CHƯƠNG 1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỂN Để đáp ứng cho nhu cầu thực hành trong lĩnh vực tự động hóa ngày nay tại các trường Đại học, Cao đẳng, các phòng thí nghiệm phải trang bị rất nhiều nhiều các mô hình thí nghiệm hiện đại, đắt tiền. Đối với một số trường, nguồn kinh phí để đáp ứng cho nhu cầu này lại rất hạn chế. Điểm chung của các mô hình này là bộ điều khiển có khả năng nhúng các thuật toán điều khiển thông minh. Trong lĩnh vực tự động hóa, có rất nhiều thuật toán điều khiển từ cổ điển đến hiện đại đòi hỏi bộ điều khiển phải xử lý với tốc độ rất nhanh.
Công cụ để thực hiện triệt để vấn đề này tại thời điểm hiện nay là dòng IC DSP TMS320F28335 kết hợp với Matlab. Đây là một công cụ mạnh, linh hoạt mà giá thành lại rất phù hợp. Việc kết hợp giữa IC DSP TMS320F28335 và Matlab sẽ tạo ra nhiều bộ điều khiển linh hoạt, giúp người học nắm rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa mà không cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng. Đề tài có thể áp dụng vào thực tế điều khiển và giám sát điện áp động cơ với những ứng dụng như: điều khiển và ổn định điện áp tại một giá trị đặt trước mà người điều khiển mong muốn.Ví dụ như ổn định điện áp cho băng truyền tự động….
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 KHÁI NIỆM BỘ CHỈNH LƯU Bộ chỉnh lưu là mạch điện bao gồm các linh kiện điện tử dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện, trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong bộ chỉnh lưu có thể là các diode bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Mô hình toán: 2.2 PHÂN LOẠI BỘ CHỈNH LƯU Chỉnh lưu được phân loại theo các cách thức sau: Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: có mạch một pha, ba pha, sáu pha. Dựa theo loại van bán dẫn: Mạch dùng hoàn toàn bằng diode: Chỉnh lưu không điều khiển. Mạch dùng kết hợp diode và SCR : Chỉnh lưu bán điều khiển. Mạch dùng hoàn toàn bằng SCR,IGBT: Chỉnh lưu điều khiển toàn phần.
Dựa theo sơ đồ mắc van có 2 kiểu: - Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ này số van dùng cho chỉnh lưu sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu. Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: hoặc A chung, hoặc K chung. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ này số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, trong đó một nửa số van mắc chung nhau A , một nửa số van mắc chung K.
- Trong đề tài này, chúng ta chỉ phân tích sâu bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần dùng linh kiện SCR.3 CẤU TRÚC BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN TOÀN PHẦN Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần. Ở mạch này ta sử dụng 6 SCR chia thành 2 nhóm: - Nhóm anode chung (SCR2,SCR4,SCR6). - Nhóm catode chung (SCR1,SCR3,SCR5). Sơ đồ điều khiển đồng bộ cầu 3 pha cho phép mở từng cặp SCR tương ứng để tạo điện áp chỉnh lưu Ud trên tải.
Để cấp đúng xung điều khiển đồng bộ cho các SCR ta phải hiểu được nguyên tắc chung: Khi ở pha A-UA có điện thế dương thì SCR1 phân cực thuận, nếu được kích thì nó sẽ dẫn (dòng từ A qua SCR1 qua tải về phía âm qua SCR thuộc nhóm âm của pha khác), SCR4 phân cực ngược. Khi ở pha A là âm, SCR4 phân cực thuận, nếu được kích thì nó sẽ dẫn tương tự cho các SCR và pha khác. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Vấn đề điều khiển các SCR trong chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần: trong mạch chỉnh lưu cầu 3 pha ở mỗi một thời điểm bất kỳ dòng phải chạy qua 2 SCR ở 2 nhóm nối giữa 2 pha.Vì vậy nếu điều khiển các SCR bằng các xung ngắn thì sơ đồ sẽ không thể khởi động được hoặc không làm việc được trong chế độ dòng tải bị gián đoạn.Trong thực tế người ta giải quyết bằng cách: Điều khiển bằng xung rộng 60o đến 100o.
Tuy nhiên việc truyền các xung có độ rộng như vậy đòi hỏi các biến áp xung và khâu khuếch đại xung có kích thước và công suất lớn ,đồng thời các linh kiện trên sẽ bị nóng và tăng tổn hao.Thông thường người ta dùng phương pháp băm xung có độ rộng lớn thành một chùm xung với độ rộng nhỏ hơn. Gọi là cách điều khiển bằng xung chùm. Điều khiển bằng hệ thống xung kép. Theo đó mỗi SCR khi nhận được tín hiệu điều khiển thì xung điều khiển đó cũng sẽ được lặp lại cho SCR đã được điều khiển trước đó.
Kết quả là mỗi SCR sẽ được điều khiển bằng 2 xung cách nhau 60o. Đây cũng là cách chúng em chọn cho đề tài này. Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển các SCR có thể giải thích như sau:Vào thời điểm 𝜋/6+ 𝛼 thì SCR1 được kích dẫn, trước đó SCR6 đã được kích và đang dẫn. Đồng thời với việc SCR1 được kích bởi xung đồng bộ của pha A thì SCR6 cũng được kích 1 xung kép hay còn gọi là xung đảm bảo.
Xung điều khiển này không phải xung đồng bộ của pha B mà là xung đồng bộ của pha A gửi tới mạch khếch đại xung của pha B và kích cho SCR6. Sau khoảng thời gian 2𝜋/6 thì SCR2 được kích dẫn và SCR1 được kích xung bảo đảm từ mạch điều khiển đồng bộ của SCR2. Nguyên tắc điều khiển các SCR còn lại cũng tương tự. Như vậy mỗi SCR trong cùng một nhóm sẽ được kích xung lệch pha nhau 2𝜋/3, còn lại các SCR khác nhóm được kích xung lệch pha nhau 𝜋/3.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Dạng sóng xung kích và điện áp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần. Nguyên lí hoạt động: Uab Uac Ubc Uba Uca Ucb SCR1 SCR1 SCR3 SCR3 SCR5 SCR5 SCR6 SCR2 SCR2 SCR4 SCR4 SCR6 Trường hợp 1: Giá trị trung bình của điện áp ra trên tải R khi góc kích α< π/3 5π 6 +α 3√6 Udc out = ∫π6 √2 𝑈𝑠𝑖𝑛⌀.1) 6 Trường hợp 2: Khi góc kích α> π/3 3√6 π Udc out = U.2) π 3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2.4 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU. Động cơ điện một chiều là loại máy điện hoạt động với nguồn điện một chiều.
Chúng có thể hoạt động như động cơ điện một chiều cũng có thể hoạt động như một máy phát. Nghĩa là máy điện một chiều có thể chuyển hóa điện năng thành cơ năng hoặc chuyển hóa cơ năng thành điện năng.1 Ưu và nhược điểm của động cơ điện một chiều. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành. mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện. Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau.
Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần.) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9 do an CHƯƠNG 2.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính là: Phần tĩnh (Stator).3 Cấu tạo động cơ điện một chiều a.
Phần tĩnh (stator) Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau: Cực từ chính: Hình 2.4 Cực từ chính BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ. Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
- Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu. - Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện. Cực từ phụ: - Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và đổi chiều Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc. - Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối với dây quấn phần ứng.
Gông từ: - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. Các bộ phận khác: - Nắp động cơ: để bảo vệ động cơ khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người sử dụng. - Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.