HỆ THỐNG TRUYỀN Đ NG ĐẢO CHIỀU 4. Các sơ đồ truyền động đảo chiều dùng hệ thống T - Đ 4. Đảo chiều áp dòng trong mạch phần ứng động cơ Trong hệ thống điều tốc đảo chiều, yêu cầu cơ bản đối với động cơ điện là có thể thay đổi chiều quay của nó. Nhưng muốn thay đổi chiều quay thì bắt buộc phải thay đổi chiều của mômen điện từ động cơ Mđt.
Từ công thức mômen quay động cơ điện một chiều Mđt = KmId có thể thấy, chiều của Mđt có thể được thay đổi bằng hai cách, một là đổi chiều dòng điện mạch phần ứng của động cơ, trên thực tế là thay đổi cực tính điện áp của mạch điện phần ứng, hai là đổi chiều từ thông kích từ động cơ, tức là thay đổi chiều dòng điện kích từ. Tương ứng với chúng, mạch điện đảo chiều của hệ thống tiristor - động cơ cũng có hai phương thức: đảo cách đấu đầu ra bộ biến đổi (BBĐ) với mạch phần ứng và đảo cách đấu đầu ra BBĐ kích từ với cuộn dây kích từ động cơ. Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng động cơ khi BBĐ sử dụng một sơ đồ chỉnh lưu Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng có rất nhiều kiểu loại, và được chọn theo yêu cầu khác nhau của các loại máy công tác. Đối với các máy công tác thường làm việc ở trạng thái quay một chiều thỉnh thoảng mới có yêu cầu đổi chiều quay (chẳng hạn như đầu máy xe điện ngầm) có thể dùng hệ thống tiristor - động cơ thông dụng.
Loại mạch điện này chỉ dùng một sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển bằng tiristor để cấp điện cho phần ứng động cơ, việc đổi chiều dòng qua động cơ sử dụng 136 các phần tử đóng cắt có tiếp điểm (công tắc tơ) hoặc sử dụng các van bán dẫn có điều khiển để thay các phần tử có tiếp điểm. Sơ đồ sử dụng phần tử có tiếp điểm để đảo cực tính điện áp và đảo chiều dòng phần ứng động cơ được biểu diễn trên hình 4. - Ưu điểm: Việc thực hiện đảo chiều dòng, áp đơn giản; rẻ tiền. - Nhược điểm: Công tắc tơ phải đóng cắt thường xuyên thì gây ra tiếng ồn khá lớn; tuổi thọ thấp; thời gian tác động riêng của khí cụ đóng cắt khá lớn, có thể đạt tới 0,8s.
Mạch điện này chỉ được dùng ở những máy công tác không thường xuyên đảo chiều quay. Sơ đồ sử dụng bộ đóng cắt dạng không tiếp điểm bằng dụng cụ bán dẫn tiristor, như trên hình 4. Sơ đồ này sẽ tránh được nhược điểm của việc sử dụng bộ đóng cắt có tiếp điểm. Khi các tiristor T1 và T2 mở, tương đương như T đóng (hình 4.1), động cơ quay theo chiều thuận, còn khi T3 và T4 mở, tương đương như N đóng (hình 4.1), động cơ quay theo chiều ngược.
- Ưu điểm: Mạch điện đơn giản, làm việc với độ tin cậy khá cao, quán tính nhỏ. - Nhược điểm: Số dụng cụ bán dẫn nhiều và thường bị hạn chế về dòng điện; giá thành đắt. Mạch điện này chỉ được dùng trong một số thiết bị truyền động đảo chiều công suất không lớn lắm. Mạch điện đảo chiều dòng phần ứng động cơ khi sử dụng BBĐ có đảo dòng Hình 4.
Hệ thống truyền động đảo chiều động cơ một chiều dùng BBĐ có đảo dòng bằng hai sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược 137 Ở những máy công tác yêu cầu đổi chiều quay thường xuyên, đặc biệt là những máy có yêu cầu thời gian quá trình quá độ khi đảo chiều ngắn thì thường sử dụng hệ truyền độ T - Đ với bộ biến đổi có đảo dòng. BBĐ có đảo dòng được xây dựng từ hai sơ đồ chỉnh lưu điều khiển dùng tiristor mắc song song ngược hoặc đấu chéo (hình 4. Khi động cơ được cấp dòng từ sơ đồ chỉnh lưu thứ nhất (CL1) (còn được gọi là sơ đồ thuận), thì dòng phần ứng động cơ có giá trị dương (thuận), còn dòng động cơ sẽ đổi chiều (ngược) nếu nó được cấp điện từ sơ đồ chỉnh lưu thứ hai (CL2) hay còn gọi là sơ đồ ngược. Với tải có tính chất phản kháng thì chiều quay của động cơ phụ thuộc vào chiều dòng điện trong động cơ.
Việc dòng điện động cơ được cấp từ sơ đồ chỉnh lưu nào, sơ đồ không cấp dòng cho động cơ ở trạng thái gì, phụ thuộc vào chế độ làm việc cụ thể và phương pháp điều khiển bộ BBĐ. Đảo chiều dòng kích từ động cơ Muốn đảo chiều quay của động cơ khi không đảo chiều dòng áp phần ứng có thể thực hiện bằng cách đảo chiều từ thông động cơ. Trong trường hợp này, mạch phần ứng của động cơ chỉ cần dùng một sơ đồ chỉnh lưu tiristor để cấp điện và điều chỉnh tốc độ, còn cuộn dây kích từ được cung cấp từ nguồn một sơ đồ chỉnh lưu (có thể điều khiển hoặc không) qua hệ thống các tiếp điểm đảo chiều hoặc có thể cung cấp cho cuộn kích từ động cơ từ BBĐ có đảo dòng bằng tiristor khi có thêm yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông. Các sơ đồ mạch điện để đảo chiều dòng kích từ tương tự như sơ đồ đảo chiều dòng phần ứng động cơ (hình 4.
Do công suất kích từ chỉ chiếm khoảng 15% công suất định mức, rõ ràng là công suất của của các thiết bị đóng cắt hoặc sơ đồ chỉnh tiristor dùng để đảo chiều dòng và cung cấp cho cuộn dây kích từ nhỏ hơn rất nhiều khi thực hiện đảo chiều dòng phần ứng, do vậy đối với động cơ công suất lớn thì dùng phương án đảo chiều dòng kích từ là tương đối rẻ tiền. Tuy nhiên, quá trình đổi chiều dòng kích từ xẩy ra chậm hơn rất nhiều so với đổi chiều dòng điện mạch phần ứng, ở những động cơ có công suất trung bình, hằng số thời gian mạch kích từ chiếm khoảng vài giây, nếu cứ cho dòng điện kích từ tăng giảm tự nhiên, thì việc đổi chiều dòng điện có thể chiếm mất khoảng 10 giây. 138 Trong thực tế, việc đảo chiều quay động cơ bằng phương pháp đảo chiều từ thông thường áp dụng cho các hệ thống truyền động điện công suất trung bình và lớn và ít diễn ra quá trình đảo chiều như hệ thống truyền động trục cán của máy cán liên tục. Hãm tái sinh của hệ thống tiristor - động cơ 4.
Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu của chỉnh lưu có điều khiển 4. Chế độ chỉnh lưu của chỉnh lưu có điều khiển Là chế độ làm việc mà sơ đồ chỉnh lưu thực hiện biến đổi năng lượng điện xoay chiều của lưới điện thành năng lượng điện một chiều để cấp cho tải một chiều, như vậy tải một chiều tiêu thụ công suất tác dụng. Nếu giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của thành phần xoay chiều trong đường cong dòng điện và điện áp chỉnh lưu, và kí hiệu: giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu ở đầu ra sơ đồ chỉnh lưu là Ud, giá trị trung bình dòng điện chỉnh lưu là Id (trong trường hợp hệ điều tốc T-Đ thì Id cũng là thành phần một chiều dòng phần ứng động cơ), Pd là công suất tác dụng tải tiêu thụ (công suất điện mà động cơ tiêu thụ), như vậy, khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì Pd = Ud. Chế độ nghịch lưu của chỉnh lưu có điều khiển Khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu, quá trình biến đổi năng lượng diễn ra theo chiều ngược lại, sơ đồ chỉnh lưu thực hiện việc biến đổi năng lượng điện một chiều phía tải thành năng lượng điện xoay chiều và chuyển một phần năng lượng vào lưới điện xoay chiều.
Điều này có nghĩa là khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu thì công suất trên tải sẽ có giá trị âm, tức là Pd = Ud.Id<0, đây cũng là điều kiện tổng quát để có chế độ nghịch lưu đối với sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển. Điều kiện chi tiết để sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu là: 900 EĐ 0 (4.1) E Đ U d 139 Từ các biểu thức có thể kết luận: Để sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu cần có các điều kiện là: góc điều khiển sơ đồ chỉnh lưu phải lớn hơn 900, sức điện động tải (s. ngược) phải đổi chiều và có giá trị lớn hơn giá trị tuyệt đối của điện áp chỉnh lưu trung bình. Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu của sơ đồ chỉnh lưu trong hệ thống truyền động điện T-Đ cho cơ cấu nâng hạ (cầu trục, cần trục, máy xúc,.) được minh họa như trên hình 4.
Có thể thấy rằng, muốn thay đổi tốc độ hạ ta điều chỉnh giá trị góc điều khiển α, giá trị α càng tăng thì tốc độ hạ sẽ càng tăng, tuy nhiên cũng cần phải chú ý điều kiện góc điều khiển cực đại cho phép để tránh lật nghịch lưu. Chế độ nghịch lưu của sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor còn được gọi là nghịch lưu phụ thuộc. Hãm tái sinh của động cơ điện khi điều chỉnh giảm tốc hoặc dừng Có rất nhiều máy công tác trong thực tế yêu cầu tăng giảm tốc hoặc dừng máy một cách nhanh chóng, biện pháp rẻ tiền nhất chính là dùng cách hãm động cơ 140 theo phương pháp hãm tái sinh, cho động cơ làm việc ở trên đường đặc tính ở góc phần tư thứ 2. Hãm tái sinh khi quay ngược với tải thế năng và hãm tái sinh khi giảm tốc hoặc dừng máy với tải phản kháng khác nhau ở 3 điểm sau: (1).
Hãm tái sinh khi điều chỉnh giảm tốc hoặc dừng máy, động cơ làm việc ở góc phần tư thứ hai, chiều của tốc độ quay vẫn là dương, mô men quay đổi chiều thành âm; còn hãm tái sinh quay ngược khi động cơ mang tải có tính chất thế năng thì động cơ làm việc ở góc phần tư thứ 4, chiều quay biến thành âm, chiều mômen động cơ không đổi. Hãm tái sinh quay ngược khi động cơ mang tải có tính chất thế năng là một trạng thái làm việc ổn định, còn hãm tái sinh khi điều chỉnh giảm tốc hoặc dừng máy thường là một quá trình quá độ, cuối cùng phải trở về góc phần tư thứ nhất mới ổn định được, hoặc là cuối cùng phải trở về gốc tọa độ (động cơ dừng). Hãm tái sinh quay ngược khi động cơ mang tải có tính chất thế năng thì cực tính của s.