Động cơ điện DC và hệ thống truyền động thysistor 7122

Trường ĐHBK Hà Nội

Động cơ điện một chiều hệ

truyền động Tiristor

MỞ ĐẦU

Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội Bất kì ở vị trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển

Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta

Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng động cơ điện một chiều vẫn tồn tại Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rất tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng 0) Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so với động cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than

Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là một ứng dụng của kỹ thuật điều khiển Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện

áp phần ứng động cơ Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động cơ Hệ thống này thường được dùng cho các động cơ điện được cấp điện từ lưới xoay chiều Nhóm chúng em gồm 4 người được giao đồ

án thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện 1 chiều Đồ án gồm 3 phần

Phần I: Tổng quan chung về động cơ điện một chiều,và hệ truyền động tirstor

Phần II: Tính chọn thiết bị mạch lực mạch điều khiển

Phần III: Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện

Em rất mong đươc sự đóng góp ý kiến cuả các thầy cô trong bộ môn để đồ án của em được hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Diễn cùng toàn thể các thầy cô trong bộ môn đã tận tinh hướng dẫn để em hoàn thành đồ

án này em xin chân thành cảm ơn!

Sinhviên: Lưu Văn Thắng

PHẦN I

TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR

I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:

+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện

Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu

Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện

- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và đổi chiều

+ Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc

Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nối với dây quấn phần ứng

Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy Phần quay ( rôto)

Bao gồm các bộ phận chính sau:

- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao

do dòng điện xoáy gây lên

Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục

Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto

Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua

Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện

Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật

Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực

Fđt tác dụng làm cho rôto quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau,

do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động

Eư Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iưnên sức điện đông Eư còn được gọi là sức phản diện

3 Phân loại động cơ điện một chiều

Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ thành các động cơ điện sau:

−

−

− R I E

U = +

Động cơ điện kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng

Động cơ kích từ nối tiếp

Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

Động cơ kích từ hỗn hợp

Động cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu

II KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ Đặc tính cơ dùng để xác định điểm làm việc xác lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệ thống truyền động điện

momen ω = f(M)

Trong đồ án thiết kế này ta chỉ quan tâm tới loại động cơ một chiều kích

từ độc lập

Phương trình đặc tính cơ

Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn ứng quay

trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại

xuất hiện một sức phản điện động có chiều ngược với

điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng động cơ:

-UKT

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ là tỷ lệ với tốc độ quay của rôto :

n

=

+ p: số đôi cực từ chính + N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng + a: số đôi mạch nhánh song song

+ n: tốc độ quay (vòng/phút) Mặt khác, mômen điện từ của động cơ:

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì Mcơ = Mđt = M

Từ các phương trình trên ta có: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức và không mắc thêm điện trở phụ vào mạch điện trở thì phương trình đặc tính cơ là:

( )k M

R R k

=

ω

( )k M

Rk

=

ω

Đặc tính cơ của phương trình này gọi là đặc tính cơ tự nhiên

Tốc độ ωo = Uư/k.Φ là tốc độ không tải lý tưởng

Khi phụ tải tăng dần từ Mc = 0 đến Mc = Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần

từ ωo xuốngωđmnên phương trình đặc tính cơ có dạng:

Đặc tính cơ

Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông

Φ = const thì phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập tuyến tính có dạng hàm bậc nhất y = ax + b nên đường biểu diễn trên hệ tọa

độ M0ω là một đường thẳng cắt trục 0ω tại ωo với độ dốc âm

Sai số tốc độ

ω ω

ω = o− Δ

Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thông qua:

Mong muốn: sai số ωđ = ω

Tính liên tục ( độ trơn của dải điều chỉnh)

ωi + 1 ≈ ωi: hệ thống điều khiển liên tục

ωi + 1 ≠ ωi : hệ thống điều khiển nhảy cấp

Mong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh

Dải điều khiển tốc độ

Dải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

Mong muốn D càng lớn càng tốt

Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước…

b Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Về việc điều chỉnh tốc độ, động cơ một chiều có nhiều ưu điểm so với các loại động cơ khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao trong một dải rộng…

Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

100 ω

=

ω

Rf= 0

R f1

Rf2

ω0ω

Thực tế có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

Phương pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng

Đây là phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động cơ trong nhiều năm

Nguyên lý điều khiển

Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm; Φ = Φđm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc

và do đó càng mềm hơn

H3 đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính

cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ

Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính

kM

+

Φ

−

= Δ

Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản

Phương pháp 2: Thay đổi từ thông Φ

Nguyên lý điều khiển

Giả thiết U= Uđm; Rư = const Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dòng điện kích từ

Thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ

Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ

chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Φ tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức

→ Khi giảm Φ thì tốc độ không tải lý tưởng

thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên

H4 đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi Vì vậy muốn giữ cho dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì

ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ

Đặc điểm của phương pháp

Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức

Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch

Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi

Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển

Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên

Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 :1

Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với Φ ≈ 1

Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích

từ = (1 – 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp)

→ Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển

Phương pháp 3: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Nguyên lý làm việc

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển…)

H5 đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp

Ở phương pháp này: U = var;

Φđm = const; Rf = 0

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 ωo = U /k.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

Đặc điểm của phương pháp

Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển

đổi

Đánh giá chi tiêu điều khiển

Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)

Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi Các

bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục

Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1

→ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều

⇒ Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG CỦA ĐỘNG CƠ

Hệ thống F- Đ :Hệ thống F - Đ là một trong các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Nguyên lý điều khiển

Theo sơ đồ thì động cơ Đ1 biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành

cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơ một chiều chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất

Để điều khiển tốc độ động cơ cần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động

cơ, thông qua sức điện động của máy phát: E = kMF.Φ.ωMF

Khi máy phát F được quay với tốc độ ωMF cố định, sức điện động của máy phát EMF phụ thuộc vào dòng kích từ IkMF theo luật đường cong từ hóa: EMF =

kMF.ωMF.α.IkMF

Xét phương trình đặc tính cơ:

R R

I k

k

D D

D MF kMF

D D

Đ N

Đ C TS

I 0

ω

H6 đặc tính cơ của hệ (F – Đ)

Ta thấy khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát ta điều chỉnh được

D D

MF MF

k

k

Φ

F D

D D D F

R R

Do đó các đường đặc tính cơ là một họ đường thẳng song song

Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc Hệ

F - Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ

+ Đặc điểm của hệ F - Đ

*Ưu điểm

Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín)

Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh

Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ

Hệ điều chỉnh đơn giản

Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%)

điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ thống CL - Đ

Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực

tiếp biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không

qua một khâu trung gian cơ học nào

Hiện nay các Tiristo được dùng phổ biến để tạo ra

các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh…

- Nguyên lý điều khiển

Động cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành điện một chiều cấp điện cho phần ứng của động cơ điện một chiều

Khi điều khiển góc mở của các Tiristo ( tức là Tirito chỉ được mở khi điện

áp anod dương hơn catod) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

- Các chế độ làm việc

Chế độ dòng điện liên tục

Khi mômen tải tăng Mt ↑ thì dòng điện Iđc ↑ dẫn đến năng lượng điện từ tăng Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn làm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kế tiếp

Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu

UCL = Udo.cosα

T

∼

Ư

Chế độ dòng điện gián đoạn

Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy và xả năng lượng Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng lượng nhỏ Vì vậy khi điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động của động

cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện Lúc này, dòng điện qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn

Chế độ biên liên tục

Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ

sẽ phải qua một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục

- Đặc tính cơ của hệ thống

Chế độ dòng điện liên tục

Phương trình đặc tính cơ:

Thay đổi góc điều khiển α = ( 0 - π),điện áp của chỉnh lưu biến thiên từ

Udo – ( - Udo) và ta được họ đặc tính song song nằm ở nửa bên phải của hệ trục tọa độ {M, ω} Những đặc tính đó không tồn tại ở nửa mặt bên trái là do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Khi đó tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α

CL

dm

R R

→ Các đường đặc tính của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ

Chế độ dòng điện gián đoạn

Phương trình đặc tính cơ:

Mk

k

RRk

UMk

k

RRk

U

e CL e

do e

CL e

CL

.

cos

.

− 2

−

Φ

+

− Φ

= Φ

+

− Φ

=

μ μ

αω

dm e

do o k

U

Φ

=

cos

ω

( ) ( ) ( )

(λ γ)

γλλγαγαγω

g

g U

k

o o

m

cot exp sin

sin cos

H7 đặc tính cơ của hệ (CL - Đ)

+ Đặc điểm của hệ CL - Đ

* Ưu điểm:

Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn

Có khả năng điều chỉnh trơn (γ ∼ 1) với phạm vi điều chỉnh rộng

Sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn

Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất cosγ thấp nhất

HỆ THỐNG BĂM ÁP ĐỘNG CƠ

Bộ băm áp một chiều dùng để biến đổi trị số điện áp,

dòng điện một chiều dựa trên nguyên lý đóng ngắt có chu kì

nguồn điện một chiều

- Nguyên lý điều khiển

Khi khóa K đóng dòng điện tăng làm tăng tốc độ động

cơ và tích lũy năng lượng điện từ cho điện cảm trong mạch Trong thời gian khóa cắt, năng lượng điện từ đã tích lũy sẽ phóng qua Vo để duy trì dòng điện phần ứng

- Các chế độ làm việc

Chế độ dòng điện liên tục

Khi dòng và điện cảm trong mạch đủ lớn thì nănsg lượng điện từ đủ duy trì dòng điện cho đến khi bắt đầu chu kì mới Khi đó dòng phần ứng có dạng liên tục

Điện áp một chiều được điều chỉnh bằng bộ băm áp cung cấp cho phần ứng của động cơ

Điện áp môt chiều được băm với điện áp trung bình:

Ta điều chỉnh thông qua chu kì T Chu kì càng nhỏ ( tần số càng lớn

f = 1 /T) thì vùng gián đoạn càng nhỏ, chất lượng điều khiển càng cao

→ Điều khiển băm áp có chất lượng tốt hơn điều khiển chỉnh lưu khi tần

V o

Ư

K +

-Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị nhỏ thì đường cong có dạng gián đoạn

Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị giới hạn nào đó thì dòng điện có thể giảm đến 0 đúng vào thời điểm đầu của chu kì tiếp theo Khi đó ta có dòng biên liên tục

Đặc tính cơ của hệ thống

Với dòng điện liên tục:

Phương trình đặc tính cơ

H8 đặc tính cơ của hệ thống với dòng liên tục

Để điều khiển tốc độ ta điều khiển hệ số γ tức là điều khiển độ rộng xung điện áp θ trong chu kì điện áp

Trong vùng liên tục, đặc tính cơ là tập hợp các đường thẳng song song với tốc độ không tải lý tưởng

dm o

k

RRk

UMk

k

RRk

U

e

ba e

e

ba e

.

.

¦ 1 2

¦

Φ

+

− Φ

= Φ

γω

Đặc tính cơ là các đường cong Cũng như trong hệ CL - Đ, ở chế độ này

do mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm

Biên giới liên tục là đường có dạng nửa hình elip nằm ở góc phần tư thứ nhất và có dạng nét đứt trên hình vẽ

+ Đặc điểm:

* Ưu điểm

Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắc chắn

Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên

*Nhược điểm

Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ

Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tính kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều

III: HỆ TRUYỀN ĐỘNG (T-Đ)

-Hệ TĐ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khi nối nó vào mạch phaanf ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ TĐ

-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào

-Hiện nay Tirstor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ , tổn hao ít tác động nhanh

1 Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều: nhận năng lượng từ lưới

xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều

2 Các chế độ làm việc

a,Chế độ dòng liên tục

-Khi mô men tải Mt tăng thì dòng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượng điện từ tăng Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn

dây lớn làm cho năng lượng xẳ ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thừi điểm mở van kế tiếp

RRK

CosUM

μ

KK

RRK

U

ω

e cl e

do e

cl e

Φ

+

= Φ

+

Udo-(-Udo) và ta được đặc tính họ song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ (Moω) những đặc tính đó không thuộc nửa bên trái là do các van không cho dòng điện phản ứng đổi chiều

-Khi đó tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α

m e

doK

Uo

®

cos

= Φ

α ω

-Và độ cứng đặc tính cơ

m

R R

K

β

+

) Φ (

1

) cot exp(

) + ( ) sin(

Φ

Sin

γ α γ

CosUK

cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn

- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos γ thấp nhất

PHẦN II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC VÀ

MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

I: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC:

1: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC:

Dựa trên những phân tích đánh giá về các ưu nhược điểm của các loại

Sơ đồ về chỉnh lưu ,với tải là kích từ động cơ thì dùng chỉnh lưu cầu

Một pha ,điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả vì nó cho chất lượng

1 Ap tô mát AT dùng để đóng cắt để sửa chữa khi có sự cố đồng thời nó

được bảo vệ động cơ khi ngắn mạch :

I-3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC :

Đóng AT cấp nguồn cho mạch lực

Khi Φ =Φ1 cho xung điều khiển mở T1 Trong khoảng từ Φ1-Φ2 Tiristor T1 và T4 cho dòng chạy qua , khin điện áp vào đổi dấu Thì T3 mở

ngay T1 tự nhiên khoá lại dòng id =I d chuyển từ T1 Sang T3 lúc này T3 và T4

cùng cho dòng chạy qua Ud= 0

+ Khi Φ =Φ3 =Π + α cho xung mở T2 dòng tải id =Id chạy qua T3 và T2

Đồng thời T4 bị khoá lại

Quá trình có thể lặp đi lặp lại sơ đồ sử dụng van là Tiristor khi muốn

Các thông số cơ bản của van được tính như sau

Kđtv la hệ số dự chữ điện áp thường lấy >1,6

Nên dòng điện đinh mức của van là

Ilv = Khd I =0,67.10 =6,7 ( A)

Khd =0,67

Do chỉnh lưu cầu một pha

Dòng điện định mức của van được chọn dựa vào điều kiện làm mát van chọn điều kiện làm mát van bằng không khí tức làm mát tự nhiên bằng cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép làm việc

Loại tiristor cần chọn là ,T12N400COE có các tham số sau

Điện áp ngược cực đại của van là : Un = 400(v) Dòng định mức của van là : Iđm = 15(A) Đỉnh xungdòng điện : Ipik = 220(A) Dòng điện của xung điều khiển Iđk = 40(mA) Điện áp của xung điều khiển Uđk=2(v) Dòng điện rò Ir =5(mA Sụt áp lớn nhất của tiristor ΔU =2,8(v

Tốc độ biến thiên điện áp 200 (v/m)

dt

Tốc độ biến thiên dòng điện 180 (Aμς )

dt di =

Thời gian chuyển mạch Tcm =50μs

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C

4-3: Tính chọn thiết bị bảo vệ van:

Dùng áptômát để tác động nhanh đóng cắt mạch đọng lực tự bảo vệ Quá

tải và ngăn mạch tiristor

+ chọn áptômát (AT) có Iđm =(1,1-1,3)Id

Sao cho dòng bảo vệ của áptômát không vượt quá dòng ngăn

Mạch của thứ cấp

Chọn Iđm = 1,1I1d =1,1.3,74 =4,11(A)

Uđm = 220(v)

Dùng cầu chì ( cc) tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch , nhóm 1cc bảo

vệ ngắn mạch bên ngoài được chọn theo Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp của máy biến áp

I1cc = 1,1.I2 =1,1.6,7 =7,37 (A) Chọn I1cc =8 (A)

Nhóm 2cc bảo vệ van phụ tải

I2cc =1,1 Id =1,1.10 =11 (A) +; Bảo vệ quá nhiệt độ cho van bán dẫn

Để van bán dẫn làm việc an toàn không bi trọc thủng vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý hiện nay phổ biến người ta thường dùng làm mát bằng cánh tản nhiệt

- tổn thất công suất trên 1 tiristor

ΔP =ΔU.Ilv = 1,9.6,7 =12,73 (w)

- diện tích bề mặt toả nhiệt

35 , 0 40 9

73 , 12

Δ

=

t Ktn P

Trong đó :

t0 =t0lv –t0mt độ chênh lệch so với môi trường nhiệt độ làm việc

t0lv = 800Nhiệt độ môi trường : t0mt = 40

vậy t0 = t0lv = t0mt = 800

Bảo vệ quá điện áp:

Quá điện áp chuyển mạch xuất hiện khi van bán dẫn chuyển mạch từ

trạng thái thông sang trạng thái ngắt Để bảo vệ về điện áp chuyển mạch người

ta nối song song với mỗi van một mạch R- C khi có mạch R-C mắc song song với tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên tiristor không bị quá điện áp trị số của điện trở và điện dung của mạch tuỳ theo từng loai van:

R = (5÷10) (Ω)

C = (0,25÷4) (μF) Vậy ta chọn R = 22Ω C = 0,47 (μF)

4-4: xách định thông số mạch phần ứng :

Với các thông số đã cho của động cơ ta tính được điện trở phần ứng động

cơ Theo công thức phần ứng :

Rư= 0,5(1-ηđm)

Idm Udm Thay số :

Rư = 0,5.(1-0,85)

10

220 = 1,25(Ω) Điện cảm mạch phần ứng tính theo công thức gần đúng :

¦ Zp Wdm Iudm

Udm

Wđm =

55 , 9

Ndm

Trong đó : K2 là hệ số chọn = 5,6 (đối với máy không bù)

Thay số ta có :

55 , 9 / 3000 2 10

220 6 , 5

H

=