thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha động cơ một chiều

Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó tạo ra c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN MẠNH HÀ

SINH VIÊN THỰC HIỆN : LÊ VĂN NGHĨA

MÃ SINH VIÊN : 105110055

NHÓM : 40

ĐÀ NẴNG 5/2012

Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển

an toàn, chính xác Đó là nhiệm vụ của điện tử công suất cần phải giải quyết

Để giải quyết được vấn đề này thì nước ta cần phải có đội ngũ thiết kế điện tử công suất Là sinh viên ngành TỰ ĐỘNG HểA cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên Tự động húa Đó là điều kiện để cho sinh viên tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ 4 còn đang ngồi trong ghế nhà trường thì kinh nghiệm thực tế còn chưa có nhiều, do đó cần phải

có sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy giáo Qua đây cho em được gửi lời cảm ơn tới thầy NGUYỄN MẠNH HÀ đã tận tình chỉ dẫn, giúp

Phần I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH

I KHÁI NIỆM CHUNG:

1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

 Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển 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 tính phức 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 ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

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 của động 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 là định mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: được giới hạn bởi độ bền cơ học

SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 4

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 điều chỉnh tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng 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 kề nhau:

 = ni/ni+1trong đó:

- ni: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i

- ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 )

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị mômen nào đó

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều 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

Pphuï 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 đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song

Sơ đồ nối dây của động cơ Sơ đồ nối dây của động cơ

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:

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

rct _ điện trở tiếp xúc của chổi điện

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

pN

trong đó:

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,

_ từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb

 _ tốc độ góc, rad/s

pNK



 _ hệ số cấu tạo của động cơ

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

nK

và

55.9

n60

n2

pN

a60

pN

Kc  : Hệ số sức điện động của động cơ,

K105.055.9

K

Từ đó ta có:

ư f ư

K

RRK

đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

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

suy ra



K

M

ưthay giá trị Iư vào (1-4) ta được:

 2 đt

f ư

K

RRK

U

2 f ư ư

U

11)

RR

o f ö

K  .M

RI

.K

R

2 ư

 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,

trong đó

cb đm

đm

RR,M

MM

,I

II

I

U

R  được gọi là điện trở cơ bản)

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

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 Uư 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 Rt

vào mạch phần ứng

Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

constK

R

KM

f ư

Khi Rt càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc Ứng với

Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:

ư

2 đm TN

SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 9

b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông đm const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm , ta có:

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 Uư = Uđm =const Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ Trong trường hợp này:

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

R

UI

Hình vẽ: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện

một chiều kích từ độc lập

Với dạng mômen của phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

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 trúc mạch điều khiển đơn giản

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

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

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

 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 Eb 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 hệ thành tự động vòng kín

 Nhược điểm lớn nhất của phương pháp điều áp là phải dùng bộ biến đổi điều khiển khá phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản cao và vận hành phí cao

 Tuy nhiên, nhờ những ưu điểm đã nêu, phương pháp này tạo ra cho máy sản xuất một năng suất cao, đồng thời tổn thất năng lượng ít nên thời gian hoàn vốn nhanh Do đó phương pháp điều áp được sử dụng rộng rãi, chính vì vậy nó đem lại cho động cơ 1 chiều một vị trí quan trọng trong thực tế mà máy điện xoay chiều rất khó cạnh tranh

 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 chiều hoặc 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,

tư

Trong phần này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng như tính chất riêng của từng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một 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 Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lc 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 hệ thống như sau:

I K

RR

KE

đk o

ư đm

ưđ b đm b

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 trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Mâm Mnm min

M,I 0

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:

o min

đm max

o max

MM

Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là:

đm M max c min

./

M1K

MD

M đm

max o

đm M

đm max

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị omax, Mđm, KM 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:

10M

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:

cp min o đm

min o min

o

min min o

s

Ms

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:

đm đm

đm cp

MRR

IEI

EI

ư

2 đm

2 ư ư ư

ư ư ư

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng mômen tải trên trục: M* = Mc* và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là  x

2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen 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 từ thông cũng là hệ phi tuyến:

dt

d.r

r

e

k b

k k

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

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:

k b

k

rr

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:

k k b

rr

Ci

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, máy phát này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và có tốc độ quay của máy phát là không đổi

KT DM F Â

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

4 Hệ truyền động khuếch đại từ động cơ:

Sơ đồ nguyên lý:

 Khuếch đại từ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật để điều chỉnh dòng điện và điện áp Trong trường hợp này người ta dùng nó để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ 1 chiều ĐM

 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

 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:

2

Un

s m

KĐT

ĐM

5 Hệ truyền động T – Đ:

Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi các bộ biến đổi van điều khiển để biến năng lượng điện xoay chiều thành điện 1 chiều để cung cấp cho các động cơ điện 1 chiều Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu bằng cách thay đổi thời điểm thông van

 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 và các 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 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động 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 được phân

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

Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung

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

Ta chọn bộ truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung, bởi nó dùng cho dãi công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực 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 các cuộn kháng cân bằng Lc Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu

Cả 2 bộ biến đổi G1 và G2 đều nhận được xung mở tại mọi thời điểm

Ta gọi 1 là góc mở đối với G1, 2 là góc mở đối với G2, thì sự phối hợp giữa 2 giá trị 1 và 2 phải được thực hiện theo quan hệ:

1

 + 2 = 180oSự phối hợp này là tuyến tính

 Giả sử ta cần động cơ quay thuận ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu

Biểu đồ phối hợp tuyến tính

Khi 1 = 2 = 90o thì Ud1 = Ud2 = 0 Lúc này điện áp đặt lên phần ứng của động cơ bằng không Động cơ ở trạng thái dừng

Giả sử Uc là điện áp điều khiển ở bộ điều khiển cần khởi động ĐM quay thuận ta cho Uc = Uc1

Nếu bây giờ cần giảm chế độ quay của động cơ ta cho Uc = Uc2 , các góc mở 160o, 2 120o, 1 Uo

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 Dòng điện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G2 động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống giá trị tương ứng với U1

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 ta gọi 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 Lc

Giá trị trung bình của dòng tuần hoàn:

X

U63

X

U 6

I  : giá trị cực đại của dòng tuần hoàn Quan hệ I*cc  ( 1)được trình bày trên hình vẽ Điện cảm Lc phải được tính toán sao cho giá trị trung bình của dòng điện tuần hoàn trong trường hợp xấu nhất không vượt quá giá trị định mức của Id

1



0 0.1

Phần III: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

1 Chọn động cơ điện 1 chiều:

Có các thông số:

Uđm = 220 V

đm

Tốc độ của rôto: nđm = 1500 vòng/phút

* Điện áp chỉnh lưu không tải bao gồm:

SB r

d

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

SB

U

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

Vậy điện áp chỉnh lưu không tải là:

76 236 4 100

220 ) 8 0 2 3 ( 220

+ Giá trị hiệu dụng của điện pha thứ cấp MBA:

) V ( 22 101 6

3

76 236 14 3 6 3

+ Dòng điện trung bình chảy trong mỗi tiritor:

6

I d I 2

1

3

0 d

105.31U

PI

+ 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 nề hơn

Trường hợp tồi tệ nhất dòng tuần hoàn: Icc = 4% Id

2 Chọn tiristor:

Theo thực tế để chọn Tiristor làm việc an toàn ta phải chọn:

 Hệ số dự trữ về dòng điện Ki = 1.2

 Hệ số dự trữ về điện áp Ku= 1.6

Phải chọn Tiristor ít nhất chịu điện áp ngược:

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:

Uim = 0.1  1 (V) U

toof = 11.520(s)

Ig = 0.9 (A)

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 3lần 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:

266.0380

22.101U

Un

72.1506

 Công suất biểu kiến của MBA:

)W(8.1866137

.163803IU3

)W(2.1868453

.6122.1013IU3

S k Q



với MBA khô, k= 5  6

S : công suất biểu kiến của MBA

c : số trụ

f : tần số nguồn điện xoay chiều;

67.94503

373466

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

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

- Trọng lượng: 7.5 * 0.798 * 2.4 * 3 = 43.1 kg

Quilat (culasse):

- Tiết diện thô: 10 * 10 = 100 cm2

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

8.791.1

380QB

f44.4

U

m 1

Unn

1

2 1

o Chọn mật độ dòng điện: J1 = J2 = 3 (A/mm2)

o Đường kính dây phía sơ cấp:

6.214.33

37.164J

I4

53.614J

I4

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

 Bề dày của mỗi dây quấn sơ cấp là:

e1 = 4 * 2.83 + 0.4 = 11.72 mm

 Bán kính trung bình của mỗi dây quấn: 74 + 79 86

2

72 11

 Chiều dài của dây quấn sơ cấp: 279.8510318894.32 m

 Điện trở ở nhiệt độ 75oC là:

)(262.0)000475

01(32.9400278.0

* Dây quấn thứ cấp:

Giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp để một khoảng cách 8mm Dây quấn thứ cấp gồm 100 vòng và chia thành 3 lớp (3 * 30 + 10) giữa 2 lớp đặt một tờ giấy cách điện dày 0.1mm

 Bề dày dây quấn thứ cấp:

16 4 0 5 2 3

 Chiều dài của dây quấn thứ cấp:

94.31501072.1012

 Điện kháng mỗi pha:

) ( 02 0 10 314 10

) 2

16 72 11 8 ( 236

8 36 50 14 3 8

10 ) 2

e e a ( h

r n 8 x

7 3

2 2

7 2

1 2

2 2

h: chiều cao 2 dây quấn

h = 236 mm

: tần số góc, a= 0.008

 Điện áp rơi trên điện kháng:

53.1314159

.3

72.150094.03XI3

50262.005.0In

nrrU

2 d

2

1

2 1 2

UU

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

)A(536.7100

72.1505

giá trị cuộn kháng phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện này lúc động cơ làm việc ở giá trị định mức góc mở   0 thì dòng tải lớn nhất, thành phần xoay chiều điện tải lớn nhất

 Khai triển Furier điện áp chỉnh lưu:

d

dt

diLRiRIE

d d

thực tế thì

dt

diL

d

tức là:

dt

di L 6 cos 35

U 6

6d

6cosU

35

66.L

6 18

1L35

U6

1536.7352

U618

dm dm

dm u

pt

I P

U L

: hệ số phụ thuộc kiểu động cơ, ta chọn động cơ dạng có bù 0.25

p : số đôi cực tư,ø p = 2

rad / s

157 60

1500 2

60

n 2



72.1501572

22025.0

 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 Lc như trong sơ đồ mạch lực gọi là cuộn kháng cân bằng Dòng cân bằng đạt giá

2 o

2 o

X

U 6

với XCT = 2XC + 2Xha

32 0 I

I I

ccm

max cc

* max

=>

CT CT

2 ccm

max cc

X

07 56 X

U 3 32 0 I 32 0

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

) A ( 012 15 10

12 150 100

I 10

15.112X

012.15X

2

15.112

CT CT

314

73 3 X

6 Tính chọn thiết bị bảo vệ:

a) Công suất tổn thất và làm mát:

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 độ mặt ghép

jm

T là nhiệt độ lớn nhất cho phép

 Đối với bán dẫn Ge : T 80 100 o C

 Đối với bán dẫn Si : Tjm  150  200oC

Tiristor rất nhạy với nhiệt độ Nếu khi làm việc nhiệt độ vượt quá nhiệt độ Tjm cho phép thì dù thời gian rất nhỏ cũng có thể phá hỏng Tiristor Vì 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

imax

thq tc

t

Hoạt động của dòng chảy chia thành 2 giai đoạn:

 Giai đoạn chạy từ t = 0 đến khi xuất hiện hồ quang

 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 1 Tiristor 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 ý trường hợp này