đồ án điện tử công suất Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu3 pha Động cơ một chiều

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 các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BCH KHOA

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu

3 pha Động cơ một chiều

Đồ ỏn Điện tử Cụng Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

GIỚI THIỆU

Ngày nay cng với viƯc phát triĨn mạnh m các ng dơng cđa khoa hc k thut trong công nghiƯp, đỈc biƯt là trong công nghiƯp điƯn - điƯn tư thì các thit bị điƯn tư c công sut lớn cịng đỵc ch tạo ngày càng nhiỊu Và đỈc biƯt các ng dơng cđa

n vào các ngành kinh t quc dân và đi sng hàng ngày đã và

đang đỵc phát triĨn ht sc mạnh m.

Tuy nhiên đĨ đáp ng đỵc nhu cầu ngày càng nhiỊu và phc tạp cđa công nghiƯp thì điƯn tư công sut luôn phải nghiên cu đĨ tìm ra giải pháp ti u nht ĐỈc biƯt với chđ trơng công nghiƯp hoá

- hiƯn đại hoá cđa Nhà nớc, các nhà máy, xí nghiƯp cần phải thay đỉi, nâng cao đĨ đa công nghƯ t đng điỊu khiĨn vào trong sản xut Do đ đòi hi phải c thit bị và phơng pháp điỊu khiĨn an toàn, chính xác Đ là nhiƯm vơ cđa điƯn tư công sut cần phải giải quyt.

ĐĨ giải quyt đỵc vn đỊ này thì nớc ta cần phải c đi ngị thit k

điƯn tư công sut Là sinh viên ngành TỰ ĐỘNG HĨA cần phải t trang bị cho mình c mt trình đ và tầm hiĨu bit sâu rng Chính vì vy đ án môn hc điƯn tư công sut là mt yêu cầu cp thit cho mỗi sinh viên Tự động hĩa Đ là điỊu kiƯn đĨ cho sinh viên t tìm hiĨu và nghiên cu kin thc vỊ điƯn tư công sut MỈc d vy, với sinh viên năm th

4 còn đang ngi trong gh nhà trng thì kinh nghiƯm thc t còn cha c nhiỊu, do đ cần phải c s hớng dn giĩp đỡ cđa thầy giáo Qua đây cho em đỵc gưi li cảm ơn tới thầy NGUYỄN MẠNH H đã tn tình ch

dn, giĩp em hoàn thành tt đ án môn hc này.

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

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tínhphức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì

vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài

ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ

khi phụ tải thay đổi của động cơ điện

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưuviệt hơn so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điềuchỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giảnhơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độrộng

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

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và

căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

a) Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ

lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc củađộng cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên

b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):

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

độ bé nhất nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải làđịnh mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: được giới hạn bởi độ bền cơ học

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

- nmin: được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động

cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng

hệ thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.

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

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

ổn định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điềuchỉnh tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độcứng của đường đặc tính cơ Hay nói cách khác càng lớn thì càng tốt.d) Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục

khi điều chỉnh tốc độ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ

tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liêntục Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi làđiều chỉnh tốc độ vô cấp

1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp

e) Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có

hiệu suất làm việc của động cơ là cao nhất khi tổn hao năng lượng

Pphụ ở mức thấp nhất

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

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao

nhất là một hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.

II ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN:

1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổithì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơđược gọi là động cơ kích từ song song

Uỉ

E

Sơ đồ nối dây của động cơ

Sơ đồ nối dây của động cơ

kích từ song song kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng

và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.

a) Phương trình đặc tính cơ:

Theo sơ đồ trên có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch

phần ứng như sau:

Uư = Eư + (Rư + Rt)Iư (1-1)trong đó: Uư _ điện áp phần ứng.(V)

Eư _ sức điện động phần ứng.(V)

Rư _ điện trở của mạch phần ứng.( )

Rt _ điện trở phụ trong mạch phần ứng.( )

Iư _ dòng điện mạch phần ứng.(A)Với Rư = rư + rcf + ri + rct

rư _ điện trở cuộn dây phần ứng

rcf _ điện trở cuộn cực từ phụ

rb _ điện trở cuộn bù

r

ct _ điện trở tiếp xúc của chổi điện

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

p _ số đôi cực từ chính,

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 một cực từ, Wb

ω_ tốc độ góc, rad/s

SVTH: PHẠM DUY

Đồ án Điện tử Cơng suất GVHD: NGUYỄN MẠNH H

đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

R.M

được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M

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 đm ,

Rcb o

Từ (1-4), (1-7) ta viết được đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối:

(1-14)

2 Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:

Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến

đặc tính cơ: từ thông động cơ , điện áp phần ứng U ư và điện trở phần ứng động

cơ Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó.

a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư = Uđm = const và đm const

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ

TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ.

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta được một họ đặc tính biến trở có dạng như hình vẽ

b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông đm const , điện trở phần ứng R ư = const.

Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm , ta có:

Tốc độ không tải: ox Ux var

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

01

02

03 04

Hình vẽ: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi

giảm áp đặt vào phần ứng động cơ.

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do

đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.

c) Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết điện áp phần ứng U ư = U đm =const Điện trở phần ứng R ư =

const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động

cơ Trong trường hợp này:

Tốc độ không tải: ox

Uđm

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: I

nm

Uđm

const

RưMômen ngắn mạch: Mnm K x Inm var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn như hình vẽ:

III TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH:

Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác,không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúcmạch điều khiển đơn giản

Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều trong thực tế có 2phương pháp:

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Đối với máy điện nhiều khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên phần ứng thì mômen sẽ thay đổi Do đó đó tốc độ sẽ thay đổi

Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải dùng những bộ nguồn điện áp như máy phát 1 chiều, bộ biến đổi van hay khuếch đại từ

Bộ biến đổi BD dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng 1 chiều và điều chỉnh giá trị suất điện động E b của nó theo yêu cầu về các chỉ tiêu kĩ thuật và năng lượng, phương pháp điều áp được đánh giá tốt Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghĩa là nó có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể

cả khi không tải lý tưởng Phương pháp này đảm bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn năng lượng ít

Mặt khác, vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi và mạch có công suất nhỏ nên tính điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện

Cấu trúc mạch động lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho phần ứng của động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ Hiện nay, trong công nghiệp sử dụng các bộ biến đổi chính:

Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát 1 chiềuhoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT)

Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT)

Bộ biến đổi xung áp 1 chiều: Tiristor hoặc Transitor (BBĐXA)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:

Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)

Hệ truyền động máy điện khuếch đại – động cơ (MĐKĐ – Đ) Hệ

truyền động khuếch đại từ – động cơ (KĐT – ĐC)

Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ (T – Đ) Hệ

truyền động xung áp – động cơ (XA – ĐC)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

có loại điều khiển theo mạch chính (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp,

nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với

hệ truyền động “hở”

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều cònđược phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiềuquay Đồng thời tùy thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta cótruyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phầntư

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũngnhư tính chất riêng của từng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơmột chiều

1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị

nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động E b điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển U đk Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R b và điện cảm L c khác không.

Hình: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệthống như sau:

Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính

cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trịđiện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điềuchỉnh này là triệt để

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị o max , M đm , K M là xác định, vì vậy phạm

vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

o max / Mđm 10

Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như trên là không thỏa mãn được.

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:

Mc.cp K

đm I

đm M

đmPhạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật baobởi các đường thẳng đm ,M Mđm và các trục tọa độ Tổn hao nănglượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn haokhông đổi trong hệ

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnhmômen điện từ của động cơ M K Iư và sức điện động quay của động cơ Eư

K Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từthông cũng là hệ phi tuyến:

ik

trong đó

rk _ điện trở dây quấn kích thích,

rb _ điện trở của nguồn điện áp kích thích,

k _ số vòng dây của dây quấn kích thích

bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông đêt tăng tốc

độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để bảo đảm điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:

Rư

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng chuyển tính và vùng bão hòa của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:

rb rk

3 Hệ truyền động MF-DC: (F – Đ)

Phần ứng của động cơ điện 1 chiều được cung cấp từ 1 máy phát điện

riêng có khả năng biến đổi sức điện động trong 1 phạm vi riêng, máyphát này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và có tốc độquay của máy phát là không đổi

17

Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động F – Đ là việc chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng điều chỉnh vận tốc tương đối rộng, khả năng quá tải lớn.

Nhược điểm quan trọng của hệ F – Đ là dùng nhiều máy điện quay trong

đó ít nhất là 2 máy điện 1 chiều, gây tiếng ồn lớn, công suất lắp máy ít nhất phải gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành Ngoài ra do máy phát 1 chiều

có từ dư, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.

Phần tử điều chỉnh chủ yếu là KĐT là cuộn kháng bão hòa được nối theo sơ đồ trên Trong mạch làm việc người ta nối các điốt làm nhiệm vụ chỉnh lưu cho phụ tải và tạo

ra thành phần dòng từ hoá KĐT

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Điện áp chỉnh lưu trên đầu ra của khuếch đại từ được điều chỉnh bằng các biến đổi dòng trong cuộn dây điều khiển của nó Cuộn đó có thể quấn bao tất cả các lõi của KĐT như bằng cách biến đổi dòng điều khiển ta sẽ biến đổi được mật độ

từ thông trong lõi từ ở nửa cuối chu kì điều khiển ( tức nửa chu kì làm việc) Chính mật độ từ thông này quyết định góc bão hòa s Đối với khuếch đại từ lý tưởng trị số của suất điện động chỉnh lưu:

EKĐT = n1Um

(1 cos s ) 2

Việc đảo chiều quay động cơ được thực hiện bằng cách đảo chiềukích từ hoặc đổi các dấu dòng phần ứng động cơ

+ Ưu điểm : hệ thống này hiệu suất trung bình cao hơn hệ thống F– Đ nhưng thấp hơn T – Đ

+ Nhược điểm : khi dùng hệ thống để cấp điện áp cho động cơ điện 1 chiều, việc dùng hệ biến đổi khuếch đại từ có cực tính điện áp ra thay đổi là không kinh tế, nên việc đảm bảo chiều quay được thực hiện bằng việc thực hiện đảo chiều đầu dây phần ứng hoặc đảo chiều dòng kích từ Do đó, việc đảo chiều mất nhiều thời gian

Ưu điểm: ưu điểm nổi bật của hệ T – Đ là độ tác động nhanh không gây ồn và dễ tự động hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập cho hệ thống tự

động điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh vàcác đặc tính động của hệ thống.

Nhược điểm: chủ yếu do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện

áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện

Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp Tính dẫn điện 1chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện chođộng cơ có đảo chiều quay

6 Chọn phương án:

Trong thực tế truyền động nào có ưu điểm thì cũng có nhược điểm khác Do đó tùy trường hợp thực tế cụ thể người ta chọn phương án truyền động cho phù hợp

và trên nguyên tắc nhược điểm là ít nhất

Trong phần đồ án này ta dùng hệ truyền động T – Đ

Phần II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG ÁN ĐÃ CHỌN

Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:

Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ

Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng nhưng đượcphân ra 4 sơ đồ chính:

Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiềuquay bằng cách đảo chiều dòng kích từ

Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng cà đảo chiềuquay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữkhông đổi)

Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiểnchung

Tuy nhiên, mỗi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp vớitừng loại tải và công nghệ

Ta chọn bộ truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiểnchung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao vàthực hiện đảo chiều êm hơn

1 Sơ đồ nguyên lý làm việc:

Sơ đồ gồm 2 bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với cáccuộn kháng cân bằng Lc Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độchỉnh lưu hoặc nghịch lưu

Cả 2 bộ biến đổi G 1 và G 2 đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm Ta gọi 1 là góc

mở đối với G 1 , 2 là góc mở đối với G 2 , thì sự phối hợp

giữa 2 giá trị 1 và 2 phải được thực hiện theo quan hệ:

1+ 2= 180o

Sự phối hợp này là tuyến tính

Giả sử ta cần động cơ quay thuận ta cho G 1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu 1 = 0 90o , U d

> 0, G 2 làm việc ở chế độ nghịch lưu U i2 < 0 bấy giờ 2 >

Giả sử U c là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM

quay thuận ta cho Uc = Uc1

Đồ án Điện tử Cơng suất GVHD: NGUYỄN MẠNH H

Nếu bây giờ cần giảm chế độ quay của động cơ ta cho Uc = Uc2 , cácgóc mở

trạng thái trước đó, E Ud1 > bộ biến đổi G1bị khoá lại

Mặt khác, E U i2 nên bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ

thuộc, trả năng lượng tích luỹ trong động cơ về nguồn điện xoay chiều Dòngđiện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh, tốc độgiảm xuống giá trị tương ứng với U d1

Nếu cho điện áp điều khiển Uc < 0 thì G2 sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu,còn G1 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Đặc điểm của sơ đồ đảo dòng đang xét là có 1 dòng điện lúc thì chảy

từ G1 vào G2 , lúc thì chảy từ G2 vào G1 mà không qua mạch tải Người tagọi nó là dòng tuần hoàn

Dòng tuần hoàn làm cho MBA và các tiristor sẽ làm việc nặng nề hơn, để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng 1 điện cảm L c

Giá trị trung bình của dòng tuần hoàn:

1 30o

2

2 180o

0.9 0.3 0.2 0.1

0 30 o 60 o 90 o 120 o 150 o 180 o

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Uđ : điện áp chỉnh lưu 220V

Ur : sụt áp trên điện trở dây quấn MBA: Ur =3%Ud

U : sụt áp trên điện kháng dây quấn MBA và sụt áp do hiện tượng

U : sụt áp trên 2 tiristor: U = 2 * 2 = 4V

U

SB : sụt áp trên điện kháng cân bằng: USB = 0.8%Ud

Vậy điện áp chỉnh lưu không tải là:

+ Do tồn tại dòng tuần hoàn chảy qua các bộ biến đổi G1 , G2 và MBA

mà không qua phụ tải nên chế độ làm việc của MBA và tiristor nặng

Uim = 1.6 * 495.7 = 793.12 (V)

và dòng điện trung bình Itb = 1.2 * 25.12 = 30.144 (A)

Tra bảng ta chọn Tiristor T4-50 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau:

Itb = 50 (A)

Uim = 0.1 1 (V)

U = 1.3 (V)t

SVTH: PHẠM DUY

Ig = 0.9 (A)

Ug = 3 (V)

3 Tính toán MBA động lực:

MBA trong hệ thống này có công suất cỡ trung bình Do đó sẽ có lợi về

dây quấn nếu ta tăng số vòng dây sơ cấp lên 3 lần và giảm tiết diện đi

3 lần Để làm được việc này phía sơ cấp phải nối và phía thứ cấp nối

Y Lúc này tỉ số biến áp là:

n U2 101.22

0.266U1380

Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong mỗi pha thứ cấp của MBA:

S : công suất biểu kiến của MBA c : số trụ

f : tần số nguồn điện xoay chiều;

- Tiết diện thô của trụ: 10 * 6 + 2 * 2 * 6 = 84 cm2

- Tiết diện hiệu quả: 0.95 * 84 = 79.8 cm2

TRƯỜNG

- Tiết diện hiệu quả: 0.95 * 100 = 95 cm2

o Số vòng dây trên mỗi pha:

4.44f1QBm 4.44 50 83.104 1.1vòng

* Dây quấn sơ cấp: 188 vòng chia thành 4 lớp, giữa 2 lớp đặt 1 tờ giấycách điện, dày 0.1 mm

Bề dày của mỗi dây quấn sơ cấp là: e 1 = 4

* 2.83 + 0.4 = 11.72 mm

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

Bán kính trung bình của mỗi dây quấn: 74 + 11.72 79.86 mm

tờ giấy cách điện dày 0.1mm

Bề dày dây quấn thứ cấp:

e2 3 2.5 0.4 16 (mm)Bán kính trung bình của dây quấn thứ cấp:

74 + 11.72 + 8 + 8 = 101.72 (mm) Điện trở dây quấn ở nhiệt độ 75 o C là:

r2 8.11 10 4 61.53(1 0.00475) 0.05( )

Chiều dài của dây quấn thứ cấp:

l 2 101.72 10 3 50 31.94 m Điện kháng mỗi pha:

h: chiều cao 2 dây quấn

h = 236 mm: tần số góc, a= 0.008Điện áp rơi trên điện kháng:

U

dU

4 Tính chọn cuộn kháng san bằng dòng tải:

Cuộn kháng san bằng dòng tải được mắc nối tiếp với động cơ nhằm

mục đích giảm độ nhấp nhô của dòng điện chỉnh lưu để động cơ làm việc được tốt hơn, giảm các tổn thất phụ trong động cơ

Thành phần sóng bậc cao của dòng chỉnh lưu không vượt quá 5%dòng tải

Id ~ 5 150.72

7.536(A) 100

giá trị cuộn kháng phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện này lúc động cơlàm việc ở giá trị định mức góc mở 0 thì dòng tải lớn nhất, thành phầnxoay chiều điện tải lớn nhất

Khai triển Furier điện áp chỉnh lưu:

Ri ~ L did ~ U

d

U ~dt

U ~ L did~

SVTH: PHẠM DUY

6 cos6 L did ~tức là: 6U2

Do đặc tính của sơ đồ đảo dòng nối song song ngược hình cầu có 1 dòng

tuần hoàn icc lúc thì chảy từ G1 vào G2 , lúc thì chảy từ G2 vào G1

Để hạn chế dòng tuần hoàn người ta mắc thêm cuộn điện cảm L c như trong sơ đồ mạch lực gọi là cuộn kháng cân bằng Dòng cân bằng đạt giá

SVTH: PHẠM DUY

CT X

CTTrong trường hợp xấu nhất là dòng iccmax không vượt quá 10% giá trị dòng điện tải Tức là:

Vậy LCT

X

CT 3.73 0.01(H)314

với LCT = 2LC + 2Lba

=> L

C

1 LCT

2Lba

Khi Tiristor mở cho dòng chảy qua, công suất bên trong sẽ đốt nóng

chúng Mặt ghép nơi bị nóng nhất, ta dùng kí hiệu Tj để chỉ nhiệt độmặt ghép

vậy việc tính toán nhiệt độ mặt ghép là cần thiết

Nhiệt độ không khí môi trường làm ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc an toàn của Tiristor Khi không làm mát thì khả năng chịu được dòng khoảng 30 50

% dòng định mức Biện pháp làm mát thông dụng nhất là dùng quạt không khí bao quanh cánh tản nhiệt Đối với công suất lớn thì ta cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt hoặc ngâm các thiết bị bán dẫn trong dầu biến thế.

b) Bảo vệ quá tải và ngắn mạch bằng dây chảy:

Để bảo vệ Tiristor tránh bị dòng điện phá hoại, người ta thường dùng dây chảy tác động nhanh Loại dây chảy này thường làm bằng bạc lá đặt trong vỏ sứ

có chứa cát thạch anh hoặc nước cất.

Hoạt động của dòng chảy chia thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn chạy từ t = 0 đến khi xuất hiện hồquang Giai đoạn hồ quang từ thq đến tc

Dòng điện chảy qua dây dẫn sinh ra nhiệt lượng Q = i2Rt, có nhiều cách đặt dây chảy để bảo vệ thiết bị bán dẫn

+ Đặt nối tiếp với từng Tiristor

+ Đặt ở từng pha thứ cấp của MBA

+ Đặt nối tiếp với nhóm Tiristor nối song song

+ Đặt ở đầu ra của thiết bị biến đổi

+ Đặt phía sơ cấp của MBA

Các thông số đặt trưng cho dòng chảy là điện áp định mức và dòng điện định mức Không nên đặt đặt dây chảy vào điện áp cao hơn điện áp của dây chảy Dòng điện định mức của dây chảy phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện nó bảo vệ, nhưng không quá 10%.

Bảo vệ riêng biệt từng Tiristor được sử dụng trong trường hợp khi 1Tiristor bị chọc thủng nhưng vẫn yêu cầu bộ biến đổi tiếp tục làm việc Nếu có

n Tiristor ghép song song mà 1 Tiristor bị chọc thủng thì dòng tải chia đều cho(n-1) Tiristor còn lại Vậy khi chọn dòng đinh mức của dòng tải cần lưu ýtrường hợp này

imax

imax

t

Đồ án Điện tử Công Suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ

c) Bảo vệ quá điện áp cho Tiristor:

Tiristor rất nhạy cảm với quá điện áp Quá điện áp được chia thành 2

nguyên nhân chính:

Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện tích dương trong các lớp bán dẫn Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện áp nói trên đổi ngược là hành trình tạo ra dòng điện ngược trong thời gian rất ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có các đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor Vì vậy giữa các anod và catod của các Tiristor xuất hiện quá điện áp

Nguyên nhân ngoài: nguyên nhân này xảy ra ngẫu nhiên khi cắtkhông tải 1 MBA, khi có sấm sét…

Để bảo vệ quá điện áp người ta dùng mạch RC

Mạch RC nối song song với các Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp dotích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên

Thông số của mạch RC vào mức quá điện áp có thể xảy ra tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá MBA, việc tính toán tương đối phức tạp.

i

t

U