Thiết kế bộ nguồn 1 chiều cho tải động cơ điện 1 chiều

Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm: có khả năngđiều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độtin cậy và chính xác cao…ứng dụng của chúng vào vi

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Ngô Văn Bản

Khoa : Kỹ thuật & công nghệ

Bộ môn : Điện tử công suất

1 Đầu đề thiết kế:

Thiết kế bộ nguồn 1 chiều cho tải động cơ điện 1 chiều

2 Các số liệu ban đầu:

Ud = 440 (V) ; Pd = 27 (KW) ; U1 = 220/380 (V)

f = 50 (hz) ; = 0,9 ; nđm = 980 (vòng/ phút)

3 Nội dung thuyết minh và các phần tính toán:

1 Khái quát về các bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển

2 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu

3 Thiết kế mạch động lực

4 Thiết kế mạch điều khiển

5 Xác định hàm truyền bộ chỉnh lưu

6 Thuyết minh sơ đồ của hệ thống

4 Các bản vẽ ( ghi rõ các loại bản vẽ , kích thước bản vẽ ):

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây kỹ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn pháttriển mạnh mẽ Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm: có khả năngđiều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độtin cậy và chính xác cao…ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng

là điều khiển điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lạingày càng sâu rộng

Ngày nay, không chỉ ở các nước phát triển, ngay ở nước ta các thiết bịbán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinhhoat gia đình Các xí nghiệp và nhà máy như xi măng, thuỷ điện, giấy,đường, dệt, sợi, đóng tàu là những minh chứng

Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp với nhữngdây chuyền sản xuất mới, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện phải cónhững kiến thức về điện tử công suất, về vi mạch và vi xử lý Xuất phát từyêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thầy côtrong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bước tiếp xúc với việcthiết kế thông qua những đồ án môn học

MỤC LỤC

Lời nói đầu trang1

Chương I

Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

I Cấu tạo chung của động cơ 1 chiều……… trang 4

II Nguyên lý làm việc của động cơ 1 chiều ……… trang 7 III Giới thiệu về ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập……… trang 7

IV Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ từ đó đưa ra phương

án thiết kế bộ nguồn cung cấp……… trang 15

III.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực……… trang 52

Chương IV

Thiết kế mạch điều khiển

IV.1 Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển……….trang 57 IV.2 Nguyên lý chung của mạch điều khiển……… trang 57 IV.3 Tính biến áp xung……… trang 63 IV.4 Tính tầng khuếch đại cuối cùng……… trang 65 IV.5 Chọn cổng AND……… trang 66

IV.7 Tính chọn bộ tạo xung chìm……… trang 67 IV.8 Tính chọn tầng so sánh………trang 68 IV.9 Tính chọn khâu đồng pha………trang 68 IV.10 Tạo nguồn nuôi……….trang 69 IV.11 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha……… trang 71 IV.12 Sơ đồ hệ thống……… trang 75

Chương V

Xác định hàm truyền của bộ chỉnh lưu

V.I Mô hình hệ thống CL – ĐC 1 chiều đơn giản……… trang 77 V.II Nguyên lý điều khiển MODUL tối ưu……….trang

80

V.III Xác định hàm truyền của bộ chỉnh lưu……… trang 83

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

I Cấu tạo chung của động cơ 1 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

mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành công nghiệp cóyêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vậntải mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồnđiện 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 vàbảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhưng donhững ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quantrọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng

10000 KW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hướng phát triểnhiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động

cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn

2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có thể

b, 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 trênthân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từchính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

c, Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thờilàm vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn vàhàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơđiện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d, 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 vừanắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máythường làm 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

cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá.Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ.Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

2.2 Phần quay hay rôto:

Bao gồm những bộ phận chính sau :

a, Lõi sắt 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 giảmtổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đểsau khi ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thônggió để khi 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 nhữngđoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khimáy làm việc 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 vàotrục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giárôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

b, Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòngđiện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cáchđiện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiếtdiện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ 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 chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c, Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổgóp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp micadày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròndùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cáchđiện bằng mica Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của cácphần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

d, 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 lắptrên trục máy, khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió

đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làmnguội máy

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

II Nguyên lý làm việc của ĐCĐMC:

ĐCĐMC làm việc trên nguyên lý khi dòng điện chạy trong khung dây đặt

trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm khung dây quay

- phương trình đặc tính cơ điện của động cơ:

Từ phương trình cho ta thấy đường đặc tính cơ của ĐCĐMC là đường tuyến tính nên việc điều chỉnh tốc độ là rộng và trơn.

III Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các

hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều

tư vài W đến hàng MW, giản đồ kết cấu chung của động cơ điện một chiềukích từ độc lập được thể hiện như hình1.1, phần ứng được biểu diễn vòngtròn bên trong có có sức điện động Eư , ở phần stato có thể có vài dây quấnkích từ: dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN, dâyquấn cực từ phụ CF, dây quấn bù CB

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phầnứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau,lúc này động

cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập

Hình 1.1: Giản đồ kết cấu chung của ĐCĐMC kích từ độc lập

* Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi đóng động cơ roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp Ukt nào đó lêndây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện ik và do đó mạch từcủa máy sẽ có từ thông , tiếp đó ở trong mạch phần ứng thì trong dây quấnphần ứng sẽ có dòng điện i chạy qua tương tác với dòng điện phần ứng Tăng

từ từ dòng kích từ (bằng cách thay đổi điện trở Rkt) thì điện áp ở hai đầu động

cơ sẽ thay đổi theo quy luật sau:

Eư = (1% 2%) Uđm Khi dòng điện kích từ Ikt còn nhỏ thì Eư hoặc U tăng tỉ lệ thuận với Iktnhưng khi Ukt bắt đầu lớn thì từ thông  trong lõi thép bắt đầu bão hoà Cuốicùng khi Ikt = Ikt bão ho à thì U = Eư bão hào hoàn toàn.

Hình 1.2: Đặc tính Vol-Ampe của ĐC 1 chiều kt độc lập

1 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cânbằng điện áp của động cơ:

Uư = Eư + (Rư + Rf).Iư = Eư + R.Iưtrong đó:

rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện ()

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

N - số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng

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

 - từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)

 - tốc độ góc rad/s

pN

k =2πaa - hệ số cấu tạo của động cơ

Từ phương trình cân bằng điện áp

 Eư = Uư – (Rư + Rf).Iư

chia cả hai vế cho k ta được:

 0



Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục điện cơ bằng

mô men điện từ, ta kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M

u

2

R + RU

Theo các đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có :  = Uu

k (k )

Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: từ thông động

cơ , điện áp phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ Rư Ta lần lượt xétảnh hưởng của từng tham số đó

a Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư = Uđm = hằng số và  = đm = hằng số

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạchphần ứng

- Tốc độ không tải lý tưởng:  =

dm dm

* Đặc điểm :

- Tốc độ n bằng phẳng

- Phạm vi điều chỉnh rộng

- Vùng điều chỉnh tốc độ nđc <nđm

- Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dòng điện lớn,tổn hao vô ích nhiều, hệ số động cơ giảm.

b ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết  = đm = hằng số

Điện áp phần ứng Rư = hằng số, trong thực tế thường giảm điện áp

- Tốc độ không tải lý tưởng: 0x = x

Rf1

Rf2

Mc M

Rf3 Hình 1.5

- Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi

được (bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất )

Hình 1.6

c ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết: điện áp phần ứng Uư = Uđm = hằng số

điện trở phần ứng Rư = hằng số Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ

- Tốc độ không tải: 0x = dm

x

U

k = biến số

- Độ cứng đặc tính cơ :  = - x 2

u

(k ) R



= biến số (1) - đường đặc tính cơ tự nhiên đm = 

(2),(3) – đường đặc tính khi giảm  với

đm = 1 <2 <3

hình 1.7

Khi giảm  thì 0x tăng , giảm ta có một họ đặc tính cơ với 0x tăng dần

và độ cứng của đặc tính giảm dần

* Đặc điểm:

n

(3)

(2)

(1)

Mđm M 

01

02 Udm(TN) 03 U1 04 U2 M(I)

U3

- Tốc độ bằng phẳng

- Phạm vi rộng

- Vùng điều chỉnh nđm < nđc

- Với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ,

tổn hao ít, hiệu suất cao

IV Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ từ đó đưa ra phương án thiết kế bộ nguồn cung cấp: 1 Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ. Đối với phương pháp này (biến trở) chỉ tạo ra được những tốc độ động cơ thấp hơn tốc độ động cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để, giải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải, độ chính xác duy trì tốc độ không cao, độ tinh điều chỉnh kém 2 Điều chỉnh điện áp mạch kích từ (điều chỉnh từ thông). Đối với phương pháp này khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức:  

2 2

1 1

0 0

M

m2 M

nm M

nm M Inm I

Hình 1.8

=(k)2/Rư còn tốc độ không tải lí tưởng thì tăng theo quan hệ =U/k do

đó sai số tĩnh tăng tỉ lệ nghịch với từ thông

như vậy độ chính xác duy trì không cao

Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bịphức tạp, công suất mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng khôngnhiều, có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo được những đặc tính tốt Tuynhiên giải điều chỉnh không rộng, thông thường D = 1,5 các động cơ đặc biệtkhác có D = 48 nhưng loại này to và đắt

3 Điều chỉnh điện áp nguồn.

Phương pháp này là phương pháp được đánh giá tốt vì:

- Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, có thể điều chỉnh tốc độ trongbất kì vùng tải nào, kể cả khi không tải lí tưởng

- Đặc tính cơ tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn các đặc tínhbiến trở

- Đảm bảo sai số nhỏ, khả năng quá tải lớn, giải điều chỉnh rộng và tổnthất ít

- Mạch điều chỉnh công suất nhỏ, thao tác nhẹ nhàng có khả năng cảithiện hệ thành tự động vòng kín

Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp 3 là phương pháp khả thinhất trong việc điều khiển ĐCĐMC theo yêu cầu của đồ án

Cần có bộ biến đổi để cung cấp điện cho mạch phần ứng hoặc mạch kích

từ của động cơ Có hai loại bộ biến đổi cho động cơ điện một chiều là bộ

chỉnh lưu có điều khiển và bộ biến đổi xung áp một chiều (băm xung mộtchiều)

Tuy nhiên bộ biến đổi xung áp một chiều cần có thêm bộ chỉnh lưu đểchỉnh lưu dòng xoay chiều nên bộ biến đổi này phức tạp giá thành cao.Trong yêu cầu của đồ án ta không chọn sơ đồ này và sẽ sử dụng sơ đồ chỉnhlưu Trisistor - động cơ để thiết kế nguồn cung cấp cho ĐCĐMC

* Động cơ điện một chiều làm việc với điện áp nguồn cung cấp ở đây chỉ códòng xoay chiều ba pha 380/220 V, vì thế để cung cấp điện cho động cơ taphải tạo ra bộ chỉnh lưu có điều khiển ba pha

* Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển ba pha có các loại sau :

 Chỉnh lưu tia ba pha

 Chỉnh lưu cầu ba pha

 Chỉnh lưu 6 pha hình tia

 Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng

Do yêu cầu thiết kế cũng như công nghệ để mạch lực đơn giản và gọnnhẹ sẽ không dùng loại sơ đồ Chỉnh lưu 6 pha hình tia và Chỉnh lưu 6 phacuộn kháng cân bằng

CHƯƠNG II

KHÁI QUÁT VỀ CÁC BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU ĐIỀU

KHIỂN VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Để cấp nguồn cho tải một chiều, cần thiết kế các bộ chỉnh lưu Các bộchỉnh lưu biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều Các loại bộbiến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển

Để giảm công suất vô công, người ta thường mắc song song ngược với tảimột chiều 1 điốt (loại sơ đồ này được gọi là sơ đồ có điốt ngược) Trong các

sơ đồ chỉnh lưu có điốt ngược, khi có và không có điều khiển, năng lượngđược truyền từ phía lưới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnhlưu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu nhận năng lượng từ lưới Các

bộ chỉnh lưu có điều khiển, không điốt ngược có thể trao đổi năng lượngtheo cả 2 chiều Khi năng lượng truyền từ lưới xoay chiều sang tải một chiềuthì bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu nhận năng lượng từ lưới, khi nănglượng truyền theo chiều ngược lại thì bộ nguồn sẽ làm việc ở chế độ nghịchlưu trả năng lượng về lưới

II LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

II.1 Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

- Ở thời điểm α = 750 phát xung điều khiển IG1, lúc này T1 thoả mãnhai điều kiện UAK > 0, IG1 > 0  T1 mở ( T2 , T3 khoá ) Do trong mạch cóthêm điện cảm L nên xuất hiện giai đoạn điện áp âm của pha A tới khi xuất

hiện xung điều khiển IG2 của T2 lúc này tiristor T2 thoả mãn hai điều kiện làUAK >0, IG2 >0  T2 dẫn (T1,T3 khoá) tương tự cho T3 khi có xung điềukhiển IG3 thì T3 dẫn (T1, T2 khoá )

- Trong quá trình làm việc của các van như trên với giả thiết rằng Ld đủlớn để cho dòng điện là liên tục

- Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện bằng dòng điện của tảikhi van khoá thì dòng điện van bằng ‘0’ lúc này điện áp ngược mà van phảichịu bằng điện áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn

* Điện áp trung bình nhận được trên tải là:

5πa +α 6

2

πa+α 6

Nhận xét:

- Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp trên tải liên tục hay gián đoạnphụ thuộc vào góc mở của các tisistor Nếu góc của các Tiristor α< 300 thìcác đường cong ud , id là liên tục, khi góc mở 0 thì điện áp và dòngđiện tải gián đoạn

- Khi tải điện cảm (nhất là Ld đủ lớn) dòng điện và điện áp tải là cácđường cong liên tục nhờ có năng lượng dự trữ trong điện cảm để duy trìdòng điện khi điện áp đổi chiều

* Ưu điểm của sơ đồ:

- Chỉnh lưu hình tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn chỉnhlưu một pha

- Biên độ điện áp đập mạch thấp hơn.

- Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫntrong trường hợp này cũng đơn giản

* Nhược điểm: Chế độ dòng điện trên tải phụ thuộc vào tính chất của tải làthuần trở hay là điện cảm nên có những chế độ dòng điện là liên tục và giánđoạn

II.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha:

1 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng:

ub uc

ua

Hình 2.2a: sơ đồ động lực

a Nguyên lý:

Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng có thể coi như hai sơ đồchỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau, 3 tisistor T1,T3,T5 tạo thành mộtchỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp dương tạo thành nhóm anốt Còn T2,T4,T6 làchỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp âm tạo thành nhóm catốt, hai chỉnh lưu nàyghép lại thành cầu 3 pha

Chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển đối xứng thì dòng điện chạy qua tải làdòng điện chạy từ pha này sang pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mởtisistor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhómanốt dương, một xung ở nhóm catốt âm )

b Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

- Điện áp các pha thứ cấp biến áp:

u2a = 2U sinθdθ=cosα=1.17Ucosα 2

u2b = 2

2πa 2U sin(θdθ=cosα=1.17Ucosα - )

3

u2c = 2

4πa 2U sin(θdθ=cosα=1.17Ucosα - )

3

- Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin, giả thiết

tisistor T5,T6 đang cho dòng chảy qua Tại thời điểm θdθ=cosα=1.17Ucosα = + απa

6 cho xung điềukhiển mở T1 thì tisistor T1 mở vì u2a >0, sự mở của T1 làm cho T5 được khoálại một cách tự nhiên vì u2a > u2c lúc này T6,T1 cho dòng chảy qua, điện ápnhận được trên tải là:

ud = uab = u2a – u2b

- Thời điểm θdθ=cosα=1.17Ucosα =3πa+ α

6 cho xung điều khiển mở T2 tisistor này mở vì khi

T6 dẫn dòng nó đặt điện áp u2b lên anốt T2 mà u2b>u2c Sự mở của T2 làm choT6 khoá lại một cách tự nhiên (vì u2b>u2c)

- Các xung điều khiển lệch nhau một góc πa

3 được lần lượt đưa tới cựcđiều khiển của các tisistor theo thứ tự 1 2 3 4 5 6 1…

Trong mỗi nhóm, khi 1 tisistor mở nó sẽ khoá ngay tisistor dẫn dòngtrước nó

πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = + α

3πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = + α

5πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = + α

πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = 7 + α

9πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = + α

11πa θdθ=cosα=1.17Ucosα = + α

* Trị trung bình của điện áp trên tải

5πa +α 6

πa +α 6 dα

U = 2U sinθdθ=cosα=1.17Ucosαdθdθ=cosα=1.17Ucosα = U cosα = 2,34U cosα

cũng có thể tính Ud = UdI – UdII

Ud I là trị trung bình của ud I do nhóm catôt chung tạo lên.

Ud II là trị trung bình của ud II do nhóm anốt chung tạo lên

5πa+α6

dI

πa +α 6

U = 2U sinθdθ=cosα=1.17Ucosαdθdθ=cosα=1.17Ucosα = U cosα

7πa+α 6

- Khi góc mở các Tirisror lớn lên đến góc > 600 và thành phần điệncảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn

* ưu điểm:

- Chất lượng điện áp trên tải tốt

- Độ bằng phẳng tương đối cao

* nhược điểm:

- Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha do vậy không ítkhó khăn khi chế tạo, vận hành và sửa chữa.

2 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.

ua

Hình 2.3.a: Sơ đồ động lực ( mắc catôt chung )

- Khi θdθ=cosα=1.17Ucosα > θdθ=cosα=1.17Ucosα 1 điện thế catốt D2 là uc2 bắt đầu nhỏ hơn u2b điốt D2 mở cho dòng

- Trong chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng dạng điện áp

ra khi α > 00 chỉ có 3 đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ điều khiểnkhông đối xứng thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ điều khiển hoàn toàn

- Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện

áp tải liên tục khi góc mở các tiristor nhỏ hơn 600 , khi góc mở tăng lên vàthành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn

* ưu điểm :

- Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền

- Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển thì hệ số công suất cos cao hơn sovới sơ đồ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn

- So với sơ đồ điều khiển đối xứng thì sơ đồ chỉnh lưu bán điềukhiển thì việc điều khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản hơn

*Nhược điểm :

- Điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài lên cần phải có

bộ lọc

- Không đảo được chiều dòng 

- Không thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc

- Dòng trung bình qua các van là khác nhau : ItbT =πa -αId

2πa

ItbD = πa +αId

2πa

Kết luận :

Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu, từ các ưu nhược điểm của các

sơ đồ chỉnh lưu, với tải là động cơ điện 1 chiều có công suất vừa phải nhưtrên, thì sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả, bỡi

vì ở công suất này để tránh mất đối xứng biến áp thì không thể thiết kế theo

sơ đồ hình tia 3 pha, nên sơ đồ thiết kế được chọn là sơ đồ cầu 3 pha điềukhiển đối xứng , sơ đồ nguyên lý mạch động lực như hình sau:

440

= 0,32Ω 68,1818

- Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu:

 chọn 6 Tiristor loại 151RB1000 với các thông số:

Điện áp ngược cực đại của van : Un max = 1000 (V)

Dòng điện làm việc cực đại của van: Iđm max = 150 (A)

Đỉnh xung dòng điện: Ipik max = 3300 (A)Dòng điện của xung điều khiển : Ig max = 200 (mA)

Điện áp của xung điều khiển: Ug max = 2,5 (V)

Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : Umax = 2,2 (V)

dt = 200 (V/s)Thời gian chuyển mạch: tcm = 40 (s)

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax= 125 oC

III.2 Tính toánMBA chỉnh lưu:

a Tính các thông số cơ bản:

Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây ΔM / Ylàm mát bằng không khí tự nhiên

- Điện áp pha sơ cấp MBA: U1=380 (V)

- Điện áp pha thứ cấp MBA:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Udo .cosαmin= Ud + 2ΔMUv+ΔMU +ΔMUdn ba

min = 100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

Uv = 1,6(V) : sụt áp trên van

Udn = 0 : sụt áp trên dây nối

Uba = ΔMU + ΔMU r x: sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA

Ks- Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực Ks = 1,05

- Dòng điện hiệu dụng phía thứ cấp MBA: I2 = Khd.Id

U

I = K I = I

U

b Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ ):

- Tiết diện sơ bộ trụ: Qfe=kq

ba

Smf

Kq - Hệ số phụ thuộc vào phương thức luôn mát Kq = 6

c Tính toán dây quấn.

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA

T fe

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA

S1 =

2 1

Kích thước dây có kể cách điện : S1cd = a1.b1 = 1,68.6,9 (mm.mm)

* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

Kích thước dây có kể cách điện ; S2cd = a2b2 = 2,83.7,4 (mm.mm)

* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

d Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

-Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:

11 g e

1

h -2h

Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp :cd11 = 0,1 (mm)

- Bề dày cuộn sơ cấp:

Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd12= 1,0 (cm)

e Kết cấu dây quấn thứ cấp:

- Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

h1 = h2 = 21,06 (cm)

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:

2 e 12

2

21,06

= 0,95 = 27,030,74