1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển

54 1 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết kế, tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW. Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Tác giả Sinh viên thực hiện
Người hướng dẫn ThS. Nguyễn Thị Thu Hiền
Chuyên ngành Truyền động điện
Thể loại Đồ án
Năm xuất bản 2022
Thành phố Thái Nguyên
Định dạng
Số trang 54
Dung lượng 1,25 MB

Nội dung

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ theo hướng Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa. Động cơ điện ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành nghề từ nhỏ đến lớn. Để thực hiện được việc này, yêu cầu đặt ra phải thiết kế được các hệ truyền động và các bộ điều khiển đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống sử dụng, đáp ứng tốt các đặc điểm như đảo chiều quay, thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp,... 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. Trong quá trình học môn Truyền động điện, em có nhận được đồ án: “Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển”. Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Nguyễn Thị Thu Hiền , 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. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1. Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện. 1.1.1. 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. 1.1.2. 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. Ở đây em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau : Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ điện : I Phương trình đặc tính cơ: Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : Hình 1.1: 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 . Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau : Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ. Phương pháp thay đổi từ thông. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.  Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. Vì nó có những đặc điểm như sau : Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng Khi U giảm thì tốc độ không tải giảm cũng giảm khi U giảm. = const. Độ cứng đặc tính cơ không đổi. Dải điều chỉnh lớn : Trong đó Kqt: hệ số quá tải Kqt < 2 Độ trơn điều chỉnh : * Nhận xét: Đây 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 ). 1.1.3. 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. 1.1.4. 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 2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 2.1. Thiết kế mạch động lực Giới thiệu sơ đồ Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anot nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ. Hình 2.1. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển Sơ đồ mạch động lực: Hình 2.2. Sơ đồ mạch động lực 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 T3 : 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 Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thyristor T1 dương nhất, khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R, L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R, L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R, L và về nguồn (chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cực thuận). Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở. Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t2. Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức. Từ thời điểm t2 ÷ t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3. + Giá trị trung bình của điện áp trên tải: + Giá trị điện áp ngược trên van: Ung = √6.U2 + Dòng điện trung bình chảy qua thyristor: Iv = Id/3. + Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3. Hình 2.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha. 2.1.3. Ưu, nhược điểm bộ chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha. - Ưu điểm: So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ => công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giản. - Nhược điểm: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm. Điện áp ra có độ đập mạch lớn => xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao. Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. Mạch bảo vệ bộ chỉnh lưu 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 công suất ∆P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán 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: ; - Diện tích bề mặt toả nhiệt: ; 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). 2.2.2. Bảo vệ quá dòng cho van. Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyistor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. - Cách chọn aptomat có: Idm =k.I Với I1 : là dòng điện sơ cấp máy biến áp . k : Hệ số an toàn . - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. 2.2.3. Bảo vệ quá điện áp cho van. Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạy cảm 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 đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược. - Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do quá trình đóng cắt các van thyristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với thyristor. Khi có sự cố chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giũa anôt và catôt của thyristor. Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo ra mạch vòng phóng 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 đầu vào một mạch R – C nhằm lọc xung. Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây, nhờ có mạch 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 2.4. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=300 Lựa chọn động cơ một chiều kích từ độc lập Cấu tạo động cơ Động cơ điện một chiều gồm có hai phần Hình 2.5. 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. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp với nhau. - 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. Cực từ phụ dược gắn vào vỏ nhờ những bulông. - 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 .Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. - 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. Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang. + 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. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. + 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. Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. + 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. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép. Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit. - 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 chử V ép chặt lại. Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica .Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dể dàng. - 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. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội 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. 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 đặc 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. 2.3.2. .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 Trong đó: M: là mômen điện từ; Iư: Dòng điện phần ứng; Eư: Suất điện động phần ứng; : Tốc độ góc phần ứng; 2.4. 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 nên ta sẽ dùng phương pháp đảo chiều động cơ bằng dòng điện phần ứng Với hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản: - Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng. - Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ thyristor mắc song song ngược. 2.4.1. Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ. Sơ đồ truyền động: Hình 2.6. Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ. Trên sơ đồ: Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2. Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra, trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và N sao cho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòng điện phần ứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ. 2.4.2. Bộ chỉnh lưu cầu thyristor mắc song song ngược. Sơ đồ truyền động: Hình 2.7. Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng chỉnh lưu thyristor. Trên sơ đồ: - Cuộn dây kích từ KĐT được cấp nguồn với dòng điện có chiều không đổi. - Phần ứng động cơ được cấp nguồn bởi 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 mắc song song ngược. - Muốn đảo chiều quay động cơ, ta đưa tín hiệu điều khiển vào 2 bộ chỉnh lưu sao cho CL1 hoặc CL2 mở để thay đổi chiều dòng điện phần ứng iưT và iưN. Phương pháp này vì sử dụng các khí cụ không tiếp điểm nên quá trình đảo chiều êm, diễn ra nhanh, nhưng đòi hỏi mạch lực phức tạp hơn. Quá trình đảo chiều còn phụ thuộc vào việc lựa chọn phương pháp điều khiển, đó là phương pháp điều khiển chung hay riêng: + Phương pháp điều khiển chung: Tại một thời điểm cả 2 BBĐ nhận được xung mở, nhưng chỉ có một BBĐ cấp dòng cho nghịch lưu, còn BBĐ kia làm việc ở chế độ chờ. Phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ động và chế độ tĩnh rất tốt. Nhưng nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng tiêu tán năng lượng vô ích và luôn tồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng. Với sơ đồ hình tia 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng san bằng. Phương pháp này điều khiển phức tạp. + Phương pháp điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽ nhau. Tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Phương pháp này, đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển chung, do có một khoảng thời gian trễ để dòng qua bộ van đang làm việc giảm về = 0 thì mới cho bộ van thứ hai mở. Tuy nhiên nó lại có ưu điểm hơn là làm việc an toàn vì không có dòng cân bằng chạy qua giữa các BBĐ và hệ thống điều khiển đỡ phức tạp hơn. Kết luận: => Từ hai phương pháp điều khiển trên, do đặc điểm và yêu cầu công nghệ của động cơ điện 1 chiều, thấy rằng phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu thyristor mắc song song ngược là phù hợp nhất nên em lựa chọn phương pháp này và sử dụng phương pháp điều khiển chung để điều khiển các bộ chỉnh lưu Thyristor. - Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ. - Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm. 2.4.3. 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 Hình 2.8 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính. b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến. 2.4.4. 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 LC . 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. 2.5. Thiết kế mạch điều khiển. - Để các van bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thỏa mãn hai điều kiện: + Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van. UAK > 0. + Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thường gọi là tín hiệu điều khiển. Ig > 0. - Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó. Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển. Do đặc điểm của các Thyristor là khi van (Thyristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển dạng xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển. => Để tạo ra được tín hiệu xung kích mở cấp van cực G của Tiristor ta cần 1 mạch điều khiển. - Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển: + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc. => Chọn phương pháp điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. 2.5.1. Các hệ thống thiết kế mạch điều khiển. 2.5.1.1. Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng. - Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp với góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được. - Ưu điểm của hệ thống: + Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc. + Tổng hợp tín hiệu dễ dàng. + Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tin cậy, độ chính xác cao với độ nhạy theo yêu cầu. + Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn. + Khoảng điều chỉnh góc mở α có thể thay đổi được trong phạm vi rộng và ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn. + Dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anốt của Thyristor chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển. 2.5.1.2. Phát xung điều khiển dùng điôt 2 cực gốc UJT. Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này đơn giản nhưng phạm vi điều chỉnh góc mở α hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác trong một chu kỳ điện áp lưới, mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển gây nên tổn thất phụ trong mạch điều khiển. 2.5.1.3. Phát xung điều khiển theo pha ngang. Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung đơn giản nhưng có một số nhược điểm phạm vi điều chỉnh góc mở hẹp, nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển. => Từ sự phân tích ưu, nhược điểm của ba phương pháp điều khiển trên, thấy rằng phù hợp nhất với nội dung yêu cầu của đề tài là phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng do vậy ta chọn phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng để thiết kế mạch điều khiển truyền động động cơ điện 1 chiều. 2.5.2. Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển. - Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu: Về nguyên tắc mỗi Thyristor có một kênh. Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu tia 3 pha: Hình 2.9. Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển. - Khối đồng bộ hoá ( ĐBH ): Thông thường sử dụng biến áp và điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ hoá. + Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạo xung điều khiển. Cực tính, pha, cuộn dây thay đổi dễ dàng. - Khối tạo sóng răng cưa ( SRC ): Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh với điện áp điều khiển. Việc so sánh ấy được gửi tới khối 3. Điện áp thường được tạo ra dưới dạng sóng. - Khối so sánh ( SS): So sánh điện áp tựa ( điện áp răng cưa ) với Uđk, giao điểm hai điện áp này xác định góc mở a. Như vậy đầu ra của khối so sánh này xác định góc điều khiển. - Khối tạo xung ( TX ): Xác đinh độ rộng , độ dốc, công suất xung ( biên độ ) thoả mãn để mở T. - Khối phân chia xung ( PCX ): Dẫn xung đến các T. Thông thường dùng BAX cuộn sơ bên TX và cuộn thứ bên T. * Tuy nhiên khi thiết kế ta thường ghép lại thành 3 khối . - Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa . - Khối 1: Khối so sánh. - Khối 3: Khối tạo xung (TX). Hình 2.10. Sơ đồ đơn giản một kênh tạo xung. + U1 : Là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. + Urc: Là điện áp tựa thường có hình răng cưa. + Uđk: Là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc mở α. + UđkT : Điện áp điều khiển Thyristor là chuỗi các xung điều khiển được lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katot (k) của Thyristor. - Nguyên lí làm việc: Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1. Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ. Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp. Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau. Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái → xuất hiện xung điện áp. Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa → bằng với tần số nguồn cung cấp. Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh. Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Thyristor để mở van. Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung. Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Thyristor. Mỗi Thyristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần có bấy nhiêu mạch phát xung. Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phát xung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực. Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng. Hình 2.11. Nguyên lí điều khiển chỉnh lưu. 2.5.2.1. Khâu đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa. Mạch đồng bộ dùng máy biến áp: Trường hợp này người ta sử dụng máy biến áp công suất nhỏ thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ . BA có thể là một pha hay nhiều pha tuỳ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu cụ thể. Trong sơ đồ ta dùng biến áp 3 pha tổ nối dây Y/. Sử dụng biến áp đồng bộ có sự cách ly về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển nên được sử dụng rộng rãi. Hình 2.12. Sơ đồ và giản đồ làm việc mạch phát sóng răng cưa Giới thiệu sơ đồ + Sơ đồ cũng gồm có máy biến áp đồng bộ hoá BAĐ để tạo ra điện áp. + Phần mạch tạo điện áp răng cưa cũng sử dụng điôt, transitor, các điện trở, tụ điện và ở đây để tạo ra dòng nạp tụ ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếch đại thuật toán vi điện tử. Điện áp răng cưa được tạo ra được biểu diễn trên đồ thị. Khi IC thuật toán là lý tưởng không có sự trôi điểm không thì điện áp ra có dạng như dạng sóng răng cưa lý tưởng .sườn làm việc là sườn nên của điện áp răng cưa. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật : uc = I.t /C. Ưu điểm của sơ đồ : + Điện áp răng cưa là điện áp đầu ra của khuyếch đại thuật toán có nội trở rất nhỏ nên điện áp đầu ra không phụ thuộc vào tải. + Với sơ đồ này thì dung lượng của tụ cần rất nhỏ khoảng 220nF .độ dài điện áp ra đạt đến 180º và phóng điện rất nhanh. 2.5.2.2. Khâu so sánh. Để tạo ra một hệ thống có tính chu kỳ và độ rộng xác định và cùng tần số với điện áp lưới cung cấp cho mạch lực và điều khiển được sự xuất hiện của mỗi xung thì phải qua bộ so sánh ,so sánh điện áp răng cưa tạo ra từ bộ FSRC với điện áp điều khiển Uđk (hay còn gọi là điện áp mẫu ) trong một chu kỳ điện áp nguồn cứ khi nào biên độ hai điện áp này bằng nhau thì điện áp đầu ra khối so sánh lậy trạng thái từ mức 0 nên mức 1 hay ngược lại.và cần chú ý hai điện áp này ngược cực tính nhau.   Sơ đồ : Hình 2.13. Sơ đồ khối so sánh. Sơ đồ hình d khi Uđk>Urc thì điện áp đầu vào âm của KĐTT lầ điện áp âm nên điện áp đầu ra là điện áp dương nên Đ khóa Ura =Uccmax ngược lại điện áp đầu ra Ura =0. Hình 2.14. Đồ thị nguyên lý làm việc. Từ hình vẽ ta thấy góc α điều khiển được nhờ vào việc thay đổi giá trị biên độ điện áp điều khiển khi đó thay đổi được thời điểm xuất hiện xung điều khiển. Khi Uđk tăng thì góc α tăng do đó Ud =Uo. cosα giảm điều này trái với quy luật điều khiển. Nên Nên phải đưa thêm điện áp Ucd hoặc tạo mạch có U’đk tỉ lệ nghịch với Uđk. khi đó sẽ đảm bảo được quy luật điều khiển. Tạo ra điện áp điều khiển U'đk khối so sánh ngược với điện áp điều khiển Uđk được thực hiện nhờ mạch đơn giản sau: Hình 2.15. Sơ đồ và giản đồ làm việc khâu so sánh 2.5.2.3. Khối sửa và khuyếch đại xung. * Khối sửa xung. Dạng xung ra của khâu so sánh có độ rộng bất kỳ có cả xung âm và xung dương với biên độ bằng Ubh của khuyếch đại thuật. Do chỉ có xung dương có độ rộng thích hợp mới mở tirristor vì vậy cần tạo ra một mạch sửa dạng xung ra. Nguyên lý hoạt động mạch sửa xung. Hình 2.16. Sơ đồ và giản đồ sửa xung. Nguyên lý làm việc: Trong khoảng thời gian từ. Giả sử tụ C2 đã được nạp đầy và có cực tính như giản đồ điện áp. Tr2 được mở (giả thiết là mở bảo hòa) nhờ điện áp định thiên R9, điện áp đầu ra khâu sửa xung bằng không. Khi đầu ra khâu so sánh lật trạng thái (có giá trị âm) tại thời điểm tụ sẽ phóng điện và đường phóng của tụ: +C -> R8-> nội trở nguồn so sánh -> mát -> D2 -> -C. Khi tụ phóng hết thì tụ nạp ngược lai: +Ucc -> R9 -> C2 -> R8 - > nội trở nguồn so sánh -> -Ucc. Trong thời gian phong nạp của tụ C2 thì Tr2 bị dặt điện áp ngược và khóa lại. Lúc này đầu ra của khâu sửa xung xuất hiện một điện áp dương, xung này qua mạch khuếch đại và được truyền đến mở các Thyristor. Khi tụ C2 được nạp đầy thì Tr2 lại mở ra -> Usx = 0. Như vậy, thời gian tồn tại xung đầu ra của khối sửa xung phụ thuộc vào thời gian phóng nạp của tụ C2. * Mạch khuyếch đại xung. Xung ra mạch xửa xung có độ rộng phù hợp nhưng công suất vẫn nhỏ chưa thể mở tiristor do đó phải khuyếch đại tín hiệu xung để thực hiện thông thường hay sử dụng mạch Dalington có sơ đồ như sau: Hình 2.17. Sơ đồ, giản đồ làm việc mạch khuyếch đại xung. txv : là thời gian tồn tại của xung điện áp vào. txr : Là thời gian tồn tại của xung điện áp ra. tbh : là thời gian tính từ lúc đóng +Ucc cho đến khi từ thông lõi thép BAX đạt ϕbh. Hình 2.18. Sơ đồ làm việc một kênh tạo xung. => đây là 1 kênh tạo xung hoàn chỉnh để cấp tín hiệu điều khiển cho Tiristor hoạt động. 2.5.2.4. Mạch nguồn nuôi một chiều. Hình 2.19. Sơ đồ mạch nguồn nuôi một chiều. Nguồn nuôi tạo điện áp ± 15 (V) để cấp nguồn nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ. Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt. Điện áp thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 của máy biến áp là: U21 = 20/√2 = 14,18 (V), chọn 15 (V). Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 và 7915 có các thông số chung: - Điện áp đầu vào: UVào = 7 ÷ 35 (V) - Điện áp đầu ra: IC 7815 có Ura = 15V; IC 7915 có Ura = - 15 (V) - Dòng điện đầu ra: Ira = 0 ÷ 1 (A) - Sụt áp nhỏ nhất trên IC 7815 là ∆U = 4 (V), Ud = 15 - 4 = 11 (V) ; U2 = 11/0,8 = 13,75 (V). Ta chọn U2 = 15 (V). - Tụ C6, C7 dùng lọc thành phần sóng dài bậc cao. Chọn các tụ có điện dung: C = 470 µF, U = 35 (V).   2.5.2.5. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ. Hình 2.20. Sơ đồ mạch vòng phản hồi âm tốc độ. Ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao độ đặc tính cơ. Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động. Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (γn) được lấy từ máy phát tốc FT nối cùng với động cơ. Tín hiệu này tỉ lệ tuyến tính với tốc độ động cơ. 2.5.2.6. Thiết kế mạch tổng hợp và khuyếch đại trung gian. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ của hệ thống thì vai trò của mạch tổng hợp và mạch khuyếch đại tín hiệu có một ý nghĩa rất quan trọng để tổng hợp tín hiệu theo yêu cầu thiết kế. Hiện nay các hệ thống thường sử dụng lấy các tín hiệu phản hổi âm tốc độ để theo dõi chế độ làm việc của động cơ từ đó điều chỉnh tốc độ một cách phù hợp nhất.Và sử dụng phản hồi âm dòng có ngắt để tránh hiện tượng làm việc quá tải của động cơ. Hình 2.21. Mạch tổng hợp và khuyếch đại trung gian. 2.6. Thiết kế mạch cụ thể. Để tạo thành 1 mạch điều khiển thường sử dụng các linh kiện: biến áp đồng pha, tranzitor, máy biến áp xung, các diot và diot zener và một số linh kiện điện tử khác. Hình 2.22. Sơ đồ mạch điều khiển. CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 3.1. Đặt vấn đề Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cầu cấu trúc của sơ đồ chỉnh lưu. Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đưa sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế. Hệ thống truyền động điện làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi tia ba pha đối xứng mắc song song ngược. Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cậy chắc chắn. Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm được nhiều hỏng hóc. Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế. Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa. Để đáp ứng nhu cầu từ đề bài và tính hiệu quả của hệ thống là điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều sử dụng bộ chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển ta chọn bộ điều khiển tia ba pha có điều khiển. 3.2. Các thông số cơ bản động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau: Thông số của động cơ điện 1 chiều: + Điện áp định mức Uđm = 220(V) + Công suất định mức Pđm = 7,5 (KW). + Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm= 59,5 (A). + Tốc độ định mức nđm = 1500(vòng/phút). + Mô men 0.65 (N.m). + Jd = 0,085 (kgm2); + R¬ = 2,775 ( ) ; + L¬ = 0,0961 ( H ); => Từ thông số của động cơ ta tính toán chọn máy biến áp, aptomat,van tiristor,cầu chì 3.2.1. Tính toán máy biến áp. - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V). Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA. Trong đó: αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới. ∆Uv = 1,5 (V) sụt áp trên thyristor. ∆Udn ≈ 0 sụt áp trên dây nối. ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Sơ bộ ∆UBA = 5%Ud = 0,05.220 = 11 (V). Suy ra: Ud0 = = 237,61 (V). Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS.Pdmax = kS.Ud0.Id = 1,34.237,61.59,5 = 18944,64 (W). Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = U_d0/K_u = = 203,08 (V). Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = Id = 59,5 = 48,58 (A). Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = kBA . I2= I2 = 48,58 = 25,96 (A). => Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆/Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí. 3.2.2. Tính chọn van động lực. 3.2.2.1. Điện áp ngược của van. Ulv = knv.U2. Với U2 = = = 188,03 (V). Trong đó: Ud điện áp tải của van. U2 điện áp nguồn xoay chiều của van. Ku hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17). Knv hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = √6 ). Ulv = √6 .188,03 = 460,58 (V). Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = Kdtu.Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V). Trong đó: Kdtu hệ số dự trữ (Kdtu = 1,6 ÷ 2). => Kdtu = 1,6. 3.2.2.2. Dòng điện làm việc của van. Ilv = Ihd. Dòng điện hiệu dụng: Ihd = Khd.Id = 0,58.59,5 = 34,51 (A). Trong đó: Id dòng điện tải. Khd hệ số xác định dòng điện hiệu dụng. => Khd = 0,58. Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idmv: Idmv = ki.Ilv = 1,4.34,51 = 48,09 (A). Trong đó: hệ số dự trữ dòng điện (Ki = 1,1÷1,4). => Ki = 1,4. 3.2.2.3. Kết luận. Tra phụ lục 2, ta chọn van động lực loại XT2116 - 801 với các thông số định mức: - Dòng điện định mức của van: Idm = 50 (A). - Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V). - Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V). - Dòng điện rò: Ir = 10 (mA). - Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V). - Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A). 3.3. Tính chọn bảo vệ mạch động lực. 3.3.1. Giới thiệu. Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá,… Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Do đó cần phải bảo vệ các thyrisror, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử: - Điện áp ngược lớn nhất. - Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện. - Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị. - Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện . - Thời gian khoá toff. - Thời gian mở ton. - Dòng điện kích thích. - Điện áp kích. Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị: - Đối với bán dẫn Ge: TjM = 80º - 100º. - Đối với bán dẫn Si: TjM = 180º - 200º. Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50%. Để cho các thyrisror làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát hoặc cánh tản nhiệt đối với các thyristor công suất nhỏ. Đối với các thyrisror có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát. Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng điện, nếu lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong mạch anot của thyrisror. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ. 3.3.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn. Tổn thất công suất trên 1 thyrisror: . Diện tích bề mặt toả nhiệt: . Trong đó:

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ theo hướngCông nghiệp hóa – Hiện đại hóa Động cơ điện ngày càng được sử dụng rộng rãi trongcác ngành nghề từ nhỏ đến lớn Để thực hiện được việc này, yêu cầu đặt ra phải thiết kếđược các hệ truyền động và các bộ điều khiển đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ thống sửdụng, đáp ứng tốt các đặc điểm như đảo chiều quay, thời gian quá độ ngắn, độ quá điềuchỉnh thấp,

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin họctrong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụngrộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau

Trong quá trình học môn Truyền động điện, em có nhận được đồ án: “Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều

có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển”.

Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Nguyễn Thị Thu Hiền , 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 nghiệmcòn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót Em rất mong được quý thầy cô góp ý, bổ sungkiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặcbiệt 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

Trang 2

CHƯƠNG 1.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

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

1.1.1 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 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 cầnđảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động Phải đảm bảo được các chỉ tiêu vềmặt 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 hệthống 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 quanđến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất Nếunhư lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng suất làm việc, hạn chế được những hànhtrình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽhoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờtrước

1.1.2 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 truyền độngđiện, động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộctính chất công suất của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giáthành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữađơn 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 :

Trang 3

- 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

Trang 4

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

ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi Kích từ độc lập thì từ thông chínhkhông phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm thừ thôngtheo mong muốn, dải điều chỉnh tốc độ cao, có thể điều chỉnh trơn Từ sự so sánh tươngquan trên em chọn loại kích từ độc lập

Ở đây em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền độngchính và chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng

vì những ưu điểm nổi bật chúng như sau :

Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.

- Phương trình đặc tính cơ điện : I

Trang 5

- Phương trình đặc tính cơ:

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

Hình 1.1: 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 cảntrên trục động cơ

- Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và đặc tínhmômen cản của phụ tải

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.

Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ

như sau :

- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

- Phương pháp thay đổi từ thông

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

 Ở đây em chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặtlên phần ứng động cơ

Vì nó có những đặc điểm như sau :

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho như hình vẽ

Trang 7

- Đặc biệt phương pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản kháng

và bằng hằng số ( Mc = const )

1.1.3 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 hoặc máykhuếch đại

- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ

- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Tiristor hoặc Diôt Bộ biến đổi chỉnhlưu 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 ánnày 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)

Trang 8

+ 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 bằng cáchthay đổi Uđk

+ Nguyên lý điều khiển:

- Khi có Uđk thông qua bộ phát xung (FX) sẽ điều khiển các Tiristor và nhận đượcđiện áp chỉnh lưu bằng việc thay đổi Uđk ta sẽ thay đổi được góc mở của T và thay đổiđược 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 mặtphẳng 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 tượngchuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên

Trang 9

+ 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

1.1.4 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 hệthống 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 động năngcủa 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 :

Trang 10

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

Trang 11

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

2.1 Thiết kế mạch động lực

2.1.1 Giới thiệu sơ đồ

Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 vanbán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anot nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

Sơ đồ mạch động lực:

Trang 12

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực

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 nguồncung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch độnglực bộ chỉnh lưu với nguồn điện xoay chiều

- T1 đến T3 : 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 tảigồm Rd , Ld , Ed

2.1.2 Nguyên lý làm việc

Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thyristor T1 dương nhất,khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R, L và chạy vềnguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trênthì dòng sẽ qua T2 qua R, L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòngqua T3 qua R, L và về nguồn (chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấpxung điều khiển và phân cực thuận)

Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫndẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở

Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện chođến thời điểm t2 Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngượcđặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức Từthời điểm t2 ÷ t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3.+ Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

+ Giá trị điện áp ngược trên van: Ung = √6.U2+ Dòng điện trung bình chảy qua thyristor: Iv = Id/3

+ Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3

Trang 13

Hình 2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha.

2.1.3 Ưu, nhược điểm bộ chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha.

- Ưu điểm: So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượngđiện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sónghài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ => côngsuất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giản

- Nhược điểm: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thậttốt lắm Điện áp ra có độ đập mạch lớn => xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậccao Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao

2.2 Mạch bảo vệ bộ chỉnh lưu

2.2.1 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:

Trang 14

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

- Diện tích bề mặt toả nhiệt: S m= ΔP

K m τ ;

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)

2.2.2 Bảo vệ quá dòng cho van.

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

2.2.3 Bảo vệ quá điện áp cho van.

Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạy cảmvói 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 đúng cácvan 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 chuyển mạch,các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trongkhoảng thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây ra sức điện

Trang 15

động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giũa anôt và catôt củathyristor Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo ra mạch vòng phóng điệntích 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 2.4 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0

2.3 Lựa chọn động cơ một chiều kích từ độc lập

2.3.1 Cấu tạo động cơ

Động cơ điện một chiều gồm có hai phần

1 2 3

4 5 6 7 8

9 10

Trang 16

- 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 thépcacbon dày 0.5mm đến 1mm ép lại và tán chặt Dây quấn kích từ được quấn bằng dâyđồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp với nhau

- Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổichiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặtdây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ dược gắn vào vỏ nhờnhững bulông

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

- 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 cótác dụng làm giá đở ổ bi Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi thangồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổithan được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được

Trang 17

để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố địnhchặt 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 kỹthuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặtlại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để saukhi ép lại thì đặt dây quấn vào

+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió đểkhi 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 Khi máy làm việc,gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ 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 nhỏthường dùng dây có thiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiếtdiện chử nhật dây quấn được cách điện cẩn thận vói rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặcphải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- 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 nhaubằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng haivành ốp hình chử V ép chặt lại Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôivành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào cácphiến góp được dể dàng

- Các bộ phận khác

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chếtheo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy, khimáy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dâyquấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

Trang 18

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

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 đặc trưng bằng những đại lượng ghi trênnhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đạilượng sau:

+ Công suất định mức Pđm (KW hay W);

2.3.2 .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 lại nănglượng 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 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 phầnứng Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổichiều 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 Trong đó: M: là mômen điện từ;

Iư: Dòng điện phần ứng;

Trang 19

Eư: Suất điện động phần ứng;

ω: Tốc độ góc phần ứng; ω=2 π n

60

2.4 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

+ 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 loạitải nên ta sẽ dùng phương pháp đảo chiều động cơ bằng dòng điện phần ứngVới hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản:

- Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng

- Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ thyristor mắc song song ngược

2.4.1 Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ.

Sơ đồ truyền động:

Trang 20

Hình 2.6 Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ.

Trên sơ đồ: Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2

Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra,trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và N saocho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòng điện phầnứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ

2.4.2 Bộ chỉnh lưu cầu thyristor mắc song song ngược.

Sơ đồ truyền động:

Hình 2.7 Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng chỉnh lưu thyristor.

Trên sơ đồ:

- Cuộn dây kích từ KĐT được cấp nguồn với dòng điện có chiều không đổi

- Phần ứng động cơ được cấp nguồn bởi 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 mắc songsong ngược

- Muốn đảo chiều quay động cơ, ta đưa tín hiệu điều khiển vào 2 bộ chỉnh lưu saocho CL1 hoặc CL2 mở để thay đổi chiều dòng điện phần ứng iưT và iưN

Phương pháp này vì sử dụng các khí cụ không tiếp điểm nên quá trình đảo chiều

Trang 21

êm, diễn ra nhanh, nhưng đòi hỏi mạch lực phức tạp hơn Quá trình đảo chiều còn phụthuộc vào việc lựa chọn phương pháp điều khiển, đó là phương pháp điều khiển chunghay riêng:

+ Phương pháp điều khiển chung: Tại một thời điểm cả 2 BBĐ nhận được xung

mở, nhưng chỉ có một BBĐ cấp dòng cho nghịch lưu, còn BBĐ kia làm việc ở chế độchờ Phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ động và chế độ tĩnh rấttốt Nhưng nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng tiêu tán năng lượng vô ích và luôn tồn tại

do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng Với sơ đồ hình tia 3pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng san bằng Phương pháp này điềukhiển phức tạp

+ Phương pháp điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽnhau Tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá dokhông có xung điều khiển Phương pháp này, đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằngphương pháp điều khiển chung, do có một khoảng thời gian trễ để dòng qua bộ van đanglàm việc giảm về = 0 thì mới cho bộ van thứ hai mở Tuy nhiên nó lại có ưu điểm hơn làlàm việc an toàn vì không có dòng cân bằng chạy qua giữa các BBĐ và hệ thống điềukhiển đỡ phức tạp hơn

Kết luận:

=> Từ hai phương pháp điều khiển trên, do đặc điểm và yêu cầu công nghệ của động cơđiện 1 chiều, thấy rằng phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phầnứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu thyristor mắc song song ngược là phù hợp nhất nên em lựachọn phương pháp này và sử dụng phương pháp điều khiển chung để điều khiển các bộchỉnh lưu Thyristor

- Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơnkiểu điều khiển riêng Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên,nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ

- Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh,tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thờihằng phần ứng tăng thêm

2.4.3 Phương pháp điều khiển chung :

Trang 22

Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộnkháng cân bằng Lc Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịchlưu.

*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 khácchế độ nhau : một mạch ở chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một chiều ra tảicũng là chiều quay đang cần có ) còn mạch kia ở chế độ nghịch lưu Vì hai mạch cùngdấu 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)

Trang 23

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 chodòng 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 phituyến 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

Hình 2.8 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính.

Trang 24

b ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu phi tuyến.

2.4.4 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 đượcdòng điện tuần hoàn và không cần cuôn kháng cân bằng LC Song trong quá trình đảochiều cần có “thời gian chết” (nhỏ nhất là vài ms) để cho van của mạch phải ngừnghoạt động kịp phục hồi tính chất khoá rồi mới bắt đầu phát xung cho mạch kia hoạtđộng 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 Bởivậy, khi điều khiển riêng, các dặc tính cơ sẽ bị gián đoạn ở tại trục tung Như vậy, khithực hiện thay đổi chế độ làm việc của hệ sẽ khó khăn hơn và hệ có tính linh hoạt kémhơn khi điều chỉnh tốc độ

Trong phương pháp điều khiển riêng cũng có phối hợp điều khiển kiểu tuyến tính

và phi tuyến

2.5 Thiết kế mạch điều khiển.

- Để các van bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phảithỏa mãn hai điều kiện:

+ Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van UAK > 0.+ Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thườnggọi là tín hiệu điều khiển Ig > 0

- Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sửdụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiểngọi là mạch điều khiển Do đặc điểm của các Thyristor là khi van (Thyristor) đã mở thìviệc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van Vì vậy đểhạn chế công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điềukhiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển dạng xung, do đó mạch điềukhiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển

=> Để tạo ra được tín hiệu xung kích mở cấp van cực G của Tiristor ta cần 1 mạchđiều khiển

Trang 25

- Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có baphương pháp để thiết kế mạch điều khiển:

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc

=> Chọn phương pháp điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng

2.5.1 Các hệ thống thiết kế mạch điều khiển.

2.5.1.1 Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng.

- Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa điện áp tựa hìnhrăng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp với góc phacủa lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được

- Ưu điểm của hệ thống:

+ Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc

+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

+ Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tincậy, độ chính xác cao với độ nhạy theo yêu cầu

+ Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn

+ Khoảng điều chỉnh góc mở α có thể thay đổi được trong phạm vi rộng và ít phụthuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn

+ Dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anốt của Thyristor chỉ có một xungđược đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển

2.5.1.2 Phát xung điều khiển dùng điôt 2 cực gốc UJT.

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưaxuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này đơngiản nhưng phạm vi điều chỉnh góc mở α hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện

áp nguồn nuôi Mặt khác trong một chu kỳ điện áp lưới, mạch thường đưa ra nhiều xungđiều khiển gây nên tổn thất phụ trong mạch điều khiển

2.5.1.3 Phát xung điều khiển theo pha ngang.

Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung đơn giản nhưng có một số nhượcđiểm phạm vi điều chỉnh góc mở hẹp, nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp nguồn và khótổng hợp tín hiệu điều khiển

Trang 26

=> Từ sự phân tích ưu, nhược điểm của ba phương pháp điều khiển trên, thấy rằngphù hợp nhất với nội dung yêu cầu của đề tài là phương pháp điều khiển theo nguyên tắckhống chế pha đứng do vậy ta chọn phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chếpha đứng để thiết kế mạch điều khiển truyền động động cơ điện 1 chiều.

2.5.2 Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển.

- Nguyên tắc thiết kế mạch tạo xung trong các bộ chỉnh lưu: Về nguyên tắc mỗiThyristor có một kênh Ta sử dụng mạch động lực là chỉnh lưu tia 3 pha:

Hình 2.9 Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển.

- Khối đồng bộ hoá ( ĐBH ): Thông thường sử dụng biến áp và điện áp này đượcgọi là điện áp đồng bộ hoá

+ Ưu điểm của BAĐBH là cách ly điện áp cao của mạch động lực với mạch tạoxung điều khiển Cực tính, pha, cuộn dây thay đổi dễ dàng

- Khối tạo sóng răng cưa ( SRC ): Tạo ra điện áp tựa để làm chuẩn để so sánh vớiđiện áp điều khiển Việc so sánh ấy được gửi tới khối 3 Điện áp thường được tạo ra dướidạng sóng

- Khối so sánh ( SS): So sánh điện áp tựa ( điện áp răng cưa ) với Uđk, giao điểmhai điện áp này xác định góc mở a Như vậy đầu ra của khối so sánh này xác định gócđiều khiển

- Khối tạo xung ( TX ): Xác đinh độ rộng , độ dốc, công suất xung ( biên độ ) thoảmãn để mở T

- Khối phân chia xung ( PCX ): Dẫn xung đến các T Thông thường dùng BAXcuộn sơ bên TX và cuộn thứ bên T

* Tuy nhiên khi thiết kế ta thường ghép lại thành 3 khối

- Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa

- Khối 1: Khối so sánh

- Khối 3: Khối tạo xung (TX)

Trang 27

Hình 2.10 Sơ đồ đơn giản một kênh tạo xung.

+ U1 : Là điện áp lưới (nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

+ Urc: Là điện áp tựa thường có hình răng cưa

+ Uđk: Là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc

mở α

+ UđkT : Điện áp điều khiển Thyristor là chuỗi các xung điều khiển được lấy từ đầu

ra hệ thống điều khiển và được truyền đến cực điều khiển (G) và Katot (k) của Thyristor

- Nguyên lí làm việc:

Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá củakhối 1 Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện ápnguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ Điện áp đồng bộ được đưa vào mạchphát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp

Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch sosánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằngnhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái → xuất hiện xung điện áp Như vậyxung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa → bằng với tần số nguồncung cấp Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung racủa mạch so sánh Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Thyristor để mở van

Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để

mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung Nhờ đó mà các xung racủa mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Thyristor

Mỗi Thyristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần

có bấy nhiêu mạch phát xung Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phátxung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực

Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng

Ngày đăng: 22/11/2024, 14:30

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Sơ đồ nguy ên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ : (Trang 5)
Hình 1.2 - Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng (Trang 6)
Hình 1.3: hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ) - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 1.3 hệ chỉnh lưu động cơ (CL-Đ, hoặc T-Đ) (Trang 7)
Hình 1.4: đặc tính cơ của hệ CL-Đ - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 1.4 đặc tính cơ của hệ CL-Đ (Trang 8)
Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập (Trang 10)
Sơ đồ mạch động lực: - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Sơ đồ m ạch động lực: (Trang 11)
Hình 2.1.   Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.1. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển (Trang 11)
Hình 2.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha. - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha (Trang 13)
Hình 2.4.  Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0 - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.4. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0 (Trang 15)
Sơ đồ truyền động: - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Sơ đồ truy ền động: (Trang 20)
Hình 2.6. Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ. - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.6. Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ (Trang 20)
Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Sơ đồ g ồm hai bộ biến đổi G1 và G2 , đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc (Trang 22)
Hình 2.8  : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính. - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.8 : a ) Sơ đồ điều khiển chung phối hợp kiểu tuyến tính (Trang 23)
Hình 2.9. Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển. - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.9. Sơ đồ khối một kênh tạo xung điều khiển (Trang 26)
Hình 2.10. Sơ đồ đơn giản một kênh tạo xung. - Đồ án truyền động điện - Thiết kế,tính toán sơ đồ nguyên lý điều khiển có đảo chiều tốc độ động cơ điện một chiều có công suất 7,5KW.Hệ dùng bộ biến đổi tia ba pha có điều khiển
Hình 2.10. Sơ đồ đơn giản một kênh tạo xung (Trang 27)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w