo53min0014,0)rad(10.2510.64116 ==ì=- Sau khi đếm song 16 đầu ra của bộ đếm cho một xung vuông (F). Khi có xungvuông F => D đạt mức logic 1 cho đến khi xung từ ???(khoá) đồng pha thay đổimức logic và nó đợc đa về khoá không cho bộ đếm hoạt động.- Xung ra từ (D) đợc đa tới cổng AMD cùng với xung tần số cao đợc phát ra từmạch tự dao động 555 để tạo ra xung (E) đa đến biến áp xung để tạo xung điềukhiển mở thyristor tại thời điểm (góc ) đã định. Sơ đồ điều khiển một kênh và biểu đồ dạng xung đợc trình bày nh hình vẽ20S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn mét kªnh chØnh l 16 14 13 12 11 10L D0 D1 D2 D3 VssVdd Q0 Q1 Q2 Q3 CEPM/mE CLK9 3 4 5 6 8HEF4016340477 8 91213111045 6 14213+15+15RRCD1 RRGK5558476235C+15SRTAABBCCABC_+++__QQOCSB. Mạch điều khiển nghịch lu- Chức năng của mạch điều khiển là tạo ra những xung có biên độ, độ rộng vàthời điểm thích hợp để điều khiển mở các Tiristor của mạch động lực sao cho cácTirisitor của bộ nghịc lu dòng 3 pha đợc đóng mở thứ tự từ T1-T6 lẹch nhau /3.1. Sơ đồ khối chức năng.fxffxtx kđdđbcc'efdseaa+a- a+ a-tt22FX: Bộ phát chủ đạo, phát xung có tần số thích hợp với yêu cầu của tần số bộbiến tần.FFX: Phân phối xung từ FX đến các Tiristor.TX: Trộn giữa xung của FFX với xung của DĐ để tạo xung chùm.DĐ: Bộ tạo xung dao động có tần số không đổi.KĐ: Khuyếch đại xung có biên độ thích hợp để mở Tiristor.2. Yêu cầu đối với mạch điều khiển.a. Bộ FX: Tự động phát ra xung có tần số thay đổi đợc.Chu kỳ dòng điện ra của bộ biến tần nguồn dòng:f1T = f: tần số ra của BBT 3 pha.Chu kỳ bộ FX:f616TTfx==b. Bộ DĐ: Phát ra xung có tần số không đổi cung cấp cho TX.RC4,11f =Thay đổi R trong mạch sẽ đợc tần số ra thay đổi.c. Bộ FFX:- Nhận 6 xung từ FX (trong 1 chu kỳ) để phân phối đi mở 6 Tiristor theo thứ tựT1, T2, T3, T4, T5, T6 cách nhau lần lợt 3/ để bảo đảm góc dẫn của mỗiTiristor là 120o hay trong một thời điểm chỉ có 2 Tiristor cùng dẫn.- Để thực hiện đợc yêu cầu trên, ta thấy: Bộ FFX là sử dụng thanh ghi dịch 6 bit.Thời gian để 1 bit của thanh ghi trở về trạng thái ban đầu phải bằng chu kỳ của dòng điện ra. Thực hiện mạch này bằng 3 D-FF đợc mắc nh hình vẽ.CLK Q1 Q2 Q31Q2Q3Q0 0 0 0 1 1 1Q1Q1Q1Q1D1CLKPRD2CLKQ2Q2PRPRCLKD3Q3Q3Q2Q2Q3Q3231 1 0 0 0 1 12 1 1 0 0 0 13 1 1 1 0 0 04 0 1 1 1 0 05 0 0 1 1 1 06 0 0 0 1 1 1Để tạo ra xung phát lần lợt vào T1, T2, T3, T4, T5, T6 cách nhau /3 hay góc dẫncủa mã Tiristor là 120o=> Tạo ra 3 xung A, B, C lệch nhau 120o. Dịch các xung này đi 60o ta đợc cácxung A, B, C tơng ứng. Để tạo đợc xung phát T1, T2, T3, T4, T5, T6 ta chỉ việc đacác xung ban đầu và các xung đã dịch đi 60 của nó vào mạch AND => Thoả mãndạng xung cần có.Từ nhận xét trên và qua bảng trạng thái ngõ ra của thanh ghi dịch 6 bit ta thấy:- Các tín hiệu A, B, C lần lợt đợc lấy từ các đầu ra Q1, Q3 và 2Q.- Các tín hiệu A, B, C lần lợt đợc lấy ra từ các đầu ra Q2, 1Q và 3Q- Xung phát T1=Q1 AND Q2T2=Q2 AND Q3T3=Q3 AND 1QT4=1Q AND 2QT5=2Q AND 3QT6=3Q AND Q1- Bộ FFX ngoài nhiệm vụ phát xung tuần tự đến các Tiristor nh trên còn có nhiệmvụ phân phối xung trong các chế độ tơng ứng của động cơ đó là: Động cơ quaythuận, động cơ quay ngợc, chế độ hãm tái sinh.- Giả sử giản đồ phát xung đã trình bày ở trên là dùng để phát cho BBĐ cung cấpdòng cho Động cơ làm việc ở chế độ chạy thuận. Để động cơ quay ngợc ta chỉcần đổi thứ tự phát xung vào các Tiristor bằng cách đổi pha B cho pha C. Việcnày đợc thực hiện dễ dàng bằng MUX 74157 đợc trình bày nh trên hình vẽ.- Để hãm tái sinh năng lợng, phải ??? (trang 28) chậm các Tiristor của bộ nghịchlu do đó làm giảm tần số của bộ nghịch lu sao cho động cơ quay quá tốc độ đồngbộ và trở thành máy phát. Trong chế độ hãm tái sinh ta chỉ cần đảo các xung A,B, C. Việc này cũng đợc thực hiện bằng vi mạch ??? kênh MUX 74157 đợctrình bày nh hình vẽ.d. Bộ trộn xung.Xung từ bộ FFX đợc trộn với xung đến từ bộ dao động bằng mạch AND để đi tớibộ KĐX.e. Bộ KĐX:- Bộ KĐX làm nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiển có biên độ, độ rộng thíchhợp cho việc điều khiển mở Tiristor.- Mạch KĐX đợc thực hiện bằng BAX.Q1Q1D1CLKD2Q2Q2CLKPRPRD3Q3Q3CLKPRCLK1213MUX1152345671110914AEMUX1152345671110914AE1213A A C B B C C C B B A A' '' '''T1 T2 T3 T4 T5 T6PR241 2 3 4 5 6CLKQ1Q3Q2Q1Q3Q2T1T2T3T4T5T6Stttttttttttttt25