thiết kế bộ điều khiển van - động cơ sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha

Đề áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học tông hợp hệ điện cơ với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trước

Trang 1

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương

`Mục lục

2 Phân I : Phân tích hệ truyền động với 4

các mạch vòng phản hồi

3 Phân II : Phân tích lựa chọn phương 12

án truyền động điện

4 Phân III : Tính chọn một sô thiết bị 76

5 Phân IV : Xây dựng đặc tính tinh va 93

kiêm tra chất lượng tĩnh

6 Phân V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 101

Lời nói đầu

-1-

Trang 2

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng Việc áp dụng các hệ thống truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế

Một hệ thống làm việc ồn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất

lượng cao

Ngày nay, với sự phát triền mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử công suất Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang ngày càng đáp ứng được các yêu câu của các hệ thống truyền động Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên

gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn Với

nhu cầu sản suất và tiêu dùng như hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu câu hết sức cấp

thiết

Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, em đã được làm quen với các môn học thuộc ngành Đề áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học tông hợp hệ điện cơ với yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu

cho trước sử dụng bộ biến đôi chỉnh lưu có điều khiến cầu 3 pha”

Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo

hướng dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của em đã được hoàn thành

Bản đồ án của em gồm hai phân chính :

Phân thuyết mỉnh : gồm 5 phần :

1 Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi

2 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện

3 Tính chọn một số thiết bị

4 Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lượng tĩnh

-2- Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 3

em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Đỗ

Trung Hải đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn

Thái nguyên ngày Tháng năm 2007

Sinh viên thiết kế

Phan Anh Hải

-3-

Trang 4

Phân I : Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản

hôi

Như chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở

, nếu không yêu cầu cao đối với chất lượng tĩnh và động thì nó cũng có thê thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định Tuy nhiên ngày nay người ta thường ít sử dụng hệ hở bởi những nhược điểm của chúng là rất lớn không thê đáp ứng được yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lượng sản

phẩm Để khắc phục điều đó người ta sử dụng hệ kín

Theo lý thuyết điều khiến tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều khiến phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lượng bị điều khiển thực hiện hệ thống điều khiến Chỉ cần lượng điều khiển bị xuất hiện độ chênh

lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch Lượng giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra Hiền nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh

độ giảm vận tốc

Sau đây ta sẽ xét đến cầu tạo của hệ thông điều tốc mạch vòng kín và đặc tính tĩnh của nó

Trên trục động cơ lắp đặt một sensin TG từ đó dẫn ra một điện áp phản hồi

Un tỉ lệ thuận với đại lượng đo tốc độ quay, sau khi so sanh với điện áp

Un ứng với tốc độ quay cho trước sẽ tồn tại chênh lệch điện áp AUn, qua

bộ khuếch đại A sinh ra điện áp điều khiến Uet của bộ phát xung GT dùng

để điều khiến tốc độ quay của động cơ nhờ thế mà tạo nên hệ thông điều tốc mạch vòng kín có phản hồi

Sau đây sẽ phân tích trạng thái ôn định của hệ thống điều tốc mạch vòng kín này để làm rõ vấn để này trước tiên ta phải đưa ra một số giả thiết

- - Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào — ra là tuyến tính

- _ Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp

Trang 5

Như vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mach vòng

kín có phản hồi âm tốc độ được thể hiện như sau :

- Khâu so sánh điện áp : AUn =U”n— Un

- - Bộ khuếch đại : Ue/ = Kp.AUn

- _ Bộ chỉnh lưu và bộ phát xung : Udo = Ks.Uet

Udo — lả.R

Ce

- _ Đặc tính cơ vòng hở của hệ thống ø =

- Sensin: Un=a.n

Trong đó : Kp : hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại

Ks : hệ số khuếch đại của bộ biến đồi

œ : Hệ số phản hồi đo tốc độ

Từ các phương trình trên ta tìm được phương trình đặc tính cơ của hệ kín

như sau :

1 Kp.Ks.U'n-Id.R _Kp.KsU'n _ Id.R

Ce(1+Kp.Ksœ/Ce) Ce(1+K) Ce(l1+K)

Trong đó : K = Kp.Ks.œ/CŒe : Hệ số khuếch đại vòng hở của hệ thống mạch vòng kín

-5-

Trang 6

=> Muốn rút ra ba điều ưu việt nói trên thì hệ thống mạch vòng kín phải

được bồ trí bộ khuếch đại

Trên đây ta chỉ phân tích hệ thống kín với một mạch vòng phản hồi Ngày nay hệ thống trang bị đòi hỏi chất lượng rất cao vì vậy người ta không chỉ dừng lại ở hệ kín với một mạch vòng phản hồi mà sử dụng nhiều mạch vòng phản hồi

Trang 7

Điều khiến nhiều mạch vòng là điều khiển hệ thống có từ hai mạch vòng

trở lên, vòng này đan xen lồng vào vòng kia tạo nên, tương đương hệ thông nối cực trong quá trình điều khiển

Phô biến hiện nay là sử dụng hệ thống phản hồi với hai mạch vòng phản hồi là âm tốc độ và âm dòng Đề khởi động nhanh nhất trong điều

kiện cho phép, mau chốt là ở chỗ cần phải nhận được một quá trình có

dòng điện không đổi cực đại lạ„ Theo quy luật điều khiển phản hồi , dùng

phản hồi âm một đại lượng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại lượng ấy cơ

bản bắt biến , thế thì dùng phản hồi âm dòng điện thì có thê nhận được quá

trình dòng điện gần như không đổi Vấn đề là yêu cầu trong quá trình khởi động yêu cầu chỉ có phản hồi âm dòng điện mà không thê đồng thời có

thêm phản hồi âm tốc độ Sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thái ôn định, lúc

này yêu cầu lại chỉ có phản hồi âm tốc độ quay mà không có phản hồi âm dòng điện Làm sao có thể thực hiện được tác dụng của hai loại phản hồi vừa cả âm tốc độ quay và cả âm dòng điện, lại vừa có thé lam cho chung chỉ gây tác dụng riêng biệt trong những giai đoạn khác nhau ? Hệ thống

điều khiến tốc độ hai mạch vòng kín chính là dùng đề giải quyết vẫn đề

này

Có thê xây dựng trên hai sơ đồ cấu trúc :

+ Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh

+ Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập

* Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh

-7-

Trang 8

⁄

—Yn Kxp Kspp

fq

Khi I<Ing => U, =U, —m

Khi Ing => U, =U, —m— ff

Khi khởi động : Dòng lớn khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào

hạn chế dòng điện khởi động Edc không lớn lắm sinh ra dòng điện chạy

trong động cơ (1d) sau đó tốc độ tăng lên dòng có xu hướng giảm

Khi Iư<Ing thì phản hồi âm dòng ngừng tác động chỉ có phản hồi âm tốc độ

tham gia Ứ, = Ứ,„ — 7n đặc tính cơ cứng => I = lầm động cơ làm việc xác

+ Tăng tốc : Tang Ucd => Uv tang

Nếu tăng Ucđ một lượng nhỏ dam bảo I<Ing thì phản hồi âm dòng không tham gia

-&- Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 9

Nêu tăng Ucđ một lượng lớn mà I>Ing thì phản hồi âm dòng điện sẽ tham gia

+ Giảm tốc : Giảm Ucđ

Nếu giảm ở mức độ nhỏ động cơ làm việc ở góc phân tư thứ nhất ,

Nếu giảm ở mức độ lớn : Nếu bộ biến đôi không có khả năng dẫn dòng

theo hai chiều => hãm tự đo Nếu bộ biến đôi có khả năng dẫn dòng theo

hai chiều động cơ hãm cưỡng bức

Khi thay đôi phụ tải cũng xảy ra tương tự

+ Tải tăng nhưng I<Ing thì không có phản hồi âm dòng

+ Tải tăng đến I>Ing khâu phản hồi âm dòng có tác dụng lớn giảm độ cứng

đặc tính đến khi I = Id thì tốc độ bằng không (đặt rơ le nhiệt để cắt hệ

Từ sơ đô câu trúc ta tìm được

ua-Kza-€pnp-Šp —— Rpgp + Ñy +Â, 1„.Kp

Nhược điểm của hệ thống sử dụng hai mạch vòng chung bộ điều chỉnh là

tín hiệu phản hồi tốc độ biến thiên chậm gây sự bão hoà cho bộ khuếch đại

-0-

Trang 10

* C6 hai mạch vòng phan hôi và có hai bộ điều chỉnh độc lập

Với hệ này đặc tính cơ có thể xảy ra ba trường hợp sau :

0 lim Ing Ibh la I 0 lim Ing Ibh Ta I

- 10- Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 11

+ Khi Ibh<lư<Ing thi ca hai mach vòng cùng tham gia

ne U g-KyK,K ppp-Ky (Rapp t+ Rs +R, ), + Pl, — Gg Ki K sgp

14+7K,.K,K pap Kp 1+7.K,.K,Kgap Kp

+ Khi Id>lư>Ing thì chỉ có mạch vòng phan hồi âm dòng điện tham gia

N =U sy, K 7 -K ppp[(Regp + Rs +R, )-L, + (BL, — U„„)-Kr.K sgp Kp

Kết luận : Khi sử dụng hệ thống kín với các mạch vòng phản hồi thi chat

lượng truyền động được nâng lên rất nhiều cả chất lượng tĩnh và động , khắc phục được những nhược điểm của hệ truyền động ho Vi vay trong bản đồ án này ta sử dụng hệ truyền động kín với hai mạch vòng âm tốc độ

và âm dòng có ngắt

-11-

Trang 12

ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn

* ý nghĩa

- Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu

quả kinh tế của sản xuất Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng

năng xuất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tốn thất không ngờ

trước

Trang 13

* phương an lựa chọn:

- Muốn chọn được hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đưa

ra các phương án có thê đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá những ưu nhược điểm mà chọn cho hợp ly

I chọn phương án truyền động điện:

-Đề thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra

nhiều phương án khác nhau Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai

phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất Phương

án tôi ưu nhất là phương án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật và chi phí thấp nhất

I.1 : phân tích chọn động cơ truyền động và phương án điều chỉnh tốc độ

- Động cơ là thiết bị truyền chuyên động chính cho máy sản xuất , là

đối tượng điều khiến của hệ thống điều khiến tự động truyền động điện

việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tôn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chỉ tiết ta xét lần lượt các loại động

cơ :

Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :

- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :

+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn

+ Động cơ đồng bộ

- Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại :

- 13-

Trang 14

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương + Động cơ một chiều kích từ độc lập

+ Động cơ một chiều kích từ nói tiếp

+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu đặc điểm của từng loại cũng như các phương pháp điều chỉnh tốc độ của chúng

I.1.1: Động cơ điện xoay chiều :

I.1.1.1 : Động cơ không đồng bộ

- Được sử dụng rộng rãi trong thực tế, ưu điểm là câu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rô to lồng soc So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến

đổi khác nhược điểm là điều khiến và khống chế các quá trình quá độ khó

khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn

Trang 15

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ

U;: là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to

Ry ,R, : 1a điện trở rô to và stato đã quy đôi

S : hệ số trượt của động cơ

Xạm =X\ + X”; : là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng

tan sta to và rô to đã quy đổi

Trang 16

Dé én tong hop he dién co Les C5: Phạm Đức Dương

Voi Xnm = X1+X’2 : là điện kháng ngắn mach

Mth : Mô men tới hạn

a = R1/R2 : Hệ số phụ thuộc sơ đồ nỗi mạch của động cơ Sth = R?2/Xnm : hệ số trượt tới hạn

- _ Thay đồi tần số nguồn cung cấp cho động cơ

- _ Thay đổi điện áp U khi tan sé f= const

- Thay đôi điện trở mạch roto

- _ Thay đồi công suất trượt ( thay đồi số đôi cực )

4 Thay đôi tán sô nguồn cung cáp cho động cơ

- Sức điện động của động cơ được cho bởi công thức sau :

U1 =E=4,44.WI1.f1.Kdq1.® = C.f1 ©® => ®© = U1/C.f1 (*)

Gia su f = fcb = 50Hz , U1 = const

+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì ® giảm ( vì U =

const) muốn giữ cho mômen không đổi (M = K ®.I2.cos@ = const ) thì I2 phải tăng lên I2 > I2đm Như vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn rofo quá tải

+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì ® tăng dòng từ

hoá là tăng mạch từ bão hoà , cos@ giảm , tốn hao lớn , nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép

Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) người ta thường đi kèm

với việc thay đối điện áp để giữ cho ® = const điều này rất phức tạp

b Thay đổi điện áp U khi ƒ = const

- l6 - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 17

đặt vào stato sẽ thay đôi được mômen và thay đôi được tốc độ Để điều

chỉnh được điện áp phải có bộ biến đôi điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) thông

thường không áp dụng điều chỉnh U cho động cơ roto lồng sóc vì Sth của

đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ Với động cơ roto dây quấn khi điều chỉnh điện

áp cần nỗi thêm Rf mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh

Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch roto chỉ thích hợp với những truyền động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như quạt gió , bơm li tâm

c Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch

Mh M

Ta có thê điều chỉnh trơn điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn , ưu thế

là dễ tự động hoá việc điều chỉnh Điện trở trong mạch roto động cơ được

xác định theo biểu thức

Trang 18

Dé én ting hop hé déin ce [AI 5: Phạm Đức Dương

Rr=Rrd+Rf

Trong đó : Rrd : Điện trở mạch day quan roto

Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vao mach roto Khi thay đôi điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không thay

đôi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở

S= SI.Rr/Rrd

Trong đó : Š : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rr

S1: : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rrd

Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen thay đôi => tốc độ thay đôi

Thông thường chọn Rf ở chế độ dài hạn , chọn bằng vật liệu có p nhỏ

Phương pháp này làm tăng tôn hao , do đó giám hiệu suất

Với máy điện không đồng bộ rô to dây cuốn, ta có thê dùng phương

pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng để thay đổi tốc của nó Ưu điểm là kết câu bộ biến đôi rất đơn giản nhưng nó có nhược điểm là ở vùng tốc độ

thấp do hệ số trượt § lớn nên gây tôn hao nhiều

Trang 19

n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p

Khi thay đôi p thi n thay déi

Tuy nhiên việc thay đôi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh

truyền động của nhà máy luyện kim

- Ưu điểm là có độ ôn định tốc độ cao hệ số cos@ và hiệu suất lớn , vận

hành có độ tin cậy cao

- Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ

và cuộn dây khởi động

- Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đôi và băng tốc độ đồng

bộ

2.77

đ\ - (1)

- 10 -

Trang 20

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương Trong phạm vi mômen cho phép M<Mmax đặc tính cơ là tuyệt đối cứng

M>Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ

Từ (1) ta thấy khi thay đôi f thì sẽ thay đôi được tốc độ do đó cấu trúc của

hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến tần kèm theo

Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tân, nên hệ thống

cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện

đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì

năng suất lao động không cao

I.1.2 : Động cơ một chiều

- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,

có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều,

nhưng nhược điểm là giá thành đắt

Động cơ một chiều có 3 loại chính :

1.1.2.1 : Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

- Với động cơ một chiều kích từ nói tiếp ta có cuộn dây kích từ được ghép

nối tiếp với phần ứng

- Phương trình đặc tính cơ điện :

Q=

KCI KC

- 20 - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 21

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương Phương trình đặc tính cơ

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy : có thê điều chỉnh tốc độ động cơ một

chiêu kích từ nối tiếp bằng cách thay đối điện áp phần ứng hoặc thay đôi

điện trở phần ứng băng cách mắc thêm điện trở phụ

* Nhận xét :

- Đặc tính cơ có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức ở vùng có dòng điện lớn hơn do mạch từ bão hoà nên từ thông hầu như không đổi và có dạng gần tuyến tính Do đó loại động cơ này không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ỗn định tốc độ cao mà

sử dụng cho những hệ truyền động có yêu cầu tốc độ thay đồi theo phụ tái Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen ( nhờ cuộn CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử

-21-

Trang 22

Dé én ting hop ht dines wile South: Phạm Đức Dương dụng cho những hệ truyền động yêu câu quá tải cao và mômen khởi động

cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải

- Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau :

- Phuong pháp thay đổi điện trở phụ mach phan ứng dong co

- Phương pháp thay đôi từ thông

- _ Phương pháp thay đôi điện áp phần ứng

Trang 23

Dé én ting hop hé dién oo aha hd Phạm Đức Dương

a Thay đổi tốc độ băng cách thay đổi điện trở phụ mạch

- Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc

- Muốn thay đôi tốc độ ta đóng các điện trở phụ khi đó lư giảm đột biến ,

do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp biến đôi Trên hệ toạ độ (WM) diém lam viéc chuyén tir a sang b Mémen giam M<Mc => tốc độ giảm làm lư

lại tăng lên và tiến tới làm việc xác lập tại c với tốc độ z< 0)

- Khi thay đôi tốc độ bằng cách thay đồi điện trở phụ thì :

+ U)¿ = U/KOdm = const

+0 =-(K®dm)’/R Phụ thuộc vào R

R càng tăng thì Ò càng giảm và đặc tính cơ càng mềm Đây là điều

hoàn toàn không mong muốn

* Nhận xét :

- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản , độ chính xác duy

trì tốc độ không cao , độ tinh chỉnh kém

- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp , sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn mạch càng nhỏ nghĩa là độ duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém , ngoài ra

Trang 24

sô câp điện trở có hạn, và việc điêu chỉnh không trơn Tât cả những

nguyên nhân trên đều hạn chế dải điều chỉnh

- Đặc biệt phương pháp này gây tôn thất nhiều năng lượng do đó giảm hiệu suất hệ thống

b Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đồi từ thông như hình vẽ

- Khi điều chỉnh từ thông người ta không đặt vẫn đề tăng từ thông vì :

+ Không cho phép nâng dòng kích từ lớn hơn định mức Hơn nữa nếu

® = Mdm ma tiép tuc tang thi mach ti bão hoà từ thông không thê tăng

duoc nita vi vậy khi điều chỉnh từ thông người ta sẽ giảm tir Odm tro

Trang 25

- Khi giảm từ Odm xuống ®1 do quán tính cơ chưa kịp thay đổi nên U)

chưa thay đôi và chuyên sang A°, M giảm xuống Mạ: < Mc => tốc độ giảm và động cơ làm việc xác lập tại B'

- Khi giảm từ ®đm xuống ®2 do quán tính cơ chưa kịp thay đôi nên 0

chưa thay đổi và chuyên sang A””, M giảm xuống Mạ» > Mc => tốc độ tăng và động cơ làm việc xác lap tai B’’

- Như vậy khi giảm từ thông tốc độ có thể tăng hoặc giảm chứng tỏ phải có

B=- Khi ® càng giảm thì đặc tính cơ càng dốc ( đây là

điều hoàn toàn không mong muốn vì sẽ làm cho St tăng )

* Nhận xét :

Khi điều chỉnh tốc độ băng cách thay đổi từ thông thì

- Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh là dễ dàng và tôn hao

công suất ít

- Khả năng tự động hoá cao

- Độ cứng đặc tính cơ giảm mạnh khi từ thông giảm và tốc độ không tải lý tưởng tăng, sa1 lệch tĩnh tăng

- Dái điều chỉnh khi thay đối từ thông nói chung là không rộng

- Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cô góp xấu đi

vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyên mạch bình thường thì phải đồng thời

giảm lư => mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh

- Do điện cảm lớn nên hẳng số thời gian lớn , thời gian quá độ dài

-25-

Trang 26

Dé én ting hop hé dién oo aha hd Phạm Đức Dương

c Điểu chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên

Trang 27

- Đây là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh triệt

để , nghĩa là có thê điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kê cả khi

không tải lý tưởng , phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tốn thất năng lượng ít

- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tỉnh điều

khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao

- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh

- Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng va bang hang s6 ( Mc = const )

* Nhan xét chung :

Qua việc phân tích cấu tạo , đặc điểm cũng như các phương pháp điều chỉnh tốc độ đối với từng loại động cơ Đồng thời căn cứ vào yêu cầu công

nghệ đòi hỏi thiết kế hệ truyền động điện với chất lượng cao , Mc = const

mang tính chất phản kháng với dải điều chỉnh rộng , điều chỉnh tốc độ dễ

dàng , yêu cầu có đảo chiều và quá trình quá độ xảy ra thường xuyên nên ta

chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính

và chọn phương pháp điêu chỉnh tốc độ bằng cách thay đôi điện áp mạch

phần ứng vì những ưu điểm nỗi bật của chúng

I.2 Phân tích chọn bộ biến đỗi :

Câu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động

cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đồi , các bộ biến đôi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từ của động cơ Cho đến nay trong công nghiệp sử

dụng 4 bộ biến đồi chính

- Bộ biến đôi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc

máy khuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt

-27-

Trang 28

- Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiến + xung áp một chiều : Tranzitor

hoặc Tlristor

L2.1 : Bộ biến đối máy điện

- Bộ biến đôi này gồm máy phát một chiều kích từ độc lập phát ra điện áp

cung cấp cho mạch phần ứng động cơ , máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha ĐK kéo quay và tốc độ quay của máy phát là không đổi

Trang 29

Dé én ting hop hé déin ce [AI 5: Phạm Đức Dương

Từ hệ trên ta thấy khi điều chỉnh dòng kích thích máy phát thì điều chỉnh

được tốc độ không tải còn độ cứng đặc tính cơ thi không đôi

* Nhận xét :

_ Ưu điểm : Đây là một hệ thống cô điên nhưng vẫn thường được sử dụng bởi :

+ Đơn gián, dễ điều chỉnh , độ tin cậy cao , ít phụ thuộc vào sự thay đôi

của nhiệt độ môi trường

+ Điện áp ra bằng phắng gần như không có sóng hài bậc cao

+ Dái điều chỉnh D = 10/1+30/1 Khi sử dụng các biện pháp on định tốc độ dải điều chỉnh D có thê đạt D= 100/1+200/1

+ Có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp

+ Hệ thống làm việc linh hoạt ở bốn góc phần tư

+ Thực hiện tốt việc đảo chiêu và các chế độ hãm

+ Phù hợp với tải Mc = const

- Nhược điểm

+Công suất lắp đặt của hệ thống lớn gấp 5 lần công suất tải

+ Việc gia công nên móng tốn kém, diện tích lắp đặt lớn

+ Bảo quản phức tạp , gây tiếng ồn lớn

-20-~

Trang 30

+ Hiệu suất không cao do sử dụng nhiều máy điện

1.2.2 : Bộ biến đỗi điện từ :

Sơ đồ nguyên lý như sau :

+ Độ linh động điều khiển kém , đảo chiều khó khăn

+ Quán tính của hệ lớn do ảnh hưởng của điện kháng khuếch đại từ

+ Hệ số công suất thấp , khi điều khiển chịu ảnh hưởng phi tuyến của đặc

tính từ hoá mạch từ

I.2.3 : Bộ biến đối chỉnh lưu không điều khiến + xung áp một chiều

Sơ đồ nguyên lý như sau :

Trang 31

Z

Uax

4

Ua

- Điện áp đặt lên động cơ có dạng xung , muôn vậy phải có bộ nguôn một

chiêu , thông thường bộ nguồn này lấy từ bộ biến đi chỉnh lưu không điều khiển ( chỉnh lưu điôt )

- Điện áp trung bình trên tải có dạng :

Bang cách thay đôi giá trị của yta sé thay d6i duoc gid tri cha Utb và tốc

độ động cơ thay đỗi theo

Về lý thuyết có 3 cách thay đổi 7 là :

+ Giữ nguyên Tck và thay đổi t1

+ Giữ nguyên t1 và thay đổi Tck

+ Kết hợp cả hai cách trên : Nhưng phức tạp và ít dùng thông thường dùng cách 1

* Nhận xét -

+ Đặc điêm của bộ biên đôi xung áp là : Sử dụng các linh kiện bán dần nên tồn hao ít, không phụ thuộc nhiệt độ môi trường, khả năng tự động hoá cao , tuy nhiên sơ đồ phức tạp , mạch điều khiển cũng phức tạp

L2.4 : Bộ biến đối chỉnh lưu bán dẫn : dùng Tiristor

-31-

Trang 32

đổi được bằng cách thay đổi Udk

- Nguyên lý điều khiến : khi có Uđk thông qua bộ phát xung ( FX ) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận được điện áp chỉnh lưu bằng việc thay đôi Uđk

ta sẽ thay đối được góc mở của T và thay đối được giá trị điện áp đầu ra

*Nhan xét :

_ Ưu điểm

+ƯUu điểm nỗi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ , dễ tạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh Có thê điều chỉnh vô cấp , sai lêch tinh nho

+ Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây

ồn, không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao

_ Nhược điểm

+ Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ khi dòng nhỏ suất hiện vùng

gián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ

thống đảo chiều phức tạp , khả năng quá tải của các van kém,

+ Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch

rat cao

32 - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

Trang 33

Trang 34

II.1 : Chọn mạch động lực :

Với bộ biến đôi van có rất nhiều sơ đồ đầu dây khác nhau nhưng có

thê chia làm 2 loại đẫu dây chính là đâu dây hình tia và hình cầu:

Theo lý thuyết cả 2 loại sơ đồ trên đều có thé thực hiện với m pha khác

nhau nhưng do giới hạn của việc thiết kế máy biến áp động lực nên thông thường chỉ có những sơ đồ chỉnh lưu sau đây :

- Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia :

+ Tia 1 pha

+ Tia 2 pha

+ Tia 3 pha

+ Tia 6 pha

+ Tia 12 , 24 pha ( rat it gap )

- Với sơ đồ chính lưu hình cầu :

+ Cầu 1 pha : 4T hoặc 2T + 2D hoặc 4D + IT

+ Cầu 3 pha : 6T hoặc 3T + 3D

Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu từng sơ đồ cụ thể

I.1.1 Sơ đồ nối dây hình tia

- Số van chỉnh lưu bằng số pha nguồn xoay chiêu

- Các van có một điện cực cùng tên nỗi chung

- Hệ thông điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính , trung tính nguồn là một điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

Muốn giảm dòng qua T và tăng độ bằng phắng của điện áp ra ta tăng số tia lên , về lý thuyết ta có thê tăng từ 1 ữ œ© tia nhưng thực tế không thê vì số tia phụ thuộc số cuộn dây biến áp nguồn , thông thường gặp :n= 1, 2, 3 (

Dòng nhỏ đến trung bình ) ,n = 6 ít dùng ( dòng tải lớn )

+? =1: Sơ đồ chỉnh lưu tỉa một pha :

Trang 35

Chỉnh lưu tia 2 pha có hoặc không có Dạ

Khi không có Dọ điện áp trên tải có dạng :

Trang 36

Tuy nhiên phô biến hiện nay với sơ đồ hình tia người ta thường sử dụng n

= 3 ( chỉnh lưu hình tia 3 pha ) du tải là cảm hay trở thì dòng qua tải luôn liên tục Ngoài ra ta cũng có thể mắc song song ngược hai bộ biến đôi hình tia 3 pha để đảo chiều quay cho động cơ

* =3 Giả sử xét một sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha như

Trang 37

Từ gián đồ điện áp ta thấy luôn tồn tại một phần điện áp âm

Hoạt động được tóm tắt như sau:

- Giả sử tại thời điểm œt = œ+z/6 thì T; dẫn dòng, T¡ , T; khoá

Tại thời điểm vị uạc > 0 đồng thời cho xung vào T¡ mở, T; đặt điện áp ngược nên khoá lại, T› vẫn khoá ,uạ = uạ

- Đến œt= z, uạ = 0 và chuyển sang âm , nhưng T¡ vẫn mở vì nhờ sđở tự

cảm của L„ ( đây chính là phần điện áp âm trên hình vẽ )

- Dén wt = œ+57ø/6 = v; thì uyạ > 0 và có xung điều khiển -> T2 dẫn dòng

- Dén wt = vạ Thì T; dẫn dòng, các T thay nhau dẫn dòng -> dòng qua các

T là liên tục

- 37 -

Trang 38

Đề cắt phần điện áp âm người ta mắc Dọ song song tải ( K đóng )

Lúc đó T¡ chỉ dẫn đến z là dừng dẫn ( do phân điện áp âm trên tải khép mạch qua Dạ ), T; và T; cũng tương tự

Phổ biến hiện nay là sử dụng sơ đồ cầu 1 pha và 3 pha

- Sơ đô chỉnh lưu cầu 1 pha :

Trang 39

+ Sơ đồ hình a ( Sử dụng 4T : Câu 1 pha điều khiên toàn phân )

+ Sơ đồ hình b , c ( Sử dụng 2T + 2D : chỉnh lưu hai nửa sóng điều khiển

ban phan )

+ Sơ đồ hình d ( Sử dụng 4D + 1T ) T có nhiệm vụ điều khiển còn 4D làm

nhiệm vụ chỉnh lưu

Các sơ đồ có hoặc không có Dạ tuỳ thuộc vào tính chất của tải

Trong các sơ đồ trên nếu sử dụng 2 BBĐ mắc song song ngược để đảo

chiêu động cơ thì sơ đồ hình a là có thể và với tải không đảo chiều thì sơ đồ

hình c là có lợi nhất (T¡, Tạ chỉnh lưu, Dị D; có vai trò như Dạ )

Các dạng điện áp ra giống nhau , để tổng quát ta phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ hình a

Giản đô điện áp và dòng điện như hình vẽ

- 30 -

Trang 40

+ Giả sử trước thời điểm vị T:,, Tạ vẫn dẫn dòng

Đến œt = vị, u¡ > 0 và có xung điêu khiến T¡ T; dẫn dong va dén wt = 2 thì u¡ = 0 nhưng T¡ và Tạ vẫn dẫn dòng do có điện áp tự cảm trên L =>

Điện áp trên tải như hình vẽ

Œ+7

uz = on U,, Sin atdot =U») cosa

a

1, Lar — 2

yymax — U ang max — 2U,

- Khi K đóng ( có Dạ ) Nguyên lý hoạt động tương tự như trên chỉ khác đến

thì T¡ , Tạ ngừng dẫn ( vì điện áp tự cảm khép mạch qua Dạ) và điện áp

trên tải không còn phân âm nữa Lúc do taco:

Tiêu đề	Thiết kế Bộ Điều Khiển Van - Động Cơ Sử Dụng Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Electrical Engineering
Thể loại	Nghiên Cứu
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	105
Dung lượng	14,97 MB