Từ phương trình trên ta thấy nếu giữ nguyên điện áp U1 (U1 = const), khi tăng tần số f1 thì từ thông trong máy sẽ giảm làm cho mômen của máy điện giảm.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay động cơ điện có mặt ở khắp nơi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp Khi động cơ điện được đưa vào ứng dụng rộng rãi thì việc thiết lập một hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được sự tối ưu về các chỉ tiều kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề quan trọng
Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử - tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và có những thay đổi đáng kể Đặc biệt, do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng được yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ truyền động.
Mặc dù là một lĩnh vực tương đối hẹp nhưng truyền động điện xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn luôn luôn có những vấn đề hết sức hấp dẫn và cũng rất phức tạp Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung” em không có tham vọng đi sâu vào tất cả các vấn đề của lĩnh vực này Những kết quả được trình bày trong bản đồ án môn tốt nghiệp này mới chỉ là những kết quả bước đầu Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này,
em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:
Tổng quan các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
ba pha.
Lựa chọn và tính toán mạch động lực.
Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển.
Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng.
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện - Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa
Hà Nội và các bạn sinh viên đã tạo những điều kiện nghiên cứu tốt nhất trong suốt thời gian thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này.
1
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU 1
………Chương I
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 5
A MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 5
I Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha 5
II Mạch điện thay thế 6
III Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ 8
B CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 10
I Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số 11
1 Nguyên lý điều chỉnh 11
2 Các đặc tính điều chỉnh 12
3 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng 13
II Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực 13
III Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 14
1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở – kháng mạch stato 14
a Nguyên lý điều chỉnh 14
b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng 15
2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 15
a Nguyên lý điều chỉnh 15
b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng 17
IV Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto 17
1 nguyên lý điều chỉnh 17
2 các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng 18
V Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng 18
1 Nguyên lý điều chỉnh 19
2 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng 19
……….Chương II
2
Trang 3CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC 20
A CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO DÂY QUẤN 20
B LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC 22
I Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto 23
II Tính chọn điện trở phụ R 30
III Tính chọn các điốt chỉnh lưu D 34
IV Tính chọn tiristor 37
V Tính chọn cuộn kháng 38
1 Tính cuộn kháng lọc theo tác dụng thứ nhất 38
2 Tính cuộn kháng theo tác dụng thứ hai 40
VI Tính chọn các phần tử khóa tiristor T 42
1 Tính chọn tụ C 42
2 Tính chọn cuộn cảm L1 43
3 Tính chọn điốt D0 43
VII Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 44
1 Sơ đồ động lực có các thiết bị bảo vệ 44
2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn 45
a Thiết kế tỏa nhiệt cho các điốt D 45
b Thiết kế tỏa nhiệt cho các tiristor 46
c Thiết kế tỏa nhiệt cho các điốt D0 47
3 Bảo vệ quá dòng cho van 47
……… Chương III 49
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 49
A LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 49
I Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng 50
1 Nguyên lý điều khiển 50
2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 51
II Thiết kế mạch điều khiển bằng mạch số 52
1 Nguyên lý điều khiển 52
2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 52
III Kết luận 53
B THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC THẲNG ĐỨNG 53
I Các khâu cơ bản 53
1 Khâu tạo tần số 53
2 Khâu so sánh 63
3
Trang 43 Khâu khuếch đại 65
II Tính toán các thông số của mạch điều khiển 67
1 Tính biến áp xung 68
2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng 70
3 Tính chọn tầng so sánh 72
4 Tính chọn khâu tạo tần số 73
5 Thiết kế nguồn cấp cho mạch điều khiển 74
……… Chương IV
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HAI MẠCH VÒNG 78
A GIỚI THIỆU CHUNG 78
B SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN TRỞ RÔTO 79
I Tổng hợp mạch vòng dòng điện 82
II Tổng hợp mạch vòng tốc độ 84
III Tính toán các thiết bị trong sơ đồ tổng hợp điện – cơ 86
1 Bộ điều chỉnh dòng điện PI 86
2 Bộ điều chỉnh tốc độ P 88
3 Phần tử phản hồi dòng điện 88
4 Phần tử phản hồi tốc độ 89
……… Chương V
CÁC ĐẶC TÍNH CƠ 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 92
4
Trang 5CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
A MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
I Khái quát về động cơ không đồng bộ ba pha
Trong quá trình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ chonền kinh tế quốc dân nói riêng và các hoạt động của xã hội nói chung, không thểkhông nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác Trong đó,động cơ điện là thiết bị biến đổi từ điện năng thành cơ năng có vai trò rất to lớntrong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật hiện đại Đặc biệttrong lĩnh vực điện tử và bán dẫn công suất (transistor công suất, tiristor, triac…)
đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các động cơ điện có hiệu quả và đưa ra nhiềuphương án để lựa chọn những loại động cơ thích hợp
Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệrất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàngtrăm kW Với những ưu điểm nổi bật của nó như: giá thành hạ (chỉ bằng 1/6 động
cơ điện một chiều khi có cùng công suất), làm việc tin cậy chắc chắn, hiệu suấtcao… Ngoài ra động cơ không đồng bộ còn dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều
ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho
hệ thống Các lĩnh vực ứng dụng của động cơ không đồng bộ như:
Trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa
và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ … Trong hầm mỏdùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng trong các trạm bơm haymáy gia công nông sản phẩm Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động cơ điệnkhông đồng bộ cũng chiếm một vị trí rất quan trọng như làm quạt gió, máy bơmnước, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ… Cùng với sự phát triển của nền sản xuấtđiện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộngày càng được cải thiện và mở rộng
5
Trang 6Tuy nhiên, với mỗi loại động cơ đều có những nhược điểm riêng của nó.Đối với động cơ không đồng bộ bên cạnh những ưu điểm kể trên nó có một sốnhược điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cos thấp, khống chế các quátrình quá độ khó khăn Riêng đối với động cơ rô to lồng sóc có đặc tính khởi độngtương đối xấu Chính vì những lý do đó nên ứng dụng của nó trong một số điềukiện cụ thể còn có phần bị hạn chế.
Nói tóm lại, với những ưu điểm nổi bật của động cơ không đồng bộ thì việcứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng được phát triển và cảitiến về mọi mặt
II Mạch điện thay thế
Nói chung, trên stato của động cơ không đồng bộ có dây quấn m1 pha(thường m1 = 3), trên rôto có dây quấn m2 pha (m2 = 3 đối với động cơ rôto dâyquấn; còn đối với động cơ rôto lồng sóc thì m2 > 3) Như vậy trong động cơkhông đồng bộ có hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ có sự liên
hệ về cảm ứng từ Sau khi đã phân tích các quan hệ điện từ ta có được hệ phươngtrình cơ bản của động cơ không đồng bộ lúc rôto quay như sau:
Dựa vào các phương trình cơ bản trên, ta có thể thiết lập được mạch điệnthay thế hình T cho động cơ không đồng bộ khi rôto quay như sau:
6
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
;ZI
=E-
;I
='I+I
;E
='E
);
jx'+s
r'('I'E
=0
);
jx+(rI+E-
=U
m 0
• 1
•
0
• 2
• 1
•
1
• 2
•
2
2 2
• 2
•
1 1 1
• 1
• 1
Trang 7Thường để thuận lợi cho tính toán, người ta biến đổi mạch điện thay thếhình T thành mạch điện thay thế hình Г đơn giản hơn:
Trong đó:
m
1 1
Z
Z 1
C
;
m 1
;'I
='
• 2
•
;I
=I-I
='I-I
='
• 2
• 1
• 2
• 1
• 00
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 8III Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ
Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình Г đơn giản hóa, trị số hiệu dụng của dòngđiện rôto đã quy đổi về stato I’2 là:
Trong đó: M đt – mômen điện từ của động cơ
Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì Mđt = Mcơ, ta ký hiệu:
Mđt = Mcơ = MCông suất đó được chia làm hai phần: công suất đưa ra trục động cơ Pcơ vàcông suất tổn hao trong rôto P2 nghĩa là:
2 2 2
2 = 3 I ' r ' P
nên
s
' r ' I 3 M
0 2 2 2
'r+r[(
'rU3
=M
2 nm 2
2 1 0
2
2 f
(2)
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
(1)
2 nm 2
2 1
f 2
x)s
'rr(
U'
I
Trang 9Hình 4 Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ.
(s=s th )
)xr
r2
U3
nm
2 1 1
0
2 f th
++
=
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
(3)
(4)
2 2
2 2
th
nm 1
2
2 1 1
2
xr
'r)
'xx(r
'rs
M 2 M
th
th th
as 2 + s
s + s s
as + 1 M 2
= M
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 10H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
nm
thx
' r
nm 0
2 f th
x2
U3M
=
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
0
tốc độ không tải lý tưởng;
s hệ số trượt của động cơ.
Do đó ta có:
s) - 1 ( p
f
2 1
= (7)
Từ phương trình trên ta thấy, muốn thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ
ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số: tần số nguồn f1, số đôi cực
p và hệ số trượt s Tương ứng với sự điều chỉnh các thông số trên ta có các
phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ:
- Thay đổi tần số f1 của nguồn cấp
- Thay đổi số cực 2p
- Điều chỉnh điện áp đặt vào stato
- Điều chỉnh điện trở mạch rôto
- Dùng sơ đồ nối tầng động cơ không đồng bộ
I Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số
10
Trang 111 1
• 1
• 1
• 1
•
Z I - U
= f c
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
1 Nguyên lý điều chỉnh
Tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ trường quay trongmáy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng stato ta có thể điều chỉnh đượctốc độ của động cơ Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồnbiến tần BT để cung cấp cho động cơ Sơ đồ tổng quát của hệ như sau:
Máy điện được chế tạo để hoạt động ở tần số định mức nên khi thay đổi
tần số chế độ làm việc của máy điện cũng bị thay đổi vì tần số có ảnh hưởng trựctiếp đến từ thông của máy điện Quan hệ này có thể được phân tích nhờ phươngtrình cân bằng điện áp đối với mạch stato của máy điện:
11
Trang 128
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Như vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũng phảithay đổi điện áp một cách tương ứng
Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số, nếu đồng thời điềuchỉnh điện áp sao cho hệ số quá tải của động cơ không thay đổi
) const M
/
M
( th c thì chế độ làm việc của động cơ luôn được duy trì ở mức tối
ưu giống như khi làm việc ở thông số định mức Khi đó hiệu suất và cos của củamáy trong toàn dải điều chỉnh gần như không đổi
2 Các đặc tính điều chỉnh
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số không chỉphụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật thay đổi điện áp, nghĩa là cònphụ thuộc đặc tính của phụ tải
Trang 13Hình 6 Các đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh tốc độ động
cơ không đồng bộ bằng tần số với các loại tải khác nhau.
2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
3 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổitần số có các ưu, nhược điểm sau:
Ưu điểm
Điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của động cơ
Dải điều chỉnh tốc độ D lớn
Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ dùng biến tần mắc trực tiếp
từ lưới điện, do đó không cần các thiết bị biến đổi, nó sử dụngđộng cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vữngchắc, giá thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường
Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng biến tần có thể hãm tái sinh chonên nguồn xoay chiều này có thể làm việc ở cả 4 góc tọa độ
Nhược điểm
Bộ biến tần có giá thành đắt do sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn
và mạch điều khiển điện tử
Phạm vi ứng dụng
Hệ thống điều khiển tốc độ dùng biến tần có nhiều ưu điểm, songphạm vi ứng dụng của nó phụ thuộc nhiều vào yếu tố kinh tế Dovậy, trong thực tế biến tần thường được sử dụng khi có nhiềuđộng cơ cùng thay đổi tốc độ theo một quy luật chung Động cơkhông đồng bộ rôto dây quấn ít được sử dụng cùng với biến tần
do biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôtolồng sóc một cách dễ dàng
II Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi cực
13
Trang 14Khi thay đổi số đôi cực p của máy điện không đồng bộ, tốc độ từ trườngquay thay đổi và do đó tốc độ động cơ rôto cũng biến đổi theo Quan hệ đó thểhiện trong biểu thức tốc độ sau:
s) - 1 ( p
f 2
= 1
Động cơ đa tốc thường có rôto lồng sóc, vì rôto này có khả năng tự biến đổi
số cực rôto theo stato Do đó, số cực, điện trở và điện kháng rôto tự thay đổi nhịpnhàng với stato Đối vơi động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, phương pháp nàyhiếm khi được sử dụng vì khi thay đổi số cực stato ta đồng thời phải thay đổi sốcực rôto, làm cho cấu trúc động cơ rất phức tạp
III Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato
1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở – kháng mạch stato
a Nguyên lý điều chỉnh
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
] x + ) s
' r + r [(
' r U 3
= M
2 nm 2
2 1 0
2 2 f
Ta thấy, có thể làm biến dạng đặc tính cơ bằng cách nối vào mạch stato mộtđiện trở phụ hoặc một điện kháng phụ Trong thực tế, việc dùng điện trở phụ cóhiệu quả rất kém do có tổn hao trên bản thân nó, nên ít được sử dụng Sơ đồnguyên lý và các đặc tính điều chỉnh của động cơ không đồng bộ ba pha khi dùngkháng trong mạch stato như sau:
Trang 15Từ mạch điện thay thế hình Γ đơn giản hóa của động cơ không đồng bộ tathấy, khi nối kháng vào mạch stato, dòng điện stato và rôto đều giảm xuống, do
đó mômen M của động cơ giảm xuống và trở nên nhỏ hơn mômen tải Mc nên hệ
sẽ giảm tốc Kết quả là động cơ sẽ chuyển sang làm việc xác lập ở tốc độ thấphơn tốc độ cơ bản
Từ phương trình (3) và (4) ta thấy, khi mắc thêm cuộn kháng vào stato, khi
đó điện kháng ngắn mạch xnm tăng và do đó, độ trượt tới hạn sthvà mômen tới hạn
Mthđều giảm như trên hình 7
b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điềuchỉnh cuộn kháng ở mạch stato có những ưu, nhược điểm sau:
Càng điều chỉnh sâu, mômen tới hạn và độ trượt tới hạn càng nhỏ,
do đó khả năng mang tải càng kém và độ ổn định tĩnh cũng nhưđộng của hệ càng thấp
Độ chính xác đặt tốc độ kém do độ cứng của đặc tính cơ điềuchỉnh khá nhỏ
Các chỉ tiêu năng lượng đều xấu, hiệu suất giảm rất nhanh khigiảm tốc độ và hệ số công suất cos thấp do nối thêm kháng
Phạm vi ứng dụng
Phương pháp này có thể ứng dụng cho cả động cơ không đồng bộrôto lồng sóc và rôto dây quấn nó có nhiều nhược điểm do đó ítđược dùng trong thực tế
2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato
a Nguyên lý điều chỉnh
Để điều chỉnh điện áp người ta dùng bộ nguồn BĐ có điện áp ra thay đổitùy thuộc vào tín hiệu điều khiển Uđk với sơ đồ nguyên lý hình 8
15
Trang 16= s
= s
U M
= M
tn th u th
2 b th u th
Khi thay đổi điện áp lưới, ví dụ khi giảm xuống còn x lần (x < 1) điện ápđịnh mức (U1 = xUđm) thì mômen sẽ giảm xuống còn x2 lần M = x2Mđm Nếumômen tải không đổi thì tốc độ giảm xuống còn hệ số trượt tăng lên
Theo công thức về mômen M = cmI’2, trong đó cm là hằng số, thì khi điện
áp lưới U1 = xUđm, thì sức điện động E và từ thông cùng bằng x lần giá trị ban đầu và I’2 tăng lên 1/x lần Vì hệ số trượt:
1 2 2 2 1
t
®
2 cu
M
' r ' I m
= P
P
= s
s - 1 ( n
=
Khi điện áp khác với giá trị định mức, mômen tới hạn Mth sẽ thay đổi đổi tỷ
lệ với bình phương điện áp, còn độ trượt tới hạn sth thì giữ nguyên, nghĩa là:
Đặc tính điều chỉnh có dạng như sau:
16
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Hình 8 Sơ đồ tổng quát của hệ truyền động điện không
đồng bộ có điều chỉnh điện áp nguồn.
Trang 17b Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là Mc vàtốc độ là 1, điểm làm việc là điểm a trên đồ thị hình 10 Để điều chỉnh tốc độ tađóng một điện trở Rf vào cả ba pha rôto, khi đó điện trở mỗi pha rôto là
17
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Hình 10 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ
không đồng bộ điều chỉnh bằng điện trở.
U
R f
a' b
Trang 182
2 = r + R
R Điện trở rôto tăng, từ sơ đồ mạch điện thay thế hình đơn giản hóa
ta thấy dòng điện stato I1 giảm đột biến và do đó mômen của động cơ cũng giảm
Do quán tính của động cơ nên tốc độ không thay đổi đột ngột Điểm làm việcchuyển từ điểm a đến điểm b Tại thời điểm đó, M < Mc nên hệ giảm tốc Mặtkhác, theo quan hệ (7), vì tốc độ giảm, độ trượt tăng nên suất điện động cảm ứngtrong rôto E2 tăng lên Do đó, dòng điện ở rôto và mômen động cơ lại tăng chođến khi M = Mc thì hệ xác lập nhưng với tốc độ mới 2 < 1 Trạng thái này ứngvới điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh
18
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
)xr
r2
U3M
2 nm
2 1 1
0
2 f th
++
=
H ì n
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g.
(3)
(4)
2 2
2 2
th
nm 1
2
2 1 1
2
x r
' r )
' x x ( r
' r s
Trang 19Hình 11 Sơ đồ nguyên lý khi đưa sức điện động phụ vào
mạch rôto của động cơ không đồng bộ để điều chỉnh tốc độ
của nó trong sơ đồ nối tầng.
=
• 2
• 2
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ trong các sơ đồ này như sau:
Giả thiết Đ làm việc ở trạng thái động cơ nghĩa là nó tiêu thụ năng lượng từlưới và sinh năng lượng trượt ở mạch rôto Ps M 0s Khi đưa Ef vào, dòng điệnrôto khi đó
Ta giả thiết Mc = const và động cơ đang làm việc xác lập trên đặc tính ứngvới một giá trị Ef nào đó Nếu tăng Ef lên thì dòng I2 giảm, mômen điện từ củađộng cơ giảm và có giá trị nhỏ hơn mômen Mc, nên tốc độ của động cơ giảm Khitốc độ giảm, độ trượt tăng làm cho E2 = E2nms tăng lên Kết quả là dòng điện rôto
I2 và mômen điện từ tăng lên Cho đến khi mômen của thiết bị nối tầng cân bằngvới mômen Mc thì quá trình giảm tốc kết thúc, động cơ làm việc với tốc độ nhỏhơn trước
Khi | E2 | = | Ef |, I2 = 0 động cơ có tốc độ không tải lý tưởng 0lt Khi Ef = 0động cơ làm việc trên đặc tính gần đặc tính tự nhiên
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
H ì n
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g.
Trang 202 Các ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng
Phạm vi ứng dụng
Phương pháp điều chỉnh công suất trượt thường áp dụng cho cáctruyền động công suất lớn vì khi đó tiết kiệm điện năng có ýnghĩa lớn Phương pháp này nên áp dụng cho các truyền động có
số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít vì thường ta khởiđộng bằng phương pháp khác cho đến khi tốc độ đến vùng làmviệc thì mới sử dụng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ
Kết luận:
Từ việc phân tích các ưu, nhược điểm của các phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động cơ khôngđồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng điệntrở xung rôto là thích hợp nhất
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g.
Trang 212 nm 2 2 1
f 2
x + ) s
' r + r
U
= ' I
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hiệu suất của động cơ:
% 75 , 74
=
% 100 74 , 0 6 , 20 380 3
10 5 , 7
=
% 100 cos
I U 3
P
=
3 m
® m
® 1
= s 60f
np - 1
= s
Như vậy, ta thấy khi p = 4 và khi đó s = 0,073 là hợp lý
Sức điện động của rôto khi quay ở tốc độ định mức:
V 542 , 18
= 254 073 , 0
= E
sE
= E
2
20 2
= 254
380 95 , 0
= k
E
U 95 , 0
= E
E
= k
e
20 1 20
1 e
= k
8
S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g.
Trang 22R f
U 1 =380V
~AP
K RN
§
Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ điều
chỉnh xung điện trở rôto.
= 065 , 2 + ) 073 , 0
932 , 0 + 04 , 1 (
220
= ' I
2 2
2
Dòng điện định mức trong dây quấn rôto:
A 377 , 22
= 759 , 15 42 , 1
= I
' I k
= I
2
2 i 2
B LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Động cơ trong yêu cầu của bài toán thiết kế là loại động cơ ba pha sử dụngđiện áp U1 = 380 V với tần số f1 = 50 Hz và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cáchđiều chỉnh xung điện trở mạch rôto Do vậy, động cơ được mắc trực tiếp vào lướiđiện ba pha có điện áp U1 = 380 V với tần số f1 = 50 Hz
Ta điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện trởphụ mắc vào mạch rôto Hệ thống điện trở phụ bao gồm ba biến trở Rf mắc vào bapha của dây quấn rôto thông qua hệ thống vành trượt Sử dụng biến trở trong việcđiều chỉnh tốc độ động cơ là một phương pháp đơn giản nhưng có nhiều nhượcđiểm Phần lớn các nhược điểm đều liên quan đến dạng đặc tính cơ mềm và dùngđiện trở nhiều cấp trong mạch lực
22
Trang 23K R
R f - điện trở điều chỉnh mạch rôto.
I Điều chỉnh xung điện trở mạch rôto
Để khắc phục một số nhược điểm quan trọng trên và mở ra khả năng tựđộng hóa hệ thống, người ta dùng phương pháp điều chỉnh xung điện trở Đây làmột phương pháp phát triển của phương pháp biến trở Sơ đồ nguyên lý củaphương pháp này như sau:
Sơ đồ này chỉ khác sơ đồ hình 10 ở chỗ sử dụng “điện trở xung” Rx Đểdùng Rx ta dùng một điện trở có giá trị không đổi R và một khóa K đóng cắt theochu kỳ
Nếu khóa K là lý tưởng, nghĩa là khóa có điện trở bản thân khi đóng là
Kkh= 0 và khi cắt là Rkh= , thì khi K đóng Rx= 0, và khi K cắt Rx=R Như vậy,điện trở phụ trong mạch rôto thay đổi theo chu kỳ từ 0 đến R và trong mạch rôto
từ r2 đến r2+R
Điện trở điều chỉnh trong trường hợp này sẽ có một giá trị tương đươngnằm giữa 0 và R Nó phụ thuộc vào tương quan giữa các thời gian đóng tđ và thờigian cắt tc của khóa Giá trị đó quyết định độ cứng của đặc tính cơ biến trở và trị
số tốc độ của truyền động điện
Trong thực tế, việc dùng cả ba điện trở xung ở trong mạch rôto làm chomạch điều khiển phức tạp và khó điều chỉnh Vì vậy, ta thường dùng một điện trởxung Rx và một bộ chỉnh lưu có sơ đồ như sau:
23
Trang 24K R
R x
U ~
CL
Hình 14 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở
rôto kết hợp với bộ chỉnh lưu.
Trang 25® t
2
1
= R
Hình 16 Biến thiên điện trở và dòng điện theo thời gian
khi điều chỉnh xung điện trở.
là nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở của hai trường hợp phải bằng nhau
Đối với sơ đồ hình 13, tại mỗi thời điểm dòng điện Iđ đều chạy qua hai pharôto và mạch điện một chiều Do đó:
) R + r 2 (
I k
= ) R + r 2 (
) R + r (
I 3
= ) R + r 2 (
I k
= ) R + r 2 (
I
=
5 , 1
= 23 , 1
Điện trở tương đương
Ta có thể xác định điện trở tương đương Rtđ khi điều chỉnh xung một cáchgần đúng trên nguyên tắc đẳng trị nhiệt
Khi khóa K đóng, điện trở mạch vòng qua hai pha rôto còn là 2r2 nên dòng điện rôto tăng, còn khi khóa cắt, giá trị là R+2r2 nên dòng điện rôto giảm
25
Trang 26Do ảnh hưởng của dây quấn trong động cơ nên mạch điện có tính cảm, do vậy dòng điện thay đổi theo quy luật hàm mũ như hình 14 Khi khởi động, nó tăng từ 0 theo một đường răng cưa lũy tiến Sau một thời gian đủ lớn, đường răng cưa đó trở nên xác lập và có Imax, Imin không thay đổi Trạng thái này gọi là “tựa xác lập”.
Khi “tựa xác lập”, phương trình dòng điện là:
T dd
t
d min
c = I + I - I ) e
i ( trong khoảng thời gian tc )
Trong đó :
I dd , I đc - là dòng xác lập ứng với trạng thái đóng và cắt của khóa K;
T đđ , T đc - là thời gian điện từ đóng và cắt của phần ứng khi khóa K đóng và cắt.
2 dd
r 2
L
=
T ; T =2r L+R
2 dc
Vì tần số đóng cắt đủ lớn nên ta có thể coi tđ, tc << Tdd , Tđc do đó dòng điệntăng và giảm theo một đường có thể coi là đường thẳng từ Imin đến Imax và từ Imax
đến Imin Như vậy trong cả hai khoảng thời gian đóng và cắt đều có một giá trịdòng trung bình
) I + I 2
1
=
Itb max minNhiệt lượng tỏa ra trong toàn mạch trong cả chu kỳ là :
2 d
2 tb c 2
2
tb ( 2 r + R ) t + I 2 r t I
= A
(11)Mặt khác, nếu coi trong mạch có một điện trở cố định (Rtđ + 2r2) nào đótrong suốt cả chu kỳ thì Rtđ này phải đảm bảo cho dòng điện trong mạch đúngbằng Itb và cũng sẽ tỏa ra một nhiệt lượng đúng bằng A
td 2 ck
2
tb ( R + 2 r ) t I
= A
(12)
Trong đó t ck = t đ + t c
Cân bằng hai phương trình (11) và (12) ta có :
26
Trang 27ck 2
® t 2 tb
® 2 2 tb c 2 2
tb ( R + 2 r ) t + I 2 r t = I ( R + 2 r ) t I
hay:
ck 2
® t
® 2
® ck
2 )( t - t ) + 2 r t = ( R + 2 r ) t r
2 + R (
nên:
) - 1 ( R
= ) t
t - 1 ( R
= R
t
1 - độ rộng của xung điện trở.
Như vậy, điện trở cố định mạch rôto tương đương với điện trở xung theoquan hệ: Rtd R ( 1 - )
Nếu đã chọn trước giá trị điện trở R, thì giá trị của điện trở tương đươngphụ thuộc vào Thay đổi ta sẽ có các giá trị của điện trở tương đương Rtđ
Giá trị có thể thay đổi từ 0 – 1 bằng ba cách sau:
a Giữ tck không đổi, thay đổi thời gian đóng khóa tđ , gọi là “điều rộng”
b Giữ tđ không đổi, thay đổi thời gian tck , gọi là “điều tần”
c Thay đổi cả tđ và tck, gọi là điều “rộng – tần”
Trong thực tế, người ta thường dùng phương pháp thứ nhất do điều khiển làđơn giản nhất
Lựa chọn khóa K
Một phần tử quan trọng trong sơ đồ điều chỉnh xung điện trở mạch rôto làkhóa K Như ta thấy trên hình 13, tần số đóng cắt của khóa K ảnh hưởng đếndòng điện trong mạch rôto và ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ Khi tần sốcàng cao, tck càng nhỏ, dòng điện càng ít mấp mô hơn, do đó động cơ làm việc ổnđịnh hơn Tuy nhiên, khi tần số càng cao thì thiết bị làm khóa K càng phải có thờigian đóng, cắt càng nhỏ, do đó yêu cầu thiết bị tốt hơn, tốn kém hơn Trong thực
tế, người ta thường đóng khóa K theo tần số trong dải 200 Hz 2000 Hz
Với tần số đóng, cắt như vậy, ta không thể dùng các khí cụ cơ hoặc
điện-từ-cơ kiểu rơle- côngtăctơ để làm khóa K Các thiết bị này có độ tác động nhanhkém đến mức không thể điều khiển được dòng và tốc, chóng hư hỏng do tác động
ở tần số tương đối cao Hiện nay, người ta làm khóa K bằng các van bán dẫn nhưtiristor hoặc tranzitor
Tiristor thông thường có các trị số giới hạn cao nhất, chắc chắn, tổn haodẫn nhỏ, rẻ tiền nhưng mở chậm và chỉ có thể được khóa khi triệt tiêu dòng điệntải Tuy nhiên, với dải tần số 200 Hz 2000 Hz tiristor thông thường phù hợp
27
Trang 28Hình 18 Sơ đồ mạch động lực của hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.
U=380V ~
§D
L R
u c
Hình 17 giản đồ các đường cong dòng điện.
t 0
Từ các phân tích trên, với dải tần số 200 Hz 2000 Hz, ta dùng tiristor làmkhóa K là lựa chọn thích hợp nhất
Như trong sơ đồ hình 13, dòng điện tải id sau chỉnh lưu cầu là dòng điệnmột chiều, với tần số đập mạch fm = 6 f1= 300 Hz
Như trên giản đồ sau, ta thấy, để làm khóa K bằng tiristor ta phải có thêmtiristor T1 nữa để khóa tiristor T do tiristor T không thể tự khóa
Từ các phân tích trên, ta có sơ đồ mạch động lực của hệ điều chỉnh xungđiện trở rôto như sau:
28
Trang 29Trong sơ đồ trên, tiristor T đóng vai trò của khóa T, nhóm các phần tử (T1,
C, D0, L1) dùng để khóa tiristor T
Nguyên lý hoạt động
Trạng thái ban đầu, cả hai tiristor T và T1 đều ở trạng thái khóa không dẫnđiện nên tụ điện C chưa được nạp điện Muốn khởi động bộ khóa, trước hết ta choxung điều khiển mở tiristor T1 Khi đó, tụ C được nạp tới trị số uc với cực tính ghitrong dấu ngoặc trên hình 18 Lúc này, dòng điện tải Id = 0, bộ khóa đã sẵn sànglàm việc
Để mở bộ khóa K, tại thời điểm ban đầu t = 0, ta cho xung điều khiển mởtiristor T, lúc này điện trở xung Rx = 0 Vì khi tiristor T mở đã mở nên tiristor T1
bị khóa lại do điện áp ngược đặt vào hai đầu của nó Đồng thời, tụ C được tíchđiện sẵn cũng phóng điện qua tiristor T, cuộn L1 và điốt D0, kết quả là tụ C đượcnạp theo cực tính ngược lại Tại thời điểm t = tđ muốn khóa tiristor T lại, chỉ cầncho xung điều khiển mở tiristor T1 Qua T1, điện áp trên tụ uc được đặt lên tiristor
T tạo nên một điện áp ngược khóa tiristor T lại, điện trở lúc này là R Vì T1mởdẫn điện nên tụ điện C lại được nạp điện đến giá trị uc, khi tụ đã nạo đầy thì
T1khóa lại, quá trình lặp lại như cũ
Độ rộng mỗi xung tđ là khoảng thời gian mở của tiristor T tương ứng vớikhoảng thời gian giữa xung mở tiristor T và xung mở tiristor T1 Ta có thể điềuchỉnh được độ rộng xung tđ theo ý muốn Chu kỳ tck tương ứng với khoảng thờigian giữa hai xung liên tiếp mở tiristor T
Để có bộ băm tần số cố định, ta giữ không đổi khoảng thời gian giữa haixung kế tiếp mở tiristor T, và điều chỉnh khoảng thời gian giữa xung mở tiristor T
và xung mở tiristor T1
29
Trang 30thx
' r
nm 0
2 f th
x2
U3M
=
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Như ở phần trên, ta đã chọn phương pháp giữ nguyên tck và thay đổi thờigian đóng tđ Tức là ta sẽ cấp cho các tiristor các xung điều khiển có tần số cốđịnh fck nhưng xung điều khiển của tiristor T1 sẽ cấp trước xung điều khiển tiristor
T một khoảng thời gian là tc = tck – tđ
II Tính chọn điện trở phụ R
Ta có dạng biểu thức Klox của động cơ không đồng bộ:
s
s s s
M 2 M
Hình 19 Giản đồ các đường cong dòng điện và điện áp khi điều khiển xung điện trở rôto.
Rf
U
Hình 20 Sơ đồ và đặc tính cơ khi thay đổi
điện trở rôto.
Trang 31H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trong trường hợp phụ tải Mc là không đổi, khi đó điểm làm việc sẽ dời từđiểm a(đm; Mc) đến điểm a’(2; Mc) Tương ứng với sự thay đổi hệ số trượt tớihạn từ sth.đm đến sth2 Trong suốt quá trình thay đổi trên, mômen tới hạn Mth làkhông đổi
Giá trị điện trở Rf ảnh hưởng đến phạm vi điều chỉnh D Khi giá trị điện trở
Rf càng lớn thì phạm vi điều chỉnh càng lớn và đặc tính cơ càng mềm, và ngượclại, khi giá trị điện trở Rf càng nhỏ thì phạm vi điều chỉnh D càng nhỏ và đặc tính
cơ càng cứng Ta sẽ tìm giá trị điện trở Rf đặt cố định vào mỗi pha rôto sao chophạm vi điều chỉnh D = 4 1
Trong thực tế, phụ tải không phải là cố định, do đó, mômen phụ tải luôndao động Ta xét ứng với trường hợp nó dao động trong khoảng 0,9Mđm 1,1Mđm
= 60
695 2
= 60
n 2
Trang 32H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
2 2
th
nm 1
2
x r
' r s
)xr
r2
U3M
2 nm
2 1 1
0
2 f th
++
=
H ì n
h 2 8 S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g
dm
dm th
dm th dm
dm th m
s
s s
s
M 2 M
Nm 97
= 073 , 0
403 , 0 + 403 , 0
073 , 0
276 2
0 065 , 2 04 , 1
932 , 0 s
2 2
dm
Nm276)
065,204,104
,1(5,78.2
220.3M
2 2
2 dm
= 4
73
= 4
= ® m 2
= 60
750 2
= 60
n 2
Thay các giá trị trên vào hệ ta có:
Đặc tính tự nhiên qua điểm (đm; Mđm) tức là:
32
Trang 33H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
H ì n
h 2 8 S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g
= 78,5
18 - 5 , 78
=
-= s
0
2 0 2
2 th 2
2 th m
®
S
S + S S
M 2
= M 9 , 0
Do mômen tới hạn là không đổi, Mth2 = Mth.đm = 276 Nm, nên:
771 , 0
S + S
771 , 0
276 2
= 97 9 , 0
2 th
2 th
hay:
323 , 6
= 771 , 0
S + S
771 ,
0 th.2
2 th
Suy ra:
0
= 594 , 0 + s 875 , 4 -
nm 1
2
x + r
' R
= S
Thay các giá trị vào ta được:
2 nm 2 1 2 th
2 = s r + x '
R
982 , 10
= 065 , 2 + 04 , 1 750 , 4
= '
2
Điện trở rôto khi chưa quy đổi về phía stato:
2 e
2 2 2
k
' R
= k
' R
= R
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 34H ì n
h 2 8 S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g
Hình 21 Đặc tính cơ khi mở máy động
cơ không đồng bộ bằng biến trở.
= 42 , 1
982 , 10
= 462 , 0 - 447 , 5
= R
r - R
= R
f
2 2 f
Như vậy, điện trở R mắc trong mạch một chiều hình 18 là:
R = 2Rf = 2.4,985 = 9,97
III Tính chọn các điốt chỉnh lưu D
Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển thì các điốt D là cácđiốt giống hệt nhau do có cùng điều kiện làm việc, mỗi điốt dẫn dòng điện tảitrong 1/3 chu kỳ
Trong quá trình làm việc của hệ, các điốt này phải chịu được khi mở máy
và ở điều kiện làm việc định mức
Khi mở máy, trong thực tế để mômen mở máy lớn đồng thời dòng điện mởmáy không quá cao, ta điều chỉnh tần số đóng, cắt tiristor T sao cho Mmm =0,8.Mth
Ta có dạng biểu thức Klox của động cơ không đồng bộ khi mở máy:
mm th mm th
th mm
s + s 1
M 2
= M
hay:
34
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 35h 2 8 S
ơ đ
ồ k h ố
i m ạ c
h đ iề
u k h iể
n đ iệ
n tr
ở x u n g
th th
s + s 1
M 2
= M 8 , 0
Suy ra:
0
= 1 + s 5 , 2 - s
5 , 2
= s + s 1
mm th mm
th 2
mm th mm th
Khi điều chỉnh tần số đóng, cắt tiristor thì sth.mm > 1 Do đó: sth.mm = 2, ta lạicó:
2 2 mm th
nm 1
mm 2
x + r
' R
= S
624 , 4
= 065 , 2 + 04 , 1 2
= ' R
x + r s
= ' R
2 2
mm 2
2 nm 2 1 mm th mm 2
Dòng điện trong dây quấn rôto đã quy đổi về phía stato lúc mở máy:
A 492 , 36
= 065 , 2 + ) 624 , 4 + 04 , 1 (
220
= ' I
x + ) ' r + r
U
= ' I
2 2
2 nm 2 mm 2 1
f
mm 2
mm 2
Dòng điện trong dây quấn rôto lúc mở máy:
A 819 , 51
= 492 , 36 42 , 1
= I
' I k
= I
mm 2
2 i mm 2
Ta tính chọn các điốt dựa vào các yếu tố cơ bản là: điện áp làm việc, dòngđiện tải và điều kiện tỏa nhiệt
Khi mở máy, điốt chịu điện áp ngược lớn nhất:
V 210 , 359
= 3
254 6
= U
3
E k
= U
max n
20 2 max n
Trong đó:
V 254
= E
; 6
=
35
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
5,0
=s
2
=s
2 mm th
1 mm th
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 36Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Điện áp ngược của điốt cần chọn:
V 578 , 646
= 210 , 359 8 , 1
= U
U k
= U
n
max n dtU n
Trong đó:
k dtU – hệ số dự trữ điện áp, chọn k dtU = 1,8.
Khi mở máy, van chịu dòng điện lớn nhất Dòng điện hiệu dùng quavan:
A 485 , 36
= 82 , 0
819 , 51 3
1
= I
k
I k
= I k
= I
hd
2
mm 2 hd mm d hd hd
Trong đó:
K hd – hệ số xác định dòng điện hiệu dụng, đối với chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển, khd = 1 / 3;
K 2 – hệ số xác định dòng điện thứ cấp máy biến áp, đối với chỉnh lưu cầu
ba pha không điều khiển, k2 = 0 , 82
Tuy nhiên, do động cơ trong yêu cầu của bài toán có công suất P =7,5KW, nên thời gian mở máy là ngắn, và mỗi điốt chỉ dẫn trong 1/3 chu kỳ, tatính chọn van theo giá trị dòng điện trung bình chạy qua van:
A 065 , 21
= 82 , 0
819 , 51 3
1
= I
k
I k
= I k
= I
v
2
mm 2 tb mm d tb v
Trong đó: k tb = 1/3;
Chọn điều kiện làm việc của điốt là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tíchtỏa nhiệt; Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện làm việc đó, dòng điệnđịnh mức của điốt cần chọn:
A 407 , 67
= 065 , 21 2 , 3
= I
I k
= I
m
®
v i m
Dòng điện định mức của điốt Iđm = 80A;
Điện áp ngược cực đại Un = 1200V;
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 37 Đỉnh xung dòng điện điốt chịu được Ipik = 1500A;
Sụt áp trên điốt U = 1,2V;
Dòng điện thử cực đại Ith = 89A;
- Ta tính chọn tiristor trong điều kiện làm việc nặng nề nhất, tức là vào đầuquá trình mở máy Dòng điện lớn nhất mà tiristor phải chịu:
A 194 , 63
= 82 , 0
819 , 51
= I
k
I
= I
max T
2
mm 2 max T
Chọn điều kiện làm việc của tiristor là có cánh tản nhiệt với đầy đủ diệntích tỏa nhiệt; Không có quạt đối lưu không khí, dòng điện định mức của van bándẫn cần chọn:
A 220 , 202
= 194 , 63 2 , 3
= I
I k
= I
m
®
max T i m
®
- Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu là điện áp trên điện trở R khi
mở máy:
V 044 , 630
= 97 , 9 194 , 63
= U
R I
= U
= U
max n
max T R max n
Từ các thông số Unv = 630,044V; I®m = 202 , 220 Ata chọn hai tiristor loạiSKT250/08C có các thông số sau:
Dòng điện làm việc cực đại Iđm = 250A;
Điện áp ngược cực đại của van Un = 800V;
Dòng điện đỉnh cực đại Ipik = 7000A;
Dòng điện xung điều khiển Ig = 100mA;
Điện áp xung điều khiển Ug = 3V;
Dòng điện tự giữ Ih = 250mA;
Dòng điện rò Ir = 50mA;
Sụt áp trên van ở trạng thái dẫn U = 1,05V;
Độ biến thiên điện áp theo thời gian dU/dt = 200V/s;
37
H ìn
h 2
8
S
ơ đ
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 38Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Thời gian chuyển mạch (mở và khóa) tcm = 50s;
Nhiệt độ làm việc cực đại Tmax = 1250C
Ta có khai triển Fourier của chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển:
) t 18 cos 0062 , 0 + t 12 cos 014 , 0 - t 6 cos 057 , 0 + 1 ( U
= 3
073 , 0 254 34 , 2
= 3
s E 34 , 2
= 3
E 34 , 2
t 6 cos 05 , 25 057 , 0 t 6 cos U 057 , 0 u
1
0 1
428 , 1 i
dt t 6 cos 428 , 1 L
1 dt u L
1 i
1
1 1
ồ k h
ối m ạ c
h đi ề
u k hi ể
n đi ệ
n tr
ở x u n g.
Trang 39Hình 25 Biến thiên điện trở và dòng điện theo thời gian
khi điều chỉnh xung điện trở.
428 , 1 I
L f 2 6
428 , 1 L 6
428 , 1 I
m 1
m 1
3
I
10 76 , 0 L
3
I 1 , 0
10 76 , 0 L
= 82 , 0
377 , 22
= k
I
= I
2
dm 2 dm d
Như vậy:
mH 28 , 0 H 10 28 , 0 289 , 27 1 , 0
10 76 , 0
Ta cần điện cảm L = 0,28mH để thành phần dòng điện xoay chiều có biên
độ không lớn hơn 10% dòng điện tải
Điện cảm của cuộn kháng L cần mắc vào mạch:
mH 62 , 3 95 , 1 2 28 , 0 L 2 L
Trong đó:
L 2 - điện cảm dây quấn một pha rôto
mH 95 , 1 H 10 95 , 1 314
611 , 0 X
2 Tính cuộn kháng theo tác dụng thứ hai
Điện cảm của mạch rôto làm dòng điện trong rôto biến đổi theo quy luậthàm mũ
39
Trang 40Hình 22 Biến thiên dòng điện theo thời gian khi điều chỉnh
xung điện trở với mạch rôto không có cảm kháng.
Do Imax và Imin là không đổi, do đó ta không thể điều khiển được hệ Khitrong mạch có điện cảm, khi tựa xác lập thì phương trình dòng điện là:
T dd
t
d min
c = I + I - I ) e
i ( trong khoảng thời gian tc )
Trong đó :
I dd , I đc - là dòng xác lập ứng với trạng thái đóng và cắt của khóa K;
T đđ , T đc - là thời gian điện từ đóng và cắt của phần ứng khi khóa K đóng và cắt.
Khi trong mạch không có điện cảm, dòng điện tải trong mạch rôto sẽ có dạng xung như sau:
40
