Thiết kế mạch điều khiển cho chỉnh lưu tia ba pha để cấp điện cho động cơ điện một chiểu không đảo chiều quay

Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng. Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này. Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất. Cũng với lý do đó, trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển cho chỉnh lưu tia ba pha để cấp điện cho động cơ điện một chiểu không đảo chiều quay”.

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụngcủa các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch vàquá trình biến đổi điện năng

Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước tacác thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và

cả trong lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủyđiện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… đang sử dụng ngày càng nhiềunhững thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suấtnói riêng Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành côngnghiệp này

Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng cónhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ

kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất Cũng với lý

do đó, trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất,

đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển cho chỉnh lưu tia ba pha để cấp điệncho động cơ điện một chiểu không đảo chiều quay”

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầyKhương Công Minh và thầy Lê Tiến Dũng trong quá trình làm đồ án mônhọc với đề tài trên.

Mặc dù đã dành nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi nhữngsai sót nhất định, em mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phươngpháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện

áp……… Trang 3

Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha Thiết

kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu động cơ điện một chiều (hệ T

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG

CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP.

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi làmột loại máy quan trọng Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phátđiện hay dùng những điều kiện làm việc khác

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt , vì vậy máyđược dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điềuchỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải

I- Tổng quan về đ ộng c ơ đ iện một chiều:

1/ Phân loại :

Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộnkích từ :

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

 Động cơ điện một chiều kích từ song song

 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

2/ Ư u nh ư ợc đ iểm của đ ộng c ơ đ iện 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

Chế tạo, bảo quản khó khăn

Giá thành đắt hơn các máy điện khác

3/ S ơ đ ồ và nguyên lý hoạt đ ộng

II-

Đ ặc tính c ơ của máy đ iện một chiều:

Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ

U KT

Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụngđặc tính cơ điện đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điệntrong mạch động cơ:  = f(I) hoặc n = f(I).

ræ - điện trở cuộn dây phần ứng Hình 1- 1rcf - điện trở cuộn cực từ phụ

rb- điện trở cuộn bù

rct- điện trở tiếp xúc chổi than

Sức điện động Eæ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

Eæ = Trong đó:

U KT

N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

a- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

- từ thông kích từ dưới một cực từ

- tốc độ góc,rad/s

k = - hệ số cấu tạo của động cơ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút)thì:

Eæ = Ke.nVới:  =

Vì vậy: Eæ=

Ke = là hệ số sức điện động của động cơ

Ke =  0.105K

Từ các biểu thức trên, ta có:

Là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác, mômen điện từ Mât của động cơ được xác định bởi:Mât= K Iæ

Suy ra: Iæ =

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động

cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M Nghĩa là Mât= Me= M Khi đó tađược:

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độclập

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = Const, thì cácphương trình đặc tính cơ điện và phương tình đặc tính cơ là tuyến tính Đồ thịcủa chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng

Theo các đồ thị trên, khi Iæ= 0 hoặc M = 0 ta có:

0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ

Inm,Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

Mặt khác từ phương trình đặc tính điện và phương trình đặc tính cơ cũng

có thể được viết dưới dạng:

= gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của

M

2/ Xét các ả nh h ư ởng các tham số đ ến đ ặc tính c ơ :

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đếnđặc tính cơ: Từ thông động cơ , điện áp phần ứng Uæ, và điện trở phầnứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó:

TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả

các đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy khi thay đổi điện rơi Rf ta

được một họ đặc tính biến trở như hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào

đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn

mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử

dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động

cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b) Ảnh h ưởng của đ iện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông  = âm= const, điện trở phần ứng Ræ = const

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có:

Tốc độ không tải:

Độ cứng đặc tính cơ:

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được

một họ đặc tính cơ song song như trên (Hình 1-4)

Ta thấy rằng khi thay đổi điện âp (giảm âp) thì mômen ngắn mạch,

dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm vă tốc độ động cơ củng giảm ứng

với một phụ tải nhất định Do đó phương phâp năy củng được sử dụng để

điều chỉnh tốc độ động cơ vă hạn chế dòng điện khi khởi động

c) Ảnh h ư ởng của từ thông:

Giả thiết điện âp phần ứng Uư= Uđm= Const Điện trở phần ứng

Rư = Const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt

động cơ Trong trường hợp năy:

Tốc độ không tải:

Độ cứng đặc tính cơ:

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ

thông Nín khi từ thông giảm thì 0x tăng, còn  giảm ta có một họ đặc

tính cơ với 0x tăng dần vă độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ

thông Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:



b Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

Hình 1-5

a Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều

kích từ độc lập khi giảm từ thông

 02

 01

 0 0

Dòng điện ngắn mạch: Inm =

Mômen ngắn mạch: Mnm=KxInm=VarCác đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông đượcbiểu diễn ở hình (1-5)a Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độlàm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ởhình (1-5)b

III- Các ph ươ ng pháp đ iều chỉnh tốc đ ộ đ ộng c ơ đ iện một chiều kích

từ

đ ộc lập bằng phương pháp điện áp:

Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc củacác máy sản xuất khác Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động củacác bộ phận làm việc Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổitốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyểnđộng của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trụcđộng cơ

Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là cónhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điềuchỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạchđộng lực, mạch điều khiển đơn giản hơn Đồng thời đạt chất lượng điềuchỉnh cao, dải điều chỉnh rộng

Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiềubằng điện áp:

+Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

+Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạchđiện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ Cho đến nay thường sửdụng những bộ biến đổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : +Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)

+Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ)(được sử dụng đốivới đồ án này )

► Hệ truyền đ ộng chỉnh l ư u – động cơ (T- Đ )

Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động

cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động

cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển,thay đổi thời điểm thông van thyristor

Hình 1-6

+ Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự độnghoá Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đóthuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng caochất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống.

+ Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnhlưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện Hệ

số công suất của hệ thống nói chung là thấp Tính dẫn điện 1 chiềucủa van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ cóđảo chiều quay

a) S ơ đ ồ thay thế tính toán:

Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát:

Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau

Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có bộ nguồn cungcấp điện một chiều thay đổi được điện áp ra

b) Bộ biến đ ổi T- Đ :

Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn

Ta xét hệ T-Đ :

Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0

Vậy khi ta thay đổi góc điều khiển thì Ed thay đổi từ Ed0đến –Ed0 và ta sẽ được 1 hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phảicủa mặt phẳng toạ độ.

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU.

I- Tổng quan về Tiristor :

1/ Cấu tạo:

Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽnhau và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G

+ + +

+ + + Hçnh 2- 1

2/ Nguyên lý hoạt đ ộng:

Khi tiristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặtvào anốt cực âm đặt vào catốt, thì tiếp giáp J1, J3 được phân cực thuậncòn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặtghép J2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2 Điệntrường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp là vùng cáchđiện càng được mở rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù

nó được đặt dưới 1 điện áp dương

a) Mở tiristor :

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương sovới K ) thì các electron tư N2 chạy sang P2 Đến đây một số ít trongchúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theomạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trườngtổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do

đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gẫy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạonên các điện tử tự do mới Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên

tử Si khác trong vùng chuyển tiếp Kết quả của các phản ứng dây chuyền

năy lăm xuất hiện căng nhiều điện tử chạy văo vùng N1 qua P1 vă đến

cực dương của nguồn điện ngoăi, gđy nín hiện tượng đẫn điện ăo ạt lăm

cho J2 trở thănh mặt ghĩp dẫn điện bắt đầu từ một diểm năo đó ở xung

quanh cực rồi phât triển ra toăn bộ mặt ghĩp với tốc độ lan truyền khoảng

1m/100 s

Có thể hình dung như sau : Khi dặt tiristor ở UAK > 0 thì tiristor ở

tình trạng sẵn săn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở

cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì tiristor mở

b) Khoâ Tiristos:

Một khi tiristor đê mở thì tín hiệu thì tín hiệu Ig không còn tâc dụng

nữa Để khoâ tiristor có 2 câch :

Giảm dòng điện lăm việc I xuống giâ trị dòng duy trì Idt

- Một trong những biện pháp đơn giản nhất để mở Tiristor được trình bày trên hình vẽ Khi đống mở K, nếu I g > I gst thì

T 2

T 1 K

B A

Hçnh

Đặt một điện áp ngược lên tiristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cựcngược, J2 phân cực thuận Những điện tử trước thời điểm đảo cực tínhUAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạonên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm của nguồn điện

- Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dòng điệnngược bằng 0 (t2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lêntiristor thì tiristor vẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục s Trongbất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuậnkhi tiristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn

Trên sơ đồ hình (b), việc khoá tiristor bằng điện áp ngược được thực hiệnbằng cách đóng khoá K còn sơ đồ (c) cho phép khóa tiristor một cách tựđộng Trong mạch hình (c) khi mở tiristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại.Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào G1T1 mở dẫn đến xuấthiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E,còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E.

- Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm

ở A Bây giờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2T2 mở

nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1 Như vậy là T1 bị đặt dướiđiện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại

-T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch:+ E - R1-C - T2 - -E Còn dòng thứ hai chảy theo mạch: +E - R2 - T2 E

- Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi tacho xung mở T1

c)

Đ iện dung của tụ đ iện chuyển mạch:

- Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện Cphải có giá trị bằng bao nhiêu thì có thể khoá được tiristor

Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điệnđến giá trị E Bản cực “+” ở phía điểm B tại thời điểm cho xung mở T2(cả 2 tiristor điều mở), ta có phương trình mạch điện

Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của tiristor, chỉ có dòng điện rò

chảy qua tiristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắtđầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện Tiristor chuyển sang trạngthái mở

Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2 Trong giai đoạnnày mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn củađiện áp đặt lên tiristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm

Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của tiristor Khi này cả 3 mặt ghép

đã trở thàng đẫn điện Dòng chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điệntrở mạch ngoài Điện áp rải trên tiristor rất lớn khoảng 1V Tiristor đượcgiữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH

Đoạn 4 : Ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược Dòng

điện rất lớn, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đến Ung thì dòng điệnngược tăng lên nhanh chóng, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị hỏng.Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với cácUch nhỏ dần đi

II- Chỉnh l ư u hình tia 3 pha:

1/ S

ơ đ ồ và dạng sóng:

Hình 2-4

Hình 2-5

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha tiristor nối với tảinhư 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 thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phảidương hơn pha kia Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.

■ Góc mở tự nhiên:

+Góc mở được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ

âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiểnvào

+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây

: góc chuyển mạch

2/ Nguyên lý hoạt đ ộng:

Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

*Nhịp V1: khoảng thời gian từ Tại điện áp đặt lên u1 > 0,

có xung kích khởi: T1 mở, khi đó:

T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1

+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0

Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúcnày uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắtđầu nhịp V2

*Nhịp V2: từ

Lúc này:

T2 mở, T1, T3 đóng

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2:

id = Id = i2

+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0

Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúcnày uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắtđầu nhịp V3

*Nhịp V3: từ

Lúc này:

T3 mở, T1, T2 đóng

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3:

id = Id = i3

+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0

Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúcnày uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắtđầu nhịp V1.

Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuầntrở dòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điệncàng trở nên bằng phẳng hơn ,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽkhông đổi, id = Id

*Các giá trị trung bình:

-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

Đặt : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnhlưu điều khiển với

Suy ra

*Hiện t ư ợng trùng dẫn:

+Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đã kéo dài quá trìnhchuyển mạch, do vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0thì tiristor khác lại có dòng điện tăng lên với cùng tốc độ Khoảng thờigian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn

+Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuyển mạch Lúc này dòng điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn Điện áp trêntải là trung bình của điện áp 2 pha đang dẫn.

Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình

III- Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều

Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung:

Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cảhai bộ chỉnh lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DCcủa hai bộ chỉnh lưu là zero để không có dòng DC chạy qua móc vòngtrong hai bộ chỉnh lưu Do đó:

(1)Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độchỉnh lưu, bộ còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu Do hai bộ chỉnh lưuhoạt động ở các chế độ khác nhau, điện áp tức thời ngõ ra của chúng khácnhau, dẫn đến có dòng cân bằng xoay chiều chạy vòng trong hai bộ chỉnhlưu Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân bằng L1 và L2 phải đượcthêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ Như vậy, mặc dù cả hai bộ chỉnhlưu đều hoạt động, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì

chỉ có một bộ chỉnh lưu cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộchỉnh lưu kia chỉ tải dòng cân bằng.

Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động

cơ hoạt động theo chiều thuận (góc phần tư thứ nhất) với bộ chỉnh lưu 1 ởchế độ chỉnh lưu Khi đảo chiều, góc kích sẽ được tăng lên và giảm

đi theo quan hệ (1) Sức điện động E của động cơ sẽ lớn hơn và , nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh ở góc phần tư thứhai Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp Vì được giảmdần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đếnkhi đạt tốc độ ổn định

Hình 2-6

Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển

đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng Dòng điện phần ứng động cơ có thể

đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trongsuốt dải làm việc của đặc tính cơ.

Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở

nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất Đápứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm

CHƯƠNG 3

TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC

Sơ đồ mạch động lực:

Trong đó: Ud : điện áp tải của van

U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van

Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17)

Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = )

Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd Id =0,58 59,5 = 34,51 (A)

Trong đó: Id : dòng điện tải

Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng

(Tra bảng 8.2, Khd = 0,58)Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của vanlà: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới40% Idm v

Idm v = ki Ilv = 1.4 34,51 = 48.09 (A)

-Dòng điện định mức của van: Idm = 50(A)-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V)-Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V)

-Dòng điện rò: Ir = 10 (mA)-Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V)-Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A)

II-Tính toán máy biến áp:

1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tựnhiên bằng không khí

2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U1 = 380 (V)

3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA

Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor

∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối

∆UBA = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điệnkháng máy biến áp

Sơ bộ ∆UBA = 5% Ud = 0,05 220 = 11 (V)

Suy ra Ud0 = = 237,61 (V)

Công suất biểu kiến máy biến áp:

SBA = kS Pdmax= kS Ud0 Id

Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm)

► Tính toán dây quấn:

10/ Số vòng dây mỗi pha sơ 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 J1 = J2 = 2,75(A/mm2)

13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 = = = 16,3 (mm2)

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

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 16,4 (mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 b1 = 2,24 7,5 (mm)Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

J1 = = = 2,73 (A/mm2)

14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 = = = 17,6 (mm2)

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

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 17,6 (mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 b2 = 2,24 8(mm)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

Kc - hệ số ép chặtTra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,9216/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:

19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm)

20/ Đường kính trong của ống cách điện: