1.2 Đặc Tính Cơ Của Máy Điện Một Chiều: Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ: Quan hệ giữa tốc độ và moomen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-Người hướng dẫn :TS NGUYỄN QUỐC ĐỊNH
Sinh viên thực hiện :TRẦN VĂN KHÁ
Số thẻ sinh viên :10517010
Nhóm HP / Lớp :17Nh29A/ 17D2
Ngành :Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
DANH SÁCH HÌNH ẢNH 3
DANH SÁCH CÁC BẢNG 4
CHƯƠNG 1: Tổng Quan Về Động Cơ Một Chiều 5.
1.1
1.1.1 Mục con cấp 2 Error! Bookmark not defined. 1.1.2 Mục con cấp 2 Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: ĐỀ MỤC CHƯƠNG HAI Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN CHUNG 1
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1
Trang 4CHƯƠNG 1: Tổng Quan Về Động Cơ Một Chiều Và Các Phương Pháp
Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Một Chiều Và Lựa Chọn Phương
+ Động cơ một chiều kích từ song song
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
1.1.2 Ưu nhược điểm của động cơ một chiều
- Ưu điểm: + Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ
+ Có nhiều phương pháp hãm tốc độ
- Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại màu, việc chế tạo và bảo quản khó khăn
+ Giá thành đắt hơn các loại máy điện khác
1.1.3 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động:
Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
1.2 Đặc Tính Cơ Của Máy Điện Một Chiều:
Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ:
Quan hệ giữa tốc độ và moomen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản
Trang 5Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đắc tính
cơ điện, đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạchđộng cơ: hoặc
- là dòng điện phần ứng đông cơ
Trong đó: - là điện trở dây quấn phần ứng
- là điện trở tiếp xúc giữa chỗi than và phiến góp
- là điện trở cuộn bù
- là điện trở cuộn phụ
Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của Roto:
là hệ số kết cấu của động cơ
- từ thông qua mỗi cực từ
p - số dôi cực từ chính
N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng
a - số mạch nhánh song song của cuộn ứngNếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
Với
Vì vậy:
Từ các biểu thức trên ta rút ra được phương trình đặc tính cơ điện của động cơ:
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 6là phường trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Cũng có thể biểu diễn phương trình đắc tính cơ dưới dạng sau:
Trong đó: gọi là tốc độ không tải lý tưởng
gọi là độ sụt tốc độ
Giả sử phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông , thì phương trình đặc tính cơ códạng hàm bậc nhất Y=B+A.x, nên đường đặc tính trên hệ tọa độ MO là đường tuyến tínhbậc nhất với độ dốc âm Đường đặc tính cắt trục tung O tại điểm có tung độ
Hình 1.2: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
1.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta thấyđường đặc tính cơ phụ thuộc vào các thông số điện U, , nên có ba phương pháp điềuchỉnh tốc độ động cơ
1.2.2.1 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng:
Vì giá trị điện áp không thể vượt quá giá trị định mức nên ta có thể thay đổi giảmđiện áp
Trang 7biến đổi; ; Suy ra:
Tốc độ động cơ thay đổi tỉ lệ thuận với điện áp phần ứng:
Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm điện áp
1.2.2.2 Phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng:
Vì tổng trở của mạch phần ứng ∑ nên ta chỉ có thể thay đổi về phía tăng
biến đổi; ; ;Suy ra:
Tốc độ thay đổi tỷ lệ nghịch với điện trở phụ mạch phần ứng:
Hình 1.4: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi tăng điện trở phụ.
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 81.2.2.3 Phương pháp thay đổi từ thông kích từ:
Để thay đổi từ thông ta thay đổi dòng kích từ nhờ biến trở , vì chỉ có thể tăng nêndòng kích từ giảm, dẫn đến từ thông giảm so với từ thông định mức
; ; biến đổi;
Suy ra:
Hình 1.5: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông.
Vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ ta có ba phương pháp và ở đề tài thiết kếmạch chỉnh lưu hình tia ba pha cấp cho động cơ một chiều, không đảo chiều em chọnphương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Bởi vì: mà nên khi ta điều chỉnh góc điều khiển để đưa xung kích vào thì sẽ làmthay đổi điện áp dẫn đến làm thay đổi điện áp phần ứng , với điện trở phụ và từ thôngkích từ không đổi thì sẽ làm thay đổi tốc độ của động cơ
Trang 9CHƯƠNG 2: Tổng Quan Về Bộ Chỉnh Lưu Tiristor Ba Pha Hình Tia.
Thiết Kế Sơ Đồ Nguyên Lý Hệ Thống Chỉnh Lưu - Động Cơ Điện Một Chiều (Hệ T-Đ) Không Đảo Chiều.
2.1 Tổng Quan Về Tiristor:
2.1.1 Giới thiệu về điôt:
Điôt là linh kiện bán dẫn gồm 2 lớp bán dẫn loại P và N ghép lại với nhau Đầu nốivới bán dẫn loại P gọi là Anot (A), đầu nối với bán dẫn loại N gọi là Katot (K)
Hình 2.1: Cấu tạo và ký hiệu của Điôt.
2.1.2 Cấu tạo của Tiristor:
Tiristor là linh kiện bán dẫn gồm 4 lớp bán dẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau tạonên 3 cực Anot, Katot và cực điều khiển G
Hình 2.2: Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor
2.1.4 Điều kiện mở của Tiristor:
Nếu cho một xung điện áp dương tác động vào cực G (dương so với K), các điện
tử từ chạy sang Đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn và hình thành dòngđiều khiển chảy theo mạch G K-G, còn phần lớn điện tử, chịu sức hút của điện trường
Trang 10tổng hợp của mặt ghép , lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, độngnăng lớn lên, bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử silic, tạo nên những điện tử tự domới Số điện tử mới được giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trongvùng chuyển tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiềuđiện tử chảy vào , qua và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫnđiện ào ạt trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực Grồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100 µ s
Điện trở thuận của Tiristor, khoảng 100kΩ khi ở trạng thái khóa, trở thành khoảng0,01Ω khi Tiristor dẫn cho dòng chảy qua
Có thể hình dung như sau: Khi đặt Tiristor dưới điện áp > 0, Tiristor ở trạng tháisẵn sàng mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi lệnh - tín hiệu ở cực điều khiển Công thức: Tiristor khóa + Tiristor mở
Trong đó là giá trị dòng điện điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu của Tiristor.Thời gian mở là thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chính chảy trong Tiristor, tính
từ thời điểm phóng dòng vào cực điều khiển Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10µs
2.1.5 Điều kiện khóa của Tiristor:
Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển không còn là cầnthiết nữa Để khóa Tiristor có hai cách:
- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì (Holding current)
- Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)
Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor < 0, hai mặt ghép và bị phân cực ngược, bâygiờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính , đang có mặttại , , bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, vềcực âm của nguồn điện áp ngoài
Lúc đầu của quá trình, từ đến , dòng điện ngược khá lớn, sau đó rồi trở nên cáchđiện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép và , hiện tượng khuếch tán sẽlàm chúng ít dần đi cho đến hết và khôi phục lại tính chẩt của mặt ghép điều khiển
Thời gian khóa tính từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược cho đến khi dòngđiện ngược bằng 0 () Đấy là khoảng thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lênTiristor, Tiristor cũng không mở, kéo dài khoảng vài chục µs Trong bất kỳ trường hợp
Trang 11nào cũng không được đặt Tiristor dưới điện áp thuận khi Tiristor chưa bị khóa, nếu không
có thể gây ngắn mạch điện áp nguồn
Ta có công thức: Tiristor mở + < 0 → Tiristor khóa
Vậy ở đề tài thiết kế này ta dùng cách đặt một điện áp ngược lên Tiristor để khóa Tiristor
2.1.6 Đặc tính Volt – Ampe của Tiristor:
Đặc tính Vôn-Ampe của Tiristor gồm 4 đoạn (hình 2.3):
Hình 2.3: Đặc tính Volt – Ampe của Tiristor.
Đoạn 1 ứng với trạng thái khoá của Tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Tiristor.Khi tăng đến (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòngđiện, Tiristor chuyển qua trạng thái mở
Đoạn 2 ứng với giai đoạn phân cực thuận của Trong giai đoạn này mỗi một lượngtăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Tiristor Đoạn 2còn gọi là đoạn điện trở âm
Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thành dẫnđiện Dòng điện chảy qua Tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài Điện áp rơitrên Tiristor rất nhỏ, khoảng 1V Tiristor còn giữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơndòng duy trì (Holding current)
Đoạn 4 ứng với trạng thái Tiristor bị đặt dưới điện áp ngược Dòng điện ngược rấtnhỏ, khoảng vài chục mA Nếu tăng đến thì dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, mặtghép bị chọc thủng, Tiristor bị hỏng
2.2 Hệ truyền động chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển – Động cơ một chiều
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 12Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (T-Đ), bộbiến đổi điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có điện áp ra tải phụ thuộc vào giá trị củagóc điều khiển Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòngđiện kích thích động cơ.
Các sơ đồ hệ thống T-Đ không đảo chiều thường gặp:
Hình 2.5: Sơ đồ các hệ thống T-Đ không đảo chiều.
+ Ưu điểm: Độ tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hóa Do các van bán dẫn có
hệ só khuếch đại công suất cao, điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnhnhiều vòng, để nân cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống
+Nhược điểm: Do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có độđập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện Hệ số công suất của hệ thống nói chung làthấp
Ở đồ án thiết kế này em sử dụng hệ thống T-Đ không đảo chiều như sơ đồ 2.5a
2.3 Chỉnh lưu hình tia ba pha.
2.3.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha Tiristor:
Trang 13
Gồm 1 máy biến áp ba pha có thứ cấp nối , 3 pha Tiristor nối với tải như hình vẽ
Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:
Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trungtính
Nếu có các Tiristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dươnghơn pha kia Vì thế phải xét đến thời điểm cấp xung đầu tiên
Giả sử tải: R, L, , chuyển mạch tức thời
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 14 Nhịp V1: Khoảng thời gian từ Tại điện áp đặt lên ,có xung kích đưa vào, mở, khiđó:
mở, đóng
Lúc này: + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1:
Lúc này: + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2:
+ Dòng điện qua bằng 0:
Trong nhịp V2: từ âm chuyển lên 0, khi thì mở, lúc này
và bắt đầu âm nên đóng, kết thúc nhịp V2 và bắt đầu nhịp V3
Nhịp V3: Từ , khi đó:
mở, đóng
Lúc này: + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3:
Các giá trị trung bình:
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Đặt : Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu khi
Suy ra:
Trang 16là điện áp nguồn xoay chiều của van
là hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, )
là hệ số điện áp ngược của van (tra bảng 8.1, )
Để chọn van thoe điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơnđiện áp làm việc
Với là hệ số dự trữ điện áp (
3.1.2 Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện hiệu dụng Trong đó: là dòng điện tải của van
là hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (tra bảng 8.2, )Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc với 40%
Với là hệ số dự trữ dòng điện ()Vậy thông số của van là:
Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại CS35-08104 với các thông số định mức:
+ Dòng điện định mức của van :
Trang 17+ Điện áp ngược cực đại của van : + Độ sụt áp trên van : + Dòng điện rò : + Điện áp của xung điều khiển : + Dòng điện của xung điều khiển : + Đỉnh xung dòng điện :
3.2 Tính Toán Máy Biến Áp Chỉnh Lưu:
1/Ta chọn máy biến áp ba pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây , làm mát tự nhiên bằngkhông khí
2/Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp:
3/Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Trong đó: là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới
là độ sụt áp Tiristor
là độ sụt áp trên dây nối
là độ sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp Chọn sơ bộ:
Suy ra:
Công suất biêu kiến của máy biến áp:
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
4/Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp:
5/Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp:
Tính sơ bệ mạch từ:
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 186/Tiết diện sơ bộ trụ:
Trong đó: là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy
m là số trụ của máy biến áp, m=3Suy ra:
Suy ra ta chọn chiều cao của trụ là 23 (cm)
Tính toán dây quấn:
10/Số vòng dây quấn mỗi pha sơ cấp máy biến áp:
Chọn
11/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
12/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn 13/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn:
Kích thước dây có kể cách điện:
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
14/Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
Trang 19Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn:
Kích thước dây có kể cách điện:
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
Kết cấu dây quấn sơ cấp:
15/Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:
Trong đó: h là chiều cao trụ
là khoảng cách từ gong đến cuộn dây sơ cấp(Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn )
là hệ số ép chặt (Tra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn )16/Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
17/Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
18/Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày
19/Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp:
20/Đường kính trong của ống cách điện:
21/Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
22/Chọn bề dày cách điện của các lớp dây ở cuộn sơ cấp:
23/Bề dày cuộn sơ cấp:
24/Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khá Hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Định
Trang 2025/Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:
26/Chiều dài dây quấn sơ cấp:
27/Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp
Kết cấu dây quấn thứ cấp:
28/Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
29/Tính sơ bộ số vóng dây trên 1 lớp:
30/Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
31/Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: , 5 lớp đầu có 19 vòng, lớp thứ 6 có 27 vòng.32/Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
33/Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
34/Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:
35/Bề dày cuộn thứ cấp:
=(0,224+0,01).6=1,404 (cm)
36/Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
37/Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
38/Chiều dài dây quấn thứ cấp:
39/Đường kính trung bình các cuộn dây:
Suy ra
40/Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp:
Tính kích thước mạch từ:
41/Đường kính trụ d=10 (cm) tra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6
42/Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: