Thiết kế hệ thống điều khiển đảo chiều động cơ điện

Ngày nay ,không chỉ ở các nước phát triển ,ngay ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình .các xí nghiệp và nhà máy như xi măng ,thuỷ điện giáy ,đường ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những minh chứng. Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý .Xuất phát tử yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thày cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bước tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án điện án thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất . Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như các lĩnh vực khác tăng trưởng không ngừng. Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống. Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động hoá. Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có tư duy độc lập vơí công việc. Mặc dù vậy , với sinh viên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo đã hướng dẫn , chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ án này.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ,không chỉ ở các nước phát triển ,ngay ở nước ta các thiết bị

bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong

sinh hoat gia đình các xí nghiệp và nhà máy như xi măng ,thuỷ điện

giáy ,đường ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những minh chứng

Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới

dây trruyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những

kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý Xuất phát tử yêu

cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thày cô

trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bước tiếp xúc với

việc thiết kế thông qua đồ án điện án thông qua đồ án môn hoc điện tử

công suất

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân

dân cũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh

vực công nghiệp cũng như các lĩnh vực khác tăng trưởng không ngừng

Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều

khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống

Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành

tự động hoá Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và

giúp cho sinh viên có tư duy độc lập vơí công việc Mặc dù vậy , với sinh

viên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy

em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo đã hướng dẫn , chỉ bảo em tận

tình để em hoàn thành tốt đồ án này

CHƯƠNGI: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 CHIỀU

1.1 Các nguyên tắc đảo chiều động cơ điện 1 chiều

1.1.1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

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

tĩnh và phần động

* Phần tĩnh hay stato

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

a, 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 hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và

tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được

gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng

dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ

thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn

dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

b, 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 Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

c, 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 máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong

động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d, Các bộ phận khác

Bao gồm:

- Náp 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 có tác 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 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 chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

* Phần quay hay rôto

Bao gồm những bộ phận chính sau :

a, Lõi sắt 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 dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng

rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ

thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió

dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành

những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở

thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn

và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực

tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto

Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng

rôto

b, 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

cách điện 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 Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng

nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay

bakelit

c, 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 đến 1,2mm 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 Đuôi vành góp có cao lên một ít để

hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ

dàng

d, 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 Cánh

quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào

động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió

ra ngoài 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

1.1.2 Nguyên tắc đảo chiều động cơ điện 1 chiều

Có rất nhiều phương pháp để đảo chiều động cơ điện 1 chiều Nhưng

chúng ta sử dụng các

1.2 Các phương pháp đảo chiều động cơ

1 Dùng phương pháp đảo chiều bằng đảo đấu điện áp đặt vào phần ứng

động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu:

2.Dùng phương pháp đảo chiều kích từ

3 Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N

4 Đảo chiều kích từ bằng công tắc tơ T và N

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

2.1 Các phương án chỉnh lưu

- Các bộ chỉnh lưu đảo chiều dùng cho động cơ 1 chiều cần quay theo cả

2 chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh

- Tuỳ theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể sử dụng các sơ

đồ sau:

Nhận xét :

- Hai sơ đồ 3,4 chỉ áp dụng cho hệ thống không đòi hỏi cao về chất

lượng đảo chiều, thông dụng và đáp ứng được yêu cầu chất lượng sơ đồ

hình1

- Để đấu 2 mạch chính với nhau cấp ra một tải có 2 kiểu là: kiểu đấu

chéo số 8 và đấu song song ngược

- Có 2 phương pháp điều kiển đảm bảo mạch hoạt động bình thường là

phương pháp điều khiển chung và phươg pháp điều kiển riêng

 Phương pháp điều khiển chung

- Lúc này cả 2 mạch CL cung được phát xung điều khiển, nhưng luôn

khác chế độ nhau : một mặt ở chế độ CL (xác định dấu của điện áp một

chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có) mạch kia là chế độ nghịch

lưu (là quá trình chuyển năng lượng điện áp từ phía dòng một chiều sang

dòng xoay chiều) Vì hai mạch cùng đấu cho một tải nên giá trị trung bình

của chúng phải gần bằng nhau:

Ut = Ud1= - Ud2

- Nếu dòng điện liên tục ta có:

Ud1=Ud0 cos1

Ud2=Ud0 cos2

Vậy Ud0 cos1= - Ud0 cos2

Hay cos1 + cos2= 0

1 + 2=1800

Biều thức này chính là luật phối hợp điều khiển của phương pháp này

- Tuy nhiên luật này mới chỉ đảm bảo sự cân bằng về giá trị một chiều,

còn giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu hai mạch là khác nhau Ud1  Ud2

Sự chênh lệch điện áp giữa chúng làm xuất hiện một dòng điện quẩn

giữa hai mạch van mà không qua tải

- Để hạn chế dòng điện này cần phải dùng thêm cuộn kháng Lcb mắc nối

mạch chỉnh lưu với tải Như thế làm tăng công suất đặt và giá thành hệ

thống Tuy nhiên phương pháp điều khiển này cho phép điều chỉnh

nhanh tối đa

 Phương pháp điều khiển riêng

- Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một

thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién

đổi kia bị khoá do chưa có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là

FX2 Trật tự hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín

hiệu lôgic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị

thời gian Trong khoảng thời gian từ 0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ

chỉnh lưu với 1 </2 còn bộ BĐ2 thì khoá Tại t1 phát lệnh đảo chiều

bởi iLĐ góc điều khiển 1 tăng đột biến lớn hơn /2 dòng điện phần ứng

giảm về không lúc này các xung để khoá bộ BĐ1 Thời điểm t2 được xác

định bởi cảm biến dòng điện SI1 Trong khoảng thời gian trễ t= t3 – t2 bộ

BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3 sđđ E vẫn

còn dương, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với góc  >/2 và

sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép động cơ

được hãm tái sinh Nếu nhịp điệu giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ

thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi

, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng

điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG , iLĐ , iL1 , iL2 là các tín

hiệu lôgic đầu vào b1,b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khoá các bộ phát

xung điều khiển

iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1

iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2

i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2

b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2

Từ mạch lôgic trên ta có:

L L LD

L L LD

i i i

b

i i i

b

1

2 2

Hệ truyền động van đảo chiều điểu khiển riêng có ưu điểm làlàm việc an

toàn ,không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi nên không

cần thiết kế cuộn kháng cân bằng ,song cần một khoảng thời gian trễ

trong đó dòng điện động cơ bằng không

 Do nguyên tắc điều khiển riêng dùng hai bộ biến đổi làm việc độclập, trong một thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia

phải chắc chắn khoá( có nghĩa là dòng điện qua bộ BĐ này phải bằng

“0”) Ta sẽ dùng xenxơ dòng điện để nhận biết có dòng điện chạy qua bộ

BĐ hay không

 Ta dùng một khâu thuật toán so sánh LM311: tín hiệu dòng điệnqua xenxơ được hạ trên một điện trở RS tạo ra tín hiệu điện áp Vi

Đầu ra chân 7 mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo lên 1k

Đất của bộ so chân 1 được mắc vào đầu nối đất của mạch Cách mắc này

dẫn đến đầu ra có các trạng thái khả dĩ là 0 và 5V Lôgic của mạch là:

V0 =0V đối với Vi < 0

Nếu V0 = 5V nghĩa là bộ BĐ đó có dòng điện chạy qua

Nếu V0 = 0V có nghĩa là bộ BĐ đó không có dòng điện chạy qua

 Do mạch điểu khiển riêng cần có thời gian tạo trễ nên ta chọn bộtạo trễ là op-amp 741

U jw H

(

2.2 Các bộ biến đổi bán dẫn công suất trong truyền dòng điện

2.2.1.Giới thiệu sơ đồ chỉnh lưu từ lưới điện

Một trong những yêu cầu quan trọng nhất của thiết bị chỉnh lưu là điều

chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra trên phụ tải

- Đối với chỉnh lưu không điều khiển yêu cầu trên được thực hiện

bằngcách dùng biến áp nguồn nhiêù đầu để thay đổi giá trị sđđ E Tuy

nhiên cách này chỉ có thể điều chỉnh nhảy cấp và đối với những chỉnh lưu

công suất lớn thì không dùng được

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều

bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu điều khiển

- Các bộ biến đổi có thể dùng :

+ Bộ biến đổi điện từ : Khuyếch đại từ

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Tiristor

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Tiristor hoặc Transior

Do những ưu điểm nổi bật của bộ chỉnh lưu Tiristor có thể thay đổi thời

điểm đặt xung điện áp lên cực điều khiển, ta sẽ điều chỉnh được điện áp

và dòng điện chỉnh lưu Việc điều chỉnh này được thực hiện vô cấp và

không cần tiếp điểm Hơn nữa yêu cầu đồ án là bộ chỉnh lưu có đảo chiều

cấp cho động cơ điện một chiều nên em chọn bộ biến đổi chỉnh lưu bán

dẫn dùng Tiristor

* Chỉnh lưu điều khiển (Tiristor)

Cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điện điện một

chiều với độ tự động hoá cao nên được sử dụng rộng rãi, nhất là sơ đồ cầu

do đấu trực tiếp vào lúc điện không phải dùng biến áp lực như sơ đồ hình

tia

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - điều chỉnh một

chiều, bộ biến đổi điện là các mạch CL điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc

vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lưu có thể

dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích

động cơ Tuỳ theo yêu cầu của truyền động mà có thể chia làm các loại

sau :

- sơ đồ nối : hình tia , hình cầu đối xứng và không đối xứng

- số nhịp :số xung áp đập mạnh trong thời gian một chu kỳ lấy điện

áp nguồn

- Khoảng điều chỉnh : là vị trí của đặc tính ngoài trên phẳng toạ độ

[Ud,Id]

- Chế độ năng lượng : chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc

- Tính chất dòng tải :liên tục và gián đoạn

- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển

và các tính chất của tải trong truyền động điện Tải của CL thường là

cuộn kích từ (L– R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L – R –E)

2.2.2 Chỉnh lưu điều khiển ba pha hình tia

* Chế độ dòng liên tục

Khi dòng điện chỉnh lưu id là liên tục Suất điện động chỉnh lưu là những

đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh

lưu được tính như sau :

m do

e

do

p m d

U p

p E

p

t w

E d U

p E

2 0

2

2

sin

) 2

(

cos

sin 2

 góc mở ban đầu (hay góc điều khiển) tính từ thời điểm

chuyển mạch tự nhiên

0: góc điều khiển tính từ thời điểm suất điện động bắt đầu

dương

Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hình tia 3 pha

Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục id Góc mở

 được tính từ giao điểm của hai điện áp pha (gần giá trị dương)

Giá trị trung bình của điện áp tải :

) 3 4 sin(

2

) 3 2 sin(

2

sin 2

2 2 2

U e

U e

d

m sin(  0)   

Với sơ kiện khi  = 0 thì id = I0 có nghiệm sau

)] sin(

cos [

)].

sin(

cos

0 2

6 3

sin 2 2

2

) 3 2 sin(

2

sin 2

2 2 2

U e

U e

c

b

a

- Giả sử T1 đang cho dòng chảy qua it1 = id

Khi  = 2 cho xung điều khiển mở T2 cả hai tiristor T1 và T2 đều cho

dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb

Nếu chuyển gốc toạ độ từ  sang 2 ta có:

)6sin(

2

)6

5sin(

2

U e

b

a

Điện áp ngắn mạch :

) sin(

.

cos(

[cos

2

6

2 ) sin(

.

6

2 2

c c

X

U i

d

di X U

Giả thiết quá trình chuyển mạch kết thúc khi  = 3

2 ) cos(

Hình dạng của điện áp tải U d , trong giai đoạn trùng dẫn

- Điện áp tải Ud trong giai đoạn trùng dần được xác định :

2

.

2

1

1 1

a b d

d t

t

d

t c

b

d

t c

a

e e

U

const i

i

i

U dt

di L

e

U dt

di L

- Trong giai đoạn trùng dần, điện áp tải Ud nhỏ hơn so với trường hợp lý

tưởng, giá trị trung bình của điện áp bị sụt đi một lượng U

Xác định:

)] cos(

[cos 4

6 3 2

) sin(

6 2

3 )

Mà ta lại có :

cos - cos( + ) =

2

6

3

4π - sin(θ U 2.

U

) 3

2π - sin(θ U 2 U

.sinθ U 2 U

2 c

2 b

2 a







Gĩc mở  được tính từ giao điểm của cái nửa hình sinUs

0

Dáng ủồ thũ ủieọn aựp ngoừ ra

Hoạt động của sơ đồ

Giả thiết T5 và T6 đang cho dịng chảy qua Vt=Vc ,Vg=Vb :

Khi  = 1 = /6 +  cho xung điều khiển mở T1 tisritor này mở vì ua >

0 Sự mở của T1 làm cho T5 bị khố lại một cách tự nhiên vì ua > ub Lúc

này T6 và T1 cho dịng chảy qua, điện áp trên tải:

Ud = Uab = Ua - Ub

Khi  = 1 = 3/6 +  cho xung điều khiển mở T2 tisritor này mở vì khi

T6 dẫn dịng , nĩ đặt Ub lên anốt T2 Khi  = 2 thì Ub > Uc Sự mở T2

làm cho T6 bị khố lại một cách tự nhiên vì Ub >Uc Các xung điều khiển

lệch nhau /3 được lần lượt đưa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1,

2, 3, 4, 5, 6 1

Trong mỗi nhĩm , khi một tisritor mở, nĩ sẽ khố ngay tisritor dẫn dịng

trước nĩ

Thời điểm Mở Khoá

Giá trị trung bình của điện áp trên tải

+ Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F

+ Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế của điểm G

Điện áp trên mạch tải là Ud = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2

sin 2 2

6

2 6

Cũng có thể tính Ud = Ud1 - Ud2 trong đó Ud1 là giá trị trung bình của ud1

do nhóm catốt chung tạo nên, còn Ud 2 là giá trị trung bình của ud 2 do

nhóm anốt

6 3

sin 2 2

3

cos 2

6 3

sin 2 2

3

2 6

5

6

2

U d

U U

U d

U U

- Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng

Khi  = 1 cho xung điều khiển mở T3 Do Lc  0 nên dòng iT3 không

thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm

từ Id  0 cả ba tiritor đều dẫn dòng T1, T2 ,T3

Hai nguồn Ea và Eb nối ngắn mạch

Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0  1 ta có:

)6sin(

2

)6

5sin(

2

U e

b

a

Điện áp ngắn mạch:

) sin(

.

2

6

2 ) sin(

2

2 2

c c c

X

U i

d

di X U

u

Dòng điện chảy trong T1 là iT1 = id - ic

Dòng điện chảy trong T3 là iT3 = ic

- Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi  = 2 ,  = 2 - 1 là góc

2 ) cos(

Hình dạng điện áp tải Ud trong quá trình trùng dẫn trong khoảng (1,2)

T2 dẫn dòng T1 và T3 trùng dẫn dòng Vậy có thể viết phương trình sau:

const i

i i i

u dt

di L e e

u dt

di L e e

d T T

d

T c c b

d

T c b a

1

3

1

2

2

Từ 3 phương trình trên rút ra:

u d e a e b  e c

2

Do trùng dẫn (Lc  0) nên giá trị trung bình của điện áp tải giảm đi một

lượng U tính theo công thức sau:

α)]

cos(μ [cosα

2π U 6 3.

ΔUU

dθ

α) sin(θ (U

6 π ΔUU

)dθ 2

e e (e 2π 6 ΔUU

2 μ

μ 0

2 μ

μ 0

b a b μ

.U 6

.I 2.X α)

U

I X U

6

2 2

- Nghịch là quá trình chuyển năng lượng từ phía dòng một chiều sang

dòng xoay chiều (quá trình chuyển năng lượng ngược lại với chế độ CL )

Trong hệ TĐĐ một chiều, động cơ điện cần làm việc ở những chế độ

khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thành máy phát điện Năng lượng

phát ra này trả về lưới điện xoay chiều Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL

chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lưu vì nó hoạt động (đồng bộ )

theo nguồn xoay chiều nên gọi là nghịch lưu phụ thuộc

-Như vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động :

e1 :sđđ lưới xoay chiều

Ed:sđ đ một chiều

Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều

sức điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng

khi chiều sức điện động và dòng điện ngược nhau Xuất phát từ nguyên

tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một

chiều xác định thì để có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều

kiện :

+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều

dòng và Ed trùng nhau

+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp ud <0 để

có dấu phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ

âm của lưới điện

+Trong trường hợp không đảo được chiều Ed ta buộc phải dùng một mạch

chỉnh lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều

ngược lại

-Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm

việc với góc điểu khiển lớn Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn

đúng chỉ cần lưu ý rằng Ed có giá tri âm

Nhận xét: Do yêu cầu chỉnh lưu có đảo chiều nên ta chọn chỉnh lưu cầu

ba pha đối xứng

2.3 Lựa chọn sơ đồ thiết kế

Động cơ có:

Udm =110 V , ndm =5000v/p , P =25kW

Lựa chọn sơ đồ thiết kế

Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm

của các sơ đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công

suất vừa phải thì ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp

lý hơn cả bởi lẽ ở công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết

kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp

nguồn Nên trong đồ án này ta chọn sơ đồ thiết kế chọn là sơ đồ cầu ba

pha

- Các thông số cơ bản còn lại của động cơ

25000

227, 2( ) 110

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 :

) ( ).

1 (

5 ,



udm

udm u

dm u

I n p

U L

2

60

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn , điều

khiển toả nhiệt , điện áp làm việc , các thông số cơ bản của van được tính

Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8

Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng điện dòng hiệu dụng:

( trong sơ đồ cầu ba pha )

Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện

tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khi với điều khiển đó Idmv từ

các thông số Unv , Iđmv ta chọn 6 tiristor loại có thông số sau

điện áp ngược cực đại của vanU ngmax=500(V)

dòng điện định mức của van I dm =200(A)

đỉnh xung dòng điện 4000(A)

dòng điện của xung điều khiểnI dk= 100mA

điện áp của xung điều khiển 3,0(V)

dòng điện rò I = 20mA

sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn U = 1,6(V)

tốc độ biến thiên điện áp 200 (V /s)

dòng điện tự giữ I dt= 200mA

thời gian chuyển mạch tcm = 90s

nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =15000C

2.4.2.Tính toán MBA chỉnh lưu

4

l 

Chọn mạch từ hình chữ  được ghép từ những lá tôn Silic loại 310 có

Bề dày tôn : 0,35mm

Tổn hao là : 1,7 W/kg

Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm3

Tiết diện của trụ T=a.b

- Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây  (làm mát bằng không khí tự

c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos (min) = Ud + 2.Uv + Udn + Uba

Trong đó min = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor

Udn = 0 sụt áp trên dây nối

Uba = Ur + Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến

áp

S k

Q ba

q Fe

.

Đường kính trụ:

4 4.79,37

10, 28( )

Fe Q

- Tính toán dây quấn

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

2 1

1

1

26, 29

9,56( ) 2,75

I

J

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện

theo tiêu chuẩn: S1 = 10,30(mm2)

Kích thước dây có kể cách điện : S1= a1.b1= 1,56 6,4(mm2)

 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

2 1

1

1

26, 29

2,6( / ) 10,30

2 2

185,56

67, 47( ) 2,75

I

J

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện

theo tiêu chuẩn: S2 = 67,8(mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 b2 = 7,56 8,92(mm2)

Tính lại mật độ độ dòng điện trong cuộn thứ cấp :

2 2

2 2

185,56

2,73( / ) 67.8

I

S

- Kết cấu dây quấn sơ cấp :

Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

29 2 , 28 95 , 0 77 , 0

5 , 1 2 25

2 1

b

h h

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt

7, 4 29

w n w

, 0

74 , 0 29

11

k

b w h

e







Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm)

Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm)

Đường kính trong của ống cách điện

Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

 Kết cấu dây quấn thứ cấp

Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

h1 = h2 = 22,8(cm)

Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:

( 37 95 , 0 59 , 0

58 , 22

12

31 0.83 37

31.0,59

17,37 0,95

Dt2 = Dn1 + 2 a12 = 15 , 324 + 2,1 = 17,324(cm)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm)

Bề dầy cuộn sơ cấp :

Với đường kính d =11cm , ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ

Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:

Q’= 2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.0,8+0,6.7,5+0,4.6,5+0,74) = 86,2(cm2)

Tiết diện hiệu quả của trụ :

Qt = khq Q’ = 0,9.86,2 = 81,89(cm2)

d = 2 (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2(cm)

Để đơn giản trong chế tạo gông từ , ta chọn gông có tiết diện hình chữ

nhật có các kích thức sau:

Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ b = d =10,2(cm)

Chiều cao của gông bằng chiều rộng của tập lá thép thứ nhất của trụ a =

10,5 cm

Tiết diện gông Q = a b = 107,1(cm2)

Dựa vào m = h/a = 2,3/2,5

89 , 81 061 , 1

Q

Q B B

g

T T

Chiều rộng cửa sổ