TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ

Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều. (Dùng bộ biến đổi chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng có điều khiển) Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện nay , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề cấp bách hàng đầu . Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển vược bậc .Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ biến , có thể thay sức lao động con người , đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI -KHOA ĐIỆN- BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ Đề tài: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động chiều (Dùng biến đổi chỉnh lưu cầu pha khơng đối xứng có điều khiển) GVHD: Nguyễn Sơn Tùng SVTH: Nhóm Lương Văn Cử Đỗ Hải Đăng Phạm Cơng Duật Lương Hồng Hiệp Lớp: Điện CLC K9 Hà Nội - 2017 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN MỤC LỤC Trang MỤC LỤC .1 LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1.1 Giới thiệu Tiristor 1.2 Giới thiệu động chiều 1.2.1 Cấu tạo động điện chiều .6 1.2.2 Động chiều kích từ độc lập 1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều 11 1.3.1 Khái niệm chung hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều 11 1.3.2 Giới thiệu sơ đồ 12 1.4 Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển: 15 Chương XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ 18 2.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống .18 2.2 Mơ tả tốn học động điện chiều kích từ độc lập: 20 2.3 Cấu trúc Máy phát tốc chiều 22 2.4 Cấu trúc máy biến dòng 22 2.5 Cấu trúc Bộ điều chỉnh (PID) .23 2.6 Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động động chiều .24 Chương XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU 26 3.1 Tổng hợp điều chỉnh 26 3.2 Tính tốn thơng số điều chỉnh 27 Chương XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ THEO TIÊU CHUẨN MODUL ĐỐI XỨNG 31 4.1 Tổng hợp điều chỉnh 31 4.2 Tính tốn điều chỉnh 32 Chương KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ .37 5.1 Mô Matlab Simulink 37 5.2 Kết luận .43 Chương XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN 44 6.1 Phân tích, chọn mạch chỉnh lưu 45 6.2 Tính tốn van động lực .45 Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN 6.3 Tính tốn cuộn kháng lọc điện 47 6.3.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 47 6.3.2 Xác định thành phần song hài 47 6.3.3 Xác định điện cảm cuộn kháng 48 6.3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 49 6.4 Tổng quan TCA 785 51 6.4.1 Giới thiệu 51 6.4.2 Sơ đồ vi mạch TCA 785 .51 6.4.3 Mô tả chức 53 Nhóm 2 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng đổi cơng nghiệp hố đại hố đất nước , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào quy trình sản suất vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với phát số nghành điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển tự động hoá phát triển vược bậc Tự động hố quy trình sản suất phổ biến , thay sức lao động người , đem lại suất cao chất lượng sản phẩm tốt Hiện , hệ thống dây chuyền tự động nhà máy , xí nghiệp sử dụng rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng dây chuyền sản suất điều khiển điều chỉnh tốc độ động hay đảo chiều quay động để nâng cao suất Với hệ truyền động điện chiều ứng dụng nhiều yêu cầu điều chỉnh cao , với phát triển không ngừng kỹ thuật điện tử kỹ thuật vi điện tử Hệ truyền động chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động từ thông trở thành giải pháp tốt cho hệ thống có yêu cầu chất lượng cao Ở nước ta số dây chuyền nhập ngoại , với số lý khách quan số thiết bị có vấn đề cố phải nhờ đến chuyên gia nước Về việc thay điều khiển bước để hội nhập với phát triển chung khoa học kỹ thuật Trong trình nghiên cứu khơng thể tránh khỏi thiếu sót kính mong q thầy cô bảo để em hiểu thêm , có kiến thức định để phục vụ cho chuyên nghành sau Em xin chân thành cảm ơn tận tình giúp đỡ thầy giáo môn hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ 1.1 Giới thiệu Tiristor Tiristor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo lớp tiếp giáp p-n J1 ,J2 ,J3 Tiristo có cực anot A, catot K, cực điều khiển G hình dưới: Hình 1.1 Cấu tạo ký hiệu Tiristor Nguyên lý làm việc Tiristor: Tiristor cho phép dòng chạy qua chiều, từ anot đến catot cản trở dòng chảy theo chiều ngược lại Tiristor dẫn dịng ngồi điều kiện phải có điện áp UAK> phải thêm số điều kiện khác Do tiristor coi phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với số phần tử bán dẫn khác không điều khiển Điot Mở Tiristor: Khi phân cực thuận, UAK>0, tiristor mở hai cách: - Thứ nhất, tăng điện áp anot – catot đạt giá trị điện áp thuận lớn Khi điện trở tương đương mạch anot – catot giảm đột ngột dịng qua tiristor hồn tồn mạch ngồi xác định Phương pháp khơng áp dụng ngồi thực tế nguyên nhân mở không mong muốn lúc tăng điện áp đến giá trị U th,max Và lại xảy trường hợp tiristor tự mở tác dụng xung áp thời điểm ngẫu nhiên không xác định - Thứ hai, phương pháp áp dụng thực tế , đưa xung dòng điện có giá trị định vào cực điều khiển catot Xung dòng điện điều khiển chuyển trạng thái tiristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp mức điện áp anot – catot nhỏ Khi dịng qua anot – catot lớn giá trị định, gọi dịng trì (I dt ) tiristor tiếp tục trạng thái mở dẫn dịng mà khơng cần đến tồn xung điều khiển Điều nghĩa điều khiển tiristor xung dịng có độ rộng xung định, cơng suất mạch điều khiển nhỏ, so với công suất mạch lực mà tiristor phần tử đóng cắt khống chế dịng điện Khóa Tiristor: Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Một Tiristor mở diện tín hiệu điều khiển Ig khơng cịn cần thiết Để khóa Tiristor có cách: - Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dịng điện trì I H -Đặt điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng) Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK < 0, hai mặt ghép J1 v J3 bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận Những điện tử, trước thời điểm đảo cực tính U AK , có mặt P1, N1, P2 đảo chiều hành trình, tạo nên dịng điện ngược chảy từ katơt anơt, cực âm nguồn điện áp Lúc đầu q trình, từ t0 đến t1, dịng điện ngược lớn, sau J J trở nên cách điện Cịn lại điện tử bị giữ lại hai mặt ghép J1 J3, tượng khuếch tán làm chúng dần hết J2 khơi phục lại tính chất mặt ghép điều khiển Trong sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình chiều tải phụ thuộc vào góc điều khiển mở Tiristor: Ud= Ud0.cosα Do đó, thay đổi góc điều khiển α ta thay đổi giá trị điện áp trung bình tải Nếu tăng giá trị góc điều khiển α điện áp trung bình giảm, ngược lại, giảm α điện áp trung bình tăng Giá trị lớn điện áp trung bình tải Ud0, ứng với góc α= Dịng điện trung bình qua tải: I Ud với Z d  X L2  R Zd Trường hợp mạch tải có thêm suất điện động phản kháng: I Ud  E Zd 1.2 Giới thiệu động chiều Trong sản xuất đại, động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt, khả mở máy lớn đặc biệt khả q tải Chính mà động chiều dùng nhiều nghành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành công nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện chiều… Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện) ưu điểm trội nên động điện chiều có tầm quan trọng định sản suất 1.2.1 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: phần tĩnh phần động 1.2.1.1 Phần tĩnh Đây đứng yên máy, bao gồm phận sau: + Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với + Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy + Các phận khác: - Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang - Cơ cấu chổi than: để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 1.2.1.2 Phần quay Bao gồm phận sau : + Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại dặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lạ thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto + Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kw thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit + Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng + Các phận khác: - Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy - Trục máy: đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.2.2 Động chiều kích từ độc lập 1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích từ độc lập Ta có phương trình đặc tính cơ:  U u Ru  R f  K   K  2 Từ phương trình đặc tính ta thấy Có ba thơng số ảnh hưởng đến đặc tính là: - Từ thơng động (Φ) - Điện áp phần ứng (Uư) -Điện trở phần ứng Sau ta xét ảnh hưởng tham số đó: 1.2.2.2 Ảnh hưởng điện trở phần ứng : Giả thiết : Uư=Uđm=const Φ = Φđm=const Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng: 0  U dm  const K  dm Độ cứng đặc tính cơ: M  K    var  Ru  R f Khi Rf lớn, β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf =0 Ta có đặc tính tự nhiên: Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN  K tn   Ru βtn cógiá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở phụ R ft a họ đặc tính biến trở có dạng hình 1.4 Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ Hình 1.3: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng 1.2.2.3 Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết : Φ = Φđm = const Rư= const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư < Uđm ta có: Tốc độ không tải lý tưởng : 0x  Ux  var K  dm Độ cứng đặc tính :  K 0x  Ru  const Như ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song đặc tính tự nhiên (hình 1.5) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơ men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ hạn chế dịng điện khởi động Nhóm BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN tuyến tính có kết cấu khác Đó đặc trưng điều khiển bão hồ phi tuyến tính - Điều khiển tối ưu chuẩn thời gian Giai đoạn chủ yếu trình khởi động giai đoạn II, tức giai đoạn dịng điện khơng đổi tăng tốc, đặc trưng dịng điện trì trị số không đổi, thường trị số lớn cho phép phát huy hết lực tải động cơ, làm cho trình khởi động nhanh Giai đoạn thuộc điều khiển thời gian ngắn điều kiện dòng điện bị hạn chế, hay gọi điều khiển tối ưu thời gian Nhưng trình khởi động so với q trình tăng tốc lý tưởng cịn có khoảng cách định, chủ yếu biểu dòng điện hai đoạn I II đột biến, thời gian hai đoạn nhỏ toàn thời gian khởi động nên khơng ảnh hưởng Vì vậy, trình khởi động hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín q trình điều khiển tối ưu chuẩn thời gian - Quá điều khiển tốc độ quay Vì sử dụng điều khiển bão hồ phi tuyến Sau kết thúc trình khởi động tiến vào giai đoạn III - tức giai đoạn điều chỉnh tốc độ quay, cần phải làm cho điều chỉnh tốc độ quay khỏi trạng thái bão hồ Theo đặc tính điều chỉnh PI, có làm cho tốc độ quay điều khiển điện áp chênh đầu vào ∆Un điều chỉnh Rω âm làm cho điều chỉnh Rω khỏi bão hồ Điều có nghĩa tính thích ứng trạng thái động tốc độ quay hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín điều chỉnh PI phải có điều khiển Nói chung, tốc độ quay có q điều khiển chút thực tế ảnh hưởng không lớn Tác dụng hai điều chỉnh Tổng hợp phần trên, tác dụng điều chỉnh tốc độ quay điều chỉnh dòng điện hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín quy điểm sau đây: * Tác dụng điều chỉnh tốc độ quay: + Làm cho tốc độ quay n bám thay đổi điện áp cho trước Ud, khơng có sai số tĩnh trạng thái động + Có tác dụng chống nhiễu thay đổi phụ tải + Trị số biên đầu định dòng điện lớn cho phép * Tác dụng điều chỉnh dòng điện: + Chống nhiễu kịp thời khởi động dao động điện áp mạng + Bảo đảm nhận dòng điện lớn cho phép khởi động + Trong trình điều chỉnh tốc độ quay, làm cho dòng điện bám thay đổi điện áp cho trước Ud Nhóm 42 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN + Lúc động bị tải chí bị kẹt, hạn chế dòng điện lớn phần ứng, nhờ làm chức bảo vệ an toàn khởi động nhanh Nếu cố rút bỏ hệ thống tự động khơi phục làm việc bình thường 5.2 Kết luận - Từ sơ đồ nguyên lý mạch điện hệ thống hai mạch vòng kín tốc độ quay dịng điện vẽ sơ đồ cấu trúc trạng thái động, mơ hình tốn học nó, điều chỉnh tốc độ quay điều chỉnh dòng điện thường dùng điều chỉnh PI - Đồ thị dòng điện tốc độ quay trình khởi động hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín gần với đồ thị trinh khởi động tăng tốc lý tưởng Dựa vào tình trạng bão hịa khơng bão hịa điều chỉnh q trình khởi động, chia q trình khởi động giai đọan gồm: giai đoạn dòng điện tăng lên, giai đoạn dịng điện khơng đổi tăng tốc giai đoạn điều tiết tốc độ quay Xét theo thời gian khởi động, giai đoạn dịng điện khơng đổi tăng tốc giai đoạn chủ yếu, hệ thống vịng kín thực khởi động nhanh dòng điện bị giới hạn biên đạt "tối ưu thời gian chuẩn".Hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín có cài điều chỉnh PI có điều khiển tốc độ quay trình khởi động - Trong hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vịng kín, tác dụng điều chỉnh tốc độ quay khơng có sai số tĩnh, trạng thái ổn định điều chỉnh chống nhiễu tốc độ quay, trị số giới hạn đầu phụ thuộc vào dòng điện lớn cho phép Tác dụng điều chỉnh dòng điện bám dòng điện, tự động bảo vệ tải kịp thời hạn chế nhiễu điện áp Nhóm 43 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Chương XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN U1 U2 1CC 1CC C R C T1 2CC D1 C R D2 C R R C T2 2CC 2CC 2CC R C L 3CC - M CKT + Để bắt tay vào làm chương ta cần phải rõ môn học điện tử công suất Và để thực đầy đủ chức hệ thống điều khiển ta phải thực cơng việc sau để hồn thành được: Phân tích, tính chọn mạch chỉnh lưu - Nhóm Tính chọn thysitor Tính tốn máy biến áp Tính tốn bảo vệ van Tính tốn mạch điều khiển Vẽ mạch chọn 44 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN 6.1 Phân tích, chọn mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu khơng đối xứng cầu pha Nguyên tắc hoạt động : θ = 𝜃1 cho xung mở 𝑇1 khoảng thời gian 𝜃1 𝜃2 Tiristo 𝑇1 𝐷2 cho dòng chảy qua Khi 𝑈2 bắt đầu đổi dấu 𝐷1 mở 𝑇1 tự nhiên đóng lại dịng 𝑖𝑑 = 𝐼𝑑 chuyển từ T1 sang D2 cho dòng chảy qua lúc ud =0 Khi θ = 𝜃3 =Π + α cho xung mở T2 dòng qua tải id = Id chảy qua T2 D1 điốt D2 lúc bi khóa lại Trong sơ đồ , góc dẫn dịng tiristor điốt khơng Góc dẫn dịng điốt 𝜆 𝑇 = π + α cịn góc dẫn dòng tiristor 𝜆 𝑇 =π− α Giá trị trung bình điện áp tải, 𝜋 √2 𝑈2 𝑈𝑑 = ∫ √2 𝑈2 sin θ dθ = (1 + cos 𝛼) 𝜋 𝜋 𝛼 dòng tải Id = Ud /R, dòng qua tiristor : IT = dòng điốt : ID = 2𝜋 2𝜋 𝜋 ∫𝛼 𝐼𝑑 𝑑𝜃 = 𝐼𝑑 (𝜋-α) 𝜋+𝛼 ∫𝛼 2𝜋 𝐼𝑑 𝑑𝜃 = 𝐼𝑑 (𝜋+α) 2𝜋 6.2 Tính tốn van động lực Giả sử góc mở nhỏ chỉnh lưu : α = 100 Điện áp sau chỉnh lưu : Nhóm 45 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN 𝜋 𝑈𝑑 = ∫𝛼 √2 𝑈2 sin θ dθ = 𝜋 cos 𝛼)= √2.400 (1 𝜋 √2.𝑈2 (1 𝜋 + + cos 100 )=330 (V) Vì van thiết bị quan trọng mạch lực , trình làm việc , van nhạy với thay đổi nhiệt độ, điện áp dịng điện.Hai thơng số để chọn van điện áp dòng điện : Điện áp ngược lớn đặt lên van : Ung max = U2 √2 = 566 (V) Chọn Ung max = 566 (V) Mà hệ số dự trữ điện áp Ku= 1.6 nên Điện áp ngược mà van chịu : Ungv = Ki Ungv = 906(V) Để cho van bán dẫn làm việc an tồn cần phải có biện pháp làm mát cho van Có ba phương pháp làm mát : Làm mát gió tự nhiên : Khi van bán dẫn mắc vào cánh tản nhiệt đồng hay nhôm , nhiệt độ van tỏa môi trường xung quanh nhờ cánh tản nhiệt.Sự tản nhiệt nhờ vào chênh lệch môi trường xung quanh cánh tản nhiệt Khi không khí xung quanh cánh tỏa nhiệt nóng lên làm cho tốc độ khơng khí bị chậm lại với lí hạn chế tốc độ dẫn nhiệt van bán dẫn làm mát cánh tỏa nhiệt nên cho van làm việc với dòng điện : Ilv = 25% idm Làm mát thơng gió cưỡng : Khi có quạt đối lưu khơng khí thổi dọc theo khe cánh tản nhiệt , nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt thấp , tốc độ dẫn nhiệt mơi trường tốt Do cho van làm việc với : Ilv = 35% idm Làm mát nước : Khi làm mát nước hiệu suất trao đổi nhiệt tốt , cho phép làm việc với dịng điện Ilv = 90% idm Q trình làm mát nước đảm bảo xử lí nước khơng dẫn điện.Bằng cách khử ion nước giảm độ dẫn điện nước (tăng điện trở nước) theo chiều dài hay theo tiết diện đường cong ống dẫn nước , ta coi độ dẫn điện nước không đáng kể Ta chọn chế độ làm việc van có cánh tỏa nhiệt đủ diện tích tỏa nhiệt , khơng có quạt đối lưu khơng khí với điều kiện dịng điện định mức van : Nhóm 46 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Ilv = 25% idm Trong : Ilv = Ihd = khd Id = ( Do sơ đồ cầu pha khd = √2 √2 4000 330 = 8,6 (A) ) Do : Idmv = Ilv Ki = 3,1 8,6 = 27 (A) (Ki hệ số dự trữ dòng điện - chọn Ki 3,1 ) 6.3 Tính tốn cuộn kháng lọc điện 6.3.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại Chọn góc mở cực tiểu 𝛼𝑚𝑖𝑛 = 100 Với góc mở 𝛼𝑚𝑖𝑛 dự trữ để bù giảm áp điện áp lưới Khi góc mở nhỏ α = 𝛼𝑚𝑖𝑛 điện áp tải lớn 𝑛đ𝑚 Ud max = Ud cos 𝛼𝑚𝑖𝑛 tương ứng tốc độ động lớn 𝑛𝑚𝑎𝑥 = Khi góc mở lớn α = 𝛼𝑚𝑎𝑥 điện áp tải nhỏ Ud max = Ud cos 𝛼𝑚𝑎𝑥 tương ứng tốc độ động nhỏ 𝑛𝑚𝑖𝑛 = 𝑛đ𝑚 Ta có : 𝛼𝑚𝑎𝑥 = cos −1 𝑈𝑑𝑚𝑖𝑛 𝑈𝑑𝑚𝑖𝑛 = cos −1 𝑈𝑑𝑜 𝑈2 0,9 Trong thay số kết sau : 𝑈𝑢𝑑𝑚 Với Ru = 0,5.(1-η) 𝐼𝑢𝑑𝑚 =0,5.(1-0,9) 400 5.27 = 16,5(V) Suy : 𝑈𝑑𝑚 𝑚𝑖𝑛 = 16,5(V) Thay số vào biểu thức tính 𝛼𝑚𝑎𝑥 có : 𝛼𝑚𝑎𝑥 = cos −1 𝑈𝑑𝑚𝑖𝑛 𝑈𝑑𝑜 = cos −1 𝑈𝑑𝑚𝑖𝑛 𝑈2 0,9 = 85,220 6.3.2 Xác định thành phần song hài Điện áp tức thời tải T1 T3 dẫn : 𝑈𝑑 =√2.𝑈2 cos(θ + α) với θ = ω.t Điện áp tức thời tải điện Ud khơng sin tuần hồn với chu kì : τ= 2𝜋 2𝜋 = = π 𝑝 p =2 số xung đập mạch chu kì điện áp lưới Khai triển chuỗi Furier điện áp Ud : Nhóm 47 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN ∞ 𝑈𝑑 − 𝑎0 + ∑ 𝑎𝑛 cos 𝑘 𝜃 + 𝑏𝑛 sin 𝑘 𝜃 𝑘=1 = 𝑎0 + ∑∞ 𝑘=1 𝑈𝑛𝑚 sin(2𝑘𝜃 + 𝑘𝜑) Trong : 𝜏 √2 𝑈2 𝜏 an = ∫0 𝑈𝑑 cos 𝑘 𝜃 𝑑𝜃 = ∫0 √2 𝑈2 cos(𝜑 + 𝛼) cos 2𝑘𝜃 𝑑𝜃 𝜏 𝜋 𝑎𝑛 = 𝜋 −2 2𝑘 −1 cos ∝ 𝜏 2 𝜏 𝑏𝑛 = ∫0 𝑈𝑑 sin( 𝑘 𝜃) 𝑑𝜃 = ∫0 √2 𝑈2 cos(𝜑 − 𝛼) sin( 2𝑘𝜃) 𝑑𝜃 𝜏 𝜋 𝑏𝑛 = 2√2 −2 𝑈2 sin 𝜋 𝑘 −1 Ta có : 𝑎0 = ∝ 2.√2 𝑈2 cos 𝜋 ∝ Vậy ta có biên độ điện áp : 𝑈𝑘𝑛 =√𝑎𝑛2 + 𝑏𝑛2 𝑈𝑘𝑛 = 2.√2 𝜋 𝑈2 𝑈𝑘𝑛 = 2.√2 𝜋 𝑈𝑑0 4.𝑘 −1 √(cos ∝)2 − 𝑘 (𝑠𝑖𝑛 ∝)2 4.𝑘 −1 √1 + 𝑘 (𝑡𝑎𝑛 ∝)2 Vậy ta có : 𝑈𝑑 ≈ 2.√2 𝑈2 cos 𝜋 ∝ + ∑𝑛 𝑈𝑘𝑚 sin(2 𝜃 − 𝜑1 ) 6.3.3 Xác định điện cảm cuộn kháng Từ phân tích ta thấy góc mở tăng, biên độ thành phần song hài bậc cao lớn, có nghĩa đập mạch điện áp, dòng điện tăng lên.Sự đập mạch làm xấu chế độ chuyển mạch vàng góp, đống thời gây tổn hao phụ dạng nhiệt động Để hạn chế tượng đập mạch ta phải mắc nối tiếp với động cuộn kháng lọc đủ lớn để 𝐼𝑚 ≤ 0,1 𝐼𝑢 đ𝑚 Ngoài tác dụng hạn chế thành phần song hài bậc cao, cuộn kháng lọc có tác dụng hạn chế vùng dịng điện gián đoạn Điện kháng lọc tính góc mở :α =𝛼𝑚𝑎𝑥 Ta có : 𝑈𝑢 + 𝑈~ = 𝐸 + 𝑅𝑢 ∑ 𝐼𝑑 + 𝑅𝑢 ∑ 𝐼~ + 𝐿 𝑑𝑖~ 𝑑𝑡 Cân hai vế ta : 𝑈~ = 𝑅 𝑖~ + L Nhóm 𝑑𝑖 𝑑𝑡 𝑅 𝑖~ ≪ L 𝑑𝑖 𝑑𝑡 nên 𝑈~ = L 𝑑𝑖 𝑑𝑡 48 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Trong thành phần song hài bậc cao thành phần song bậc k = có mức độ lớn gần : U~ = Um sin (2+φ) nên : 𝑈1𝑚 𝐿 𝐿.𝑓.2𝜋.𝜌 I = ∫ 𝑈~ 𝑑𝑡 = Vậy : 𝐼𝑚 = 𝑈1𝑚 2.2𝜋.𝑓.𝐿 Suy : L ≥ cos(2𝜃 + 𝜑1 ) = 𝐼𝑚 cos( 𝜃 + 𝜑1 ) ≤ 0,1.𝐼ư đ𝑚 𝑈1𝑚 2.2𝜋.𝑓.0,1.𝐼đ𝑚 ρ = số xung đập mạch chu kì điện áp Trong đó: 𝑈𝑑𝑜 cos 𝛼𝑚𝑎𝑥 √1 + (tan 𝛼𝑚𝑎𝑥 )2 22 − 0,9.400 cos 85,23 = √1 + (tan 85,230 )2 22 − = 76,89(V) 𝑈1𝑚 = 𝑈1𝑚 𝑈1𝑚 Thay số : L= 76,89 2.2.50𝜋.0,1.11,62 = 0,1053 (H) = 105 (mH) Điện cảm mạch phần ứng ta có : 𝐿ư𝑐 = 𝐿ư + 𝐿𝐵𝐴 = γ 𝐿ư𝑐 = 0,25 𝑈đ𝑚 60 2𝜋.2.𝑛đ𝑚 𝐼đ𝑚 + 2.0 400.60 = 0,0821 (𝐻) = 82,1 (𝑚𝐻) 2𝜋 2.1000.11,62 Điện cảm cuộn kháng lọc : 𝐿𝑘 = L - 𝐿ư𝑐 = 105 – 82,1 = 22,9 (mH) 6.3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc Các thông số ban đầu : Lk = 22,9 (mH) Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = 11,62 (A) Biên độ dòng điện xoay chiều bậc :I1m = 10%.Im = 1,2(A) Các bước tính tốn : Do dòng điện cuộn kháng lớn điện trở bé ta coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ điện kháng cuộn kháng Zk = Xk =2.3,14.m.f.Lk =2.3,14 2.50.22,9 10-3 = 51,95 (Ω) Nhóm 49 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Điện áp xoay chiều rơi cuộn kháng lọc : 𝐼1đ𝑚 Δ𝑈𝑘 = Z = 42,69 (𝑉) √2 Công suất cuộn kháng lọc : Sk = Δ𝑈𝑘 𝐼1đ𝑚 = 42,69 √2 1,162 √2 = 35,08 (VA) Tiết diện cực từ cuộn kháng lọc : Q = kq √ 𝑆𝑘 𝑚.𝑓 = √ 35,08 2.50 = 2,96 (cm2) Kq hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , làm mát khơng khí tự nhiên có kq = Chuẩn hóa tiết diện trụ theo kích thước có sẵn : chọn Q = 3cm2 Với tiết diện trụ cm2 Chọn loại thép ∃330 A , thép dày 0,35 mm , a= 17mm , b=18mm Chọn mật độ từ cảm trụ : BT = 0,8 T Hình 6.1.Kết cấu mạch từ cuộn kháng Ta có dịng điện chạy qua cuộn kháng : IT = Id + i1m.cos(𝜃 + 𝜑1 ) dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng : Ik = √𝐼𝑑 + 𝐼1𝑚 = √11,62 + 1,162 =11,66 (A) Chọn độ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây dẫn qua cuộn kháng : S1 = 𝐼𝑘 𝐽 = Nhóm 11,65 2,75 = 4,24 (mm2) 50 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Chọn dây dẫn tiết diện tròn , cách điện cấp B ,chọn Sk = 4,24 mm2 với kích thước dây có đường kính : d= 1,35 (mm) Tính lại mật độ dịng có : j= 𝐼𝑘 𝑆𝑘 = 11,66 4,24 = 2,75 ( A/mm2) 10.Chọn tỉ số lấp đầy : Klđ = 𝑤.𝑆𝑘 𝑄𝑐𝑠 = 0,7 11.Diện tích cửa sổ : Qcs = 𝑤.𝑆𝑘 𝑘𝑙đ = 283.4,24 0,7 = 17,14 (𝑐𝑚2 ) 6.4 Tổng quan TCA 785 6.4.1 Giới thiệu Hình 6-15 :TCA 785 6.4.2 Sơ đồ vi mạch TCA 785 Hình 6-16 Vi mạch TCA 785 Nhóm 51 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Bảng thích : Pin Chân Symbol Kí hiệu Function (Chức năng) GND Ground Nối đất Q2 QU Output inverted Output U Output inverted Đầu số đảo Đầu U Đầu số đảo VSYNC Synchronous voltage Điện áp đồng I QZ Inhibit Output Z Chân khoá Đầu Z VREF Stabilized voltage Điện áp chuẩn 10 R9 C10 Ramp resistance tính Ramp capacitance Q1 Điện trở tuyến Tụ tuyến tính Điện áp điều khiển 11 V11 Control voltage 12 C12 Pulse extension Mở rộng xung 13 L Long pulse Xung dài 14 15 Q1 Q2 Output Output Đầu số Đầu số 16 Vs Supply voltage ni Điện áp nguồn Vi mạch TCA 785 cịn gọi công tắc ngưỡng -Được bán rộng rãi thị trường, vi mạch hãng Siemens chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều -TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: +‛‛Tề đầu” điện áp đồng +Tạo điện áp cưa đồng +So sánh +Tạo xung Nhóm 52 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN 6.4.3 Mô tả chức Tín hiệu đồng có qua trở kháng cao từ điện áp dây(V 5).Bộ phát điện áp không xác định điện áp không chuyển chúng đến ghi đồng Thanh ghi đồng điều khiển tạo dốc(làm dốc xung tín hiệu khiển),tụ C10 tạo dốc nạp với dòng cố định (xác định R9).Nếu điện áp dốc (điện áp cưa,tam giác) V10 vượt điện áp điều khiển V11 (góc mở  ) tín hiệu điện chuyển thành dạng Logic phụ thuộc vào độ lớn điện áp điều khiển V11 mà góc mở dịch chuyển khoảng (00  1800) Với 1/2 phần sóng xung dương 30  s lại xuất đầu Q1,Q2 Giữ tồn xung đạt tới 1800 qua tụ C12 Nếu chân 12 nối mass xung khoảng góc (   1800) xuất   Các đầu Q 1, Q cung cấp tín hiệu ngược với Q1,Q2 Tín hiệu  +1800 dùng điều khiển Lơgic ngồi có chân Một tín hiệu tương ứng với liên kết NOR Q1,Q2 có sẵn cửa QZ (chân 7) Cổng vào hạn chế dùng để loại trở hoạt động cổng Q1,Q2   Q 1, Q   Chân 13 dùng để mở rộng đầu Q 1, Q nhằm lấp đầy độ rộng xung (1800 -  ) Nhóm 53 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN V5 §iƯn áp đồng V10 Điện áp đỉnh dốc Điện áp dốc Điện áp điều khiển Điện áp dốc V10 V11 V10 0V V15 Q V14 Q1 V15 Q Chân 12 tới đất V14 Q1 Chân 12 tới ®Êt V2 Q Ch©n 13 tíi ®Êt V4 Q1 Chân 13 tới đất V3 QU V7 QZ Hỡnh: Gin đồ điện áp Có thể điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu TCA 785: ➢ Điện áp nuôi: Vs = - 0.5- 18V ➢ Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA ➢ Dòng điện ra: I = 50 mA ➢ Điện áp cưa: Vr max = (VS – 2) V ➢ Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20 k  - 500 k  ➢ Điện áp điều khiển: V11 = -0,5 – (Us – 2) V ➢ Tụ điện: C10 = 0,5  F ➢ Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz ➢ Dòng điện đầu chân 14 15 : IQ = - 10 -400 mA Nhóm 54 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN ➢ Điện áp cấm : V6 = - 0.5 VS ➢ Dòng điện đồng : Isync= - 200 + 200 μA ➢ Dòng điện chân 2,3,4,7 : IQ = 10 mA ➢ Điện áp chân 2,3,4,7 : VQ = VS (V) ➢ Nhiệt độ tiếp giáp : TJ = 1500C ➢ Nhiệt độ làm việc : TSTG = - 550C đến 1250C ➢ Nhiệt độ xung quanh : TA = - 25oC đến 850oC ➢ Tính chọn thơng số mạch: ➢ Thơng tin từ nhà sản xuất cung cấp ta có: ➢ 𝑖= 𝑈2 𝑅9 ➢ 𝑈10 = = 3,3 𝑅9 𝑖 𝐶10 Với R9 khoảng 200K Ta chọn R9= 220K 𝑡 Với C10 = 22nF ➢ Khi t = t0, U10 = Ucm = U11 Ngưới ta nhận xung chân 15 V(t) > xung chân 14 V(t) < 𝑈10 ➢ t0 = C10 𝑖 = 𝑅9 𝐶10 𝑈𝑐𝑚 𝑈8 ➢ góc 𝛼 = 𝜔𝑡0 = 𝐾 𝑈𝑐𝑚 ➢ Tụ C12 khuếch đại độ rộng xung Có thể chọn C12 = đến 330pF để độ rộng xung từ 30𝜇𝑠 đế𝑛 200𝜇𝑠 Ta chọn C12=330pF Nhóm 55 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN +12V Udk D15 16 Q2 C10 T4 D14 C12 GND D15 D16 10 12 R1 1 +12V 14 Q1 BAX 15 TCA 785 Vsync R9 Q2 D13 R3 D16 U1 Vs 11 I T7 V11 R1 A T1 Q1 1 +12V D14 Q1 Q2 BAX C1 C12 C10 C2 1 D13 U6 U5 2 7812 D15 +12V T3 D14 16 U1 Q2 Q2 BAX 15 +12V TCA 785 14 Vsync VCC D15 Q1 C10 C12 R9 GND 12 10 Udw D16 R1 T6 D14 C4 Q1 Q2 BAX C12 C10 D13 Uw R9 U2 +12V +12V T5 D14 U3 15 D15 Q1 C10 C12 R9 D16 12 10 R1 Ci T2 D14 C10 Ri +12V 14 Vsync BAX TCA 785 GND Q2 Q2 D13 R3 Q1 16 U1 Vs 11 I T9 V11 Ui D16 R1 C Cw D15 Udk Rw 5 -12V C3 D13 R3 Q1 Vs 11 I V11 T8 7912 +12V D16 R1 B 3 +12V Udk Q1 Q2 BAX Udk C12 D13 R9 0 Hình: Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu pha dùng TCA 785 Nhóm GND VOUT VOUT GND VIN VIN R9 56 ... BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Mạch vòng tốc độ Hình ảnh mạch vịng tốc độ Nhóm 38 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Ta có hệ thống sau: Tốc độ hệ thống Nhóm 39 BTL: Tổng hợp hệ thống điện. .. phương trình dịng điện sau: Nhóm 29 BTL: Tổng hợp hệ thống điện Uid (-) 1+0,07p 0,0008p KHOA ĐIỆN 4.0,04 1,8.(1+0,0045p)(1+0,07p) I Ui Nhóm 30 BTL: Tổng hợp hệ thống điện KHOA ĐIỆN Chương XÁC ĐỊNH... XỨNG 4.1 Tổng hợp điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống mà đại lượng điều chỉnh tốc độ góc động điện, hệ thường gặp thực tế kỹ thuật Hệ thống điều chỉnh tốc độ hình thành từ hệ thống điều