Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

Tài liệu tham khảo ngành tin học Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

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…

2.1 Phương trình đặc tính cơ:

Để điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì ta phải phân tích, tìm các mối quan hệ giữa tốc độ với các thông số khác của động cơ để từ đó đưa 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

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 trở cuộn cực từ phụ (Ω)

rb : Điện trở cuộn bù ( Ω)

rct : Điện trở tiép xúc chổi điện (Ω)

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

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

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

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

60

2 nπ =

55 , 9

k ≈ 0,105 k Thay (1) vào (2) và biến đổi ta được

K

Uu Δω=

Δω : được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M (hay I) , ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối với điều kiện từ thông là định mức (φ =φdm)

( 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 ωlà một hàm phụ thuộc R, φ , 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

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH

TỪ ĐỘC LẬP

2.1 Phương pháp điều khiển bằng điện trở phụ phần ứng (R f ):

•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 , φkt , U ®, giả thiết rằng :

Nếu giữ φ=φđm=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

f u

dm

+

)2 ( φ

= var (19) Như vậy khi thay đổi Rf cho ta một họ đặc tính như sau:

- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện

- Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính cơ thấp

+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn

+ Phạm vi điều chỉnh hẹp

2.2 Phương pháp điều chỉnh bằng từ thông kích từ:

• Nguyên lý điều chỉnh:

Điều chỉnh từ thông kích từ của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô men điện

từ của động cơ M = kφIư và sức điện động quay của động cơ

Eư=kφω

Vậy để điều chỉnh φkt ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, khi điều chỉnh φkt

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 φkt = φđm đã bảo hồ rồi, nếu muốn tăng Ikt thì

φkt cũng không tăng đáng kể nên ta điều chỉnh bằng cách giảm φkt

• Trong trường hợp này ta có:

- Tốc độ không tải lý tưởng

K ) 2( φ

dm =const

- Mô men ngắn mạch : Mnm =kφxInm =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 φkt

- Tốc độ không tải lý tưởng ωx =

K ) 2( φ giảm

- Dải điều chỉnh không rộng D = max

- Ưu điểm : Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thâùt 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

2.3 Phương pháp điều khiển động cơ điện mợt chiều kích từ độc lập bằng thay đổi điện áp phần ứng:

Giả thiết φ = φđm =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 ω0 =

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 hố

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

đổi trơn điện áp ra

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

Bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện thành một chiều và điều chỉnh được giá trị điện áp đầu ra theo yêu cầu Điện trở trong của bộ biến đổi

Rbđ phụ 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

Ebd Eu

U

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

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

Eư = Ubđ – (Rbđ + Rư )Iư (20)

Sức điện động của động cơ

Eư = kφđmω (21)

Từ biểu thức (20) và (21) ta có

Từ phương trình (22) ta có phương trình đặc tính cơ điện

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

Tốc độ không tải lý tưởng

k

u bd

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

Uđk là điện áp điều khiển

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

• Nhận xét :

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

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 sư 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 )

E = kφω = kφαI (25)

Ikf =

r

Ukf kf

Như vậy sức điện động lúc này tỷ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số hằng số là kf

Lúc này có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ

khuyếch đại tuyến tính

Với R = Rưf + Rưđ

Trong đó Rưf : Điện trở phần ứng của máy phát

Rưđ : Điện trở phần ứng của động cơ

- Tốc độ không tải lý tưởng :

ω0 =

φd

d

kf fk

k

ud uf

Những biểu thức trên chứng toả rằng khi thay đổi dòng điện kích từ của máy thì

điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống, còn độ cứng của đặc tính cơ thì giữ

nguyên, do đó đặc tính cơ điều chỉnh là một họ các đường thẳng song song nhau

Hình 1-11 : Đồ thị đặc tính cơ của hệ F – Đ ứng với Ukf thay đổi

Thông thường Rưf ≈ Rưđ nên β =

2

1βtn

- Nếu cho máy phát kích từ thuận Ukt>0 thì đặc tính ở nửa trục ω>0

- Nếu cho máy phát kích từ nghịch Ukf <0 (đảo kích từ) thì Ef <0 thì đặc tính ở

phía trục ω <0

- Mỗi đặc tính cho ta một tốc độ làm việc

- Trường hợp Ukf =0 thì Ef =0 động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng

- Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược ở

cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với mô

men tải có tính chất thế năng

• Nhận xét :

- Ưu điểm : Hệ truyền động F – Đ có sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh

hoạt, khả năng quá tải lớn, chi phí điều khiển nhỏ và điều khiển dễ dàng, cho

phép động cơ làm việc được ở cả 4 góc phần tư của mặt phẳng đặc tính cơ

- Nhược điểm : Hệ F – Đ dùng nhiều máy điện quay, gây ồn , công suất lắp đặt

máy ít nhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành , với đề tài của em

cho công suất động cơ là 6 kw thì công suất lắp đặ ≥18 kw Khó điều chỉnh

tốc độ sâu vì máy phát một chiều có từ dư và dặc tính từ hố có từ trễ Mặt

khác hệ thống cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích đặt ( không kinh tế), hiệu

3.2 Hệ truyền động điều chỉnh xung áp – động cơ:

Bộ biến đổi xung áp là bộ nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện

Hình 1-12 : Sơ đồ nguyên lý và điện áp của hệ xung áp – động cơ

Để cải thiện dòng điện phần ứng, người ta mắc thêm van đệm D0 Giả thiết van đệm D0 là van lý tưởng, nghĩa là van có sụt áp thuận ΔU =0 và dòng điện ngược Ing

=0 , khố k có thể là Tiristor hoặc Transistor Đối với động cơ công suất lớn thì phải dùng Tiristor

Khi đóng, cắt khố k trên phần ứng động cơ sẽ có điện áp biến đổi theo dạng xung vuông

Khi ở trạng thái dòng liên tục, giá trị trung bình của điện áp đặt lên phần ứng của động cơ là :

Ud =Τ

1

∫

t Udt

1

0

=Τ

t1U =γU Trong đó: t1 là thời gian khố k đóng

γ =Τ

t1 là độ rộng của xung áp Như vậy, có thể coi bộ biến đổi xung đẳng trị với nguồn liên tục, có điện áp ra Ud = var bằng cách thay đổi độ rộng của xung áp γ Vì thời gian một chu kỳ đóng cắt khố

k rất nhỏ so vơi hằng số thời gian cơ học của hệ truyền động nên ta có thể coi tốc độ

và sức điện động phần ứng động cơ là không đổi trong khoảng thời gian T

• Đặc tính của hệ điều chỉnh xung áp – động cơ

dm

bd

u+

M

Khi thay đổi độ rộng xung γ ta được họ đường thẳng song song với tốc độ không tải

= const, đồ thị đặc tính cơ gồm hai đoạn thẳng ứng với hai chế độ dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn

Hình 1-13: Đồ thị đặc tính cơ của hệ xung áp – động cơ

Vậy đặc tính sẽ không còn đúng khi dòng điện đủ nhỏ, hệ sẽ chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn

• Sơ đồ nguyên lý :

U=var U∼

-+

+

-Ñ K

K T Ñ

Hình 1-14 : Sơ đồ nguyên lý của hệ T – Đ

Bộ biến đổi van Tiristor là một loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổi

dòng xoay 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 (điên áp không tải ở đầu ra) có dạng đập mạch với số lần đập

mạch là n trong một chu kỳ 2π của điện áp sơ cấp của máy biến áp lực

Sơ đồ hình tia n=m với m là số pha

Sơ đồ hình cầu n=2m

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

U2 = U2msinωt

Ta đã 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

• Sơ đồ thay thế của mạch

Mợt bộ biến đổi van có thể bao gồm : Máy biến áp lực, tổ van , kháng lọc, thiết bị

bảo vệ và hệ thống điều khiển

Sơ đồ thay thế có dạng sau

Hình 1-15: Sơ đồ thay thế chỉnh lưu Tiristor – Động cơ một chiều

Khi van dẫn ta có phương trình

U2 – E = IRΣ + LΣ

dt

dI (28) Với RΣ = Rba + Rư + Rkt

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

ra có biên độ đập mạch cao, khả năng linh hoạt và chuyển trạng thái làm việc không cao, khả năng quá tải về dòng và áp của van kém, chất lượng điện áp

ra 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

I E 0 0

t t t I

α

0

2π π

U

d U

Hình 1-16: Sơ đồ nguyên lý và dạng điện áp, dòng điện tải

• Hoạt động của sơ đồ:

Nửa chu kỳ đầu khi A(+), B(-) trên T có phân cực thuận, cấp xung điều khiển cho

T1 và T3 ta có dòng điện chạy từ A →T1→E→Ld→Rd→F→T3 →B Nửa chu kỳ sau, khi B(+), A(-) cấp xung điều khiển cho T2 và T4 có dòng chạy từ B→T2→E→Ld→Rd→F→T4→A Vậy ta có dòng một chiều chạy qua tải

- Điện áp trung bình trên tải :

sử dụng các sơ đồ có số pha nhiều hơn

4.2 Chỉnh lưu tia ba pha:

• Sơ đồ mạch điện :

T1 T 2 T3

E d L

0

U 1 T U

A C U

A B

I

A

I 0

0

T I 3

I

T

I 1IT2

4 5 6

Id

t t

α α

B

α

C

t

Hình 1-17: Sơ đồ động lực và dạng dòng, điện áp tải, dòng điện qua các van

và điện áp van phải chịu

• Hoạt động : Điện áp pha a, b, c dịch pha nhau một góc 1200, theo các đường cong điện áp pha, chúng ta có điện của một pha nào dương hơn hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ thì van đó dẫn

Khi anode của một van nào đó dương hơn, ta cấp xung điều khiển cho van đó Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm giao nhau của hai điện áp ( góc thông tư nhiên)

Vậy ta sẽ nhận được điện áp tải lớn nhất khi các van mở ở góc thông tự nhiên

- Trị số điện áp trung bình :

Ud = 1,17 U2f cosα Với U2f là điện áp pha thứ cấp máy biến áp

- Điện áp ngược mà van phải chịu :

- So với chỉnh lưu cầu một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này cũng đơn giản hơn

- Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng một chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất máy biến áp phải lớn

- Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao có trung tính (Y0) và dây trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha Vì dây trung tính chịu dòng điện tải

4.3 Chỉnh lưu cầu ba pha:

0 E

d U

t

Ud

2

0 θ1 θ

U

A

5 θ3 θ θ 4 θ θ7 6

θ θ8 9

t

Hình 1-18: Sơ đồ động lực và đường cong điện áp tải khi góc mở α=300

• Hoạt động : Dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do

đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor, ta đồng thời cấp hai xung điều khiển ( một xung ở nhóm anode (+) theo sơ đồ là (T1 ,T3 ,T5 ) còn xung ở nhóm catode (-) theo

sơ đồ là ( T2 ,T4 ,T6 )), thứ tự cấp xung điều khiển phải đúng thứ tự pha Khi cấp đúng xung điều khiển dòng điện sẽ chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn Khi góc mở van nhỏ hoặc tải điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (Anode hay Catode ) thì sẽ có hai van của nhóm kia ( Catode hay Anode ) đổi chỗ cho nhau

- Giá trị điện áp trung bình của chỉnh lưu:

- Công suất máy biến áp :

Sba = 1,05 Ud Id

• Nhận xét : Chỉnh lưu cầu ba pha là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt hơn, hiệu suất

sử dụng máy biến áp cao hơn Tuy nhiên đây cũng là sơ đồ phức tạp hơn

• Kết luận : Sau khi đã phân tích các dạng sơ đồ chỉnh lưu như trên Với tải là động

cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất Pđm = 6 (kw) không đòi hỏi cao về chất lượng điện áp đặt vào động cơ Cho nên để điều khiển dễ dàng và hiệu quả kinh tế cũng như chi phí cho thiết bị điều khiển hợp lý thì em chọn sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha cho đề tài nghiên cứu của em

4.4 CHỈNH LƯU ĐẢO CHIỀU QUAY

4.4.1 Khái quát chung:

Chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mô men, để thay đổi 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 điện kích

từ

Đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiện được bằng cả hai phương pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ được dùng phương pháp đổi chiều dòng điện phần ứng Iư , còn phương pháp đổi chiều quay động cơ bằng cách đổi 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 sức điện động tự cảm rất cao, gây quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích Ngồi ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì khi từ thông qua trị số không có thể làm tốc dộ tăng quá, không tốt

Ta có đặc tính cơ của động cơ khi đảo chiều quay :

4.4.2 Sơ đồ nguyên lý bộ chỉnh lưu đảo chiều quay:

Các bộ chỉnh lưu đảo chiều quay là các bộ chỉnh lưu dùng cho các động cơ điện một chiều có đảo chiều quay vì hệ truyền động T – Đ đảo chiều có yêu cầu an tồn cao và có lôgíc điều khiển chặt chẽ Như đã phân tích ở trên, trong thực tế đảo chiều quay của động cơ chỉ được dùng phương pháp đổi chiều dòng điện phần ứng bằng cách ghép hai bộ chỉnh lưu theo sơ đồ mắc song song ngược cực tính

Sơ đồ mạch điện :

cb2 CK T6 T5 T4 a

A

1

CK cb1 T3

b c

T

C B

Hình 1-20 : Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu đảo chiều mắc song song ngươc

Vì sơ đồ có sử dụng hai bộ chỉnh lưu Tiristor có điều khiển nên để điều khiển hai bộ chỉnh lưu này, có thể dùng phương pháp điều khiển chung hoặc dùng phương pháp

điều khiển riêng Sau đây ta nghiên cứu từng phương pháp một

a Phương pháp điều khiển riêng:

• Nguyên lý : Trong phương pháp này, khi xung điều khiển được cấp cho bộ chỉnh lưu này thì bộ kia không được cấp xung điều khiển

- Ưu điểm : Làm việc an tồn, không có dòng điện cân bằng chạy qua các van

- Nhược điểm : Có thời gian trễ khi điều khiển bộ này sang bộ kia do đó dòng điện động cơ bằng không, mạch điều khiển phức tạp hơn

b Phương pháp điều khiển chung:

• Nguyên lý : Xung điều khiển được cấp đồng thời cho cả hai bộ chỉnh lưu nhưng phải đảm bảo một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ kia làm việc ở chế độ nghịch lưu và điện áp chỉnh lưu trung bình của của hai bộ chỉnh lưu là như nhau

Do vậy, với các cuộn dây động cơ có tính chất cảm kháng lớn thì dòng điện tải là liên tục, ta có

cb2 CK T6 T5 T4 a

A

1

CK cb1 T3

Hình 1-21: Sơ đồ nguyên lý điều khiển đảo chiều quay động cơ một chiều kích từ độc lập

II Tính chọn các thông số cơ bản của mạch lực:

1 Tính chọn van động lực:

- Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là : Dòng tải, sơ đồ

đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc

- Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:

1.1 Điện áp ngược của van được tính:

+ Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu

Unmax = knvU2

Với U2 =

K

Uu d

Suy ra : Unmax = knv

K

Uu d

Trong đó : Ud là điện áp tải, U2 là điện áp nguồn xoay chiều

Unmax là điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor chịu được

Thay vào ta được :

Unmax =

6 3

2 220

6π =

3

220

-Điện áp ngược cực đại của van : Unv = 1000 (V)

- Dòng điện định mức của van : I = 80 (A)

- Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 70 (mA)

- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 2,5 (V)

- Dòng điện tự giữ : Ih = 20 (mA)

- Dòng điện rò : Ir = 2 (mA)

- Sụt áp trên Thyristor lớn nhất ở trạng thái dẫn : ΔU = 2,3 ( V )

- Tốc độ biến thiên điện áp :

dt

du= 500 (V/μs )

- Thời gian chuyển mạch (mở và khố ) : tcm = 30 ( μs )

- Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : Tmax = 125 ( 0c)

III Tính tốn máy biến áp động lực:

- Chọn máy biến áp ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây Y/Y0 , làm mát bằng không khí tự nhiên

- Tính chọn các thông số cơ bản

1 Điện áp chỉnh lưu không tải:

Ud0 = Ud + ΔUv + ΔUba + ΔUdn

Trong đó :

ΔUv = 2,3 (V) là sụt áp trên Thyristor

ΔUdn ≈ 0 (V) sụt áp trên dây nối

ΔUba = ΔUr + ΔUx sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

Trong đó : ks là hệ số công suất theo sơ đồ ks = 1,34 theo bảng 2

Pdmax là công suất cực đại của tải

Thay vào ta được

5 Điện áp các cuộn dây:

- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 220 (V )

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U2 =

K

Ud = 235,5.2

3 6

π ≈ 201 (V)

6 Dòng điện các cuộn dây:

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp (tra bảng 2) Từ k2 =

I

Id

- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :

Sba

. Trong đó : k : là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, k = 5 ÷ 6 chọn k=5,5

m : là số trụ của máy biến áp m =3

f : tần số nguồn xoay chiều f = 50 ( Hz )

Thay số vào ta được

Tfe = 5,5

50 3

10 33 ,

2 ,

fe =

89 , 0

8 ,

47 = 53,7 (cm2)

11 Đường kính trụ:

dT =

πTn

4 =

14 , 3

7 , 53

4 = 8,3 (cm) Chuẩn hố đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 8,5 (cm)

12 Đường kính trung bình giữa hai dây quấn sơ và thứ cấp:

Trong đó β là hệ số hình dáng tra bảng 17b dược β=2

Thay vào ta được : l =

2

3 , 15

1 =

273 , 1

17 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)

18 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 =

J I1

1 =

75 , 2

3 ,

17 = 6,3 (mm2) Chọn dây dẫn tròn, mã hiệu πB bảng 20 trang 194 , cách điện cấp B, chuẩn hố tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 6,16 (mm2) Tiết diện dây dẫn kể cả cách điện là S1 = 6,16 + 0,42 = 6,32 (mm2)

19 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

J1 =

S I1

1 =

16 , 6

3 ,

9 ,

18 = 6,9 (mm2)

Chọn dây dẫn tròn, mã hiệu πB bảng 20 trang 194 , cách điện cấp B, chuẩn hố tiết diện theo tiêu chuẩn S2 = 7,07 (mm2) , kích thước dây dẫn kể cả cách điện S2 = 7,07 + 0,42 = 7,23 (mm2)

21 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:

J2 =

S I2

2 =

07 , 7

9 ,

18 = 2,67 (A/mm2)

22 Đường kính dây kể cả cách điện: Cách điện hai phía 2δ = 0,4 (mm)

- Đường kính dây quấn sơ cấp :

dn1 = d1 + 2δ = 2,8 + 0,4 =3,2 (mm) với d1 tra bảng 20

- Đường kính dây quấn thứ cấp :

dn2 = d2 + 2δ = 3 + 0,4 = 3,4 (mm) với d2 tra bảng 20

• Kết cấu dây quấn : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

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

dn1 đường kính ngồi kể cả cách điện của dây quấn sơ cấp

l chiều cao sơ bộ dây quấn

W11 =

32 , 0

021 ,

32 , 0

58 = 20,3 (cm)

27 Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày: δ01 =0,1(cm)

28 Khoảng cách cách điện từ trụ đến cuộn sơ cấp: a01 = 0,4 (cm)

29 Đường kính trong của ống cách điện:

Dt = dfe + 2a01 - 2δ01 = 8,5 + 2.0,4 – 2.0,1 = 9,1 (cm)

30 Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt1 = Dt + 2δ01 = 9,1 + 2.0,1 = 9,3 (cm)

31 Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: δ11 = 0,1 (mm)

32 Bề dày cuộn sơ cấp:

B = ( d + δ )n = (0,32 + 0,01).3 = 0,99 (cm)

9 + = 10,29 (cm)

35 Chiều dài dây quấn sơ cấp:

l1 = w1.π.Dtb1 = π.173.10,29 = 5589,7 (cm) ≈ 55,89 (m)

36 Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: a12 = 0,4 (cm)

Ta quấn dây sơ cấp ở trong , thứ cấp ở ngồi

• Kết cấu dây quấn thứ cấp :

37 Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

3 ,

34 , 0

9 + = 11,74 (cm)

49 Chọn khoảng cách cách điện giữa hai cuộn thứ cấp là: a22 = 1 (cm), chọn khoảng cách cách điện từ cuộn dây đến gông là l0 = 1 (cm)

1 Bd

Hình 1 : Các bậc thang ghép thành trụ và kết cấu các cuộn dây

52 Tồn bộ tiết diện bậc thang của trụ:

Theo bảng 41a ta có kích thước các tập lá thép

- Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ : bg = bt = 7,6 (cm)

- Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ a=8(cm) Tiết diện của gông : T = a.b = 8.7,6 = 60,8 (cm2 )

Tg = kđ Tbg = 0,97.60,8 = 58,976 (cm2 )

56 Số lá thép dùng cho một gông:

ng =

35 , 0

b =

35 , 0

80 = 229 (lá thép)

57 Tính lại mật độ từ cảm trong trụ:

BT =

T w

U

T

f 44 ,

4 1

1 =

3 , 49 173 50 44 , 4

3 ,

Với mFe : Trọng lượng riêng cửa sắt mFe = 7,85 (kg/dm3)

Thay số vào ta được : MT = 3,3.7,85 = 25,9 (kg)

67 Khối lượng sắt của gông:

• Tính các thông số của máy biến áp :

70 Điện trở của cuộn sơ cấp biến áp ở 75 0 C:

Theo tiêu chuẩn quy định, tổn hao ngắn mạch được quy định về nhiệt độ tính tốn như sau: Đối với tất cả các máy biến áp dầu và khô cách điện cấp A, E, B là +750C

R1 = ρ

S l1

1 Trong đó: ρ là điện trở suất của dây dẫn ở 750C ρ= 0,02135 (Ωmm2/m) với dây đồng Thay số ta có:

R1 = 0,02135

32 , 6

89 ,

14 ,

Trong đó : w2 : Số vòng dây của cuộn thứ cấp biến áp (vòng)

r: Bán kính trong của cuộn dây thứ cấp (m)

h : Chiều cao dây quấn (m)

Bd1 : Bề dày cuộn sơ cấp (m)

0604 ,

0 )(0,04 +

3

05 , 1 99 ,

ΔUx =

π

6 , 32 199 , 0

3 = 6,2 (V)

77 Sụt áp trên máy biến áp:

ΔUba = Ur U x

2 2

Δ +

n

0 + +

+

)

=1-09 , 101 374 11330

09 , 101 374

+ +

100 =

201

9 , 18 349 ,

0 100 = 3,3 (%)

100 =

201

9 , 18 199 ,

0 100 = 1,87 (%)

86 Điện áp ngắn mạch %:

Un% = Unr Unx

2 2

2 =

4 , 0

π

) = 714 (A)

Imax = 714 (A) < Ipik = 1000 (A)

Trong đó : Ipik là đỉnh xung dòng điện cực đại của Tiristor

III THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG :

1 Tác dụng của cuộn kháng cân bằng:

Là để hạn chế dòng điện cân bằng chạy trong hai nhóm của sơ đồ chỉnh lưu

: Giá trị cực đại của dòng điện tuần hồn

Điện cảm Lcb được tính tốn sao cho giá trị trung bình Icc của dòng điện tuần hồn, trong trường hợp tồi tệ nhất Không vượt quá 10% giá trị định mực của dòng điện phụ tải Id

10 = 3,26 (A) Tra hình IV.24 trang 132 (đtcs) ta được I* = 0,1 ,ta có giá trị cực đại của dòng điện tuần hồn

26 ,

3 = 32,6 (A)

Từ công thức Iccm =

X U2

6 suy ra Xct =

I U2

6 =

6 , 32

201

6 = 15,1 (Ω)