ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT đề tài THIẾT kế bộ CHỈNH lưu HÌNH TIA BA PHA để điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ điện một CHIỀU KÍCH từ độc lập

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKhoa Điện – Điện tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ̀ Á́N MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤ́T ---o0o---Họ và tên sinh viên:

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

SUẤT

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA

BA PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ

Trang 2

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

Trang 3

Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Điện – Điện tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ̀ Á́N MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤ́T

-o0o -Họ và tên sinh viên: Ha Tiến Đat Lớp: 19TDH2

GVHD: Võ Khánh Thoại

1.Tên đề tài:

Thiết kế bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích

từ độc lập.

2 Các số liệu ban đầu:

1 Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 220/380V

2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Pđm= 13 KW; Uđm=220 V; nđm= 1400 vg/ph; ηđm= 0,84 ; J=…0,54… kgm2

3 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8

Hệ số dự trữ dòng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4

3 Nội dung

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương

pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ bằng cách thayđổi điện áp phần ứng

Chương 2: Lý thuyế́t về chỉnh lưu tia ba pha

Chương 3: Thiế́t kế́ và tính chọn các phần tử mạch động lực

Chương 4: Thiế́t kế́ và tính chọn các phần tử mạch điều khiển

Chương 5: Mạch bảo vệ và kế́t luận

Chương 6: Mô phỏng mạch trên Matlab/Simulink

4 Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều

khiển và bảo vệ

5 Tài liệu tham khảo:

Các tài liệu môn học

Kiểm tra tiến độ đồ án Đà Nẵng, ngày 26 tháng 02 năm 2022

(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đế́n Giảng viên hướng dẫn

gặp thông qua đồ án)

Võ Khanh Thoại

Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá đất nước Sử dụng ứng dụng của điện tử công suất trong các hệthống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễdàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất

Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao.Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thườngnhư: khuế́ch đại từ, máy phát - động cơ Và để đáp ứng được nhu cầu ngày càng khắckhe của nền công nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu, phát triển để ragiải pháp tối ưu nhất Đặc biệt trong cuộc cách mạng công nghệ 4.0 thì tự động hóatrong công nghiệp có vai trò hế́t sức quan trọng

Do đó các nhà máy, phân xưởng cần phải có các thiế́t bị tự động đòi hỏi sự bền

bỉ, độ an toàn, chính xác cao Đó là nhiệm vụ của điện tử công suất cần phải giảiquyế́t Trong nền công nghiệp hiện đại ngày nay, động cơ điện một chiều vẫn được coi

là một loại máy điện rất quan trọng Mặc dù động cơ điện xoay chiều có tính ưu việthơn như cấu tạo giản đơn, công suất lớn… Nhưng không thể hoàn toàn thay thế́ đượcđộng cơ điện một chiều

Đặc biệt là trong các thiế́t bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm virộng như máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện Vì vậy việc điều khiển động

cơ điện một chiều một cách ổn định, chính xác là một trong những nhiệm vụ của điện

tử công suất Ở đồ án này, em xin trình bày một trong những phương pháp điều khiển

động cơ điện một chiều Đó là “Thiêt kê bô chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập”

Trang 5

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: ThS VÕ KHÁNH THOẠI

LỜ̀I CẢM ƠN

Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiế́n thức về điện

tử công suất là một điều cần thiế́t Đồ án môn học điện tử công suất là một công cụhữu hiệu để em bổ sung, mở rộng và tổng kế́t kiế́n thức căn bản về điện công suất

Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập", đã giúp em hiểu rõ hơn về:

động cơ điện một chiều, Thyristor, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển,

vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính toán các thông số của các linh

kiện trong mạch

Với sự hướng dẫn của thầy: “ThS.Võ̃ Khánh Thoạ̣i” em đã tiế́n hành nghiên cứu

và thiế́t kế́ đề tài Măc du vây, trong quá trình thực hiện đô an chắc chắn không tránhkhỏi những thiế́u sót Nế́u có sai sót kính mong thầy và các bạn góp ý để em hoànthiện hơn và có cơ hội bổ sung vào vốn kiế́n thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!!!

Trang 6

LỜ̀I CAM ĐOAN

Đề tài này là do sinh viên tự thực hiện dựa vào việc tham khảo một số tài

liệu và không sao chép tài liệu hay công trình đã có trước đó Nế́u có bất kỳ sự

lận nào tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình

Sinh viên thực hiện

Hà Tiến Đạt

Trang 7

MUC LUC

LƠI MƠ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦ̀N ỨNG 12

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.2 Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

1.3.1 Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc điện trở phụ Rf

1.3.2 Thay đổi điện áp phần ứng

1.3.3 Thay đổi từ thông

1.4 Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 26

2.1 Tổng quan về chỉnh lưu tia ba pha

2.2 Chỉnh lưu không điều khiển

2.2.1 Sơ đồ và dạng sóng

2.2.2 Nguyên ly hoat đông

2.2.3 Thông số

2.3 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển

2.3.1 Sơ đồ và dạng sóng

Trang 8

2.3.3 Thông số

2.4 Hoạt động của tải điện cảm

2.4.1 Giới thiệu

2.4.2 Thông số

2.5 Chỉnh lưu có điều khiển khi có diode xả năng lượng

Trang 9

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦ̀N TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC .32

3.1 Sơ đồ mạch động lực

3.2 Nguyên ly hoat đông

3.3 Tính chọn thyristor

3.4 Tính toán máy biế́n áp chỉnh lưu

3.4.1 Tính công suất biểu kiế́n của máy biế́n áp

3.4.2 Điện áp pha sơ cấp của máy biế́n áp 3.4.3 Điện áp pha thứ cấp của máy biế́n áp

3.4.4 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biế́n áp

3.4.5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biế́n áp

3.5 Tính sơ bộ mạch từ

3.5.1 Tiế́t diện sơ bộ trụ

3.5.2 Đương kinh tru 3.5.3 Chọn loại thép 3.5.4 Chọn tỷ số

3.6 Tính toán dây quấn

3.6.1 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biế́n áp

3.6.2 Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biế́n áp

3.6.3 Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biế́n áp

3.6.4 Tiế́t diện dây dẫn sơ cấp máy biế́n áp

3.6.5 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

3.6.6 Tiế́t diện dây dẫn thứ cấp máy biế́n áp

Trang 10

3.7 Kết câu dây dân sơ câp 3.7.1 Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

3.7.2 Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp

3.7.3 Chọn số lớp

3.7.4 Chiều cao thực tế́ của cuộn sơ cấp

3.7.5 Chọn ống cuốn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày

3.7.6 Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp

3.7.7 Đường kính trong của ống cách điện

Trang 11

3.7.8 Đường kính trong của cuộn dây sơ cấp

3.7.9 Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp

3.7.10 Bề dày cuộn sơ cấp

3.7.11 Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp 3.7.12 Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp

3.7.13 Chiều dài dây quấn sơ cấp

3.7.14 Chọn bề dày cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp

3.8 Kế́t cấu dây dẫn thứ cấp 3.8.1 Chiều cao thực tế́ của cuộn thứ cấp 3.8.2 Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp

3.8.3 Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thứ cấp

3.8.4 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp

3.8.5 Chiều cao thực tế́ của cuộn thứ cấp 3.8.6 Đường kính trong của cuộn dây thứ cấp chọn a12 = 1,0 (cm)

3.8.7 Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp

3.8.8 Bề dày cuộn thứ cấp n12 = 6 (lớp)

3.8.9 Đường kính ngoài của cuộn dây thứ cấp

3.8.10 Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp

3.8.11 Chiều dài dây quấn thứ cấp 3.8.12 Đường kính trung bình các cuộn dây

3.8.13 Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp

3.9 Tính kích thước mạch từ

Trang 12

3.9.2 Toàn bộ tiế́t diện bậc thang của trụ

3.9.3 Tiế́t diện hiệu quả của trụ

3.9.4 Tổng chiều dày các bậc thang của trụ

3.9.5 Số lá thép dùng trong các bậc

3.9.6 Tiế́t diện hiệu quả của gông (khq = 0,95)

3.9.7 Số lá thép dùng trong một gông

Trang 13

3.9.8 Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ

3.9.9 Mật độ tự cảm trong gông

3.9.10 Chiều rộng cửa sổ

3.9.11 Tính khoảng cách giữa 2 tâm trục

3.9.12 Chiều rộng mạch từ 3.9.13 Chiều cao của mạch từ

3.10 Tính khối lượng sắt và đồng

3.10.1 Thể tích của trụ

3.10.2 Thể tích của gông

3.10.3 Khối lượng của trụ

3.10.4 Khối lượng của gông 3.10.5 Khối lượng của sắt

3.10.6 Thể tích đồng 3.10.7 Khối lượng của đồng 3.11 Tính các thông số máy biế́n áp

3.11.1 Điện trở cuộn sơ cấp của máy biế́n áp ở 75ºC

3.11.2 Điện trở cuộn thứ cấp của máy biế́n áp ở 75ºC

3.11.3 Điện trở của máy biế́n áp qui đổi về thứ cấp

3.11.4 Sụt áp trên điện trở máy biế́n áp

3.11.5 Điện kháng máy biế́n áp quy đổi về thứ cấp

3.11.6 Điện cảm máy biế́n áp qui đổi về thứ cấp

Trang 14

3.11.8 Sụt áp trên máy biế́n áp

3.11.9 Điện áp trê động cơ khi có góc mở αmin = 10ºCmin = 10ºC

3.11.10 Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi về thứ cấp

3.11.11 Tổn hao ngắn mạch trong máy biế́n áp

3.11.12 Tổn hao có tải có kể đế́n 15% tổn hao phụ

3.11.13 Điện áp ngắn mạch tác dụng

3.11.14 Điện áp ngắn mạch phản kháng

Trang 15

3.11.15 Điện áp ngắn mạch phần trăm

3.11.16 Dòng điện ngắn mạch xác lập

3.11.17 Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại

3.11.18 Kiểm tra máy biế́n áp thiế́t kế́ có đủ điện kháng để hạn chế́ tốc độ biế́n thiêncủa dòng điện chuyển mạch 3.11.19 Hiệu suất thiế́t bị chỉnh lưu

3.12 Thiế́t kế́ cuộn kháng lọc

3.12.1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại

3.12.2 Xác định các thành phần sóng hài

3.12.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 3.12.4 Thiế́t kế́ kế́t cấu cuộn kháng lọc

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN 50

4.1 Xác định yêu cầu cơ bản

4.1.1 Nguyên tắc điều khiển 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos

4.2 Lựa chọn và thiế́t kế́ mạch điều khiển 4.2.1 Vi mạch TCA 780

4.2.2 Khâu khuế́ch đại xung 4.3 Phân tích hoạt động của mạch điều khiển

4.4 Tính chọn các thông số của các phần tử mạch điều khiển

4.4.1 Tính chọn các phần tử trong khâu khuế́ch đại xung

4.4.2 Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780

4.4.3 Tính toán máy biế́n áp đồng pha

Trang 16

4.4.5 Sơ đồ cả hệ thống hoàn chỉnh

CHƯƠNG 5 MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 65

5.1 Tính chọn các thiế́t bị bảo vệ mạch động lực

5.1.1 Giới thiệu

5.1.2 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn

5.1.3 Bảo vệ quá dòng điện cho van

5.1.4 Bảo vệ quá điện áp cho van

Trang 17

5.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiế́t bị bảo vệ

5.2 Kế́t luận

CHƯƠNG 6 MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN MATLAB/SIMULINK 70

6.1 Mô phỏng bộ chỉnh lưu 3 pha tia dùng THYRISTOR

6.2 Mô phỏng động cơ DC TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 18

Trang 19

DANH MUC HINH ẢNH

Hinh 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 14

Hinh 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều 15

Hinh 1.3 Sơ đô nôi dây cua đông cơ kich tư đôc lâp 16

Hinh 1.4 Sơ đô nôi dây đông cơ kich tư song song 16

Hinh 1.5 Đường đặc tính 19

Hinh 1.6 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng 19

Hinh 1.7 Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng thay đổi điện áp mạch phần ứng 20

Hinh 1.8 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông 21

Hinh 1.9 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế́ ở chế́ độ xác lập dùng bộ biế́n đổi điều khiển điện áp phần ứng 22

Hinh 1.10 Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp 22

Hinh 1.11 Đặc tính cơ quá trình thay đổi điện áp 23

Hinh 2.1 Dang song ngo ra 26 Hinh 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha 27

Hinh 2.3 Dạng sóng 28

Hinh 2.4 Sơ dồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 28

Hinh 2.5 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải thuần trở 29

Hinh 2.6 Sơ đồ động lực chỉnh lưu tia ba pha điều khiển 29

Hinh 2.7 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển tải điện cảm 30

Hinh 2.8 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển khi có diode xả năng lượng 31

Hinh 3.1 Mạch động lực có các thiế́t bị bảo vệ 32 Hinh 3.2 Bố trí cuộn dây biế́n áp 39

Hinh 3.3 Sơ đồ chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ 39

Hinh 3.4 Kế́t cấu cuộn từ mạch kháng 41

Hinh 3.5 Sơ đồ kế́t cấu máy biế́n áp 41

Hinh 3.6 Kế́t cấu mạch từ cuộn kháng 47

Hinh 4.1 Xác định góc thông tự nhiên và khoảng dẫn của Thyristor trong chỉnh lưu ba pha 50 Hinh 4.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyế́n tính 51

Hinh 4.3 Sơ đồ khối điều khiển thyristor 51

Trang 20

Hinh 4.4 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss 52

Hinh 4.5 Sơ đồ nguyên lý TCA780 53

Hinh 4.6 Sơ đồ vi mạch TCA 780 53

Hinh 4.7 Ký hiệu chân TCA780 54

Hinh 4.8 Vi mạch TCA780 55

Hinh 4.9 Sơ đồ 1 pha của khâu khuế́ch đại xung 55

Hinh 4.10 Sơ đồ 1 pha điều khiển Thyristor 57

Hinh 4.11 Giản đồ đường cong mạch điều khiển 57

Hinh 4.12 Đặc tính điều chỉnh Ud = f ( ) 64

Hình 5.1 Hình dáng và kích thước giới hạn cánh tỏa nhiệt một van bán dẫn 66 Hình 5.2 Mạch R-C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch 67

Hình 5.3 Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới 68

Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 68

Hình 6.1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink 70 Hình 6.2 Dạng sóng chỉnh lưu tia 3 pha Thyristor trên Simulink 71

Hình 6.3 Mô hình đọng cua đọng co mọt chiêu kích tư đọc lạp vơi tư thông kích tư không đôi 72

Hình 6.4 Chương trình mfile trên Matlab 72

Hình 6.5 Chạy chương trình ta được kế́t quả của mfile 73

Hình 6.6 Mô hình động cơ DC trên Simulink 73

Hình 6.7 Mô hình của đọng co mọt chiêu kích tư đọc lạp trên Simulink 74

Hình 6.8 Kế́t quả dạng sóng 74

Trang 21

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - CÁ́C PHƯƠNG PHÁ́P ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ -

PHƯƠNG PHÁ́P ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁ́CH

THAY ĐỔI ĐIỆN Á́P PHẦ̀N ỨNG1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Giới thiệu động cơ điện 1 chiều

+ Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều Động cơ điện một chiều là thiế́t

bị biế́n đổi điện năng thành cơ năng Máy điện một chiều làm việc ở chế́ độ động cơ khi E <

U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E

+ Động cơ 1 chiều được dùng phổ biế́n trong công nghiệp, trong ngành giaothông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng.Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biế́t trước đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản) của máy sảnxuất Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mô men, dòng điệnđộng cơ,…cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng Mỗi động cơ

có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt sốliệu cho trước

+ Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viế́t theo dạng thuận M =

f(ω) của máy sản) hay dạng ngược ω) của máy sản = f(M)

+ Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biế́n trong công nghiệp, giao thôngvận tải và nói chung trong các thiế́t bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm virộng Máy điện một chiều có thể làm việc cả hai chế́ độ máy phát và động cơ Khi máy làmviệc ở chế́ độ máy phát công suất đầu vào là công suất cơ còn công suất đầu ra là công suấtđiện Động cơ quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbine gas, động cơ điesel hoặc

là động cơ điện Khi máy điện một chiều làm việc ở chế́ độ động cơ, công suất đầu vào làcông suất điện còn công suất đầu ra là công suất cơ Cả hai chế́ độ làm việc, dây quấn đông

cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và có dòng điện chạy qua

- Mômen điện từ tính theo công thức:

- Phương trình cân bằng điện áp của động cơ: U = Eư + Rư*Iư

Trang 22

- SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:

và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên cáccực từ này được nối nối tiế́p với nhau

+ Cực từ phụ:

Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõithép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dâyquấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờnhững bulông

+ Gông từ:

Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongmáy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớnthường dùng thép đúc Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

+ Các bộ phận khác gôm co:

+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây

quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn

có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

+ Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp

+ Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá

+ Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ Saukhi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

Trang 23

+ Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ(công suất dưới vài kW) thường dùng dây có tiế́t diện tròn Trong máy điện vừa vàlớn, thường dùng dây tiế́t diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận vớirảnh của lõi thép

+ Cổ góp: la (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng

điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Các bộ phận khác:

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

+ Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi

+ Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

Hinh 1.1 Cấu tạ̣o của động cơ điện một chiều

- Nguyên ly hoat đông

+ Khi ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than thì do dòng điện chỉ đi vàothanh dẫn dưới cực N và đi ra các thanh dẫn dưới cực S nên dưới tác dụng của từ trường sẽsinh ra 1 moment có chiều không đổi làm quay máy Chiều của lực điện từ được xác địnhtheo qui tắc bàn tay trái

Trang 24

+ Bộ phận chỉnh lưu (chổi than cổ góp) sẽ đảo chiều dòng điện sau nửa vòngquay Kế́t quả là phần bên trái của cuộn dây thì dòng điện luôn đi ra phía sau phần bên phảicuộn dây thì dòng điện luôn đi ra phía trước nên moment lực tạo ra luôn hướng về một chiềuquay.

Hinh 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạ̣t động của Động cơ điện một chiều

+ Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần ứng chuyển động trong từ trường củaphần cảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm ứng, sinh ra dòng cảm ứngngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì thế́ sức điện động cảm ứng này còn gọi làsức phản điện

+ Dòng điện trong cuộn dây phần ứng tạo ra một từ trường riêng, gây ảnh hưởngđế́n từ trường của cuộn dây phần cảm và tạo ra hiện tượng gọi là phản ứng phần ứng Phảnứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ gópcũng như các lá thép trong cổ góp Cực từ phụ đặt xen giữa các cực từ chính dùng để hạnchế́ phản ứng phần ứng Cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiế́p với cuộn dây phần ứng

+ Ở động cơ công suất trung bình và lớn, người ta còn dùng biện pháp tăng khe

hở không khí giữa stato và roto và đặt thêm các rãnh ở cực từ chính một cuộn dây gọi làcuộn bù Cuộn bù cũng mắc nối tiế́p với cuộn dây phần ứng

+ Động cơ điện một chiều có 2 cực từ chính (hình 1.2) gọi là có 1 cặp cực (p =

1) Hình 1.2a là động cơ có 2 cặp cực (p = 2)

 Các trị số định mức

Chế́ độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế́ độ làm việc trongnhững điều kiện mà xưởng chế́ tạo đã quy định Chế́ độ đó đươc đặc trưng bằng nhữngđại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máythường ghi những đại lượng sau:

Công suất định mức: Pđm (KW hay W);

Điện áp định mức: Uđm (V);

Dòng điện định mức: Iđm (A);

Trang 25

Đặc điểm của động cơ kích từ độc lập là dòng điện kích từ và từ thông động cơkhông phụ thuộc dòng điện phần cứng Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập vớinguồn điện mạch kích từ UKT riêng biệt so với nguồn điện mạch phần cứng Uư

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn, điện trở trong nguồn coinhư bằng không thì điện áp nguồn sẽ là không đổi, không phụ thuộc dòng điện chạytrong phần ứng động cơ Khi đó, động cơ kích từ song song cũng được coi như kích từđộc lập Vì vậy, ở đây ta coi hai loại động cơ này như nhau

Hinh 1.3 Sơ đô nôi dây cua đông cơ kich Hinh 1.4 Sơ đô nôi dây đông cơ kich tư

 Phương trình đặ̣c tính.

- Phương trình cân bằng điện áp

Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư )Trong đó: Uư – Điện áp phần ứng (V)

Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động cơ (Ω).)

Bao gồm:

rư : Điện trở cuộn dây phần ứng;

Trang 26

rcf: Điện trở cực từ phụ;

rcb: Điện trở cuộn bù (nế́u có);

rct: Điện trở tiế́p xúc của chổi than trên cổ góp rcf

Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω).)

Iư: Dòng điện mạch phần ứng (A)

Eư: Sức điện đồng phần ứng động cơ (V)

Được xác định theo công thức: Eư=KФωω) của máy sản

Trong đó: K = 2 πaa pN hệ số cấu tạo của động cơ

Với: p: Số đôi cực từ chính

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a: Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng Фω– Từ

- Phương trình đặc tính cơ điện

Từ phương trình chính, công thức tính sức điện động, công thức thể hiện mối

quan hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng Iư Ta được phương trình đặc tính

Trang 27

Trang 28

Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω) của máy sản là một hàm của momen M được gọi là phương

trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nế́u dùng đơn vị tốc độ là vòng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành:

 Đường đặc tinh cơ va đặc tinh cơ điên

Trang 29

Trang 30

Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiế́t

phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là

những đường thẳng

Hinh 1.5 Đườ̀ng đặ̣c tính

Hình a : Đường đặc tính cơ-điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập

Hình b : Đường đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Hinh 1.6 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạ̣ch phần ứng

+ Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

+ Khi Rf =0 thì độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:

Trang 31

Trang 32

|βtn|=(KФ Φ đm)2

R

β tn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính cóđiện trở phụ Như vậy khi mắc nối tiế́p điện trởR f vào phần ứng, nế́u R f càng lớn thì độ dốc củađường đặc tính, số vòng quay và tốc độ động cơ càng giảm

Tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều chỉnh càng rộng), không thực hiện được ở vùng gần tốc độ không tải

Điều chỉnh có tổn hao lớn Người ta thường chỉ dùng để làm điện trở điều chỉnh tốc độ

ở chế́ độ làm việc lâu dài

1.3.2 Thay đổi điện áp phần ứng

Hinh 1.7 Đườ̀ng đặ̣c tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích

từ độc lập bằng thay đổi điện áp mạ̣ch phần ứng

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

ω0 x= U x

KФ Ф đm

+ Độ cứng đặc tính cơ:

Trang 33

SVTH: HÀ TIẾN ĐẠT 20

Trang 34

β= −( KФ Ф ) 2 =const

R

 Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng thì các đường đặc tính cơ song song vớinhau độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch vàtốc độ động cơ giảm Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thì chỉ thay đổiđược theo chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiế́t kế́ với Uđm, nên không thể tăngđiện áp đặt lên cuộn dây), phạm vi điều chỉnh hẹp

1.3.3 Thay đổi từ thông

Hinh 1.8 Đặ̣c tính cơ và đặ̣c tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập

khi giảm từ thông

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

Ta nhận thấy rằng khi từ thông thay đổi thì:

+ Dòng điện ngắn mạch không đổi:

để điều chỉnh theo chiều tăng (từ tốc độ định mức), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao

Trang 35

điều chỉnh nhỏ (ưu) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức (nhược) Do vậythông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh

1.4 Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng

Để điều chỉnh được điện áp động cơ một chiều đòi hỏi phải có một nguồn riêng

có U điều chỉnh được Ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều,các bộ biế́n đổi van hoặc khuế́ch đại từ… vì là nguồn có công suất hữu hạn so vớiđộng cơ các bộ biế́n đổi trên dùng để biế́n dòng xoay chiều của lưới điện thành dòngmột chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Hinh 1.9 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi

điều khiển điện áp phần ứng

Ở chế́ độ xác lập có thể viế́t được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

Hinh 1.10 Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

- Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nế́u giảm mạnh điện

áp, nghĩ̃a là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm

Trang 36

tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh Chẳng hạn, cũng trên hình 1.10, động cơ đang

làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ω) của máy sảnA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 Ta giảm

mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3 Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ

điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với ω) của máy sảnA=ω) của máy sảnE) Vì ω) của máy sảnE lớn

hơn tốc độ không tải lý tưởng ω) của máy sảno của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái

hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3

- Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơ

được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí

tưởng ω) của máy sảno = KФ U Φ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng Do đó ta thu được họ

đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ

nằm dưới tốc độ định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu

về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn

- Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có

mômen ngắn mạch là: M nmmin =M cmax =KФ M M đm Trong đó KФ M là hệ số quá tải về mômen Vì họ

đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩ ̃a về độ cứng đặc tính cơ

Hinh 1.11 Đặ̣c tính cơ quá trình thay đổi điện áp

Trang 37

Trang 38

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị là

xác định, vì vậy

phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyế́n tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh

điện áp phần ứng động cơ bằng các thiế́t bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch

phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

ω0max∗ |β| 1 ≤ 10

M

đm

- Vì thế́ tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ

cũng không vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác

duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được

- Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩ ̃nh của hệ truyền động

một chiều kích từ độc lập là tuyế́n tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng có đặc

tính cơ trong toàn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc

tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nế́u tại đặc tính cơ thấp nhất của dải

điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm

việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối

- Vì các giá trị M đ m, ω 0 min, S cp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu

của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép Để làm việc này,

trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

- Trong suốt quá trình điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao

bởi các đường thẳng ω=ω đ m, M =M đ m và các trục tọa độ Tổn hao năng lượng chính là tổn

hao trong mạch phần ứng nế́u bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

Trang 39

Trang 40

- Khi làm việc ở chế́ độ xác lập ta có mômen

mômen tải trên trục: M ¿=M¿c và gần đúng coi đặc tính

 Kết luận: chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi điện áp đặt

vào phần ứng động cơ

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	2,81 MB