Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1pha có điều khiển

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây: Động cơ điện một chiều kích từ song song Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ 4

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 4

1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều 4

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều 4

1.2.1 Phần tĩnh (stator) 4

1.2.2 Phần quay (rotor) 4

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: 5

1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập 6

1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: 7

1.4.2.Phương trình đặc tính cơ: 7

1.4.3.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ: 8

1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 9

1.5.1 Khái niệm chung: 9

1.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng: 11

1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông: 12

1.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: 14

1.5.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng: 16

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 20

2.1 Các phần tử bán dẫn công suất 20

2.1.1.Diode 20

2.1.2 Thysistor 22

2.2 Sơ đồ điều chỉnh lưu động cơ 24

2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có diều khiển 25

2.2.2 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển: 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 29

3.1 Mục đích và ý nghĩa 29

3.2 Tính chọn mạch động lực 29

3.2.1.Tính toán chọn van động lực 30

3.2.2 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: 31

3.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van 32

3.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn 32

3.3.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van: 33

3.4 Tính toán mạch điều khiển 34

3.5 Thiết kế Bộ Chỉnh lưu 35

3.5.1 Gới thiệu về vi mạch TCA 785 35

3.5.2.Tính chọn phần tử cách ly 40

KẾT LUẬN 44

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thốngtruyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tựđộng hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tửcông suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so vớicác hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất

chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1pha có điều khiển’’

Với sự hướng dẫn của cô : Đặng Thị Loan Phượng , em đã tiến hành nghiên

cứu và thiết kế đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nênkhông thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Thân Quang Sang

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặcđộng cơ điện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơnăng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện mộtchiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điệnmột chiều gồm những loại sau đây:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuậtđiện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạngrãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làmbằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diệntròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấnđược cách điện với rãnh của lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòngđiện xoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạncách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn.Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấnvào các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máythường làm bằng thép Cacbon tốt

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

A

B

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện

từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến

góp 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 sứcđiện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.

Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên

Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ

Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế

độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm)

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồnhay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính

cơ được tính như sau

 lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

 nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng

đặc tính cơ tuyệt đối cứng

1.4.1.Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều

Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từthường mắc song song với mạch phần ứng

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứngvàmạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập

Ke = 60p.n a : hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

K=



a

n p

2

.: hệ số cấu tạo của động cơ

+

Hoặc: n= u

e

u e

K

R K

R K

U

e

u e

.    là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1chiều kích từ độc lập

K

R K

U u u

2

) (    = 0   

trong đó: 0 : tốc độ không tải lý tưởng

U u u f

2 ) (

dm

R R

giảm Nếu Rf càng lớn thì tôcf độđộng cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Chonên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độđộng cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản

 Trường hợp thay đổi U< U đm

Muốn thay đổi  ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải

1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1.5.1 Khái niệm chung:

1.5.1.1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông

số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ

đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu

Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyểntiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phức tạpcủa cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc

độ theo phương pháp thứ hai

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụtải thay đổi của động cơ điện

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn

so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng

mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chấtlượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vàocác chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

a Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay

bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ

tự nhiên

b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất

nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học

- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người tachọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệthống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh

c Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:

Độ cứng:  = M/n Khi  càng lớn tức M càng lớn và n nhỏ nghĩa là độ

ổn định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốtnhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ.Hay nói cách khác  càng lớn thì càng tốt

d Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điềuchỉnh tốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 )

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúcnày hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp

  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp

e Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làmviệc của động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp nhất

f Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệthống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ

thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết

bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau

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

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện

áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi Để tránh những biếnđộng lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơmột chiều kích từ độc lập

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều ápnhư: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biếnđổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điềuchỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

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

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ:Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng

sẽ thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi

Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thayđổi Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:

Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

M E

R R

K K dn

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất

là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản ncb Đồng thời điều chỉnhnhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục vàngược lại

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng trong thực tế động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho

D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umincp thì do phản ứng phần ứng

sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào

phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiềutrong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể

điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư

cơ bản và chi phí vận hành cao

1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông:

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnhmoment điện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ

E ư

U kt

Eư = KEn Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữnguyên giá trị định mức.

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình,người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông dotổn hao công suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổiđặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từ thông thì dòngđiện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độchỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc

này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n = .

E

K U

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên khi  giảm sẽ làm cho

Mn giảm theo

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi  giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn Nên ta có họđường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnhđược tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vôcùng Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

0 M

C M

2 M

1 M n

Hình 6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnhtốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiềudòng điện và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc

độ cho phép

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể

điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb Phương pháp này được dùng

để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường Do quá trìnhđiều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mangtính kinh tế

1.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phầnứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều Trong phương pháp này điệntrở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

trên mạch phần ứng.

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độcứng của đường đặc tính cơ:

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

U n

dm E

dm M E

R R

K K

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đườngđặc tính cơ càng dốc Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tựnhiên được tính theo công thức sau:

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứnglớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng Vậykhi thay đổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phầnứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 tađóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống,còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho momentđộng cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb Trênthực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc

M, I

0 < R f1 < R f2 < R f3

n cb > n 1 > n 2 > n 3

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng Khi động cơ làmviệc ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảotính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:

D = ( 213)Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòng điện ngắnmạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm Do đó, phương pháp này được dùng đểhạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản Và tuyệt đối không đượcdùng cho các động cơ của máy cắt kim loại

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên

mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb

Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần

trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép

Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào

càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tảithay đổi càng kém Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn haophụ càng tăng

1.5.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽmạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.

Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn ncb và điều chỉnh nhảy cấp Hệthống có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùngphương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch

-Ckt tttt

T

R kt

E

U

Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song vớiđiện trở và nối nối tiếp với một điện trở khác Phương pháp này giống với phươngpháp thay đổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại không thay đổi.

Do đó, phương pháp này đòi hỏi phải:

- Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi

- Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổilàm cho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức

Ta có phương trình đặc tính cơ:

Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ nĐ < ncb Mặt khác ta có:

Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng PM nhỏ hơn độ cứng củađặc tính cơ tự nhiên TN nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ Rfvới điện trở phụ chính là Rn

Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau:

 Giữ nguyên R n , thay đổi giá trị R S :

- Khi RS = 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng

nHĐN = 0

M K

K

R R

R R R

R R

R K

U n

M E

n S

n S u

n S

K

R R

R R R

R R

R n

n

M E

n S

n S u

n S

S

2 0

0

R R

R n

n

n S

S u

n

R R

R R

R f  n  

Hình 10: Họ đặc tính cơ khi R n = const, R S thay đổi.

Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bịhạn chế và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm

 Giữ nguyên R S , thay đổi giá trị R n :

Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ Lúc này ta xem RS như

là tải nối song song với động cơ Ta có được đường đặc tính cơ tự nhiên

Khi Rn = : Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi trên phần ứngđộng cơ Đây là trạng thái hãm động năng với RHĐN = RS Ta có : IB = Uđm/RS

Ta có họ đặc tính cơ như sau:

Hình11: họ đặc tính cơ khi R S = const, R n thay đổi.

n 1

n 2

n c b

n

R n1

R n2

R

U I R



R S1 < R S2

n 1 < n 2

Vậy, khi giữ nguyên RS và thay đổi Rn thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chếnhư trường hợp trên Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại

bị giảm xuống

 Ngoài ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của R S và R n:

Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế So với phương pháp điềuchỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng ta nhận thấy: Khi tốc độ vàmoment động cơ như nhau nghĩa là khi công suất cơ như nhau dòng điện nhận từ lướitrong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồ điều chỉnh bằng điện trởphụ trên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua RS

Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép.Đồng thời tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều

chỉnh tốc độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

Ưu điểm:

- Với cùng một tốc độ yêu cầu thì độ cứng của đường đặc tính cơ phân mạch có

độ cứng lớn hơn đặc tính cơ dùng điện trở phụ trên mạch phần ứng

- Thiết bị vận hành đơn giản

CHƯƠNG 2 TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Các phần tử bán dẫn công suất

2.1.1.Diode

a Cấu tạo

- Điode gồm hai lớp bán dẫn loại P và N dược ghép tĩnh điện với nhau, thôngthường diode được tạo bởi hai lớp bán dẫn Silic loại P và N, bán dẫn loại P là loại bándẫn dẫn điện bởi các hạt lỗ trống mang điện tích dương Bán dẫn loại N dẫn điện bởicác hạt mang điện tích âm

Hình 1: Kí hiệu của diode

b.Nguyên lý hoạt động của điode

Khi ghép hai bán dẫn loại P và N lại với nhau thì tại mặt ghép sẽ hình thànhmột lớp tiếp xúc P-N kí hiệu là J Tại lớp tiếp xúc các điện tử âm tự do từ lớp bán dẫnloại N chuyenr sang lớp bán dẫn loại P chúng tái hợp với các lỗ trống trở nên trunghòa về điện Phía lớp bán dẫn loại P do mất lõ trống nên trở thành điện tích âm Phíabán dẫn loại N do mất các điện tử nên mang điện tích dương Do vậy một điện trường

ở lớp tiếp xúc P-N được hình thành và hướng từ P sang N Điện trường này giống nhưmột bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P sang N và từ N sang P

Khi nối P sang N một nguồn điện một chiều để tạo sự phân cực, cực dương củanguồn nối vào lớp bán dẫn P, cực âm nối vào lớp N thì sẽ có một điện trường ngoàihướng từ P sang N Điện trường này mạnh hơn điện trường lớp tiếp xúc và ngượcchiều điện trường lớp tiếp xúc Chính điện trường này giúp lỗ trống tiếp tục từ P sang

N và điện tử từ N sang P tạo thành dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc P sang N

Nếu nối với nguồn điện mọt chiều để phân cực ngược tức là dương nguồn nốivới bán dẫn N, âm nguồn nối với Anôt thì sẽ có một điện trường ngoài hướng từ Nsang P cùng chiều với điện trường lớp tiếp xúc, sẽ cản trở sự chuyển dịch của lỗ trống

từ P sang N và điện tử từ N sang P, vùng cách điện càng rộng ra, không có dòng điệnnào chạy qua được các mặt ghép P-N Ta nói mặt ghép bị phân cực ngược

-+++

Phân cực thuận Phân cực ngược

Hình 2: Phân cực cho diode

c Đặc tính vôn-ampe

Đặc tính vôn-ampe của diode biểu thị quan hệ f(u,i) giữa dòng điện qua diode

và điện áp đặt vào hai cực của diode

Đặc tính vôn-ampe gồm hai nhánh

Hình 3: Đặc tính vôn-ampe của diode

 Nhánh thuận ứng với phân áp thuận: Dòng điện đi qua diode vượt mộtngưỡng Un cỡ 0,1 đến 0,5 v và chưa lớn lắm thì đặc tính có dạng Parabol (nhánh 1).Khi điện áp lớn hơn thì đặc tính như đường thẳng (2)

 Nhánh ngược ứng với phân áp ngược: Lúc đầu điện áp ngược tăng thì dòngđiện ngược rất nhỏ cũng tăng nhưng rất chậm (3) tới điện áp ngược U=12v thì dòngđiện ngược có trị số nhỏ vài mA và gần như giữ nguyên Sau đó khi điện áp ngược đủlớn U>Ungmax thì dòng điện ngược tăng nhanh (4) và cuối cùng diode bị đánh thủng (5)

Để đảm bảo an toàn cho diode làm việc với điện áp ngược 0,8Ungmax Qua đặc tínhVôn-ampe cho thấy tùy theo điều kiện phân áp mà diode có thể dẫn dòng hay không

P -- - N

-+++

E

NG

P -- - N

-+++

dẫn dòng, diode là một van bán dẫn chính nhờ tính chất này được sử dụng để chỉnh lưudòng điện xoay chiều thành một chiều.

2.1.2 Thysistor

a Cấu tạo, ký hiệu

- Cấu tạo: Thysistor là thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2 ghép lại tạo ra balớp tiếp xúc J1,J2,J3

- Ký hiệu:

b Nguyên lý làm việc

- Khi đặt thysistor vào điện áp một chiều, A nốt nối vào cực dương, Katốt nốivào cực âm của nguồn Khi đó J1, J3 được phân cực thuận J2 bị phân cực ngược, gầnnhư toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2 Điện trường Ei của J2 có chiều từ N1sang P2 Điện trường ngoài tác dụng cùng chiều với Ei, vùng chuyển tiếp cũng là vùngcách điện càng mở rộng ra, không có dòng chảy qua thysistor, mặc dù nó dược đặtđiện áp

Để mở thysistor ta đặt một xung điện áp Ug tác động vào cực G (dương so vớiK) các điện tử từ N2 sang P2 và một số ít chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòngđiều khiển ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần điện tử chịu sức hút của điện trườngtỏng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc bắn phá

J2, vùng chuyển tiếp J2 bị trọc thủng làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào

N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài gây nên hiện tượng dẫn điện ồ ạt, J2trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi pháttán ra toàn bộ mặt ghép nên thysistor được mở

A

GK