Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính & Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông - Lâm - Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp

cả về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rấtquan trọng ,không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp

và đời sống sinh hoạtcủa con người Nó luôn đi trước một bước làm tiền

đề nhưng cũng là mũi nhọnquyết định sự thành công của cả một hệ thốngsản xuất công nghiệp Không mộtquốc gia nào, một nền sản xuất nàokhông sử dụng điện và máy điện.Do tính ưu việt của hệ thống điện xoaychiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , cả máy phát và động cơ điện xoaychiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành mà máyđiện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổbiến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định nhưtrong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điềukhiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép,máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ

để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sửdụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thểthiếu trong nền sản xuất hiện đại.Ưu điểm của động cơ điện một chiều là

có thể dùng làm động cơ điện haymáy phát điện trong những điều

mộtchiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bảnthân động

cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thìphải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiềnthì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chínhxác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lạiđạt chất lượng cao

Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng75% ÷85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷94% .Công suấtlớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng100000kw điện áp vào khoảngvài trăm cho đến 1000v Hướng phát triển

là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chếtạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phứctạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trongphạm vi đề tàinày em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết

kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơmột chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây là một trongnhững phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnhđộng cơ điện một chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động

cơ theo phương pháp đối xứng Đây là một phương pháp mang lại hiệuquả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặcđiểm nổi bật

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều

Động cơ một chiều bao gồm 2 phần phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng(phần quay)

* Phần cảm (stator)

Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từvừa là vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dòngđiện chạy trong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tínhliên tiếp luân phiên nhau Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông.Ngoài ra máy điện một chiều còn có nắp máy, cực từ phụ và cơ cấu chổithan

Hình 1.1 Cực từ chính

* Phần ứng (rotor)

Rôto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy

Hình 1.2 Lá thép rôto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1chiều

1 Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các lá thép được dập các lỗ thông gió vàrãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 1.2)

2 Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trongcác rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vòng kín Phần tử củadây quấn là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối vớihai phiến góp của vành góp (hình 1.3a) hai cạnh tác dụng của phần tử đặttrong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên (hình 1.3b)

3 Cổ góp (vành góp) hay còn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phiếnđồng hình đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện vớinhau và cách điện với trục máy

Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy…

1.2- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Trên hình 1.4 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B,trong dây quấn phần ứng có dòng điện Các thanh dẫn ab và cd mangdòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo

nên mômen tác dụng lên rôto, làm quay rôto Chiều lực tác dụng đượcxác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1.4a).

Hình 1.4 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau(hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện mộtchiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng,giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rôto cũngtheo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi.Chế độ làm việc định mức của máy điện nói chung và của động cơ điệnmột chiều nói riêng là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chếtạo quy định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trênnhãn máy gọi là những đại lượng định mức

1 Công suất định mức Pđm (kW hay W)

Chú ý: Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện Đối vớimáy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối vớiđộng cơ đó là công suất đưa ra trên đầu trục động cơ.

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Về phương diện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều ưuviệt hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điềuchỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giảnhơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc

độ rộng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điệnmột chiều nói chung và động cơ một chiều kích từ độc lập nói riêng :

 Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điệnmột chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp chomạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Trong công nghiệpthường sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:

• Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiềuhoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

• Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)

• Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT)

• Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristo hoặc tranzito (BBĐXA)Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyềnđộng như:

• Hệ truyền động máy phát-động cơ (F-Đ)

• Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ-Đ)

• Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT-Đ)

• Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động cơ (T-Đ)

• Hệ truyền động xung áp-động cơ (XA-Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độđộng cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền độngđiều chỉnh tự động) và loại điều khiển theo mạch hở (hệ truyền động điềukhiển hở) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp,nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệtruyền động hở Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơđiện một chiều còn được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay vàkhông đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm,đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần

tư và bốn góc phần tư

 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồnnhư máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển

chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệuđiều khiển Uđk.

§ BB§

Hình II-1 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổinày có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thốngnhư sau:

Eb - Eư = Iư.Rb + RưđIư

u dm

ud b dm

K

R R K

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệthống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng

định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhấtcủa dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô menkhởi động Khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏnhất của tốc độ là:

1 ) ( min

) 1 (

max 0 max

M

dm

K

M M

K

M D

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 0max, Mđm, KM là xác định,

vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độcứng ? Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng cac thiết bị nguồnđiều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trởphần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

10 /

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh củatruyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện

áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là nhưnhau, do đó độ sụt tốc tương đối đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất

của dải điều chỉnh Hay nói cách khác , nếu tại đặc tính cơ thấp nhất củadải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì

hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trongtoàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấpnhất là:

min min

min min

o o

hệ thống truyền động điện kiểu vòng kín

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích

từ được giữ nguyên, do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:Mc.cp=Kđm.Iđm=Mđm

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mô men nằm trong hình chữ nhật bao bởicác đường thẳng  = đm , M = Mđm và các trục toạ độ Tổn hao nănglượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn haokhông đổi trong hệ

E = Eư + Iư(Rb + Rưđ)

IưEb = Iư Eư + Iư2(Rb + Rưđ)

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mô men do động cơ sinh ra đúngbằng mô men tải trên trục: M* = Mc* và gần đúng coi đặc tính cơ củaphụ tải là Mc* = (?* )x thì

 Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

Điều chỉnh từ thông kích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = KIư và sức điện động quay của động cơ

Eư = K Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điềuchỉnh từ thôngcũng là hệ phi tuyến:

dt

d r

trong đó: rk - điện trở dây quấn kích thích,

rb - điện trở của nguồn điện áp kích thích,

k – số vòng dây của dây quấn kích thích,

bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cầnphải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết qủa là mô men cho phép trêntrục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứngthì độ cứng đặc tính cơ cững giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ

mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùngb•o hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính vàhằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:

hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện chuyển mạch của

2 - Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômenngắn mạch giảm, dòng ngán mạch giảm Điều này rất có ý nghĩa trong lúckhởi động động cơ

3 - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômenđiều chỉnh xác định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục.Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏiphải

có nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò

và ưu đIểm

của nó Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

2.1 Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp

* Bộ biến đổi xung áp giảm áp

Sơ đồ nguyên lý :

Nguyên lý hoạt động :

Phần tử điều chỉnh quy ước là khóa S ( van bán dẫn điều khiển được )Đặc điểm của sơ đồ này là khóa S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp Tải cótính chất cảm kháng hoặc dung kháng Bộ lọc L & C Điôt mắc ngược với

Ud để thoát dòng tải khi ngắt khóa K

+ S đóng thì U được đặt vào đầu của bộ lọc Nếu bỏ qua tổn thất trongcác van và các phần tử thì Ud=U

+ S mở thì hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng id do nănglượng tích lũy trong cuộn L và cảm kháng của tải, dòng khép kín qua D,

do vậy Ud=0

Như vậy, Ud ≤ U Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp

* Bộ biến đổi xung áp tăng áp

Sơ đồ nguyên lý :

Đặc điểm:

L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải Cuộn cảm L khôngtham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.+ S đóng, dòng điện từ +U qua L → S → -U Khi đó D tắt vì trên tụ có

UC (đã

được tích điện trước đó)

+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L → D → Tải Vì từ thông trong Lkhông

giảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm

có cùng cực tính với U Do đó tổng điện áp: ud =U + eL Vậy ta có bộbiến đổi tăng áp

Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liêntục

và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn

* Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp

⇒ D thông ⇒ năng lượng từ trường nạp và C, tụ C tích điện; ud sẽngược chiều

với U

Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U Giá trị tuyệt đối |Ud| có thể lớnhơn

hay nhỏ hơn U nguồn

* Bộ băm xung một chiều có đảo chiều

Ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàntoàn IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòngđiện tải

Trong các hệ trngruyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do

đó bộ biến đổi này tthường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ mộtchiều kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay

Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm .Các ĐiôtĐ1,Đ2,Đ3,Đ4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiệnquá trình hãm tái sinh

Có các phhương pháp điều khiển khác nhau như : Điều khiển độc lập,điều khiển không đối xứng và điều khiển đối xứng

* Lựa chọn bộ biến đổi

- Lựa chọn mạch lực

Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ(một

cách chủ động) ta chọn bộ băm xung một chiều có đảo chiều (cầuBXDC), mạch này cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có thể đảochiều một cách độc lập Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trongDC-DC, DC-AC converter) do đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dànghơn

- Lựa chọn van bán dẫn

Chọn van IGBT bởi :

+ IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET vàkhả

năng chịu quá tải lớn của transistor thường, tần số băm điện áp cao thìlàm cho động cơ chạy êm hơn

+ Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kểthiết

kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ,hơn nữa nó cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển)

+ IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thếtransistor

BJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơngiản hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điềukhiển chúng (IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc

điều khiển cũng chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơngiản, gọn nhẹ.

2.2 Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp

Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốnmặc dù

điện thế đầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu racủa chỉnh

lưu), tải có thể thay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thếtrung bình

đầu ra có thể điều khiển theo hai cách:

- Thay đổi độ rộng xung

- Thay đổi tần số băm xung

* Phương pháp thay đổi độ rộng xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T Giá trịtrung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng(0 < ε

≤ 1)

* Phương pháp thay đổi tần số băm xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1 = const Khi đó:

Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM(Pulse Width Modulation).Theo phương pháp này tân số băm xung sẽ làhằng số.Việc điều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánhmột điện áp điều khiển với một sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác(Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi.Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt chovan,tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ 400Hz đến

200kHz.Khi Uctl >Ust thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóavan.

Nguyên tắc điều khiển

Theo phương pháp điều khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lậpthành hai cặp van mà trong mỗi cặp thì hai van được điều khiển đóng cắtđồng thời

Tín hiệu điều khiển được tạo ra bằng cách so sánh điện áp điều khiểnvới

điện áp tựa (thường là dạng xung tam giác):

-Nếu Udk>utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt.-Nếu Udk<utua thì S1và S2 được kích tắt; S3 và S4 được kích dẫn

Biểu đồ dạng sóng dòng, áp trên tải

Chế độ hoạt động:

+Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, độngcơ

được nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax.

+Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng

do tải

có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 vềnguồn, S3 và S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá,dòng

trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảytheo

chiều cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặtđiện

áp ngược bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó idgiảm

theo chiều ngược lại từ Imin về 0

Chương 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

* Các thông số dùng để thiết kế

lưới(VAC)

Dòng địnhmức

Điện áp phầnứng

Chọn tần số băm xung f = 500Hz

Mạch cấp nguồn một chiều cho động cơ

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng khôngkhí tự nhiên Máy biến áp công suất nhỏ ,chỉ cỡ chục KVA trở lại ,sụt áptrên điện trở lớn khoảng 4% ,sụt áp trên cuộn kháng ít hơn khoảng2% Điện áp sụt trên 2 Điôt khoảng 2V

 Tính chọn van bán dẫn công suất

Qua phân tích các mạch lực ta thấy

+ Dòng điện trung bình chạy qua diode

Với giá trị dòng định mức động cơ Iđm = 6A

Chọn chế độ làm mát là van có cánh tỏa nhiệt với đủ điẹn tích bề mặt và

có quạt thông gió, khi đó cho dòng điện làm việc cho phép chạy qua vantới 50% Iđm

Lúc đó dòng chạy qua van cần chọn :

Iđmv = Ki.Imax = 6/0.5 = 12(A)

Qua các biểu đồ ta thấy : Điện áp ngược cực đại đặt trên mỗi van( bỏqua sụt áp trên mỗi van là U = 400V

Chọn hệ số quá điện áp Ku= 2.5  Ungv= 2.5.400 = 1000(V)

Chọn 4 diode loại CR20-100 có các thông số sau :

Imax :dòng điện làm việc cực đại cho phép qua van

Ungv : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van

Ipik : đỉnh xung dòng điện

ΔU :tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diode

Ith : dòng điện thử cực đại

Ir :dòng điện rò ở nhiệt độ 250 C

Tcp : nhiệt độ cho phép làm việc

- Tính chọn IGBT

Tính dòng trung bình chạy qua van:

Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy:

Dòng điện trung bình chạy qua van lμ : IS =γ It

Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =6(A)

+ Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt

và có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van

lên tới 50 % Idm

Lúc đó dòng điện qua van cần chọn :

Iđmv = ki Imax =6/0.5=12(A)

Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van (bỏ quasụt áp

trên các van ) là Ungmax=E=400(V)

Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 → Ungv =ku.Ungmax =2.5*400=1000(V)

Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau:

vỏ

Icmax(A)

Vce(

V)

Pdmax

Vce(sat)

Ice(uA)

In.Di

odeIRG4PH

30K

TO247A

W

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện

áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính như sau :

+)Điện áp ngược lớn nhất mà Diode phải chịu :

Unmax=Knv.U2 =418,88 (V)

Điện áp ngược của van cần chọn :

Unv = KdtU Un max =2,5 418,88 = 1047,20

Trong đó :

KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =2,5

+) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :

Ilv =3,46 (A)

(Do trong sơ đồ cầu 3 pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =0,57)

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tíchtoả

nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng địnhmức của van cần chọn :

Iđm =Ki Ilv =3,2 3,46 = 11,07 (A)

(Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2)

từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 6 Diode loại SKR20/12 do nhà sảnxuất IR sản xuất có các thông số sau :

Điện áp ngược cực đại của van : Un = 1200 (V)

Dòng điện định mức của van : Iđm =20 (A)

Dòng điện thử cực đại : Ith =60 (A)