Đồ án chuyên môn tự tự động hóa : Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 500vp đến 1500vp khi mang tải định mức, có đảo chiều điều khiển chung

Điện tử công suất và truyền động điện là lĩnh vực kỹ thuật hiệnđại, nghiên cứuứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việcở chếđộ chuyển mạch và quá trình biến đổiđiện năng.Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cảở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệpđiện tử nói chung và điện tử công suất, truyền động điện nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.Với mục tiêu công nghiệp hoá hiệnđaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sưđiện những kiến thức vềđiện tử công suất và truyền động điện. Cũng với lý do đó, chúng em được làm đồán học phần I và II (điện tử công suất và truyền động điện).

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa: Điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌCMôn : Đồ án chuyên môn tự tự động hóa

Đề tài: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 500v/p đến 1500v/p khi mang tải định mức, có đảo chiều điều khiển chung.

Giáo Viên Hướng Dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn

Sinh Viên Thực Hiện : Nhóm 25:

Phạm Văn Sử Nguyễn Nhữ Thái

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I 5

GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA – ĐỘNG CƠ 5

ĐIỆN 1 CHIỀU 5

A Tổng quan về sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia 5

1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha: 5

2 Nguyên lí hoạt động 6

B.Giới thiệu về Tiristor, động cơ điện 1 chiều 13

1 Giới thiêu về Tiristor 13

2 Giới thiệu động cơ một chiều 14

2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 15

2.1.1 Phần tĩnh 15

2.1.2 Phần quay 15

2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập 17

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý: 17

2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : 18

2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: 18

2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông: 19

3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều 20

3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều 20

3.2 Giới thiệu sơ đồ 21

3.2.1 Hoạt động của hệ thống 21

3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống 23

CHƯƠNG 2 25

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 25

1 Điện áp ngược của van: 25

2 Dòng điện làm việc của van: 26

II Tính toán máy biến áp: 27

III Thiết kế cuộn kháng lọc: 38

1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: 38

2 Xác định các thành phần sóng hài: 39

3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: 41

4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 42

CHƯƠNG 3 47

TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 47

1 Thiết kế mạch điều khiển: 47

2 Vi mạch TCA 780: 49

3 Khâu khuếch đại xung: 52

4 Khâu truyền hàm điều khiển: 53

CHƯƠNG 4 58

MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 58

1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ: 59

2 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: 59

3 Bảo vệ quá dòng điện cho van: 60

4 Bảo vệ quá điện áp cho van: 61

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất và truyền động điện là lĩnh vực kỹ thuật hiệnđại, nghiêncứuứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việcở chếđộ chuyển mạch

và quá trình biến đổiđiện năng

Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cảở nước ta các thiết

bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnhvực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt,sợi, đóng tàu… đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của côngnghiệpđiện tử nói chung và điện tử công suất, truyền động điện nói riêng Đó lànhững minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này

Với mục tiêu công nghiệp hoá hiệnđaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sưđiện những kiến thức vềđiện tử công suất và truyền động điện Cũng với lý do đó, chúng em được làm đồán học phần I và II (điện tử công suất và truyền động điện).

Dưới sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy Nguyễn Đăng Khang, chúng em đãđược nhận và làm đề tài “ Nghiên cứu thiết kế bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia”.Mặc dù đã dành nhiều cố gắng xong không tránh khỏi những sai sótnhấtđịnh, chúng em mong được sự góp ý của thầy, cô

Nhóm sinh viên thực hiện

Vũ Văn DoanhHoàng Văn Đông

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA – ĐỘNG CƠ

ĐIỆN 1 CHIỀU

A Tổng quan về sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia

1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha:

Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

Hình 1.2: Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha.

 Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha:

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1

 Điều kiện khi cấp xung điều khiểu chỉnh lưu:

- Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính

- Khi biến áp đấu hình sao (Y) trên mỗi pha A,B,C nối 1 van 3 catod đấu chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm

3 pha này dịch góc 120 độ theo các đường cong điện áp pha, cso điện áp của 1 pha dương hơn của 2 pha kia trong khoảng 1/3 chu kì

- Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn của pha kia Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

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

âm đến 0 (từ đóng sang khóa) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào

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

Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi góc α=0

 Qua hình trên ta thấy:

- Lúc θ1<θ<θ2→ v a>v b>v c v acó giá trị lớn nhất nên T1 mở dòng chạy qua T2;

E: Suất điện động phản kháng của động cơDòng trung bình:

Giả thiết tải R,L,E u chuyển mạch tức thời.

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

- Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1:u d=u1

- Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: i d=I d=i1

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

Trong nhịp V1:u v 2 từ âm chuyển lên 0, khi u v2=0 thì T2 mở, lúc này

u v1=u2−u1=0và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2

- Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2:u d=u2

- Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2: i d=I d=i2

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

u v2=u2−u3=0và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.

- Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3:u d=u3

- Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3: i d=I d=i3

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

Trong nhịp V3:u v 1 từ âm chuyển lên 0, khi u v1=0 thì T1 mở, lúc này

u v3=u3−u1=0và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1

Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện i dcùng dạng sóng u d , khi điện kháng tải tăng lên dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi L d tiến tới vô cùng dòng điện i d sẽ không đổi:i d=I d

Trị trung bình của điện áp tải:

Cả 2 Thyristor T1, T2 đều cho dòng chạy qua làm ngắn mạch 2 nguồn e avà e b Nếu chuyển gốc tọa độ từ θ sang θ ta có:

e a= √ 2.U2.sin(θ+ 5 π

6 +α)

e a= √ 2.U2.sin(θ+ π

6+α).Điện áp ngắn mạch:

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor

- Nếu α ≤ 30 →U d , I d liên tục

- Nếu α >30 →U d , I d gián đoạn

Hình 1.4: Giản đồ đường cong khi α = 300 tải thuần trở

Hình 1.5: Giản đồ đường cong khi góc mở α=600.

 Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha:

- Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện 1 chiều tốt hơn

- Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn

- Thành phần sóng hài bậc cao tốt hơn

- Việc điều khiển các van bán dẫn cũng đơn giản hơn

Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều, do biến áp 3 pha 3 trụ mà

từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao (Y), có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải

B.Giới thiệu về Tiristor, động cơ điện 1 chiều

1 Giới thiêu về Tiristor

Tiristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn gồm pnpn liên tiếp nhau tạo nênAnôt, Katôt và cực điều khiển G (hình vẽ)

Hình 1.6 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.

 Nguyên lý làm việc của Tiristor:

Khi đặt Tiristor dưới điện áp một chiều, anôt vào cực dương, katôt vàocực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 bị phân cựcngược.Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2.Điện trường nội tại E1của J2có chiều hướng từ N1 về P2.Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1,vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điệnchảy qua Tiristor mặc dù nó được đặt dưới điện áp thuận

 Mở Tiristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so vớiK), các điện tử từ N2 chạy sang P2 Đến đây một số ít trong chúng chảy vàonguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phầnlớn điện tử, chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2, lao vào vùngchuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kếtgiữa các nguyên tử silic, tạo nên những điện tử tự do mới Số điện tử mới đượcgiải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp.Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tửchảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượngdẫn điện ào ạt.J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xungquanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100 μss

.Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10 μss

 Khóa Tiristor:

Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig khôngcòn là cần thiết nữa.Để khóa Tiristor có 2 cách:

IH

Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK< 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phâncực ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảocực tính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nêndòng điện ngược chảy từ katôt về anôt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài

Lúc đầu của quá trình, từ t0 đến t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1 rồi

J3 trở nên cách điện Còn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1 và J3,hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tínhchất của mặt ghép điều khiển

Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tảiphụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor: Ud = Ud0.cos α

Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện

áp trung bình ra tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển α thì điện áp trung bình sẽgiảm, ngược lại, giảm α thì điện áp trung bình sẽ tăng Giá trị lớn nhất củađiện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc α =0

Dòng điện trung bình qua tải:

2 Giới thiệu động cơ một chiều

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loạimáy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụngnguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy màđộng cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầucao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghànhcông nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhấtđịnh của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảoquản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) nhưng do những ưuđiểm nổi trội của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhấtđịnh trong sản suất.

2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

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

2.1.1 Phần tĩnh

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

+) Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dâyquấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹthuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơđiện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ cácbulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộndây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặttrên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếpvới nhau

+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cảithiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thâncực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từphụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm

vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùnggang làm vỏ máy

+) Các bộ phận khác:

- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dâyquấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắpmáy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thườnglàm bằng gang

- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổithan bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổgóp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giáchổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khiđiều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

2.1.2 Phần quay

Bao gồm những bộ phận chính sau :

+) Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹthuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổnhao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi

ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió đểkhi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạnnhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làmviệc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thểtiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

+) P Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suấtđiện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dâyđồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thườngdùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diệnchữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặthoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

+) Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổgóp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình

ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica.Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vàcác phiến góp được dễ dàng

+) Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thườngchế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trêntrục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi quavành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trụcmáy thường làm bằng thép cacbon tốt

Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:

2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :

Giả thiết : Uư=Uđm=const

 = đm=const

Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:

0 =

U dm KΦΦ dm=Const

R KT

U KT

Khi Rfcàng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với Rf=

họ đặc tính biến trở có dạng như hình 1.4 Ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu

Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch vàmômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương phápnày để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

Hình 1.8: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập

khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết : = dm = const

Rư= const

Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư<Uđm ta có:

Tốc độ không tải lý tưởng : ω 0 x=

U x KΦΦ dm=Var

ứng với phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điềuchỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động

Hình 1.9: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt

vào phần ứng động cơ

2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết : Uư = Uđm = const

Rư = const

Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ

Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 x=

U dm KΦΦ x=var

Độ cứng đặc tính cơ: β=−

(KΦφ x)2

R u =var

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

khi từ thông giảm thì ω 0 x tăng, còn β sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với

ω 0 x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

Hình1.10:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: I nm=

U dm

R U =Const

Mô men ngắn mạch: Mnm = KxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểudiễn trên hình 1.10

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơthì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.10b)

3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều

3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều

Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổiđiện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải

Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy

mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự làđiện áp đập mạch Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng

do nguồn xoay chiều rất khác nhau

Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra

là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiềuđiều khiển ngược

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà

có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnhlưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia

- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điềukhiển, chỉnh lưu bán điều khiển

3.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều

+) FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ

+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+) FX là mạch phát xung

3.2.1 Hoạt động của hệ thống

Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúcnày động cơ vẫn chưa làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứngvới một tốc độ nào đó của động cơ Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽsuất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếulúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở .Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơđộng cơ quay với tốc

độ ứng với Uđ ban đầu

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ

khi n giảm UĐK tăng  giảm Ud tăng  n tăng về điểm làm việc yêu cầu.Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại Đây là nguyên lý

X R K

E n

dm

K dm

X R K

E n

dm

K dm

do

2

) (

cos



Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.Thay đổi góc điều khiển:

+) Khi  0   sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một

họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ ,M do cácvan không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởithành phần sụt áp U kdo hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gâynên

Hình 1.12: Họ đặc tính cơ của hệ

Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:

K

d

X R

E E I

X R K

E

dm

K dm

- Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòngđiện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điệngián đoạn Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn = 2  /p và gócchuyển mạch  0

Đường biên liên tục gần là đường elip

Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên khi tăng

số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp

3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống

- Ưu điểm:

+) Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bándẫn có hệ số khuếch đại công suất cao

+) Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ

+) Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

+) Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạchcao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.

+) Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặtphẳng toạ độ

+) Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos thấp +) Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làmviệc khó khăn với các hệ thống đảo chiều

+) Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợptruyền động có tải nhỏ

CHƯƠNG 2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC

U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van

Ku : hệ số điện áp tải

Knv : hệ số điện áp ngược

Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc.

Unv = Kdt u Ulv = 1,6 460.58 = 736.94 (V)Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2)

2 Dòng điện làm việc của van:

Ilv = IhdDòng điện hiệu dụng Ihd = Khd Id =0,58 14,7 = 8,53 (A)

Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (Tra bảng 8.2, Khd = 0,58)

Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v

Idm v = ki Ilv = 2,5 8,53 = 17,06 (A)Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện

Idm v = 17.06 (A)Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại 91RC60 với các thông số định mức:

-Dòng điện định mức của van: Idm = 90 (A)-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 600 (V)-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,5 (V)

-Dòng điện rò: Ir = 5 (mA)-Điện áp điều khiển: Udk = 2 (V)-Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A)

II Tính toán máy biến áp:

 Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí

 Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U1 = 400 (V)

 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Ud0 cosαmin= Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBATrong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor

∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối

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

kháng máy biến áp

Sơ bộ ∆UBA = 5% Ud = 0,05 400 = 20(V)

Suy ra Ud0 =400+2 1,5+20

cos100 = 429,52 (V)Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

U2 =

Ud

KΦu =

429,52 1,17

 Tiết diện sơ bộ trụ:

 Đường kính trụ:

d = √4.Q Fe

π = √4.45,06π = 3,79 (cm)Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10 (cm)

 Chọn loại thép:

Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm).Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 Tiristor

 Chọn tỷ số m =

h

Suy ra h = 2,3 d = 2,3 10 = 23 (cm)Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm)

 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

W1 =

U1

4,44 f BT.QFe = 4004,44 50.1.45,06.10−4

= 399,86(vòng)Chọn W1 = 400 (vòng)

 Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

 Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

J2 =

I2

S2 =

48,58 17,6 = 2,75 (A/mm2)

 Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:

 Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:

Như vậy 147 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu có 25 vòng, lớp thứ 6 có 22 vòng

 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

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

 Đường kính trong của ống cách điện:

D1 = dFe + 2 a01 – 2 S01 = 10 + 2 1 – 2 0,1 = 11,8 (cm)

 Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt1 = D1 + 2 S01 = 11,8 + 2 0,1 = 12 (cm)