đồ án điện tử công suất

Điều khiển động cơ điện một chiều là một lỉnh vực không mới và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều các phương điều khiển.. 1.1.1 Khái quát chung: Đ

Lời nói đầu

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong cạc lỉnh vực điện, điện tử, tin học trong nhửng năm gần đây đả ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiển và ứng dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều lỉnh vực khác nhau Đặc biện là lỉnh vực điều khiển tự động và các dây truyền công nghiệp thép kín ra đời trong đó có lỉnh vực điều khiển động cơ điện.

Điều khiển động cơ điện một chiều là một lỉnh vực không mới và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều các phương điều khiển Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử đơn giản và các phương pháp điều khiển được học Em được giao nhiệm vụ” THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU – KHÔNG ĐẢO CHIỀU ” Nội dung đề tài bao gồm các chương:

 Chường I: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và lựa chọn phương án thiết kế

 Chương II: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha Thiết kế sơ

đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T-Đ) không đảo chiều

 Chương III: Tính chọn các phần tử mạch động lực.

 Chương IV: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển và mạch bảo vệ.

Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai xót Mong thây cô và các bạn giúp đồ án của em hoàn thiện hơn

Với sự giúp đở hết sức tận tình của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là cô giáo TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ này một cách tốt nhất.

Em xin chân thành cảm ơm!

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1 Động cơ điện một chiều.

1.1.1 Khái quát chung:

Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trọng một phạm virộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt, thiết bị đơn giản hơn và rẻtiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha.Vì một số ưu điểm như vậy cho nênđộng cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, trong giao thôngvận tải…

1.1.2 Cấu tạo của độn cơ điện một chiều.

Động cơ điên một chiều chia thành 2 thành phần chính:

- Phần tĩnh( stato)

Gồm các bộ phận như sau:

Cực chỉnh từ: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lỏi sắt cực từ và dây quấn kích từ

+ Lỏi sắt cực từ làm bằng lá thép kỹ thuật điện dày( 0,5-1)mm ép lại và tán chặt

+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bóc cách điện

Trong các máy có công suất nhỏ cực từ chính là một nam châm vinh cửu Còn trongmáy có công suất lớn cực từ là nam châm điện

Cực từ phụ đặt giửa cực từ chính dùng để cải thiện trình trạng làm việc cảu máy điện

và đổi chiều

+ lỏi thép cực từ phụ có thể là một khối hoạc được gép bằng các lá thép tùy theo chế độlàm việc.

Xung quanh cực từ phụ được đặt giây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ được nốivới dây quấn phần ứng

Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy

- Phần quay(roto)

Bao gồm các bộ phận sau:

+ Lõi thép phần ứng: dùng để dẩn từ, thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện dày0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây lên

Trong máy điện nhỏ lỏi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục còn trong máy điệnlớn giữa trục và lõi sắt có giá roto

+ Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua, nóthường được làm bằng đồng bọc cách điện

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

Cơ cấu nối than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài

1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều.

Cũng như máy phát, động cơ điện củng được phân loại theo cách kích từ thành các

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồnđiện ngòai độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.

- Động cơ kích từ nối tiếp:

Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

- Động cơ kích từ hổn hợp:

Gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp trong

đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu

1.1.4 Các thông số định mức

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là nhưng đại lượng định mức.trên nhãn ghi các đại lương sau:

Công suất định mức Pdm (kw hay w)

1.1.5 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòngđiện Iư Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụnglàm cho rôto quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau, do có phiếngóp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ cóchiều quay không đổi

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm ứng sức điện động Eư Ởđộng cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điệnđông Eư còn được gọi là sức phản điện

Phương trình điện là: U E u R I u. u

1.1.6.Phương trình đặc tính cơ:

Để điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì ta phải phân tích,tìm các mối quan hệ giữa tốc độ với các thông số khác của động cơ để từ đó đưa raphương pháp điều khiển Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì dòng kích từ độclập với dòng phần ứng.Vì được nuôi bởi hai nguồn một chiều độc lập với nhau

Hình 1-1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập

Theo hình 1 ta viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng :

Trong đó : rư điện trở cuộn dây phần ứng (Ω)

Rcf: Điện trởcuộn cực từ phụ(Ω)

Rb: Điện trở cuộn bù ( Ω)

Rct: Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω)

• Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thưc sau:

u 2

PN E

a





(2) Trong đó : p : Số đôi cực từchính

N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

: Từ thông kích từ dưới mỗi cực từ(wb)

ω: Tốc độ góc (rad/s)

K = : Hệ số cấu tạo động cơ

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) thì

Vì vậy :

Với : : Hệ số sức điện động của động cơ

Thay (1) và (2) và biến đổi ta được : ; (4)

Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.Mặt khác, mômen điện từ:

Mặt khác : phương thình đặc tính (4) và (6) cũng có thể viết dưới dạng:

Từ(4) và (6) ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối

• Công suất (năng lượng điện)

Từ phương trình lý tưởng : IU =(Eư+IRư)I (16)

Ta có Pđiện=Pđt+ΔΡ

Trong đó Pđt = IEư công suất điện từ

ΔP =I2Rư tổn hao công suất cơ trên điện trở phần ứng

Thực tế :Pđiện=Pđt+ ΔPư+ ΔP0 (17)

Với ΔP0 tổn hao ma sát do sự quay

Từ biểu thức (4) hoặc (6) ta thấy ω là một hàm phụ thuộc R, Ø,U : 〈ω=f(R,Φ,U) do đó

để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Điều khiển từ thông kích từ

- Điều khiển điện áp phần ứng

Sau đây ta xem xét từng phương pháp điều khiển một

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU

1.2.1 Phương pháp điều chỉnh bằng điện trở phụ phần ứng (Rf):

•Nguyên lý điều chỉnh:

Nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Ta đã phân tích ở trên nên ta có ω= f〈Rf, Økt, U, giả thiết rằng :Nếu giữ Ø=Øđm=const ;U= Uđm= const; Rư=const thì ω=f(Rf)

Muốn thay đổi được giá trị Rf của mạch phần ứng bằng cách nối tiếp một điện trởphụ(Rf) thay đổi được giá trị vào mạch phần ứng Lúc này ta có : R = Rư+ Rf

U

t k

Như vậy khi thay đổi Rf cho ta một họ đặc tính như sau:

Hình 1-3 : Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở những điện trở phụ

khác nhau

•Nhận xét: Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời Inm và Mnm cũnggiảm Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi động

- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện.

- Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính cơ thấp

+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn

thay đổi Økt, mà từ thông kích từ do dòng kích từ sinh ra

Vậy để điều chỉnh Økt ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, khi điều chỉnh Økt taphải tuân theo điều kiện sau

Không thể tăng dòng kích từ Ikt lớn hơn dòng định mức của cuộn dây kích từ vì nó pháhỏng cuộn kích từ và khi Økt = Øđm đã bảo hòa rồi, nếu muốn tăng Ikt thì Økt cũng khôngtăng đáng kể nên ta điều chỉnh bằng cách giảm Økt

•Trong trường hợp này ta có:

- Tốc độ không tải lý tưởng: 0 ar

dm x

U v k

k

v R



Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từthông giảm thì ωx tăng, còn β sẽ giảm Ta có đồ thị đặc tính cơ với ωx tăng dần và độ

Hình 1-5 : Đặc tính cơ và cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ

độc lập khi giảm từ thông

Từ đồ thị ta nhận thấy khi từ thông thay đổi vơi Øđm>Ø1 >Ø2ta có:

-Dòng điện ngắn mạch : =

-Mô men ngắn mạch: Mnm = kØxInm = var (Mnm > Mnm1 > Mnm2)

Từ đồ thị đặc tính ta thấy ω0<ω1<ω2.Vậy phương pháp điều chỉnh từ thông là phươngpháp điều chỉnh trên tốc độ cơ bản

•Các chỉ tiêu chất lượng khi giảm từ thông Økt

- Tốc độ không tải lý tưởng: tăng

- Ưu điểm: Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thất năng lượng nhỏ

- Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8 nhưngphải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và cộng nghệ chế tạophức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên

1.2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng thay đổi điện áp phần ứng:

Từ phương trình đặc tính cơ (6)  2

u f

u R R U

Giả thiếtØ = Øđm=const; Rư=const; (Rf=0), M = const Lúc này ω= f(Uư)

Khi thay đổi điện áp phần ứng ta có:

- Tốc độ không tải lý tưởng: 0 ar

u U v k



 

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng cho ta một họ các đặc tính sau

Với Uđm>U1>U2>U3>………>Ui

Hình 1-6 : Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi điện áp phần ứng thay đổi

Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song songvới đặc tính tự nhiên

•Nhận xét :

- Ưu điểm : + không gây ồn

+ Không gây tổn hao phụ trong động cơ+ Dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1

+Độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh + Dễ tự động hóa

- Nhược điểm: + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơnđiện áp ra

Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng một bộ biến đổi, điều chỉnh đượcđiện áp đầu ra cấp cho mach phần ứng của động cơ.

Hình 1-7 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động cơ

Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều và điềuchỉnh được giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu Điện trở trong của bộ biến đổi Rbđ phụthuộc vào loại thiết bị, vì thông thường công suất của bộ bến đổi và động cơ xấp xỉ bằngnhau nên Rbđ cũng có giá trị đáng kể so với Rư của động cơ

Từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế

Hình 1-8 : Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ

Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp

Với : M =kØđmIư

Trong đó Øđm là từ thông định mức của động cơ, Øđm= const

Tốc độ không tải lý tưởng

Trong đó : ka là hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi

Uđk là điện áp điều khiển

Từ phương trình (23) và (24) ta có đồ thị đặc tính được biểu diễn như sau

Hình 1-9 : Đồ thị đặc tính cơ điện khi Ubđ thay đổi

Từ đồ thị ta thấy, khi Ubđ thay đổi thì ta có những tốc độ không tải lý tưởng khác nhau,còn độ cứng đặc tính cơ không đổi và đặc tính điều chỉnh dốc hơn đặc tính tự nhiên

•Nhận xét :

- Điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả không tải lý tưởng , đặc tính cơ điềuchỉnh tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn phương pháp dùng biến trở vàthay đổi Økt

- Điều khiển phước tạp, vốn đầu tư lớn nhưng nó là phương pháp tốt hơn so với hai

• Kết luận : Sau khi phân tích ba phương pháp điều khiển nêu trên thì phương pháp

điều khiển bằng thay đổi điện áp phần ứng là tốt hơn cả Cho nên em chọn phương pháp làm phương pháp nguyên cứu cho đề tài của em.

1.3 Các bộ biến đổi điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi diện áp phần ứng.

- Hiện nay trong công nghiệp người ta thường sử dụng ba loại bộ biến đổi sau:

+ Bộ biến đổi máy phát điện một chiều

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển

- Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi đó ta có các hệ truyền động sau:

+ Hệ máy phát – động cơ( F – Đ)

+ Hệ điều chỉnh xung áp – động cơ( XA – Đ)

+ Hệ chỉnh lưu Tiristo – động cơ( T – Đ)

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH CẦU BA PHA THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) KHÔNG

CÓ ĐẢO CHIỀU.

2.1 Giới thiệu về thyristor

Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẩn P1-N1-P2-N2 liên tiếp tạo nên ba cực: anot A,catot K và cực điều khiển G(gate) Tại ba vị trí tiếp xúc nhau của các lớp P1-N1-P2-N2

tạo nên các lớp tiếp giáp J1,J2,J3

Về lý thuyết có hai loại thyristor:

- Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anot

Hình 2-1 thyristor

- Thyristor kiểu P hay thyristor có cực G nối với vùng P gần catot.

- Hoạt động của thyristor:

- Thyristor làm việc ở ba trạng thái: đóng – mở – khóa

UBR: điện áp ngược đánh thủng

UBO: điện áp tự mở của thyristor

UTO: điện áp rơi trên Thyristor

IL latching

IH dòng duy trì

Hình 2-2 Sơ đồ đặc tính làm việc của thyristor

+ Thyristor khóa nếu UAK < 0 và sẻ vẩn kháo nếu ta cho UAK > 0

+ Thyristor chuyển qua trạng thái từ khóa sang dẩn nếu đồng thời đảm bảo 2 điềukiện: UAK > 0, và có dòng điều khiển IG đủ mạnh( về cả công suất và thời gian).Khi thyristor đã dẩn nếu ngắt dòng điều khiển đi( cho IG=0) nó sẻ vẩn dẩn chừngnào dòng điện qua nó lớn hơn một giá trị gọi là dòng duy trỳ

-Trong thực tế người ta sử dụng thyristor kiểu N nhiều hơn

2.2 Chỉnh lưu hình cầu ba pha

2.2.1 Sơ đồ mạch điện và dạng song

R L

u2b u2c

id ud

F

H2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

Đây là chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển hai nửa chu kỳ gồm 6 tiristorchia làm hai nhóm:

+T1,T3,T5 là nhóm catôt nối chung

+T2,T4,T6 là nhóm anốt nối chung

Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:

Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin

Giả thiết dòng điện được san bằng tuyệt đối : L = ∞

E

H 2.4 Sơ đồ dạng sóng của dòng điện và điện áp trong bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

2.2.2 Nguyên lý làm việc

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua :

2 2

Khi θ = θ1 =  6 

cho xung điều khiển mở T1 Tiristor này mở vì u2a > 0 Sự

mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì u2a > u2c Lúc này T6 và T1 chodòng chạy qua Điện áp trên tải :

Các xung điều khiển lệch nhau một góc 3



được lần lượt đưa đến các cực điềukhiển của các tiristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,…như hình vẽ

V1 V3 V5

V2 V4 V6

V1 V2

V3 V2

V3 V4

V5 V4

V5 V6

V1 V6

V1 V2

H 2.3 Chu kỳ đưa xung điều khiển vào cácThyristor

Trong mỗi nhóm,khi một tiristor mở,nó sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòngtrước nó, theo tóm tắt sau đây:

2.2.3 Các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha:

-giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

Nếu có dùng biến áp thì gây méo lưới điệ ít hơn các loại trên đông thời công suất MBAcũng chỉ xấp xỉ bằng công suất tải công suất mạch chỉnh lưu có thể rất lớn lên tới hàngtrăm kw

Nhược điểm của nó là sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên không phù hợpvơi điện áp ra tải dới 10V

2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn

H 2.4 Hình biểu diễn hiện tượng trùng dẫn

Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng Khi θ = θ1 cho xung điều khiển mở T3 Do Lc ≠

0 nên dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngộtgiảm từ Id xuống 0 Cả ba tiristor T1,T2 và T3 đều dẫn dòng Hai nguồn ea và eb nối ngắnmạch

Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 sang θ1,ta có :

TẢI ud

id

T2 T3

Dòng điện chảy trong T1 là: iT1 = Id – ic

Dòng điện chảy trong T3 là : iT3 = ic

Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2,và ký hiệu μ = θ2 – θ1 là góc trùng dẫn Khi θ = μ, iT1 = 0, ta có biểu thức sau:

U

   

(2.1)Hình dạng điện áp ud trong giai đoạn trùng dẫn :

Trong khoảng θ đến θ :T dẫn dòng,T và T cùng dẫn dòng,vậy có thể viết

2.3.1 Tổng quan về hệ truyền động T-Đ không đảo chiều.

Khi ta dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển hay là các bộ chỉnh lưu dùng thyristor để

làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều như các phần trước ta đã giới thiệu , ta có điện áp chỉnh lưu của hệ là :

Ud = Ud0 cosα ;Vậy ta có phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của hệ chỉnh lưu T – Đ khôngđảo chiều là :

ω = I ;

ω = M ;

ω = ω0 - ∆ω ;

Trong đó :

ω0 = là tốc độ không tải lý tưởng , vì lúc đó ở vùng dòng điện gián đoạn ,

hệ sẽ có thêm một lượng sụt áp nên đường đặc tính điều chỉnh đốc hơn , tốc độ không ,tải lý tưởng thực ω0 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng giả tưởng ω’0 như hình 2-9 Vậy , khi thay đổi góc điều khiển α = 0 → π thì Ed0 thay đổi từ Ed0 đến -Ed0 và

ta sẽ được một họ đặc tính cơ song song với nhau nằm ở nữa bên phải của mặt phẳng toạ

độ [ ω , I ] hoặc [ω , M ]

Id.blt = ;Trong đó : XBA : Điện kháng máy biến áp f1 : Tần số lưới

LưΣ : Điện cảm tổng mạch phần ứng m : Số pha chỉnh lưu

Hình 2-10: a) Sơ đồ thay thế hệ T – Đ không đảo chiều

b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T – Đ

Trong vùng dòng điện gián đoạn ( ω’0 < ω0 ) :

Trong đó : E2m : Biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu

Đường giới hạn tốc độ cực đại :

ωgh.max =

-Usm

Ucm ωt Ucm

Us

Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau: “ Thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor

2.3.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:

- Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor , thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển ( Ucm ) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là :

Ud = Ucm – Us ;Khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện

áp đầu ra của khâu so sánh Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển

Hình 4-2 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiệnxung ra , tức là điều chỉnh góc α

Giữa α và Ucm có quan hệ sau :

α = ; Người ta lấy Ucmmax = Usmax ;

2.3.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos :

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :

- Điện áp đồng bộ Us , vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc

Us = Um Cosωt

- Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm

Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì :

Khi Us = Ucm , ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái

ωt π

UAK

0 Us

Hình 4-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss

Như vậy , khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um , đến trị Ucm = -Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao

T4 T6

ĐC

 Sơ đồ nghuyên lý hệ truyền đông T-Đ:

Hình 2-14 sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T –D

Bộ biến đổi van thyristor là một loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổidòng soay chiều thành dòng một chiều việc điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến đổi,được thực hiện bằng cách điều chỉnh góc mở của van

Điện áp chỉnh lưu Ud0 ( điện áp không tải ở đầu ra) có dạng đập mạch với tần số đậpmạch là n trong một chu kỳ của điện áp sơ cấp của máy biến áp lực

Sơ đô chỉnh lưu cầu n= 2m.(với m là số pha).sơ đồ hình tia n=m.

Giả sử điện áp cấp cho bộ biến đổi van có dạng

t

Ta đả biết sau một chu kỳ dòng điện và điện áp lặp lại nên ta chỉ cần xét cho một chu

kỳ là đủ, coi điện trở van Rv=0

Hình 2-15 Sơ đồ thay thế chỉnh lưu thyristor đông cơ điện một chiều

Khi van dẩn ta có phương trình:

Với : =

-=

 Nhận xét:

- Ưu điểm: Hệ( T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít, kích thước và trọng lượngnhỏ, không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khếch đai lớn, điều đórất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng caochất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống

- Nhược điểm: Do các van bán dẩn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có độđập mạch cao, khả năng linh hoạt và chuyển trạng thái làm việc không cao, gây tổn thấtphụ và làm sấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp

- Khắc phục: thiết kế truyền động van cố gắng làm hẹp vùng dòng gián đoạn bằng cáchnối kháng lọc đủ lớn, tăng số lần đập mạch, nối van đệm

-CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC

Thông số động cơ điện một chiều:

Trong đó : Ud : điện áp tải một chiều

U2 : trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều của van

Ku : hệ số điện áp tải chỉnh lưu cầu 3 pha ( Ku =

Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd Id =

63

3 = 36,37(A)Trong đó: Id : dòng điện tải

Idm v = ki Ilv = 1,4 36,67 = 50,9 (A)Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện (1,1-1,4)

Vậy thông số van là: Unv = 368,47 (V)

Idm v = 50,9(A)Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại T60N600BOC với các thông số định mức:

-Dòng điện định mức của van: Iđm = 60(A)-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 600 (V)-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V)

-Điện áp điều khiển: Udk = 1,4(V)-Dòng điện điều khiển: Idk= 0,15 (A)

-Dòng điện đỉnh: Ipikmax = 1400 (A)

-Tốc độ biến thiên điện áp:

du

dt =500 (V/s)-Thời gian chuyển mạch: tcm =180 μs-Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax = 125ºC

II-Tính toán máy biến áp:

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

2 Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U = 380 (V)

ΔUv = 2ΔU (V) sụt áp trên các van

sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải

6 Công suất biến áp nguồn cấp là:

Sba=ks Pdmax= 1,05* 15148,4 = 15905.768(VA) = 15,9058(kVA)

ks hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực

7 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6m: số trụ máy biến áp

Suy ra: QFe = 6 = 61,79(cm2)

Suy ra chọn chiều cao trục là 21 (cm)

*Tính toán dây quấn

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

B

(vòng )Chọn W1 = 284 (vòng)

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

W2 = W1 = = 76,8 (vòng)

Chọn W2 = 77 (vòng)

15 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)

16 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1=

1 1

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

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 5,3 (mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S1= a1xb1= 1,56 x 3,53 (mm)

(phụ lục bảng 9 sách Điện tử công suất)

J1 = =

13,91 5,3 = 2,624(A/mm2)

17 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 = =

51, 44

2, 75 = 18,7 (mm2)Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 18,9 (mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S2= a2xb2= 2,24 x 8,6 (mm)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:

J2 = =

51, 44

18, 9 = 2,72 (A/mm2)

*Kết cấu dây quấn sơ cấp

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

h h

k b

( vòng)

h - chiều cao trụ

hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5(cm)

Kc - hệ số ép chặt

Tra bảng 13.2 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,95

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

n1l = =

284

54 = 5,3 (lớp)Chọn số lớp n1l = 6 lớp

Như vậy 284 vòng chia thành 6 lớp , 5 lớp đầu 48 vòng , lớp thứ 6 có :

284 – 5.48 = 44 vòng

20 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

h1 = =

0,353.540,95 = 20,06 (cm)

21 Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày :

S01 = 0,1 (cm)

22 Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 1 (cm)

23 Đường kính trong của ống cách điện:

*Kết cấu dây quấn thứ cấp

31 Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

h1 = h2 = 20,06 (cm)

32 Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:

W12 = kc =

20, 06 0,86 0,95 = 23,3 (vòng) ≈ 23 (vòng)

33 Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: