thiết kế hệ truyền động cho xe Bus chạy điện, chương 5 ppt

Chương 5: ThiÕt kÕ m¹ch lùc Víi ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn xung ¸p ®éng c¬ kh«ng ®¶o chiÒu th× ta cã s¬ ®å m¹ch lùc sau: D T 1 Do T 2 D L C I.nguyên lý hoạt động. Trong sơ đồ trên thì tiristor T 1 là tiristor chính điều khiển điện áp ra trên tải. Còn T 2 là tiristor phụ dùng để kết hợp với tụ C để điều khiển đóng T 1 . Ban đầu ta cho T 2 mở tụ C đ-ợc nạp điện từ nguồn qua tảI đến trị số U N với cực tính xác định (không trong ngoặc trên sơ đồ). Đây là giai đoạn chuẩn bị tr-ớc khi mạch chạy. Khi chạy ta phát xung mở T 1 tải đ-ợc cấp nguồn đồng thời tụ C bắt đầu phóng điện theo mạch vòng C-T 1 -L-D. Đây là mạch vòng dao động LC nên sau 1 nửa chu kỳ dao động điện áp trên tụ C đảo cực tính so với ban đầu (dấu trong ngoặc). Lúc này tụ C đã sẵn sàng để khoá tiristor T 1 ta phát xung mở T 2 lúc đó tụ C sẽ đ-ợc mắc song song với T 1 và điện áp ng-ợc đ-ợc đặt lên T 1 . Dòng phóng của tụ C qua T 1 đủ lớn để triệt tiêu dòng tảI chảy qua T 1 đảm bảo điều kiện khoá thứ nhất và T 1 sẽ khoá lại ngay. Sau đó tụ C đ-ợc nạp từ nguồn qua T 2 và tải. Thời gian để điện áp trên tụ giảm từ giá trị ban đầu về đến i đk i I max U Đ t đ T t t t t đ t đ T T I min U N giá trị không chính là khoảng thời gian T 1 chịu điện áp âm, t-ơng ứng đây là thời gian phục hồi cho van theo điều kiện thứ hai. Nh- vậy khi muốn cung cấp nguồn cho tảI thì ta chỉ cần phát xung điều khiển mở T 1 còn muốn khoá nguồn ra tải ta chỉ cần phát xung mở T 2 . Trong bài này ta chỉ làm việc với dòng liên tục nên trong mạch lực ta nối thêm cuộn kháng san bằng có giá trị đủ lớn. Xét quá trình dòng tải liên tục theo ph-ơng pháp toán tử Laplace ta có: Điện áp trên tải: U t (p) = ( ) . . .(1 ) d pt pT N u N u pT U E U e E e p e Dòng điện tải: i t (t) = 1 1 1 1 . . 1 t N u N U E U a b e R R a Trong đó: t đ là thời gian mở T 1 T là thời gian một chu kỳ đóng mở. u u L R ; a 1 = e u T ; b 1 = e d u t Trong giai đoạn khoá T 1 (từ t đ đến T) dịch trục toạ độ sang điểm t đ ta có: Giá trị dòng tải max: I max = R U N . 1 1 1 1 1 a b - R E U Giá trị dòng cực tiểu: I min = R U N . 1 11 1 )1.( a ba - R E U Độ đập mạch dòng điện: I= R U N . 1 11 1 1 1 ).1).(1( a bab Điện áp trung bình ra tải khi dòng liên tục là: U t =.U N Dòng điện trung bình ra tải: I t = R EU UN . II. tính toán các thông số động cơ. Sức điện động định mức của phần ứng động cơ: E -đm = U đm - I đm .R - = 220 -287.0,0362 = 210 (v) Nếu bỏ qua tổn thất do cơ và tổn thát thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen từ (trong chế độ định mức). M đm = P đm / đm = P đm . 60 2 . n = 55.10 3 . 60 2 .600 = 875 (Nm) Điện cảm trong mạch phần ứng: L - = PnI Uk dmdm dm . = 2 . 600 . 287 220.5,1 = 9,6.10 -4 (H) = 0,96 (mH) (động cơ có bù K = 1,4 ữ 1,9 chọn K = 1,5) iii. tính toán các thông số mạch lực. Độ đập mạch của dòng điện là: I = 5%I đm = 5%.287 = 14,35 (A) Dòng qua tải cực đại: I max = I đm + I = 287+14,35 = 301,35 (A) Dòng qua tải cực tiểu: I min = I đm - I = 287 - 14,35 = 272,65 (A) Để điều chỉnh dải điện áp hợp lý cho điều khiển tốc độ, lấy điện áp trung bình qua tải là trung bình của động cơ và sụt áp trên các điện trở (5%U đm ). Vậy điện áp trung bình ra tải khi xe buýt đạt vận tốc lớn nhất v = 60 km/h là: U t = U đm + 5%U đm = 231 (V) Và tỉ số giữa thời gian đóng tiristor và chu kỳ đóng mở của nó : dm = t 0 /T = U t /U N = 231/600 = 0,385 giả sử tiristor thông liên tục dòng trung bình ra tải I t = I max = I đm Mặt khác: I t = . N d U E R R = . N d dm U E I = 287 210600.385,0 = 0,073 () Từ = 0,385 chọn T = 2,5 ms ; t 0 = 0,963 ms Ta có: )(65,272 1 )1.( . )(35,301 1 1 . 1 11 min 1 1 1 max A R E a ba R U I A R E a b R U I uN uN Thay các giá trị U N ,E Ư ,R vào biểu thức trên ta đ-ợc: 38317,0 1 )1.( 38666,0 )1( 1 1 11 11 1 a ba ab b a 1 = 0,985 mà ta có: a 1 = e T/T- và T=2,5ms T - = 170 (ms) Vậy điện cảm trong toàn mạch là: L - = T - .R - = 170.0,073 = 12,41 (mH) Suy ra điện cảm của cuộn kháng L d = L - - L - = 12,41- 0,96 = 11,45 (mH) * Chọn tiristor: Việc chọn tirstor cần phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra, th-ờng gồm: - Tần số làm việc th-ờng gần tối -u. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ. - Làm việc an toàn với U th , I đm . Với các thông số đã biết I max = 301,35A, U N = 600V ta chọn dòng qua van I T = max .I t LM K trong đó: : hệ số khởi động I tmax : dòng tải lớn nhất K LM : hệ số làm mát I T = 1,2.301,35/0,5 = 723,24 (A) Và áp qua van: U V = 1,6.U N = 1,6.600 = 960 (V) Với các thông số trên ta chọn tiristor ở mạch lực loại T800 : I hd (A ) U im (V ) I g U g t of f (às) du/dt di/dt 800 1000 0,4 A 7 V 4 0 300A/ s 500V/ s * Chọn điốt: Dòng trung bình qua điốt là: I D = (1 - )I t = (1 - 0,385).301,35 = 185,33 (A) Hệ số an toàn là 1,2 I D = 1,2.185,33 = 222,4 (A) Vậy chọn điốt loại KB2b với I hd = 350A, U = 100 V 1000 V * Chọn tụ C trên mạch khoá: Trong một chu kỳ làm việc của bộ biến đổi, tụ điện C sẽ đ-ợc phóng nạp một lần, để hỗ trợ cho các tiristor trong mạch đóng mở đ-ợc tin cậy và chính xác trong suốt giải điều chỉnh tốc độ động cơ, tụ C yêu cầu: - Phải đặt đ-ợc điện áp đủ lớn lên các tiristor cần khoá. - Khi đã kết thúc quá trình khoá hoặc mở thì điện áp trên tụ ch-a giảm về 0 mà còn tồn tại một l-ợng điện áp d- đủ nhỏ nào đó. U C = dti C tmax 1 +U Co = C 1 .I tmax .t+U Co Điều kiện t k >t off nên ta chọn t k =1,5.t off U Co =U N C= N toff U It max 5,1 =28,7(F) Chọn C có giá trị là 30 F Tính giá trị điện cảm L: L= C 4,0 .(t off ) 2 = 0,02(mH) . dòng điện là: I = 5% I đm = 5% .287 = 14, 35 (A) Dòng qua tải cực đại: I max = I đm + I = 287+14, 35 = 301, 35 (A) Dòng qua tải cực tiểu: I min = I đm - I = 287 - 14, 35 = 272, 65 (A) Để điều chỉnh. = 55 .10 3 . 60 2 .600 = 8 75 (Nm) Điện cảm trong mạch phần ứng: L - = PnI Uk dmdm dm . = 2 . 600 . 287 220 .5, 1 = 9,6.10 -4 (H) = 0,96 (mH) (động cơ có bù K = 1,4 ữ 1,9 chọn K = 1 ,5) iii I max = 301,35A, U N = 600V ta chọn dòng qua van I T = max .I t LM K trong đó: : hệ số khởi động I tmax : dòng tải lớn nhất K LM : hệ số làm mát I T = 1,2.301, 35/ 0 ,5 = 723,24 (A) Và