Chỉnh lưu cầu 3 pha điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều

Với yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập, chúng em đó cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đả

ĐỀ TÀI Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều

LỜI NÓI ĐẦU Ứng dụng điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho

ra đời những sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết

bị điều khiển đi kèm Do đó khi thực hiện đồ án chúng em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới, những công nghệ mới trong lĩnh vực điểu khiển các phần tử bán dẫn công suất Với yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập, chúng em đó cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện

tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên chúng

em đó cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính tóan cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch Mặc dù chúng em đó rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi và quyết tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần thứ 2 chúng em làm đồ án, và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em cũng nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của các thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế của nó để bản đồ

án của chúng em được hoàn thiện hơn Và chúng em hi vọng trong một tương lai không

xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộc đời sinh viên của chúng em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ án sau này

Trong quá trình làm đồ án chúng em đó nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo rất tận tình của Thầy giáo Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy và hi vọng Thầy sẽ giúp đỡ chúng em nhiều hơn nữa trong việc học tập của chúng em sau này

Nội dung đề tài bao gồm các chương :

Chương 1 : Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc

độ

Chương 2 : Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

Chương 3 : Tính toán và thiết kế mạch động lực bảo vệ

Chương 4 : Tính toán mạch và thiết kế mạch điều khiển

Chương 5 : Mô phỏng và kiểm chứng mạch thiết kế

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 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 vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt, thiết bị đơn giản hơn và rẻ tiền hơn các thiết bị điều khiển của động cơ ba pha.Vì một số ưu điểm như vậy cho nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp, trong giao thông vận tải…

1.1 2 Cấu tạo của độn cơ điện một chiều

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập

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

- phần tỉnh( stato)

Gồm các bộ phận như sau:

Cực chỉnh từ: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ + Lõi 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 trong máy 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

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 dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên

Trong máy điện nhỏ lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục còn tong máy điên lớn giửa trục và lõi sắt có giá roto

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua, nó thường 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 thích từ thành các động cơ sau:

- Động cơ điện kích từ độc lập:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có quộn kích từ được câp điện từ một nguồn điện 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 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 dòng điện Iư Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay

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

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

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

1.1.5.phơng 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 ra phương pháp điều khiển Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì dòng kích từ độc lập với dòng phần ứng.Vì được nuôi bởi hai nguồn một chiều độc lập với nhau

Hình 1.2 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:

2

u

PN E

a



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 = 𝑃𝑁

2𝜋𝑎 : Hệ số cấu tạo động cơ

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

E u k e .n (3)

𝜔 = 2𝜋 𝑛

60 = 𝑛9,55

Vì vậy : 𝐸ư = 𝑃𝑁

60𝑎 𝑛 Với : 𝑘𝑒 = 𝑃𝑁

60𝑎 : Hệ số sức điện động của động cơ

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

Mđt=𝐾∅ 𝐼ư (5)

Nếu bỏ qua tổn thất trong các ổ trục, tổn thất tự quạt mát và tổn thất trong thép thì mômen cơ trên trục của động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, tức là :

Không xét đến ảnh hưởng của phản ứng phần ứng ngang trục làm giảm từ thông Ø của động cơ tức là xem Ø=const thì quan hệ ω=f(M,I) là tuyến tính

Inm, Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

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

𝐾 ∅

( Rcb=Uđm/ Iđm được gọi là điện trở cơ bản )

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

có ba phương pháp điều khiển sau :

- Điều khiển điện trở phụ phần ứng

- 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 KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

1.2.1 Phương pháp điều khiển 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 trở phụ(Rf) thay đổi được giá trị vào mạch phần ứng Lúc này ta có : R = Rư+ Rf

U

t k

Hình 1.4 : Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

•Nhận xét: Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời Inm và Mnm cũng giảm 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

Hình 1.5: Sơ đồ thay thế động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Từ biểu thức (4) và (6) ta thấy ω= f(U, φkt, Rf), nếu giữ U=Uđm=const và điện trở phần ứng Rư= const (Rf=0 ) lúc này ω= f(φkt) Để thay đổi được tốc độ ω ta cần 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 ta phải tuân theo điều kiện sau

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

•Trong trường hợp này ta có:

- Tốc độ không tải lý tưởng: 0 dm ar

x

U

v k





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

Hình 1.6 Ảnh hưởng của từ thông

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

- Dòng điện ngắn mạch :𝐼𝑛𝑚 = 𝑈𝑑𝑚

𝑅 𝑢 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡

- 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 phương pháp điều chỉnh trên tốc độ cơ bản

•Các chỉ tiêu chất lượng khi giảm từ thông Økt

- Tốc độ không tải lý tưởng: 𝐼𝑛𝑚 = 𝑈𝑑𝑚

+ Tốc độ lớn nhất ωmax bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động

cơ

- 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 nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và cộng nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên

1.2.3 Phương pháp điều khiển động cơ điện mợt chiều kích từ độc lập bằng thay đổi điện

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 U u ar

v k



 

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

Hình 1.7 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng

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 song với 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 trơn điện áp ra

Hình 1.8 : 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 điều

thuộc vào loại thiết bị, vì thông thường công suất của bộ bến đổi và động cơ xấp xỉ bằng nhau 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 1.9 : Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ

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

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 1.10 : 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

1.3 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP BẰNG THAY ĐỔI ĐIỆN 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 II TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 3 PHA

THIẾT KẾ SƠ ĐỒN NGHUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1

CHIỀU(hệ T- Đ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HINH CẦU 3 PHA

2 1 giới thiệu về thyristor

Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn 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 Cấu tạo của 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

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 dẫn nếu đồng thời đảm bảo 2 điều kiện: UAK > 0, và có dòng điều khiển IG đủ mạnh( về cả công suất và thời gian) Khi thyristor đã dẫn nếu ngắt dòng điều khiển đi( cho IG=0) nó sẻ vẩn dẫn chừng nao 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 THYRISTOR CẦU 3 PHA

2.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu thyristor cầu 3 pha

Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

Hình 2.4 Dạng sóng chỉnh lưu cầu 3 pha

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

- giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

- Công suất tính toán mạch MBA nguồn: Sba = 1,05.Pd

- Hệ sơ đồ mạch cảu điện áp chỉn lưu Kđm = 0,057 sơ đồ chỉnh lưu 3 pha( H gồm

6 thyristor chia than hai nhóm)

- Hoạt động của sơ đồ

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = U2C ,VG = U2b khi

𝜃 = 𝜃1 = 𝛼 +𝜋

6 cho xung điều khiển mơ T1 Thyristor mở vì U2a >0 Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên và U2a > U2c, lúc này T6 và T1 cho dòng chạy qua Điện áp trên tải Ud = Uab =U2a = U2b

Khi 𝜃 = 𝜃2 =3𝜋

6 + 𝛼 cho xung điều khiển mở T2 Thyristor này mở vì khi T6 dẫn dòng, nó đặt U2b nên anot T2 mà U2b > U2c sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên U2b > U2c

Các xung điều khiển lệch nhau 𝜋

3 được lần lượt đưa đến cực điều khiển của các thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,2…

Trong mỗi nhóm khi 1 Thyristor mở nó sẻ khóa ngay thyristor dẫn dòng trước

nó

Tóm tắt bảng:

Giá trị trung bình điện áp tải:

 Nhận xét: Chỉnh lưu cầu thyristor cầu 3 pha là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ(5%)

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

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

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

(HỆ T– Đ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

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 :

d

K

R R K

I ;

)(

cos

dm

cl u dm

d

K

R R K

E



cos.0

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 ]

E

u BA





cot1

2

sin

1

Trong đó : XBA : Điện kháng máy biến áp f1 : Tần số lưới

Hình 2.5 : 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 ) :

U m E

m K

U E

dm

V m

dm

V m

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

Đường giới hạn tốc độ cực đại :

2.3 Nguyên tắc điều khiển:

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

4.2.1 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 2.6 : 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 hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α

Giữa α và Ucm có quan hệ sau :

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :

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

Khi Ucm = 0 thì α =

2



; Khi Ucm = - Um thì α = π ;

Hình 2.7 : 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 “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao

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

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T–Đ

Bộ biến đổi van thyristor là một loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổi dòng 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 𝛼 của van

Điện áp chỉnh lưu Ud0 ( điện áp không tải ở đầu ra) có dạng đập mạch với tần số đập mạch 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

𝑼𝟐 = 𝑼𝟐𝒎 𝒔𝒊𝒏 𝝎t

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 2.9 Sơ đồ thay thế nguyên lý điều chỉnh động cơ

Khi van dẫn ta có phương trình:

𝑈2-𝐸 = 𝐼𝑅⅀+𝐿⅀𝑑𝑙

𝑑𝑡Với : 𝑅⅀= 𝑅𝑏𝑎+ 𝑅ư + 𝑅𝑘𝑡

𝐿⅀= 𝐿𝑏𝑎+ 𝐿ư + 𝐿𝑘𝑡

 Nhận xét:

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

- Nhược điểm: Do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có

độ đập mạch cao, khả năng linh hoạt và chuyển trạng thái làm việc không cao, gây tổn thất phụ 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 cách nối kháng lọc đủ lớn, tăng số lần đập mạch, nối van đệm

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

3 1 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

3.1.Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ

Hình 3.1 sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha

 Các thông số của động cơ

- Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha : 220/ 380 (V)

- Động cơ một chiều có các thông số sau :

Tính chọn thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng điện tải , sơ đồ chỉnh lưu, điều kiện tản nhiệt , điện áp làm việc

- Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu :

3 pha điều khiển đối xứng)

- Điện áp ngược của van cần chọn :

Unv = Ku Unmax = 1,8 204,937 = 368,8866 V ;

Trong đó : Ku - Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn Ku = 1,8(Ku = 1,5 ÷1,8) ;

- Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng :

- Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí , với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn :

Idm = kd Ilv = 1,4 4,907= 6.8698 A ;

ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn kd = 1,4

Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính

 Sau khi tính toán ta phải chọn thyristor với các thông số: Idmv = 6.87 (A),

Unv = 368,89 (V).ta chọn được 6 thyritor loại : T60N600BOC có các thông số sau :

- Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A) ;

- Điện áp ngược cực đại của van: Un = 600 (V) ;

- Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 1400(A) ;

- Độ sụt áp trên thyristor : ∆UT = 1,8 (V) ;

- Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 150 (mA) ;

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 0C ;

3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu :

Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thyristor

Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây / Y,làm mát tự nhiên bằng không khí

Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện , thực hiện các chức năng sau

- Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải

- Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện

- Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải

- Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia

- Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anot

để bảo vệ van

- Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do

đó nâng cao chất lượng điện áp lưới

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + ∆Udn + ∆UBA

Trong đó :

αmin = 100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ;

∆UV = 1,8 V là sụt áp trên thyristor ;

∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối :

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

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :

S BA

. ; Trong đó :

kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy kQ = 6(máy biến áp khô

kQ = 5÷6 )

m : Số trụ của máy biến áp , m = 3

f : Tần số của nguồn xoay chiều , f = 50 Hz

= √4.20,5

𝜋 =5.1(cm)

Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 6 cm

- Chọn tỷ số m =

d

h

= 2,3 Suy ra h = 2,3 d = 2,3 6 = 13,8 cm ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 )

Chọn chiều cao trụ h = 14 cm

* Tính toán dây quấn

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

4,44.𝑓.𝑄𝑓𝑒.𝐵𝑇 = 380

4,44.50.20,5.10−4 =834,98 ( vòng) Lấy W1 = 835 vòng

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

- chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp :

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 0.6 mm2

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1×b1 = 0.6×1=0.6 (mm)

- Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp :

- Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

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

Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 2,52 ( mm2 )

Kích thước của dây có kể đến cách điện là :

* Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

h h

k b

Như vậy có 835 vòng chia thành 13 lớp , vậy 12 lớp đầu có 65 vòng và lớp thứ

* Kết cấu dây quấn thứ cấp

- Chọn sơ bộ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp :

h2 = h1 = 17,72 (cm)