Đồ án truyền động điện - Thiết kế hệ thống truyền động điện Thyristor - Động cơ có đảo chiều dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất. Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. Sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng… đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử. Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn. Ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Cho nên để củng cố kiến thức khi học môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động điện Thyristor động cơ có đảo chiều dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha”. Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo Th.S Hoàng Thị Hải Yến , em đã hoàn thành xong bản đồ án này. Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót. Em rất mong được quý thầy cô góp ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều. Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đang dần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới. Tuy thế động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng trong các nghành công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục trong phạm vi rộng như cán thép, hầm mỏ …. Vì động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt. 1.1.1 Cấu tạo. Động cơ điện một chiều gồm có hai phần Hình 1.1. Mặt cắt dọc động cơ điện. Cấu tạo: 1- Vỏ máy (Gông từ) 7- lõi sắt phần ứng 2- Cực từ chính 8- rãnh phần ứng 3- Dây quấn cực từ chính 9- răng phần ứng 4- Cực từ phụ 10- má cực từ 5- Dây quấn cực từ phụ 6- Dây quấn phần ứng *Phần tĩnh (Stator): Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau: - Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự 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 0.5mm đến 1mm ép lại và tán chặt. - Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các tự 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 tạo giống như dây quấn cực từ chính. - Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. - Các bộ phận khác: + Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên 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 chổ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. *Phần quay (Roto): Đây là phần quay (Động) của động cơ gồm có các bộ phận sau. - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (Thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. + Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục. + Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ. Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. - Dây quấn phần ứng: Là phần 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 thường dùng dây có thiết diện tròn. - Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1. 2mm và hợp thành hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. - Các bộ phận khác. + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. + Trục máy: Là phần 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. Các thông số định mức. Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưỡng chế tạo đã qui định. Chế độ đó được đặt trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau: + Công suất định mức Pđm (KW hay W); + Điện áp dịnh mức Uđm (V); + Dòng điện định mức Iđm (A); + Tốc độ định mức nđm (vg/ph); Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về dòng điện sử dụng … Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ. 1.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. - Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ. - Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh. Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay. Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng. - Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng: Pđt = M. ω = Eư. Iư (1-1) Trong đó: M: là mômen điện từ; Iư: Dòng điện phần ứng; Eư: Suất điện động phần ứng; : Tốc độ góc phần ứng; 1.2. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều. - 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 động cơ kích từ song song. Hình 1.2. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song. - Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ mắt vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau,lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập. Hình 1.3. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập. Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song hầu như là giống nhau, nên ta xét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện kích từ độc lập. - Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (1-2) ta viết được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau: Uư = E + (Rư + Rf). Iư; (1-2) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng (V); E: Suất điện động phần ứng (V); Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω); Rư: Điện trở ủa phần ứng (Ω); Với Rư = rư + rcf + rcb + rtx ; Trong đó: rư: Điện trở dây phần ứng (Ω); rcf: Điện trở cực từ phụ (Ω) ; rcb: Điện trở cuộn bù (Ω) ; rtx: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω); Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: E = Φ. ω = KΦ. ω (1-3) Trong đó: p: Số đôi cực từ chính ; N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng; a: Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng; ω: Tốc độ góc (rad/s) ; Φ: Từ thông kích từ chính một cực từ (Wb); Đặt : Hệ số kết cấu của động cơ. Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: và ; Vì vậy: E_ư=(P.N)/60α.ϕ.n=K_c.ϕ.n=K/9,55.ϕ.n=0,105.K.ϕ.n Trong đó: Kc: Hệ số sức điện động của động cơ. Từ các phương trình trên ta có: ω=U_ư/(K.ϕ)-(R_ư-R_f)/Kϕ I_ư (1-4) Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều. kích từ độc lập. Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức: Mdt = K. Φ. Iư ; (1-5) Suy ra Iư = , thay Iư vào (1-4) ta có ω=U_ư/(K.ϕ)-(R_ư+R_f)/(K.ϕ)^2 .M_dt (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M: Mdt = Mcơ = M ; Suy ra: ω=U_ư/(K.ϕ)-(R_ư+R_f)/〖(K.ϕ)〗^2 .M (1-7) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác. ω = ω0 - ∆ω ; (1-8) Trong đó: ω0 =U_ư/(K.ϕ) ; Gọi ω0 là tốc độ không tải lý tưởng. ∆ω =(R_ư+R_f)/〖(K.ϕ)〗^2 . M =R_(ư_Σ )/〖(K.ϕ)〗^2 . M; Gọi ∆ω là độ sụt tốc. Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ Φ = const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên đồ thị là những đường thẳng. Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì: M cơ = Mdt ± ∆M; Hình 1.4. Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập. Theo đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì ta có: ω = ω0 = U_ư/(K.ϕ) , lúc này động cơ đạt tốc độ không tải lý tưởng. Còn khi ω = 0 thì ta có: Iư = U_ư/(R_ư+R_f ) = Inm ; (1-9) Và M = K. Φ. Inm =Mnm; (1-10) Với Inm, Mnm: Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Hình 1.5. Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập. Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương trình đặc tính cơ đó là từ thông, điện áp phần ứng, điện trở phần ứng của động cơ. thay đổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn. Do phương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên, tương ứng với đó ta sẽ có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. 1.3.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ. Giả thiết Uư = Udm = const và Φ = Φđm = const Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = U_ư/(K.ϕ)-(R_ư+R_ưf)/(K.ϕ)^2 .M hay ω = ω0 - ∆ω; Tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = U_ư/(K.ϕ) = const; (1-11) Độ cứng đặc tính cơ: β = = -〖(K.ϕ_dm)〗^2/(R_ư+R_f ); (1-12) Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ. Khi thay đổi điện trở phụ Rf thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 = const, còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω0. Từ (1-12) ta thấy khi điện trở phụ Rf = 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên, còn khi Rf càng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 1-6. Độ cứng đặc tính cơ: β = = -〖(〖K.ϕ〗_dm)〗^2/(R_ư+R_f ); (1-13) Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ. Khi thay đổi điện trở phụ Rf thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 = cont, còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω0. Từ (1-12) ta thấy khi điện trở phụ Rf = 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên, còn khi Rf càng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 1-6. Hình 1.6. Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng. Ta có: 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < …. . thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > …. nhưng nếu ta tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc dẫn đến động cơ sẽ quay không được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0, đến bây giờ ta có thay đổi Rf thì động cơ vẫn không không quay nữa. Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để. Hình 1.7. Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng. Vậy ứng với một phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm càng giảm 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ. Giả thiết điện áp phần ứng: Uư = Udm = const; Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = U_ư/(K.ϕ)-R_ưΣ/〖(K.ϕ)〗^2 .M ; → ω = ω0 - ∆ω ; Trong trường hợp này tốc độ không tải: ω0x = U_ư/(K.ϕ); Độ cứng đặc tính cơ: β = – 〖(〖K.ϕ〗_x)〗^2/R_ư ; Ta thấy rằng thay đổi từ thông Φ thì ω0 và ∆ω đều thay đổi theo, Dẩn đến ω thay đổi theo. Vì vậy ta sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (Do độ cứng đặc tính cơ β giảm) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng khi giảm tư thông Φ. Như vậy: ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>……. thì ωdm < ω1 < ω2 ω0). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E > Uư), động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ. Khi hãm tái sinh: I_h=(U_ư-E_ư)/R=(〖Kϕω〗_0-Kϕω)/R M_h= 〖K.ϕ.I〗_(h ) ω0: Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả về nguồn. Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ: Iư = Ih = (U_ư-E)/R_ưΣ ω0 ) của động cơ. Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (EF = 0) là chế độ hãm ngược (ω ↑↓ M) của động cơ Đặc điểm của hệ F – Đ: điều chỉnh tốc độ linh hoạt, động cơ có thể tự động chuyển đổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều tốc độ. Ưu điểm : Phạm vi điều chỉnh dể dàng và lớn, có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng, Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình này được thực hiện trên mặt kích từ. Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.Có khả năng quá tải cao. Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn ,điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làm việc. Nhược điểm : + Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnh chiếm nhiều diện tích Tổng công suất đặt lớn.Vốn đầu tư ban đầu lớn. + Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2.1.2 Hệ truyền động T-Đ Khi dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển (các bộ chỉnh lưu dùng thyristor ) để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta còn gọi là hệ T - Đ. Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ Hệ CL - ĐM không đảo chiều + Khi dòng điện liên tục: Khi dòng điện liên tục: Ed  Ed0 cos ω=(E_d0.cos⁡a)/〖KФ〗_đm -(R_u+R_cl)/〖KФ〗_đm I ω=(E_d0.cos⁡a)/〖KФ〗_đm -(R_u-R_cl)/〖(〖KФ〗_đm)〗^2 M ω=ω_0^,-∆ω (2.4) Trong đó ω=(E_d0 cos⁡a)/〖KФ〗_đm tốc độ không tải giả tưởng Khi thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π) Ed thay đổi từ Ed0 đến - Ed0 Họ đặc tính cơ song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ω, I] hoặc [ω, M] nếu chúng ta chỉ cho một bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa đường elip với trục tung: I_(d.blt)=(E_do cos⁡a)/(X_BA+〖2πf〗_1 L_(u∑) )(1-π/m ctg π/m) (2.5) Trong đó: XBA - điện kháng máy biến áp. LuΣ - điện cảm tổng mạch phần ứng. f1 - tần số lưới. m - số pha chỉnh l-u. Trong vùng dòng điện gián đoạn (ω’ 0 < ω0 ): ω={█((E_2m-〖∆U〗_v)/〖KФ〗_đm →0≤a≤π/m@E_(2m cos⁡〖(a-π/m)-〖∆U〗_v 〗 )/〖KФ〗_đm →a>π/m)┤ (2.6) Trong đó: E2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL. Đường giới hạn tốc độ cực đại: ω_(gh.max)=(E_d0 cos⁡a)/〖KФ〗_đm -R_(u∑)/〖KФ〗_đm I_(d.blt) (2.7) Hệ CL - ĐM có đảo chiều Để đảo chiều tốc độ động cơ cần phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược còn gọi là chỉnh lưu kép, nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu: + Khi cho bộ CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì CL2 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu chạy theo chiều dương, tốc độ động cơ quay thuận. + Ngược lại, khi cho bộ CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì CL1 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh l-u chạy theo chiều âm, tốc độ động cơ quay ngược. Để khỏi truyền năng lượng từ bộ CL này qua bộ CL kia về lưới điện thì cần thoả mãn điều kiện: ׀Ed.NL׀ ׀ Ed.CL׀ - Ưu điểm : + Tác động nhanh không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khuyếch đại công suất cao. + Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ. Giá thành hạ dể bảo dưởng sửa chữa. -Nhược điểm : + Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống. + Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt ph ng tọa độ. + Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos thấp. + Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối với các hệ thống đảo chiều. + Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động động cơ tải nhỏ. 2.1.3 Hệ truyền động xung động cơ Để đóng cắt điện áp nguồn ta thường dùng các khóa điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng,tức là khi khóa dẫn điện(đóng)điện trở của nó không đáng kể,còn khi nó bị ngắt(mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng(điện áp trên tải bằng không) + Ưu điểm: - Bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ tải -Hiệu suất cao vì tổn thất công suất trong bộ biến đổi không đáng kể - Độ chính xác cao ít bị ảnh hưởng của môi trường - Chất lượng điện áp tốt - Kích thước gọn nhẹ + Nhược điểm -Cần có bộ lọc đầu ra,do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc trong hệ thống kín -Tần số đóng cắt lớn tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển 2.1.4 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động Qua quá trình phân tích 3 hệ thông F - Đ và T- Đ và XA-Đ ta thấy chúng có những ưu điểm nhựơc điểm nhất định. Cả 3 hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra. Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểm khác nhau. Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư. Với hệ thống F - Đ khi lắp đặt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao. Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao. Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầu tối - ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay. .Hệ XA-Đ thì cần phải có 1 thêm 1 bộ biến đổi tính kinh tế không cao. .Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ và gọn nhẹ. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hoá các hệ thống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý… Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động. Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T - Đ. 2.1.5. Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ điện 2.1.5.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha Giới thiệu sơ đồ Hình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha b.Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu Hình 2.5. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=0 Trường hợp góc mở α=0 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp Qua hình trên ta thấy + Lúc . va có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; T3 khóa + Lúc . vb có giá trị lớn nhất nên T2 mở cho dòng chạy qua T1; T3 khóa + Lúc , T3 mở T1, T2 khóa; Trong đó R: điện trở của động cơ E: Suất điện động phản kháng của động cơ Dòng trung bình Trường hợp góc mở α≠0 Gỉa thiết tải: R, L, Eư, chuyển mạch tức thời Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: + Nhịp V1: khoảng thời gian từ . Tại điện áp đặt lên u1 > 0 có xung kích: T1 mở, khi đó T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1: ud =u1 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id =i1 + Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2=i3=0 Trong nhịp V1: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv2=0 thì T2 mở, lúc này uv1= u1 –u2 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2 + Nhịp V2: khoảng thời gian từ . Lúc này: T2 mở, T1, T3 đóng. + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud =u2 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2: id = Id =i2 + Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1=i3=0 Trong nhịp V2: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv3=0 thì T3 mở, lúc này uv2= u2 –u3 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3 + Nhịp V3: khoảng thời gian từ . Lúc này: T3 mở, T1, T2 đóng. + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud =u3 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3: id = Id =i3 + Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1=i2=0 Trong nhịp V3: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv1=0 thì T1 mở, lúc này uv3= u3 –u1 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1 Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud, khi điện kháng tải tăng lên, dòng điện càng Trở nên bằng phẳng hơn, Khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id =Id. Gía trị trung bình của điện áp tải: Trong đó α: góc mở Thyristor + Hiện tượng trùng dẫn Gỉa sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 =Id. Khi cho xung điều khiển mở T2. Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb. Nếu chuyển gốc tọa độ từ sang ta có: Điện áp ngắn mạch: Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình: Do đó: Nguyên tắc điều khiển Thyristor: Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các Thyristor . Các thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất. Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn, như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi thyristor dẫn trong 1/3 chu kì, còn nếu điện áp taỉ gián đoạn thì thời gian dẫn của các thyristor mhor hơn. Tuy nhiên trong cả hai trường hợp dòng điện của Thyristor đều bằng 1/3 Id. Trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải, dòng điện Thyristor khóa và bằng 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có Thyristor khóa với pha có Thyristor đang dẫn. Hình 2.6. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=300 Nhận xét: + Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt + Biên độ điện áp đập mạch tốt + Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn + Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản   Hình 2.7. Giản đồ điện áp và dòng điện khi tải là động cơ điện một chiều c.Các biểu thức tính toán cơ bản ; với ; ; UTthmax = UTngmax= Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y0 Xác định công suất tính toán máy biến áp khi tổ nối dây là Y/Y0 và /Y0: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha Giới thiệu sơ đồ Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Ta sẽ phân tích sơ đồ điều khiển toàn phần : BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu . Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều . T1 đến T6 : Các van chỉnh lưu có điều khiển để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp ua , ub , uc bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm Rd , Ld , Ed Nguyên lý làm việc Với giá trị của góc α khác nhau ta sẽ có được điện áp đặt lên tải cũng khác nhau Giả sử ta xét một góc α < 600 . Giản đồ điện áp và dòng điện như hình vẽ . Hình 2.9. Giản đồ điện áp và dòng điện trên mạch động lực Nguyên lý hoạt động như sau: Từ ữ v1 và từ thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub do không có D0 nên ud còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trước gửi đến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ có thể bỏ qua . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT3 = iT4 = 0 . iT5 = iT6 = id =Id uT5 = uT6 = 0 . uT1 = uac ; uT2 = ubc ; uT3 = ubc ; uT4 = uba ; Từ và sau hai van T1 và T6 dẫn dòng và ud = ua – ub=uab . Vậy ta có : iT2 = iT3 = iT4 = iT5 = 0 . iT1 = iT6=Id uT1 = uT6 = 0 . uT2 = ubc ; uT3 = uba ; uT4 = uba ; uT5 = uca ; Từ hai van T1 và T2 cùng dẫn dòng và ud = ua – uc = uac . Vậy ta có : iT3 = iT4 = iT5 = iT6 = 0 . iT1 = iT2 = Id uT1 = uT2 = 0 . uT3 = uba ; uT4 = uca ; uT5 = uca ; uT6 = ucb . Từ hai van T2 và T3 dẫn dòng và ud = ubc . Vậy ta có : iT1 = iT4 = iT5 = iT6 = 0 . iT2 = iT3 = Id uT2 = uT3 = 0 . uT1 = uab ; uT4 = uca ; uT5 = ucb ; uT6 = ucb .. Từ hai van T3 và T4 cùng dẫn dòng và ud = uba . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT5 = iT6 = 0 . iT3 = iT4 = id . uT3 = uT4 = 0 . uT1 = uab ; uT2 = uac ; uT5 = ucb ; uT6 = uab . Từ và từ hai van T4 và T5 dẫn dòng và ud = uca . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT3 = iT6 = 0 . iT4 = iT5 = Id . uT4 = uT5 = 0 . uT1 = uac ; uT2 = uac ; uT3 = ubc ; uT6 = uab . Và từ thì sơ đồ lặp lại trạng thái giống như Một số biểu thức tính toán ; với ; ; UTthmax = UTngmax= Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y Xác định công suất tính toán máy biến áp: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha Giới thiệu sơ đồ -Gồm một máy biến áp 3 pha nối Y , 4 thyristor nối với tải như hình vẽ Hình 2.10. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển Dạng sóng. Hình 2.11. Dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển - Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: + Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. + Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. * Góc mở tự nhiên + Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ ân đến 0 ( từ đóng sang khóa ) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. + Điện áp gây nên quá trinhg chuyển mạch: điện áp dây. + 0 ≤ α < π - γ - µ γ: góc dẫn b. Nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng it1, it2, it3, it4. Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp: U2 = U2msin ωt (v). Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2. Các xung it1 và it3 xuất hiện sau U2 một góc α. Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α. Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0. Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L. Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id. Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là: - Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu. - Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 và E > 0. *.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, các Tiristor T1 và T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2. Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3 về B. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v). Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải: Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v). Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn còn lớn hơn 0. Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và T4 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2. Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4 về A. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ): Ud = -U2 = -U2msin ωt (v). Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA . Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < 0. UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0. Do đó làm cho T1 và T3 tắt một cách tự nhiên. Trong mạch cầu có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id=Id Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha. Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Ud = 2/π ∫_α^(π+α)▒〖√2.U_2m 〗.sin⁡〖ωt d〗 ωt=U_2m.cos α Các biểu thức cơ bản - ; , trong đó U2 giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA. - - - 2.1.5.4. Nghịch lưu phụ thuộc. Ta có ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải Id và điện áp trung bình Ud luôn cùng chiều. Công suất tiêu thụ trên tải P =Ud. I¬d luôn dương và chiều của công suất luôn từ phía nguồn xoay chiều chuyển qua tải một chiều, ta nói bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Hình 2. 7: a) Chế độ chỉnh lưu ; b) Chế độ nghịch lưu. Khi tăng góc mở α, giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud giảm đi nhưng vẫn còn dương. Tiếp tục tăng α > , điện áp chỉnh lưu trung bình đổi dấu. Cực M trỏ thành âm (-) và N thành dương (+), điện áp – Ud tăng dần đến khi α = π. Vì điện áp Ud đổi chiều trong khi Id có chiều không đổi nên công suất P đổi dấu. Điều này có nghĩa là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ phía tải về nguồn. Ta nói bộ biến đổi đã chuyển sang làm việc ở chế độ nghịch lưu. Lưu ý rằng ở chế độ nghịch lưu, lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suất phản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng, tần số của điện áp xoay chiều ta nói rằng sơ đồ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tải thì tải phải là một nguồn phát và điện áp của tải phải lớn hơn điện áp của nguồn để đảm bảo cho van bán dẫn phân cực thuận. Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển α > π/2 ta có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là Utb < 0. Nhận xét: So với chỉnh lưu tia 3 pha và chỉnh lưu cầu 3 pha thì chỉnh lưu hình cầu 1 pha có những ưu điểm sau: Ưu điểm: – Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van trong một chu kì thấp, chỉ bằng 1/2 dòng chỉnh lưu. – Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu. Vì những yếu tố đã trêu trên em chọn mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển cho bài báo cáo. 2.2. Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ Do yêu cầu công nghệ cao có đảo chiều quay của động cơ nên hệ truyền động T-Đ được chọn cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về kĩ thuật cũng như về kinh tế.Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ có 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 ra bốn sơ đồ chính : + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ. + Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc từ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi ). + Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. + Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song điều khiển chung. Tuy nhiên, mổi loại sơ đồ đều có ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải, cho nên trong bài báo cáo này em chọn bộ truyền động T-Đ đảo chiều dùng hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược nhau điều khiển chung, bởi nó dùng cho loại công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao và thực hiện đảo chiều êm hơn.Trong sơ đồ này động cơ không những đảo chiều được mà còn có thể hãm tái sinh. 2.2.1. Phương pháp điều khiển chung : Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc . Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. *Phương pháp điều khiển kiểu tuyến tính : α1 + α2 = π Lúc này cả hai mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng luôn khác chế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu. Vì hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau. U t = U d1 = U d2 Nếu dòng điện liên tục ta có : Ud1 = Ud0 .cosα1 ; U d2 = Ud0 .cosα2 ; Vậy : Ud0 .cosα1 = Ud0 .cosα2 ; Hay : cosα1 + cosα2 = 0 ; suy ra α1 + α2 = 180 Nếu α1 là góc mở đối với G1 , α2 là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị α1 và α2 phải được thực hiện theo quan hệ : α1 + α2 = 180 Sự phối hợp này gọi là phối hợp điều khiển tuyến tính (hình 2-11) Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, α1=0 → 90 , Ud1>0, bấy giờ α2>90 , G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu, Ui2 < 0. Ud1 = U0 cos α 1>0 ; Ui2 = U0 cosα2 < 0 ; Cả hai điện áp Ud1 và Ui2 đều đặc lên phần ứng của động cơ M. Động cơ chỉ có thể “nghe theo” Ud1 và quay thuận. Động cơ từ chối Ui2 vì các thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt. Khi α1 =α = 90, thì Ud1 =Ui2 =0, động cơ ở trạng thái dừng. *Phương pháp điều khiển kiểu phi tuyến : α1+α2 = π + ξ. Đây là kiểu điều khiển phối hợp không hoàn toàn thì lúc này sẽ có thêm hệ số phi tuyến ξ và ta có : α1+α2 = π+ξ ; Góc ξ phụ thuộc vào các giá trị của α 1 và α 2 một cách phi tuyến. a) Hình 2-14 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính. b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến. 2.2.2. Phương pháp điều khiển riêng Hai mạch chỉnh lưu hoạt động riêng biệt. Mạch này hoạt động (được phát xung điều khiển) thì mạch kia hoàn toàn nghỉ (bị ngắt xung điều khiển). Vì vậy loại trừ được dòng điện tuần hoàn và không cần cuôn kháng cân bằng L c . Song trong quá trình đảo chiều cần có “thời gian chết” (nhỏ nhất là vài ms) để cho van của mạch phải ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khoá rồi mới bắt đầu phát xung cho mạch kia hoạt động. Vì vậy cần một khối logic điều khiển đảo chiều tin cậy và phức tạp. Để thay đổi trạng thái làm việc của các bộ chỉnh lưu thì phải dùng thiết bị đặc biệt để chuyển các tín hiệu điều khiển từ bộ chỉnh lưu này sang bộ chỉnh lưu kia. Bởi vậy, khi điều khiển riêng, các dặc tính cơ sẽ bị gián đoạn ở tại trục tung. Như vậy, khi thực hiện thay đổi chế độ làm việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ có tính linh hoạt kém hơn khi điều chỉnh tốc độ. Trong phương pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính và phi tuyến. CHƯƠNG 3. TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Tính chọn mạch động lực. 3.1.1. Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu một pha có đảo chiều .

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất

Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển Sự ra đời của các vi mạch với

ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng…

đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụng rộng rãi

có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau Cho nên để củng cố kiến thức khi học

môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động

điện Thyristor động cơ có đảo chiều dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha”.

Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo Th.S Hoàng Thị Hải Yến , em đã hoàn

thành xong bản đồ án này

Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót Em rất mong được quý thầy cô góp ý,

bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng

hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều.

Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đang dầndần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới Tuy thếđộng cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng trong các nghành côngnghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tụctrong phạm vi rộng như cán thép, hầm mỏ … Vì động cơ điện một chiều có đặc tính điềuchỉnh tốc độ rất tốt

1.1.1 Cấu tạo.

Động cơ điện một chiều gồm có hai phần

1 2

3

4 5 6 7 8

9 10

Hình 1.1 Mặt cắt dọc động cơ điện.

- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõithép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn màcấu tạo giống như dây quấn cực từ chính.

- Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớnthường dùng thép đúc

- Các bộ phận khác:

+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấnhay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tácdụng làm giá đở ổ bi

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than gồm

có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên 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 chổ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

*Phần quay (Roto): Đây là phần quay (Động) của động cơ gồm có các bộ phận sau

- Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuậtđiện (Thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặt lại đểgiảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi

ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ Giũacác đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục

+ Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thườngdùng dây có thiết diện tròn

- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòngđiện xoay chiều thành một chiều

Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện vói nhau bằnglớp mica dầy 0.4 đến 1 2mm và hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốphình chữ V ép chặt lại Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica

- Các bộ phận khác

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế theokiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quaycánh quạt hút gió từ ngoài vào máy.

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

1.1.2 Các thông số định mức.

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện màxưỡng chế tạo đã qui định Chế độ đó được đặt trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãnmáy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:

+ Công suất định mức Pđm (KW hay W);

1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.

- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng mộtchiều thành cơ năng Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều

bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượngđược biến thành cơ năng trên trục động cơ

- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽsinh ra từ trường ở phần tĩnh Từ trường này có tác dụng tương hổ lên dòng điện trên dâyquấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiềunên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng.Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều vàlàm động cơ quay theo một hướng

- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ vàbằng:

Pđt = M ω = Eư Iư (1-1)Trong đó: M: là mômen điện từ;

Iư: Dòng điện phần ứng;

Eư: Suất điện động phần ứng;

ω: Tốc độ góc phần ứng;

ω=602 π n

1.2 Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều

- Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạchkích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi động cơ kích từsong song

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song.

- Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ mắt vàohai nguồn một chiều độc lập với nhau,lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.

E

Uư

Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song songhầu như là giống nhau, nên ta xét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện kích

rtx: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω);

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

E =

P N

Trong đó: p: Số đôi cực từ chính ;

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

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

ω: Tốc độ góc (rad/s) ;Φ: Từ thông kích từ chính một cực từ (Wb);

Đặt K= P N

2 π a : Hệ số kết cấu của động cơ.

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

Từ các phương trình trên ta có:

ω= U ư

K ϕ−R ư −R f

Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức:

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác

Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì: M cơ = Mdt ± ∆M;

Hình 1.4 Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập

Theo đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 thì ta có: ω = ω0 = U ư

Với Inm, Mnm: Gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

Hình 1.5 Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập.

Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương trìnhđặc tính cơ đó là từ thông, điện áp phần ứng, điện trở phần ứng của động cơ thay đổi cáctham số trên ta thay đổi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn Do phương trình đặctính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên, tương ứng với đó ta sẽ có ba phương pháp điều chỉnhtốc độ động cơ

1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ.

Giả thiết Uư = Udm = const và Φ = Φđm = const

Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát:

Hình 1.6 Sơ đồ điều chỉnh tốc ĐCĐMCKTĐL bằng cách thay đổi điện phụ của mạch

phần ứng.

Ta có: 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < … thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > … nhưng nếu ta tăng Rf đếnmột giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc dẫn đến động cơ sẽ quay không được và động cơ sẽlàm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0, đến bây giờ ta có thay đổi Rf thì động cơ vẫn khôngkhông quay nữa Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệtđể

Hình 1.7 Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện trở

phụ phần ứng.

Vậy ứng với một phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm,đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm càng giảm

1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ.

Giả thiết điện áp phần ứng: Uư = Udm = const;

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

ω = K ϕ U ư − R ư Σ

( K ϕ)2 M ; → ω = ω0 - ∆ω ;

Trong trường hợp này tốc độ không tải: ω0x = U ư

Như vậy: ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>…… thì ωdm < ω1 < ω2 <……, nhưng nếu giảm Φquá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép, hoạt làm chođiều kiện chuyển mạch bị xấu đi, do dòng phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảo chuyển mạchbình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho momen cho phép trêntrục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải

Hình1.8 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM đl bằng cánh thay đổi từ thông Φ.

Hình 1.9 Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐM dl bằng cách thay đổi từ thông Φ.

1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ.

Giả thiết từ thông Φ = Φdm = const, khi ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

Hình 1.10 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U ư

Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì ω0 thay đổi còn ∆ω = const, vì vậy ta sẽ được họ cácđường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộnguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra, thường là dùng các bộ biến đổi

Các bộ biến đổi có thể là:

+ Bộ biến đổi máy điện: Dùng máy phát điện một chiều (F), máy điện khếch đại(MĐKĐ)

+ Bộ biến đổi từ: Khếch đại từ (KĐT) một pha, ba pha

+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẫn: Các bộ chỉnh lưu (CL), các bộ băm điện áp(BĐA), dùng transistor và thyistor

Ta thấy rằng, khi thay đổi điện áp phần ứng (Giảm áp) thì mômen ngắn mạch Mnm, vàdòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhấtđịnh Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chếdòng điện khi khởi động.

1.3.4 Nhận xét về ưu nhược điểm từng phương pháp.

*Phương pháp thay đổi tốc đồ bằng cách thay đổi điện trở phụ

Ưu điểm: Phương pháp thay đổi điện trở phụ lắp vào phần ứng động cơ có ưu điểm làđơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ Hay dùng điều chỉnh tốc độ động cơ cho cácphụ tải là thế năng

Nhược điểm: Phương pháp này điều chỉnh tốc độ không triệt để Khi điều chỉnh càngsâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, dòng phần ứng lớn, công suất điều chỉnhlớn, tổn hao trong quá trình điều khiển lớn Phương pháp này thường được sử dụng cho cácmáy nâng – vận chuyển có yêu cầu điều chỉnh tốc độ không cao

* Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi từ thông kích từ

Ưu điểm: Phương pháp điều chỉnh tốc độ này có thể điều chỉnh vô cấp và cho tốc độlớn hơn tốc độ cơ bản Tổn thất năng lượng ít

Nhược điểm: Việc điều chỉnh từ thông phi tuyến là khó khăn, dòng điện thay đổi khótính toán chính xác dòng điều khiển và momen tải vậy nên phương pháp này cũng ít dùng

*Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứngđộng cơ

Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnhtốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản vàchi phí vận hành cao

Dựa vào các ưu nhược điểm của nhận xét trên nên trong đồ án em sử dụng phươngpháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ động lập bằng phương pháp thay đổi điện

áp mạch phần ứng sử dụng hệ T-Đ nó có ưu điểm là: Độ tác động nhanh, dễ dàng tự độnghóa, van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng caao chất lượng đặc tính tĩnh và động của

hệ thống

1.4 Các đặc tính cơ khi hãm động cơ một chiều kích từ độc lập.

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ, hay còngọi là chế độ máy phát Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:

1.4.1 Hãm tái sinh.

Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω > ω0) Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E > Uư), động cơ làmviệc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm

và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

Khi hãm tái sinh:

I h=U ư −E ư

R

M h =K ϕ I h<0 (1-14)

- Một số trường hợp hãm tái sinh:

a, Hãm tái sinh khi ω > ω0: Lúc này máy sản suất như là nguồn động lực quay rôtođộng cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả về nguồn

Vì E > Uư, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái động cơ:

Iư = Ih = U R ư −E

ư Σ

<0 ;

Mh = KФ Ih < 0 ;Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngược chiều với tốc độ và trở thànhmômen hãm (Mh)

Hình 1.11 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ.

b) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2<Uư1): Lúc này Mc là dạng mômen thếnăng (Mc = Mtn) Khi giảm điện áp nguồn đột ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảm đột ngột trong khitốc độ ω chưa kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lýtưởng (ω > ω02) Về mặt năng lượng, do động năng tích luỹ ở tốc độ cao lớn sẽ tuôn vào trục

động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát phát năng lượng trả lại nguồn (hay còn gọi làhãm tái sinh).

Hình 1.12 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng.

c) Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+Uư → - Uư):

Lúc này Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng,nghĩa là đảo chiều tốc độ + ω0 → - ω0, động cơ sẽ dần chuyển sang đường đặc tính có – Uư, và sẽ làm việc tại điểm B (|ωB|>|−ω0|) Về mặt năng lượng, do thế năng tích luỹ ở trên caolớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát và phát năng lượng trả lại vềnguồn

1.4.2 Hãm ngược.

Hãm ngược là khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay của động cơ(M ↑↓ ω) Hãm ngược có hai trường hợp:

a, Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điển A ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thì động cơ

sẽ chuyển sang điểm B, D làm việc ổn định ở điểm E (ω = ωE và ωôđ ↑↓ ωA) trên trên đặc tính

cơ có thêm Rưf lớn, và doạn DE là đoạn hãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nốitiếp với lưới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên:

(MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần Khi ω = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch

Hình 1.13 a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm R ưf b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm R ưf

b, Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dòng đảo chiềulớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế) thì động cơ sẽ chuyển sanglàm việc tại điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát Đoạn BC là đoạn hãmngược, lúc này dòng hảm và mômen hãm của động cơ:

ω = −U Kϕ ư−R ư +R ưf

Hình 1.14 a, Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều U ư

b, Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều U ư

CHƯƠNG 2: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 CHIỀU 2.1 Tổng quan về các hệ truyền động

2.1.1 Hệ truyền động F-Đ

Hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều là một hệ truyền động điện điều chỉnh tốc

độ rất linh hoạt và thuận tiện Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, khi làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có nền móng vững chắc

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát - Động cơ

Coi mạch từ máy phát chưa bão hoà:

E F =K F Ф F ω F =K F ω F C i KF (2.1)Trong đó: KF - hệ số kết cấu của máy phát,

C = ΔΦF /ΔiKF - hệ số góc của đặc tính từ hoá

Như vậy, khi thay đổi UKF (hoặc iKF) thì ta sẽ được một họ đường đặc tính cơ songsong nhau ở cả 4 góc phần tư.

Hình 2.2 Họ đường đặc tính cơ khi khi thay đổi U KF

Tại góc phần tư (I) và (III) của tọa độ đặc tính cơ thì động cơ làm việc ở chế độ động

cơ quay thuận và chế độ động cơ quay ngược

Đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) đi qua gốc toạ độ;

Các vùng nằm giữa trục tung (ω) và đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) là chế độ hãmtái sinh hay chế độ máy phát (ω > ω0 ) của động cơ

Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (EF = 0) là chế

độ hãm ngược (ω ↑↓ M) của động cơ

Đặc điểm của hệ F – Đ: điều chỉnh tốc độ linh hoạt, động cơ có thể tự động chuyểnđổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều tốc độ

Ưu điểm :

+ Phạm vi điều chỉnh dể dàng và lớn, có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng,

+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình nàyđược thực hiện trên mặt kích từ

+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.Có khả năng quá tải cao

+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn ,điện áp đầu ra của máy phát bằngphẳng có lợi cho động cơ

+ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làmviệc.

Nhược điểm :

+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnhchiếm nhiều diện tích

+ Tổng công suất đặt lớn.Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó

a Hệ CL - ĐM không đảo chiều

+ Khi dòng điện liên tục:

Khi dòng điện liên tục: Ed Ed0 cos

ω=E d 0 cos a

KФ đm −R u +R cl

KФ đm I ω= E d 0 cos a

KФ đm − R u −R cl

( KФ đm)2 M

ω=ω0,

−∆ ω (2.4) Trong đó ω= E d 0 cos a

KФ đm tốc độ không tải giả tưởng

Khi thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π) Ed thay đổi từ Ed0 đến - Ed0 Họ đặc tính cơsong song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ω, I] hoặc [ω, M] nếu chúng ta chỉcho một bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu

Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa đường elip với trục tung:

+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ Giá thành hạ dể bảo dưởngsửa chữa.

+ Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos ϕ thấp

+ Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khănđối với các hệ thống đảo chiều

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động động

cơ tải nhỏ

2.1.3 Hệ truyền động xung động cơ

Để đóng cắt điện áp nguồn ta thường dùng các khóa điện tử công suất vì chúng cóđặc tính tương ứng với khóa lý tưởng,tức là khi khóa dẫn điện(đóng)điện trở của nó khôngđáng kể,còn khi nó bị ngắt(mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng(điện áp trên tải bằng không)

-Tần số đóng cắt lớn tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển

2.1.4 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động

Qua quá trình phân tích 3 hệ thông F - Đ và T- Đ và XA-Đ ta thấy chúng có những ưuđiểm nhựơc điểm nhất định Cả 3 hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra

Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểmkhác nhau Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linhhoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư Với hệ thống F - Đ khi lắp đặt chiếm diện

tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây ồn ào, rung độngmạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao.

Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầutối - ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trườngxung quanh Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chếchưa đáp ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay

.Hệ XA-Đ thì cần phải có 1 thêm 1 bộ biến đổi tính kinh tế không cao

.Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanhchính xác, công suất tổn hao nhỏ Kích thước nhỏ và gọn nhẹ

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hoácác hệ thống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cáchlắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý…

Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra Với những ưu điểm vànhững đặc điểm phù hợp cách truyền động Vậy em quyết định chọn phương án truyền động

T - Đ

2.1.5 Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ điện

2.1.5.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha

a Giới thiệu sơ đồ

Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha

b.Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu

Hình 2.5 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=0

Qua hình trên ta thấy

+ Lúc θ1<θ<θ2→va>vb>vc va có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; T3

Trong đó R: điện trở của động cơ

E: Suất điện động phản kháng của động cơ

Gỉa thiết tải: R, L, Eư, chuyển mạch tức thời

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

+ Nhịp V 1 : khoảng thời gian từ θ1→θ2

Tại θ1 điện áp đặt lên u1 > 0 có xung kích: T1 mở, khi đó

u v 1=0

u v 2 =u2−u1<0

u v 3 =u3−u1<0

T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:

+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1: ud =u1

+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id =i1

+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud =u2

+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2: id = Id =i2

+ Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1=i3=0

Trong nhịp V2: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv3=0 thì T3 mở, lúc này uv2= u2 –u3 và bắt đầu âmnên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3

+ Nhịp V 3 : khoảng thời gian từ θ3→θ4

+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud =u3

+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3: id = Id =i3

Trở nên bằng phẳng hơn, Khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id =Id

Gía trị trung bình của điện áp tải:

Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình:

Nguyên tắc điều khiển Thyristor: Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor

đó mới được kích mở Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của cácThyristor Các thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất

Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn, như vậy dòng điện qua tải liên tục,mỗi thyristor dẫn trong 1/3 chu kì, còn nếu điện áp taỉ gián đoạn thì thời gian dẫn của cácthyristor mhor hơn Tuy nhiên trong cả hai trường hợp dòng điện của Thyristor đều bằng 1/3

Id Trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải, dòngđiện Thyristor khóa và bằng 0 Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện áp dây giữa pha cóThyristor khóa với pha có Thyristor đang dẫn

Hình 2.6 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0

Nhận xét:

+ Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt + Biên độ điện áp đập mạch tốt

+ Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn

+ Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản

Hình 2.7 Giản đồ điện áp và dòng điện khi tải là động cơ điện một chiều

c.Các biểu thức tính toán cơ bản

; với

2.1.5.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha

a Giới thiệu sơ đồ

Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

Ta sẽ phân tích sơ đồ điều khiển toàn phần :

- BA : Là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

- Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cungcấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động lực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều

C iC

B

*

iBA

A

- T1 đến T6 : Các van chỉnh lưu có điều khiển để biến đổi điện áp xoay chiều 3pha bên thứ cấp ua , ub , uc bên thứ cấp thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm R

d , Ld , Ed

b Nguyên lý làm việc

Với giá trị của góc α khác nhau ta sẽ có được điện áp đặt lên tải cũng khác nhauGiả sử ta xét một góc α < 600

Giản đồ điện áp và dòng điện như hình vẽ

Hình 2.9 Giản đồ điện áp và dòng điện trên mạch động lực

Nguyên lý hoạt động như sau:

- Từ ωt =v0ữ v1 và từ ωt =v6÷v7thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub do không có D0 nên u

d còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trước gửi đến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ

có thể bỏ qua

2.1.5.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

a Giới thiệu sơ đồ

-Gồm một máy biến áp 3 pha nối Y , 4 thyristor nối với tải như hình vẽ

Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển

Hình 2.11 Dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển

- Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+ Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính

+ Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2 Các xung it1 và it3xuất hiện sau U2 một góc α Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0 Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E,điện trở R và điện cảm L Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id

Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:

- Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu

- Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 và E

> 0

*.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, các

Tiristor T1 và T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2 Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3 về B

Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v)

Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải: Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v)

Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn còn lớn hơn 0

Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và T4phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2 Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4 về A Điện

áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ):

Ud = -U2 = -U2msin ωt (v)

Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 = UA –

UM = UA - UB = U1 < 0 UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0 Do đó làm cho T1 và T3 tắt một cách tự nhiên

Trong mạch cầu có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id=Id

Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

Hình 2 7: a) Chế độ chỉnh lưu ; b) Chế độ nghịch lưu.

Khi tăng góc mở α, giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud giảm đi nhưng vẫn còn dương Tiếp tục tăng α >

π

2 , điện áp chỉnh lưu trung bình đổi dấu Cực M trỏ thành

âm (-) và N thành dương (+), điện áp – Ud tăng dần đến khi α = π Vì điện áp Ud đổi chiềutrong khi Id có chiều không đổi nên công suất P đổi dấu Điều này có nghĩa là tải một chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ phía tải về nguồn Ta nói bộ biến đổi đã chuyển sang làm việc ở chế độ nghịch lưu Lưu ý rằng ở chế độ nghịch lưu, lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suấtphản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng, tần số của điện áp xoay chiều ta nói rằng sơ đồ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc

Để lưới có thể nhận năng lượng từ phía tải thì tải phải là một nguồn phát và điện áp của tải phải lớn hơn điện áp của nguồn để đảm bảo cho van bán dẫn phân cực thuận

Trong trường hợp nghịch lưu phụ thuộc thì ta phải có góc điều khiển α > π/2 ta có điện áp trung bình của nghịch lưu phụ thuộc là Utb < 0