Đồ án truyền động điện - Thiết kế hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều dùng chỉnh lưu cầu ba 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 Thyristor - Động cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha”. Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Th.S Bùi Tuấn Anh, 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 ! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Động cơ điện một chiều Khái quát chung Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt. Vì một số ưu điểm như vậy như vậy nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp , trong giao thông vận tải… 1.1.2. Cấu tạo của động cơ điện một chiều. Stato (phần tĩnh) Stato còn gọi là phần cảm, lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ, vừa là vỏ máy, mặt trong có gắn các cực từ chính và cực từ phụ. Dây quấn cực từ chính được đặt trên các cực từ chính và nối nối tiếp nhau. Dây quấn cực từ phụ được đặt trên các cực từ phụ (giữa các cực từ chính), thường nối tiếp với dây quấn rôto (phần cảm) để cải thiện đổi chiều. Hình 1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều Rôto (phần quay) + Lõi thép: Có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn cách điện, ghép lại. Trên các lá thép có dập lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn rôto + Dây quấn: Dây quấn rôto gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng, có cách điện với nhau và với lõi thép. Dây quấn rôto được đặt trong các rãnh của lõi thép rôto thành 2 lớp: lớp trên và lớp dưới. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, mỗi phần tử có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp. Hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên. Vì trong mỗi rãnh có hai lớp nên nếu cạnh tác dụng này của phận tử đặt ở lớp trên của một rãnh, thì cạnh tác dụng kia đượcxếp ở lớp dưới của một rãnh khác. Dây quấn phần ứng tạo thành các mạch nhánh gồm nhiều cạnh tác dụng của các phần tử ghép lại. Dây quấn phần ứng có nhiều kiểu: dây quấn xếp (có xếp đơn và xếp phức tạp), dây quấn sóng (có sóng đơn và sóng phức tạp), dây quấn hỗn hợp (kết hợp giữa dây quấn xếp đơn giản và sóng phức tạp. a b c Hình 1.2 Hình 1.2a, b vẽ bốn phần tử dây quấn xếp hai lớp, mỗi phần tử có một vòng. Hình 1.2c vẽ các phần tử đượcnối thành vòng kín tạo thành mạch nhánh song song. a b Hình 1.3 Hình 1.3a, b vẽ hình dạng phần tử dây quấn sóng và cách nối hai phần tử dây quấn sóng. + Cổ góp và chổi điện. Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục. Hình 1.4-a vẽ cắt cổ góp để dễ thấy rõ hình dạng các phiến góp, hình 1.4-c vẽ một phiến góp. Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit hình 1.4-b. Các chổi thanh tì chặt lên cổ góp nhờ lò so và giá chổi điện gắn trên nắp máy. a b c Hình 1.4. Hình 1.4a. Vẽ cắt cổ góp để dễ thấy rõ hình dạng các phiến góp. Hình 1.4b. Các chổi thanh tì chặt lên cổ góp nhờ lò so và giá chổi điện gắn trên nắp máy. Hình 1.4c. Vẽ một phiến góp. Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit. Các bộ phận khác: Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội động cơ.Cánh quạt lắp trên động cơ, khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ . Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây cuốn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ . Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi . Thường được làm bằng thép cacbon tốt. 1.1.3. Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp : có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp : gồm 2 dây quấn kích từ là dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp 1.1.4. 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 : Pdt = 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 ; và ω = . Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ điện : ω=U/Kφ-R/Kφ I Phương trình đặc tính cơ: ω=U/Kφ-R/((〖Kφ〗^2)) M Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện * Nhận xét : Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao . Khi động cơ làm. Việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục. Động cơ . Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động. Cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải . 1.1.5. 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 1.6. 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 mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập. Hình 1.7. 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 (1.7) 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: Trong đó: Kc: Hệ số sức điện động của động cơ. Từ các phương trình trên ta có: (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 = . Mdt ; (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 = . 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 = ; Gọi ω0 là tốc độ không tải lý tưởng. ∆ω = . M = . 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 1.8. 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 = , lúc này động cơ đạt tốc độ không tải lý tưởng. Còn khi ω = 0 thì ta có: Iư = = 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. 9. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 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. 1.2.1 . 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 = . M hay ω = ω0 - ∆ω; + Tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = = const; (1.11) +Độ cứng đặc tính cơ: β = = – (1.12) Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắc 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. 10. 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. 11. 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, cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. 1.2.2. 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 = . M ; → ω = ω0 - ∆ω ; + Trong trường hợp này tốc độ không tải: ω0x = ; + Độ cứng đặc tính cơ: β = – ; 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: (1.13) - Một số trường hợp hãm tái sinh: + Hãm tái sinh khi ω > 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 = < 0 ; Mh = KФ. Ih < 0 ; Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngược chiều với tốc độ và trở thành mômen hãm (Mh). Hình 1. 16. Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. + Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2 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 là hãm tái sinh). Hình 1. 17. Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng. + 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 ( ). Về mặt năng lượng, do thế năng tích luỹ ở trên cao lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát và phát năng lượng trả lại về nguồn. Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải, động cơ truyền động thường làm việc ở chế độ động cơ (Điểm A hình 1-18), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát (Điểm B hình 1-18). Hình 1. 18. Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ. 1.3.2. 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: + 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 nối tiếp với lưới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên: Ih = ; (1.14) Mh = KФ. Ih ; Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản (MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi ω = 0, động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có Rưf) nhưng mômen của nó vẫn nhỏ hơn mơmen cản (Mnm < Mc) ; Do đó mômen của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngược và tải trọng sẽ hạ xuống, (ω < 0, đoạn DE trên hình 1.19). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều hạ tải trọng, trường hợp này sự chuyển động của hệ được thực hiện nhờ thế năng của tải. Hình 1. 19: a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm Rưf. b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm Rưf. + 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 chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế) thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải ma sát. Đoạn BC là đoạn hãm ngược, lúc này dòng hảm và mômen hãm của động cơ: Ih = < 0 ; (1.15) Mh = KФ. Ih < 0 ; Phương trình đặc tính cơ: ω = (1.16) Hình 1. 20. a, Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư. b, Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách đảo chiều Uư . 1.3.3. Hãm động năng Ở đây ta chỉ xét hãm động năng kích từ độc lập. Động cơ đang làm việc với lưới điện (Điểm A), thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phần ứng. -Hình 1. 21. a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập. b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng: ω = - . M (1.17) Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu ωhđ nên sức điện động ban đầu, dòng điện hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu. Ehđ = KФωhđ ; I¬hđ = - < 0 ; (1.18) Mhđ = KФ. Ihđ < 0 ; Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (Các đoạn B10 hoặc B20), còn nếu mômen cản là thế năng thì dưới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại (ωôđ1 hoặc ωôđ2). * Nhận xét : Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh triệt để , nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng , phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít. Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao . Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng và bằng hằng số ( Mc = const ) . - Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng. Đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập. CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1. Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện. 2.1.1. Giới thiệu chung. Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn. Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất. Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trước. 2.1.2. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ. Lựa chọn động cơ. Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất, là đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện. Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ : Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại: Động cơ điện xoay chiều : Động cơ không đồng bộ. Động cơ đồng bộ. Động cơ điện một chiều : Động cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Động cơ một chiều kích từ song song. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp. Ưu nhược điểm từng loại động cơ: Đối với động cơ xoay chiều: + Động cơ không đồng bộ: Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rôto lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác Giá thành rẻ, vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện. Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. Nhược điểm: Điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải. Khó điều chỉnh tốc độ. Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). Momen mở máy nhỏ. + Động cơ đồng bộ. Ưu điểm: Có độ ổn định tốc độ cao hệ số cos và hiệu suất lớn , vận hành có độ tin cậy cao . Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ và cuộn dây khởi động . Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng bộ . Nhược điểm: Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao.gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao. Đối với động điện một chiều: Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều. Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Có nhiều phương pháp hãm tốc độ. Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu. Chế tạo bảo quản khó khăn. Giá thành đắt. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai loại trên. Trong 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nên ít được sử dụng. Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng điện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi. Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm thừ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại kích từ độc lập. 2.1.3. Phân tích chọn bộ biến đổi. Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từ của động cơ . Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính: Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đại. Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều: Tranzitor hoặc Tiristor * Nhận xét - Sau khi đưa ra 4 phương án sử dụng bộ biến đổi trên kết hợp với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹ thuật. Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ). Vì phương án này có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ như sau : Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ) + Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi Uđk + Nguyên lý điều khiển: - Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận được điện áp chỉnh lưu. bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T và thay đổi được giá trị điện áp đầu ra. + Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau: - Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến p, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ +Edmax đ -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk do hiện tượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên. Hình 1.4: đặc tính cơ của hệ CL-Đ *Nhận xét : Ưu điểm: +Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ , dễ tạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh . Có thể điều chỉnh vô cấp , sai lêch tĩnh nhỏ . + Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây ồn , không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao Nhược điểm + Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ,khi dòng nhỏ thì xuất hiện vùng gián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ thống đảo chiều phức tạp , khả năng quá tải của các van kém . + Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện,tạo các momen dao động và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosφ của hệ nói chung là thấp. 2.1.4. Phân tích, lựa chọn phương pháp hãm dừng động cơ. - Hãm nhằm mục đích dừng hệ, giảm tốc hoặc giữ cho hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động. Với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm: Hãm tái sinh. Hãm ngược. Hãm động năng. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng. Đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập. Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ tích lũy trong quá trình làm việc trước đó biến nhiệt lượng hay còn gọi là nhiệt năng tiêu tán dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm. Hãm động năng kích từ độc lập : Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập, ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ. Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ ở mạch kích từ. Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập : Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Phân tích mạch động lực. 3.1.1. Giới thiệu sơ đồ. Hình 3.1. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ mạch động lực: Hình 3.2. Sơ đồ mạch động lực

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọilĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suấtchất 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 mạchvới ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sửdụng… 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 trongnhững năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụng rộngrãi 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 Thyristor - Động cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha”.

Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Th.S Bùi Tuấn Anh, 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 kinhnghiệm 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 !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ1.1.Động cơ điện một chiều

1.1.1. Khái quát chung

Động cơ điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong mộtphạm vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt Vì một số ưu điểmnhư vậy như vậy nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong côngnghiệp , trong giao thông vận tải…

1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

 Stato (phần tĩnh)

Stato còn gọi là phần cảm, lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ, vừa là vỏmáy, mặt trong có gắn các cực từ chính và cực từ phụ Dây quấn cực từ chính được đặttrên các cực từ chính và nối nối tiếp nhau Dây quấn cực từ phụ được đặt trên các cực từphụ (giữa các cực từ chính), thường nối tiếp với dây quấn rôto (phần cảm) để cải thiệnđổi chiều

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

 Rôto (phần quay)

+ Lõi thép: Có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn

cách điện, ghép lại Trên các lá thép có dập lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn rôto

+ Dây quấn: Dây quấn rôto gọi là dây quấn phần ứng, thường làm bằng dây đồng, có

cách điện với nhau và với lõi thép Dây quấn rôto được đặt trong các rãnh của lõi théprôto thành 2 lớp: lớp trên và lớp dưới Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, mỗi phần

tử có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp Hai cạnh tác dụng của phần tử dâyquấn đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên Vì trong mỗi rãnh có hai lớp nên nếucạnh tác dụng này của phận tử đặt ở lớp trên của một rãnh, thì cạnh tác dụng kiađượcxếp ở lớp dưới của một rãnh khác Dây quấn phần ứng tạo thành các mạch nhánhgồm nhiều cạnh tác dụng của các phần tử ghép lại Dây quấn phần ứng có nhiều kiểu:dây quấn xếp (có xếp đơn và xếp phức tạp), dây quấn sóng (có sóng đơn và sóng phứctạp), dây quấn hỗn hợp (kết hợp giữa dây quấn xếp đơn giản và sóng phức tạp

a b c

Hình 1.2

Hình 1.2a, b vẽ bốn phần tử dây quấn xếp hai lớp, mỗi phần tử có một vòng

Hình 1.2c vẽ các phần tử đượcnối thành vòng kín tạo thành mạch nhánh song song

a b

Hình 1.3

Hình 1.3a, b vẽ hình dạng phần tử dây quấn sóng và cách nối hai phần tử dây quấn

sóng

+ Cổ góp và chổi điện.

Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ởđầu trục Hình 1.4-a vẽ cắt cổ góp để dễ thấy rõ hình dạng các phiến góp, hình 1.4-c vẽmột phiến góp Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit hình

1.4-b Các chổi thanh tì chặt lên cổ góp nhờ lò so và giá chổi điện gắn trên nắp máy

a b c

Hình 1.4.

Hình 1.4a Vẽ cắt cổ góp để dễ thấy rõ hình dạng các phiến góp

Hình 1.4b Các chổi thanh tì chặt lên cổ góp nhờ lò so và giá chổi điện gắn trên nắp máy

Hình 1.4c Vẽ một phiến góp Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit

 Các bộ phận khác:

- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội động cơ.Cánh quạt lắp trên động cơ,khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ,lõi sắt và dây cuốn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ

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

1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : có cuộn kích từ được cấp điện từmột nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp : có cuộn kích từ mắc nối tiếp vớicuộn dây phần ứng

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp : gồm 2 dây quấn kích từ là dâyquấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp

1.1.4 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 xoaychiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ , phần còn lạinăng 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 trêndây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổichiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dâyquấn phần ứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứngkhông 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 :

Pdt = M ω = Eư Iư ; (1.1)Trong đó :

Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.

- Phương trình đặc tính cơ điện : ω= U

Kφ− R

Kφ I

- Phương trình đặc tính cơ: ω=Kφ U − R

( Kφ2

)M

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ :

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện

* Nhận xét :

- Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao Khi động cơ làm

- Việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục

- Động cơ Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động

- Cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải

1.1.5 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 thìmạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọiđộng cơ kích từ song song

Hình 1.6 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 mắc vàohai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập

Hình 1.7 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 songsong 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 (1.7) 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:

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

E =

P N

2 π a. 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 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:

ω = Uu ,¿

K φ − ỈRu ,+Rf

(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 theobiểu thức:

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

ω = ω0 - ∆ω ; (1.8) Trong đó:

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

Hình 1.8 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 =

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

Hình 1 9 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

1.2. 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 phươngtrình đặc tính cơ đó là từ thông, điện áp phần ứng, điện trở phần ứng của động cơ thayđổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và mômen động cơ theo ý muốn Dophương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên, tương ứng với đó ta sẽ có baphương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

1.2.1 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:

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 đổiđiện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 1-6

Hình 1 10 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 R

f đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc dẫn đến động cơ sẽ quay không được vàđộng cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0, đến bây giờ ta có thay đổi Rf thì động cơvẫn không không quay nữa Do đó phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc

1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động

Mnmω

- Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

Như vậy: ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>…… thì ωdm < ω1 < ω2 <……, nhưng nếu giảm

Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn cho phép, hoạt làmcho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi, do dòng phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảochuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm chomomen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải

Hình1 12 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐCDCKTDL bằng cánh thay đổi từ thông Φ.

+

Hình 1.13 Đăc tính điều chỉnh tốc ĐCDCKTDL độ bằng cách thay đổi từ thông Φ.

1.2.3 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 hướnggiảm so với Uđm

- Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

Mc

Hình 1.14 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 họcác đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có

bộ nguồn 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 M

nm, và dòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứng với một phụtải 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

Hình 1.15 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM dl bằng cách thay đổi U ư

1.2.4 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 là đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ Hay dùng điều chỉnh tốc độ động cơ cho các phụ tải là thế năng

- Nhược điểm: Phương pháp này điều chỉnh tốc độ không triệt để Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tĩnh càng lớn; phạm vi điều chỉnh hẹp, dòng phần ứng lớn, công suất điều chỉnh lớn, tổn hao trong quá trình điều khiển lớn Phương pháp này thường được sử dụng cho các máy 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 độ lớn 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 khó tính 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 ứng động cơ

ω0

Udmω

- Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh tốc 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 và chi phí vận hành cao

 Dựa vào các ưu nhược điểm của nhận xét trên nên trong đồ án em sử dụngphương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ động lập bằngphương pháp thay đổi điện áp mạch phần ứng sử dụng hệ T-Đ nó có ưu điểmlà: Độ tác động nhanh, dễ dàng tự động hóa, van có hệ số khuếch đại côngsuất lớn nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và động của hệ thống

1.3 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, haycòn gọi là chế độ máy phát Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng tháihãm:

1.3.1 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 làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc nàythì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

Khi hãm tái sinh:

I h=U u , −E u ,

R =K φω 0 −K φω

R

M h=K φ I h<0 (1.13)

- Một số trường hợp hãm tái sinh:

+ Hãm tái sinh khi ω > 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:

Hình 1 16 Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ

+ Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (Uư2<Uư1): Lúc này Mc là dạngmômen thế năng (Mc = Mtn) Khi giảm điện áp nguồn đột ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảmđột ngột trong khi tốc độ ω chưa kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớnhơn tốc độ không tải lý tưởng (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 nănglượng trả lại nguồn (hay còn gọi là hãm tái sinh)

Hình 1 17 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng.

+ 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 phầnứng, 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 cao lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát và phátnăng lượng trả lại về nguồn

Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi nâng tải, động

cơ truyền động thường làm việc ở chế độ động cơ (Điểm A hình 1-18), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy phát (Điểm B hình 1-18)

Hình 1 18 Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng động cơ.

-ωbđ-ω0

ωbđ

BAω

1.3.2 Hãm ngược.

Hãm ngược là khi mômen hãm của động cơ ngược chiều với tốc độ quay củađộng cơ (M ↑↓ ω) Hãm ngược có hai trường hợp: + Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: Động cơ đang làm việc ở điển A tađưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D làm việc ổnđịnh ở điểm E (ω = ωE và ωôđ ↑↓ ωA) trên trên đặc tính cơ có thêm Rưf lớn, và doạn DE làđoạn hãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc này sứcđiện động của động cơ đảo dấu nên:

Hình 1 19: a) Sơ đồ hãm ngược bằng cách thêm R ưf

b) Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cách thêm R ưf

+ 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 đảochiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để hạn chế) thì động cơ sẽchuyển sang làm việc tại điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D nếu phụ tải

ma sát Đoạn BC là đoạn hãm ngược, lúc này dòng hảm và mômen hãm của động cơ:

Hình 1 20 a, Sơ đồ hãm ngược bằng cách đảo chiều U ư

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

+

b)a)

Mc

ωôđD

1.3.3 Hãm động năng

Ở đây ta chỉ xét hãm động năng kích từ độc lập Động cơ đang làm việc với lưới điện(Điểm A), thực hiện cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trởhãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việcnhư một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện trở hãm và điện trở phầnứng

-Hình 1 21 a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập.

b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.

Phương trình đặc tính cơ khi hãm động năng:

ω = -

R u , + R h

( Kφ )2

Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu ωhđ nên sức điện động ban

đầu, dòng điện hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu

Ehđ = KФωhđ ;

Ihđ = -

E hđ R

u , + R h

=−K φω hđ

R u , + R h < 0 ; (1.18)

Mhđ = KФ Ihđ < 0 ;Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen cản là phảnkháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (Các đoạn B10 hoặc B20), còn nếu mômen cản là thế

năng thì dưới tác dụng của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại (ωôđ1 hoặc ωôđ2)

* Nhận xét :

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

cơ là phương pháp được đánh giá tốt , nó là phương án điều chỉnh triệt để , nghĩa là cóthể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng , phươngpháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổnthất năng lượng ít

- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều khiểncao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao

- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnhĐặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản

kháng và bằng hằng số ( Mc = const )

- Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng Đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

2.1 Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện.

2.1.1 Giới thiệu chung.

Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứvào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương ánhợp lý Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khácnhau Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa racần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động Phải đảm bảo được các chỉtiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọnghàng đầu Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn

về mặt kinh tế Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm tacho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mongmuốn

Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng Nó liênquan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất.Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế đượcnhững hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ caohơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổnthất không ngờ trước

2.1.2 Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ.

 Lựa chọn động cơ.

Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất, là đối tượngđiều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện Việc chọn động cơ mộtcách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyềnđộng điện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụthuộc tính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít,

giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửachữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ :

Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại:

Động cơ điện xoay chiều :

- Động cơ không đồng bộ

- Động cơ đồng bộ

Động cơ điện một chiều :

- Động cơ một chiều kích từ độc lập

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ một chiều kích từ song song

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Ưu nhược điểm từng loại động cơ:

Đối với động cơ xoay chiều:

+ Động cơ không đồng bộ:

Ưu điểm :

- Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rôto lồng sóc So với máy điện một chiều thìgiá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biếnđổi khác

- Giá thành rẻ, vận hành dễ dàng bảo quản thuận tiện

- Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa

+ Động cơ đồng bộ.

và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao.gian mở máy sẽ lâu

và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao

Đối với động điện một chiều:

Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều

Ưu điểm:

- Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ

- Có nhiều phương pháp hãm tốc độ

Nhược điểm:

- Tốn nhiều kim loại màu

- Chế tạo bảo quản khó khăn

nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng điện tải, tiết diện dâylớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi Kích từ độc lập thì từ thôngchính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảmthừ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn Từ sự sosánh tương quan trên em chọn loại kích từ độc lập

2.1.3 Phân tích chọn bộ biến đổi.

Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động cơ bao giờcũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch phần ứng hoặc kích từcủa động cơ

Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 bộ biến đổi chính:

- Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặcmáy khuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổichỉnh lưu không điều khiển + xung áp một chiều: Tranzitor hoặc Tiristor

* Nhận xét

- Sau khi đưa ra 4 phương án sử dụng bộ biến đổi trên kết hợp với các chỉ tiêukinh tế kỹ thuật và khả năng vận hành cùng với điều kiện phát triển của khoa học kỹthuật

Em chọn phương án dùng hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ,hoặc T-Đ) Vì phương

án này có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ như sau :

Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ)

+ Trong bộ biến đổi van , các van làm nhiệm vụ biến nguồn xoay chiều thànhnguồn một chiều cấp cho phần ứng động cơ và giá trị này có thể thay đổi được bằngcách thay đổi Uđk

+ Nguyên lý điều khiển:

- Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhậnđược điện áp chỉnh lưu bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T vàthay đổi được giá trị điện áp đầu ra

+ Ta có đặc tính cơ của BBĐ như sau:

- Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến p, suất điện động chỉnh lưu thay đổi từ+Edmax đ -> -Edmax và ta được họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải củamặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều Các đặc tính

cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk do hiệntượng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên

Hình 1.4: đặc tính cơ của hệ CL-Đ

*Nhận xét :

Ưu điểm:

+Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là tính tác động nhanh hệ thống gọn nhẹ , dễtạo ra hệ thống vòng kín , hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộngphạm vi điều chỉnh Có thể điều chỉnh vô cấp , sai lêch tĩnh nhỏ

+ Dễ tự động hoá hệ thống , tác động nhanh ,hoạt động tin cậy không gây ồn ,không cần nền móng đặc biệt và hiệu suất cao

Nhược điểm

+ Hệ thống chịu nhiều ảnh hưởng của nhiệt độ,khi dòng nhỏ thì xuất hiện vùnggián đoạn , khả năng linh hoạt khi di chuyển trạng thái không cao , hệ thống đảo chiềuphức tạp , khả năng quá tải của các van kém

+ Do các van có tính phi tuyến nên điện áp chỉnh lưu ra có dạng đập mạch cao,gây tổn thất phụ trong máy điện,tạo các momen dao động và các truyền động có côngsuất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ số công suấtcosφ  của hệ nói chung là thấp

2.1.4 Phân tích, lựa chọn phương pháp hãm dừng động cơ.

- Hãm nhằm mục đích dừng hệ, giảm tốc hoặc giữ cho hệ thống đứng yên khi

hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động

Với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có 3 trạng thái hãm:

Hãm động năng kích từ độc lập :

Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập, ta cắtphần ứng động cơ ra khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm, còn mạchkích từ vẫn được nối như cũ

Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do độngnăng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ ở mạch kích từ

Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập :

Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Phân tích mạch động lực.

3.1.1 Giới thiệu sơ đồ.

Hình 3.1 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

- 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 tảigồm Rd , Ld , Ed

Hình 3.3 Giản đồ điện áp và dòng điện trên mạch động lực

Nguyên lý hoạt động như sau:

uT1 = uac ; uT2 = ubc ; uT3 = ubc ; uT4 = uba ;

- Từ ωt =v1÷v2và sau ωt =v7hai van T

1 và T6 dẫn dòng và ud = ua – ub=uab Vậy ta có : iT2 = iT3 = iT4 = iT5 = 0

iT4 = iT5 = Id

uT4 = uT5 = 0

uT1 = uac ; uT2 = uac ; uT3 = ubc ; uT6 = uab

Và từ ωt =v7thì sơ đồ lặp lại trạng thái giống như ωt =v1

3.1.3 Mạch bảo vệ bộ chỉnh lưu

3.1.3.1 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn.

Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên van có sự sụt áp, do đó có tổn hao côngsuất ∆P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn chỉ đượcphép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các vanbán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt,

ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý

Tính toán cánh tản nhiệt:

- Tổn thất công suất trên một thyristor: P =ΔU Ilv;

- Diện tích bề mặt toả nhiệt:

Sm= K ΔP

Trong đó :∆P : Tổn hao công suất ( W ) ;

τ : Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường

Km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

Tlv,Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường (0C)

3.1.3.2 Bảo vệ quá dòng cho van.

Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắnmạch thyistor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắnmạch ở chế độ nghịch lưu

3.1.3.3 Bảo vệ quá điện áp cho van

Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạycảm vói sự thay đổi của điện áp Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà

ta cần có phương thức bảo vệ là:

Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van

- Xung điện áp do chuyển mạch van

- Xung điện áp từ phía lưới điện xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do cắt tải

có điện cảm lớn trên đường dây

- Xung điện áp do cắt đột ngột máy biến áp non tải

Để bảo vệ cho van làm việc dài hạn không bị quá điện áp, thì ta phải chọn đúngcác van bán dẫn theo điện áp ngược

- Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do quá trình đóng cắt các van thyristorđược thực hiện bằng cách mắc R – C song song với thyristor Khi có sự cố chuyểnmạch, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngượctrong khoảng thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây rasức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giũa anôt vàcatôt của thyristor Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo ra mạch vòngphóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp

- Để bảo vệ cho xung điện áp lưới từ điện áp lưới, ta mắc song song với tải ở đầuvào một mạch R – C nhằm lọc xung Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây, nhờ cómạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn tàon trên điện trở đường dây Trị số

R, C phụ thuộc nhiều vào tải

Hình 3.4 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0

3.2 Phân tích mạch điều khiển.

3.2.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điềukiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của vanphải có điện áp điều khiển (thường gọi là tín hiệu điều khiển) Để có hệ thống tín hiệuđiều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta sử dụng mạch điện tạo ra cáctín hiệu đó gọi là mạch điều khiển

Điện áp điều khiển các Thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về côngsuất, biên độ cũng như thời gian tồn tại Do đặc điểm của Thyristor là khi van đã mở thìviệc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng quavan Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trênvùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung

Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng bộ,khống chế theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ khối như sau :

Hình 3.6 Sơ đồ khối mạch điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

- Khối 1 : Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa khối này có nhiệm vụ lấy tínhiệu đồng bộ hóa và phát ra điện áp hình răng cưa đưa đến khối so sánh

- Khối 2 : Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp hình răng cưa U

RC và điện áp điều khiển Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạnh tạo xung

- Khối 3: Khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới Thyristor

U1: Điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu

urc: điện áp tựa hình răng cưa lấy từ đầu ra của khối ĐBH - FXRC

uđk: điện áp điều khiển một chiều dùng để điều khiển giá trị góc mở cực điều khiểncủa Thyristor

3.2.2 Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:

- Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của Thyristor,thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển ( Udk) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ.Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện

áp đầu ra của khâu so sánh Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổnđịnh tạo ra xung điều khiển

Như vậy bằng cách làm biến đổi Udk , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuấthiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α

Như vậy bằng cách làm biến đổi Uđk, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuấthiện xung ra, tức là điều chỉnh góc α.

Giữa α và Uđk có quan hệ sau:

α=π U đk

U s max

Người ta lấy Uđkmax = Usmax

3.2.3 Phân tích các khối trong mạch điện

Hình 3.7 Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng điện trở và điện cảm

+ Mach đồng bộ dùng máy biến áp :Trường hợp này người ta sử dụng máy biến ápcông suấtt nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ BA có the là

biếnn áp 3 pha tổ nối dây Y/

Sử dụng biến áp đồng bộ có sẵn cách ly về điện giưa mach động lực và mach điều khiển nên được sử dụng rộng dãi

Hình 3.8 Sơ đồ mạch tạo điện áp đồng bộ sử dụng máy biến áp đồng bộ

3.2.3.2 Mạch phát sóng răng cưa

Một số sơ đồ mạch phát sóng răng cưa điển hình như sau:

Hình 3.9 Mạch phát sóng răng cưa

D –R-C nạp bởi tụ dòng không đổi

Hình 3.10 Mạch phát sóng răng cưa

dùng khuếch đại thuật toán