Chương 1 Tổng quan về hệ thống chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ một chiều 1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều 1.1 Khái niệm Ngày nay động cơ điện một chiều được sự rộng rãi trong các lĩnh vực như: giao thông vận tải (tàu điện ngầm, ô tô điện, tàu hỏa,…), thiết bị gia dụng (máy hút bụi, máy xay sinh tố,…), trong công nghiệp (băng tải, máy CNC, robot công nghiệp,…). Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng có thể điều chỉnh tốc độ n bằng phẳng, phạm vi điều chỉnh rộng, momen mở máy Mmm lớn. Bên cạnh nhưng ưu điểm đó thì động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định như: cấu tạo phức tạp vì có cơ cấu cổ góp, giá thành cao, độ tin cậy kém,… Khi sử dụng động cơ điện một chiều cũng cần có một bộ nguồn một chiều kèm theo. Hình 1-1: Hình ảnh động cơ điện một chiều Hình 1-2: Hình ảnh động cơ 775 12VDC 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có cấu tạo gồm hai thành phần chính là: phần tĩnh (Stato) và phần quay (Roto).
11 Hình 1-3: Cấu tạo của động cơ điện một chiều 1.3 Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân loại theo phương pháp kích từ thành những loại sau: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng lẻ. - Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng, một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường.
Khi hoạt động động cơ điện một chiều biến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 1.1 Đặc tính động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ: M f() .2 Sơ đồ nối dậy của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau. _ + Uư Eư Rf I Rkt Ckt Ikt Ukt _ + Hình 1-4: Sơ đồ đấu nối động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập - Phương trình cân bằng điện áp: U ö E ö (R ö R f ).1) - Sức điện động của phần ứng động cơ E ö K.2) - Momen điện từ của động cơ: M K.3) - Phương trình đặc tính cơ - điện: Uö Rö Rf . 13 ω ω0 ωđm TN ωnt NT 0 Iđm Inm Iư Hình 1-5: Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều - Phương trình đặc tính cơ: Uö Rö Rf .)2 ω ω0 ωđm TN ωnt NT 0 Mđm Mnm M Hình 1-6: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 1.3 Đặc tính cơ tự nhiên Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính cơ có các tham số định mức và không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác. Mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên. - Phương trình đặc tính cơ – điện tự nhiên: Uö Rö . ö - Phương trình đặc tính cơ tự nhiên: 14 Uö Rö .4 Đặc tính cơ nhân tạo Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ.
Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo. Phương trình đặc tính cơ: Uö Rö Rf .3 Hệ thống chỉnh lưu hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn 1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý Um u1 .11) ud udA udK (1.12) M i1 + id i2 T1 T2 R BAL A ~U1 ~U2 ud L B T4 T3 E i4 i3 _ N Hình 1-7: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn 15 1.2 Nguyên lý làm việc M i1 + id i2 T1 T2 R BAL A ~U1 ~U2 ud L B T4 T3 E i4 i3 _ N Hình 1-8: Sơ đồ u,i của chỉnh lưu cầu 1 pha có Hình 1-8: Đồ thị u,i của chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển có điều khiển Xét ở những chu kỳ làm việc xác lập: - Trong (0 ) điện áp u1 0 Giả sử T2, T4 đang dẫn dòng phản kháng id i T2 i T4 i pik 0 ; T1,T3 đang khóa, ud < 0. - Đến 1 u1 0 và có xung điều khiển T1, T3 mở i d i T1 i T3 0 , còn T2, T4 khóa, ud > 0. - Trong ( 2) điện áp u2 0 T1, T3 vẫn đang dẫn dòng phản kháng id i T1 i T3 i pik 0,ud 0 - Đến 2 u2 0 và có xung điều khiển T2, T4 mở id i T2 i T4 0 ; còn T1, T3 khóa, ud >0 Cứ như vậy, chúng ta sẽ điều khiển mở lần lượt từng cặp T1, T3 rồi đến T2, T4 cách nhau một góc .3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu - Trị trung bình điện áp chỉnh lưu: 1 2.13) - Dòng trung bình qua tải: 16 Ud E Id (1.14) R - Trị trung bình dòng qua Thyristor: I I v1AV d (1.15) 2 - Áp khóa và áp ngược cực đại đặt lên linh kiện: Um 1.4 Hiện tượng trùng dẫn Hiện tượng trùng dẫn là trạng thái các nhánh Thyristor ở cùng nhóm cùng dẫn điện tại thời điểm chuyển mạch.
M + T1 T2 _E Lc A R EL B L T4 T3 N Hình 1-9: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha Hình 1-10: Đồ thị dạng sóng khi sảy ra hiện tượng trùng dẫn 17 Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiện tượng trùng dẫn. Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua i T1 i T3 I d. Khi phát xung mở T2, T4. Vì có L nên dòng i T1 i T3 không giảm đột ngột về 0 và dòng i T2 i T4 cũng không tăng đột ngột từ 0 I d.
Lúc này, cả 4 van cùng mở không cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch U d 0. Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn: - Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải. - Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu. - Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn.4 Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu 1.1 Khái niệm chung Xung điều khiển đưa vào Thyristor lúc điện áp đặt lên Anode Thyristor phải là xung dương Phải biết khi nào điện áp đặt lên Thyristor dương.
Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên Thyristor. Sơ đồ khâu phát xung – bộ điều khiển: Đồng bộ Uđb Uc Th Khếch đại và iG So sánh phát xung Hình 1-11: Sơ đồ khối điều khiển Thyristor 18 1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Hình 1-12: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính - Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều - Điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa - Điện áp so sánh uss U c U db - Khi U c U db uss 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển Uc - Góc điều khiển: .U c UdbM - Điện áp chỉnh lưu: U d U d 0 .3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos U (V) 1.5 Hình 1-13: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos - Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều - Điện áp đồng bộ Udb là một đường cosin: U db U m .cos - Điện áp so sánh: uss U c U db - Khi U c U db uss 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển - Khi thì U c U db U m .cos Uc Góc điều khiển arccos Um Uc - Điện áp chỉnh lưu: Ud U d 0 .5 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn 1.1 Sơ đồ nguyên lý Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau. 20 BA ĐK1 CB CK CB Ư CB CB ĐK2 Hình 1-14: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn 1.2 Nguyên lý hoạt động Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phân tích. Đây là sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển.
Nguyên lý hoạt động được trình bày như ở phần trước.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biển đổi mắc song song ngược Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ có một bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải. Khi chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau. Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp: - Phương pháp điều khiển tuyến tính khống chế phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (điều khiển chung) - Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (điều khiển riêng) 21 ~ BCL 1 CB CK CB Ư CB CB BCL 2 Hình 1-15: Sơ đồ hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược 1.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tỉnh phụ thuộc Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào hai bộ chỉnh lưu, tức là xung điều khiển hai bộ này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ: 1 2 (1.16) Trong đó: α1: góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 1 α2:góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2. Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thuyết là dòng liên tục, bỏ qua tổn hao.cos1 - Bộ chỉnh lưu 2: U d2 U d 0 .