động cơ điện một chiều,và hệ truyền động tirstor

Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rấttốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độbằng 0.. Trong đồ án thiết kế này ta chỉ quan tâm tới loại

Trưòng ĐHBK Hà Nội CO

-MỞ ĐẦU ĐỒ án tốt nghiệpĐiều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội Bất kì ở vịtrí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển

Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúngta

Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều đuợc sử dụng rộng rãi nhưngđộng cơ điện một chiều vẫn tồn tại Trong công nghiệp, động cơ điện một chiềuđược sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độbằng phẳng và phạm vi rộng Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rấttốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độbằng 0) Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so vớiđộng cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than

Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là một ứng dụngcủa kỹ thuật điều khiển Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện

áp phần ứng động cơ Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện ápkích từ cho động cơ Hệ thống này thường được dùng cho các động cơ điệnđược cấp điện từ lưới xoay chiều Nhóm chúng em gồm 4 người được giao đồ

án thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện 1 chiều Đồ án gồm 3 phần

Phần I: Tổng quan chung về động cơ điện một chiều,và hệ truyền động

tirstorPhần II: Tính chọn thiết bị mạch lực mạch điều khiển

Phần III: Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện

Em rất mong đươc sự đóng góp ý kiến cuả các thầy cô trong bộ môn để đồ áncủa em được hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Diễn cùngtoàn thể các thầy cô trong bộ môn đã tận tinh hướng dẫn để em hoàn thành đồ

án này em xin chân thành cảm ơn!

Sinhviên: Lưu Văn Thắng

Trường ĐHBK Hà Nội Đồ án tốt nghiệp

PHẦN ĩ

TỒNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG cơ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR

I TỎNG QUAN VỀ ĐỘNG cơ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1 Cấu tạo động CO’ điện một chiều

Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:

LJ=t ừ + / \r J

í ,

- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩthuật

điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao

do dòng điện xoáy gây lên

Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục

Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto

Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạyDây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện

Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn

Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diệnhình chữ nhật

Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

Co cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

2 Nguyên lý làm việc của động CO’ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều u vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lựcFđt tác dụng làm cho rôto quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau,

do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm

bảo động cơ có chiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư

nên sức điện đông Eư còn được gọi là sức phản diện

Phương trình điên r 7_ Z7 ■ D Táp là:

3 Phân loại động cơ điện một chiều

Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từthành các động cơ điện sau:

Đồ án tốt nghiệp

-Đông cơ điên kích từ đôc lâpĐộng cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ đuợc cấp điện từmột nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng

Đông co kích từ nối tiếpĐộng cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phầnĐông co kích từ hỗn hop

Động cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ songsong và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủyếu

II KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ MỘT CHIỀU

1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năngkhác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau.Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ Đặc tính cơ dùng để xácđịnh điểm làm việc xác lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệthống truyền động điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là mặt phang tọa độ giữa co vớimomen co = f(M)

Trong đồ án thiết kế này ta chỉ quan tâm tới loại động cơ một chiều kích

từ độc lập

Phương trình dăc tính co

trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lạixuất hiện một sức phản điện động có chiều ngược với

điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng động cơ:

Trưòng ĐHBK Hà Nội GQ — Đồ án tốt nghiệp

u = E + Iư ( Rư + Rf)Trong đó: + uư : điện áp phần ứng ( V ) Hl Sơ đồ nối dây của

động CO'

+ E: sức điện động phần ứng ( V )+ Rư : điện trở của mạch phần ứng (Q)+ Rf: điện trở phụ của mạch phần ứng+ Iư : dòng điện mạch phần ứng

Sức điện động Eu của phần ứng động cơ là tỷ lệ với tốc độ quay của rôto :

E = k.O.coTrong đó: + k = hê sô câu tao của đông cơ

Neu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì Mcơ = Mđt = M

Từ các phương trình trên ta có: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

u R ư + Rf

co = — -, :* M

Ấ.o (Ấ.O )Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức và không mắcthêm điện trở phụ vào mạch điện trở thì phương trình đặc tính cơ là:

„ _ K

(ẨT.O)2M

Trưòng ĐHBK Hà Nội ~m - Đồ án tốt nghiệp

Đặc tính cơ của phương trình này gọi là đặc tính cơ tự nhiên

Tốc độ CDo = Uư/k.O là tốc độ không tải lý tưởng

Khi phụ tải tăng dần từ Mc = 0 đến Mc = Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần

từ C0o xuốngcOđmnên phương trình đặc tính cơ có dạng:

Cở = co„- A co

R

Với: Aco = —-Vr _đô sut tôc trên đăc tính cơ

(M>)Đặc tính cơ

Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông

o = const thì phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độclập tuyến tính có dạng hàm bậc nhất y = ax + b nên đường biểu diễn trên hệ tọa

độ MOco là một đường thẳng cắt trục Oco tại co0 với độ dốc âm

Cừ ik

H2 ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH cơ Tự NHIÊN

2 ĐIỀU CHỈNH TỐC Độ ĐỘNG cơ MỘT CHIỀU

a Chi tiêu điều chỉnh tốc dô

Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền độngđiện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Để đánhgiá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉtiêu sau:

Sai sô tôc độ

X100

Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độđặt và được đánh giá thông qua:

Dải điều khiển tốc độDải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhấtcủa tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

tí-^max

^minMong muốn D càng lớn càng tốt

Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước

b Các phương pháp điều khiển tốc đô đông cơ mốt chiều

về việc điều chỉnh tốc độ, động cơ một chiều có nhiều ưu điểm so vớicác

loại động cơ khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao trong một dảirộng

Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

co = ỉ^ ^—M k& (Ẩ.O)

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Ta thấy rằng việc điều chỉnh động cơ điện một chiều có thể thực hiệnđược bằng cách thay đổi các đại lượng: Rư , o, Ưư

Thực tế có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

Phưong pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng

Đây là phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động cơ trongnhiều năm

Nguyên lý điều khiểnTrong phương pháp này người ta giữ u = Ưđm; o = Ođm và nối thêm điệntrở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

H3 đặc tính CO’ của động CO’ khi thay đổi điện trỏ’ phụ

ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên pTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính

cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ.Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính

cơ tự nhiên

Đặc điểm của phương pháp

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Đánh giá các chỉ tiêuTính liên tục: phương pháp này không thể điều khiển liên tục được màphải điều khiển nhảy cấp

Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải Tải càng nhỏ thì dải điềuchỉnh D = comax / comin càng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D

= 3:1Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trởphụ lớn

Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản

Phưong pháp 2: Thay đổi từ thông o

Nguyên lý điều khiểnGiả thiết u= Ưđm; Rư = const Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thayđổi

dòng điện kích từ

Thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trởvào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ

Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (O

= Omax) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nênchỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông o tức là điều chỉnh tốc độ trongvùng trên tốc độ định mức

—> Khi giảm o thì tốc đô không tải lý tưởng C 0 0 = tăng, còn đô

k<ĩ>

Trưòng ĐHBK Hà Nội -ta - Đồ án tốt nghiệp

p =

-R,

thu được họ đặc tính cơ năm trên đặc tính cơ tự nhiên

H4 đặc tính CO’ của động CO’ khi giảm từ thông

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng vàtăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi Vì vậy muốn giữ cho

dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì

ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ

Đặc điểm của phương phápPhương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định

Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch

Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điềukhiển với công suất không đối

Đánh giá các chỉ tiêu điều khiểnSai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tựDải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơntrong dải điều chỉnh D = 3 :1

Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏnên ta có thể điều khiển liên tục với o « 1

Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liêntục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích

từ = (1 - 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp)

—» Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện mộtchiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển

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

Nguyên lý làm việc

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn(máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển )

Trưòng ĐHBK Hà Nội ~m - Đồ án tốt nghiệp

H5 đặc tính CO’ của động CO’ khi thay đổi điện áp

Ở phương pháp này: u = var;

Ođm = const; Rf= 0Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông củađộng cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độkhông tải lí tưởng co0 = u /k.o thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng

Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính Cơ tựnhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức

Đặc điểm của phương phápĐiện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh.Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển

Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì o và Iư đều khôngđổi

Đánh giá chi tiêu điều khiểnSai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự

Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi Các

bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục

Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1

Trường ĐHBK Hà Nội EQ Đồ án tốt nghiệp

—» Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ độngcơ

trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều

=> Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấyphương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cảnên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiềuCÁC Bộ BIẾN ĐỔI ĐẺ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG CỦA ĐỘNG cơ

Hê thống F- Đ :Hệ thống F - Đ là một trong các phương án điều chỉnh tốc độđộng cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Nguyên lý điều khiển

Theo sơ đồ thì động cơ Đi biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành

cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biếnđổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơmột chiều chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất

Để điều khiển tốc độ động cơ cần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động

cơ, thông qua sức điện động của máy phát: E = kMF.®.coMF

Khi máy phát F được quay với tốc độ CỪMF cố định, sức điện động củamáy

phát EMF phụ thuộc vào dòng kích từ IkMF theo luật đường cong từ hóa: EMF =kMF-tt>MF- a-IkMF

Xét phương trình đặc tính cơ:

MSX

Trường ĐHBK Hà Nội ~ea - Đồ án tốt nghiệp

c

k D®D

R MD + Kf

H6 đặc tính CO' của hệ (F - Đ)

Ta thấy khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát ta điều chỉnh đuợc

tốc đô không tải của hê thống: Củ 0 = mfCờmf(X j kMF còn đô cứng

đăc tính cơ: p F _ D = thì giữ nguyên

Do đó các đuờng đặc tính cơ là một họ đường thắng song song

Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ cónhững đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc Hệ

F - Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ

+ Đặc điểm của hệ F - Đ

*ưu điểm

Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn.Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín)

Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh

Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ

Hệ điều chỉnh đơn giản

Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%)Điều chỉnh sâu bị hạn chế

Hiện nay nguời ta có khuynh huớng thay thế hệ F - Đ bằng hệ thống CL - Đ

Hê thống CL - Đ mốt chiều

Hệ thống CL - Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điều ápmột chiều Khi nối nó vào mạch phần ứng với động cơ

điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ thống CL - Đ

Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trựctiếp biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều khôngqua một khâu trung gian cơ học nào

Hiện nay các Tiristo được dùng phổ biến để tạo racác bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn

hao ít, tác động nhanh

- Nguyên lý điều khiểnĐộng cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộchỉnh lưu Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành điện một chiều cấpđiện cho phần ứng của động cơ điện một chiều

Khi điều khiển góc mở của các Tiristo (tức là Tirito chỉ được mở khi điện

áp anod dương hơn catod) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điềukhiển tốc độ động cơ điện một chiều

- Các chế độ làm việcChế đỏ dòng diên liên tưcKhi mômen tải tăng M tT thì dòng điện Iđc T dẫn đến năng lượng điện từtăng Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớnlàm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kếtiếp

Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu

U CL = Udo.cơsa

Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy và xả nănglượng Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xảnăng lượng nhỏ Vì vậy khi điện áp của lưới nhỏ hon sức điện động của động

cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủduy trì tính chất liên tục của dòng điện Lúc này, dòng điện qua van trở về 0trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn

Chế đô biên liên tưcKhi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ

sẽ phải qua một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục

- Đặc tính cơ của hệ thốngChế đô dòng điên liên tưcPhương trình đặc tính cơ:

Q) _ U(X + Rạ Udo-cosa + Rạ

Thay đổi góc điều khiển a = ( 0 - 7i),điện áp của chỉnh lưu biến thiên từUdo - (- Udo) và ta được họ đặc tính song song nằm ở nửa bên phải của hệ trụctọa độ {M, co} Những đặc tính đó không tồn tại ở nửa mặt bên trái là do cácvan

không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Khi đó tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển a

_ ư d ữ.c o s a

ỠJ n = —í

-K&dm

Và độ cứng đặc tính cơ: B = là không đổi

—» Các đường đặc tính của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ

Chế dô dòng điên gián doanPhương trình đặc tính cơ:

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

1 ư2 m cosy.sin(ơ 0 -y)sin(< 2 „-ỵ + Ẳ)exp(Ăcotgỵ)

k® dm 1 - exp(/l cot gỵ)Khi làm việc ở chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính cơ không làđường thẳng, là đường cong có độ cứng thấp hơn

Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là đường phân cách giữa vùng dòngđiện liên tục và vùng dòng điện gián đoạn chính là tập hợp các đường trạng thái

biên {Mbit; C0bit} khi thay đổi góc a = ( 0 - n ) gần đúng là đường elip có các

Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn

Có khả năng điều chỉnh trơn (y ~ 1) với phạm vi điều chỉnh

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụtrong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm

xấu điện áp nguồn

Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất cosy thấp nhất

HẺ THÓNG BĂM ÁP ĐỒNG cơ

Bộ băm áp một chiều dùng để biến đổi trị số điện áp,dòng điện một chiều dựa trên nguyên lý đóng ngắt có chu kìnguồn điện một chiều

- Nguyên lý điều khiểnKhi khóa K đóng dòng điện tăng làm tăng tốc độ động

cơ và tích lũy năng luợng điện từ cho điện cảm trong mạch Trong thời gian

khóa cắt, năng luợng điện từ đã tích lũy sẽ phóng qua V0 để duy trì dòng điệnphần ứng

- Các chế độ làm việcChế dô dòng diên liên tucKhi dòng và điện cảm trong mạch đủ lớn thì nănsg lượng điện từ đủ duytrì dòng điện cho đến khi bắt đầu chu kì mới Khi đó dòng phần ứng có dạng liêntục

Điện áp một chiều được điều chỉnh bằng bộ băm áp cung cấp cho phầnứng của động cơ

Điện áp môt chiều được băm với điện áp trung bình:

u„=ịu i =y.u,

Ta điều chỉnh thông qua chu kì T Chu kì càng nhỏ (tần số càng lớn

f = 1 /T) thì vùng gián đoạn càng nhỏ, chất lượng điều khiển càng cao

—» Điều khiển băm áp có chất lượng tốt hơn điều khiển chỉnh lưu khi tần

số f cao

Chế dô dòng diên gián dơan

Trưòưg ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị nhỏ thì đường cong có dạng giánNeu dòng điện và điện cảm có giá trị giới hạn nào đó thì dòng điện có thểgiảm đến 0 đúng vào thời điểm đầu của chu kì tiếp theo Khi đó ta có dòng biênliên tục

H8 đặc tính CO’ của hệ thống vói dòng liên tục

Để điều khiển tốc độ ta điều khiển hệ số y tức là điều khiển độ rộng xungđiện áp 0 trong chu kì điện áp

Trong vùng liên tục, đặc tính cơ là tập hợp các đường thẳng song songvới

tốc độ không tải lý tưởng

Cở n = JỂL-và độ cứng đặc tính cơ: 8 =

k® dm 5 Ra+Rt.

Với dòng diên gián đoan

Trưòng ĐHBK Hà Nội 03 — _Đồ án tốt nghiệp

Đặc tính cơ là các đường cong Cũng như trong hệ CL - Đ, ở chế độ này

do mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm

Biên giới liên tục là đường có dạng nửa hình elip nằm ở góc phần tư thứnhất và có dạng nét đứt trên hình vẽ

+ Đặc điểm:

* Uu điêm

Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắc chắn

Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên

*Nhược điểm

Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ

Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tínhkém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều

III: HỆ TRUYỀN ĐỘNG (T-Đ)

-Hệ TĐ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khinối nó vào mạch phaaní ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽđược hệ TĐ

-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòngxoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào -Hiện nay Tirstor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diềukhiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ , tổn hao ít tác động nhanh

1 Nguyên lý điều khiến động CO’ điện một chiều: nhận năng lượng từ

lướixoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng mộtchiều

.Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều

2 Các chế độ làm việc

a Chế dô dỏng liên tuc -Khi mô men tải Mt tăng thì dòng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượngđiện từ tăng Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn

Trưòng ĐHBK Hà Nội _ 03 — _Đồ án tốt nghiệp

dây lớn làm cho năng lượng xẳ ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thừi điểm mở

-Khi ở chế độ dòng liên tục

Uci=Ưdo-cosa

b, Chế độ dòng gián đoạn ■-Do mạch của động co có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy năng lượng.Nếu dòng điện nhỏ , lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả nănglượng nhỏ , vì vậy điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động cảu động cơ nănglượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trìtính chất liên tục của dòng điện Lúc này dòng điện qua van trở về 0 trước khivan kế tiếp bắt đầu dẫn

c, Chế dô biên liên tưc ■-Khi chuyển từ trạng thái kliên tục sang trạng thái gián đoạn hệ sẽ phảitrải qua một trạng thái giới hạn , đó là trạng thái biên liên tục

-Khi đó tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển a

^/Q-cosa

-Và độ cứng đặc tính cơ

Trường ĐHBK Hà Nội — £Q “ Đồ án tốt nghiệp

-Độ tác động nhanh , cao tổn thất ít giảm tiếng ồn hiệu suất lớn có khảnăng điều chỉnh trơn (8-l)với phạm vi điều chỉnh rộng (D-102-103)

-Có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cảithiện điều kiện làm việc của hệ

+Nhược điểm :\

-Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc không cao , khả năng quátải về dòng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đậpmạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên

cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn

- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos y thấp nhất

Trưòng ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

PHẦN II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH Lực VÀ

MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

I: TÍNH CHỌN THIÉT BỊ MẠCH LựC:

1: LựA CHỌN sơ ĐỒ MẠCH LựC:

Dựa trên những phân tích đánh giá về các ưu nhược điểm của các loại

Sơ đồ về chỉnh lưu ,với tải là kích từ động cơ thì dùng chỉnh lưu cầuMột pha ,điều khiển đối xứng là họp lý hơn cả vì nó cho chất lượngĐiện áp và dòng một chiều tốt nhất:

~ea ~ Đồ án tốt nghiệp Trưòng ĐHBK Hà Nội

GIỚI THIỆU MẠCH Lực :

Mạch lực gồm : 4 Triristor T1 -T 4mắc với nhau thành một sơ đồ

Cầu đối xứng;

2 Điện trở RJ;R2

2 Tụ Ci;C2 mắc nối tiếp nhau và từng nhóm mắc song song với

Triristor nhiệm vụ bảo vệ quá tải về điện áp

1 Ap tô mát AT dùng để đóng cắt để sửa chữa khi có sự cố đồng thời nóđuợc bảo vệ động cơ khi ngắn mạch :

1-3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Lực :

Đóng AT cấp nguồn cho mạch lực

Khi ® =®1 cho xung điều khiển mở Ti Trong khoảng từ ®l-®2 Tiristor TI và T4 cho dòng chạy qua , khin điện áp vào đổi dấu Thì T3 mởngay TI tự nhiên khoá lại dòng id =1 d chuyển từ TI Sang T3 lúc này T3 và T4cùng cho dòng chạy qua ud= 0

+ Khi ® =®3 =n + a cho xung mở T2 dòng tải id =Id chạy qua T3 và T2Đồng thời T4 bị khoá lại

Quá trình có thể lặp đi lặp lại sơ đồ sử dụng van là Tiristor khi muốnngừng hoạt động ta có thể ngắt AT cắt nguồn:

1-4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ :

4-1 ỉ Các sổ liệu ban đầu của mạch lực :

p = 2,2 (kw)

uđm = 220 (v)Iđm = 10 (A)Nđm = 1500 (v/p)r| = 0,85

Trường ĐHBK Hà Nội — £Q — Đồ án tốt nghiệp

Các thông số cơ bản của van được tính như sau

Kđtv la hệ số dự chữ điện áp thường lấy >1,6

Nên dòng điện đinh mức của van là

Iiv = Khd 1 =0,67.10 =6,7 ( A) Khd =0,67

Do chỉnh lưu cầu một

phaDòng điện định mức của van được chọn dựa vào điều kiện làm mát vanchọn điều kiện làm mát van bằng không khí tức làm mát tự nhiên bằng cánhtản nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép làm việcIđmv =Kj Iiv =1,5.6,7 =10 (A)

Điện áp ngược cực đại của van là : un = 400(v)

Dòng định mức của van là : Iđm = 15(A)

Đỉnh xungdòng điện : Ipik = 220(A)

Dòng điện của xung điều khiển Iđk = 40(mA)

Điện áp của xung điều khiển Ưđk=2(v)

Sụt áp lớn nhất của tiristor Àư =2,8(v

Trưòng ĐHBK Hà Nội —to “ Đồ án tốt nghiệp

Tốc độ biến thiên điện áp — = 200(v/ m)

Tốc độ biến thiên dòng điện — = 180(Ajug)

dt

Thời gian chuyển mạch Tcm =50|US

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =125°c

4-3: Tỉnh chọn thiết bị bảo vệ van:

Dùng áptômát để tác động nhanh đóng cắt mạch đọng lực tự bảo vệ Quátải và ngăn mạch tiristor

+ chọn áptômát (AT) có Idm =(l,l-l,3)Id

Sao cho dòng bảo vệ của áptômát không vượt quá dòng ngăn

Mạch của thứ cấp

Chọn Iđm =l,llld =1,1.3,74 =4,11(A)

Ưdm=220(v)

Dùng cầu chì ( cc) tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch , nhóm 1 cc bảo

vệ ngắn mạch bên ngoài được chọn theo Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứcấp của máy biến áp

Iicc =1,1.12=1,1.6,7 =7,37 (A)

Chọn Iicc =8 (A)

Nhóm 2cc bảo vệ van phụ tải

I2CC =1,1 Id =1,1.10 =11(A)

+; Bảo vệ quá nhiệt độ cho van bán dẫn

Để van bán dẫn làm việc an toàn không bi trọc thủng vì nhiệt ta phảichọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt họp lý hiện nay phổ biến người ta thườngdùng làm mát bằng cánh tản nhiệt

- tổn thất công suất trên 1 tiristor

Bảo vệ quá điện áp:

Quá điện áp chuyển mạch xuất hiện khi van bán dẫn chuyển mạch từtrạng thái thông sang trạng thái ngắt Để bảo vệ về điện áp chuyển mạch người

ta nối song song với mỗi van một mạch R- c khi có mạch R-C mắc song songvới tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nêntiristor không bị quá điện áp trị số của điện trở và điện dung của mạch tuỳ theotừng loai van:

c = (0,25^4) (pF)

Vậy ta chọn R = 22Q c = 0,47 (pF)

4-4: xách định thông so mạch phần ứng :

Với các thông số đã cho của động co ta tính được điện trở phần ứng động

co Theo công thức phần ứng :

Trường ĐHBK Hà Nội

Thay số ta có :

5,6.220 10.2.3000/9,55 0,2 (H)