ĐIỆN tử CÔNG SUẤT

1) Phân tích , giải thích rõ yêu cầu của đề bài và đòi hỏi của đề bài, cụ thể với loại đề tài này thường hay gặp ở đâu trong thực tế ? Những thông số kỹ thuật nào ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng của hệ thống? Biện pháp tác động như thế nào? Nêu các phương án có thể thì hãy chọn lấy một phương án phù hợp . 2) Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phương án đã chọn vẽ đồ thị dòng điện áp trên các phần tử và các điểm nút cần quan tâm . Trên cơ sở các đồ thị đó tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm . 3) Tính chọn, thiết kế các phân tử mạch công suất chọn van, các điều khiển làm mát mạch, bảo vệ tính toán thiết kế kiểm tra máy biến áp bộ lọc . 4) Giới thiệu mạch điều khiển cho toàn bộ hệ thống phân chia khối chức năng. Nêu nguyên lý hoạt động của các khối chức năng thông qua đồ thị dạng dòng điện, điện áp hoặc dạng xung ở một số điểm nút chính. 5) Tính chọn phần tử cơ bản của mạch điều khiển. 6) Giới thiệu các mạch phản hồi : dòng điện, điện áp, tốc độ...Phân tích nguyên tắc hoạt động và tính chọn các phần tử cơ bản. 7) Toàn bộ phần thuyết minh được hoàn thành ở dạng quyển khổ A4. 8) Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bao gồm cả mạch lực và hệ điều khiển được vẽ trên giấy khổ A1 có kí hiệu đầy đủ các phần tử và trình bày theo mẫu vẽ kỹ thuật.

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NHIỆM VỤ:

1) Phân tích , giải thích rõ yêu cầu của đề bài và đòi hỏi của đề bài, cụ thể với loại đề tài này thường hay gặp ở đâu trong thực tế ? Những thông số kỹ thuật nào ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng của hệ thống? Biện pháp tác động như thế nào? Nêu các phương án có thể thì hãy chọn lấy một phương án phù hợp 2) Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phương án đã chọn vẽ đồ thị dòng điện áp trên các phần tử và các điểm nút cần quan tâm Trên cơ sở các đồ thị

đó tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm

3) Tính chọn, thiết kế các phân tử mạch công suất chọn van, các điều khiển làm mát mạch, bảo vệ tính toán thiết kế kiểm tra máy biến áp bộ lọc

4) Giới thiệu mạch điều khiển cho toàn bộ hệ thống phân chia khối chức năng Nêu nguyên lý hoạt động của các khối chức năng thông qua đồ thị dạng dòng điện, điện áp hoặc dạng xung ở một số điểm nút chính

5) Tính chọn phần tử cơ bản của mạch điều khiển

6) Giới thiệu các mạch phản hồi : dòng điện, điện áp, tốc độ Phân tích nguyên tắc hoạt động và tính chọn các phần tử cơ bản

7) Toàn bộ phần thuyết minh được hoàn thành ở dạng quyển khổ A4

8) Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bao gồm cả mạch lực và hệ điều khiển được vẽ trên giấy khổ A1 có kí hiệu đầy đủ các phần tử và trình bày theo mẫu vẽ kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay ,không chỉ ở các nước phát triển ,ngay ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình các xí nghiệp và nhà máy như xi măng ,thuỷ điện giáy ,đường ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những minh chứng

Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức

về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý Xuất phát tử yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thày cô trong bộ môn điện

tử công suất đã cho chúng em từng bước tiếp xúc với việc thiết kế thông qua

đồ án điện án thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng như các lĩnh vực khác tăng trưởng không ngừng Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống

Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động hoá Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có tư duy độc lập vơí công việc Mặc dù vậy , với sinh viên chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong

đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Qua đây, em xin chân thành cảm

ơn các thầy giáo đã hướng dẫn , chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ

án này

CHƯƠNGI: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1

CHIỀU

1.1 Các nguyên tắc đảo chiều động cơ điện 1 chiều

1.1.1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh

và phần động

* Phần tĩnh hay stato

Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau:

a, Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

b, Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d, Các bộ phận khác

Bao gồm:

- Náp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và

vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.

- Cơ cấu chổi than : để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

* Phần quay hay rôto

Bao gồm những bộ phận chính sau :

a, Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

b, Dây quấn phần ứng

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện

tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm

để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c, Cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

d, Các bộ phận khác

- Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động

cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

1.1.2 Nguyên tắc đảo chiều động cơ điện 1 chiều

Có rất nhiều phương pháp để đảo chiều động cơ điện 1 chiều Nhưng chúng ta

sử dụng các

1.2 Các phương pháp đảo chiều động cơ

1 Dùng phương pháp đảo chiều bằng đảo đấu điện áp đặt vào phần ứng động

cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu:

2.Dùng phương pháp đảo chiều kích từ

3 Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N

4 Đảo chiều kích từ bằng công tắc tơ T và N

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Các phương án chỉnh lưu

- Các bộ chỉnh lưu đảo chiều dùng cho động cơ 1 chiều cần quay theo cả 2 chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh

- Tuỳ theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể sử dụng các sơ đồ sau:

Nhận xét :

- Hai sơ đồ 3,4 chỉ áp dụng cho hệ thống không đòi hỏi cao về chất lượng đảo chiều, thông dụng và đáp ứng được yêu cầu chất lượng sơ đồ hình1

- Để đấu 2 mạch chính với nhau cấp ra một tải có 2 kiểu là: kiểu đấu chéo số

8 và đấu song song ngược

- Có 2 phương pháp điều kiển đảm bảo mạch hoạt động bình thường là phương pháp điều khiển chung và phươg pháp điều kiển riêng

• Phương pháp điều khiển chung

- Lúc này cả 2 mạch CL cung được phát xung điều khiển, nhưng luôn khác chế độ nhau : một mặt ở chế độ CL (xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có) mạch kia là chế độ nghịch lưu (là quá trình chuyển năng lượng điện áp từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều) Vì

hai mạch cùng đấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải gần bằng nhau:

Ut = Ud1= - Ud2

- Nếu dòng điện liên tục ta có:

Ud1=Ud0 cosα1

Ud2=Ud0 cosα2

Vậy Ud0 cosα1= - Ud0 cosα2

Hay cosα1 + cosα2= 0

α1 + α2=1800

Biều thức này chính là luật phối hợp điều khiển của phương pháp này

- Tuy nhiên luật này mới chỉ đảm bảo sự cân bằng về giá trị một chiều, còn giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu hai mạch là khác nhau Ud1 ≠ Ud2

Sự chênh lệch điện áp giữa chúng làm xuất hiện một dòng điện quẩn giữa hai mạch van mà không qua tải

- Để hạn chế dòng điện này cần phải dùng thêm cuộn kháng Lcb mắc nối mạch chỉnh lưu với tải Như thế làm tăng công suất đặt và giá thành hệ thống Tuy nhiên phương pháp điều khiển này cho phép điều chỉnh nhanh tối đa

• Phương pháp điều khiển riêng

- Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién đổi kia bị

khoá do chưa có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2 Trật tự hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu lôgic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian Trong khoảng thời gian từ

0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với α1 <π/2 còn bộ BĐ2 thì khoá Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLĐ góc điều khiển α1 tăng đột biến lớn hơn π/2 dòng điện phần ứng giảm về không lúc này các xung để khoá bộ BĐ1 Thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện SI1 Trong khoảng thời gian trễ t= t3 – t2 bộ BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3 sđđ

E vẫn còn dương, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với góc α >π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép động cơ được hãm tái sinh Nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi , điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG , iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lôgic đầu vào b1,b2

là các tín hiệu lôgic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển

iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1

iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2

i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2

b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2

Từ mạch lôgic trên ta có:

L L LD

L L LD

i i i

b

i i i

b

1

2 2

• Ta dùng một khâu thuật toán so sánh LM311: tín hiệu dòng điện qua xenxơ được hạ trên một điện trở RS tạo ra tín hiệu điện áp Vi

Đầu ra chân 7 mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo lên 1kΩ Đất của bộ so chân 1 được mắc vào đầu nối đất của mạch Cách mắc này dẫn đến đầu ra có các trạng thái khả dĩ là 0 và 5V Lôgic của mạch là:

V0 =5V đối với Vi > 0

V0 =0V đối với Vi < 0

Nếu V0 = 5V nghĩa là bộ BĐ đó có dòng điện chạy qua

Nếu V0 = 0V có nghĩa là bộ BĐ đó không có dòng điện chạy qua

• Do mạch điểu khiển riêng cần có thời gian tạo trễ nên ta chọn bộ tạo trễ

U jw H

(

2.2 Các bộ biến đổi bán dẫn công suất trong truyền dòng điện

2.2.1.Giới thiệu sơ đồ chỉnh lưu từ lưới điện

Một trong những yêu cầu quan trọng nhất của thiết bị chỉnh lưu là điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra trên phụ tải

- Đối với chỉnh lưu không điều khiển yêu cầu trên được thực hiện bằngcách dùng biến áp nguồn nhiêù đầu để thay đổi giá trị sđđ E Tuy nhiên cách này chỉ có thể điều chỉnh nhảy cấp và đối với những chỉnh lưu công suất lớn thì không dùng được

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều bộ biến đổi là các mạch chỉnh lưu điều khiển

- Các bộ biến đổi có thể dùng :

+ Bộ biến đổi điện từ : Khuyếch đại từ

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Tiristor

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Tiristor hoặc Transior

Do những ưu điểm nổi bật của bộ chỉnh lưu Tiristor có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điều khiển, ta sẽ điều chỉnh được điện áp và dòng điện chỉnh lưu Việc điều chỉnh này được thực hiện vô cấp và không cần tiếp điểm Hơn nữa yêu cầu đồ án là bộ chỉnh lưu có đảo chiều cấp cho động cơ điện một chiều nên em chọn bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng Tiristor

* Chỉnh lưu điều khiển (Tiristor)

Cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điện điện một chiều với độ tự động hoá cao nên được sử dụng rộng rãi, nhất là sơ đồ cầu do đấu trực tiếp vào lúc điện không phải dùng biến áp lực như sơ đồ hình tia

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - điều chỉnh một chiều,

bộ biến đổi điện là các mạch CL điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu của truyền động mà có thể chia làm các loại sau :

- số pha : 1 pha , 2 pha , 3 pha , 6 pha

- sơ đồ nối : hình tia , hình cầu đối xứng và không đối xứng

- số nhịp :số xung áp đập mạnh trong thời gian một chu kỳ lấy điện áp nguồn

- Khoảng điều chỉnh : là vị trí của đặc tính ngoài trên phẳng toạ độ [Ud,Id]

- Chế độ năng lượng : chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc

- Tính chất dòng tải :liên tục và gián đoạn

- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải trong truyền động điện Tải của CL thường là cuộn kích

từ (L– R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L – R –E)

2.2.2 Chỉnh lưu điều khiển ba pha hình tia

* Chế độ dòng liên tục

Khi dòng điện chỉnh lưu id là liên tục Suất điện động chỉnh lưu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh lưu được tính như sau :

m do

e

do

p m d

U p

p E

p

t w

E d U

p E

2 0

2

2

sin

) 2

(

cos

sin 2

π π

π π α

α

θ

α θ

θ π

π α

Trong đó : we tần số góc của điện áp xoay chiều

α góc mở ban đầu (hay góc điều khiển) tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên

α0: góc điều khiển tính từ thời điểm suất điện động bắt đầu dương

Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hình tia 3 pha

Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục id Góc mở α

được tính từ giao điểm của hai điện áp pha (gần giá trị dương)

Giá trị trung bình của điện áp tải :

) 3 4 sin(

2

) 3 2 sin(

2

sin 2

2 2 2

π θ

π θ θ

U e

U e

)].

sin(

cos

0 2

0 + − ϕ α − ϕ θ α0 ϕ − − ϕ θ − ϕ

m

g m

θ π

α π

α π

cos 2

6 3 sin 2 2

2

) 3 2 sin(

2

sin 2

2 2 2

π θ

π θ θ

U e

U e

c

b

a

- Giả sử T1 đang cho dòng chảy qua it1 = id

Khi θ = θ2 cho xung điều khiển mở T2 cả hai tiristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb

Nếu chuyển gốc toạ độ từ θ sang θ2 ta có:

) 6 sin(

2

) 6 5 sin(

2

2

2

α π θ

α π θ

+ +

=

+ +

=

U e

U e

b

a

Điện áp ngắn mạch :

) sin(

.

2

6

2 ) sin(

.

6

2

2

α θ α

θ α

c c

c c

X

U i

d

di X U

Giả thiết quá trình chuyển mạch kết thúc khi θ = θ3

Vậy µ = θ3 - θ2 là góc trùng dần

khi θ = µ , i = 0 , ic = it2 = id

Do đó có phương trình chuyển mạch

2

2 ) cos(

α

Hình dạng của điện áp tải U d , trong giai đoạn trùng dẫn

- Điện áp tải Ud trong giai đoạn trùng dần được xác định :

2

.

2

1

1 1

a b d

d t

t

d

t c b

d

t c a

e e U

const i

i

i

U dt

di L

e

U dt

di L

) sin(

6 2

3 )

α µ α

π

α

θ π

θ π

µ µ

3

) 3

4π - sin(θ U 2.

U

) 3

2π - sin(θ U 2 U

.sinθ U 2 U

2 c

2 b

2 a

Dáng ủồ thũ ủieọn aựp ngoừ ra

Hoạt động của sơ đồ

Giả thiết T5 và T6 đang cho dịng chảy qua Vt=Vc ,Vg=Vb :

Khi θ = θ1 = π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 tisritor này mở vì ua > 0 Sự

mở của T1 làm cho T5 bị khố lại một cách tự nhiên vì ua > ub Lúc này T6 và T1 cho dịng chảy qua, điện áp trên tải:

Ud = Uab = Ua - Ub

Khi θ = θ1 = 3π/6 + α cho xung điều khiển mở T2 tisritor này mở vì khi T6 dẫn dịng , nĩ đặt Ub lên anốt T2 Khi θ = θ2 thì Ub > Uc Sự mở T2 làm cho T6 bị khố lại một cách tự nhiên vì Ub >Uc Các xung điều khiển lệch nhau

π/3 được lần lượt đưa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6 1

Trong mỗi nhĩm , khi một tisritor mở, nĩ sẽ khố ngay tisritor dẫn dịng trước nĩ

T5T6T1T2T3T4

Giá trị trung bình của điện áp trên tải

+ Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F

+ Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế của điểm G

Điện áp trên mạch tải là Ud = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao

απ

θθπ

α π

α π

cos 63

sin 22

6

2 6

θ θ π

α π

θ θ π

6 3

sin 2 2

3

cos 2

6 3 sin 2 2

3

2 6

5

6

2

U d

U U

U d

U U

- Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng

Khi θ = θ1 cho xung điều khiển mở T3 Do Lc ≠ 0 nên dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm từ Id→ 0

cả ba tiritor đều dẫn dòng T1, T2 ,T3

Hai nguồn Ea và Eb nối ngắn mạch

Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 → θ1 ta có:

)6sin(

2

)6

5sin(

2

2

2

α π

θ

α π

θ

++

=

++

=

U e

U e

b

a

Điện áp ngắn mạch:

) sin(

.

2

6

2 ) sin(

2

2

2

α θ α

θ α

=

c c

c c c

X

U i

d

di X U

u

Dòng điện chảy trong T1 là iT1 = id - ic

Dòng điện chảy trong T3 là iT3 = ic

- Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2 , µ = θ2 - θ1 là góc trùng dần

Khi θ = µ , iT1 = 0

2

6

2 ) cos(

α

Hình dạng điện áp tải Ud trong quá trình trùng dẫn trong khoảng (θ1,θ2) T2 dẫn dòng T1 và T3 trùng dẫn dòng Vậy có thể viết phương trình sau:

const i

i i i

u dt

di L e e

u dt

di L e e

d T T

d

T c c b

d

T c b a

=

=

= +

1

3

1

2

2

Từ 3 phương trình trên rút ra:

2π

.U 6 3.

ΔU

dθ

α) sin(θ (U 6 π

3 ΔU

)dθ 2

e e (e 2π

6 ΔU

2 μ

μ

0

2 μ

μ

0

b a b μ

.U 6

.I 2.X α)

cos(μ

osα − + =

c

π π

I X U

I X U

6

2 2

đó có lúc động cơ trở thành máy phát điện Năng lượng phát ra này trả về lưới điện xoay chiều Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL chuyển sang hoạt động

ở chế độ nghịch lưu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi

là nghịch lưu phụ thuộc

-Như vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động :

e1 :sđđ lưới xoay chiều

Ed:sđ đ một chiều

Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều sức điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng khi chiều sức điện động và dòng điện ngược nhau Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì

để có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều kiện :

+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều dòng

và Ed trùng nhau

+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp ud <0 để có dấu phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lưới điện

+Trong trường hợp không đảo được chiều Ed ta buộc phải dùng một mạch chỉnh lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều ngược lại

-Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm việc với góc điểu khiển lớn Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần lưu ý rằng Ed có giá tri âm

Nhận xét: Do yêu cầu chỉnh lưu có đảo chiều nên ta chọn chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

2.3 Lựa chọn sơ đồ thiết kế

Động cơ có:

Udm =110 V , ndm =5000v/p , P =25kW

Lựa chọn sơ đồ thiết kế

Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của các sơ đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải thì ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi

lẽ ở công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn Nên trong đồ án này

ta chọn sơ đồ thiết kế chọn là sơ đồ cầu ba pha

- Các thông số cơ bản còn lại của động cơ

25000

227, 2( ) 110

U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn

E : sức điện động của động cơ

R, L :điện trở, điện cảm trong mạch

R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt

L = 2.Lab + Lu + Lk

Rba, Lba : điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp

Rk, Lk : điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc

Rdt : điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

) ( ).

1 (

5 ,

=

udm

udm u

dm u

I n p

U L

2

60

π γ

=

Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8

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

( trong sơ đồ cầu ba pha )

Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khi với điều khiển đó Idmv từ các thông số Unv , Iđmv ta chọn 6 tiristor loại có thông số sau

điện áp ngược cực đại của vanU ngmax=500(V)

dòng điện định mức của van I dm =200(A)

đỉnh xung dòng điện 4000(A)

dòng điện của xung điều khiểnI dk= 100mA

điện áp của xung điều khiển 3,0(V)

dòng điện rò I r= 20mA

sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn ∆U = 1,6(V)

tốc độ biến thiên điện áp 200 (V/s)

dt

du

=tốc độ biến thiên dòng điện 180A/ μs

dt

di =dòng điện tự giữ I dt= 200mA

thời gian chuyển mạch tcm = 90µs

nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =15000C

2.4.2.Tính toán MBA chỉnh lưu

4 T n

Tiết diện của trụ T=a.b

- Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆ (làm mát bằng không khí tự nhiên)

c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos (αmin) = Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor

∆Udn = 0 sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.Chọn sơ bộ

Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:

2

1

53,84 185,56 26, 29( )

S k

q Fe

.

Chọn chiều cao trụ h = 25(cm)

- Tính toán dây quấn

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

1

1

26, 29

9,56( ) 2,75

• Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

2 1

1

1

26, 29

2,6( / ) 10,30

2 2

185,56

67, 47( ) 2,75

Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 b2 = 7,56 8,92(mm2)

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

2 2

2 2

185,56

2,73( / ) 67.8

I

S

- Kết cấu dây quấn sơ cấp :

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

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

29 2 , 28 95 , 0 77 , 0

5 , 1 2 25

2

1

11 = − g k e = − = ≈

b

h h

216

7, 4 29

w n w

74 , 0 29

11

k

b w h

e

=

=

= Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm)

Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm)

Đường kính trong của ống cách điện

• Kết cấu dây quấn thứ cấp

Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

h1 = h2 = 22,8(cm)

Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:

( 37 95 , 0 59 , 0

58 , 22

12

31 0.83 37

31.0,59

17,37 0,95

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm)

Bề dầy cuộn sơ cấp :