Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều [11]1.4 Đặc điểm - Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.. - Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Tổng quan về động cơ điện một chiều
1.1.1 Khái niệm Động cơ 1 chiều(DC -Direct Current Motors) là động cơ điện sử dụng nguồn điện áp DC - dòng điện 1 chiều để biến thành cơ năng, vận hành các kết cấu cơ học. Động cơ 1 chiều được ra đời từ những năm 1830-1840, có tuổi đời lâu nhất trong lĩnh vực kỹ thuật Trước đấy, động cơ 1 chiều chủ yếu được cung cấp năng lượng từ Pin.
1.1.2 Cấu tạo Động cơ 1 chiều là thiết bị đơn giản, dễ ứng dụng ra đời đầu tiên mang lại động năng hoạt động cho các thiết bị kỹ thuật Cấu tạo động cơ 1 chiều đơn giản với các bộ phận:
- Stato- Phần đứng yên với 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu/ Nam châm điện.
- Rotor - Phần lõi chuyển động quay được làm từ các cuộn dây, quấn tạo thành nam châm điện.
- Chổi than (brushes) - Phần tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.
Cổ góp (commutator) là bộ phận quan trọng trong máy điện, có chức năng tiếp xúc và phân chia nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor Mỗi điểm tiếp xúc của cổ góp tương ứng với một cuộn dây trên rotor, giúp đảm bảo hoạt động hiệu quả của thiết bị.
Một bộ phần khác quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khi Rotor quay liên tục.
Nguyên lý hoạt động của động cơ 1 chiều có thể hiểu như sau:
Động cơ DC hoạt động với stato là một hoặc nhiều cặp nam châm cố định, trong khi rotor là cuộn dây được kết nối với nguồn điện một chiều Khi rotor được cấp điện, nó sẽ tạo ra từ trường tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu (stato), từ đó sinh ra momen quay.
Hình 1.1 Mô hình thí nghiệm động cơ một chiều [5]
Hướng chuyển động của rotor được xác định theo quy tắc bàn tay trái, trong đó ngón tay cái, ngón trỏ và ngón giữa đại diện cho trục quay của các đại lượng vật lý Cụ thể, ngón tay cái biểu thị lực tác dụng bởi vật dẫn dòng điện, trong khi chiều dòng điện được thể hiện bằng ngón trỏ.
Khi dòng điện đi qua rotor, phần ứng trên rotor và cổ góp đứng yên sẽ chuyển đổi dòng điện giữa các cuộn dây Động cơ DC hoạt động với tốc độ ổn định khi dòng điện không đổi, đồng thời không xảy ra hiện tượng trượt.
Phân loại động cơ một chiều
- Động cơ 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
- Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp, bao gồm 2 cuộn dây kích từ, trong đó có: 1 cuộn mắc vào phần ứng, 1 cuộn sẽ mắc song song vào phần ứng.
Bảng 1 So sánh động cơ điện một chiều
STT Loại động cơ điện Ưu điểm Nhược điểm Đánh giá
1 Động cơ 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
- Khả năng điều khiển tốc độ và hướng quay hạn chế.
- Hiệu suất có thể giảm khi tải thay đổi.
2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
- Khả năng điều khiển tốc độ và hướng quay cao.
- Tính linh hoạt trong ứng dụng điều khiển.
- Cần một hệ thống điều khiển chất lượng cao.
3 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp.
- Cấu trúc đơn giản và chi phí thấp.
- Khả năng điều khiển thấp, đặc biệt là về tốc độ.
Tốt ứng dụng có yêu cầu đơn giản.
- Hiệu suất có thể giảm khi tải thay đổi.
4 Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp, bao gồm 2 cuộn dây kích từ, trong đó có: 1 cuộn mắc vào phần ứng, 1 cuộn sẽ mắc song song vào phần ứng.
- Khả năng điều khiển tốc độ và hướng quay tốt.
- Có thể cung cấp lực xoắn cao và ổn định.
- Phức tạp hơn so với một số loại động cơ khác.
- Chi phí có thể cao.
- Đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao để thiết lập và bảo trì.
Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Máy điện quay sử dụng điện một chiều, là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng.
- Làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E
- Dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng.
Để đạt được trạng thái làm việc tối ưu cho động cơ, cần phải thiết lập các thông số như tốc độ, mô men và dòng điện Điều này đòi hỏi việc tạo ra những đặc tính cơ học nhân tạo phù hợp với động cơ.
- Thường biết trước đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản xuất.
- Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các thông số định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước.
- Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M).
1.3.1 Cấu tạo và hoạt động
Máy điện một chiều bao gồm hai phần chính: Stato và Roto Stato, hay phần cảm, có lõi thép đóng vai trò là mạch từ và vỏ máy, với các cực từ chính, cực từ phụ và dây quấn kích từ Trong khi đó, Roto, hay phần ứng, bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng và cổ góp.
Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều [5]
1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor 4- Cực từ 5- Cuộn dây kích từ 6- Stator 7- Cuộn dây phần ứng
Khi dòng điện một chiều đi vào chổi than, nó chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và ra khỏi thanh dẫn dưới cực S Dưới tác dụng của từ trường, mô men quay sẽ sinh ra với chiều không đổi, làm quay máy Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Bộ phận chỉnh lưu (chổi than cổ góp) có chức năng đảo chiều dòng điện sau mỗi nửa vòng quay Dòng điện luôn di chuyển từ phía bên phải cuộn dây ra phía sau, trong khi đó, dòng điện phía trước luôn duy trì mô men lực theo một chiều quay nhất định.
Khi động cơ hoạt động, cuộn dây dẫn phần ứng di chuyển trong từ trường của phần cảm, tạo ra suất điện động cảm ứng Suất điện động này sinh ra dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện cung cấp cho phần ứng, được gọi là sức phản điện.
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều [11]
Đặc điểm
- Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.
Khi nguồn điện có công suất rất lớn và điện áp ổn định, có thể kết nối kích từ song song với phần ứng, tạo thành động cơ điện một chiều kích từ song song.
Động cơ điện một chiều có hai loại kích từ chính: kích từ độc lập và kích từ song song Ở động cơ kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cung cấp điện từ một nguồn riêng biệt, trong khi động cơ kích từ song song chia sẻ nguồn điện với cuộn ứng Khi nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất cơ, đặc tính hoạt động của động cơ sẽ tương tự nhau.
Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập [5]
Phương trình đặc tính
1.5.1 Phương trình đặc tính cân bằng điện áp
Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư ) (CT.1)Trong đó:
Uư – Điện áp phần ứng (V)
Điện trở phần ứng của động cơ (Rư) được tính bằng tổng của các thành phần: điện trở cuộn dây phần ứng (rư), điện trở cực từ phụ (rcf), điện trở cuộn bù (rcb) và điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp (rct) Công thức tính là: Rư = rư + rcf + rcb + rct.
Rf – Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A)
Eư – Sức điện đồng phần ứng động cơ (V) Được xác định theo công thức:
K =pN/2πa: hệ số cấu tạo của động cơ.
Với: p – Số đôi cực từ chính.
N là số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng, trong khi a là số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây này Từ thông kích từ dưới một cực từ được ký hiệu là Ф (Wb) Phương trình đặc tính cơ của hệ thống được biểu diễn bằng ω = KФ U ư đm – R ư + R fư.
Mô men điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thông Ф và dòng điện phần ứng Iư:
1.5.2 Phương trình đặc tính cơ điện ω = KФ U ư đm – R KФ ư + R fư đm Iư (CT.1.5)
Từ phương trình chính, công thức tính sức điện động và mối quan hệ giữa mô men điện từ và dòng điện phần ứng Iư được thể hiện qua phương trình đặc tính cơ điện Cụ thể, tốc độ ω là một hàm của mô men M được biểu diễn bằng công thức: ω = KФ U ư đm – R KФ ư + R fư đm Iư (CT.1.6) Khi sử dụng đơn vị tốc độ là vòng/phút, phương trình đặc tính cơ sẽ được điều chỉnh tương ứng.
N = ω.9,55 n = 9,55( KФ U ư − ( KФ R ưΣ ) 2 M ) (CT.1.7) a) Tốc độ góc định mức:
KФđm = U đm −I ω đm R ư đm (CT.1.8) b) Tốc độ động cơ: ω = ω 0 - ∆ω = KФ U đm đm - R ư + R fư
( KФ đm ) 2 M= KФ U đm đm – KФ R ư Σ đm Iư (CT.1.9)
Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện
Dựa trên các phương trình đặc tính cơ-điện và cơ, khi giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const, ta có thể xác định rằng các đặc tính cơ-điện và cơ sẽ được biểu diễn dưới dạng những đường thẳng.
Hình 1.4 Đường đặc tính [5] a) Đường đặc tính cơ-điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập b) Đường đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
1.7.1 Thay đổi điện trở phần ứng bằng cách ắc điện trở phụ R f
U ư =U đm ; Ф =Ф đm (CT.1.10) Tốc độ động cơ: ω = ω 0 - ∆ω = KФ U đm đm - R ư + R fư
( KФ đm ) 2 Iư = KФ U đm đm – KФ R ưΣ đm Iư (CT.1.11)
Hình 1.5 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng [5]
Trong trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 = U đm
K Ф đm =const Độ cứng đặc tính cơ: β= ∆ M
Khi Rf =0, độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:
R β tn có giá trị lớn nhất, cho thấy độ cứng tự nhiên vượt trội so với các đường đặc tính điện trở phụ Khi mắc nối tiếp điện trở R f vào phần ứng, sự gia tăng giá trị R f sẽ dẫn đến độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay và tốc độ động cơ giảm Phạm vi điều chỉnh hẹp và tỉ lệ thuận với tải, không hiệu quả ở vùng gần tốc độ không tải Việc điều chỉnh này gây tổn hao lớn, thường chỉ được áp dụng để điều chỉnh tốc độ trong các chế độ làm việc lâu dài.
1.7.2 Thay đổi điện áp phần ứng
Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ=Φđm = const
Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: KФ = U ư − ω I đm R ư đm
Hình 1.1 Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng thay đổi điện áp mạch phần ứng [5]
Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0x = U x
Độ cứng đặc tính cơ: β= − ( K Ф ) 2
Khi thay đổi điện áp phần ứng trong mạch điện, các đường đặc tính cơ sẽ song song với nhau, dẫn đến độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch và tốc độ động cơ đều giảm Việc điều chỉnh tốc độ thông qua thay đổi điện áp phần ứng chỉ cho phép giảm tốc độ, do mỗi cuộn dây đã được thiết kế với điện áp định mức Uđm, vì vậy không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây, dẫn đến phạm vi điều chỉnh tốc độ khá hẹp.
Ta có: Rf = 0 ; RưΣ = Rư =const ; Uư=Uđm = const
Ta thay đổi dòng kích từ Ikt để thay đổi từ thông
Hình 1.2 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông [6]
Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 x = U đm
K Ф x (CT.1.11) Độ cứng đặc tính cơ: β= −( K Ф x ) 2
Ta nhận thấy rằng khi từ thông thay đổi thì:
Dòng điện ngắn mạch không đổi: I nm = U đm
R ư =const (CT.1.13) Mômen ngắn mạch thay đổi: M nm = K Ф x I nm (CT.1.14)
Khi giảm từ thông, tốc độ động cơ sẽ tăng lên nhưng độ cứng của đặc tính cơ lại giảm Tuy nhiên, nếu tiếp tục giảm dòng kích từ, sẽ đến lúc tốc độ không còn tăng được nữa do mômen điện từ của động cơ giảm Phương pháp điều chỉnh từ thông có thể tăng tốc độ vượt mức định mức với phạm vi điều chỉnh rộng và tổn hao nhỏ, nhưng không hiệu quả dưới tốc độ định mức Do đó, thường áp dụng kết hợp với các phương pháp khác để mở rộng phạm vi điều chỉnh.
1.7.4 Điều chỉnh tốc độ dộng cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng Để điều chỉnh được điện áp động cơ một chiều đòi hỏi phải có một nguồn riêng có U điều chỉnh được Ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu
Hình 1.3 minh họa sơ đồ khối và sơ đồ thay thế trong chế độ xác lập sử dụng bộ biến đổi điều khiển điện áp phần ứng Trong chế độ xác lập, phương trình đặc tính của hệ thống có thể được thiết lập một cách rõ ràng.
Hình 1.4 Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp [6]
Khi giảm tốc độ bằng cách hạ điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp từ U1 xuống U3, động cơ sẽ chuyển từ điểm A với tốc độ lớn ωA sang điểm E trên đường 3, giữ nguyên ωE Do ωE lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ω03 của đặc tính cơ 3, động cơ sẽ hoạt động trong trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính này.
Khi thay đổi phần ứng theo chiều giảm điện áp, từ thông của động cơ và độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi, dẫn đến tốc độ không tải lý tưởng ω0 = K Φ U thay đổi theo giá trị điện áp phần ứng Kết quả là, ta có họ đặc tính mới song song, thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên, với vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu sai số tốc độ và mômen khởi động Khi mômen tải đạt định mức, các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ được xác định là: ω max = ω 0 max − M đm.
Để đảm bảo khả năng quá tải, đặc tính tối thiểu của dải điều chỉnh cần có mômen ngắn mạch được xác định bởi công thức: M nmmin = M cmax = K M M đm, trong đó K M là hệ số quá tải về mômen.
Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết: ω min = M nmmin − M đm 1
Hình 1.5 Đặc tính cơ quá trình thay đổi điện áp [6]
Với cơ cấu máy cụ thể, các giá trị ω 0 max, M đm, và K M được xác định, cho thấy rằng phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng thiết bị nguồn điều chỉnh, điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ, từ đó có thể tính sơ bộ được: ω 0 max | β | M 1 đm.
Do tải có đặc tính mômen không đổi, giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ chỉ tối đa là 10 Đối với các máy yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác trong việc duy trì tốc độ làm việc, việc sử dụng các hệ thống hở như vậy sẽ không đáp ứng được yêu cầu.
Trong hệ truyền động một chiều kích từ độc lập, đặc tính cơ tĩnh có thể coi là tuyến tính trong phạm vi phụ tải cho phép Khi điều chỉnh điện áp phần ứng, độ cứng cơ đặc tính giữ nguyên trong toàn dải, dẫn đến độ sụt tốc tương đối đạt giá trị tối đa tại đặc tính thấp nhất Nếu sai số tốc độ tại đặc tính thấp nhất không vượt quá giá trị cho phép, hệ truyền động sẽ hoạt động với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất được tính bằng công thức s = (ω₀ min - ω min) / ω₀ min = ∆ω / ω₀ min.
Để đảm bảo sai số không vượt quá giá trị cho phép, cần tính toán giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ dựa trên các giá trị M đ m, ω 0min và S cp đã xác định Trong hầu hết các trường hợp, việc xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín là cần thiết.
Trong quá trình điều chỉnh tốc độ và mômen, năng lượng bị tổn hao chủ yếu trong mạch phần ứng, trong khi các tổn hao không đổi trong hệ có thể được bỏ qua Các giá trị này nằm trong hình chữ nhật được giới hạn bởi các đường thẳng ω=ω đ m và M = M đ m cùng với các trục tọa độ.
I ư E ư = I ư E ư + I ư 2 ( R b + E ưđ ) (CT.1.22) Nếu đặt R b + E ưđ =R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là: η ư = R b E ư
Khi làm việc ở chế độ xác lập, mômen do động cơ sinh ra bằng mômen tải trên trục, tức là M ¿ = M c ¿ Đặc tính cơ của phụ tải có thể được gần đúng là M c ¿ = (ω ¿) x, do đó, hiệu suất được tính bằng công thức η ư = ω ¿ / (ω ¿ + R ¿ (ω ¿) x−1).
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là lựa chọn phổ biến nhờ hiệu suất và độ chính xác cao trong kiểm soát tốc độ Mặc dù có thể xảy ra mất mát năng lượng trong quá trình điều chỉnh, nhưng ưu điểm về hiệu suất và tính linh hoạt thường được đánh giá cao hơn Phương pháp này dễ triển khai và phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là những ứng dụng yêu cầu kiểm soát tốc độ và hiệu suất tốt.
LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
Chỉnh lưu không điều khiển
Chỉnh lưu không điều khiển là thiết bị tạo ra dòng điện một chiều với trị trung bình ổn định, sử dụng diode làm linh kiện chính Trong bán kỳ dương của điện áp đầu vào (Uin), diode phân cực thuận cho phép dòng điện đi qua theo hướng A → D → RT → B Ngược lại, trong chu kỳ âm, diode phân cực nghịch không cho dòng điện đi qua tải.
2.1.1 Sơ đồ và dạng sóng
Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển [4]
Hình 2.2 Dạng sóng của sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển [4]
- Khi θ1 < θ < θ2: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6, D1).
- Khi θ2 < θ < θ3: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D2 mở (D1, D2).
- Khi θ3 < θ < θ4: Điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2, D3).
- Khi θ4 < θ < θ5: Điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3, D4).
- Khi θ5 < θ < θ6: Điện áp pha c cao nhất, pha a thấp nhất D4, D5 mở (D4, D5).
- Khi θ6 < θ < θ7: Điện áp pha c cao nhất, pha b thấp nhất D5, D6 mở (D5, D6).
Ta có: điện áp trung bình ở lối ra là: Utb = 2,34Up
2.1.3 Thông số của sơ đồ
Điện áp trung bình trên tải
Trị dòng điện trung bình qua tải
Mỗi diode dẫn điện trong khoảng thời gian 1 3 chu kỳ của điện áp nguồn Do đó, trị trung bình dòng điện qua diode
Trị số dòng điện hiệu dụng
Điện áp ngược cực đại của van
Số lần đập mạch trong một chu kì m = 6
Chỉnh lưu có điều khiển đối xứng
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng bao gồm hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau Ba Thyristor T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cung cấp điện áp dương (+) cho nhóm anod, trong khi T2, T4, T6 tạo ra điện áp âm (-) cho nhóm catod Sự kết hợp của hai chỉnh lưu này tạo thành cầu ba pha.
Hình 2.3 Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng [4]
2.2.2 Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha có điểu khiển đối xứng
Hình 2.4 Giản đồ các đường cong cơ bản chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng và điện áp tải khi góc mở 𝜶 ` 0 , 𝜶 0[5]
Dòng điện chạy qua tải là dòng điện di chuyển từ pha này sang pha kia, vì vậy để mở Thyristor tại mỗi thời điểm, cần cung cấp hai xung điều khiển đồng thời: một xung cho nhóm anod (+) và một xung cho nhóm catod (-).
Khi cung cấp xung điều khiển chính xác, dòng điện sẽ chảy từ pha có điện áp dương đến pha có điện áp âm Trong hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha, điện áp ngược mà các van phải chịu sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khóa.
Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình trị số điện áp tải được tính theo công thức Ud = Udo.Cos α
Khi góc mở các Thyristor vượt quá 60 độ và điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn, thể hiện qua các đường nét đậm trong hình vẽ Đặc biệt, khi góc mở đạt 90 độ với tải thuần trở, dòng điện sẽ chạy từ pha này sang pha kia do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây Khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ chuyển sang phân cực ngược và tự khóa lại.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng yêu cầu mở hai van cùng lúc theo thứ tự pha chính xác Để đơn giản hóa quá trình, có thể áp dụng phương pháp điều khiển không đối xứng Điện áp trung bình trên tải được xác định dựa trên các yếu tố này.
Ud = 3 √ 6 π U2.cosα (CT.2.6) Trị dòng điện trung bình qua tải:
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
Loại chỉnh lưu này tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển.
Hình 2.5 Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng [5]
2.3.2 Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
Sóng điện áp tải Ud được thể hiện qua đường xong nét đậm thứ hai trong hình, liên quan đến các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3 Các Tisisto sẽ dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi Tisisto của pha kế tiếp được mở.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng cho phép dòng điện và điện áp tải duy trì liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 60 độ Tuy nhiên, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải giảm, dòng điện và điện áp sẽ bị gián đoạn.
Khi góc mở đạt 180 độ, điện áp trung bình trên tải sẽ bằng 0 theo dạng sóng điện áp tải Điện áp trung bình trên tải có thể được xem là tổng của hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha.
Hình 2.6 Giản đồ các đường cong cơ bản chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng [5]
THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Cơ sở lý thuyết điều khiển Thyristor
Hiện nay, trong điều khiển Thyristor cho sơ đồ chỉnh lưu, có hai nguyên tắc chính được sử dụng: "thẳng đứng tuyến tính" và "thẳng đứng arccos" Trong đó, nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thường được áp dụng để xác định vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor.
Hình 3.1 sơ đồ nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính [6]
Nội dung của phương pháp
Khi áp dụng điện áp xoay chiều hình sin vào cực anode của Thyristor, để điều khiển góc mở α trong điện áp dương, cần tạo điện áp tựa răng cưa Urc trong vùng điện áp dương Bằng cách sử dụng điện áp một chiều Uđk có thể điều chỉnh biên độ, ta so sánh Uđk với Urc Khi Uđk = Urc, phát xung điều khiển Xđk sẽ được kích hoạt, mở Thyristor từ thời điểm phát cho đến khi dòng điện giảm về không Như vậy, việc điều chỉnh biên độ Uđk cho phép thay đổi thời điểm phát xung, từ đó điều chỉnh góc α.
Ta có quan hệ = f( U U đk rc )
Mạch điều khiển gồm 3 khâu cơ bản như sau:
Hình 3.2 Các khâu của mạch điều khiển [6]
Khâu lọc pha
Sơ đồ khâu đồng pha
Hình 3.3 khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán [5]
Hình 3.4 Giản đồ của khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán [5]
Trong nửa chu kỳ đầu, điện áp dương anode của Thyristor qua khuếch đại thuật toán A1 tạo ra chuỗi xung chùm hình chữ nhật trùng pha với điện áp nguồn Điện áp dương chữ nhật UB qua diode D1 được đưa tới A2, nơi nó được tích phân thành điện áp răng cưa Urc do Tr phân cực ngược bị khóa.
Nửa chu kỳ sau UAUrc Ub >0 Ura =- Unguồn
Từ 1 2 với Uđk Tại Preset model nhấn vào “ NO “ >> lựa chọn “ Parameters “ để điều chỉnh thông số động cơ
Armature resistance (Ra) and inductance (La) are critical parameters in electrical circuits, measured in Ohms (Ω) and Henries (H), respectively Understanding these components is essential for analyzing the performance of electrical machines and circuits, as they influence current flow and electromagnetic behavior Proper management of armature resistance and inductance can enhance efficiency and reliability in various applications.
Inductance). Điện trở R với đơn vị là Ohms (Q), tự cảm L với đơn vị là Henries (H)
- Hỗ cảm Laf (Field Armature and Inductance)
Hổ cảm với đơn vị là Henris (H)
- Quán tính tổng (Total Inertia).
Quán tính tổng của máy điện một chiều có đơn vị là Kg.m²
- Hệ số ma sát (Viscous Friction Coeffcent Bm)
Hệ số ma sát tổng của máy điện một chiều có đơn vị là N.m.s