Đồ án truyền động điện - Thiết kế hệ thống truyền động điện một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay

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 hệ thống truyền động điện một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay”. Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Hoàng Thị Thương , 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: CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU 2.1 Tổng quan về các hệ truyền động 2.1.1 Hệ truyền động F-Đ Hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều là một hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ rất linh hoạt và thuận tiện. Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, khi làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có nền móng vững chắc. Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống Máy phát - Động cơ Coi mạch từ máy phát chưa bão hoà: E_F=K_F Ф_F ω_F=K_F ω_F.Ci_KF (2.1) Trong đó: KF - hệ số kết cấu của máy phát, C = ΔΦF /ΔiKF - hệ số góc của đặc tính từ hoá. iKF = UKF/rKF Và: EF = KF .UKF R = RưĐ + RưF Phương trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát: ω=E_F/〖KФ〗_Đ -R/(〖KФ〗_Đ )^2 M (2.2) ω=(K_F U_KF)/〖KФ〗_Đ -R/〖(〖KФ〗_Đ)〗^2 M (2.3) Như vậy, khi thay đổi UKF (hoặc iKF) thì ta sẽ được một họ đường đặc tính cơ song song nhau ở cả 4 góc phần tư. Hình 2.2. Họ đường đặc tính cơ khi khi thay đổi UKF Tại góc phần tư (I) và (III) của tọa độ đặc tính cơ thì động cơ làm việc ở chế độ động cơ quay thuận và chế độ động cơ quay ngược. Đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) đi qua gốc toạ độ; Các vùng nằm giữa trục tung (ω) và đặc tính cơ hãm động năng (EF = 0) là chế độ hãm tái sinh hay chế độ máy phát (ω > ω0 ) của động cơ. Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (EF = 0) là chế độ hãm ngược (ω ↑↓ M) của động cơ Đặc điểm của hệ F – Đ: điều chỉnh tốc độ linh hoạt, động cơ có thể tự động chuyển đổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều tốc độ. Ưu điểm : Phạm vi điều chỉnh dể dàng và lớn, có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng, Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình này được thực hiện trên mặt kích từ. Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.Có khả năng quá tải cao. Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn ,điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làm việc. Nhược điểm : + Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnh chiếm nhiều diện tích Tổng công suất đặt lớn.Vốn đầu tư ban đầu lớn. + Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2.1.2 Hệ truyền động T-Đ Khi dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển (các bộ chỉnh lưu dùng thyristor ) để làm bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta còn gọi là hệ T - Đ. Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ Hệ CL - ĐM không đảo chiều + Khi dòng điện liên tục: Khi dòng điện liên tục: Ed  Ed0 cos ω=(E_d0.cos⁡a)/〖KФ〗_đm -(R_u+R_cl)/〖KФ〗_đm I ω=(E_d0.cos⁡a)/〖KФ〗_đm -(R_u-R_cl)/〖(〖KФ〗_đm)〗^2 M ω=ω_0^,-∆ω (2.4) Trong đó ω=(E_d0 cos⁡a)/〖KФ〗_đm tốc độ không tải giả tưởng Khi thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π) Ed thay đổi từ Ed0 đến - Ed0 Họ đặc tính cơ song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ω, I] hoặc [ω, M] nếu chúng ta chỉ cho một bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu Vùng dòng điện gián đoạn bị giới hạn bởi một nửa đường elip với trục tung: I_(d.blt)=(E_do cos⁡a)/(X_BA+〖2πf〗_1 L_(u∑) )(1-π/m ctg π/m) (2.5) Trong đó: XBA - điện kháng máy biến áp. LuΣ - điện cảm tổng mạch phần ứng. f1 - tần số lưới. m - số pha chỉnh l-u. Trong vùng dòng điện gián đoạn (ω’ 0 < ω0 ): ω={█((E_2m-〖∆U〗_v)/〖KФ〗_đm →0≤a≤π/m@E_(2m cos⁡〖(a-π/m)-〖∆U〗_v 〗 )/〖KФ〗_đm →a>π/m)┤ (2.6) Trong đó: E2m - biên độ sức điện động thứ cấp máy biến áp CL. Đường giới hạn tốc độ cực đại: ω_(gh.max)=(E_d0 cos⁡a)/〖KФ〗_đm -R_(u∑)/〖KФ〗_đm I_(d.blt) (2.7) Hệ CL - ĐM có đảo chiều Để đảo chiều tốc độ động cơ cần phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược còn gọi là chỉnh lưu kép, nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu: + Khi cho bộ CL1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì CL2 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu chạy theo chiều dương, tốc độ động cơ quay thuận. + Ngược lại, khi cho bộ CL2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì CL1 chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh l-u chạy theo chiều âm, tốc độ động cơ quay ngược. Để khỏi truyền năng lượng từ bộ CL này qua bộ CL kia về lưới điện thì cần thoả mãn điều kiện: ׀Ed.NL׀ ׀ Ed.CL׀ - Ưu điểm : + Tác động nhanh không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khuyếch đại công suất cao. + Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ. Giá thành hạ dể bảo dưởng sửa chữa. -Nhược điểm : + Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống. + Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt ph ng tọa độ. + Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos thấp. + Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối với các hệ thống đảo chiều. + Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động động cơ tải nhỏ. 2.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động Qua quá trình phân tích 2 hệ thông F - Đ và T- Đ ta thấy chúng có những ưu điểm nhựơc điểm nhất định. Cả 2 hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra. Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểm khác nhau. Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư. Với hệ thống F - Đ khi lắp đặt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao. Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao. Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầu tối - ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay. .Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ và gọn nhẹ. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hoá các hệ thống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý… Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động. Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T - Đ. 2.2. Các hệ chỉnh lưu Thyritor thường dc sử dụng để thay đổi tốc độ động cơ điện Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha Giới thiệu sơ đồ Hình 2.4. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Nguyên lý làm việc Với giá trị của góc α khác nhau ta sẽ có được điện áp đặt lên tải cũng khác nhau Giả sử ta xét một góc α < 600 . Giản đồ điện áp và dòng điện như hình vẽ . Hình 2.5. Giản đồ điện áp và dòng điện trên mạch động lực Nguyên lý hoạt động như sau: Từ ữ v1 và từ thì T5 và T6 dẫn dòng ud = uc- ub do không có D0 nên ud còn gồm một phần điện áp là uc – ua của xung trước gửi đến tuy nhiên điện áp này rất nhỏ có thể bỏ qua . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT3 = iT4 = 0 . iT5 = iT6 = id =Id uT5 = uT6 = 0 . uT1 = uac ; uT2 = ubc ; uT3 = ubc ; uT4 = uba ; Từ và sau hai van T1 và T6 dẫn dòng và ud = ua – ub=uab . Vậy ta có : iT2 = iT3 = iT4 = iT5 = 0 . iT1 = iT6=Id uT1 = uT6 = 0 . uT2 = ubc ; uT3 = uba ; uT4 = uba ; uT5 = uca ; Từ hai van T1 và T2 cùng dẫn dòng và ud = ua – uc = uac . Vậy ta có : iT3 = iT4 = iT5 = iT6 = 0 . iT1 = iT2 = Id uT1 = uT2 = 0 . uT3 = uba ; uT4 = uca ; uT5 = uca ; uT6 = ucb . Từ hai van T2 và T3 dẫn dòng và ud = ubc . Vậy ta có : iT1 = iT4 = iT5 = iT6 = 0 . iT2 = iT3 = Id uT2 = uT3 = 0 . uT1 = uab ; uT4 = uca ; uT5 = ucb ; uT6 = ucb .. Từ hai van T3 và T4 cùng dẫn dòng và ud = uba . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT5 = iT6 = 0 . iT3 = iT4 = id . uT3 = uT4 = 0 . uT1 = uab ; uT2 = uac ; uT5 = ucb ; uT6 = uab . Từ và từ hai van T4 và T5 dẫn dòng và ud = uca . Vậy ta có : iT1 = iT2 = iT3 = iT6 = 0 . iT4 = iT5 = Id . uT4 = uT5 = 0 . uT1 = uac ; uT2 = uac ; uT3 = ubc ; uT6 = uab . Và từ thì sơ đồ lặp lại trạng thái giống như Một số biểu thức tính toán ; với ; ; UTthmax = UTngmax= Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y Xác định công suất tính toán máy biến áp: 2.2.2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha a. Giới thiệu sơ đồ -Gồm một máy biến áp 3 pha nối Y , 4 thyristor nối với tải như hình vẽ Hình 2.6. Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển Dạng sóng. Hình 2.7. Dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển - Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: + Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. + Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. * Góc mở tự nhiên + Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ ân đến 0 ( từ đóng sang khóa ) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. + Điện áp gây nên quá trinhg chuyển mạch: điện áp dây. + 0 ≤ α < π - γ - µ γ: góc dẫn b. Nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ có 4 Tiristor đựơc điều khiển bằng các xung dòng tương ứng it1, it2, it3, it4. Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp: U2 = U2msin ωt (v). Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2. Các xung it1 và it3 xuất hiện sau U2 một góc α. Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α. Các Trisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0. Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và điện cảm L. Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id. Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là: - Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu. - Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 và E > 0. *.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, các Tiristor T1 và T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2. Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3 về B. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v). Khi T1 và T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải: Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v). Tại lúc góc pha bằng π, U2 = 0 nhưng T1 và T3 vẫn chưa bị khóa vì dòng qua chúng vẫn còn lớn hơn 0. Trong nửa chu kỳ sau của điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U 2 < 0 , các Tiristor T2 và T4 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở. Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = -U2. Dòng điện đi từ B qua T2 đến tải rồi qua T4 về A. Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ): Ud = -U2 = -U2msin ωt (v). Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA . Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < 0. UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0. Do đó làm cho T1 và T3 tắt một cách tự nhiên. Trong mạch cầu có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id=Id Góc mở α được tính từ gia điểm của 2 điện áp pha. Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Ud = 2/π ∫_α^(π+α)▒〖√2.U_2m 〗.sin⁡〖ωt d〗 ωt=U_2m.cos α Các biểu thức cơ bản - ; , trong đó U2 giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA. - - - 2.2.3. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha Giới thiệu sơ đồ Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha b. Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu Hình 2.9. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=0 Trường hợp góc mở α=0 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp Qua hình trên ta thấy + Lúc . va có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; T3 khóa + Lúc . vb có giá trị lớn nhất nên T2 mở cho dòng chạy qua T1; T3 khóa + Lúc , T3 mở T1, T2 khóa; Trong đó R: điện trở của động cơ E: Suất điện động phản kháng của động cơ Dòng trung bình Trường hợp góc mở α ≠ 0 Gỉa thiết tải: R, L, Eư, chuyển mạch tức thời Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: + Nhịp V1: khoảng thời gian từ . Tại điện áp đặt lên u1 > 0 có xung kích: T1 mở, khi đó T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1: ud =u1 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id =i1 + Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2=i3=0 Trong nhịp V1: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv2=0 thì T2 mở, lúc này uv1= u1 –u2 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2 + Nhịp V2: khoảng thời gian từ . Lúc này: T2 mở, T1, T3 đóng. + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud =u2 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 2: id = Id =i2 + Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1=i3=0 Trong nhịp V2: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv3=0 thì T3 mở, lúc này uv2= u2 –u3 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3 + Nhịp V3: khoảng thời gian từ . Lúc này: T3 mở, T1, T2 đóng. + Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud =u3 + Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3: id = Id =i3 + Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1=i2=0 Trong nhịp V3: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv1=0 thì T1 mở, lúc này uv3= u3 –u1 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1 Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud, khi điện kháng tải tăng lên, dòng điện càng Trở nên bằng phẳng hơn, Khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id =Id. Gía trị trung bình của điện áp tải: Trong đó α: góc mở Thyristor Hình 2.10. Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=300 Hình 2.11. Giản đồ điện áp và dòng điện khi tải là động cơ điện một chiều c.Các biểu thức tính toán cơ bản ; với ; ; UTthmax = UTngmax= Dòng hiệu dụng cuộn dây sơ và thứ cấp máy biến khi tổ nối dâyY/Y0 Xác định công suất tính toán máy biến áp khi tổ nối dây là Y/Y0 và /Y0: Nhận xét: So với chỉnh lưu hình cầu 1 pha thì chỉnh lưu hình tia 3 pha có những ưu điểm sau: *Ưu điểm: – Số xung áp chỉnh lưu trong một chu kì lớn, vì vậy bộ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao. – Chất lượng điện áp một chiều tốt,biên độ đập mạch thấp – Thành phần sóng hài bậc cao bé,một van dẫn nên sụt áp trên van nhỏ Công suất tiêu thụ của van nhỏ,việc điều khiển các van tương đối đơn giản – Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu. Vì những yếu tố đã nêu trên nên em chọn mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển cho bài báo cáo. CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 3.1. 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 3.1. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển Sơ đồ mạch động lực: Hình 3.2. 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 3.3. Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha 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). 3.2.2. 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. 3.2.3. 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 3.4. 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 3.5. 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. 3.3.2. .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; 3.4. 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 s

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 hệ thống truyền động điện một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay”.

Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Hoàng Thị Thương , 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

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

1.1.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 một phạm

vi rộng và trong nhiều trường hợp cần có đặc tính cơ đặc biệt Vì một số ưu điểm như vậynhư vậy nên động cơ điện một chiều được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp , tronggiao 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 cáccực từ chính và nối nối tiếp nhau Dây quấn cực từ phụ được đặt trên các cực từ phụ (giữacác 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 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 dây

quấn 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 kia đượcxếp

ở lớp dưới của một rãnh khác Dây quấn phần ứng tạo thành các mạch nhánh gồm nhiềucạnh 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 quấnhỗn 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

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, khiđộng cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ, lõisắt 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 từ mộtnguồn 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 dây quấnkích 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 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 :

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 −( Kφ R2

)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 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 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 cơđiện 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:

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:

 ω0 =

U u ,

K φ ; Gọi ω0 là tốc độ không tải lý tưởng

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 =

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 Do phươngtrình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba tham số trên, tương ứng với đó ta sẽ có ba phươngpháp 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:

β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên, còn khi Rf càng lớn thì β càngnhỏ và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Như vậy khi thay đổi điện trở phụcủa động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 1-6

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;

Mnmω

- Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:

cơ β giảm) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ

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 hướng giảm

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 họ cácđường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộnguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra, thường là dùng các bộ biến đổi

Các bộ biến đổi có thể là:

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

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

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

Ta thấy rằng, khi thay đổi điện áp phần ứng (Giảm áp) thì mômen ngắn mạch

Mnm, 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 phầnứng 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 kíchtừ

- 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

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

ω0

Udmω

- 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 công suấtlớn 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 thái hãm:

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 > ω

0) Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn (E > Uư), động cơlàm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thìdòng 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 dạng mômenthế năng (Mc = Mtn) Khi giảm điện áp nguồn đột ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảm đột ngộttrong khi tốc độ ω chưa kịp giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độkhông 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 năng lượng trả lạinguồn (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 (|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 phát năng lượngtrả 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 đưathêm 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 đoạnhãm ngược, động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc này sức điệnđộng của động cơ đảo dấu nên:

-ωbđ-ω0

ωbđ

BAω

(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, trườnghợp 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 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 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 phần ứng

+

b)a)

Mc

ωôđD

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

* 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 thểđiều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không tải lý tưởng , phương phápnày đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất nănglượng 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

2.1 Tổng quan về các hệ truyền động

2.1.1 Hệ truyền động F-Đ

Hệ thống Máy phát - Động cơ một chiều là một hệ truyền động điện điều chỉnhtốc độ rất linh hoạt và thuận tiện Tuy nhiên hệ thống dùng nhiều máy điện quay nêncồng kềnh, khi làm việc gây ồn, rung, nên đòi hỏi phải có nền móng vững chắc

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

Coi mạch từ máy phát chưa bão hoà:

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

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

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

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

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

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

Các vùng nằm giữa trục hoành (M) và đặc tính cơ khi hãm động năng (EF = 0) làchế độ hãm ngược (ω ↑↓ M) của động cơ

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

Ưu điểm :

+ Phạm vi điều chỉnh dể dàng và lớn, có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng,+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trìnhnày được thực hiện trên mặt kích từ

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

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

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

Nhược điểm :

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

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

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khóđiều chỉnh sâu tốc độ

2.1.2 Hệ truyền động T-Đ

Khi dùng các bộ chỉnh lưu có điều khiển (các bộ chỉnh lưu dùng thyristor ) để làm

bộ nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều, ta còn gọi là hệ T Đ

-Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ

a Hệ CL - ĐM không đảo chiều

+ Khi dòng điện liên tục:

Khi dòng điện liên tục: Ed  Ed0 cos

ω= E d 0 cos a

KФ đm −R u +R cl

KФ đm I ω= E d 0 cos a

KФ đm tốc độ không tải giả tưởng

Khi thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π) Ed thay đổi từ Ed0 đến - Ed0 Họ đặc tính

cơ song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [ω, I] hoặc [ω, M] nếuchúng ta chỉ cho một bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu

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

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

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

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền độngđộng cơ tải nhỏ

2.1.3 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động

Qua quá trình phân tích 2 hệ thông F - Đ và T- Đ ta thấy chúng có những ưu điểmnhựơc điểm nhất định Cả 2 hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra

Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểmkhác nhau Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt độnglinh hoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư Với hệ thống F - Đ khi lắp đặtchiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây ồn ào,rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao

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

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

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

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

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

2.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha

a Giới thiệu sơ đồ

Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

A

Hình 2.5 Giản đồ điện áp và dòng điện trên mạch động lực

Nguyên lý hoạt động như sau:

2.2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

a Giới thiệu sơ đồ

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

Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển

Hình 2.7 Dạng sóng chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển

- Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+ Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính + Nếu có các pha đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thếphải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với U2 nhưng xuất hiện sau U2 Các xung it1 và it3 xuất hiện sau U2 một góc α Các xung it2 và it4 xuất hiện sau U2 một góc π +α CácTrisisto này sẽ tự động khoá lại khi U2 =0 Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điệnđộng E, điện trở R và điện cảm L Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị

trung bình của điện áp chỉnh lưu Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cungcấp liên tục, dòng qua phụ tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu là:

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

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

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

> 0

*.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, cácTiristor T1 và T3 phân cực thuận, ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 tacho xung điều khiển mở T1 và T3 : Ud = U2 Dòng điện đi từ A qua T1 đến tải rồi qua T3

về B

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

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

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

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

áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ):

Ud = -U2 = -U2msin ωt (v)

Sự mở T2 và T4 làm cho UN = UB v à UM = UA Do đó điện áp trên T1 và T3 là: UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < 0 UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < 0 Do đó làm cho T1 và T3 tắt mộtcách tự nhiên

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

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

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

2.2.3 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha

a Giới thiệu sơ đồ

Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha

b Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu

iC

iB

ia T1 iT1

Hình 2.9 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=0

Qua hình trên ta thấy

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

+ Lúc θ3<θ<θ1→vc>va>vb, T3 mở T1, T2 khóa; i3 =v c −E

R

Trong đó R: điện trở của động cơ

E: Suất điện động phản kháng của động cơ

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

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

+ Nhịp V 1: khoảng thời gian từ θ1→θ2

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

u v 1=0

u v 2 =u2−u1<0

u v 3 =u3−u1<0

T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:

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

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

+ Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2=i3=0

Trong nhịp V1: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv2=0 thì T2 mở, lúc này uv1= u1 –u2 và bắt đầu

âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2

+ Nhịp V 2 : khoảng thời gian từ θ2→θ3

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

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

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

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

âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3

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

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

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

+ Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1=i2=0

Trong nhịp V3: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv1=0 thì T1 mở, lúc này uv3= u3 –u1 và bắt đầu

âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1

Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùngdạng sóng ud, khi điện kháng tải tăng lên, dòng điện càng

Trở nên bằng phẳng hơn, Khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id =Id.Gía trị trung bình của điện áp tải:

U d=3 π2 ∫ √2U2.sin θ dθ=3√6 U2

2 π .cos α =1,17 U2cos α (1.3)Trong đó α: góc mở Thyristor

Hình 2.10 Giản đồ điện áp và dòng điện khi góc mở α=30 0

Hình 2.11 Giản đồ điện áp và dòng điện khi tải là động cơ điện một chiều

c.Các biểu thức tính toán cơ bản

– Chất lượng điện áp một chiều tốt,biên độ đập mạch thấp

– Thành phần sóng hài bậc cao bé,một van dẫn nên sụt áp trên van nhỏ

Công suất tiêu thụ của van nhỏ,việc điều khiển các van tương đối đơn giản – Sơ đồ có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu

Vì những yếu tố đã nêu trên nên em chọn mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu tia 3 pha

có điều khiển cho bài báo cáo

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

3.1 Thiết kế mạch động lực

3.1.1 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 3.1 Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

Sơ đồ mạch động lực: