mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

I Số liệu cho trước: - Thông số của động cơ: Uđm = 220V; Iđm = 1,2A ; Pđm = 0,2KW; n = 2000vòng/phút II Nội dung cần hoàn thành: • Thuyết minh đề tài: o Các phương pháp điều khiển tốc độ

TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Khoa Điện – Điện Tử

2 Nguyễn Ngọc Trung

3 Ngô Văn Tuấn

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn điều chỉnh

tốc độ động cơ điện một chiều.

I) Số liệu cho trước:

- Thông số của động cơ: Uđm = 220V; Iđm = 1,2A ; Pđm = 0,2KW; n = 2000(vòng/phút)

II) Nội dung cần hoàn thành:

• Thuyết minh đề tài:

o Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ

o Mạch chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn

o Dạng sóng điện áp, dòng điện trên van công suất

o Các phương pháp điều khiển và thiết bị điều khiển

o Tính toán lựa chọn van bán dẫn, tản nhiệt,…

o Thiết kế mạch và khảo sát mạch

• Phải đảm bảo tính khả thi, hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng thực tế

• Các bản vẽ thiết kế đầy đủ và chính xác

• Sản phẩm phải đảm bảo đủ yêu cầu tính kĩ thuật,mỹ thuật và hoạt động tốt

• Trình bày hướng phát triển của đề tài

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Email:

Hưng Yên, ngày tháng năm 2019

Bảng thống kê quá trình thực hiện đề tài qua các tuần

1 Gặp giáo viên hướng dẫn nhận đề tài nghiên cứu và nghiên cứu lý thuyết của phầnmạch chỉnh lưu

Cầu một pha điều khiển hoàn toàn với tải là động cơ điện một chiều

2 Tìm hiểu về động cơ điện một chiều, những lưu ý khi sử dụng động cơ điện cũng như cách sử dụng,…

- Các cách thay đổi tốc độ động cơ (thay đổi U,I, thêm Rf)

3 Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển và các thiết bị điều khiển cho các van:

- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha thẳng đứngtuyến tính

- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha thẳng đứng

- Dạng sóng dòng điện trên van, tải

- Dạng sóng điện áp trên van, tải

5 Dựa vào các thông số đã cho từ tải tính ngược lại góc mở α để có thể hiệu chỉnh thời gian đóng cắt của các van công suất sao cho mạch hoạt động cung cấp đúng yêu cầu về các thông số của tải (Ud, Id,…)

6 Dựa vào các thông số có sẵn của nguồn cũng như của tải, từ đó tính toán được cácthông số hợp lý cho van công suất, các mạch bảo vệ quá dòng cũng như là quá áp, tản nhiệt,…

- Tính toán chọn van sao cho phải đáp ứng đủ yêu cầu về U, I và góc mở α

7 Thực hiện làm mạch in và khảo sát thực tế

8 Gặp giáo viên hướng dẫn xin nhận xét và đánh giá chất lượng sản phẩm

Mục Lục

Lời Nói Đầu

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trìnhcông nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyềnđộng điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoácho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suấtđem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyềnđộng 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, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển

hoàn toàn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

Với sự hướng dẫn của Cô: Nguyễn Thị Thùy Dung,chúng em đã tiến hành nghiêncứu và thiết kế đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên khôngthể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn

Nhóm sinh viên thực hiện

1) Nguyễn Văn Thạch 2) Nguyễn Ngọc Trung 3) Ngô Văn Tuấn

Chương I: Cơ sở lý thuyết 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 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 chiềugồm 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)

Hình 1.2.1: Động cơ điện một chiều

Gồm các phần chính sau:

- Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ

và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá

thép kỹ thuật điện Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông Dây quấnkích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.

- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổichiều

- Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy

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 diện tròn,trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cáchđiện với rãnh của lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điệnxoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điệnvới nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vànhgóp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiếngóp 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

1.2.2: Phần quay (rotor):

Gồm các bộ phận sau:

aLõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điệndày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đểsau 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 diện tròn,trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cáchđiện với rãnh của lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điệnxoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điệnvới nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vànhgóp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiếngóp 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 1.3.1: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 códòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđttác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi

+

-I F

F a

phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến gópđổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quaykhông đổi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eưchiều 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 Eưcòn gọi là sức phản điện động

Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư

Hình 1.3.2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc l

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 độđịnh 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 nguồn haynối 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

.n (2)

Ke = a

n p

K

R K

U

φ

φ −

(3)

Hoặc: n=

u e

u e

K

R K

Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5) :là mômen điện từ của động cơ

Suy ra: n=

M K K

R K

U

e

u e

.

R K

2

) (

R R K

2).(

dm R R

người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ

ở phía dưới tốc độ cơ bản

b Trường hợp thay đổi U< Uđm

K )2( φ

constKhi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song Phương phápnày được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động

c Ảnh hưởng của từ thông:

d Muốn thay đổi Φ

ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải ω Kφ

−

giảm

1.5: Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập

1.5.1: Khái niệm chung

a Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông sốnguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đótạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Cóhai 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 chuyển tiếp từtrục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của

cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theophương pháp thứ hai

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

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn sovới các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng màcấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điềuchỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.

b 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 vào cácchỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

- Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay béhơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tựnhiên

- 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

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

Độ cứng: β = ∆M/∆n Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ nghĩa là độ ổnđịnh tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt nhất làphương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ Hay nói cáchkhác β càng lớn thì càng tốt

- 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 điều chỉnh tốc

độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

γ = i+1

i n n

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

γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này haicấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp

γ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp

- 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 làm việccủa động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất

- 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 hệthống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bịphổ 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 áptrên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi Để tránh những biến độnglớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằngcách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiềukích từ độc lập

M K

K

R R K

U

n

M E

f u E

2Φ

+

−Φ

=

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, tadùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc

U1 U2 U3

TN ( Uđm )

n0 ncb n1 n2 n3

M

n

MC

Uđm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3

-Iư U

Ukt

khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành

dòng một chiều và điều chỉnh 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 = E đm

đm K

U

Φ

f u

M E R R

K K dn

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 sẽthay 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 thay đổi

Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:

Hình 1.5.2.1: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

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

-+

Ckt Rkt

1 2 đm

0 MC M2 M1 Mn

Hình 1.5.3.2: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

ncb n1

n

M

ñm > 1 > 2 ncb < n1 < n2

Hình 1.5.3.1: 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 chỉnh moment

điện từ của động cơ M = KM

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 do tổn hao công

suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc 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 dòng điện

kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ 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 =

Φ

E K U

sẽ làm cho Mn giảm theo

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi Φ

giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn Nên ta có họ đường

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 chỉnh đượctốc 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:

nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = cb

n

nmax

= 13

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnh tốc

độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòngđiện và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ chophép

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 đểđiều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường Do quá trình điềuchỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh

tế

1.5.4: Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:

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

Hình 1.5.4.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

trên mạch phần ứng.

M K

K

R R

K

U n

M E

f u

=

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

const K

U

n

dm E

dm

= Φ

=

0

f u

dm M E R R

K K

Ta nhận thấy βTN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớnhơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực

tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảycấp tức độ bằng phẳng γ xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…

Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:

D = 1

)32( ÷

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 tải thay đổicàng kém Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng

1.6: Đảo chiều quay động cơ điện một chiều

Chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mô men, để thayđổi chiều của mô men ta có thể dùng hai phương pháp sau:

- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều dòng điện trong phần ứng

- Đổi chiều quay bằng cách đổi chiều từ thông, cụ thể là chiều dòng kích từ.Đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiệnđược bằng cả hai phương pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ được dùng phương phápđổi chiều dòng điện phần ứng Iư , còn phương pháp đổi chiều quay động cơ bằng cáchđổi chiều dòng kích từ không được sử dụng vì cuộn kích từ có nhiều vòng dây do đó hệ

số tự cảm Lt rất lớn và việc thay đổi chiều dòng điện kích từ dẫn đến sự xuất hiện sứcđiện động tự cảm rất cao, gây quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích Ngoài ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số không có thểlàm tốc dộ tăng quá, không tốt

Chương II: BỘ CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

2.1: Khái quát chung:

Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển động cơ Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra

2.1.1: Khái niệm :

Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điệnmột chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều

2.1.2: Phân loại:

• Theo số pha: một pha, ba pha, m pha

• Theo loại van: diode hoặc thyristor

• Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển

• Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển

• Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển

• Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung

2.1.3: Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản

Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng nhưtính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:

- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại

- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiềuthành nguồn một chiều

- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu cóchất lượng tốt hơn

- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp

- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nóquyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.

- Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máyđiện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khitải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt vv

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của bộ

2.2: Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ

* Một số mạch chỉnh lưu:

1 Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển:

a> Sơ đồ nguyên lý:

b> Nguyên lý làm việc

- Với sơ đồ nguyên lý trên khi làm việc các diode chuyển mạch tự nhiên, còn các

thyritstor dẫn dòng tại các thờ điểm kích xung Trong mạch bán điều khiển khi

α ≥ 600 điện xẽ suất hiện 2 van tẳng hàng dẫn đồng thời Với trường hợp đang xét

với α = 900 nhận thấy trong các thời điểm:

van T3, D3 đồng thời dẫn dòng

θ1 ÷ θ2 van T3, D3 ñồng thời dẫn dòng

θ3 ÷ θ4 van T1, D1 đồng thời dẫn dòng

θ5 ÷ θ6 van T2, D2 đồng thời dẫn dòng

Như vậy trong các khoảng thời gian này điện áp trên tải ud = 0; dòng điện id

chảy quẩn trong tải không chảy về nguồn, nên năng lượng được giữ lại trên

tải

Mạch chỉnh lưu ba pha bán điều khiển có ưu ñiểm là điều khiển đơn

giản, tiết kiệm năng lượng điện Nhưng nhược điểm là số đập mạch trong toàn

dải điều chỉnh bằng 3; số đập mạch chỉ bằng sáu khi α = 00

+­Ưu­điểm:­Điện­áp­trung­bình­đầu­ra­lớn­có­thể­cũng­cấp­dòng­và­áp­cho­tảicó­công­suất­lớn

+­Nhược­điểm:­Giá­thành­cao,­điều­khiển­các­van­dẫn­khó­khăn­và­giá­thành­cao

2 Mạch chỉnh lưu hình tia 2 nửa chu kì:

a>­Sơ­đồ­nguyên­lí:

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi ñó phía thứ cấp

MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về dấu nhưng ngược nhau về pha

U21= 2U2 sinωt

Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 , diode D1 ñược phân cực thuận cho

dòng điện chạy qua Khi đó u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại

Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21 , diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại

Khi đó u22 dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải

Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho

tải trong cả chu kỳ

+ Ưu điểm: Giá thành giẻ, cấu tạo mạch đơn giản, dễ dàng chế tạo

+ Nhược điểm: Công suất sau chỉnh lưu nhỏ, không thể điều chỉnh được điện áp…

Kết luận: Tuy còn rất nhiều loại mạch chỉnh lưu biến đổi điện áp, dòng điện một chiều

thành xoay chiều Nhưng theo yêu cầu của để tài để áp ứng được đề tài thì ta lựa chọn mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn là hợp lý nhất

2.2.1: Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha:

• Ưu điểm :

- Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản

- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha

- Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục

• Nhược điểm:

- Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn)

- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA

- Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ

a Sơ đồ nguyên lý: