Đồ Án Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha

Đồ Án Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha Thông số động cơ ba pha TT Công suất (kW) Điện áp định mức (VAC) Dòng điện định mức (A) Tốc độ định mức (vphút) 6 2,2 380 5,09 1400 MỤC LỤC Đề bài 1 Lời cam đoan 1 Lời cảm ơn 1 Lời nói đầu 3 Chương 1 Tổng quan đối tượng nghiên cứu 6 1 1 Tổng quan động cơ xoay chiều ba pha 6 1 1 1 Tổng quan nguyên lý 10 1 1 2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 10 1 1 2 a Điều chỉnh điện áp động cơ.

Đề số 8: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều

khiển động cơ xoay chiều ba pha

Thông số động cơ ba pha :

TT Công suất (kW) Điện áp định mức

(VAC)

Dòng điện định mức (A)

Tốc độ định mức (v/phút)

MỤC LỤC

Đề bài……… 1

Lời cam đoan……… 1

Lời cảm ơn……… 1

Lời nói đầu……… 3

Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu……… 6

1.1 Tổng quan động cơ xoay chiều ba pha……… 6

1.1.1 Tổng quan nguyên lý……… 10

1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ……… 10

1.1.2.a Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ……… 10

1.1.2.b Điều chỉnh điện trở rôto động cơ không đồng bộ……… 11

1.1.2.c Điều khiển công suất trượt……… 12

1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha……… 13

1.2.1 Khái niệm……… 13

1.2.2.1 Các mạch phát xung điều khiển đơn giản 14

1.2.2.1a Mạch điều khiển dùng dioot-biến trở (D-R) 14

1.2.3 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi 15

1.2.4 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi……… 16

1.3 Đặt bài toán……… 17

Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch lực……… 17

2.1 Tính toán, thiết kế mạch lực……… 17

2.1.1 Tính toán, thiết kế sơ đồ mạch lực……… 21

2.1.2 Tính toán, lựa chọn các phần tử mạch lực……… 22

2.2 Mô phỏng mạch lực……… 24

2.2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng……… 24

2.2.2 Kết quả mô phỏng……… 26

Chương 3: Tính toán thiết kế mạch điều khiển……… 27

3.1 Tính toán, thiết kế mạch điều khiển……… 27

3.1.1 Khâu đồng bộ……… 28

3.1.2 Khâu tạo điện áp răng cưa……… 30

3.1.3 Khâu so sánh……… 33

3.1.4 Khâu tách xung……… 34

3.1.5 Khâu khuếch đại xung và khâu phân chia xung……… 35

3.1.6 Khâu dao động tần số cao……… 37

3.1.7 Khâu tạo xung chùm……… 37

3.1.8 Tính toán, lựa chọn các phần tử trong mạch điều khiển………… 38

3.2 Mô phỏng mạch điều khiển……… 39

3.2.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng……… 39

3.2.2 Kết quả mô phỏng……… 41

Kết luận……… 43

Tài liệu tham khảo……… 43

Nhận xét và chữ ký……… 43

Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu

Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh được Để biến đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giátrị khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn, làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng có dạng hình sin Tuy vậy máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp công suất trung bình và lớn, điều này cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp Khi yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình và lớn thì người ta sử dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều-xoay chiều hay BBĐ điện áp pha

BBD xoay chiều-xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng

cụ bán dẫn có điều khiển Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với mọi cấp công suất Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy không bằng máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về công suất

do khả năng chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp nguồn hình sin thì điện áp ra không còn dạng hình sin nữa

Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như sau:

- Để điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏbằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato của động cơ

- Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rô to lồng xóc công suất trung bình và lớn

- Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra, ví dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp cho lò tần

- Cũng như các máy điện khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch,

có nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện hoặc máy phát điện Có nhiều

tiêu chí để phân loại máy điện không đồng bộ:

1 Theo kết cấu của vở máy, máy điện KĐB chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ

2 Theo kết cấu của rotor, máy điện KĐB chia thành hai loại: Loại rotor kiểu dây quấn, loại rotor kiểu lồng sóc

3 Theo số pha trên dây quấn stator: Một pha, hai pha và ba pha

b Dây quấn stator:

Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo nên từ trường quay

hình1.1b: Dây quấn stator

c Vỏ máy:

Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bằng gang (Hình1.1c) Có tác dụng bảo

vệ và cố định các bộ phận bên trong như dây quấn, trục máy, rotor

Hình1.1d: Lõi thép rotor

b Trục

Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép rotor

c Dây quấn rotor

Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn

Hình1.1e: Rotor lồng sóc

- Rotor lồng sóc (hình 1.1e) gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh

và bị ngắn mạch bổi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vòng ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch Rotor dây quấn

(hình1.1e) cũng quấn giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào

ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

1.1.1 Tổng quan nguyên lý

Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f1 vào dây quấn stator, trong dây quấn stator sẽ có hệ thống dòng 3 pha chạy qua, dòng điện này sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1 = 60f1/p Từ trường quay quét qua các thanh dẫn của dây quấn rotor, cảm ứng trong dây quấn một sức điện động Dây quấn rotorkhép kín mạch (ngắnmạch) nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện chạy trong các thanh dẫn rotor Lực điện từ do trường quay của máy tác động vào dòng điện chạy trong thanh dẫn rotor, kéo rôto quay với tốc độ n cùng chiều với từ

trường quay và n < n1 Từ trường quay tốc độ n1 có chiều thuận kim đồng hồ Thanh dẫn chuyển động tương đối với từ trường tốc độ n1 ngược chiều kim đồng

hồ Theo qui tắc bàn tay phải, xác định chiều của sức điện động cảm ứng trong các thanh dẫn Mạch rotor nối tắt, trong thanh dẫn có dòng điện trùng chiều với sức điện động Theo qui tắc bàn tay trái, xác định chiều của lực điện từ, tác động vào thanh dẫn (hình 5.11) Lực điện từ cùng chiều với chiều quay của từ trường, rotor quay theo từ trường với tốc độ n Tốc độ rotor của máy n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1, vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rotor không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, nên lực điện từbằng không Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rotor gọi là tốc độ trượt n2:

n = n1(1-s) = 60f1/p (1-s) vg/ph

1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ

1.1.2.a Điều chỉnh điện áp động cơ không đồng bộ

Kết quả phân tích trên cho thấy sự ảnh hưởng của điện áp stato U1 đến các thông số đầu ra của động cơ như dòng điện I1, I2, mômen, tốc độ và dạng đặc tính

cơ điều chỉnh Vì vậy từ các biểu thức ở trên về động cơ KĐB ta thấy dòng điện động cơ phụ thuộc tỷ lệ với điện áp U1, mômen tỉ lệ bình phương với U1, còn độ trượt tới hạn không thay đổi khi điều chỉnh điện áp:

Dòng điện ngắn mạch: Inm.U = Inm.U1 *

Mômen ngắn mạch (khởi động): Mnm.U = Mnm.U1 *2

Mômen tới hạn: Mth.U = Mth.U1 *2

Độ trượt tới hạn: Sth = const

Trong đó, U1 * = U1/Uđm là giá trị tương đối của điện áp stato; Inm, Mnm, Mth là các thông số tương ứng với các đặc tính tự nhiên của động cơ

Hình 1.1.2aĐiều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện áp stato: a) Sơ đồ nguyên lý; b) họ đặc tính cơ khi R0 = 0 (động cơ rôto lồng sóc); c) Họ đặc tính cơ khi R0 ≠

0 (động cơ rôto dây quấn)

1.1.2.b Điều chỉnh điện trở rôto động cơ không đồng bộ

Có thể nêu một nhận xét tổng quát rằng: phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng điện trở phụ mạch rôto hoàn toàn tương đồng với phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng điện trở phụ mạch phần ứng cả về dạng sơ đồ nối dây, họ đặc tính, các chỉ tiêu chất lượng

- Nếu truyến tính hóa đoạn đặc tính công tác trong phạm vi phụ tải từ 0 ÷ Mc= Mđm, ta có biểu thức gần đúng:

M= M mⅆm

s c strong đó, sc độ trượt tại Mc = Mđm và cũng chính là độ sụt tốc tương đối

∆ c * trên đường đặc tính đang xét với Mc = Mđm

- Lúc đó, đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi Rf = var hoàn toàn trùng hợp với họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh Rfư, với độ cứng của đặc tính cơ nhân tạo:

1.1.2.c Điều khiển công suất trượt

Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB ba pha bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ΔPs = Ps = s.Pđt được tiêu tán trên điện trở mạch rôto Ở các hệ thống TĐĐ điện tử công suất lớn, tổn hao này là đáng kể Vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động, vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt là các sơ đồ nối tầng Có nhiều phương pháp xây dựng hệ nối tầng, dưới đây trình bày phương pháp nối tầng điện dùng thyristor như hình 3.21a) Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì:

Δ P5=m C(w1−ω)=M C w1s=Pdts+∆ Ps /PdtGiản đồ năng lượng khi bỏ qua tổn hao ở rotor được biểu diễn trên hình 1.1.2c trong đó Pbđ là công suất được trả về lưới điện, ΔPs = Pbđ là tổn hao trong mạch biến đỏi công suất trượt thành công suất điện có cùng tần số và điện áp lưới

Hình1.1.2c: Hệ thống nối tầng van a) Sơ đồ nguyên lý; b) Giản đồ năng lượng; c)

Đồ thị dòng và áp khi fr = fs3; d) Đặc tính hệ điều chỉnh công suất trượt

Sức điện động rôto ur được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua điện kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL Điện áp xoay chiều của nghịch lưu (uA,

uB, uC) có biên độ và tần số không đổi đo được xác định bởi điện áp và tần số của lưới điện Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển α thay đỏi từ 900 đến khoảng

1400 , phần còn lại dành cho góc chuyển mạch μ và góc hồi phục tính chất khoá δ của van bán dẫn

Độ lớn dòng điện rôtor phụ thuộc hoàn toàn vào mômen tải của động cơ mà không phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu Cụm mạch chỉnh lưu - nghịch lưu phụ thuộc chỉ làm thay đổi được góc ta của dòng điện ở phía xoay chiều của nghịch lưu khi điều chỉnh góc mở α Qúa trình dòng điện và điện áp của bộ biến đổi được

mô tả trên hình 1.1.2c cho trường hợp độ trượt s = 1/3 Giá trị trung bình của điện

áp chỉnh lưu và nghịch lưu là như nhau và ta có Udr = Udn = Ud

Sai lệch về giá trị tức thời giữa điện áp chỉnh lưu và nghịch lưu chính là điện áptrên điện kháng lọc L

1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha

1.2.1.Kái niệm:

Cũng như BBĐ xoay chiều-một chiều, trong BBĐ xoay chiều-xoay chiều ta

cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển Vì vậy để cho BBĐ có thể làm việc theo yêu cầu thì cũng phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van Dù

là sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ dùng triac thì trong một chu kỳ nguồn ta cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều khiển lệch nhau một góc độ điện

là 1800 tương tự như tín hiệu điều khiển các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha Do vậy về lý thuyết thì có thể sử dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh lưu hình tia 2 pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều một pha,và mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể dùng để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên cũng cần lưu ý: Đối với sơ đồ chỉnh lưu thì sự đối xứng của xung điều khiển các van cũng quantrọng nhưng không yêu cầu khắt khe lắm Nhưng đối với BBĐ xoay chiều-xoay chiều thì xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van song song ngược trong cùng một pha nhất là khi phụ tải của BBĐ là thiết bị chỉ làm việc được với nguồn cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện xoay chiều hoặc các máy biến áp, , đòi hỏi có độ đối xứng rất cao Đó là vì khi góc điều khiển của 2 van trong cùng một pha không hoàn toàn giống nhau thì trong đường cong điện áp trên tải sẽ xuất hiện thành phần một chiều Mặt khác tổng trở phụ tải đối với thành phần điện

áp một chiều là rất nhỏ do vậy thành phần dòng một chiều qua tải sẽ rất lớn Điều

đó ảnh hưởng đến sự làm việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự không đối xứng của tín hiệu điều khiển vượt quá một giá trị nhất định nào đó (phụ thuộc trường hợp cụ thể) thì BBĐ sẽ không làm việc được nữa

1.2.2.1 Các mạch phát xung điều khiển đơn giản

1.2.2.1a Mạch điều khiển dùng dioot-biến trở (D-R)

Ta xét một sơ đồ bộ biến đổi điện áp pha một pha có mạch điều khiển dùng

điôt-biến trở như hình 4.8.Trong sơ đồ này thì T1,T2 là 2 thyristor động lực, mạch điều khiển các van của BBĐ gồm các điôt D1, D2, D3, D4, các diện trở R1,R2 và biếntrở WR

- Nguyên lý hoạt động của sơ đồ :

Từ đặc tính V-A của tiristor ta thấy rằng: Khi giữa anôt và katôt của tiristor đang được đặt một điện áp thuận nào đó, nếu ta đặt vào điện cực điều khiển và katôt của

nó một điện áp điều khiển có giá trị từ một trị số nhất định nào đó trở lên thì tiristor

sẽ chuyển từ khoá sang mở Giá tr đi n áp đi u khi n nh nh t có th làm ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ỏ nhất có thể làm ất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm

m tiristor khi có m t tr s đi n áp thu n đột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ược gọi là điện áp điều khiển ọi là điện áp điều khiển c g i là đi n áp đi u khi n ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm yêu c u đ i v i tr s đi n áp thu n đó và ta ký hi u là uầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm đkTyc V y khi trên vanận được gọi là điện áp điều khiển

có m t đi n áp thu n nào đó thì n u có đi n áp đi u khi n uột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm đk  uđkTyc đ i tr ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm

s đi n áp thu n đó thì van sẽ m , còn n u có đi n áp đi u khi n nh ng uố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ư đk<

uđkTyc thì van không m Đi n áp thu n trên van thay đ i thì giá tr uện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ổi thì giá trị u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm đkTyc cũng thay đ i theo: Đi n áp thu n trên van tăng thì giá tr đi n áp đi u khi n yêu ổi thì giá trị u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm

c u gi m,n u đi n áp thu n trên van có d ng n a hình sin thì đ th uầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ạng nửa hình sin thì đồ thị u ửa hình sin thì đồ thị u ồ thị u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm đkTyc có

d ng nh trên Đ đ n gi n cho vi c xét nguyên lý làm vi c c a s đ ta t m ạng nửa hình sin thì đồ thị u ư ển nhỏ nhất có thể làm ơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ủa sơ đồ ta tạm ơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ồ thị u ạng nửa hình sin thì đồ thị u

gi thi t là đi n áp đi u khi n yêu c u không ph thu c vào tr s đi n áp ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ụ thuộc vào trị số điện áp ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm

thu n trên van (nh hình 4.9b) Gi thi t nh v y tuy không phù h p v i ận được gọi là điện áp điều khiển ư ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ếu có điện áp điều khiển u ư ận được gọi là điện áp điều khiển ợc gọi là điện áp điều khiển ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u

th c t nh ng không nh hếu có điện áp điều khiển u ư ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ư ng đ n nguyên lý làm vi c c a s đ nên có thếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ủa sơ đồ ta tạm ơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ồ thị u ển nhỏ nhất có thể làm

ch p nh n đất có thể làm ận được gọi là điện áp điều khiển ược gọi là điện áp điều khiển c trong trường hợp này Ta chọn mốc xét ng h p này Ta ch n m c xét ợc gọi là điện áp điều khiển ọi là điện áp điều khiển ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển t=0 là th i đi m ờng hợp này Ta chọn mốc xét ển nhỏ nhất có thể làm

ung=0 và b t đ u chuy n sang dắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ển nhỏ nhất có thể làm ươn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ng, gi thi t t i thu n tr V y t i ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ếu có điện áp điều khiển u ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ận được gọi là điện áp điều khiển ạng nửa hình sin thì đồ thị u t=0 thì dòng t i cũng b ng không, lúc đó van Tảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ằng không, lúc đó van T 2 v a khoá và Từa khoá và T 1 b t đ u có đi n áp ắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm thu n, n u Tận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u 1 ch a m thì qua Dư 2-WR-R1-Rt (đã gi thi t Zảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ếu có điện áp điều khiển u t=Rt) sẽ có m t ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển dòng đi n do ngu n cung c p t o nên và dòng đi n này gây nên trên Rện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ồ thị u ất có thể làm ạng nửa hình sin thì đồ thị u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm 1 m t ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển

s t đi n áp mà đi n áp này sẽ đụ thuộc vào trị số điện áp ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ược gọi là điện áp điều khiển c đ a qua Dư 1 đ n đi n c c đi u khi n c a ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ủa sơ đồ ta tạm

T1 V y n u b qua s t áp trên Dận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u ỏ nhất có thể làm ụ thuộc vào trị số điện áp 1 m thì ta có uđkT1=uR1

T đ th ta th y khi ừa khoá và T ồ thị u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ất có thể làm  > t 0: uđkT1 < uđkTyc và T1 ch a m , t i ư ạng nửa hình sin thì đồ thị u t= thì

uđkT1= uđkTyc, van T1 b t đ u m và sẽ d n dòng cho đ n ắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ẫn dòng cho đến ếu có điện áp điều khiển u t= T i ạng nửa hình sin thì đồ thị u t= thì

ung=0 và b t đ u đ i d u nênTắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ổi thì giá trị u ất có thể làm 1 khoá l i ,van Tạng nửa hình sin thì đồ thị u 2 b t đ u đắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ược gọi là điện áp điều khiển c đ t đi n áp ặt điện áp ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm thu n,n u Tận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u 2 ch a m thì lúc này qua t i (Rư ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u t)-D4-WR-R2 sẽ có dòng đi n do ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ngu n cung c p t o nên S t đi n áp trên Rồ thị u ất có thể làm ạng nửa hình sin thì đồ thị u ụ thuộc vào trị số điện áp ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm 2 b i dòng đi n này sẽ đện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ược gọi là điện áp điều khiển c

truy n qua Dều khiển nhỏ nhất có thể làm 3 đ n đi n c c đi u khi n Tếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm 2 và n u b qua đi n áp trên Dếu có điện áp điều khiển u ỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm 3 m

Vì v y mà trong kho ng ận được gọi là điện áp điều khiển ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u +>t thì uđkT2< uđkTyc nên T2 v n ch a ẫn dòng cho đến ư

m ,cho đ n ếu có điện áp điều khiển u t=+ thì uđkT2= uđkTyc và T2 b t đ u m và d n dòng cho đ n ắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở Vậy tại ầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ẫn dòng cho đến ếu có điện áp điều khiển u

t=2 Trong các chu kỳ ti p theo s đ làm vi c tếu có điện áp điều khiển u ơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ồ thị u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ươn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm ng t C 2 van trong s ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm

đ đ u m v i m t giá tr góc đi u khi n là ồ thị u ều khiển nhỏ nhất có thể làm ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm  nh nhau T nguyên lý ho t ư ừa khoá và T ạng nửa hình sin thì đồ thị u

đ ng đã nêu k t h p v i đ th hình 4-9 ta th y r ng có th thay đ i góc đi uột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ếu có điện áp điều khiển u ợc gọi là điện áp điều khiển ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ồ thị u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ất có thể làm ằng không, lúc đó van T ển nhỏ nhất có thể làm ổi thì giá trị u ều khiển nhỏ nhất có thể làm khi n ển nhỏ nhất có thể làm  b ng cách thay đ i biên đ c a đi n áp tính theo bi u th c: ằng không, lúc đó van T ổi thì giá trị u ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ủa sơ đồ ta tạm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ức:

ung.R1/(R1+WR) Đ th c hi n ngển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ường hợp này Ta chọn mốc xét i ta thường hợp này Ta chọn mốc xét ng thay đ i giá tr bi n tr WR ổi thì giá trị u ị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ếu có điện áp điều khiển u

V i m ch đi u khi n này thì góc đi u khi n t i đa ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ạng nửa hình sin thì đồ thị u ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển max=/2 Nh v y m ch ư ận được gọi là điện áp điều khiển ạng nửa hình sin thì đồ thị u

đi u khi n nay không dùng đều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm ược gọi là điện áp điều khiển c cho trường hợp này Ta chọn mốc xét ng h p BBĐ làm vi c v i ph t i ợc gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ụ thuộc vào trị số điện áp ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị uthu n c m (ngay c nh ng trầu đối với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ững trường hợp điện cảm lớn thì cũng không nên sử ường hợp này Ta chọn mốc xét ng h p đi n c m l n thì cũng không nên s ợc gọi là điện áp điều khiển ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ửa hình sin thì đồ thị u

d ng vì lúc đó ph m vi thay đ i c a góc đi u khi n ụ thuộc vào trị số điện áp ạng nửa hình sin thì đồ thị u ổi thì giá trị u ủa sơ đồ ta tạm ều khiển nhỏ nhất có thể làm ển nhỏ nhất có thể làm  r t h p.ất có thể làm ẹp

1.2.3 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi

1.2.4 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi

*Các yêu cầu khởi động động cơ:

Đối với một động cơ, công việc mở máy cần đạt được các yêu cầu sau:

- Momentt mở máy càng lớn càng tốt hoặc đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt

- Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng nên đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn

*Lựa chọn phương án:

So sánh ưu và nhược điểm của hai phương án khởi động động cơ không đồng bộtrên, kết hợp với thời kỳ công nghiệp hóa hiện nay của nước ta và do số liệu của động cơ, đề án này xin chọn phương án khởi động mềm để khởi động cho động cơ

mà cụ thể là phương pháp “Điều áp xoay chiều ba pha” dùng 6 thyristor đấu theo kiểu song song ngược vì đây là phương pháp thông dụng nhất hiện nay và có giá thành thấp trong khi yêu cầu chì cần khởi động mềm cho động cơ

- ĐAXC dùng valve bán dẫn có đầy đủ ưu điểm của những mạch công suất sửdụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh và tự động hóa, làm việc ổn định, phảnứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn

và dễ thay thế, thích hợp vớ quá trình hiện đại hóa, tập trung hóa các quá trìnhcông nghệ…

- Nhược điểm chung và cơ bản nhất của ĐAXC là điện áp ra tải không sin trongtoàn dải điều chỉnh, điều chỉnh càng sâu – càng giảm điện áp ra thì độ méo cànglớn, tức là thành phần sóng hài bậc cao cũng càng lớn Nhưng vì phạm vi của đề ánnày là khởi động động cơ, thời gian khởi động chỉ trong khoảng 3 ÷ 30s và tải làđộng cơ bơm nên ta có thể chấp nhận được phương án này

- Do tải yêu cầu là dòng điện xoay chiều nên valve bán dẫn ở đây có thể dùng là:

• TRIAC, đây là valve bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện chảy theo cả haichiều Tuy nhiên loại valve này thường có công suất nhỏ và giá thành tươngđối cao.

• Ghép hai valve chỉ cho phép dẫn một chiều bằng cách đấu song song ngượcnhau, lúc đó mỗi valve đảm nhận một chiều của dòng tải Bằng cách này cóthể ghép hai thyristor với nhau hay một thyristor với một diode Trong đề ánnày, ta chọn theo phương pháp là ghép 6 thyristor theo kiểu song song ngược

và đây cũng là phương pháp thông dụng nhất hiện nay

- Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của valve bán dẫn.Các valve làm việc với điện áp xoay chiều nên được khóa tự nhiên bằng điện ápnguồn và cũng chịu ảnh hưởng của lưới điện đến valve, kiểu điều khiển valve làdịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức là sử dụng mạch điềukhiển xung - pha

b- Hoạt động của mạch:

- Mạch hoạt động theo quy luật chung:

• Trường hợp 3 valve dẫn: Mỗi pha có 1 valve dẫn => Utải = Unguồn

• Trường hợp 2 valve dẫn: Có 2 pha có valve dẫn và 1 pha không valve nào dẫn

=> điện áp pha tải = ½ điện áp dây nguồn và có 1 pha không có điện áp

• Trường hợp không có valve dẫn: Toàn bộ tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0)

- Các trường hợp dẫn của valve phụ thuộc vào góc điều khiển α Gồm 3 vùngđiều khiển:

• 0 o > α > 60 o :

- Trong vùng này có hai trạng thái kế tiếp

nhau đó là 3 valve dẫn → 2 valve dẫn

Giai đoạn 3 valve dẫn dài 60o ÷ α, giai

đoạn 2 valve dẫn bằng chính α

- Góc dẫn của valve λ = (180o – α), valve

ngắt khi điện áp pha nguồn = 0

- Vùng điều khiển này luôn chỉ có 2 valve

dẫn và không phụ thuộc vào góc điều

khiển α

- Valve trong cùng nhóm (chẳn hoặc lẽ)

thay nhau dẫn, valve sau mở thì valve

trước mới khóa lại Lúc đó góc dẫn của

valve λ = 120o

- Điện áp ra tải không còn đoạn bằng điện

áp nguồn mà chỉ có thể = ½ điện áp dây

Giá tr hi u d ng c a đi n áp ra t iị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ụ thuộc vào trị số điện áp ủa sơ đồ ta tạm ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u

• 90 o > α > 150 o :

- Trong vùng điều khiển này có 2 trạng

thái thay thế nhau là 2 valve dẫn và

không valve nào dẫn

- Valve không dẫn liên tục mà dẫn thành 2

giai đoạn xen giữa một khoản nghỉ

- Valve ngắt dòng mỗi khi điện áp dây

nguồn về 0V

Giá trị hiệu dụng của điện áp

2.1.1 Tính toán, thiết kế sơ đồ mạch lực

Dòng điện mỗi pha phụ tải:

-ch n van : ọi là điện áp điều khiển

Ch n ch tiêu dòng van d a vào tr s trung bình (theo b ng 2.2 –họi là điện áp điều khiển ỉ tiêu dòng van dựa vào trụ số trung bình (theo bảng 2.2 –hướng ụ thuộc vào trị số điện áp ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ảm,nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị u ưới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là ung

d n thi t k đi n t công su t) ta có:ẫn dòng cho đến ếu có điện áp điều khiển u ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ửa hình sin thì đồ thị u ất có thể làm

1

TT Công suất (kW) Điện áp định mức

(VAC)

Dòng điện định mức (A)

Tốc độ định mức (v/phút)

T các thông s trên ta ch n đừa khoá và T ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ọi là điện áp điều khiển ược gọi là điện áp điều khiển c van thyristor ( ph l c 2 sách thi t ụ thuộc vào trị số điện áp ụ thuộc vào trị số điện áp ếu có điện áp điều khiển u

k đi n t công su t ) T10-10 v i thông s :ếu có điện áp điều khiển u ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ửa hình sin thì đồ thị u ất có thể làm ới trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển

t ph

1200 (V)

10 (A)

0,07

5 (A)

3 (V)

3 (mA)

200(V/s)

40 (A/

μss )

70 ( μss )

Hình 2.1 thông s thyristorố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển

-Ta có cách đấu của mạch lực này là 6 thyristor đấu song song ngược chiều

2.1.2 Tính toán, lựa chọn các phần tử mạch lực

* Lựa chọn thiết bị bảo vệ

Ch n đ d tr đi n áp ọi là điện áp điều khiển ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ững trường hợp điện cảm lớn thì cũng không nên sử ện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm k u=1,5, đi n áp t i đa cho phép đ t lênện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm ố điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển ặt điện áp van khi ho t đ ng là:ạng nửa hình sin thì đồ thị u ột trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển

U ng max LV=U ng max

k u =

1200 1,5 =800 (V )

- B o v quá dòng ảo vệ quá dòng ệ quá dòng

21