Thiết kế hệ truyền động một chiều tiristor

việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do cácphần tử cảm kháng của sơ đồ lòđảm nhiệm Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp.. Trong quá trình làm việc tốc đ

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

LỜI NÓI ĐẦU

ca

Trong Thời đại Ngày nay truyền động điện đang ngày càng được ứngdụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sông nhờ những ưu thê của nónhư kết cấu gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao Không gây ảnh hưởng xấuđến môi trường (như : ô nhiễm, nhiễu, gây ồn) Bên cạnh đó truyền độngđiện còn có một ưu thế nổi bậc, đặc biệt đôi với truyền động điện mộtchiều là khả năng điều khiển dễ dàng Chính vì vậy mà truyền động điệnmột chiều cómột vai trò quan trọng trong các dạng truyền động hiện nayđang dùng Nhất là trong lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao nhưtrong các máy sản xuất

Tuy nhiên truyền động điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn điện mộtchiều với các cấp điện áp khác nhau, vì vậy việc tạo ra những bộ nguồnmột chiều thích hợp đã và đang là những vấn đề đặt ra Trong một sô"trường hợp người ta dùng các nguồn điện hóa như pin, ăc qui nhược điểmcủa loại nguồn này là giá thành khá cao mà nguồn công suất lại hạn chế.Trong một sô" trường hợp khác, người ta dùng nguồn máy phát một chiều

có khả năng cho công suất lớn nhưng giá thành cũng khá cao và kết câu lạicồng kềnh

Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành kỹ thuật bán dẫn các bộnguồn một chiều dùng chỉnh lưu bán dẫn ngày càng chiếm ưu thê" nhờ cókết câu gọn nhẹ, hiệu suất và độ tin cậy cao, giá thành hạ không có tiếng

ồn cũng chính loại nguồn này mà truyền động điện một chiều ngày càngtrở nên tiện lợi và ứng dụng rộng rãi hơn

Xuâ"t phát từ những vân đề mà thực tiễn đặt ra trên bảng đồ án này sẽnghiên cứu, thiết kê" hệ truyền động một chiều tiristor - động cơ cho hệthông dịch cực lò quang luyện thiết với công suất của động cơ một chiềukích từ độc lập là :

Nội dung của bảng đồ án gồm 5 chương

Chương 1 : tổng quan về công nghệ lò hồ quang, yêu cầu của truyền động

dịch cực lò hồ quang luyện thiếc

Chương 2 : Tổng quan về các phương pháp điều tốc động cơ một chiều.

Chương 3 : Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu thyristor.

Chương 4 : Tính chọn sơ đồ động lực.

Chương 5 : Thiết kế mạch điều khiển hệ kín và hở.

Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy caovăn thành em đã hoàn thành đồ án của mình Nhưng vì khả năng và thờigian có hạn nên chắc chắn vẫn còn sai sót nhất định

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Cao Văn Thành đã tận tình giúp

đỡ cho em trong quá trình hoàn thành đồ án Em cũng xin bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong bộ môn thiết bị điện - điện tử và cácthầy cô giáo trưiờng đại học bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy,giúp đỡ tạo điều khiên trong suôt quá trình học tập và rèn luyện của em đểđến ngày hôm nay em hoàn thành được nhiệm vụ học tập của mình

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, tháng 5 năm 2004

Sinh viên thiết kế.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÒ Hồ QUANG,

YÊU CẦU CỦA TRUYỀN ĐỘNG DỊCH cực LÒ Hồ QUANG

LUYỆN THIẾC.

Ul ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LÒ Hồ QUANG

LÒ hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điệncực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại Lò điện hồ

quang dùng để nấu thiếc hợp kim chất lượng cao

Theo dòng điện sử dụng, hồ quang được chia thành :

- Lò hồ quang một chiều

- Lò hồ quang xoay chiều

Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang được chia thành hai loại : lò

nung nóng gián tiếp và trực tiếp :+ Lò nung nóng gián tiếp : Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực

(graphit, than) được dùng để nâu chảy kim loại

+ Lò nung nóng trực tiếp : nhiệt của ngọn lửa hồ quang xảy ra giữa

1 điện cực, 2 ngọn lửa hồ quang, 3 kim loại, 4 vỏ lò nungl.Theo đặc điểm chất liệu vào lò, lò hồ quang được phân thành lò chất liệu(liệu rắn, kim loại vụn) bên xườn bằng phương pháp thủ công hay máy

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò, lò chất liệu trên đỉnh lò

xuống nhờ gầu chất liệu Loại lò này có cơ cấu nâng vùng nóc

'4 Cơ cấu nghiêng lo', truyền động bằng điện hay thủy lực

5 Lò dẫn điện từ máy biến áp lò tới lò

Ngoài ra, đôi với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao, còn có cơ cấu nâng,quay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng như gầu nạp liệu

Trong các lò hồquang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có

chênh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 100°c/m) trong điều kiện đó, đểtăng cường phản ứng của kim loại (với xỉ) và để đảm bảo khả năng nóngkim loại trước khi rót, cần phải khuây trộn kim loại lỏng, ơ các lò dunglượng nhỏ (dưới 6 tấn) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ câu cơkhí với lò dung lượng trung bình (12 + 50 tấn) và đặc biệt lớn (100 tấn vàhơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy trộn để không những giảm lao độngvất vả của thợ nấu mà còn nâng cao chất lượng của kim loại nấu

Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ cónguyên lý làm việc tương tự động cơ không đồng bộ rôto ngắn mạch Từtrường chạy tạo ra ở lò có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (stato) dòngxoay chiều tần sô" 0,5 + 1 hz lệch pha nhau góc 90° điện Do từ trường này

mà kim loại có lực điện từ dọc trục lò Khi đổi nôi dòng trong các cuộndây, có thể thay đổi hướng chuyển động của kim loại trong nồi theo hướng

+Công suất định mức của biến áp lò : Ấnh hưởng quyết định tới thờigian nấu luyện nghĩa là tới năng suất lò.

-Theo mức độ công suất tác dụng của máy biến áp, nấu chảy một tấmkim loại lỏng lò hồ quang còn chia ra : lò có công suất bình thường, cao vàsiêu cao Lò hồ quang công suất cao và siêu cao còn có hệ thông làm mát

* Chu trình làm việc của lò hồ quang gồm 3 giai đoạn với các đặc điểmcông nghệ sau :

*Giai đoạn 1 : giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại Trong

giai đoạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếmkhoảng 60-^80% năng lượng toàn mẻ nâu Và thời gian của nó chiếm

khoảng 50^60 % toànbộ thời gian một chu trình.

Để đảm bảo công suất nấu chảy, ngọn lửa hồ quang phải cháy ổn định.Khi cháy, điện cực bị ăn mòn dần, khoảng cách giữa điện cực và kim loạităng lên Để duyhồ quang, điện cực phải điều chỉnh gần vào kim loại Lúc

đó, dễ xảy ra hiện tượng điện cực chạm vào kimloại - gọi là quá điềuchỉnh - và gây ra ngắn mạch làm việc Ngắn mạch làm việc tuy xảy ratrong thời gian ngắn nhưng lại hay xảy ra nên các thiết bị điện trong mạchđộng lực thường phải làm việc ở điều kiện nặng nề Đây là đặc điểm nổibậc cần lưu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho lò hồ quang

Ngắn mạch làm việc cũng có thể gây ra do sụt lở các thành của hô" baoquanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu Rồi sự nóng chảy của các mẫu liệucũng có thể phá hỏng ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa Lúc

đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuông cho chạm kim loạirồi nâng lên, tạo hồ quang

Trong giai đoạn này, sô" lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 lầnhoặc hơn Mỗi lần xảy ra ngắn mạch làm việc, công suất hữu ích giảm

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

Tóm lại, giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất,

công suất nhiệt của lò hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rấtngắn, thường từ vài mm đến 10-M5 mm, do vậy, trong giai đoạn này, điện

áp cấp và công suất ra của biến áp lò là lớn nhất

*Giai đoạn 2 : giai đoạn Oxi hóa và hoàn nguyên Đây là giai đoạn

khử cacbon của kim loại đến một giới hạn nhất định tùy theo yêu cầu côngnghệ, khử p và s, khử khí trong gang rồi tinh luyện Sự cháy hoàn toàn củacacbon gây sôi mạnh kim loại, ơ giai đoạn này, công suất nhiệt yêu cầu

về cơ bản là để bù lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60% công suấtnhiệt của giai đoạn 1 hồ quang cũng cần duy trì ổn định

Trước khi thiết ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khửOxi, khử sunFua và hợp kim hóa kim loại Công suất yêu cầu lúc này chỉ

cỡ 30% so với giai đoạn 1 chếđộ năng lượng tương đối ổn định và chiềudài ngọn lửa hồ quang khoảng vài chục mm

*Giai đoạn 3 : Giai đoạn phụ, đây là giai đoạn lấy sản phẩm đã nấu

Ul.2 Sơ ĐỒ ĐIỆN (THIẾT BỊ CHÍNH MẠCH LựC) LÒ Hồ QUANG

Điện cấp cho lò là hồ quang lấy từ trạm biến áp lò Điện áp vàp là6; 10; 35 hay 110 KV là tùy theo công suất lò

Sơ đồ điện lò hồ quang

: cầu dao cách ly dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi

cần thiết, như lúc sửa chữa

: máy cắt dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cô", và

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

: mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắnmạch

3MC, 4MC : là máycắt dùng để đổi nôi cuộn sơ cấp thành A hay Y, và nối

với các điện cực của lò qua mạch ngắn (MN) không có môi hàn

: cuộn kháng dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn

định sự cháy hồ quang

BAL : biến áp lò dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp.

TI: biến dòng điện

TU : biến điện áp ĐKBV : điều khiển bảo vệ

MN : mạch ngắn

Ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở

ra để đưa vào cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất câ"p cho lò.Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng

K việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do cácphần tử cảm kháng của sơ đồ lòđảm nhiệm

Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp Việc đổi nôicuộn sơ cấp thành hình tam giác hay sao thực thiện nhờ các máy cắc3MCvà4MC Cuộn thứ cấp củabiến áp lò nôi với các điện cực của lò quamột mạch ngắn (MN) không phân nhánh, không có môi hàn

Phía sơ cấp BAL có đặc rơle dòng điện cực đại để tác động lêncuộn ngắt máy cắt 1MC Rơle này có duy trỳ thời gian Thời gian duy trỳnày giảm khi bội sô" quá tái dòng tăng Nhờ vậy ,1MC ngắt mạch lực của

lò HQ chỉ khi có ngắn mạch sự cô" và ngắn mạch làm việc kéo dài màkhông sử lý được Với ngắn mạch làm việc trong một thờigian tương đôingắn ,1MC không cắt mạch mà chi có tín hiệu đèn và chuông Phía sơ câ"pBAL cồn có các dụng cụ đo lường ,kiểm tra : như vonkê", ampe kê" ,công

trỳ của rơle được chọn sao cho khi ngắn mạch thời gian ngắn ,bộ điều

chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trỳ của rơle Nhiềukhí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác(trong khôi ĐKBV) cũng đượcnôi với máy biến điện áp TU và các máy biến dòng 1TI,2TI

* Máy biến áp lo' (BAL).

Máy BAL dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc

biệt nặng nề nên có các đặc điểm sau:

-Công suât thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điệnthứcấp rất lớn (tới hàng trăm KA)

-Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,5 -ỉ- 4)Iđm

có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộndây , thanh dẫn khi có ngắn mạch

-Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạnrộng

-Phải làm mát tốt vì dòng lớn , hay có ngắn mạch và vì biến áp đặt ởnơi kín lại gần lò

Công suất BAL có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai

đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn

V

tnc.Ksd.cosq>

w

Trong đó :

tnc - thời gian nấu chảy (h)

ksd - hệ sô" sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nâu chảy.Coscp - hệ sô" công suâ"t của thiết bị lò hồ quang

w - năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nâuchảy và dừng lò giữa hai mẻ nâu (KW- h)

L - yL mn A mn* 1 rmn

w = W.G.

Trong đó : G - khôi lượng kim loại nấu (tấn)

w - suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/tấn)

Suất chi phí điện năng giảm đôi với lò có dung lượng lớn, thường w = (400

-H 600) (KWh/tấn)

+ Thời gian nấu thường từ (1-ỉ- 3h) tùy dung lượng lò

+ Hệ sô" sử dụng công suất BAL thường 0,8 0,9

Hiện nay công suất BAL ngày càng có xu hướng tăng vì nó cho phépgiảm thời gian nâu chảy, giảm suất chi phí năng lượng do hạ tổn hao nhiệt.Cuộn dây thứ câ"p BAL thường nôi A vì dòng ngắn mạch được phân rahai pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhe hơn BALthường phải làm việc trong trình trạng ngắn mạch và phải có khả năngquá tải nên thường chế tạo to , nặng hơn các máy biến áp động lực cùngcông suất

* Mạch ngắn(MN).

Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn , tới

hàng chục và ngay cả hàng trăm nghìn ampe

Tổn hao công suâ"t ở mạch ngắn

AP = I2 r

Do vậy BAL phải đặt gần lò để giảm bớt tổn hao.ngoài ra mạch ngắn cònphải đảm bảo sự cân bằng rm và xm giữa các pha đe"’co"các thông sô"điện(công suâ"t, điện áp, dòng) như nhau của các hồ quang

Khi 3 pha mạch ngắn phân bô" đôi xứng thì hổ cảm giưa hai pha bất kỳ

sẻ bằng nhau và sức điện động hổ cảm bằng không Trường hợp nếukhoảng cách giữa các pha không như nhau, hổ cảm giữa các pha sẻ khácnhau Trong một pha nào đó sẻ xuâ"t hiện sưc điện động phụ ngược chiềudòng điện trong pha đó và tạo ra một xụp áp phụ trên điện trở thuần trên

pha đó Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn

hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này sẻ giảm so với pha

khác Đồng thời , ở một pha khác sđđ Phụ lại cùng chiều với dòng điện

của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang pha này tănglên Hiện tượng trên gây ra sự mất đối xứng và điện áp giưã các hồ quang, sự phân bô" công suất không đồng đều giữa các pha , giảm hiệu suất lò vàvđi lò công suâ"t càng lớn thì sự mâ"t đôi xứng điện từ ở mạch ngắn sẻ cànglớn

Để chông hiện tượng trên bằng cách phân bô đôi xứng về mặt hìnhhọc và về mạch điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặc ở 3 đỉnh mộttam giác đều với lò dung lượng dưới 10 tấn thì mạch ngắn thường được nôitheo sơ đồ A lò dung lượng lớn , ngắn mạch thường được nối A ơ’các điệncực

Ul.3 YÊU CẦU VỚI CÁC Sơ Đồ ĐIÊU CHỈNH ĐIỆN cực LÒ Hồ QUANG

Các lò hồ quang nâu luyện kim loại đều có các bộ đều chỉnh tự độngviệc dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nâu luyện , nâng caonăng suất lò , giảm năng suất chi phí năng lượng , giãm thấm các bon chokim loại, nâng cao chất lượng thiết, giảm lao động công suất khi nâu chảy,cải thiện điều kiện lao động vv

Chất lượng thiết nâu luyện phụ thuộc vào công suâ"t và sự phân bô"nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổiđiện áp ra BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dàingọn lửa hồ quang và như vậy sẻ thay đổi điện áp hồ quang , dòng điện hồquang và công suâ"t tác dụng của hồ quang

về nguyên tắc , việc duy trì công suâ"t lò hồ quang có thể thông qua một

Z ohq Zhq

sô" giữa dòng điện và điện áp hồ quang, Zhq = —— Bộ điều chỉnh này duy

*hqtrì dòng hồ quang không đổi (Ihq = const) sẻ không mồi hồ quang được.

Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó sẻ thay đổi sẻ kéo theo dòngđiện trong 2 pha còn lại thay đổi Ví dụ, khi hồ quang trong một pha bị đứt

thì lò hồ quang làm việc như một phụ tải một pha với 2 pha còn lại nôi tiếpvào điện áp dây Lúc đó các bộ điều chỉnh 2 pha còn lại sẻ tiến hành hạđiện cực mặc dù không cần việc đó Các bộ điều chỉnh này chỉ dùng cho lò

hồ quang một pha và chủ yếu dùng trong lò hồ quang chân không

Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (Uhq = const) có khókhăn trong việc đo thông sô này thực tế, cuộn dây đo được nôi giữa thânkim loại của lò và thanh cái thứ cấp BAL Do vậy , điện áp đo phụ thuộcdòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẻ ảnh hưởng tới hai pha còn lạinhư đã trình bày đôi với bộ điều chỉnh giữ Ihq = const Phương pháp tốt nhất

là dùng bộ điều chỉnh duy trì —— = Zh = const Thông qua hiệu sô" cáctín

*hqhiệu dòng áp:

a Ihq - b.Uhq — b.Ihq(Z 0 hq -Z hq )

a,b - hệ sô" phụ thuộc hệ sô" các biến áp đo lường (biến dòng ,biến điện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi điềuchỉnh)

Zohq, zhq - gía trị đặt và gía trị thực của tổng trở hồ quang

Từ phuơng trình trên suy ra :

Như vậy, việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang

so với giá trị đặt (điều chỉnh vi sai) Phương pháp này dễ mồi hồ quang,duy trì được công suất, ít chịu ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũngnhư ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha

Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chảy, Oxi hóa, hoànnguyên) đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất này lại phụ thuộcchiều dài ngọn lửa hồ quang Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực tức là điều

chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò hồquang Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều chỉnh tự động các lò hồquang

*.Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là :

1 Đủ nhạy để đảm bảo chê độ làm việc đủ cho lò Duy trì dòng điện hồquang không tụt quá (4*5)% trị sô dòng điện làm việc Vùng không nhạy

của bộ điều chỉnh không quá ± (2* 4)% trong các giai đoạn khác.

2 Tác động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trongthời gian 1,5* 3 s điều đó sẽ làm giảm sô" lần ngắt máy cắt chính, giảm sựthâm c của kim loại vv Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắtmáy cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nâu chảy Đảm bảo yêu cầu nàynhờ tôc độ dịch cực nhanh, tới 2,5 * 3 m/ph trong giai đoạn nâu chảy (khidùng truyền động điện cơ) và 5 *6 m/ph (truyền động bằng thủy lực).Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị sô" đặt thì tô"c độ dịch cực càng phảinhanh

3 thời gian điều chỉnh ngắn

4 Hạn chê" tôi thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chê" độ làmviệc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn (vài phần giây) hay trong chê" độthay đổi tính đôi xứng Yêu cầu này càng cần đôi với lò 3 pha không có

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

theo phá hủy chế độ hồ quang của các pha còn lại Điện cực các pha còn

lại đang ở vị trí chủ cũng có thể bị dịch chuyển Do vậy mỗi pha cần có hệđiều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làmviệc của các pha khác

5 Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn 20 -5- 125 % trị sô"định mức với sai sô" không quá 5%

6 Có thể chuyển đổi nhanh từ chê" độ điều khiển tự động sang chê độđiều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạnnâng điệu cực trước khi châ"t liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh chê"

độ tự động

7 tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang

bị đứt Khi ngắn mạch thì được nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang

8 Dừng mọi điện cực khi mất lưới điện

Cơ câu châ"p hành (cơ câu dịch cực) có thể truyền động bằng điện - cơhay thủy lực Trong cơ câu điện - cơ, động cơ được dùng phổ biến là động

cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn, dải điều chỉnhrộng, bằng phẵng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm.Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mômen quán tính của rôtonhỏ

Ul.4 YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH 3 ĐIỆN cực LÒ Hồ QUANG DÙNG 3 ĐỘNG cơ MỘT CHIỀU TRÊN 3 ĐIỆN cực.

Trong quá trình nung luyện thiếc, 3 điện cực bị ăn mòn không đồngđều, cho nên ta nâng hạ 3 điện cực này không đồng bộ với nhau Vì vậy tathường điều khiển từng cực, trong quá trình điều khiển điện cực có thể cócực được hạ xuống sâu vì điện cực bị ăn mòn Để điều khiển 3 điện cực

khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ

mở máy, đảo chiều quay hãm

CHƯƠNG 2: TổNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG cơ ĐIỆN MỘT CHlỀU.

ự 2.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ điện thường bị thay đổi

do sư biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sự sai lệch về tốc độthực so với tốc độ đặt, hay tốc độ mong muôn (tốc độ làm việc của hệthông truyền động điện do công nghệ yêu cầu) Bởi vậy, việc điều chỉnhtốc độ là một trong những vấn đề quan trọng trong truyền động điện tựđộng

Một yêu cầu đat ra khi thiết kế hệ truyền động là sự phù hợp giữa đặctính điều chỉnh của động cơ điện và đặc tính của tải Người ta thường chọn

hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh nào cho đặc tính điềuchỉnh bám sát yêu cầu của tải Mặc khác , vẫn phải luôn đãm bảo đượctính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng như quá trìnhquáđộ

Đôi với động cơ điện một chiều kích từ động lập, về phương diện điềuchỉnh tốc độ có nhiều ưu việc do khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấutrúc mạch lạc, mạch điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao trong

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

dải điều chỉnh tô"c độ rộng Sau đây là các phương pháp điều chỉnh động cơ

nhỏ nên khi thay đổi từ thông đến định mức, tốc độ giảm rất ít (khoảng 2

8% tốc độ định mức) cho nên đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích

từ độc lập rất cứng

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đôi từ thông.

Muôn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ

của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ (hình 2 - 2a) rõràng, phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa

là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt < Iktđm) do đó chỉ có thể thay đổi

về phía giảm từ thông Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độkhông tải lớn hơn Họ đặc tính cơ khi giảm từ thông như (hình 2- 2b)

Hình2-2.Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng

phương pháp thay đổi từ thông.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có đặc điểm :

+Từ thông càng dảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng

tăng, tốc độ động cơ càng lớn

sv Tô Ngọc Quốc

Đồ án tốt nghiệp

+CÓ thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh

D*3:l+chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này

+Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt

nhau và do vậy, với tải không lớn (Mđmi) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm(hình2 - 2b), còn ở vùng tải lớn (Mđnứ) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùytheo tải thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn sovới định mức

Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch

kích từ với dòng kích từ là (1 -r 10)% dòng định mức của phần ứng Tổn

Hình 2-2c Đặc tính cơ.

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng.

Sơ đồ nguyên lý nôi dây như (hình 2 - 3a) khi tăng mạch phần ứng, đặc

tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng Họ đặctính cơ khi thay dổi điện trở mạch phần ứng (hình 2 - 3b)

Khi có thêm điện trỏ phụ Rf vào mạch phần ứng thì biểu thức (2 - 2) trở

thành :

n = n 0

(R ư + Rf ).M K

Úng với các trị sô" khác nhau của Rf thì có các đường đặc tính cơ khác

nhau Trong đó ứng với Rf = 0 là đường đặc tính cơ tự nhiên Điều này thểhiện ở (hình 2 - 3b)

Ta thây rằng nếu Rf càng lớn đặc tính cơ sẽ có độ dôc càng cao và do

đó mền hơn và ngược lại

Nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi Cũng như trên giao

điểm của những đường đó với đường Mo =f(n) cho biết trị sô tốc độ xác lậpkhi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf

Hình 2-3 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng.

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

Phương pháp này chỉ áp dụng được với động cơ điện 1 chiều kích từđộc lập hoặc động cơ kích từ song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

Hình 2-4.Đặc tính cơ (và đặc tinh tốc độ) động cơ một chiều kích từ độc

lập ở những điện áp trên phần ứng khác nhau.

Khi thay đổi u ta có một hệ đặc tính cơ có cùng độ dốc đường 1 ứngvới uđm , đường 2,3 ứng với uđm > u2 > u3 và đường 4 ứng với u4

>uđm.Nhưng không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnhtốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiệntrong một

phạm vi rất hẹp Phương pháp này lúc điều chỉnh tốc độ, mômen không

đổi vì (ị) và lư điều không đổi Iư không đổi là vì giảm u, tốc độ n giảm

Phương pháp thay đổi điện áp để mở máy và điều chỉnh tốc độ củađộng cơ điện 1 chiều kích từ độc lập còn có thể thực hiện được nhờ các bộbiết đổi tiristor nôi theo sơ đồ (hình 2-5) hai bộ biến đổi A và B được nôisong song nguỢc, trong đó bộ biến đổi B được dùng khi cần thay đổi đấucủa điện áp Uc để động cơ đổi chiều quay Trường hợp không cần đổichiều quay thì chỉ cần bộ biến đổi A

Điện áp một chiều Uc đặt vào phần ứng động cơ có quan hệ với điện

áp xoay chiều u theo biểu thức :

uc = Uco cosa

Trong đó : Uco = 1,35 u ; 0 < a < 90°

Khi mở máy cần điều chỉnh góc mở a lớn để có ưc nhỏ, đủ để khắcphục điện áp rơi trên điện trở phần ứng và hạn chế dòng điện mở máy, sau

đó giảm dần a để tăng tốc độ của động cơ đến giá trị mong muôn

Để điều chỉnh tốc độ cần thay đổi các giá trị của a để có giá trị Uc vàđặc tính cơ khác nhau như (hình 2-4)

Hình 2 Bộ biến đổi A Bộ biến đổi B

Hinh-5.Dùnh bộ biến đổi tiristor thay đổi Uc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

* Điềuchỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay

đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm:

- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

- Độ sụt tốc tuyệt đốì trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen lànhư nhau Độ sụt tốc tương đôi sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dảiđiều chỉnh Do vậy, sai sô" tốc độ tương đôi (sai sô" tĩnh) của đặc tính cơthấp nhâ"t không vượt quá sai sô" cho phép cho toàn dải điều chỉnh

- Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể : D ~ 10 : 1

- Chỉ thay đổi được tô"c độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với uư <Ưđm)

- Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơnđiện áp ra

CHƯƠNG 3 : TổNG QUAN VỀ CÁC sơ Đồ CHỈNH LƯU

THYRISTOR.

*3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU

Để câ"p nguồn cho tải một chiều (động cơ kích từ độc lập) chúng ta cần

thiết kê các bộ chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng điện xoaychiều thành một chiều Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu khôngđiều khiển và chỉnh lưu có điều khiển Với mục đích giảm công suất vôcông, người ta thường mắc song song ngược với tải một chiều một điôt(loại sơ đồ này được gọi là sơ đồ điôt ngược) Trong các sơ đồ chỉnh lưu cóđiôt ngược Khi có và không có điều khiển, năng lượng được truyền từ phíaxoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lưu đó chỉ có thể làmviệc được ở chê" độ chỉnh lưu Đôi với các bộ chỉnh lưu có điều khiển,không điôt ngược có thể trao đổi năng lượng theo cả hai chiều Khi năng

lượng truyền từ lưới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở

chê" độ chỉnh lưu, còn khi năng lượng truyền theo chiều ngược lại (từ phíatải một chiều về phía lưới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chê" độchỉnh lưu trả năng lượngvề lưới

Theo dạng nguồn cấp xoay chiều chúng ta có thể chia chỉnh lưu thànhmột trong ba pha Các thông sô" quan trọng của sơ đồ chỉnh lưu là : dòngđiện và điện áp tải, dòng điện chạy trong cuộn dây thứ câ"p biến áp (nếucó), sô" lần đập mạch trong một chu kỳ Sô" lần đập mạch trong một chu kỳ

là quan hệ của tần sô sóng hài thấp nhâ"t của điện áp chỉnh lưu với tần sôđiện áp xoay chiều Theo hình dạng của các sơ đồ chỉnh lưu với chuyểnmạch tự nhiên chúng ta có thể phân loại chỉnh lưu thành các loại sơ đồ sau:

2 z

Hinh 3.1: sơ đồ nôi dây và dạng sóng ra của điện áp và dòng điện tải.

*Nguyên lý hoạt động: khi tải R-L, góc a là góc mở Tiristor, khoảng dẫn

dòng của Tiristor là từ 0|-r 02

u 2 = V2 U2SÌnco

Tiristor khóa do chưa phát xung điều khiển, tại 01 ta phát xung mởTiristor và nó dẫn dòng, đáng lẽ Tiristor sẽ bị khóa tại n nhưng do tảimang tính chất cảm kháng nên khi dòng điện đổi chiều thì Tiristor vẫn còndẫn dòng do cuộn dây xả năng lượng

Trong khoảng từ riH-02 cuộn dây xả năng lượng nên tiristor vẩn thông

Tại 02 tiristor bị khóa do cuộn dây xã hết năng lượng và điện áp đặt lên

tiristor lúc này là điện áp ngược, tại 2ĨT điện áp bắt đầu đổi dấu nhưng

2 CHỈNH LƯU CẲ CHU KÌ VỚI BIEN ẤP CÓ TRUNG TÍNH

* Sơ đồ nôi dây:

&-u

Hình 3.2: sơ đồ nôì dây và dạng sóng ra của chỉnh lưu cả chu kì

với biến áp có trung tính

* Nguyên lý hoạt động: với hình vẽ trên thì nó tương ứng với tải thuần trở

Trong khoảng từ 0-ỉ-ũ thì điện áp ƯAF > 0, UBF < 0 lúc này ta phát xung

mở T| và T| dẫn dòng từ khi phát xung rnởmi đến □, tại □ T| bắt đầuchuyển trạng thái từ mở sang khóa và lúc này điện áp UAF < 0, UBF>0 ta

phát xung mở T2 và T2 dẫn dòng từ c2 cho đến 211 và chu kì sau lai tiếp

Khi tải điện cảm lớn dòng điện liên tục hơn, điện áp tải liên tục hơn, lúc

này điện áp một chiều được tính:

Mổi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ do vậy dòng điện mà van bán

dẫn phải chịu tôi đa bằng 1/2 dòng điện tải, trị hiệu dụng dòng chạy quavan: Ihd=0,71Id

So với chỉnh lưu nửa chu kỳ thì loại chỉnh lưu này có chất lượng điệ áp tốt

hơn dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ

Đ2 T,

3 CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIÊN CÀU MỘT PHA:

Hình3.3:sơ đồ nốĩ dây và dạng sóng điện áp và dong

*Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Trong nửa bán chu kì đầu điện áp anod của tiristor T] dương, lúc này điện

áp catod của T| âm, ta phát xung mở hai tiristor T| và T2 đồng thời, thì cácvan này sẽ được mở thông, T] và T2 dẫn dòng từ Dpũ nhưng vì tải có tínhcảm nên hai van này vẫn dẫn dòng cho đến khi cuộn dây xả hết nănglượng thì hai tiristor này bắt đầu chuyển trạng thái từ mở sang khóa

Đến nửa bán chu kì sau điện áp đổi dấu anod của T3 dương, catod của T4

mang dấu âm, ta phát xung mở cả hai van này thì các van này sẽ được mởthông để đặt điện áp một chiều lên tải có chiều cùng với nửa bán chu kìtrước

Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giông như chỉnh

lưu cả chu kì với biến áp có trung tính

Dòng điện chạy qua van giông như hình 3.2:

2) Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đốì xứng:

a) b)

u

Hình 3.4: dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu một pha điều khiển

Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đốì xứng có thể thực hiện bằng

hai phương án khác nhau, mổi sơ đồ gồm có hai tiristor và hai diod, mổilần câ"p xung điều khiển chỉ cần một xung, điện áp một chiều trên tải cóhình dạng và trị sô" giông nhau, đường cong điện áp tải chỉ có phần điện ápdương, sơ đồ không làm việc với tải có nghịch lưu trả năng lượng về lưới

Sự khác nhau của hai sơ đồ chỉ khác nhau đựơc thể hiện rõ rệt khi làm việcvđi tải có điện cảm lớn, lúc này dòng điện chạy qua các van điều khiển vàkhông điều khiển sẽ khác nhau

Trên hình a khi điện áp anod T] dương và catod Di âm sẽ có dòng điện tải

chạy qua Ti và D] đến khi điện áp đổi dâ"u(với anod T2 dương) mà chưa cóxung mở T2, năng lượng của cuộn dây tải L đựơc xã qua D2 Như vậy việcchuyển mạch của các van không điều khiển D],D2 xảy ra khi điện áp bắtđầu đổi dâu T] sẽ bị khóa khi có xung mở T2, kết quả là chuyển mạch củacác van có điều khiển đựơc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp Ta thâyrằng các van bán dẫn được dẫn thông trong một nữa chu kì (các diod dẫn

từ đầu đến cuối chu kì điện áp âm catod, còn các tiristor được dẫn thông tạithời điểm có xung mở và bị khóa bởi việc mở tiristor tiếp theo ở chu kì kêtiếp)

Trị sô" của dòng điện trung bình chạy qua van:

Dòng hiệu dụng của van:

Theo sơ đồ hình b ta thây khoảng dẫn dòng của tiristor ngắn hơn khoảng

dẫn của diod vì các tiristor sẽ khóa khi điện áp đổi dâu còn diod vẫn dẫn

do cuộn dây xã năng lượng

u2a T,

một chiều như nhau, dòng điện làm việc của van bằng nhau nên việc ứng

dụng của chúng tương đương nhau Nhưng điện áp ngược của van trongchỉnh lưu cầu một pha có điện áp ngược nhỏ hơn, biến áp dễ chê tạo và cóhiệu suất cao hơn Thế nhưng chỉnh lưu cầu một pha có sô" lượng van nhiềugấp hai lần, làm giá thành cao hơn, sụt áp trên van gấp hai lần, chỉnh lưucầu điều khiển đôi xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn do có sô vannhiều hơn

Các sơ đồ chỉnh lưu một pha cho ta điện áp vđi chất lượng chưa cao, biên

độ đập mạch điện áp lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đápứng với tải đòi hỏi chất lượng điện áp tốt Muôn vậy ta phải sử dụng các sơ

đồ có sô" pha nhiều hơn

4 CHỈNH LƯU TIA BA PHA CÓ ĐIÊU KHIÊN.

*sơ đồ nô"i dây:] _

K2íM» £>|

u2b Tạụ* I,

/xxxm—

L

Trong sơ đồ này ta giả sử tải mang tính cảm kháng Ta nôi dây máy biến

áp theo hình sao, trên mổi pha ta nôi một tiristor ba catod đâu chung cho tađiện áp dương cho tải, còn dây trung tính sẽ có điện áp âm

Tại mổi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia, cho

nên tại mổi thời điểm chỉ có một tiristor dẫn dòng

* nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Nguyên tắt mở thông và điều khiển các van ở đây là khi adod của van nào

Hình 3.5: sơ đổ nối dây và dang sổng ra của chỉnh lưu tia ba

pha cổ điểu khiến

Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự

nhiên của các van bán dẫn Các tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏnhất tại thời điểm góc thông tự nhiên(như vậy chỉnh lưu ba pha góc mởnhỏ nhất m=0° sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 30°)

Theo hình vẽ trên thì điện áp tải liên tục hơn như vậy mổi van dẫn thông

trong 1/3 chu kì, nếu điện áp tải gián đọan thì thời gian dẫn thông của cácvan sẽ nhỏ hơn, tuy nhiên trong cả hai trường hợp thì dòng điện trung bìnhcủa các van đều bằng 1/3.1(1

Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khóa với pha

có van đang dẫn, ví dụ như trong khoảng n\+Ũ 2 Ti đang dẫn T3 đang khóacho nên T3 phải chịu áp dây ƯCA

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc

Ặ

,1(1 liên tục, khi góc mở lđn hơn 30 điện áp và dòng điện tải giánđoạn

Trị sô" điện áp trung bình của tải sẽ được tính:

u <la = u <10 c o s aứng với điện áp tải liên tục

Khi điện áp tải gián đoạn (tải gián đoạn và góc mở lớn) điện áp tải được

n

1 + sin —~a

V 3Trong đó: Udo=l,17Ư2f -điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là diod

Ư2f-điện áp pha thứ cấp máy biến áp

* đặc điểm của chỉnh lưu tia ba pha:

So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp tốt

hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao béhơn, việc điều khiển các van bán dẩn trong trường hợp này cũng tương đôiđơn giản Với việc dòng điện mổi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều nhờ

có điện áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép máy biến áp là từ thông xoaychiều không đôi xứng làm cho công xuâ"t biến áp phải lớn, khi chế tạo máybiến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải được đâu sao với dây trungtính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ trên thì dây trung tính phải chịu

5 CHỈNH LƯU TIA SÁU PHA CÓ CUỘN H

KHÁNG CÂN BẰNG.

Sơ đồ nô"i dây:

Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được câu tạo bởi sáu van

bán dẫn nôi tới máy biến áp ba pha vđi sáu cuộn dây

ab

ơ đây ta có hai hệ thông điện áp thứ cấp a,b,c và a, b„c, có sô" vòng nhưnhau nhưng có cực tính ngược nhau Như vậy điện áp tất cả sáu pha tạothành hệ thông điện áp sáu pha

Hình 3.8: dạng sóng điện áp và dòng tải của chỉnh lưu tia sáu pha.

ta đã biết sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có châ"t lượng điện áp tải chưathật tốt lắm Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồnhiều pha hơn Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia 6 pha Sơ đồ độnglực được mô tả như (hình 3-8a)

trong trường hợp dòng điện liên tục (tải thuần trở với góc mở a < — ,

hoặc tại điện cảm) thì điện áp tải được tính như sau :

6

Trong đó :

Udo= l,35Ư2fTheo dạng sóng điện áp ra (hình 3-8b) chúng ta thấy rằng mỗi van dẫnthông trong 1/6 chu kỳ.so với các sơ đồ khác thì chỉnh lưu tia 6 pha chodòng điện chạy qua van bán dẫn là bé nhât Do đó sơ đồ chỉnh lưu tia 6pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn (chỉ cần van nhỏ có thể chế tạo bộnguồn với dòng tải lớn)

6.CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA :

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đôi xứng

có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba

tiristor T],T3,T5 tạo thành tia ba pha cho điện áp dương tức nó là nhómanod, còn T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhómcatod

* nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đốì xứng, dòng điện

V

16 J

/XXXXÌS

/m2T2\_

điểm cần mở tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một

xung ở nhóm anod , một xung ở nhóm catod) Ví dụ ta cấp xung mở tiristor

Ti của pha A phía anod là Hi đồng thời tại đó ta củng cấp xung Ũ4cho T 4

của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự và thứ tự cấpxung điều khiển cũng tuân theo đúng thứ tự pha.u

uf

Hinh 3.6: dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu ba pha diều khiển đối xứng

Khi góc mở van nhỏ hay tải có điện cảm lớn, trong mổi khoảng dẫn của

một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi

cho nhau Điều này có thể thấy rõ trong khoảng □]-^Ũ3, T] nhóm anod dẫn

nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng □ 1-S-ZI2 còn T6dẫn tiếp trongkhoảng Ũ2-Ỉ-Ũ3

Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha bằng 0 khi van

dẫn và bằng điện áp dây khi van khóa

Khi điện áp tải liên tục trị sô" điện áp tải được tính theo công thức:

u = u , c o s a

Khi góc mở tiristor lớn hơn góc □ > 60° và thành phần điện cảm của tải

quá nhỏ thì điện áp tải sẽ bị gián đoạn Trong các trường hợp này dòngđiện chạy từ pha này về pha kia là do các van bán dẫn có phân cực thuận

ư d =u do khiZI > CI/3

*đặc điểm của sơ đồ:

sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha diều khiển đôi xứng là phải đồng

thời mở hai van theo dúng thứ tự pha, do đó gây khó khăn trong việc chếtạo sữa chữa Để đơn giãn hơn người ta dùng chỉnh lưu cầu điều khiểnkhông đôi xứng

b Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đôi xứng :

* sơ đồ nôi dây:

Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm

(anod hay catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như ttrên hình

* nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Các tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở

tiristor của pha kế tiếp Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn tiristorđược dẫn từ thời điểm có xung mở đến khi điện áp đổi dấu Các diod tựđộng dẫn thông khi điện áp đặt lên nó thuận chiều

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đôi xứng có dòng điện và điện áp

tải liên tục khi góc mở van bán dẫn nhỏ hơn 60°, hay khi góc mở tăng lên

và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì điện áp của tải sẽ bị gián đoạn

U , = U c o s a

Khi điện áp tải liên tục: ơ a o

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị sô" điện áp trung bình trên tải bằng 0

khi góc mở đạt tới 180° Điện áp trung bình trên tải là tổng của hai điện ápchỉnh lưu tia ba pha

Uf

Hình 3.7:dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đổĩ xứng

_ 3V3 / X

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

* nhận xét: so với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đôi xứng thì trong sơ đồ

này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện dễ dàng hơn Ta cóthể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu này như một chỉnh lưu tia ba pha.Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệusuất sử dụng biến áp tốt nhât Tuy vậy nó cũng là sơ đồ phức tạp nhất

U3.2LỰA CHỌN sơ Đồ MẠCH ĐỘNG LựcSau khi tìm hiểu về các thông sô" cơ bản, đặc điểm, hoạt động của các

sơ đồ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều hiện nay, cùng với việc phân tích ưu,nhược điểm của từng sơ đồ, căn cứ vào các yêu cầu của việc lưu chọn sơ

đồ thiết ké, chúng ta có thể tiến hành lưu chọn một sơ đồ mạch động lựchợp lý cho tải của ta là động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Do dải điều khiển rộng, độ ổn định dòng điện và điện áp, yêu cầu vềchất lượng điện áp một chiều cao Mặc khác nguồn ở đây là lưới 3 phacông nghiệp, cho nên chúng ta chọn cầu 3 pha

Công suất của động cơ điện một chiều ở đây không quá lớn Hơn nữayêu cầu về chất lượng điện một chiều, chỉ cần ổn định và không chê dòng

hồ quang làm việc tốt, không cần đảo chiều nhanh, nên ta có thể chọn sơ

đồ cầu 3 pha, mạch điều khiển có thể dùng riêng biệt Đặc biệt động cơđiện một chiều của ta lại có điện áp một chiều định mức là 400 V bỡi vậy,

sơ đồ cầu 3 pha có ưu điểm hơn tất cả Theo sơ đồ này khi chỉnh lưu trựctiếp từ lưới chúng ta có điện áp một chiều là : 220.2,34 =515 V

Để có điện áp là 400V dùng cho động cơ ta có thể chê tạo máy biến áp

hoặc điều chỉnh góc mở a nhưng ở đây ta điều khiển chỉnh lưu trực tiếp từ lưới nên ta chỉ cần dùng điều chỉnh góc mở a là đủ.

Mặc khác, chọn chỉnh lưu cầu 3 pha thì việc điều khiển đơn giản hơn so

CHƯƠNG 4 : TÍNH CHỌN sơ Đồ ĐỘNG Lực

l Tính chọn van động lực :

các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tô" cơ bản là : dòng tải,

sơ đồ đã chọn, điều kiện tỏa nhiệt và điện áp làm việc

K n v - hệ sô điện áp ngược

K u - hệ sô" điện áp tải(tra bảng 1 - tài liệu hướng dẫn thíêt kế thiết bị ĐTCS của Trần Văn

Thịnh)

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

K

K„v = 2,45 =vẽ

Thay sô vào ta được :

Điện áp, dòng điện làm việc của van là :

V 3(tra bảng 2 - tài liệu hướng dẫn TKĐTCS - trần Văn Thịnh)

thay vào ta được :

I, v= Ihd = 0,58.9,64

=5,59A

Với :

Ihd , Iđ • Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải

Khd: hệ sô" xác định dòng điện hiệu dụng

Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngược của van cầnchọn lớn hơn điện áp làm việc của van qua một hệ sô dữ trữ:

Unv = kdtu Ư,vChọn Kdtu = (1,6-1 2)

ơ đây ta chọn Kdtu =1,8, Vậy unv = 1,8.418,667 = 753,60 VIđm van Ki I,v (3)

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

=> ^mvan = J ^ 1 - I lv = 3 > 57 - 5 > 5 9 = 19,95A

tra bảng thông sô" các van, chọn các van với thông sô" điện áp ngược(Unv) , dòng điện định rnức(Iđm) lớn hơn hoặc gần nhât với các thông sô đãtính được ở trên ta được:

6 triristor loại : C139N20M với các thông sô" định mức:

-Điện áp ngược cực đại van là: Unvmax=800V

-Dòng điện làm việc(định mức) cực đại là: Iđmv.=20A

-Dòng điện đỉnh cực đại : Ipikmax-=200A-Dòng điện xung điều khiển: I„max=180mA

- Điện áp xung điều khiển: u„max= 3,0V

-Dòng điện tự giữ : Ih = 150mA

-Dòng điện rò : Ir = 4mA

- Sụt áp trên thyristor ở trạng thái dẫn: ÀUmax=4V

-Đao hàm điên áp : — = 200ỵ/

-Thời gian chuyển mạch (mở và khóa) : tcm = lOps

- Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax = 125 °c

* Chọn 6 điôt loại 20ETS08FP các thông sô" định mức:

20A

- Điện áp ngược của điôt : un = 800 V

- Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 375A

- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của điôt : AU = 1,1 V

-Dòng điện thử cực dại : Ith = 20A-Dòng điện rò ở nhiệt độ 25°c : 1,— lOOpA

- Nhiệt độ cho phép :Tcp=150°C

2 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch :

sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đậpmạch theo, làm xâu đi chất lượng dòng điện một chiều, và làm xâu đi quá

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

trình chuyển mạch cổ góp động cơ, làm tăng phát nóng của tải do các

thành phần sóng hài

Thường chúng ta đánh giá ảnh hưởng của đập mạch dòng điện theo trịhiệu dụng của sóng hài bậc nhất, trị sô" điện cảm của cuộn kháng lọc thànhphần dòng điện đập mạch được tính theo biểu thức sau :

Trong đó :

LL : trị sô điện cảm lọc đập mạch cần thiết (Henry)Idđm = 9,64 A là dòng điện định mức của bộ chỉnh lưu

(0 = 314 (1/s) tần sô" góc

K = 1,2, 3, bội sô" sóng hài

m = 6 là sô lần đập mạch trong một chu kỳUdn max : biên độ thành phầnsóng hài của điện áp chỉnh lưuIi*% : trị hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản lấy tỉ sô" theo dòng

điện định mức của chỉnh lưu li = 10%Idđm = 0,964AQuan hệ giữa tỉ lệ của biên độ sóng hài theo trị trung bình điện áp

udn inax

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

AUvl : sụt áp tiristorAUv2 : sụt áp điôtAUdn —0 là sụt áp trên dây nôi

ta có phương trình cân bằng điện áp khi có tải

U(io (cosamin) — ud + AUv -i-AUdn

coslO0

Đồ án tốt nghiệp sv Tô Ngọc Quốc

p = 2 sô" đôi cựcThay vào (5) ta có điện cảm phần ứng của động cơ :

Trong quá trình xây dựng mạch điều khiển cho hệ truyền động tiristorcủa ta thì một yêu cầu quan trọng đặt ra là phải đảo chiều quay của động

cơ một chiều (để dẫn đến việc đảo chiều quay của truyền động chính) Dotiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở, còn khóatheo điện áp lưới Cho nên việc truyền động van đảo chiều khó khăn vàphức tạp hơn hệ truyền động máy phát - động cơ

* có hai nguyên tắc cơ bản xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ độngcơ

- Giữ nguyện chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng địên phần ứng.Trong

thực tế các sơ đồ truyền động (T - Đ) đảo chiều có nhiều, xong đềuđược

thực hiện theo một trong hai nguyên tắc trên

4 lựa chọn sơ đồ truyền động (T-Đ) có đảo chiều thích hợp.

Từ những yêu cầu về công nghệ đã tìm hiểu ở chương đầu, qua tìmhiểu về tải đến đây ta có thể đưa ra hai loại sơ đồ chính cần lựa chọn

* sơ đồ truyềnđộng dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng động cơ vàđảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng

* Sơ đồ truyền động theo phương pháp điều khiển riêng bằng logíc điệntử