Đồ án điện tử công suất và truyền động điện

Thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều kích từ độc lập, dải điều chỉnh tốc độ 5002000vp. Động cơ một chiều có thông số: Pđm=2.2kW; Uđm=200V; Iđm=12.8A; nđm= 2500vp 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯUĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU. 2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU. 3 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ

====o0o====

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP, DẢI

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 500-2000V/P

Hà Nội-2023

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề : Thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều kích từ

độc lập, dải điều chỉnh tốc độ 500-2000v/p

Động cơ một chiều có thông số: Pđm=2.2kW; Uđm=200V; Iđm=12.8A; nđm= 2500v/p

2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

LỜI NÓI ĐẦU 6

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 8

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 8

1.1.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 8

1.1.2 CẤU TRÚC CHUNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 9

1.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU 9

1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU 11

1.2.3 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 12

1.3 GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR 14

1.4 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 16

1.4.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 17

1.4.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 18

1.4.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG 19

2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU 20

2.1 TÍNH CHỌN MẠCH LỰC 20

2.1.1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 20

2.1.2 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC 22

2.1.3 TÍNH CHỌN THYRISTOR 24

2.1.4 TÍNH CHỌN CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG 24

2.1.5 TÍNH CHỌN CUỘN KHÁNG SAN BẰNG 26

2.1.6 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC 27

2.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28

2.2.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28

2.2.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN 28

2.2.3 CÁC KHÂU CƠ BẢN 29

3 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 35

3.1 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DÒNG ĐIỆN, ĐIỆN ÁP VÀ TỐC ĐỘ 35

3.1.1 THIẾT BỊ ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG DÒNG ĐIỆN 353.1.2 THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN ÁP VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG ĐIỆN ÁP 373.1.3 THIẾT BỊ ĐO TỐC ĐỘ VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG TỐC ĐỘ 39

3.2 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ 40

3.2.1 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN 403.2.2 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 43

3.3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BẰNG PHẦN MỀM MATLAB/ SIMULIMK 45

4

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện 9

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều 12

Hình 1.3 Đường đặc tính khi có điện trở phụ 13

Hình 1.4 Đường đặc tính khi thay đổi điện áp phần ứng 14

Hình 1.5Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông 14

Hình 1.6 Ký hiệu và cấu tạo Thyristor 15

Hình 1.7 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều 17

Hình 1.8 Đặc tính cơ hệ T-Đ 18

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều chỉnh đối xứng 20

Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển 20

Hình 2.3 Đồ thị chỉnh lưu Thyristor cầu 1 pha 21

Hình 2.4 Mô phỏng cầu 1 pha có điều khiển bằng PSIM 21

Hình 2.5 Sơ đồ khối điều khiển thyristor 28

Hình 2.6 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 28

Hình 2.7 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos 29

Hình 2.8 Một số khâu đồng pha điển hình 29

Hình 2.9 Giản đồ của khâu đồng pha 30

Hình 2.10 Các khâu so sánh thường gặp 30

Hình 2.11 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu 31

Hình 2.12 Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung 31

Hình 2.13 Sơ đồ tạo xung 32

Hình 2.14 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 32

Hình 3.1 Một số cảm biến dòng điện LEM 33

Hình 3.2 Nguyên lý cảm biến LEM 33

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện DC/AC 33

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cảm biến LEM 35

Hình 3.5 Cảm biến LEM LV25-P 35

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp 35

Hình 3.7 Máy phát tốc 37

Hình 3.8 Đo tốc độ với máy phát tốc DC 37

Hình 3.9 Đồ thị dòng điện và điện áp khi không tải với tốc độ 500v/p 43

Hình 3.10 Đồ thị dòng điện và điện áp khi không tải với tốc độ 2000v/p 43

Hình 3.11 Đồ thị dòng điện và điện áp khi có tải với tốc độ 500v/p 44

Hình 3.12 Đồ thị dòng điện và điện áp khi có tải với tốc độ 2000v/p 44

5

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Ý nghĩa các ký hiệu hệ truyền động điện 9

Bảng 2.1 Thông số động cơ 22

Bảng 2.2 Thông số máy biến áp 24

Bảng 2.3 Thông số Thyristor 24

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến LEM LTS 25-NP 35

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến LEM LV25-P 36

6

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Hệ truyền động điện là một tổ hợp của nhiều thiết bị và phần tử điện - điện cơ phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các phụ tải, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của phụ tải

1.1.2 CẤU TRÚC CHUNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Hình 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện Bảng 1.1 Ý nghĩa các ký hiệu hệ truyền động điện

VH Người vận hành

Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:

Phần lực (mạch lực): Lưới điện (nguồn điện) cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và

động cơ điện (ĐC) truyền động phụ tải (MSX)

Các bộ biến đổi :

 Bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máyđiện khuếch đại)

 Bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà)

 Bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (chỉnh lưu thyristor, bộ điều áp mộtchiều, biến tần transistor, thyristor)

Động cơ điện: Một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.

Phần điều khiển: (mạch điều khiển)

 Cơ cấu đo lường

 Bộ điều chỉnh tham số và công nghệ

 Khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và chongười vận hành

 Mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc với máy tínhđiều khiển

1.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máyquan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điệnxoay chiều thông dụng

Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rấttốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Vì thế mà động cơ một chiềuđược dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độnhư cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùngnguồn điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần

động:

Phần tĩnh :

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn

kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện

8

hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thểdùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông

+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện

đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ

có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính

+ Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ

máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máyđiện lớn thường dùng thép đúc

+ Các bộ phận khác:

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

và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn cótác dụng làm giá đỡ 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

bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộpchổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá

Phần quay :

Bao gồm những bộ phận chính sau :

+ Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật

điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòngđiện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dâyquấn vào

+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động

và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cáchđiện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn.Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật

+ Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổ góp

gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V

ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica

+ Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế

tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió

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

thường làm bằng thép cacbon tốt

1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

- Đầu tiên, cấp nguồn áp một chiều vào dây quấn phần cảm để tạo ra từ trường kích từ φ kt

- Đồng thời, cấp nguồn áp một chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện I ư

qua các thanh dẫn trên phần ứng

9

- Các thanh dẫn phần ứng mang dòng điện I ư và đặt trong từ trường kích từ sẽ chịu tác động của lực điện từ F tạo thành momen quay phần ứng

- Cổ góp làm bằng cách đảo chiều dòng điện đã đảm bảo cho Roto quay theo mộtchiều không đổi

- Khi phần ứng quay, các thanh dẫn trên phần ứng cùng di chuyển cắt đường sức

từ trường phần cảm nên trên các thanh dẫn hình thành các suất điện động eĐầu tiên, cấp nguồn

áp một chiều vào

dây quấn phần cảm

để tạo ra từ trường

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều

- Giá trị suất điện động e được tính theo biểu thức sau: e=B.l.v

Trong đó: B(T): Từ cảm nơi thanh dẫn quét

l(m): chiều dành thanh dẫn nằm trong từ trườngv(m/s): tốc độ dài của thanh dẫn

R f

ĐC

Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:

Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :

Giả thiết : Uư=Uđm=const

 = đm=const Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:

độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũnggiảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện vàđiều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

Hình 1.3 Đường đặc tính khi có điện trở phụ

Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết :  = dm = const

Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư<Uđm ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng : ω 0 x= U x

KΦ Φ dm=Var

Độ cứng đặc tính cơ : ox = ¿ ¿

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặctính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.10) Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảmáp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ tảinhất định Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạnchế dòng điện khởi động

Hình 1.4 Đường đặc tính khi thay đổi điện áp phần ứng

Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết : Uư = Uđm = const

Rư = const Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ

Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 x= U dm

KΦ Φ x=var

12

Độ cứng đặc tính cơ: β=−¿ ¿

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từthông giảm thì ω 0 xtăng, còn β sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với ω 0 xtăng dần và độ

cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông

Hình 1.5Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: I nm=U dm

R U =Const

Mô men ngắn mạch: Mnm = KxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn trênhình 1.11

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khigiảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.6 b)

1.3 GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR

Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nên Anôt,Katôt và cực điều khiển G

Hình 1.6 Ký hiệu và cấu tạo Thyristor

Nguyên lý làm việc của Thyristor:

Khi đặt Thyristor dưới điện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vào cực

âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược Gần như

13

toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2 Điện trường nội tại E1 của J2 có chiềuhướng từ N1 về P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếpcũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua Thyristor mặc

dù nó được đặt dưới điện áp thuận

Mở Thyristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K), cácđiện tử từ N2 chạy sang P2 Đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hìnhthành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn điện tử, chịu sức hútcủa điện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng đượctăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử silic, tạo nênnhững điện tử tự do mới Số điện tử mới được giải phóng này lại tham gia bắn phá cácnguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuấthiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điệnngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từmột điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độkhoảng 1 cm/100μss Thời gian mở Thyristor kéo dài khoảng 10μss

KhóaThyristor:

Một khi Thyristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn làcần thiết nữa Để khóa Thyristor có 2 cách:

- Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng điện duy trì IH

- Đặt một điện áp ngược lên Thyristor (biện pháp thường dùng)

Khi đặt điện áp ngược lên Thyristorr UAK < 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cựcngược, J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính

UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngượcchảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài

Lúc đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1 rồi J3 trởnên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3, hiện tượngkhuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặtghép điều khiển

Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải phụthuộc vào góc điều khiển mở của Thyristor: Ud = Ud0.cosα

Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp trungbình ra tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển αthì điện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại,giảm αthì điện áp trung bình sẽ tăng Giá trị lớn nhất của điện áp trung bình ra tải là

14

I= U d−E

Z d

là linh kiện điện tử

công suất có điều

khiển cơ bản nhất,

được sử

là linh kiện điện tử

công suất có điều

sự là điện áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng donguồn xoay chiều rất khác nhau Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên cóđiện áp (dòng điện) ra là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thànhđiện áp 1 chiều điều khiển ngược

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có thểthực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

15

- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưuhình cầu, chỉnh lưu hình tia

- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển,chỉnh lưu bán điều khiển

Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.7 Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều

+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ

+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+ FX là mạch phát xung

1.4.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc nàyđộng cơ vẫn chưa làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với mộttốc độ nào đó của động cơ Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện cácxung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc này nhóm vannào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở  Đầu ra của BBĐ có điện

áp Ud đặt nên phần ứng động cơ  động cơ quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu

16

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động

cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - n

khi n giảm UĐK tăng  giảm Ud tăng  n tăng về điểm làm việc yêu cầu Khi ntăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại Đây là nguyên lý ổn định tốcđộ

1.4.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Chế độ dòng điện liên tục:

Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng

Ta có sơ đồ đặc tính

I K

X R K

E n

dm

K dm

X R K

E n

dm

K dm

do

2).(

cos

K





2)( 



Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van

Thay đổi góc điều khiển:

+ Khi  0  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họđặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ ,M do các vankhông cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi thànhphần sụt áp U kdo hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên

Hình 1.8 Đặc tính cơ hệ T-Đ

17

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, biến

cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện Động

cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng

Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:

K

d

X R

E E I





Phương trình đặc tính:

I K

X R K

E

dm

K dm

- Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điệngián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn.Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn  = 2 /p và góc chuyển mạch  0Đường biên liên tục gần là đường elip Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số phacủa chỉnh lưu Tuy nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp

1.4.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG

- Ưu điểm:

+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn

có hệ số khuếch đại công suất cao

+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ

+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos thấp

+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việckhó khăn với các hệ thống đảo chiều

18

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyềnđộng có tải nhỏ.

2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU

cả và triệt để nhất Ở đây chúng ta là hệ truyền động chỉnh lưu động cơ 1 chiều kích từđộc lập Với tải là động cơ điện một chiều với công suất 2,2kW thì sử dụng sơ đồchỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển là hợp lí cả về tính năng lẫn giá thành

KCB

CKĐ MBA

KCB

KCB

Hình 2.9 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều chỉnh đối xứng

Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

19

2 π

U d(θ )dθ=1

π∫0

Ta mô phỏng cầu 1 pha bằng phần mềm PSIM:

Hình 2.12 Mô phỏng cầu 1 pha có điều khiển bằng PSIM

Ta có mạch lực:

20

U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn

E : sức điện động của động cơ

R, L :điện trở, điện cảm trong mạch

R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt

L = 2.Lab + Lu + Lk

Rba, Lba: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp

Rk, Lk: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc

Rdt: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

Lấy  = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn bù

Bảng 2.2 Thông số động cơ

Kiểu P dm (kW) U dm (V) I dm (A) n dm(vg/ph)

2.1.2 TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC

Chọn máy biến áp 1 pha làm mát bằng không khí tự nhiên

* Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: