Thiết kế cung cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển chung

Chính nhờ những u việt đó mà hiện nay nớc ta các thiết bị bán dẫn đã xâm nhập vào nhiều lĩnh vực Với em, em rất may mắn trong thời gian làm đồ án với đề tài thiết kế nguồn cung cấp điện

Tr ờng đại học bách khoa h nội− μ

Thiết kế cung cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có

đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển chung

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Phợng Lớp : Tự Động Hoá 1

Khoá : 49

Giáo viên hớng dẫn : Thầy Võ Minh Chính

Hà NộI Tháng 2/2007

Lời nói đầu

Những năm gần đây sự ra đời và phát triển nhanh của các thiết bị bán dẫn

nh điốt, thyristor cùng với việc hoàn thiện mạch điều khiển tạo nên sự thay

đổi sâu sắc và phát triển vợt bậc của kĩ thuật biến đổi điện năng nói riêng và của cả ngành kĩ thuật điện nói chung

Các bộ biến đổi điện tử công suất thế hệ mới ngày càng thể hiện rõ ràng các u điểm của chúng nh kích thớc gọn nhẹ, độ tác động nhanh, làm việc ổn

định, độ tin cậy cao và giá thành hạ Chính nhờ những u việt đó mà hiện nay nớc ta các thiết bị bán dẫn đã xâm nhập vào nhiều lĩnh vực

Với em, em rất may mắn trong thời gian làm đồ án với đề tài thiết kế nguồn cung cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển chung, đây là một đề tài cần sự hiểu biết về nhiều lĩnh vực, đặc biệt là về lĩnh vực điện, điện tử công suất

Dới sự hớng dẫn tận tình , cùng với việc tạo điều kiện của thầy Võ Minh Chính đã giúp em hoàn thành đồ án này đồng thời cũng giúp em hiểu biết thêm nhiều kiến thức thực tế về ngành học của mình

Nội dung đồ án của em gồm có 4 chơng :

Chơng I : Công nghệ và yêu cầu kĩ thuật của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

để đồ án của em có đợc một kết quả tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội Tháng 2 /2007

Sinh viên thực hiện

NguyÔn thÞ phîng

Nhiệm vụ thiết kế:

Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển chung thoả mãn các yêu cầu sau đây: Mạch phải đảm bảo điều chỉnh tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ Thông số của động cơ điện cần thiết kế

KHáI QUáT CÔNG NGHệ Và YÊU CầU Kĩ THUậT

I- Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

Trong thực tế công nghiệp đến điện dân dụng đang sử dụng điện xoay chiều là chủ yếu Tuy nhiên một số ngành có yêu cầu cao về sử dụng tốc độ vẫn phải sử dụng động cơ một chiều vì nó u việt hơn hẳn so với động cơ xoay chiều về phơng diện điều chỉnh tốc độ , khả năng quá tải

Ngoài ra thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ khác, đồng thời lại đạt chất lợng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng

Thực tế là ở các nớc phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các loại động cơ điêzen hoặc xăng là phổ biến Đó cũng là xu thế chung đối với toàn thế giới trong tơng lai Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi; tiến bộ nhảy vọt về công nghệ bán dẫn cho phép chế tạo đợc nhiều bộ biến đổi điện năng gọn nhẹ, khả năng giới hạn dòng áp cao & tin cậy hơn Mặt khác, là động cơ

điện không gây ô nhiễm môi trờng nh các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu suất cao Đây là một trong những đặc điểm quan trọng đa đến việc đa

động cơ điện vào giao thông ngày càng rộng rãi hơn Trong thực tế, ở các nớc phát triển nh Mỹ, Đức, Pháp, TQ đa số hệ thống đờng sắt dùng động cơ

điện kéo đầu máy đều đợc cung cấp bằng điện áp một chiều qua đờng dây trên không hoặc đờng ray thứ ba

Động cơ điện một chiều vẫn đợc sử dụng rộng rãi đến nh vậy là do chúng

có những u điểm mà ở động cơ xoay chiều không thể có đợc đó là mở máy và

điều chỉnh tốc độ dễ , Mômen ít thay đổi theo điện áp Đặc biệt đáp ứng đợc chỉ tiêu về kinh tế Bên cạnh đó nó cũng có những nhợc điểm cần khắc phục :Kết cấu, vận hành phức tạp ,phải có nguồn riêng

II –Tìm hiểu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1 Cấu tạo v nguyên lí hoạt dộngμ

1.1 Cấu tạo

a- Phần cảm (stator)

L phà ần tạo ra từ trường tĩnh của động cơ gồm cú cỏc phần sau đõy

 Chổi than

b-Phần ứng (rotor)

là phần cho dũng điện một chiều chạy trong nú , tương tỏc giữa dũng điện I

và từ thụng Φ sinh ra mụmen quay Nú gồm ba phần chớnh :

1.2 Sơ đồ nguyên lý đông cơ điện một chiều

Khi nguồn điện một chiều cú cụng suất khụng đủ lớn thỡ mạch điện phần ứng và mạch kớch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lỳc này động cơ được gọi là động cơ kớch từ độc lập.

Để tiến hành mở mỏy, đặt mạch kớch từ vào nguồn U kt, dõy cuốn kớch từ sinh

ra từ thụng Φ Trong tất cả cỏc trường hợp, khi mở mỏy bao giờ cũng phải đảm bảo cú Φ max tức là phải giảm điện trở của mạch kớch từ R kt đến nhỏ nhất

cú thể Cũng cần đảm bảo khụng xảy ra đứt mạch kớch thớch vỡ khi đú Φ = 0,

M = 0, động cơ sẽ khụng quay được, do đú E ư = 0 và theo biểu thức U = E ư +

R ư I ư thỡ dũng điện I ư sẽ rất lớn làm chỏy động cơ Nếu mụmen do động cơ

điện sinh ra lớn hơn mụmen cản (M > M c) rụto bắt đầu quay và suất điện động

E ư sẽ tăng lờn tỉ lệ với tốc độ quay n Do sự xuất hiện và tăng lờn của E ư,

dũng điện I ư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn

2- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình I.1.2

2.1 - Định nghĩa

Là đồ thị miêu tả mối quan hệ giữa Mđt và tốc độ góc ω của động cơ

Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản điện động) có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động

cơ Phương trình điện áp ở mạch rotor sẽ là:

U = E + IưRư∑

Trong đó

U : điện áp lưới [V]

E : sức điện động của động cơ [V]

Iư : dòng điện phần ứng của động cơ [A]

Rư∑ : điện trở toàn bộ mạch phần ứng [Ω]

Rư∑ = Rư + Rp

Rp : điện trở phụ trong mạch phần ứng [Ω]

Rư : điện trở mạch phần ứng [Ω]

Rư = rư + rct + rcb + rcp

rư : điện trở cuộn dây phần ứng [Ω]

rct : điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp [Ω]

rcp : điện trở cuộn phụ [Ω]

Sức điện động phần ứng là tỉ lệ với tốc độ quay của rotor:

E = kФωTrong đó

ω 0 =

Φ

k U

độ ω0 được gọi là tốc độ không tải lí tưởng

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức như thiết kế và không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động cơ thì Rư∑ = Rư và phương trình đặc tính cơ sẽ là:

) k (

R k

U

2 đm

u đm

đm

Φ

− Φ

Đường đặc tính cơ lúc này gọi là đường đặc tính cơ tự nhiên Đường biểu diễn đường đặc tính cơ tự nhiên như trên hình

R

2 đm

u

Φ

∑

Rõ ràng đường thẳng đặc tính cơ có thể vẽ được nhờ hai điểm ω0 và A Cũng

có thể dùng một trong hai điểm đó kết hợp với điểm khác thứ 3 là điểm cắt của đặc tính cơ với trục hoành OM Điểm này có tung độ ω=0 và hoành độ

Mômen Mnm và dòng điện Inm gọi là mômen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch Đó là giá trị mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi được cấp điện đầy đủ mà tốc độ bằng 0 Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu

mở máy và khi động cơ đang chạy mà bị dừng lại vì bị kẹt hoặc quá tải lớn không kéo được Dòng điện Inm này lớn và thường bằng:

Inm = (10÷20) Iđm

Nó có thể gây cháy, hỏng động cơ nếu hiện tượng tồn tại kéo dài

Do vậy, khi mở máy phải thêm điện trở phụ Rp vào mạch rotor để hạn chế

2.3 Điều khiển tốc độ động cơ

Động cơ điện một chiều có đặc điểm là:

Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều khiển

Nhược điểm : sử dụng nguồn điện một chiều

Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn như hiện nay máy điện một chiều dã trở thành một cơ cấu không thể thiếu trong truyền động điện

Từ phương trình về vận tốc

.

.

Φ− Φ = Φ− Φ

=

K

R M K

U K

R I K

ω

ta có các phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều như sau

2.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Khi thay đổi điện áp U cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ các đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau, song song nhau (cùng độ cứng)

Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm (U ≤ Uđm) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ

Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phÇn ứng có đặc điểm:

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

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau

Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh

Do vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không được vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh

Dải điều chỉnh của phương phỏp này cú thể đạt được:

D = 10 : 1

Chỉ thay đổi được n về phớa giảm (vỡ chỉ cú thể thay đổi với Uư ≤ Uđm)

Phương phỏp này cần một bộ nguồn cú thể thay đổi trơn điện ỏp ra

phơng pháp thay đổi tốc độ bằng điện áp phần ứng sẽ giữ nguyên độ cứng đặc tính cơ nên đợc dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

Ưu điểm: Đây là phơng pháp điều chỉnh triệt để ,vô cấp có nghĩa là điều

chỉnh tốc độ trong bất cứ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tởng

Nhợc điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi đợc nên có vốn đầu t và

chi phí vận hành cao

2.3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi từ thụng.

Muốn thay đổi từ thụng động cơ, ta tiến hành thay đổi dũng điện kớch từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kớch từ Phương phỏp này chỉ cho phộp tăng điện trở vào mạch kớch từ nghĩa là chỉ cú thể giảm dũng kớch từ

do đú chỉ cú thể thay đổi về phớa giảm từ thụng Khi giảm từ thụng, đặc tớnh dốc hơn và cú tốc độ khụng tải lớn hơn

Phương phỏp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thụng cú đặc điểm:

Từ thụng càng giảm thỡ tốc độ khụng tải lớ tưởng của đặc tớnh cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

Độ cứng đặc tớnh cơ giảm khi giảm từ thụng

Cú thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D = 3 : 1

Khi giảm từ thông, độ dốc đặc tính cơ tăng lên vì vậy các đặc tính sẽ cắt nhau,

do đó với tải không lớn thì tốc độ tăng khi từ thông giảm, còn ở vùng tải lớn tốc độ có thể tăng hay giảm tùy theo dòng kích từ

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

từ với dòng kích từ là 1 ÷ 10 % dòng định mức của phần ứng Tồn hao điều chỉnh thấp

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

càng nhỏ Phương pháp này cho D ≈ 5 : 1

Về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở nhưng vì dòng rotor lớn nên việc thay đổi điện trở sẽ khó khăn Thực tế thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở

M, I

0 < R f1 < R f2 < R f3

n cb > n 1 > n 2 > n 3

H×nh I.2.3.3

Phần ứng động cơ được phân mạch nghĩa là có một điện trở phụ Rps nối song song với phần ứng Vì điện trở tổng giảm nên trên mạch chính cần nối thêm một điện trở phụ nối tiếp Rp

2.3.5 Điều chỉnh điện áp nguồn

Phương pháp này được đánh giá tốt vì :

- Đây là phương pháp điều chỉnh triệt dể , có thể điều chinh tốc độ trong bất kì vùng tải nào kể cả khi tải không lí tưởng

- Đặc tính cơ tuy mền hơn đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn các cách đã đề cập

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

- Mạch điều khiển chỉ cần công suất nhỏ , thao tác nhẹ nhàng , có khả năng cải thiện hệ thành tự động vòng kín

Từ các phương án trên ta thấy là phương pháp cuối này là phù hợp nhất với dải điều chỉnh tốc độ 20:1 theo yêu cầu của đồ án Trong phạm vi yêu cầu của đồ án môn học em sẽ chọn sử dụng sơ đồ chỉnh lưu thyristor - động cơ thiết kế nguồn cung cấp nguồn cho ĐCĐMC

Chơng IICác phơng án và phân tích chọn phơng án cho mạch lực

và mạch điều khiển

I Lựa chọn phơng án cho mạch lực

Từ những hiểu biết từ phần công nghệ ta bắt đầu chọn sơ đồ thiết kế.Đây

là khâu quan trọng nhất quyết định sự đúng đắn của toàn bộ thiết kế Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu thiết kế của bài toán mà ta có thể lựa chọn các phơng

án của bộ biến đổi cho phù hợp

Khi nguồn cấp là lới điện một chiều ,hoặc công suất không quá lớn so với công suất lới (làm mất đối xứng điện áp lới ) và tải không có yêu cầu cao về chất lợng điện áp mệt chiều thì ta chọn chỉnh lu 1 pha

Trong chỉnh lu một pha nếu tải có dòng điện lớn và điện áp thấp thì sơ đô fmwtj pha chỉnh lu một pha cả chu kỳ với biến áp có điểm giữa u điểm hơn Bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn ,nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn ,điện áp ngợc trên van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể không chọn đợc van bán dẫn ).Nếu tảI có điện

áp cao và sòng điện nhỏ chọn sơ đồ chỉnh lu cầu một pha hợp lí hơn vì hệ số

điện áp trong sơ đồ nhỏ hơn ,do đó rễ chọn van hơn

Khi chọn sơ đồ cầu một pha ,đối với những tải không cần làm việc ở chế

độ nghịch lu hoàn trả năng lợng về lới ,để dễ điều khiển nên chọn chỉnh lu cầu

điều khiển không đối xứng Vì trong sơ đồ này tại mỗi thời điểm phát xung

điều khiển chỉ cần cấp một xung (ở chỉnh lu cầu 1 pha điều khiển đối xứng phảI cấp hai xung đồng thời cho thyristor ).Chỉnh lu cầu một pha điều khiển

đối xứng đợc ding đối với các loại tải có làm việc ở chế độ nghịch lu hoàn trả nâng lợng về lới nh động cơ điện một chiều

Đối với các loại tải có điện cảm lớn ngời ta thờng chọn phơng án mắc thêm một điốt ngợc song song với tải

Các sơ đồ chỉnh lu 3 pha thờng đợc chọn khi nguồn cấp là lới 3 pha công nghiệp và khi tải có yêu cầu cao về chất lợng điện áp một chiều

Chỉnh lu tia 3 pha thờng đợc chọn khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn và khi tải không có yêu cầu không quá cao về chất lợng điện áp một chiều

Chỉnh lu cầu 3 pha sẽ đợc chọn khi chất lợng điện áp một chiêù tốt ,vì

đây là sơ đồ có chất lợng điện áp ra tốt nhất trong các sơ đồ chỉnh lu thờng gặp Thờng thì chỉ hay sử dụng cầu 3 pha điều khilển không đối xứng vì nó

đơn giản hơn chỉnh lu cầu 3pha điều khiển đối xứng

Đối với sơ đồ tia 6 pha do chế tạo biến áp phức tạp và phải thêm cuộn kháng cân bằng nên thờng đợc chọn khi tải có dòng điện quá lớn mà theo sơ

đồ cầu 3 pha ta không chọn đợc van theo dòng điện …

ở dải điện áp thấp không gây nên giơí hạn đặc biệt về điện áp đối với T hay Đ Nhng ở điện áp thấp này sự chênh lệch về điện áp rơi của một điốt trong các bộ chỉnh lu nửa chu kỳ và hai điện áp rơi trong các bộ chỉnh lu cầu

là khá lớn Ngời ta nghiêng về bộ chỉnh lu nửa chu kỳ với tổn hao ít hơn

ở dải điện áp cao nên chọn chỉnh lu cầu vì điện áp giới hạn của các điốt hay thyristor của chỉnh lu nửa chu kỳ quá lớn ở chỉnh lu cầu hai lần điện áp rơi có thể bỏ qua so với điện áp cao cuả tải

ở dải điện áp trung bình việc thiết kế phức tạp hơn do đó tốn kém hơn ,do máy biến áp có thể không cho phép ding các bộ chỉnh lu nửa chu kỳ

Các bộ chỉnh lu 1 pha ứng dụng giới hạn với công suất nhỏ dới 15 Kw vì

độ méo cho phép của dòng điện lấy từ nguồn ngoài ra vì ngời ta quen ding nguồn 3 pha đối với tải công suất lớn

Nếu cần đổi cực tính điện áp trung bình của tải thì ding sơ đồ chỉnh lu có

điều khiển nếu không cần đổi cực tính của điện áp tải thì ding sơ đồ chỉnh lu bán điều khiển ,nhng độ méo dạng sóng điện áp và dòng điện lớn nên việc sử dụng bị hạn chế…

ở dải điện áp trung bình 400 V việc thiết kế phức tạp hơn do đó tốn kém hơn

do máy biến áp không cho phép dùng các bộ chỉnh lu nửa chu kỳ.và với việc

tắc điều khiển chung cần đổi cực tính điện áp ,có sử dụng nghịch lu ,chính vì vậy ta chỉ có thể sử dụng mạch chỉnh lu cầu một pha có điều khiển đôí xứng.

Từ những phân tích trên đây ta thấy phơng án chọn mạch chỉnh lu cầu 1 pha

có điều khiển đối xứng là khả thi hơn cả

* chỉnh lu cầu một pha có điều khiển đối xứng (tải trở cảm)

Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T1, T2) v (Tà 3, T4)

H×nh II.1.2.a

Điện áp chỉnh lu trung bình Ud:

2 2

0

2 2 1

II Hệ thống điều khiển có đảo chiều

Với tải của chúng ta là động cơ điện một chiều kích từ độc lập ,khi hoạt

động cần quay theo cả chiều thuận lẫn chiều ngợc nên đòi hỏi điện áp một chiều cấp cho nó có hai cực tính vì vậy ta sử dụng bộ chỉnh lu đảo chiều bộ chỉnh lu đảo chiều thực chất là hai mạch chỉnh lu cùng loại đấu song song ng-

ợc nhau so với tải mỗi bộ chỉnh lu đảm nhận một dấu (một chiều ) của điện

áp tải Tuy nhiên để mạch làm việc bình thờng cần phối hợp sự hoạt động của hai bộ chỉnh lu với nhau

2.1 Phơng pháp điều khiển chung

Đặc điểm của phơng pháp này là hai mạch chỉnh lu cùng hoạt động ,tức là cùng đợc phát xung điều khiển tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lu là

bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ ,còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lu và luôn sẵn sàng chuyển sang chế độ nghịch lu

Do hai bộ chỉnh lu cùng đấu vào một tải nên điện áp trung bình của chúng phải bằng nhau

Ud I = - U d I I(*)Hay Ud0cosα I = - Ud0cosα II

Ud I ≠ - Ud II Do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng Để hạn chế biên độ dòng điện cân bằng thờng dùng cuộn kháng cân bằng

Phải dùng hai cuộn kháng căn bằng ; một cuộn để chống ngắn mạch theo ờng dây phía dới nôí dới hai bộ chỉnh lu ,một cuộn để chống ngắn mạch theo

đ-đờng phía trên của mạch

Khi α I tăng đến 90 0 , α II cũng giảm về giá trị 90 0 ,điện áp UdI=UdII=Ud0cos

α=0,quá trình nghịch lu của CLI kết thúc sau đó , αII tiếp tục giảm 900 và chuyển sang chế độ chỉnh lu ,điện áp đã đổi dấu bộ CLI chuyển sang chế độ nghịch lu phụ thuộc ,quá trình đảo chiều kết thúc

Phơng pháp điều khiển chung cho phép tiến hành đảo chiều nhanh do hai bộ chỉnh lu luôn đồng thời hoạt động Tuy nhiên phải tuân thủ nghiêm ngặt (**)

là điều khó thực hiện chính xác Đồng thời buộc phải có các cuộn kháng cân bằng ,làm tăng kích thớc ,giá thành và giảm hiệu suất của thiết bị vì thế ph-

ơng pháp này thờng chỉ sử dụng khi cần có độ tác động nhanh hoặc phải đảo chiều thờng xuyên với tần suất lớn

Đặc điểm của phơng pháp này là các bộ chỉnh lu làm việc không đồng thời Với mỗi chiều của điện áp ra chỉ có một bộ chỉnh lu đợc phát xung và chạy ở chế độ chỉnh lu :còn bộ kia đợc nghỉ ,không đợc phát xung điều khiển Nh vậy không thể có dòng điện chảy xuyên thông giữa hai mạch ,do đó hoàn toàn không cần các cuộn cảm cân bằng và hai bộ chỉnh lu đợc dấu song song ngợc nhau một cách trực tiếp Tuy nhiên điều này dẫn đến buộc phải loại trừ khả năng hai bộ phận cùng hoạt động ,vì lập tức sẽ làm xuất hiện dòng ngắn mạch xuyên thông gây sự cố cho thiết bị do đó quá trình đảo chiều phải thực hiện theo trình tự chặt chẽ .thí dụ cần chuyển sự hoạt động từ bộ CLI sang CLII,phải làm nh sau :

1.ngắt xung điều khiển bộ đang chạy , ở đây là bộ CLI D o tải có tính điện cảm và tiisto là phần tử bán điều khiển nên nó vẫn tiếp tục dẫn mặc dù đã ngắt xung mở van L úc này không thể phát xung ngay cho CLII

,vì sẽ xảy ra ngắn mạch xuyên thông do bộ CLI vẫn còn van đang dẫn dòng id

2.Theo dõi dòng điện id để xác định thời điểm id=0.lúc đó có nghĩa van của CLI đã khoá lại

3 Để chờ một khoảng thời gian cho van của CLI phục hồi tính chất khoá ,

Đảm bảo tiristo khoá chắc chắn Khoảng thời gian này đợc gọi là “thời gian chết “do mạch tải không còn dòng chảy id = 0

4 bắt đầu phát xung mở cho CLI ở chế độ nghịch luα II >90 ròi giảm dần góc

điều khiển để chuyển sang chế độ chỉnh lu α <900 .Sở dĩ có yêu cầu này vì thông thờng Ed không giảm nhanh và vẫn giữ chiều cũ sau khi Id = 0 Nừu

Hình II.2.2.a

phát xung ngay với E dkhụng giảm nhanh mà vẫn giữ chiều cũ sau khi I d=0 Nếu phỏt xung với anfa <90 ngay thỡ sẽ làm sập nghịch lưu vỡ cỏ nguồn E d và lưới đều phỏt năng lượng Chế độ nghịch lưu sẽ làm tiờu tỏn nhanh chúng năng lượng của E d Tốc độ giảm gúc α được khống chế bằng cỏch đo dũng

tải ,sao cho dũng này khụng vượt quỏ trị số cho phộp

Quy trỡnh 4 bước để đảm bảo chiều thường do 1 mạch logic cú độ tin cậy cao đảm nhiệm

Nhược điểm của phương phỏp đk riờng là có tốc độ đảo chiều thấp hơn đk chung , cần phaỉ có bộ cảm biến trạng thái dòng điện của mỗi bộ biến đổi để căn cứ vào đó quyết định phát xugn vào bộ biến đổi cần làm việc và phải cần

có bộ lôgíc trạng thái để đảm bảo chỉ phát xung vào bộ biến đổi này mà không đựơc phát xung vào bộ biến đổi kia

Ưu điểm là khụng cần đảm bỏo yờu cầu về luật điều khiẻn như trong đk chung.Loại trừ đợc các cuộn kháng căn bằng

Chơng IIItính toán cho mạch lực

I Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Theo yêu cầu của đồ án dòng và áp ra tải của động cơ phần ứng:

Trong đó kdtu là hệ số dự trữ điện áp lấy kdtu = 1,8

• Dòng điện trung bình của van :

Itb = Khd Id =

2

d

I = 12

2 =6A

• Dòng điện dịnh mức của van cần chọn :

Iđm = ki Itb = 3,2 6 = 19,2 (A)

Trong đó ki là hệ số dự trữ dòng điện lấy ki = 3,2

Chọn van thyristor loại: HT 25/140J1 có các thông số sau :

Điện áp ngợc cực đại của van : Un = 1400 (V)

Dòng điện định mức của van : Iđm =25 (A)

Đỉnh xung dòng điện : Ipik =400 (A)

Dòng điện của xung điều khiển : Iđk =50 (mA)

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

Dòng điện duy trì : Ih = 100 (mA)

Dòng điện rò : Ir =3 (mA)

Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : ∆U = 1,8(V)

Tốc độ biến thiên điện áp :

dt

dU

=1000 (V/às)Thời gian chuyển mạch : tcm = 60 (às)

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

2 2 Tính toán MBA chỉnh lu

1-Điện áp sơ cấp máy biến áp :

U1 =220 (V)

2-Điện áp thứ cấp của máy biến áp

Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos(αmin)=Ud +2 ∆Uv +∆Udn + ∆Uba

Trong đó :

αmin =10 0 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lới

∆Uv =1,8 (V) là sụt áp trên Thyristor

∆Udn ≈0 là sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

v d

cos

2

UU

2

U

α

ΔΔ

Sba = Ks Pd Max = Ks Ud0 Id =1,23.434,2.12=6049 (W)

kQ là hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát ,lấy kQ = 6

m là số trụ của máy biến áp =1

f là tần số xoay chiều , ở đây f = 50 (Hz)

7- Tính toán dây quấn

a) Số vòng dây sơ cấp máy biến áp

W1=

T

Fe B Q f

U

44,4

220

4, 44.50.66.10 1− = 150,1 (vòng) Lấy W1= 150 vòng

b) Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp :

c) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp

Với dây dẫn bằng đồng ,máy biến áp khô ,chọn J1= J2= 2,75 (A/mm2)d) Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B

Chuẩn hóa S2 = 4,91 mm2 Chọn a2 = 1,81 mm b2 = 2,83 mm g) Tính lại

8- Kết cấu dây quấn sơ cấp :

a) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

kc= 0,95 là hệ số ép chặt

h là chiều cao trụ

hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp , hg=1 đến 5 ta lấy là 1,5 cm

b) Số lớp dây ở cuộn sơ cấp

e) Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1cm

f) Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp và thứ cấp a01= 1,0 cm

g) Đờng kính trong của ống cách điện sơ cấp

k) §êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp

l1 = W1.π.Dtb1= π.150.11,764 = 55,4 (m)

n) Chän bÒ dµy cuén d©y s¬ vµ thø cÊp : cd01 = 1 cm

p) Chän s¬ bé h1=h2=17,8 cm

9 -KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp :

a) TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén thø cÊp :

(cm)j) ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp :

l2 = π.W2.Dtb2 = π.330.15,674 = 16241,4 (cm)=162,4 (m)

10- C¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p :

a) §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C

  =1,2324 (Ω)d) Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÓn ¸p :

LBA =

ωBA

X = 2,36

314 = = 0.0075 (H) = 7,5 (mH)g) Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p:

U = Ud0cosα min- 2∆UV - ∆UBA

k) Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:

%m) Điện áp ngắn mạch tác dụng:

Unr = 100

2

2

q) Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại :

Imax = 2.I2m (1 + e unv

unr

π

) = 2 179,1 (1 + e 6,5.3,4

π

−

) = 301,2 (A) < Idỉnh = 400 (A)

r) Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch :

III Tính toán bộ nguồn chỉnh lu cho phần kích từ động cơ điện

30

Rkt

Lkt

D1

D4

D2

D3

U2f

U

~

Theo yêu cầu của đồ án dòng và áp ra tải của động cơ phần ứng:

2209

Unv = kdtu Unmax = 1,8 345,6 = 622(V)

Trong đó kdu là hệ số dự trữ điện áp lấy kuv = 1,8

• Dòng điện trung bình của van :

Itb = Khd Id =

2

d

I = 2

1 =0,5 A

• Dòng điện định mức của van cần chọn :

Iđm = ki Itb = 3,2 0,5 = 1,6 ATrong đó ki là hệ số dự trữ dòng điện lấy ki = 3,2

Chọn van Diod 20ETS08FP có các thông số sau :

Điện áp ngợc cực đại của van : Un = 800 (V)

Dòng điện định mức của van : Iđm =20 (A)

Hình III.4.2

Tốc độ biến thiên điện áp :

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

3.2 Tính toán MBA chỉnh lu

1-Điện áp sơ cấp máy biến áp : U1 =220 (V)

2-Điện áp thứ cấp của máy biến áp

Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo= Ud +2 ∆Uv +∆Udn + ∆Uba

Trong đó :

∆Uv =1,1 (V) là sụt áp trên Điot

∆Udn ≈0 là sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

Sba = Ks Ud0.Id = 1,23.235,4.1=289,5 (VA)

4-Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp :

kQ là hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát ,lấy kQ = 6

m là số trụ của máy biến áp =1

f là tần số xoay chiều , ở đây f = 50 (Hz)

7- Tính toán dây quấn

a) Số vòng dây sơ cấp máy biến áp

W1=

T

Fe B Q f

U

b) Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp :

c) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp

Với dây dẫn bằng đồng ,máy biến áp khô ,chọn J1= J2= 2,75 (A/mm2)d)Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp