Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển và quá trình vào đồng bộ cho động cơ đồng bộ 1600KW của máy nghiền than

Dây quấn starto thường được chế tạo bằng đồng có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật tuỳ thuộc vào công suất máy, bề mặt được phủ một lớp cách điện, được quấn thành từng bối và lồng vào cá

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội -

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu, khảo sát hệ thống điều khiển và

quá trình vào đồng bộ cho động cơ

đồng bộ 1600kw của máy nghiền than

Luận văn thạc sĩ

Mục lục

Mở đầu 1

Chương i: Tổng quan về động cơ đồng bộ Và đặc điểm của hệ truyền động động cơ đồng bộ công suất lớn 1.1 Khái quát và phân loại động cơ đồng bộ 3

1.1.1 Khái quát về động cơ đồng bộ 3

1.1.2 Phân loại động cơ đồng bộ 4

1.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ 4

1.2.1 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn 5

1.2.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi 6

1.3.Nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ 8

1.4.Đặc tính cơ của đông cơ đồng bộ 9

1.5 Các phương pháp khởi động động cơ đồng bộ 12

1.5.1 Khởi động bằng phương pháp thay đổi tần số 12

1.5.2 Khởi động theo phương pháp hoà đồng bộ 12

1.5.3 Khởi động theo phương pháp không đồng bộ 13

1.6 Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động điện động cơ đồng bộ công suất lớn 17

1.7 Kết luận 18

Chương II: Thiết kế nguồn kích từ động cơ đồng bộ sử dụng bộ biến đổi thyristor 2.1 Đặt vấn đề 20

2.2 Thiết kế mạch động lực 20

2.3 Thiết kế mạch điều khiển 21

2.3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu 21

2.3.2 Tính toán phần tử mạch điều khiển 28

2.4 Tính toán lựa chọn van lực và máy biến áp 42

2.4.1 Tính chọn van lực 42

2.4.2 Tính chọn máy biến áp lực 44

2.5 Tính toán thiết kế bộ nguồn cung cấp cho mạch điều khiển 46

2.6.Tính chọn máy biến áp đồng bộ 49

2.7.Tính toán thiết kế mạch tự động vào đồng bộ 51

2.7.1 Yêu cầu mở máy của động cơ đồng bộ 51

2.7.2 Nguyên lý làm việc của mạch tự động vào đồng bộ 52

2.7.3 Tính chọn các phần tử của sơ đồ 53

2.8 Kết luận 54

Luận văn thạc sĩ

Chương III: Mô hình toán học của động cơ đồng bộ Và khảo sát quá trình vào đồng bộ của động cơ khi khởi

động

3.1 Đặt vấn đề 55

3.2 Véc tơ không gian và các hệ toạ độ 56

3.2.1 Vector không gian 56

3.2.2 Chuyển hệ toạ độ cho vector không gian 59

3.2.3 Mô tả các đại lượng trên hệ toạ độ tựa theo từ thông roto 60

3.3 Chuẩn hoá các đại lượng về đơn vị tương đối 61

3.4 Mô hình toán học của động cơ đồng bộ 62

3.4.1 Hệ phương trình cơ bản của động cơ đồng bộ 64

3.4.2 Mô hình trạng thái động cơ đồng bộ trên hệ toạ độ từ thông rotor65 3.5 Khảo sát quá trình vào đồng bộ của động cơ đồng bộ khi khởi động 67

3.5.1 Đặt vấn đề 67

3.5.2 Khảo sát thời điểm vào đồng bộ tối ưu khi động cơ khởi động có tải M c = 0 70

3.5.3 Khảo sát thời điểm vào đồng bộ tối ưu khi động cơ khởi động có tải M c = 0,5 M đm 81

3.5.4 Khảo sát thời điểm vào đồng bộ tối ưu khi động cơ khởi động có tải M c = M đm 92

3.6 Kết luận 100

Kết luận, đề xuất 101

Tài liệu tham khảo 103

đồng bộ là có hiệu suất cao, mang tính ưu việt của cả động cơ một chiều và

động cơ không đồng bộ Vì vậy, nghiên cứu về động cơ đồng bộ là một hướng

đi hợp lý và có tính thực tiễn cao Cụ thể là trong ngành công nghiệp khai thác than, động cơ đồng bộ công suất lớn được sử dụng để truyền động trục máy nghiền than

Tuy nhiên, khi sử dụng động cơ đồng bộ công suất lớn có cuộn dây kích

từ đòi hỏi phải cung cấp nguồn kích từ một chiều cho động cơ Thông thường, các động cơ sử dụng máy phát điện một chiều để cấp nguồn cho cuộn dây kích từ Hệ thống này có nhược điểm là cồng kềnh, giá thành cao, bảo dưỡng phức tạp, quá trình sử dụng chổi than và vành góp của máy phát điện một chiều bị ăn mòn dẫn đến giảm chất lượng kích từ của động cơ Bên cạnh đó một vấn đề cũng rất đáng quan tâm đó là việc khởi động của động cơ đồng bộ Chất lượng khởi động của động cơ chịu ảnh hưởng rất lớn bởi cách thức khởi

động động cơ cũng như thời điểm hợp lý để cấp nguồn kích từ một chiều cho

động cơ

Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn đặt ra trên đây, bản luận văn này trình bày những nghiên cứu của tác giả về hệ thống điều khiển kích từ và khảo sát quá trình vào đồng bộ cho động động cơ đồng bộ Cụ thể ở đây là động cơ truyền động của máy nghiền than với công suất 1600kW

Và sau đây là những nội dung chính mà tác giả đã tập trung nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ

Chương I Tổng quan về động cơ đồng bộ Và đặc điểm của hệ truyền động động cơ đồng bộ công suất lớn

Nội dung của chương:

1.1 Khái quát và phân loại động cơ đồng bộ

1.1.1 Khái quát về động cơ đồng bộ

1.1.2 Phân loại động cơ đồng bộ

1.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ

1.2.1 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn

1.2.1.1 Cấu tạo Stato của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn 1.2.1.2 Cấu tạo Rôto của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn 1.2.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi

1.2.2.1 Cấu tạo Stato của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi 1.2.2.2 Cấu tạo Rôto của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ

1.4 Đặc tính cơ của đông cơ đồng bộ

1.5 Các phương pháp khởi động động cơ đồng bộ

1.5.1 Khởi động bằng phương pháp thay đổi tần số

1.5.2 Khởi động theo phương pháp hoà đồng bộ

1.5.3 Khởi động theo phương pháp không đồng bộ

1.6 Những đặc điểm cơ bản của hệ truyền động điện động cơ đồng bộ công suất lớn

ưu việt hơn hẳn động cơ không đồng bộ cùng công suất, ở chỗ:

 Có hiệu suất lớn do động cơ đồng bộ có khả năng hoạt động ở Cosϕ

= 1, điều này cho phép nâng cao hệ số Cosϕ của mạng lưới điện nhà máy và giảm kích thước – trọng lượng bản thân động cơ do dòng nhỏ hơn

 Độ nhậy với dao động điện áp nguồn thấp hơn do mô men cực đại tỷ

lệ bậc nhất với điện áp

 Tần số quay không đổi và không phụ thuộc vào dao động tải (trong một giới hạn cho phép nào đó) trên trục rôto Dẫn đến độ ổn định tốc độ cao Tuy nhiên, việc sử dụng hệ truyền động động cơ đồng bộ lại có nhược

điểm là:

 Động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp

c

s s

p

f

π

Luận văn thạc sĩ

 Đòi hỏi phải có nguồn cung cấp dòng điện một chiều cho mạch kích

từ của động cơ khiến cho giá thành cao

 Việc khởi động động cơ đồng bộ cũng phức tạp hơn và việc điều chỉnh tốc độ của nó chỉ có thể thực hiện được bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ

Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghệ điện tử động cơ

đồng bộ được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp ở mọi dải công suất từ vài trăm W( cho cơ cấu ăn dao máy, cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển

động của tay máy, người máy, máy đóng gói, máy gia công chính xác, ) đến hàng MW ( cho các chuyển động kéo tàu tốc độ cao TGV, máy cán, v.v )

1.1.2 Phân loại động cơ đồng bộ

Theo cấu tạo có thể chia động cơ đồng bộ ra làm 2 loại :

+ Động cơ đồng bộ ba pha cực lồi: thích hợp với tốc độ quay thấp (số cực 2p ≥ 4)

+ Động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn: thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2)

Để thấy rõ hơn về đặc điểm cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha ta xét riêng cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi và động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn

1.2 cấu tạo của Động cơ đồng bộ

Động cơ điện đồng bộ cũng như các loại động cơ máy điện quay khác, gồm có: phần tĩnh (stato) và phần quay (rotor) ở các động cơ điện đồng bộ công suất lớn, phần tĩnh thường là phần mà các dây quấn của nó có cảm ứng

ra những sức điện động, còn gọi là phần ứng Phần quay thường là một nam châm điện dùng để tạo từ trường chính cho máy, còn gọi là phần cảm Rôto

Luận văn thạc sĩ

1.2.1 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn

Cấu tạo động cơ đồng bộ gồm hai phần chính đó là starto và rôto

1.2.1.1 Cấu tạo Stato của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn

Starto của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy

Lõi thép stato gồm các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 - 0,5 mm được ghép lại với nhau tạo thành hình trụ rỗng, bên mặt trong tạo thành các rãnh theo hướng trục để đặt dây quấn sau này Lõi thép starto được cố định trong thân máy Trong các động cơ công suất trung bình và lớn, thân máy được chế tạo theo các kết cấu khung thép, mặt ngoài được bọc bằng các tấm thép dát dầy Thân máy phải được thiết kế sao cho hình thành một hệ thống thông gió

để làm mát máy tốt nhất Nắp máy được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc

Đối với các động cơ công suất trung bình và lớn, ổ trục không đặt ở nắp máy

mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố định trên bệ máy

Dây quấn starto thường được chế tạo bằng đồng có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật (tuỳ thuộc vào công suất máy), bề mặt được phủ một lớp cách

điện, được quấn thành từng bối và lồng vào các rãnh của lõi thép starto, được

đấu nối theo các qui luật nhất định tạo thành các sơ đồ hình sao hoặc tam giác

1.2.1.2 Cấu tạo Rôto của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn

Rôto động cơ đồng bộ là một nam châm điện gồm lõi thép và dây quấn kích từ Dòng điện vào dây quấn kích từ là dòng một chiều

Rôto của động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn làm bằng thép chất lượng cao,

được đúc thành khối hình trụ, sau đó được gia công và phay rãnh để lắp đặt cuộn dây kích từ Phần không phay rãnh của rôto hình thành nên mặt cực từ Cực từ rôto cực ẩn không lộ ra rõ rệt

Luận văn thạc sĩ

Hình 1.1 : Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto

Động cơ đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p =

2, tôc độ quay của rôto là 3.000 vòng/phút Tốc độ của loại động cơ này thường cao nên để hạn chế lực li tâm rôto thường có dạng hình trống với tỷ số

“ chiều dài/ đường kính” lớn Động cơ loại này thường được gọi là động cơ từ trường hướng kính (roto trụ dài), nó thường được dùng trong các máy công cụ Thông thường đường kính D của rôto khoảng từ 1,1m đến 1,15m Chiều dài tối đa của rôto vào khoảng 6,5m

Dây quấn kích từ đặt trong rãnh rô to được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theo chiều rộng thành các bối dây đồng tâm Các vòng dây của bối dây này được cách điện với nhau bằng một lớp mêca mỏng

Để cố định và ép chặt các cuộn dây kích từ trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín bằng thép không từ tính, các đầu nối (nằm ngoài rãnh) của dây quấn kích

từ được đai chặt bằng các ống thép không từ tính Hai đầu của dây quấn kích

từ đi luồn trong trụ và nối với hai vành trượt ở đầu trục thông qua 2 chổi điện

để nối với dòng kích từ một chiều

1.2.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi

1.2.2.1 Cấu tạo Stato của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi

Luận văn thạc sĩ

1.2.2.2 Cấu tạo Rôto của động cơ đồng bộ ba pha cực lồi

Động cơ đồng bộ ba pha cực lồi thường được sử dụng trong trường hợp yêu cầu tốc độ quay thấp Vì vậy, khác với động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn,

đường kính rôto có thể lớn trong khi chiều dài của rôto lại nhỏ với tỷ số “ chiều dài/ đường kính” nhỏ vào khoảng 0,12 -> 0,2

Rôto động cơ đồng bộ ba pha cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ, trên mặt có đặt các cực từ Đối với các động cơ công suất lớn, lõi thép được hình thành từ các tấm thép dầy từ 1 -> 6mm, được dập định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ, lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy

mà đặt vào giá đỡ rôto Giá này lồng vào trục máy Cực từ đặt trên lõi thép rôto được ghép bằng nhiều lá thép dầy từ 1mm -> 1,5mm Việc cố định các cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặc bằng các bu lông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rôto (hình 1.2)

Luận văn thạc sĩ

Dây quấn kích từ bằng đồng tiết diện hình chữ nhật, được quấn theo chiều rộng thành từng cuôn dây Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mêca hoặc amiăng Các cuộn dây sau khi đã được gia công được luồn vào thân cực

Dây quấn khởi động được đặt trên các đầu cực giống như dây quấn kiểu lồng sóc của động cơ điện không đồng bộ, nghĩa là được làm bằng các thanh

đồng đặt vào rãnh của của các đầu cực và được nối hai đầu bởi hai vòng ngắn mạch

1.3 nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ

Cho dòng điện một chiều vào dây quấn kích từ, rôto của động cơ trở thành một nam châm điện Nếu lúc này cho dòng điện hình sin vào dây quấn stato, giữa từ trường rôto và dòng điện trong các thanh dẫn dây quấn stato sẽ tác dụng lực tương hỗ lên nhau, hình thành mômen tác dụng lên rôto kéo nó quay

Khi mới mở máy động cơ điện đồng bộ, lúc đó rôto còn đứng yên Giả

sử ở nửa chu kỳ đầu, dòng điện chạy trong dây quấn stato có chiều đi từ đầu A

đến cuối đầu X của dây quấn Dùng quy tắc bàn tay trái, xác định được lực Fx

tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng, do đó xác định được chiều phản lực Fr tác dụng lên rôto ở nửa chu kỳ sau, dòng điện qua dây quấn stato đổi chiều, lực tác dụng lên rôto cũng đổi chiều Như vậy, khi mới mở máy động cơ đồng bộ, lực tác dụng lên rôto luôn luôn đổi chiều theo sự đổi chiều dòng

điện trong dây quấn stato Do có quán tính, rôto sẽ không quay được Để có thể mở máy động cơ đồng bộ, phải sử dụng những biện pháp đặc biệt sẽ trình bày ở phần sau

Khi động cơ đã làm việc, muốn mômen quay luôn luôn tác dụng theo một chiều nhất định, thì khi dòng điện trong dây quấn stato đổi chiều, cực từ

động cơ đồng bộ Với một tần số f nhất định thì tốc độ quay động cơ là không

đổi, không phụ thuộc vào phụ tải

1.4 Đặc tính cơ của đông cơ đồng bộ

Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào nguồn điện xoay chiều có tần số fs

không đổi, động cơ sẽ quay với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ:

ωs =2 π fs / p (1.3.1) Trong phạm vi mô men cho phép M ≤ Mmax, đặc tính cơ là cứng tuyệt

đối (độ cứng của đặc tính cơ β=∞), đặc tính cơ của động cơ đồng bộ như hình sau:

Luận văn thạc sĩ

Đặc tính góc biễu diễn mối quan hệ giữa mô men của động cơ với góc lệch θ của véc tơ điện áp pha lưới điện và véc tơ sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato do từ trường một chiều sinh ra

Thông thường sụt áp trên điện trở R của dây quấn stato là rất nhỏ so với

điện áp định mức, đối với các động cơ công suất vài trăm kW thì nó chỉ chiếm 0,01 so với điện áp định mức Vì vậy ta có thể bỏ qua sụt áp này, từ phương trình ( 1.3.1) nếu bỏ qua điện trở R của stato ta có đồ thị véc tơ như hình 1.4

0

θ ϕ

U

E

I j.IX

Hình 1.4 : Đồ thị véctơ của mạch stato ĐCĐB Trên hình 1.4 các véc tơ biểu diễn các đại lượng sau:

+ I : Véc tơ dòng điện pha stato

+ E, U : Véc tơ sức điện động pha cuộn dây stato và điện áp pha của điện áp lưới

+ X : Điện kháng pha stato

+ ϕ : Góc lệch pha giữa dòng điện stato và điện áp lưới

+ θ : Góc lệch pha giữa sức điện động stato và điện áp lưới

Với động cơ đồng bộ cực lồi do sự phân bố khe hở không khí giữa rôto

và stato không đều nhau trong máy xuất hiện mô men phản kháng phụ, phương trình đặc tính góc có dạng:

M = 3

d

X

U E

3 2

ω sin2θ (1.3.4) Với Xd, Xq là điện kháng dọc trục và ngang trục

Đường cong biễu diễn M sẽ là tổng của hai thành phần:

M1 = 3

d

X

U E

3 2

Trên đồ thị đặc tính góc biểu diễn M1, M2 bằng các đường nét đứt Đối với máy cực ẩn Xd = X q nên M2 = 0 và M = M1 Nhưng thường M2 rất nhỏ nên có thể bỏ qua Khi đó đặc tính góc của động cơ cực lồi và ẩn là như nhau

Hình 1.5 : Đặc tính góc của động cơ đồng bộ

Luận văn thạc sĩ

1.5 Các phương pháp khởi động động cơ đồng bộ

Như ở mục 1.3 đã nêu rõ, khi khởi động động cơ đồng bộ, mômen điện

từ tác động lên rôto động cơ luôn luôn đổi chiều, do đó động cơ không quay

được Muốn mô men điện từ tác dụng lên động cơ chỉ theo một chiều thì khi dòng điện trong các thanh dẫn dây quấn stato đổi chiều, cực từ nằm dưới thanh dẫn cũng phải đổi cực tính Do đó, khi khởi động động cơ cần phải dùng một biện pháp nào đó để quay rôto lên tới tốc độ gần đồng bộ, sau đó mới đưa dòng điện một chiều kích thích vào Mô men điện từ tác dụng lên rôto lúc này theo một chiều và động cơ được đưa vào tốc độ đồng bộ

Để kéo rôto động cơ vào tốc độ đồng bộ có thể sử dụng các phương pháp như sau: khởi động theo phương pháp không đồng bộ, khởi động theo phương pháp đồng bộ, khởi động bằng nguồn có tần số thay đổi

1.5.1 Khởi động bằng phương pháp thay đổi tần số

Trong nhiều trường hợp cần mở máy động cơ điện đồng bộ bằng nguồn

điện có tần số thay đổi Muốn vậy động cơ phải lấy điện từ một máy phát điện riêng( hoặc qua một thiết bị biến đổi tần số, ví dụ như Bộ biến tần) điều chỉnh

được tần số từ 0 đến mức độ nhất định trong quá trình mở máy Như vậy động cơ được quay đồng bộ với máy phát ngay từ lúc tốc độ còn thấp Đây chính là phương pháp khởi động rất hiệu quả, đang được áp dụng rộng rãi vì ngày nay

ĐCĐB thường sử dụng kèm theo bộ biến tần

1.5.2 Khởi động theo phương pháp hoà đồng bộ

Các điều kiện hoà đồng bộ đối với động cơ đồng bộ hoàn toàn giống như của máy phát điện đồng bộ Trong trường hợp này rôto của động cơ đồng

bộ được quay bởi động cơ sơ cấp, khi tốc độ đạt tới (95 ữ 98)% tốc độ đồng

bộ, thì tiến hành cấp điện cho stato và cấp điện cho cuộn kích từ của rôto,

Luận văn thạc sĩ

Sau một khoảng thời gian quá độ, động cơ sẽ quay đồng bộ với tốc độ của từ trường quay rôto

Ưu nhược điểm của phương pháp này là:

- Ưu điểm: Sử dụng cho các loại động cơ đồng bộ

- Nhược điểm: Hệ truyền động cồng kềnh, phức tạp hơn vì phải dùng

động cơ sơ cấp để kéo vào đồng bộ

1.5.3 Khởi động theo phương pháp không đồng bộ

Các động cơ đồng bộ phần lớn đều khởi động theo phương pháp không

đồng bộ Thông thường rôto của các động cơ đồng bộ cực lồi đều được đặt dây quấn khởi động Dây quấn khởi động có cấu tạo kiểu lồng sóc đặt trong các rãnh ở đầu cực, hai đầu nối với hai vòng ngắn mạch và được tính toán để khởi động trực tiếp với điện áp của lưới điện

ở một số động cơ, các mặt cực được chế tạo bằng thép nguyên khối và

được nối với nhau bằng hai vòng ngắn mạch đặt ở hai đầu rôto, cũng có thể thay thế cho dây quấn ngắn mạch dùng trong việc khởi động

Đối với các lưới điện có công suất lớn có thể cho phép khởi động trực tiếp với điện áp của lưới đối với các động cơ đồng bộ ba pha công suất vài trăm đến hàng ngàn KW Còn với các lưới điện không cho phép khởi động trực tiếp hoặc khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn, có thể thực hiện khởi

động gián tiếp bằng cách đóng stato của động cơ đồng bộ vào lưới điện qua

điện kháng phụ hoặc biến áp tự ngẫu để hạn chế dòng khởi động Đối với

động cơ đồng bộ ba pha cực ẩn, việc khởi động theo phương pháp không đồng

bộ khó khăn hơn do dòng điện cảm ứng ở mặt ngoài của rôto nguyên khối sẽ gây phát nóng cục bộ đáng kể Trong trường hợp này, để khởi động được dễ dàng, cần hạ điện áp đặt vào đầu cực động cơ khi khởi động bằng biến áp tự ngẫu hoặc cuộn kháng

Quá trình khởi động động cơ đồng bộ ba pha bằng phương pháp không

Luận văn thạc sĩ

đồng bộ có thể được chia làm hai giai đoạn sau:

 Giai đoạn 1: Giai đoạn khởi động không đồng bộ

Lúc đầu, quá trình khởi động được thực hiện với dòng kích từ Ikt = 0, dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở dập từ Rdt như trên hình (1.6)

Nếu đem nối ngắn mạch dây quấn kích từ thì sẽ tạo thành một pha có

điện trở nhỏ ở rôto và sinh ra mômen cảm lớn khiến cho tốc độ quay của rôto không thể vượt quá tốc độ bằng một nửa tốc độ đồng bộ Điều này có thể được

Luận văn thạc sĩ

sẽ sinh ra từ trường đập mạch Từ trường này có thể phân tích thành hai từ trường quay thuận và ngược với chiều quay của rôto với tốc độ tương đối so với rôto là n1 – n Trong đó n1 là tốc độ từ trường quay của stato và n là tốc

độ quay của rôto

M

s0

0,51

Hình 1.7 : Đường đặc tính mômen ĐCĐB khởi động bằng

phương pháp không đồng bộ với dây quấn kích từ nối ngắn mạch

Từ trường quay thuận có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh là:

nth = n + (n1 – n) = n1

Nghĩa là quay đồng bộ với từ trường quay của stato Tác dụng của nó với từ trường quay của stato tạo nên mômen không đồng bộ và hỗ trợ với mômen không đồng bộ do dây quấn mở máy sinh ra và có dạng như đường 1 hình (1.7)

Từ trường quay ngược có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh là:

nng = n – (n1 –n) = 2n – n1 = 2n1 (1 – s) = n1 (1 – 2s)

Như vậy khi 0,5 < S < 1, nghĩa là tốc độ quay của rôto n < n1/2 thì từ trường quay ngược chiều so với dây quấn phần tĩnh theo chiều ngược so với chiều quay của rôto Tác dụng của nó với dòng điện phần tĩnh tần số f sẽ sinh

ra mômen phụ cùng dấu và hỗ trợ với mômen không đồng bộ do từ trường

Luận văn thạc sĩ

quay thuận tác dụng với dây quấn khởi động (đường 2 trên hình 1.7)

Khi S = 0,5 (tức là n = n1/2), từ trường quay ngược đứng yên so với dây quấn phần tĩnh, mô men phụ bằng 0

Khi 0 < S < 0,5 (tức là n > n1/2) thì từ trường quay ngược sẽ quay cùng chiều với chiều quay rôto, tác dụng của nó với dòng điện phần tĩnh tần số f’ lúc đó sinh ra mô men phụ trái dấu với mô men không đồng bộ do từ trường quay thuận, do đó tác dụng như mô men hãm

Kết quả là khi dây quấn kích từ bị nối ngắn mạch, đường biểu diễn mômen của động cơ trong quá trình khởi động là tổng của đường 1 và đường 2

có dạng như đường 3 trên hình (1.7) Rõ ràng khi mômen cản MC trên trục

động cơ đủ lớn thì rôto sẽ làm việc ở điểm A ứng với tốc độ n ≈ n1/2 và không thể đạt được đến tốc độ đồng bộ

Khi rôto đã quay đến tốc độ n ≈ n1, có thể tiến hành giai đoạn hai của quá trình khởi đông

 Giai đoạn 2: Giai đoạn vào đồng bộ

Nối dây quấn kích từ với nguồn điện áp một chiều của nguồn điện kích thích Lúc đó ngoài mômen không đồng bộ tỷ lệ với hệ số trượt s và mômen gia tốc tỷ lệ với ds/dt sẽ có mômen đồng bộ phụ thuộc vào góc θ cùng tác dụng (θ là góc lệch giữa véc tơ suất điện động cảm ứng trong dây quấn stato với điện áp đặt vào stato) Do rôto chưa quay đồng bộ nên góc θ luôn luôn thay đổi Khi 0 < θ < 180o thì mômen đồng bộ sẽ cùng tác động với mômen không đồng bộ làm tăng thêm tốc độ quay của rôto và như vậy rôto sẽ được

kéo vào tốc độ đồng bộ sau một quá trình dao động

Ưu nhược điểm của phương pháp khởi động không đồng bộ:

- Ưu điểm: Hệ truyền động nhỏ gon, không phức tạp vì không phải

- Phương pháp khởi động thường dùng trong những hệ truyền động

điện động cơ đồng bộ công suất lớn ở đây là phương pháp khởi động không

Ecư = 4,44 f1 s wkt Fm Trong đó: s là hệ số trượt

Fm là biên độ từ trường quay

Wkt là số vòng dây cuôn kích từ trong Rôto

Từ biểu thức ta thấy, tại thời điểm ban đầu của quá trình khởi động do

hệ số trượt s ≈1, nên Ecư có giá trị rất lớn và cần phải khử bớt Ecư để bảo vệ cuộn dây kích từ

+ Tự động bơm dòng một chiều vào cuộn kích từ khi hệ số trượt s suy giảm đến giá trị nhất định đủ nhỏ để đưa Rôto vào tốc độ quay đồng bộ

+ Giai đoạn khởi động không đồng bộ

+ Giai đoạn vào đồng bộ

Đây là những định hướng ban đầu để thiết kế hệ thống nguồn một chiều kích từ cho động cơ và đưa ra thời điểm vào đồng bộ tối ưu nhằm nâng cao chất lượng khởi động của động cơ đồng bộ máy nghiền than công suất 1600kW sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo của luận văn

Luận văn thạc sĩ

Chương II: Thiết kế nguồn kích từ động cơ đồng bộ

sử dụng bộ biến đổi thyristor

Nội dung của chương:

2.1 Đặt vấn đề

2.2 Thiết kế mạch động lực

2.3 Thiết kế mạch điều khiển

2.3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu

2.3.1.1 Khâu đồng pha

2.3.1.2 Khâu tạo điện áp tựa

2.3.1.3 Khâu so sánh và tạo xung

2.3.1.4 Khâu so sánh và tạo xung

2.3.1.5 Khâu khuyếch đại xung

2.3.2 Tính toán phần tử mạch điều khiển

2.3.2.1 Tính toán mạch khuyếch đại xung

2.3.2.2 Tính toán mạch tạo xung

2.3.2.3 Tính toán mạch tạo điện áp răng cưa

2.3.2.4 Tính toán mạch tách xung

2.3.2.5 Tính toán mạch phát xung cao tần

2.3.2.6 Tính toán biến áp xung

2.4 Tính toán lựa chọn van lực và máy biến áp

2.4.1 Tính chọn van lực

2.4.2 Tính chọn máy biến áp lực

2.5 Tính toán thiết kế bộ nguồn cung cấp cho mạch điều khiển

2.6 Tính chọn máy biến áp đồng bộ

2.7 Tính toán thiết kế mạch tự động vào đồng bộ

2.7.1 Yêu cầu mở máy của động cơ đồng bộ

2.7.2 Nguyên lý làm việc của mạch tự động vào đồng bộ

2.7.3 Tính chọn các phần tử của sơ đồ

2.7.3.1 Tính điện trở dập từ

2.7.3.2 Tính chọn Thyristor

2.8 Kết luận

Luận văn thạc sĩ

2.1 Đặt vấn đề

Khi sử dụng động cơ đồng bộ ở các hệ thống cũ để cấp kích từ cho

động cơ, thường sử dụng máy phát điện một chiều Hệ thống này có rất nhiều nhược điểm như: Hệ thống cồng kềnh, giá thành đắt, bảo trì bảo dưỡng phức tạp Ngoài ra, sau khi vận hành một thời gian thì chổi than vành góp của máy phát một chiều bị mòn dẫn đến giảm chất lượng kích từ cho động cơ

Để nâng cao chất lượng của hệ thống truyền động điện cho động cơ

đồng bộ máy nghiền than, trong khuôn khổ luận văn này tôi nghiên cứu thiết

kế bộ nguồn cấp kích từ cho động cơ bằng bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Thyristor

2.2 Thiết kế mạch động lực

Mạch chỉnh lưu có điều khiển có nhiều sơ đồ, tuỳ thuộc vào công suất của mạch kích từ mà ta có thể sử dụng các sơ đồ điều khiển khác nhau Trong luận văn này tôi chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ

A

B

C

U2a U2b U2c

a b c

Luận văn thạc sĩ

2.3 Thiết kế mạch điều khiển

2.3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu

Hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu phải tạo ra các xung điều khiển cấp cho các Thyristor trong mạch lực Các xung điều khiển phải đảm bảo được phạm vi điều chỉnh góc α Thông thường α thay đổi trong phạm vi từ 0o đến

Dùng máy biến áp không những cho phép thoả mãn yêu cầu trên mà còn

đạt thêm hai mục tiêu quan trọng đó là:

Luận văn thạc sĩ

a) Chuyển đổi điện áp thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch

điều khiển thường là điện áp thấp

b) Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển với mạch lực Điều này

đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho các linh kiện của mạch

điều khiển

Như vậy, do lựa chọn sơ đồ mạch lực là sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha nên

sẽ sử dụng máy biến áp đồng bộ ba pha cho khâu đồng pha Tuy nhiên, do trong mạch điều khiển có nhiều khâu cũng cần dùng biến áp nên thường chỉ

sử dụng chung một biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn thực hiện một chức năng riêng, trong đó có sử dụng một cuộn giành cho khâu đồng pha này

Khi sử dụng biến áp đồng bộ ba pha cần lưu ý rằng cách đấu các cuộn dây sơ cấp ảnh hưởng rõ rệt tới phạm vi điều chỉnh góc điều khiển α từ (αmin

đến αmax) Bởi vì van không mở ngay được khi điện áp pha lưới bắt đầu dương

ABC

*

*

*

Luận văn thạc sĩ

Cụ thể ở đây, nếu cuộn sơ cấp đấu tam giác sẽ cho phạm vi điều chỉnh góc α = (0o – 180o) như trong hình 2.4a Còn khi cuộn sơ cấp đấu sao phạm vi góc

điều khiển chỉ còn (30o – 180o) vì tồn tại một khoảng 30o không sử dụng

được do điện áp trên van chưa dương (hình 2.4b)

a/ điện áp đồng pha khi sơ cấp đấu tam giác

b/ điện áp đồng pha khi sơ cấp đấu sao

30 0

Hình 2.4 Dạng điện áp đồng pha khi sơ cấp đấu tam giác và đấu sao

2.3.1.2 Khâu tạo điện áp tựa

Hiện nay, sử dụng chủ yếu là hai dạng điện áp tựa: dạng hình sin và dạng răng cưa

Luận văn thạc sĩ

 Điện áp tựa dạng hình sin

Trong nhiều mạch chỉnh lưu, quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu nhận được

ở đầu ra và góc điều khiển tuân theo quy luật: Ud = Udo.cosα

Nếu điện áp tựu có dạng hàm cosin: Utựa = Um.cosEωt; thì điểm phát

xung mở van tương ứng góc điều khiển ωt = α là khi điện áp tựa cân bằng với

điện áp điều khiển: Udk = Um.cosα, suy ra cosα = Uđk/Um Thay lại biểu thức tính điện áp chỉnh lưu Ud ở trên được: Ud = Udo.Uđk/Um = k.Uđk Với k =

Udo/Um là hằng số do Udo và Um là các giá trị cố định

Như vậy, điện áp chỉnh lưu tỉ lệ thuận với điện áp điều khiển, nói cách khác chúng có quan hệ tuyến tính, quan hệ này cho phép dễ dàng hơn khi thực hiện các mạch vòng điều chỉnh để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

Tuy nhiên việc dùng điện áp tựa có dạng hình sin có nhược điểm cơ bản

là chịu ảnh hưởng trực tiếp của lưới điện, nếu điện áp lưới không ổn định thì

điện áp tựa cũng dao động dẫn đến góc điều khiển α không ổn định và hậu quả là điện áp ra tải cũng bị dao động theo Hơn nữa các xung nhiễu qua mạng điện sẽ ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của mạch điều khiển, vì vậy với các mạch chỉnh lưu công suất lớn không nên dùng phương pháp này

 Điện áp tựa dạng răng cưa

Đa số các điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu hiện thời đều dùng dạng răng cưa, vì nó khắc phục được những nhược điểm của dạng hình sin, có nghĩa là nó ít bị ảnh hưởng của điện áp và tần số nguồn xoay chiều Tuy nhiên, nhược điểm của nó là không đạt được quan hệ tuyến tính giữa điện

áp điều khiển và điện áp chỉnh lưu nên sẽ khó khăn hơn khi cần tiến hành quá trình tự động điều chỉnh và ổn định các thông số của mạch chỉnh lưu nói riêng hay của thiết bị nói chung

Trong luận văn này tôi sử dụng dạng điện áp tựa có dạng răng cưa

Luận văn thạc sĩ

2.3.1.3 Khâu so sánh và tạo xung

Tiếp theo trong sơ đồ khối là khâu so sánh và tạo xung Tại đây, điện

áp tựa được so sánh với điện áp điều khiển Uđk để xác định góc điều khiẻn α (thời điểm phát xung điều khiển) Xung điều khiển được tạo ra có độ rộng cần thiết để đảm bảo mở thyristor một cách chắc chắn

Khâu tạo xung bao gồm một số loại như: xung đơn, xung kép và xung chùm Trong luận văn này tôi sử dụng mạch tạo xung chùm với ưu điểm sau: Dạng xung chùm là dạng xung thông dụng nhất vì nó cho phép mở tốt van lực trong mọi trường hợp: với mọi dạng tải và nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau

Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tần số cao gấp nhiều lần lưới điện (fxc = 8 ữ 12 kHz) Độ rộng của một chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng từ 100 ữ 130 độ điện và về nguyên tắc nó phải kết thúc khi

điện áp trên van lực đổi dấu sang âm

2.3.2.5 Khâu khuyếch đại xung

Khâu khuyếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo xung hình thành đủ mạnh để mở van lực Đại đa số các van được chế tạo có thể mở chắc chắn với xung điều khiển có UGk = 5 ữ 10 V; IG = 0,3 ữ 1 A trong thời gian cỡ 100às Theo sơ đồ cấu trúc hình 2.II, đầu ra của khâu khuyếch

đại xung sẽ nối với các cực G-K của van lực, còn đầu vào nối với khối tạo xung Do đó, ta có thể sơ bộ xem xét hệ số khuyếch đại công suất KP = KU.KI

thông qua hai hệ số khuyếch đại áp KU và dòng KI

 Hệ số khuyếch đại điện áp

Các tầng khuyếch đại xung bao giờ cũng làm việc ở chế độ khoá, vì vậy

điện áp ra tải của nó luôn có thể đạt trị số nguồn cung cấp ECS cung cấp cho khuyếch đại xung Nguồn ECS luôn được chọn có trị số trên 10V (trong phạm

Luận văn thạc sĩ

vi 15 ữ 30 V), đồng thời biên độ biên độ điện áp xung vào do nguồn điều khiển quyết định cũng được chọn hơn 10V Như vậy có thể coi hệ số KU ≈ 1

 Hệ số khuyếch đại dòng điện

Sau khi xung được tạo ra bởi khâu tạo xung, dòng điện của chúng chỉ vào khoảng vài miliampe (khoảng 3mA) Trong khi đó dòng IG yêu cầu vào khoảng 0,3  0,6 A Như vậy cường độ dòng IG gấp khoảng 100  200 lần cường độ xung Vậy nên thực chất của khâu khuyếch đại xung ở đây chính là khuyếch đại dòng điện

Với cỡ dòng điện IG như trên cần phải dùng tranzito làm chức năng khuyếch đại, và vì tranzito thông dụng cỡ dòng 1A có hệ số khuyếch đại ⇓ dưới một trăm nên khuyếch đại xung thường gồm hai tầng khuyếch đại Khi cần dòng IG mạnh hơn có thể phải dùng đến ba tầng khuyếch đại, ngược lại với IG nhỏ hơn (các van mở nhạy hoặc van nhỏ) thậm chí có thể dùng khuyếch

đại xung chế tạo sẵn dưới dạng vỏ IC Sơ đồ khuyếch đại xung có nhiều dạng

và phụ thuộc vào cách ghép giữa mạch khuyếch đại với van lực Có ba phương pháp ghép chính: ghép trực tiếp, ghép qua biến áp xung (loại thông dụng nhất hiện nay) và ghép nhờ phần tử quang (opto) Trong luận văn này tôi sử dụng mạch khuyếch đại xung ghép qua biến áp xung

Hình vẽ dưới đây là sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển (hình 2.5) và đồ thị điện áp (hình 2.6)

LuËn v¨n th¹c sÜ

U1

θ2

π/6

α

8kHz

θθθ

θθθθ

θθ

Luận văn thạc sĩ

2.3.2 Tính toán phần tử mạch điều khiển

2.3.2.1 Tính toán mạch khuyếch đại xung

Mạch tạo

xung

Mạch trộn xung

Ecc = 20V R11

C11 D21

BAX

D11

GT1 KT1 R21

T21 T11 R31 D31

R41

Hình 2.7 Mạch khuyếch đại xung Mạch khuyếch đại xung như (hình 2.VII) bao gồm:

D11: Lấy xung dương đưa tới cực điều khiển G của thyristor

R21: Sửa dạng xung của biến áp xung

D21: Chống quá áp đặt vào cực CE của tranzitor T11 khi chúng chuyển

từ trạng thái mở sang trạng thái khoá do ảnh hưởng của sức điện động tự cảm trên cuộn dây của biến áp xung

D31: Ngăn chặn xung âm đặt vào cực bazơ của tranzitor

R11: Tiêu tán năng lượng dự trữ trong cuộn sơ cấp BAX khi khuyếch

đại xung chùm

C11: Nâng điện áp cho cuộn sơ cấp BAX

R21: Chọn điện trở công suất 2,5W loại 1KΩ

Do điện áp điều khiển UGK = 8 (V) nên dòng qua R21 là:

UCE = 40V; Icmax = 1,5A; βmin = 40

R11 được chọn từ khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của tranzitor T11 :

R11 =

CP

CS I

E

=

5 , 1

20 = 13,3 (Ω)

Chọn R11 = 15 Ω loại điện trở công suất 4W

Suy ra độ sụt áp trên điện trở R11 khi tranzitor T11 dẫn dòng là:

U11 = I1 R11 = 0,272 15 = 4,08 (V)

Điện áp thực đặt lên cuộn sơ cấp biến áp xung là:

U1 = ECS – U11 = 20 – 4,08 = 15,92 (V)

Như vậy, điện áp U1 tính được: U1 = 15,92 (V) lớn hơn điện áp suy ra

được từ dòng I2 là: U1 = 13,5 (V) Vậy nên chọn R11 = 15 Ω là đạt yêu cầu Tuy nhiên, để tăng khả năng xung kích cho van bán dẫn có thể dùng thêm tụ tăng cường áp C11

10 5 ,

62 −6 = 1,39.10-6 (F)

- Tính chọn Tranzitor T21:

Tranzitor T11 và T21 được mắc theo kiểu Dalintơn, nên dòng qua Colector T21 chính là dòng qua Bazơ T11 Vậy nên ta tính được dòng qua Colector của T21 theo công thức:

IB(T11) = IC (T21) = I1/β1min = 0,272/40 = 6,8.10-3 (A)

Từ đó chọn được T21 là loại BC 107 với các thông số sau:

UCE max = 45 V; Ic max = 0,1 A; βmin = 110

max max

R

TX I

max

.

1

2 1

I S

E CS

β

Trong đó: UTxmax = Us: điện áp tạo xung; US = 15 – 2 = 13 (V)

IR max : dòng tải cực đại của T21

Luận văn thạc sĩ

Thay vào công thức ta được: R41 ≤

5 , 1 2 , 1

20 110

U

của mạch tạo xung

- Chọn điốt D21 va D31

Theo điều kiện làm việc chọn loại N4004 giống như điốt D11

Công suất phát nhiệt trên Tranzitor T11 lớn Để đảm bảo cho T11 làm việc tốt cần lắp tản nhiệt cho T11

2.3.2.2 Tính toán mạch tạo xung

Mạch tạo xung sử dụng IC khuyếch đại thuật toán LF 351 IC khuyếch

đại thuật toán là phần tử so sánh lý tưởng vì những lý do sau:

- Tổng trở vào của IC rất lớn nên không gây ảnh hưởng đến các điện

áp vào so sánh, nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tác động lẫn nhau

- Tầng vào của IC cũng thường là loại khuyếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuyếch đại rất lớn (có thể lên tới một triệu lần) Vì vậy,độ chính xác so sánh là rất cao, độ trễ không quá vài às

Trên thực tế khi độ chênh lệch giữa Uđk và rc chỉ vào khoảng vài milivôn thì do có hệ số khuyếch đại lớn nên điện áp ra đã thay đổi hoàn toàn từ trạng thái bão hoà âm sang bão hoà dương hay ngược lại

Khâu so sánh dùng IC cũng có hai kiểu đấu các điện áp là so sánh một cửa và so sánh hai cửa ở đây thực hiện so sánh 2 cửa Mạch có cấu tạo như hình vẽ:

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung

- Nguyên lý hoạt động của mạch: So sánh điện áp điều khiển với điện

áp răng cưa để tạo ra điện áp ở cửa ra có dạng chuỗi các xung vuông liên tiếp

Điện áp răng cưa được đưa vào cổng âm của IC LF 351, còn điện áp điều khiển được đưa vào cổng dương Lúc này U+ = UĐK, U- = URC và điện áp ra sẽ

có giá trị là:

Ura = K ∆U = K.(U+ - U-) = K (UĐK - URC)

Với K là hệ số khuyếch đại của IC

Do đó, nếu UĐK > URC thì điện áp ra có giá trị là dương bão hoà; còn nếu UĐK < URC thì điện áp ra có giá trị là âm bão hoà Nhưng do đầu ra của IC

được nối với đi ốt D10 nên toàn bộ phần âm sẽ bị cắt bỏ và giữ lại phần dương Đồ thị điện áp ra sau khi qua đi ốt có dạng như hình vẽ 2.9

2.3.2.3 Tính toán mạch tạo điện áp răng cưa

Trong sơ đồ mạch điều khiển, sử dụng mạch tạo điện áp răng cưa đi xuống, mạch có cấu trúc như hình vẽ 2.10:

D7R8

R9

T4R10E

+18 V

+15 Vbađp

Hình 2.10 Cấu trúc mạch tạo điện áp răng cưa

Luận văn thạc sĩ

Theo nguyên lý hoạt động của mạch tạo răng cưa trên, thấy rằng răng cưa chỉ được tạo ra lúc tụ C nạp điện, khi mà tranzitor T4 khoá tương ứng ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng pha Như vậy, để tạo răng cưa ở cả hai nửa chu kỳ, sử dụng hai điốt D8 và D9 đưa điện áp vào có cả hai nửa chu kỳ đều

Suy ra tần số của điện áp răng cưa: TRC =

2

T = 2

20 = 10 (ms)

 Tính toán thông số của mạch tạo điện áp răng cưa

Trong sơ đồ trên điện áp răng cưa được tạo bởi sự phóng nạp của tụ C Thông thường hay chọn thời gian nạp của tụ tn (Sườn trước của răng cưa) bằng 1/10 chu kỳ của răng cưa:

- Tính điện trở R7

Chọn tụ C = 1 àF Dòng điện qua R7 là tổng của 3 dòng:

IR7 = IDz + IC + IR6

Giai đoạn khi tụ bắt đầu nạp, điện áp trên tụ chưa đạt bằng giá trị điện

áp ngưỡng của điốt ổn áp DZ thì dòng IDz là không đáng kể và có thể bỏ qua, ta có: IR7 = IC + IR6 → IC = IR7 - IR6

Trong đó IR6 =

6

7 , 0

R

E−

Từ biểu thức trên ta thấy, nếu chọn R7 không đúng thì IC sẽ nhỏ (thậm

Dz

n

U E

E C

t

−

=

) 12 15

15 ln(

10

10

6 3

R6 cũng chính là dòng qua T6 và chính là dòng phóng của tụ C

IC = IE =

6

7 , 0

R

E−Vì nguồn E và điện trở R6 cố định nên giá trị dòng này sẽ là không đổi

Điện áp trên tụ được tính theo biểu thức: UC(t) = UCo -

R

E− dt = UDz -

C R

E

.

7 , 0

6

− t

Đây là một hàm tuyến tính theo thời gian Vậy điện áp trên tụ C giảm theo quy luật tuyến tính Do vậy đây là mạch tạo răng cưa đi xuống tuyến tính

- Tính chọn điện trở R6

Luận văn thạc sĩ

Theo biểu thức tính điện áp trên tụ C: UC(t) = UDz -

C R

E

.

7 , 0

6

− t Coi rằng sau nửa chu kỳ của điện áp lưới thì điện áp trên tụ giảm về bằng 0, ta có:

E

.

7 , 0

6

− 2

p t

→ R6 =

C U

E

Dz.

7 , 0

− tp = 6

10 12

7 , 0 15

R

E− = 3

10 11

7 , 0

70 = 35.103 (Ω) Chọn R9 = 30 (kΩ)

+ Tính chọn R8

Điện trở R8 được tính chọn theo điều kiện khoá cho bóng T5, vì khi T4

−

− = 37.103 (Ω) Thông thường hay chọn R8 = (0,2 ữ 0,5) R9 Chọn R8 = 0,5.R9 = 15 (kΩ) + Chọn điốt ổn áp DZ theo điều kiện sao cho URcmax = UC = 12 V

U m sin ω − D R10E

Trong đó: Um: Biên độ điện áp đồng pha

UĐ = 0,7 (V) điện áp trên điốt Thay số:

3

10 100 15

7 , 0 ) 10 5 , 0 14 , 3 sin(

2

R

−

10

7 , 0

=

7 , 0 15

10 100 7 ,

− = 4,9.103 (Ω)

Từ hai điều kiện trên, chọn R10B = 10 kΩ

- Chọn điốt D7, D8, D9 cùng là loại N 4004 như đã chọn ở phần khuyếch đại xung